中国大陆科学钻探主孔流体地球化学异常与远强震的关系

2001年11月14日发生的昆仑山口西 M_s 8.1级地震和2004年12月26日发生的印度尼西亚苏门答腊 M_s 8.7级地震前后,中国大陆科学钻探(CCSD)主孔流体组成出现明显的异常。两次远强震前后的流体异常幅度很大,并具有相似的演化趋势。异常始于震前2-7天,He、N_2/O_2、He/Ar、N_2/Ar 为负异常,Ar/O_2为正异常。远强震前后流体异常特征与 CCSD附近小震前后流体异常特征具有明显的区别,表明昆仑山口西 M_s 8.1级地震前后和苏门答腊 M_s 8.7级地震前后的 CCSD 主孔流体异常可能与两次远强震相关。认为 CCSD 主孔中的 He、N_2、Ar 是记录远强震的敏感载体,可能记录了震前长周期波传播至 CCSD 主孔时激发的流体变化,反映了震源区的应力变化,也可能反映了区域构造活动乃至地球深部构造活动产生的场兆、源兆信息。     

汶川地震断裂带科学钻探工程一号孔主断层的随钻流体响应特征

汶川地震断裂带科学钻探工程(WFSD)的主要研究目的是探讨龙门山断裂带深部断裂的物质属性。随钻实时流体分析作为井口流体实时监测手段,首次获得了龙门山断裂带随钻流体组分响应特征,在一号孔(WFSD-1)主断层上出现随钻流体多组分同时异常,且异常强度大。通过比较WFSD-1号孔主断层的钻探岩心岩性和随钻流体组分剖面,认为随钻流体组分的异常区间与主断层的区间保持一致,表明流体异常与断层的响应特征,主断层区间的流体异常为多组分的极值异常,强度与断层泥厚度成正比。这些钻探泥浆气体响应特征将为钻探工程、取心钻进提供第一时间支持。     

中国大陆科学钻探主孔0～2000米流体剖面及流体地球化学研究

地下深部流体的来源与演化的研究已成为国际地球化学领域的探索前沿和研究热点之一，中国大陆科学钻探(CCSD)为开展深部流体地球化学研究提供了珍贵的样品，构建了探索地下流体的研究平台。中给出了中国大陆科学钻探(CCSD)主孔He、Ar、N2、O2、H2、CH4、CO2流体地球化学剖面。CCSD主孔CH4浓度的变化与H2浓度的升降没有显相关性；CO2浓度的变化与钻井条件下的氧含量无显相关性；CO2浓度与CH4浓度的关系有三种情况：CO2浓度与CH4浓度不相关、CO2浓度与CH4浓度负相关、或CO2浓度与CH4浓度正相关；氦浓度的增加与CO2和CH4浓度的上升呈现一定的正相关。大气中N2、O2、Ar浓度太高，掩盖了井中N2、O2、Ar气体组分浓度变化，通常情况下N2、O2、Ar浓度变化难以作为深源气体的判据。CCSD流体与KTB流体中氧．氮关系基本一致，氧、氮线性相关(r=0.97)，表明这两种气体主要来源于大气。KTB中的CH4与乙烷、N2表现出非常强的线性关系，而在CCSD流体中CH4与乙烷、N2之间不存在线性相关性。两个地区间的流体成因、围岩相互作用机理等方面可能有所不同。在CCSD主孔中，目前已发现存在大量的CO2，及少量CO、CH4、C2H6、C3H8、C4H10和He、N2等气体。已确定300～2000米主孔出现多处来自于地下的气体异常，包括甲烷和C2～C4等烃类气体，一氧化碳与二氧化碳，稀有气体氦。根据流体各组分间相关性研究，可以判定异常中氧主要来源于大气，N2、Ar和CO2有一部分源于大气，一部分来源于地下。在流体显异常时，甲烷等烃类气体、氦、一氧化碳和绝大部分CO2来源于地下。出现显地下流体异常处，在岩石中存在裂隙、晶洞、破裂面、断层；它们作为流体迁移通道或存储空间，可能是流体存在的必要条件。某些CO2和He气异常与碳酸盐和铀矿石等围岩密切相关。     

中国大陆科学钻探孔区深层含金红石榴辉岩矿体

利用大陆科学钻探岩心、岩心物性测定结果、测井与VSP资料来标定地震反射体,大大提高了中国大陆科学钻探孔区地质构造解释的可信度。岩石物性测定表明,金红石榴辉岩的纵波速度极高,会产生明显的反射与重力异常。数值模拟表明,孔区三维地震拱形反射主要是由榴辉岩及切穿它们的晚期破碎带共同形成的。在CCSD主孔东南方深部重力高部位有多个这样的拱形反射,预示在地表陡倾榴辉岩的延伸方向还有多个一定规模的隐伏榴辉岩体。     

中国大陆科学钻探工程发展历程(下)

(续上期 )3　筹备起步阶段 (1 997～ 2 0 0 1 .6)在国家科技领导小组同意《中国大陆科学钻探工程》为国家重大科学工程项目后 ,便开始进行预先导孔施工、5 0 0 0ｍ钻探工程技术方案研究、钻孔选址以及“中国大陆科学钻探工程”的立项建议、项目可行性研究、工程设计、开工报告等工作。1 999年 1 2月 1 4日 ,工程中心召开了“中国大陆科学钻探工程正式启动动员大会” ,首席科学家许志琴主持了会议 ,主任王达致辞 ,领导小组组长蒋承菘做了重要讲话 ,实施中国大陆科学钻探工程进入了一个新阶段。     

中国大陆科学钻已正式启动

20 0 1年 8月 4日预定深度为 5 0 0 0 m的中国科学第一钻在江苏省东海县毛北村举行了开钻典礼。国土资源部、江苏省以及中国地质大学的有关领导和专家出席了开工典礼。为了配合该钻孔的实施 ,1 997年 1 1月和 1 998年 1 2月在毛北地区分别开展了两口预先导孔 (CCSD- PP1 ,43 0 m;CCSD- PP2 ,1 0 0 0 m)的钻探 ,并取得了大量资料和丰硕成果。中国大别—苏鲁超高压变质带大陆科学钻探工程于 1 997年被国家科技领导小组批准为“九五”国家重大科学工程项目 ,1 998年被国际大陆科学钻探组织批准为国际大陆科学钻探项目。作为世界上规模最宏大的大别—苏鲁超高压变质带 ,中国大陆科学钻探工程旨在利用现代深部钻探高新技术 ,通过钻探、地球物理、分析测试和信息工程等多学科的综合研究 ,揭示大陆造山带的深部物质组成与结构和构造、地球动力学和壳—幔相互作用 ,重塑超高压变质带形成和折返机制 ,研究中国南、北两大板块会聚边缘的地壳行为 ,探索深部流体与生物圈 ,监视现代地壳运动 ,为资源、能源及地震发生机制提供新的科学依据 ,建成现代深部地质作用长期观测与实验基地和地壳深部物...     

中国大陆科学钻探主孔0-2000米流体地球化学异常与地震的关系

CCSD流体中He、N2、Ar是记录地震的敏感载体，可能记录了本地一些中小地震及远强震的异常信息。与远强震对应的流体异常幅度大，一般始于远强震前数天，且He、He／Ar、N2／Ar多为负异常，Ar多为正异常；而本地中小地震大多造成主孔流体组分的小幅度波动变化。远强震可能改变了CCSD钻探区的地下流体循环，地震期间监测到泥浆中相对富Ar贫N2和He的地下流体贡献增加，震后，地震引起的附加流体贡献逐渐消失。CCSD的流体组分和比值可能记录了区内地壳应力变化，反映了远强震期间区域构造活动乃至地球深部构造活动产生的场兆、源兆信息，地壳屈曲的假设可以加深CCSD流体作为远强震敏感载体的理解。远强震期间CCSD流体异常也可能是记录了震前长周期波传播至CCSD主孔时激发的流体变化，反映了震源区的应力变化。     

汶川地震断裂带科学钻探工程2号孔350～800m井段的钻探泥浆气体组分变化

以汶川地震断裂带科学钻探工程(WFSD)2号孔350～800 m井段的钻探泥浆中某些气体组分测定数据,以及2009-10-10～2010-05-24钻孔附近断裂带范围内里氏震级ML≥3.5的目录、断裂带岩芯岩性为基础,探讨钻探泥浆脱气气体组分异常与构造环境、地震活动的关系。研究结果表明,660～680 m井段附近岩石破碎程度达到最大,各气体归一值也出现明显的正、负异常,得到的最大、最小值所对应的井段也是面波震级MS 3.0以上余震的频发处,气体异常多数出现在岩石的裂隙、破裂面、断层处。     

WFSD-4孔深部流体分析和多组分地球化学特征

采用场内钻探流体实时分析和场外钻探泥浆分析的方法,获得汶川地震断裂带科学钻探工程4号钻孔(WFSD-4)中深部井段流体多组分分析结果。研究钻孔深部井段的流体剖面地球化学特征,认为来自地下深部流体在钻探过程中会保存在钻探循环泥浆中,随钻流体实时分析可记录明显的组分变化信号。钻孔岩心的岩性变化易引起钻探泥浆气体的变化,特别是钻探泥浆气体中的多组分变化,在钻孔岩性裂隙较为丰富的井段,是钻探泥浆气体组分变化强度较大区间。通过比较钻探泥浆的多组分和岩心岩性的弱相关性,可以推测钻探流体与余震相关性较强的区域和周期,更可能获得钻探流体与余震的相关程度。     

WFSD-4S孔流体地球化学特征

本文开展汶川地震断裂带科学钻探现场流体研究,探讨了泥浆添加剂产生的化学反应以及钻孔中岩性变化引起的流体异常特征,并在排除这些影响因素的情况下,讨论地震期间流体的异常。研究表明在WFSD-4S钻进期间发生的两次较大地震前均伴有Rn、Ar、N2和O2等气体异常现象,其中氡的日均值均超出背景值的2.5倍。根据岩心观察得到WFSD-4S钻井地区主断层约在1084 m,而在断层之上931 m处开始出现了大量气体的高值异常,该异常可能是由于地震孕育过程中地下气体的运移通道被打开造成气体向上迁移,使断层气体的响应特征提前发生。     

中国大陆科学钻探主孔榴辉岩的分类及测井识别

榴辉岩是中国大陆科学钻探主孔的主要岩性之一, 分布在3245m之上.根据测井响应特征, 如自然伽玛、密度、中子孔隙度等, 可以很好地区分榴辉岩与主孔的其他岩类.由于主孔榴辉岩具有不同的矿物成分、全岩化学成分和测井响应特征, 这为进一步详细划分榴辉岩亚类奠定了基础.从原岩的起源、氧化物含量、次要矿物等3个角度对主孔榴辉岩进行分类, 研究了基于多元统计学的榴辉岩亚类的测井识别方法; 利用该方法对重构的11种榴辉岩亚类进行测井评价, 将可以利用测井资料识别的榴辉岩亚类归并为6种; 根据对榴辉岩亚类的识别结果, 将主孔中榴辉岩划分为20个层段, 分析了各种榴辉岩亚类在主孔中的深度分布特征, 为地学研究提供了资料.      

1961-2015年山东省济宁市地温与气温变化的相关分析

土壤温度直接影响着作物的生长,在气候变暖的大背景下,研究地面浅层下温度的变化,对指导农业生产意义重大。利用1961-2015年济宁国家级气象站气温和0～20cm地温资料,采用气候倾向率、累积距平、信躁比、蒙特卡罗检验等统计方法,对气温和地温的年、季变化和气候突变及异常特征进行相关分析。结果表明：年、季平均气温和地温均呈极显著增温趋势,增幅为0.18～0.58℃·（10a）^-1,地温增幅小于气温,地温春季增幅最大,气温冬季增幅最大。年平均地温与气温呈极显著正相关,相关系数均在0.87以上,其中20cm地温与气温的相关系数最大为0.93,5cm最小为0.87,春季最大,冬季最小。气温极值的变化与地表温度极值的变化相关性极为显著,平均最低值的相关系数最高。年平均气温和15cm、20cm平均地温在1986年、0cm平均地温在1993年发生了突变,突变前为冷期,突变后为暖期,自20世纪80年代末以来,气温与20cm地温的变化规律最为接近。四季中,气温与0cm地温的异常年份具有较好的一致性;春、夏、秋三季地温和气温分别在2014年、2013年、1998年异常偏高,冬季地温异常年份受气温异常的影响最小。     

A Study on the Classification and Well-Logging Identification of Eclogite in the Main Hole of Chinese Continental Scientific Drilling Project

Eclogite, one of the important lithologies in the main hole of the Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) Project, exists above the depth of 3 245 m and has distinctive responses of gamma-ray, compensating density and neutron well-logging, and so on. In this study, according to the diversities of minerals and chemical components and well-logging responses, eclogites are classified from three aspects of origin, content of oxygen, and sub-mineral. We studied the logging identification method for eclogite sub-classes based on multi-element statistics and reconstructed 11 kinds of eclogite. As a result, eclogites can be divided into 6 types using well logs. In the light of this recognition, the eclogite in the main hole is divided into 20 sections, and the distribution characters of all sub-classes of eclogite are analyzed, which will provide important data for geological research of CCSD.     

大陆科学钻探工程CCSD主孔中发现的大量流体交代脉体

在对位于苏北榴辉岩分布区中国大陆科学钻探工程CCSD5000多m主孔岩心进行岩矿鉴定的过程中, 普查发现存在各种各样的脉体, 可大致分为四大系列(1) 与超高压/高压变质阶段有关的脉体系列; (2) 与减压部分熔融阶段有关的脉体系列; (3) 与退变质(主要绿帘角闪岩相和绿片岩相) 有关的脉体系列; (4) 折返晚期超低压-低温热液脉体.尤其特别的是于3578.5~4006m深度发现了大量特殊的富含稀土矿物的脉体.CCSD主孔岩心的脉体分布广泛、类型繁多, 有的与矿化作用密切有关, 在成因上可能属于大规模地质流体交代的结果.      

大地震前后实测地应力状态变化及其意义——以龙门山断裂带为例

实测地应力状态在连续地震事件前后的变化特征,对于应用地应力实测数据探索开展地震预报等研究有重要意义,但一直以来缺少典型实例研究。以龙门山断裂带西南段的跷碛和映秀地区为研究区,利用该地区汶川地震前至芦山地震后获得的地应力实测数据,分析了表征地应力状态的特征参数在汶川和芦山地震事件前后变化特征,探讨了其对地震预报研究的意义。研究表明,跷碛地区地应力状态特征参数K_HV、K_Hh和μ_m变化表现为芦山地震后值（QQ-14）大于汶川地震前（QQ-99）,QQ-99结果大于汶川地震后值（QQ-09）,而主应力梯度系数变化为QQ-09>QQ-14>QQ-99;分析认为K_HV、K_Hh和μ_m变化规律能准确反映汶川和芦山地震事件前后跷碛地区构造应力场演化特征,而仅用主应力随深度变化梯度系数变化特征,不能完全准确地反映构造应力场调整变化情况;映秀地区,除K_Hh外,主应力随深度变化梯度系数、K_HV和μ_m均表现为汶川地震后结果大于震前,其变化反映的应力场调整变化特征需要补充数据检验;利用地应力状态参数变化规律开展地震预报探索研究时,长期的、可对比的高质量地应力测量数据是研究有所突破的关键。研究成果对于龙门山地区构造应力场和减灾防灾研究有重要意义,对于应用地应力数据探索开展地震预报研究等有参考价值。      

吉林地区地电阻率震兆异常对比分析

对采用形态法、归一化变化速率法和各向异性度法提取到的吉林省内深源地震以及浅源地震前的地电阻率异常变化进行对比分析,结果表明:(1)震前地电阻率出现1~2年尺度中期异常,甚至短期异常,异常以负异常为主;(2)震前地电阻率原始月均值异常变化幅度1%,表明数字地电仪捕捉电信号灵敏度的提高,更与台址构造密不可分;(3)震前地电阻率出现异常变化,震后恢复到正常变化形态,反映出震前震中区地下应力的变化,震后区域构造应力场重新调整并逐渐恢复的过程。