智能化自动化钻探技术与装备发展概述

持续开展大深度智能地质钻探关键技术与装备的研发是当前钻井技术发展的主要方向,同时也是实现深地开拓必要的科技手段之一。本文简要回顾了钻探技术与装备发展概况,介绍了智能化自动化钻井技术与智能化自动化钻井工具。并结合现阶段我国5000米智能化自动化钻探技术与装备的研究进展,重点介绍了项目研究目标、研究内容和预期成果,提出了我国现阶段智能化自动化钻探技术与装备发展目标,以期为探索地球深部奥秘、勘探深部资源提供技术装备支撑。     

国际大陆科学钻探的回顾与成果

著者对国际大陆科学钻探的历史和所取得的成果进行了回顾。通过大量的统计和分析研究对前苏联,德国和美国等国有大陆科学钻探计划的实施情况,存在问题进行了总结,最后就今后我国在科学钻探实施方面提出了建议。     

大陆科学钻探选址与钻探实验

围绕中国大陆动力学基础地质研究的重大关键问题--板块汇聚边界的深部动力学、重要的矿产资源集聚区的成矿背景、成矿条件和深部找矿前景、盆山结合带对油气资源制约以及火山地质灾害预防等方面开展地质、地球物理研究、大比例尺地质调查科研填图和科学钻探选址预研究.在此基础上,运用不同技术方案在条件成熟的选区实施7口先导孔的科学钻探;...     

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。     

我国万米超深钻探装备第一代样机将在吉林大学问世——深部大陆科学钻探装备研制课题设计书在京通过审查

2010年11月8～9日,由国土资源部国际合作与科技司主持、国家深部探测技术与实验研究专项办公室组织的“深部探测关键仪器装备研制与实验”课题设计审查会在北京召开,会议对吉林大学承担的“深部大陆科学钻探装备研制”课题设计书进行了审查,吉林大学建设工程学院院长孙友宏教授代表“深部大陆科学钻探装备研制”课题组向与会的院士、专家、评委们详细地汇报了关于该课题的设计方案和思路。创新的方法、科学的依据、翔实的叙述,充分得到了评委们的肯定,并一致通过该设计审查。     

中国大陆科学钻探工程进展

经过12年锲而不舍的努力,中国大陆科学钻探工程终于成为国家级大科学工程及国际大陆科学钻探工程项目.直接观察陆壳的"大陆科学钻探"是伸入地球内部的"望远镜",是具有划时代意义的地学高科技系统工程,是解决人类发展所面临的资源、灾害和环境三大问题的重要手段之一,是继人类登月后向地球的又一次挑战!     

纪念中国大陆科学钻探实施15周年、国际大陆科学钻探委员会成立20周年

大陆科学钻探是“入地”的重要手段,是“深入地球内部的望远镜”。中国大陆科学钻探事业开展15周年以来,取得重要进展,获得全球地学界的高度关注,特别是2001年实施的中国第一口大陆科学深钻 （5158m）,成果辉煌,影响巨大。继后,又开展了青海湖环境科学钻探、松辽盆地白垩纪科学钻探、柴达木盐湖环境资源科学钻探,汶川地震断裂带科学钻探以及中国大陆科钻资源集成计划,总共钻进约 35km,显示了中国科学钻探方兴未艾的景象。为纪念国际大陆科学钻探20周年（1996~2016）和中国大陆科学钻探实施15周年（2001~2016）,本文回顾中国大陆科学钻探实施15年来的艰辛和奋斗的历程,展望中国大陆科学钻探的未来。     

松辽盆地大陆深部科学钻探地球科学研究进展

松辽盆地大陆深部科学钻探工程"两井四孔"之一的松科二井东孔(简称松科二井),位于黑龙江省安达市境内,于2018年5月26日正式完井。松科二井的科学目标涵盖古气候研究、资源能源探索、基础地质研究和发展深部探测技术四个方面。自2014年正式开钻以来,松科二井科学钻探工程组织实施了钻井取芯、原位测井、岩芯元素化学分析以及井周边深部结构探测等工作,目前已取得初步科研进展:获取长4134.81 m原位岩芯资料,完成了对白垩纪最完整最连续陆相地层厘米级高分辨率的精细刻画,初步建立起陆相地层标准剖面;发现了松辽盆地深部非常规天然气资源与盆地型干热岩良好的勘探开发前景;首次重建了白垩纪陆相百万年至十万年尺度气候演化历史,并发现白垩纪气候波动重大事件;揭示了古大洋板块俯冲、聚合的深部证据,为松辽盆地成因再认识及深层油气勘探提供了理论依据。松辽盆地大陆深部科学钻探工程的实施,对探索地球奥秘、解决深部能源环境等重大问题,具有重要意义,是"向地球深部进军"道路上迈出的坚实一步。     

国际大陆科学钻探（ICDP）进展

直接进入地球内部观察研究地球的成分、结构构造和各种地质作用是人类的长期梦想,就目前人类的科学技术条件,人们还不可能直接钻入地下进行实地取样与观察。科学钻探是获取地球深部物质、了解地球内部信息的最直接、最有效、最可靠的方法。国际大陆科学钻探计划成立以来,已经在许多领域取得了重要成果,发表了大量的文章。本文对科学钻探的发展过程、大陆科学钻探的意义、国际大陆科学钻探委员会成立的背景与建立过程、组织结构、立项程序、立项准则以及研究领域做了简要概述。对国际大陆科学钻探近年来在气候变化与全球环境、陨石撞击坑及撞击过程研究、地球生物圈、火山系统和热流机制、地幔柱和大洋裂谷、活动断裂、汇聚板块边界和碰撞带、自然资源等主要研究领域的重要进展做了综述,重点介绍了日本的云仙火山钻探项目、美国夏威夷火山科学钻探和圣安德列斯断裂深部观测计划的主要进展。概括和总结了中国实施的3个国际大陆科学钻探项目所取得的成果进展和中国的大陆科学钻探事业近期的主要活动。     

松辽盆地大陆深部科学钻探2号井完井暨学术研讨现场会召开

正2018年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。中国地质学会常务副理事长兼秘书长、自然资源部中国地质调查局副局长、松科二井工程领导小组组长李金发宣布松辽盆地大陆深部科学钻探工     

中国大陆科学钻探工程项目进展综述

阐明了中国大陆科学钻探工程的意义与目标，论述了工程建设的主要内容和项目的组织管理，介绍了项目的进展情况。     

大陆科学钻探孕镶金刚石钻头胎体配方的前期研究

在对普通孕镶金刚石钻头高温力学性能检测的基础上,实验研究了６种ＷＣ（Ｗ）基和６种Ｎｉ基配方胎体的高温力学性能,从而提出２种可供研制大陆科学钻探深部高温孔段孕镶金刚石钻头胎体使用的配方方案。     

ICDP创立20周年: 中国大陆科学钻探方兴未艾

国际大陆科学钻探计划(ICDP)创立于1996年, 至今整整20年。ICDP最初由中国、德国和美国3个发起国组成, 目前拥有24个成员国, 在全球已经组织和资助了30余个大陆科学钻探项目和75个研讨会。研究领域覆盖了全球大陆地球科学的各方面主题, 在诸多领域取得了重要进展。此前我们曾介绍了ICDP的概况和进展, 本文概述近些年ICDP科学主题的调整、组织发展状况和申请流程, 着重介绍与中国地学界关系密切的活动断裂与地震、全球性气候周期与环境变化、地球深部生物圈和矿产资源等几个领域的主要进展或发展方向, 并简要介绍了我国开展的“大陆科学钻探选址与钻探实验”(SinoProbe-05)项目、“汶川断裂带科学钻探”(WFSD)项目以及正在进行的ICDP项目——“白垩纪松辽盆地大陆科学钻探”概况和成果。     

深俯冲和折返动力学:来自中国大陆科学钻探主孔及苏鲁超高压变质带的制约

中国大陆科学钻探工程和苏鲁高压-超高压变质带为大陆岩石圈的深俯冲与折返动力学的研究提供了以下制约(1)苏鲁高压/超高压变质地体迭置于南、北苏鲁两个不同时代及属性的基底之上;(2)苏鲁巨量表壳岩石深俯冲至200km以下的上地幔深度,并经历超高压变质作用;(3)根据不同类型超高压变质岩石锆石的SHRIMP-U/Pb原位精确定年,获得超高压变质岩石的深俯冲-折返全过程(240～252Ma→230～237Ma→207～218Ma)时限.并建立了新的深俯冲-折返全过程的P-T-t轨迹;(4)富钛铁的辉长岩在大陆地壳的深俯冲过程中,经历了超高压变质作用并转变成了富含金红石的榴辉岩,形成了超高压变质的钛矿床;(5)通过榴辉岩和石榴石橄榄岩的显微构造分析及石榴石、绿辉石和橄榄石EBSD测量,确定深俯冲过程中绿辉石和橄榄石的组构运动学和流变学特征;(6)在大陆的深俯冲过程中,强烈水化的陆壳岩石经历了进变质脱水过程,巨量的地表水带入到＞100～200Km的地幔深处,在超高压变质峰期的极端条件下,通过含水超高压变质矿物的分解形成超临界的含水熔体,导致有效的壳-幔物质交换和岩石圈物质分异;(7)苏鲁超高压变质地体在折返阶段形成挤出纳布构造,与岩石圈深俯冲管道流的折返挤出机制有关;(8)提出新的深俯冲-折返动力学模式陆.陆碰撞的深俯冲剥蚀模式及大陆地壳多重性、分层型和穿时性的俯冲和折返模式.     

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。     

中国大陆科学钻探终孔及研究进展

中国大陆科学钻探工程经过1309天的努力奋斗，于2005年1月23日，钻井终孔深度达到5118．20m。成为中国钻探技术发展的新里程碑。全面研究正在开展，在巨量物质深俯冲、超高压深俯冲与折返的精确定年、超高压岩石的原岩形成背景、上地幔流变学、地幔特殊新矿物发现、地下流体异常及地下微生物发现等方面已取得重要进展。