中国大陆科学钻探孔区三维地震资料的初步解释

利用中国大陆科学钻探岩心、测井与VSP资料来标定地震反射体，大大提高了大陆科学钻探孔区地质构造解释的可信度。超高压变质带地壳波速特征主要表现在上地壳顶部的高速层，其厚度一般小于10km；其下方正常的中下地壳波速结构反映了中新生代地壳的拉张与伸展。孔区三维地震拱形反射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。孔区广泛发育韧性剪切带，韧性剪切带产生强反射的主要机制是韧性剪切复合岩套，由糜棱岩和经剪切错动产生的表壳岩片互层组成。三维地震调查提供了三维的反射地震波场，使揭示孔区三维的地质构造成为可能。450ms以上的时间切片与地袁地质构造和地磁异常相关，而1000～1200ms的时间切片与深部重力异常相关，主要反映由隐伏榴辉岩体产生的反射波场．根据上述研究结果，编制了沿三维地震主剖面的推断地质构造图。     

中国科学深钻选址地球物理调查与大别-苏鲁岩石圈

本文简要地讨论了大别-苏鲁超高压变质带大陆科学钻探选址新采集的地球物理调查剖面及相关地球物理成果。这些剖面以深反射地震及大地电磁测量为研究岩石圈构造的主要方法，结合地质资料和区域重磁平面图，分析大别—苏鲁地体的深部地质构造与岩石圈主要特征，以及大陆科学钻探靶区选择的地质地球物理依据。同时讨论了大陆科学钻探的靶区(江苏东海县)的地壳构造与地热研究结果，并将深度偏移地震剖面与先导孔岩心钻探结果进行了对比。     

中国大陆科学钻探孔区反射地震剖面的数值模拟与分析

本初步分析了苏鲁超高压变质带大陆科学钻探孔区的地震波速度结构，在此基础上对在东海孔区三维反射地震勘探过井孔的NNW-SSE主剖面和该周围地区的DH99二维反射地震剖面进行了数值模拟分析。结果表明，数值理论模拟结果与三维反射主剖面地震波到时吻合良好，模拟法能实现有效的时深转换，也表明数值模拟中采用的速度结构是合理的。东海钻井孔区实施反射地震勘测，所得地震记录剖面图是单一P波记录，在超高压变质岩区反射地震记录图中S波的影响甚微。DH99二维反射地震剖面的模拟结果表明东海孔区2000米深度以上的密度，波速结构不随深度加大而变化；而且苏鲁超高压变质岩区地表浅层的地震波速和密度较高，是高速高密地区。岩心结果反映的反射地震阻抗差大的地段，数值模拟的理论剖面上强反射面与孔区反射地震剖面图中的强反射体基本吻合．它意味着在非沉积层的结晶岩区，反射地震勘测手段是研究地下复杂结构的有效方法。数值模拟方法可以进一步提取地震反射记录信息，是利用地震反射方法研究地球构造的一种有效的方法。     

中国大陆科学钻探井区深部构造地震波反射特征

中国大陆科学钻探（CCSD）井位于苏鲁超高压变质带南部的东海县境内。井区地震勘探是钻探综合研究项目之一,该项目采用世界先进的数字地震仪和三分量数字检波器,对line 1线剖面进行了测量。依据地震勘探成果和CCSD岩心资料,通过对该地震剖面深部构造反射特征的详细分析,发现该区深部反射构造具有明显的三单元层结构。第一单元层,约在11 km内,出现6个强反射带,产状基本一致,倾向SE,倾角28°。岩心资料和VSP勘探资料证实前4个反射带主要是榴辉岩带和韧性剪切带的反射,榴辉岩带与片麻岩成不规则层状相间分布。第二单元层,约在11~30 km,有4个比较清楚的反射带,反射弱,连续性差,带内分布有不规则的弱反射。其产状也基本一致,倾角很小,比较平缓,由浅到深,倾向逐渐变为NW,它与第一单元层为角度不整合接触关系。第三单元层,约在30 km以下深度,其顶部出现了比较强的反射带,连续性较好,产状较平缓,倾向NW;而在顶部反射带以下,则反射均匀,没有不规则反射带。据上述反射特征,结合该区地质背景,推测第一单元层为中朝与扬子板块俯冲带的折返地壳层,第二单元层为扬子克拉通层,主要为变质岩层,第三单元层为上地幔层,其顶部的反射为莫霍面的反射。     

中国大陆科学钻探工程的科学目标及初步成果

中国大陆科学钻探工程的主孔位于苏鲁超高压变质带南部的东海县，其穿过的岩石曾位于板块会聚边界的地幔深处，是研究大陆深俯冲及地幔动力学的最佳地区。中国大陆科学钻探的科学目标旨在通过对钻孔中获取的全部连续岩心、液态和气态样品及原位测井数据进行的全方位测量与综合研究，建立5000m孔深的各类多学科精细剖面，再造北中国板块与扬子板块会聚边界深部三维物质的组成和分布及三维结构构造；阐明板块会聚边缘的深部流体作用、壳一幔相互作用及地幔中物质循环和流变学；寻找超深地幔条件下形成的特征矿物，揭示超高压变质成矿机理；建立结晶岩地区地球物理理论模型和解释标尺；揭示超高压变质岩石的形成与折返模型及板块会聚边界的深部动力学机制。通过5km深孔营造的特殊地下空问，研究现代地壳的物理、化学及生物作用，并将建立亚洲第一个大陆科学钻探深孔长期观察实验站。中国大陆科学钻探工程已取得初步成果。主孔2000m岩心的深度和方位准确归位；建立了岩性、地球化学、构造、矿化、岩石物性、地下流体及各类测井等精细剖面；揭示了发现除超镁铁质岩外的各类岩石中的柯石英；通过SHRIMP测年准确确定超高压及退变质事件的年龄；初步揭示了超高压及退变质过程中流体的变化及水一岩作用；划分了构造岩片单元，确定了其边界的韧性剪切带性质，并发现早期构造信息；建立的随岩性变化的弹性波速度和热导率连续剖面对地震反射和热结构提供了岩石物性的制约；VSP地震剖面揭示了孔区深部的构造岩片结构，以及强地震反射层和大型韧性剪切带有关；发现地下特殊气体一甲烷、二氧化碳及氦气的异常，以及气体异常越往深部越频繁出现的规律。经DNA分析，在超高压岩心中发现在极端条件下形成的微生物。     

中国大陆科学探井岩性的VSP地震特征分析

中国大陆科学钻探(CCSD)井位于苏鲁超高压变质带南部,地处郯庐断裂东侧的东海县境内。VSP地震勘探为CCSD多学科研究内容之一,利用数字地震仪(HF300)和多级三分量数字检波器(GeoChain)对探井进行了VSP测量。结合VSP勘探结果和CCSD探井5000 m岩性资料,分析了井中岩性分段特征、超高压变质岩的地震响应特征和vp/vs比值特征,取得了若干具有科学意义的结论:(1)以榴辉岩的分布和组合特征进行的岩性分段比较合理,每段的VSP速度和测井密度等特征和岩性分布具有很好的一致性。(2)榴辉岩与片麻岩界面以及剪切带均可形成强反射,正/副片麻岩界面也可产生明显反射,透镜状和条带状岩体的反射同相轴呈现不同程度的弯曲,剪切带的反射同相轴连续性好。(3)榴辉岩以高波速(6.3 km/s)、低vp/vs值(1.2)和波组强而稀疏为特征,副片麻岩以较高波速(6.1 km/s)、高vp/vs值(1.8)和波组较稀疏为特征,正片麻岩以较低波速(5.8 km/s)、中等vp/vs值(1.5)和波组较密集为特征,而剪切带以强反射、vp/vs值最高(2.2)为特征,而且不论剪切带出现在哪种岩性中其vp/vs值都很高。该研究成果不但揭示了变质带的地震响应特征,同时为二维或三维地面地震解释提供科学依据,减少解释分析中的多解性和不确定性,能够有效地提高中国大陆科学钻探孔区地质构造解释的可信度,为其他学科研究提供依据。     

中国大陆科学钻探工程主孔榴辉岩中金红石微量元素地球化学特征

本文利用电子探针分析了中国大陆科学钻探工程主孔各种类型榴辉岩中金红石的Nb、Cr和Zr含量。Zack等(2002)的金红石Nb-Cr图解表明榴辉岩的原岩均为镁铁质岩,但不同类型榴辉岩具有不同的地球化学特征,即:1金红石榴辉岩、石英榴辉岩、角闪岩和钛铁矿榴辉岩中金红石的Nb和Cr含量大致相同,主孔中上述榴辉岩中金红石的Nb、Cr含量与区域上小焦金红石矿区金红石榴辉岩中金红石的Nb、Cr含量基本相同。总体来讲,区域和主孔榴辉岩中金红石以低Nb为特征,反映它们的原岩为镁铁质岩石。2蓝晶石多硅白云母榴辉岩中金红石具最高的Nb和Cr含量,其Nb和Cr均值分别为720×10-6和712×10-6,多硅白云母榴辉岩中金红石比金红石榴辉岩、石英榴辉岩、角闪岩和钛铁矿榴辉岩中金红石富集Cr。利用Zack等(2004)提出的金红石地质温度计,计算得出金红石榴辉岩的金红石形成温度介于608~746℃,石英榴辉岩的金红石温度介于629~680℃,钛铁矿榴辉岩金红石的形成温度介于629~704℃,蓝晶石多硅白云母榴辉岩的金红石形成温度为600℃,角闪岩的金红石形成温度为629℃。一种可能的解释是,榴辉岩在折返过程中退变质作用明显,流体活动强烈,导致金红石中Zr扩散丢失,金红石中Zr含量不同程度地受到角闪岩相退变质过程中再平衡作用的影响,致使计算的温度偏低。     

安徽省地矿局313地质队两科钻深孔顺利通过验收

本刊讯由安徽省地矿局313地质队承担的“华东庐枞盆地科学钻探选址预研究”LZSD-1孔、“华南于都-赣县矿集区科学钻探选址预研究”NLSD -1孔科学钻探工程于2013年12月30日通过中国地质科学院组织的专家验收。LZSD-1孔终孔孔深3008.29 m,终孔直径77 mm,岩心采取率97.41％,创特深孔岩心钻探施工周期最短的纪录;NLSD-1孔终孔孔深2967.83 m,终孔直径97 mm,岩心采取率97.8％,全孔人工纠斜96次,创国内复杂地层、高粘度泥浆、塔式钻具H口径受控绳索取心钻孔最深纪录。两孔各项技术指标完全满足地质研究与科学钻探要求,同时也是我国大陆科学钻探选址预研究所布置实施的6个科学钻探孔中最深的两个钻孔,为我国万米科学超深钻实施奠定基础,对推动我国超深孔钻探技术发展起到重要推动作用。     

汶川地震断裂带科学钻探一号孔（WFSD-1）不同取心方法的应用效果分析

针对因地震造成的复杂地层,在汶川地震断裂带科学钻探一号孔（WFSD-1）钻探施工中,为了保证岩心的采取率和原状性,满足地震机理研究需要,长孔段采用多型号多规格半合管取心工艺技术,确保全孔岩心采取率高达94．3％及岩心原状性好的目的,从而满足了汶川地震地学研究的需要。     

中国大陆科学钻探工程主孔榴辉岩的岩石学研究

中国大陆科学钻探工程5000m主孔位于苏鲁超高压变质带南部。该钻孔0～2000m主要由榴辉岩、片麻岩、石榴石橄榄岩和少量片岩和石英岩组成。累积厚度达1000多米的榴辉岩具有不同的矿物组成、不同的矿物含量和不同的全岩化学成分,可划分成富Si的石英榴辉岩、富Ti的金红石榴辉岩、富Al的多硅白云母和蓝晶石榴辉岩、富Mg的双矿物榴辉岩和具有正常玄武岩成分的普通榴辉岩。榴辉岩的原岩包括基性层状侵入岩和变质表壳岩。榴辉岩全岩成分对石榴石和绿辉石中某些化学组分的含量有明显控制,而且直接影响到变质条件估算的准确性。扩散成分环带的广泛发育表明超高压矿物在早期退变质过程中发生了成分再平衡。这一事实以及具有成分生长环带石榴石变斑晶的存在,为榴辉岩形成在更高温度(>940℃)和更高压力(>4.5GPa)条件下提供了有力的证据。     

测井和地震联合解释CCSD先导孔反射体

利用声波、密度、自然伽玛等测井曲线资料、配合录井资料划分CCSD先导孔变质岩岩性, 然后, 用声波、密度计算波阻抗, 与井旁VSP资料对比, 分析CCSD先导孔孔区反射体.分析结果表明(1) 岩性间波阻抗差异产生反射波, 如榴辉岩与副片麻岩之间波阻抗差异; 榴辉岩与超基性蛇纹岩之间的波阻抗差异等; (2) 破碎特别是韧性剪切带产生反射波, 而如果断层破碎带尺度很小(在1m以下), 也不一定能产生强反射波.这些研究结果对标定地壳中的反射地震信号具有重要意义.      

中国大陆科学钻探主孔100～2000m岩石弹性波速度：对地震深反射的约束

在常温常压条件对中国大陆科学钻CCSD主孔岩心的700样品进行了弹性波速度测量，并建立了主孔2000m的波速(Vp和Vs)连续剖面，为检验地球物理模型的合理解释提供了岩石物理学方面的宝贵资料。主孔中新鲜榴辉岩纵波速度(Vp)最大(7.86km／s)，正副片麻岩波速最小，又分别为5.53km／s和5．71km／s，榴辉岩的波速随着退变质作用的增强而明显减小。主孔2000m总平均Vp速度为6．2km／s，它与地球物理探测方法获得的大别-苏鲁造山带上地壳具有6.2-6．3km／s高速层结论是一致的。大部分岩石具有明显地震波各向异性。水饱和度使岩石纵波(Vp)速度和剪切波速度(Vs)分别增加19％和6％，而使Vp的各向异性降低3％～4％。不同岩性界面的反射系数(Rc)是产生地震反射的主要原因。金红石榴辉岩与片麻岩之间具有很高的反射系数(0.24-0．31)。韧性剪切带中糜棱岩化片麻岩和面理化榴辉岩使岩石各向异性和反射强度明显增加。岩石微裂隙与主孔原位波速变化有密切关系。饱水岩石速度(Vp和Vs)可以代表CCSD主孔原位状态的地震波速度。上述成果为本区地震反射体成因提供了重要的岩石物理性质约束。     

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.     

江苏东海超高压榴辉岩的热导率及对大陆科学钻探研究的意义

对采自江苏东海毛北地区(中国大陆科学钻探先导孔附近) 的新鲜榴辉岩样品进行了岩石热导率的测定, 初步查明了该区榴辉岩热导率随矿物组成的变化关系, 探讨了岩石结构特征和温度变化对热导率的影响.本次所测东海超高压榴辉岩的热导率介于3.2 2 2~ 3.716Wm-1·K-1之间并随岩石中2种主要矿物的相对含量比而变化, 随着榴辉岩中石榴石对绿辉石体积比(V_Grt/V_Omp) 的增加而降低, 近似的函数关系满足K =3.76 7- 0.18× (V_Grt/V_Omp).岩石中矿物分布的不均匀性和面状构造的发育对榴辉岩热导率的影响较大, 由此产生的热导率各向异性可达近10 %.温度是影响热导率的另外一个重要因素.结合本次的实测资料和相应的热导率-温度关系, 建立了东海地区榴辉岩热导率随温度的变化关系方程K (T) =1/ (7.85×10-2 +6.95×10-4 ×T), 根据这一方程并结合东海地区的地热梯度资料推算了榴辉岩热导率随5 0 0 0m钻孔深度的变化关系, 推测东海地区科学钻探施工至5 0 0 0m深度时, 榴辉岩的热导率将比地表平均降低2 4%.该成果为钻探测井资料的解释以及该区地热结构模型的建立提供了重要依据和约束资料.      

中国大陆科学钻探主孔100~2000 m测井磁化率和磁三分量分析

对比分析了中国大陆科学钻探(CCSD)主孔100~2 000 m测井磁化率与岩心样本磁化率的测量结果,二者具有较好的一致性。测井磁化率统计结果表明CCSD主孔100~2 000 m超高压变质岩的磁化率从高至低依次为:蛇纹岩、石英榴辉岩、金红石榴辉岩、正片麻岩、退变质榴辉岩、多硅白云母榴辉岩、副片麻岩、绿泥石角闪岩、角闪岩。由CCSD主孔100~2 000 m磁三分量测量数据得到磁异常的△BZ、△BH和△BT值,结合前人所做的岩石学研究分析发现:主孔530~575 m的磁异常主要由岩石的金红石矿化、钛磁铁矿化和磁铁矿化引起,604~643 m和652~678 m的磁异常主要由岩石的蛇纹石化引起;钻孔中岩层的磁化率对磁三分量异常起着主要的决定作用,高磁化率岩层都表现出较大的磁三分量异常。     

根据常规测井曲线重建CCSD主孔榴辉岩井段氧化物剖面

以榴辉岩为例,探讨了根据常规测井曲线重建中国大陆科学钻探工程(CCSD)主孔氧化物剖面的方法,着重讨论和对比了消除或减小测井曲线中高频噪声的滤波方法,并采用经Lowess和五点平滑滤波后的测井曲线与岩芯实验室分析数据进行了多元逐步回归分析,建立了氧化物测井响应方程,进而重建了CCSD主孔100～1 100 m井段榴辉岩的氧化物剖面,为高精度岩性剖面的重建打下了基础,并为地质与地球物理综合研究提供了新的基础资料.     

韧性剪切带中片麻岩和超高压榴辉岩变形特征及其与地震波速各向异性的关系：来自中国大陆科学钻探（CCSD）680～1200米岩心的证据

中国大陆科学钻探(CCSD)680-1200米区段发育了多个韧性剪切带,带中主要岩石类型包括片麻岩和超高压榴辉岩。片麻岩中的变形石英、面理化榴辉岩中的拉长石榴石和绿辉石的应变轴比都表现为X>Y>Z,Flinn系数分别为0.11-0.27、0.22-0.23和0.23-0.24。随着糜棱岩化作用的增强,变形石英的C轴组构由Z轴极密逐渐向Y轴极密和叶理面上的大圆环带转变。在常温常压下测试了样品的波速,计算出片麻岩Vp和Vs的各向异性分别为30.17％-60.97％和11.52％-35.79％,榴辉岩Vp和Vs的各向异性分别为0.17％-11.19％和2.41％-6.70％。影响各向异性的主要因素有岩石的结构构造、矿物的晶格优选方位(LPO)、形态优选方位(SPO)和定向微裂隙。随着糜棱岩化作用的增强,岩石的P波各向异性逐 渐升高。变形岩石中的黑云母、石英、绿辉石的LPO和SPO是地震波各向异性的主要控制因素。饱水后的片麻岩样品的P波各向异性明显低于干燥片麻岩样品。在东海钻井中的强反射带主要是由于不同岩层之间的波阻抗差异而造成的,榴辉岩/强退变榴辉岩和黑云斜长片麻岩之间的接触界面会产生较强的地震深反射。此外,与LPO相关的地震波各向异性会增强地震波的反射,所以韧性剪切带中的糜棱岩化片麻岩可能是地震反射的良好载体。韧性剪切带中岩石弹性波速度的强各向     

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.      

Flat mantle reflectors in Eastern China: possible evidence of lithospheric thinning

Recent 24 s deep seismic reflection records revealed five flat reflectors in the lithospheric mantle in Eastern China. With increasing depth, they are named M1 to M5 and can be seen on both field single-shot and stacked records. Reflector M1 corresponds to the Moho discontinuity, whereas M5 may be the reflection from the bottom of the current lithosphere, which is about 78 km deep according to geothermal measurements. The other three reflectors seem peculiar and might result from interactions between the lithosphere and deeper mantle. Based on lithological and geochemical data, it is suggested that the lithosphere has been thinned from about 150 km to about 60 km in the Late Mesozoic, and then has been thickened to about 78 km during the Cenozoic. The thinning process produced a granulite layer in the old lower crust caused by magmatic underplating, whereas an eclogite layer formed beneath owing to the subduction of the Paleo-Tethys and Yangtze Craton during the Permian and Early Mesozoic. Reflector M2 at about 12 s two-way traveltime (TWT) might result from the Paleozoic Moho, which represents the boundary between the previous granulite and eclogite facies. Reflector M3 at about 14 s might correspond to the bottom of the eclogite layer, beneath which the old lithospheric mantle remained. The old and the newly developed mantle may have different compositions, resulting in reflector M4. The multi-layered mantle reflectors demonstrate a mantle structure that possibly correlates with the lithospheric thinning process that occurred in Eastern China during the Late Mesozoic. The discovery of multi-layered mantle reflectors in the studied areas indicates a high heterogeneity of the upper mantle. Reflection seismology with improved technology, together with velocity and resistivity imaging and rock-physics measurements, can provide more details of the heterogeneity and related dynamic processes that occurred in the lithospheric mantle.