大陆科学钻探—固体地球科学新发展的突破口

本文从当代固体地球科学发展所面临的若干关键问题──板块大地构造学说的崛起、地震预测研究、大型隐伏矿床预测和科学钻探结果产生的冲击等出发，提出了大陆科学钻探是固体地球科学新发展的突破口的观点．本文对大陆科学钻探的进展情况做了综述。特别是对在这一领域中有代表性的前苏联、美国、德国大陆科学钻探计划和做法进行了详细分析，并结合我国具体情况，对在我国实施大陆科学钻探计划提出了几点建议。     

大陆科学钻探的现状及展望

１．大陆科学钻探是国际岩石圈动力学计划的重要组成部分，是当代地球科学的重大前沿之一，是一项划时代意义的地学高科技系统工程。大陆科学钻探不仅具有直接揭示地壳内部组成、结构、构造、流变学、流体作用、热历史，应力及应变机制以及重塑地壳与岩石圈动力学的重大理论意义，并且具有充分利用地下资源、减灾及保护环境的实际经济价值．２．大陆科学钻探在世界范围内实施３０年来已取得巨大进展，解决深部水资源、深部流体资源、深部地热资源、壳幔过渡、岩石圈动力学及变形、地球历史、生物圈及环境变化、地应力、地下强磁区、矿床成因以及盆地演化、碳氢化合物成因与迁移等科学问题已成为世界性地质目标。３．作为地质大国，面临地球科学新挑战以及２１世纪资源、减灾及环境的需求，填补中国大陆科学钻探的空白已成为当务之急。４．根据需用科学钻探解决的中国关键性深部地质问题，提出选址原则及十大选区（域），并对中国大陆科学钻探的战略目标提出切合国情的建议。     

中国大陆科学钻探孔区全观式三维地震采集

大陆科学钻探不仅是打一口钻，而是深部钻探同地球物理遥测结合起来的相互反馈系统，这里地球物理遥测主要是指三维深反射地震. 中国大陆科学钻探孔区三维地震调查是大陆科学钻探工程的一项重要内容. 在数据采集中提出了全观式三维地震调查新技术，它是指排列不滚动的三维地震调查，即将地震检波器铺满全部测区的一种地震采集方法，尤其适合于有限面积的三维地震工作. 这种方法的优点是：(1)快速高效; (2)叠加次数高; (3)与常规三维地震相比成本大幅度减少. 在中国大陆科学钻探孔区内进行的全观式三维地震测量，全面实现了预期目标,包括：(1) 配合钻探查明孔区地质构造，将钻探的一孔之见扩展到深6000m、长宽超过3000m的三维岩柱；(2)提供高精度定位的地壳反射体以供标定；(3)发现中、下地壳及地幔内的反射体等.     

资讯

正入地7018米亚洲大陆科学钻井之最5月26日,自然资源部中国地质调查局在黑龙江省安达市松科二井工程现场召开大陆科学钻探工程(松科二井)完井暨学术研讨现场会。松科二井于2014年4月13日开钻,历时4年多时间,完钻井深7018米,成为亚洲国家实施的最深大陆科学钻井和国际大陆科学钻探计划(ICDP)成立22年来实施的最深钻井,也是全球首个钻穿白垩系陆相地层的科学钻探井。     

标定大际科学钻探孔区地震反射体

在中国大陆科学钻探孔区（江苏省东海县南部）进行了系统的地球物理调查，包括二维地震测网和专门的地震剖面，大地电磁法和位场方法等，地震调查表明，在超高压变质岩出露区上地壳充满了反射体，包括倾斜反射体与上拱的反射弧，本文介绍了大陆科学钻探先行研究中地震调查的成果，根据在陆科学钻探预先导孔的岩芯和测井资料，井旁VSP和数值模拟结果证实，高波速的榴辉岩体，破碎断裂带和大型韧性剪切带都可引起倾斜的地震反射，而上拱的弧形反射体则是由近似直立的榴辉岩体和其中的破碎带的综合反映，由于地壳深部广泛分布着经受变质的岩石，上述研究结果对标定地壳中的反射地震信号具有一定意义。     

第二届美国大陆科学钻探讨论会

第二届美国大陆科学钻探计划讨论会于1986年6月12—14日在拉皮德城的南达科他矿业技术学校举行。象一年前在休斯敦举行的讨论会一样,拉皮德城的讨论会是由美国能源部(DOE)、美国国家科学基金会(NSF)和美国地质调查局(USGS)发起的。大陆科学钻探计划的 NSF 部分由36所大学的一个联合体通过一家名为地球大陆地壳深部观测和取样公司(简称 DOSECC)的非赢利公司管理。在 DOSECC 开始拟订大陆科学钻探计划时举行的首次讨论会上总结了能源部热状态计划取得的令人鼓舞的成果,并由北美地球科学家提出了具体的钻探实验设想。此外,南达科     

大陆深钻：探秘地球的“望远镜”

大陆科学钻探,被称为伸入地球内部的“望远镜”,是带动21世纪地球科学和相关工程技术发展的大科学工程,同时也是解决人类社会所面临的资源、灾害和环境等问题的重要基础研究课题之一,具有划时代的意义。     

测井技术的应用及其在科学钻探研究中的意义

测井技术是从上世纪20年代发展起来,60年代渐趋成熟,现已被广泛应用于油田、煤田等地质勘探工作中.上世纪开始的DSDP(深海钻探)、ODP(大洋钻探)I、CDP(国际大陆科学钻探计划)、KTB(德国的大陆科学钻探计划)等项目采用测井曲线研究古环境、古气候,确定地层性质等方面取得了进展,极大的拓展了地球物理测井在地质上的应用范围,使测井技术由油气、煤炭测井的地层分析上升到测井地质的成因研究,也渗透到提取古气候信息的领域上.我们在柴达木盆地盐湖科学钻探工程中也采用了测井技术,旨在通过与岩芯多指标对比分析,探索应用其指示意义测井技术在石油、盐类资源普查及古环境研究中.     

标定大陆科学钻探孔区地震反射体

在中国大陆科学钻探孔区 (江苏省东海县南部 )进行了系统的地球物理调查 ,包括二维地震测网和专门的地震剖面 ,大地电磁法和位场方法等 .地震调查表明 ,在超高压变质岩出露区上地壳充满了反射体 ,包括倾斜反射体与上拱的反射弧 .本文介绍大陆科学钻探先行研究中地震调查的成果 .根据大陆科学钻探预先导孔的岩芯和测井资料、井旁VSP和数值模拟结果证实 ,高波速的榴辉岩体、破碎断裂带和大型韧性剪切带都可引起倾斜的地震反射 ,而上拱的弧形反射体则是由近似直立的榴辉岩体和其中的破碎带的综合反映 .由于地壳深部广泛分布着经受变质的岩石 ,上述研究结果对标定地壳中的反射地震信号具有一定意义     

台湾车笼埔断层深井钻探计划(TCDP)概述

台湾车笼埔断层深井钻探计划(TCDP)是台湾车笼埔断层上进行的科学钻探工程。该计划于2004年开始实施,拟通过深达2 000 M的钻探,获取台湾1999年集集MW7.7地震深部断层带的岩芯样本和流体观测资料,并通过一系列的深井探测和观测研究,分析车笼埔断裂产生剧烈错动的原因。本文介绍了台湾车笼埔断层深井钻探计划(TCDP)的基本情况,论述了TCDP项目的科学假设、工作计划、合作项目以及近期的进展。全面了解TCDP相关内容,对我国大陆进行地震研究和深井钻探工作具有重要借鉴意义。     

中国大陆科学钻探孔区的地震波速模型

大陆钻探区地震资料的解释正确与否取决于对该区确定地震波速模型, 地震波速模型的确定是反射地震处理极为困难的问题.中国大陆科学钻探提供了难得的深孔岩性、构造与地球物理测井资料，可以对结晶岩区地震资料时深转换的精度与地震波速模型的确定进行检验.本文介绍了科学钻探前根据地表资料建立波速模型的方法及钻探后由钻孔资料建立波速模型的方法.由地表资料建立的波速模型其精度分布是不均匀的，其波速反演的方差将随深度成正比地放大，在有钻孔时应尽量根据钻孔资料加以修正.由地球物理测井和岩芯的波速测试结果建立的波速模型结予波速估计值均匀的约束，说明由钻孔资料取得的波速模型可以有效地降低在深部的误差,提高地震反射与岩性变化和波阻抗合成的地震道之间的相关性.为检验波速模型，由测井资料与波速模型作出的合成地震道与反射地震剖面对比时还必须考虑到井孔的实际轨迹，否则对比相关性可能明显减小.     

中国大陆科学钻探孔区的垂直地震剖面调查

苏鲁超高压变质带的研究对了解发生在地幔深处的大陆动力学作用具有重要意义.近年来在此带中进行了大陆科学钻探和以深反射地震为主导的详细的综合地球物理调查,为研究超高压变质带地壳上地幔组构提供了难得的基础资料.根据大陆科学钻探工程的安排,在钻探取心,测井和地面三维地震观测的同时,还在5000 m的钻孔中用三分量数字检波器,对地表激发传播到井中的地震波场作垂直地震剖面（VSP）观测,目的是将传感器放在钻孔内,近距离、高精度和高分辨率地观测井周围由于超高压变质带的构造特征和岩石岩性特征引起的波场变化.通过零偏移距和非零偏移距VSP调查,我们首次在超高压变质带取得了深度达5000 m的精细的横波速度和泊松比等地球物理属性数据,作出了钻井岩心柱、测井、VSP纵波速度、横波速度和纵横波速度比、VSP上行波和地面地震资料的桥式综合对比图,使不同尺度的地质和地球物理调查资料互相连接在一起. 零偏和非零偏VSP观测可以标定主孔地质剖面各深度地质体的地震反射特性、井旁地震剖面上各个同相轴的地质属性,并对井旁局部地质构造作精细成像.由此观测取得的横波速度资料,成为建立孔区横波速度模型主要的资料来源,这种模型也是地面多波观测数据处理不可缺少的.因此,建议在进行大陆科学钻探时尽可能安排VSP地震调查.     

入地——给地球深部放上探测器

钻到地心看一看 20世纪70年代初,大陆科学钻探作为一门高新科技,首先在原苏联受到重视并实施。随后,美国、德国、加拿大、英国等14个国家相继实施了这一宏伟的科学工程,向地球打了用于科学研究的钻井50个。原苏联已完成的18个科学超深井和深井中,有世界上最深的钻孔——科拉半岛超深井,其深度达1．2262万米。美国自20世纪80年代中期起每年投资1000万美元,实施大陆科学钻探计划,现已完成多个钻孔。德国于1996年10月12日终孔的主孔深度为9100米,     

深井地球物理观测的最新进展与中国大陆科学钻探长期观测

深井地震与地球物理观测(Borehole Seismology)是21世纪的一项崭新的高科技项目. 其目的是为了解决地球的表面效应和人类社会高度发展的城市化、工业化、现代化带来的噪音干扰,提高信噪比,推进现代地球物理观测与研究.随着地球系统科学的深入以及解决环境、资源、地震灾害预报等问题的需求, 近年来世界大陆科学钻探以及在钻孔深井内进行的地球物理长期观测得到了飞速发展,取得了高精度的观测研究成果. 中国大陆科学钻探长期观测在前期工作基础上,已经启动并正在构建我国第一个无地面干扰的深井地震、地球物理长期观测站,为实现我国的“入地”科学计划,开创我国21世纪地球科学观测研究的新局面作出贡献.     

震后快速钻探:历史、现状与未来

大地震发生后立即在断层带上进行钻探可以帮助我们获取更多的地震信息,尤其是可获得决定断层动态破裂的摩擦水平和强度,观测断层的愈合过程及可能触发余震的应力变化,并可获取控制破裂过程的重要的物理和化学属性。在2008年11月由国际大陆科学钻探项目（ICDP）和南加州地震中心（SCEC）联合在日本东京举办的为期3天的“震后快速钻探：历史、现状与未来”研讨会上,     

中国大陆科学钻探孔区的数字三分量反射地震调查

本文将简要介绍在大陆科学钻探孔区进行数字三分量地震勘探试验数据采集处理技术，以及取得的初步成果. 鉴于结晶岩地区波场的复杂性，在剖面调查之前要先进行波场特征调查，才能确定三分量地震调查观测系统采集参数.数据处理中与水平分量处理有关的三个困难环节包括静校正、速度分析与动校叠加，必须有所创新.在大陆科学钻探工程中，三分量数字地震调查之所以放在终孔后才进行，主要是因为三分量地震解释要以钻孔资料和VSP成果为基础.如果没有岩芯物性测定资料或VSP纵横波速度计算曲线，横波速度剖面模式就难以建立，水平分量数据处理和解释就难以进行.与单分量地震调查相比，水平分量采集处理提供了转换波信息，可反映独特的很有意义的地质信息.在三分量数字地震调查X分量深度叠加剖面左半边深度2600～3400 m区段出现密集的水平反射层，与Z分量反射剖面和变质岩片倾向不一致.对比主孔气体异常曲线可知，这些水平反射是地层中流体含量升高的反映.     

板块内部探测

德国大陆深部钻探计划（ＫＴＢ）是一次引人注目的尝试,它加深了我们对最薄的地球外层大陆结晶地壳的了解。但与该计划有关的报告并没有被广泛地发表,只在《地球物理研究杂志》（１０２,Ｎｏ．Ｂ８,１９９７）上发表了一组有价值的专门文章,把ＫＴＢ计划的主要科学研...     

大洋钻探与我国地球科学的发展

１９６８－１９８３年的深海钻探（ＤＳＤＰ）导致了地球科学的革命；１９８５年以来的大洋钻探（ＯＤＰ）正在把地球科学提升到地球系统演化的高度。本文从地壳与上地幔的成分、结构与动态和大洋与气候变化的原因与效应两方面简述了大洋钻探的学术成果与研究方向，指出大洋钻探与我国地球科学的密切关系。当前，世界上正在组织＂新世纪大洋钻探＂计划，我国是参与还是旁观？这将在很大程度上决定我国地球科学下世纪的前景。     

国内外地震科学钻探与测井技术应用

大地震发生后, 在断裂带开展科学钻探是研究地震发震机理的快速反应和科学计划手段。 测井技术是重要的井中地球物理探测方法。 本文结合日本Nojima断层科学钻探、 美国San Andreas科学深钻、 台湾车笼埔钻探和中国汶川地震科学钻探研究成果, 综述了国内外地震科学钻探计划实施和研究进展, 对比和分析了测井技术在其中发挥的作用和取得的成果。 最后, 对地震科学钻探井中观测研究提出了建议, 并展望了测井技术在地震科学钻探中的应用。     

深井地球物理观测与东海深井长期观测的最新进展

<正>深井地震与地球物理观测(Borehole Seismology)是21世纪的一项崭新的高科技项目。东海深井地球物理长期观测是我国开展深井地震学观测研究迈出的第一步。20世纪70年代起,国外地球物理学界开始从地面观测向地下深井发展,前苏联等国相继进行了不同深度的科学钻探。1995年国际大陆科学钻探计划(ICDP)组织成立,中国为其成员国之一。此后随着项目的进行与发展,世界发达国家的科学家规划建设了多个深井钻孔与观测台站,组建了区域深井观测台