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     

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.     

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。     

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.     

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.     

汶川地震断裂带科学钻探WFSD-1孔成像测井岩心空间归位

2008年汶川大地震发生后,我国迅速实施了汶川地震断裂带科学钻探项目(WFSD).钻井取心是研究地下情况的直接资料,但取心时通常采用非定向取心技术,缺少准确的深度和方位信息,需要利用测井资料对其进行深度和方向的还原,即岩心空间归位.针对汶川地震断裂带科学钻探项目一号孔(WFSD-1孔),利用成像-岩心扫描图像综合处理软件(CCSDLogCore)精确和直观的完成了2055块岩心图像的空间归位.对归位成果进行了分析,发现随着钻孔深度的增加,岩心深度误差增大,说明了归位结果符合实际情况,为下一步地质构造分析奠定了基础,文章还总结了归位过程中遇到的问题并提出了建议.     

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.     

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。     

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.     

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。     

亚洲第一深井

长期以来 ,地球科学家们试图运用地质、地球物理和地球化学等方法探测和研究地球内部 ,但所获得的认识都是间接的。随着科学技术的发展 ,从 2 0世纪 70年代开始 ,地质学家开始利用钻探技术 ,向地球深处伸出“望远镜”。2 0 0 1年 8月 4日 ,被誉为“亚洲第一深井”的“中国大陆科学钻探工程”在江苏省东海县毛北正式开钻。钻探作业区长约 1 2 0 m,宽约 85m。井架东面的铁架上整齐地码放着 2 8根粗细不一的钢套管。这些钢套管长 1 0 0 m,最粗的直径 3 1 5mm,最细的约有 1 2 mm,钻机每向下 1 0 0 m,取出岩心后 ,便用钢套管对钻井加以固定和保护…     

井下综合观测技术发展现状

21世纪以来,井下观测以日、美等国为首迅速进入“深钻井,多分量,宽频带”的发展时期,我国也紧随其后开始了井下综合观测技术的研究.本文介绍了10年来井下综合观测技术在世界各国大陆、大洋科学钻探工程中的应用,展示了各国井下综合观测技术上的成果,并分析比较了各种技术的特点,最后对深井高温高压环境、多测项集成技术和井下安装检测工艺等关键问题进行了分析和总结.在我国,井下综合观测仍属于技术创新项目,虽然第一批井下综合观测系统已成功研制出来,并在500m以内的钻孔中进行了小规模的实验,但成功经验较少,与技术领先的发达国家相比仍有不小的差距.     

深海钻探船预定1989年春抵日本

一艘属于国际海底钻探计划(ODP)的深海探船(18600吨)1989年春将抵达日本。该船能在世界深海底开凿直径约30厘米、深1000米以上的钻孔探索地球奥妙。按照计划,其任务是从海底开凿的细长钻孔中取出沉积物和岩石,研究地壳成分和微生物化石,并在钻孔中观察地球内部的温度和地壳应变等,以便对日本海形成的时间、近海地壳变化、火山活动及气候变化等进行分析。国际海底钻探计划是1985年以美国为中心由日本、联邦德国、英国、法国、加拿大等国联合实施的。目前,有西欧各国及土耳其等12个国家参加的欧洲科学财团也参与了这一计划。钻探船是配备有测定装置和微机的“漂浮式研究室”。在船上工作的有来自参加国和钻     

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     

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.     

深井地震观测中地脉动谱的作用

工业大城市的地震观测的有效方法之一是采用深井观测技术。美、苏、日等国早在五十年代已经使用,我国自七十年代起先后在京、津、沪地区实施深井观测技术。上海台网有深井9口,一般深度均在550米左右。从实际使用结果看,深井地震仪与同一地方地表地震仪OM B:30     

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。     

中国大陆科学钻探工程主孔地下流体特征及与地震活动的关系初步研究

收集了中国大陆科学钻探主孔工程(CCSD)主孔中117～2045 m深度地下流体某些组分(He、 Ar、 CO₂、 CH₄)的浓度资料和2001年7月1日至2002年4月30日时间段内钻孔周围500 km范围内震级M_L≥1.0地震目录资料, 对其流体资料进行日均值处理、 差分分析和最大相关系数处理。 由日均值浓度看出地震前后He、 Ar、 CO₂、 CH₄浓度存在明显异常; 最大相关系数分析表明, CH₄和CO₂组分两者相关性好, 最大相关系数平均值为0.95, 均方差为0.08, 说明两者可能具有相同的来源。 CH₄和CO₂浓度日均值最大相关系数在地震前后出现明显的异常波动。 主孔中的地下流体特征及与周围地震活动的对应关系揭示大陆科学钻探主孔中的地下流体异常与区内地震活动可能存在一定关系。     

华北地台北部开展大陆科学钻探的意义与建议

华北地台北部开展大陆科学钻探的意义与建议叶洪，黄秀铭，陈国光（国家地震局地质研究所，北京１０００２９）１引言大陆科学钻探是当代地球科学研究前沿之一，也是地学领域具有划时代意义的一项高新科学技术，因此近２０年来尤其受到国际地学界的重视。世界上已有十余个     

地应力测量的非弹性应变恢复法及应用实例

岩芯非弹性应变恢复法是近年来发展起来的比较经济有效的深部地应力测量方法,汶川5.12地震后,我国大陆首次将该方法应用于汶川地震断裂带科学钻的地应力测量.本文简述了该方法的原理、计算方法和汶川地震科学钻一号孔的典型结果.给出了一号孔在所测深度之处的三个主应力的大小和方向.三个主应力中,最大主应力和中间主应力近于水平,最小主应力近于直立.最大主应力方向为北西.在746 m深度,三个主应力的大小为25.2 MPa,21.5 MPa,18.5 MPa.这种应力状态可使龙门山断层产生逆冲兼右行走滑运动,与汶川5.12地震的断层运动一致.该方法得到的结果与震源机制解及其他地应力测量方法得到的结果吻合.测量结果表明,非弹性应变恢复法具有较大的实用价值.特别是在较大深度的钻孔和地层较破碎的复杂地质条件下,应力解除法、水压致裂法等难以实施时,此方法仍有可能获得较可靠的地应力数据,适应性更强.