国外断层深部钻探进展分析

国际科学钻探计划成立以来,已经在许多国家和领域取得了重要成果.通过回顾深井钻探项目的发展历史,概述近几年对俯冲带内的板块边界断层进行钻探的日本南海海槽孕震带实验、日本海沟快速钻探项目及美国圣安德列斯断层深部长期观测的板块结构、钻井资料分析的成果,并梳理工程地热系统钻井项目及南非矿山活动断裂带钻探项目对诱发地震的相关研究.旨在为断层深部钻探研究提供思路和参考.     

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.     

南海北部陆坡渐新世的蛋白石沉积

南海北部陆坡ODP1148孔蛋白石沉积的研究发现, 在距今约30-27.5 Ma的早、晚渐新世界线附近, 放射虫、硅藻和海绵骨针丰度以及沉积物孔隙水中的H4SiO4突然增加, 反映南海在这段时间有较高的蛋白石沉积和保存. 几乎与此同时(约30-28 Ma), 赤道中太平洋的生物硅质沉积的含量亦高. 与大西洋ODP929孔蛋白石沉积的对比表明, 渐新世太平洋与大西洋低纬区的蛋白石沉积呈互补性关系. 早、晚渐新世界线附近在大西洋保存的生物硅质沉积物降低而在太平洋增高, 可能反映了北大西洋深层水的形成和加强, 从而导致两大洋盆之间底层水分馏作用的增强. ODP1148孔沉积物的X衍射分析和扫描电子显微镜的观察发现, 大部分放射虫、硅藻和海绵骨针遭受了不同程度的溶解和再沉淀作用的改造, 已经由蛋白石-A转变成蛋白石-CT.     

南海颗粒有机碳通量的垂向变化及早期降解作用的标志物

南海不同水层的颗粒有机碳通量与表层沉积物有机碳积累率的对比 ,以及氨基酸、氨基糖、糖类物质的组成变化表明 ,南海水柱中的颗粒有机碳主要来源于近期生长的海洋浮游生物 ,仅有 1.4%～ 1.6 %初级生产力产生的有机碳进入深海水柱 ,而在深海盆地沉积物中积累的有机碳仅占初级生产力的 0 .2 2 %以下 .颗粒有机物通量与组成改变主要发生在表层数百米以及底层海水与沉积物界面之间 ,而在中下水层变化较小 . (TAA+TSUG)OC ,AA/AS ,Gluam/Galam ,Arom .AA/Non Prot.AA ,ASP/b ALA ,GLU/g ABA等指标在颗粒物沉积过程中逐渐减少 ,指示了有机物质的早期降解作用     

世界上最快回应大地震的汶川地震断裂带科学钻探

2008年5月12日汶川大地震之后,在青藏高原东缘龙门山地区实施了汶川地震断裂带科学钻探,这是目前世界上最快回应大地震的科学钻探,为地学家探索地震成因机制提供了极好的机遇.汶川地震断裂带科学钻探工程（WFSD）沿产生同震地表破裂的两条断裂带——龙门山的映秀—北川断裂和灌县—安县断裂共实施了6口科学群钻.其目标在于对钻孔的岩心、岩屑和流体样品进行多学科观察、测试和研究,揭示汶川地震断裂带的深部物质组成、结构、产出以及构造属性;探索地震过程中的岩石物理和化学行为、能量状态与破裂演化过程;认识汶川地震发生的应力环境、巨大的地震破裂产生及传播原因、地下流体在地震的孕育、发生、停止过程中的作用,从而检验和深入理解地震断裂发震机理.目前,汶川科钻项目已取得的部分重要成果如下：（1）查明了汶川地震断裂带结构、组成;（2）揭示了汶川地震过程中"热增压"为重要断裂弱化机制,提出断裂带内石墨可作为判断大地震发生的标志;（3）发现目前世界上最低的断层摩擦系数,并首次记录到大震后断裂带快速愈合信息;（4）重建龙门山的构造格架,提出汶川大地震发生的新的成因模式;（5）通过对汶川地震余震的精确定位、钻孔附近的地震台阵观测,确定了地震活动与龙门山断裂带不同区段的空间关系;揭示断裂带深部流体特征与地震活动的关系,为确定大震孕育过程提供深部流体活动行为的科学依据.     

沉积盆地、结晶基底和油、气成因理念与第二深度空间勘探和开发

在石油、天然气的勘探和开发研究中,涉及到深部空间的介质、结构和属性,在沉积建造上涉及到陆相沉积、海相沉积和火山岩相,在油、气成因理论上涉及到有机成因和无机成因,在机制上涉及到深部流体的分异、调整、运移和动力作用.这些本质性问题的研究和探讨是人们十分关注的科学领域.基于油、气生、储和形成的理论、应用和成效的研究提出,有几个基础性的理念问题必须重新认识,特别是沉积建造与古老变质岩结晶基底;双相（海相和陆相）沉积建造与盆地的内涵和双基（有机和无机）混合油、气成因理念.清晰地厘定这些认识不仅有益于对油、气形成、聚集和勘探及开发给出一个更为科学的深部空间,即第二深度空间（5000~10000 m）的油、气勘探,而更为重要的是基于对这些理念的重新认识和深化研究可构建新的思路或理论,且在新的理念导向下,强化油、气深部勘探,以期能在理论研究和实践应用中取得新的成效,发现大型与超大型油、气田.     

南海扩张的地震反射标志——南海东北部多道地震剖面结果

南海的扩张、成因演化研究的成果主要基于深部速度研究及磁条带研究的基础上,但南海东北部边界的研究相对薄弱.本次通过对南海东北部边界的反射地震剖面973的综合研究,结合前人的天然地震震源研究及地质研究成果,得到南海形成与扩张是单方向向菲律宾吕宋岛弧—台湾岛地块漂移的结果.南海各块体处于一个统一的区域应力场作用之下,菲律宾吕宋岛弧—台湾岛地块限制了南海的扩张与发展;在此应力条件下,不同部位受力状态不同,就南海东北部973剖面地震波场特征,可划分为五个构造单元：AB段南海东北部大陆架张性盆地区;BC段大陆坡为伸展区,形成大量张性盆地;CD段中部深海沉积盆地为弱挤压区,深海沉积盆地弱变形,大陆坡张性盆地浅俯冲其下,深海沉积盆地西部翘起,向东倾斜;DE段东部为强挤压区,沉积盆地挤压变形,越向东挤压越强烈,深海沉积盆地浅俯冲其下,相对弱变形并西部翘起;E以东,菲律宾吕宋岛弧—台湾岛构造带为稳定地块.南海东北部在东或南东方向统一的区域应力场作用下,处于张性、弱挤压、强挤压不同压力状态,形成南海特有的由北西向东呈现拉张-弱挤压-强挤压构造格局,反射地震剖面上显示两个浅俯冲点.每个块体构造层呈手风琴风箱式折曲并向东聚敛,近菲律宾吕宋岛弧—台湾岛构造带其折曲更为严重,沉积盆地由西向东,展现为不同阶段的沉积盆地,发育、成长、结束、消亡,块体俯冲方向以及各块体的区域性倾伏方向均与区域应力场方向一致.     

南海中深层动力格局与演变机制研究进展

南海是连接印度洋-太平洋的最大边缘海,在季风、海峡水交换以及复杂地形影响下,南海环流呈现出独特的三层结构以及远强于大洋的混合特征.理论与观测表明,南海内潮、内孤立波以及强风等过程是强混合的动力来源.在南海强混合作用下,南海发育了活跃的中深层动力系统,一方面促进了南海与大洋之间的水体交换,另一方面调控上层风生环流,使得南海环流显著区别于其他热带与副热带海盆.南海活跃的中深层环流所具有的物质搬运能力又显著影响着南海的地质沉积、生物地球化学循环等过程.中国对深海研究持续投入,在南海中深层环流动力学研究方面取得了显著的成果,文章就该方面进行总结,并对南海深海环流未来研究设想进行初步探讨.     

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。     

中国大陆地壳与上地幔精细结构探测十条第一剖面和其作用与科学意义

地球内部物理学和地球动力学在地球科学研究领域里占有重要地位.为了研究和探索我国大陆不同大地构造单元和板内特异块体与其界带的深部介质属性、结构和深层物理-力学过程,已在我国最先构思、设计、布署并实施了十条人工源深部地震探测剖面.沿这十条第一剖面进行了高精度的地震反射、宽角反射和折射波场观测,进行了数据采集,获得了深部高分辨率的信息.通过数据处理和反演求得了各剖面辖区的沉积建造、结晶基底、地壳与土地幔的差异和层、块精细速度结构,发现、研究和提出了一系列的重要科学问题并取得了一系列新认识.为研究成山、成盆、成岩、成矿、成灾,圈层耦合和深化认识地球本体与动力学响应打下了坚实的基础,明确指出了其深入研究的内涵和发展导向.     

第二深度空间(5000~10000 m)油、气形成与聚集的深层物理与动力学响应

在当今全球各国对油、气能源的需求和我国在工业化进程中油气能源十分紧缺的前提下,共享世界油、气能源的同时,必须立足于本土,迅速建立起安全、稳定,且可保证持续供给的油、气能源战略后备基地.油、气田勘探和开采中,尚存在着大于或远大于通常所规范的油、气生成稳定温度和深度限定,而向深部勘察油、气的理念又受到传统油、气成因理论的严峻挑战.为此,近些年来,通过对沉积建造、结晶基底,深部油气生成的物理（主指温度、压力）条件、物源和聚集储存空间的研究,提出：①沉积盆地中存在双相（陆相+海相）沉积建造,而基底则分为中、新生代沉积基底和古老的变质岩结晶基底,即双层基底;②地壳深部介质的物理－化学属性和变质岩及存储空间为油、气的生成和聚集提供了物质基础;③厘定了在有机成因主导下,油、气混合成因（有机+无机）的新理念;④第二深度空间（5000~10000 m）的油、气探查和开发将必是未来深部发现大型和超大型油、气田和深化研究的必然轨迹.     

南海北部深海潮汐的季节性变化特征

深海潮汐是深海混合过程的主要能量来源,对深海环流变异和沉积物搬运具有重要的调控作用.文章利用深水锚系观测系统在南海北部2100m水深处开展了近两年的高分辨率海流剖面观测,用于研究深海潮汐的季节性变化特征.通过谱分析显示,南海北部深海潮汐以全日潮为主,且在观测区域的深海中,全日潮和半日潮以垂向第一模态结构为主.斜压全日潮具有显著的季节性变化特征,夏季最强,深度平均的最大动能达86.7cm2s-2,分别是冬季的1.5倍、春秋季的2倍;而斜压半日潮没有明显的季节性变化.通过对比发现斜压全日潮的季节性变化受控于吕宋海峡附近的正压潮.另外,观测期间有三个强中尺度涡经过锚系站位,其中一个气旋式中尺度涡对深海海流影响较小,而另外两个反气旋式中尺度涡经过研究海域时可影响全水深海流,激发强亚惯性流,对深海潮汐产生边缘强化效应,并使深海斜压全日潮冬季的异相成分增强,占全日潮的85%.同时,中尺度涡对深海海水混合的增强弱化了海水层结,导致冬季的斜压全日潮流速减弱,低于夏季.南海北部深海潮汐季节性变化为研究深海盆沉积物在不同时间尺度上的分布及搬运过程提供了重要的动力机制.     

基于磁力资料的南海及邻区磁性基底和居里面深度特征研究

磁性基底和居里面是研究地壳和岩石圈的地质构造和热演化过程的两个重要磁性界面.为了研究南海及邻区磁性基底和居里面所反映的深部构造及其热活动的地质效应,本文在对磁异常进行化极处理的基础上,采用最小曲率位场分离方法,获得了磁性基底和居里面引起的化极磁异常,利用双界面模型快速反演方法,反演了南海及邻区的磁性基底和居里面深度,研究了磁性基底、居里面深度及其分布特征,讨论了磁性基底、居里面与新生界深度之间相关性特征及其地质意义.研究表明,磁性基底深度5~20 km,洋盆南北两侧磁性基底走向分别以NE、NEE向为主,中南半岛周缘磁性基底呈NW、NNW走向.居里面深度15~32 km,宏观表现为"洋壳浅、周缘深"及周缘"北浅南深"的特征,洋盆地区居里面深度呈现"西南浅、东部深",洋壳与陆壳接触带在居里面深度上表现为梯级带特征.新生界深度与磁性基底深度相关性（Correlation between the depth of magnetic basement and Cenozoic,CDMBC）多以不规则形状分布,在盆地的沉积中心呈现正相关;新生界深度与居里面深度相关性（Correlation between the depth of Curie surface and Cenozoic,CDCSC）多呈NE、NEE向带状正相关分布,走向与盆地走向一致;莺歌海盆地、琼东南盆地、万安盆地南部和曾母盆地CDMBC呈正相关、CDCSC呈负相关,莺歌海相关性特征推测为：居里面随岩石圈变形隆起而抬升,磁性基底张裂下沉,发生大规模沉降引起;琼东南盆地相关性特征推测为：居里面随岩石圈变形下坳而下降,沉积中心与磁性基底下沉方向一致;万安盆地和曾母盆地相关性特征推测为：深部流体沿南海西缘断裂直接进入地壳,引起该处居里面深度变浅.     

辉煌70年 1949-2019年自然资源科技成就与历史回望

正金秋十月,新中国迎来了70华诞。70年栉风沐雨,70年砥砺前行,全国人民共同谱写了一首壮丽恢宏的史诗。从建国初期的"贫油少气",到松基钻井成功发现大庆油田,我国工业发展"气血旺盛";从深海勘探的"零起点",到"蛟龙号"潜水器深潜,我国海底载人科学研究和资源勘探能力达到国际领先水平;从传统的"脚步丈量",到成功发射一系列     

支配大陆裂口的脉动大地构造学

在布莱克—巴哈马盆地的534号深海钻探计划(DSDP)场区,由海洋钻探国际阶段最进钻探的资料,得出扩张中心在北美大西洋边界裂口中漂移的一个确定的年代。测得布莱克山嘴异常的主要年代是卡洛夫期(约155百万年),该异常反映了扩张中心的漂移,而后者又标志着现代北大西洋的诞生。这比我们过去想的大约要年轻二千万年。这一结果的推论之一,就是使北大西洋裂口开始出现的这一扩张中心漂移,其时代可能与使墨西哥湾断裂终止所需的扩     

南海深层环流与经向翻转环流的研究进展

吕宋海峡"深水瀑布"一方面驱动了南海深层气旋式环流,另一方面入侵的北太平洋深层水在南海内区通过混合变性并上升.这两个过程极大地贡献了南海经向翻转环流.同时无论是南海深层水平环流,还是经向翻转环流,均受到南海内区复杂地形的调制,而南海经向翻转环流的空间结构又在一定程度上体现了南海深层环流与中、上层环流的联系.本文回顾了近年来南海深层环流与经向翻转环流的研究,总结了南海深海环流的驱动机制及其地形的调控、南海经向翻转环流的空间结构及其成因.     

南海西南部深水水道的多波束地形与多道反射地震研究

基于高分辨率多波束地形与多道地震资料精细解释,发现了南海西南部陆坡区5条大型深水水道.这5条水道可分成两类:1、5号水道延伸短,横剖面呈V形,弯曲度低,属顺直水道,侵蚀作用主导;2—4号水道延伸长,横剖面呈U形,弯曲度高,属弯曲水道,侵蚀-沉积作用主导.水道走向NEE-NE,长度大于350km的有2条,宽度最大达2km,切割深度最大达150m.推测这些水道是陆源物质重力流作用形成的,是该区陆源物质通过陆架输送到南海西南次海盆的重要通道.陆坡区这些水道基本发育天然堤.在下游区域第二长的2号水道谷底明显高于周缘海底,水道-天然堤沉积已逐渐演变为朵叶沉积.这些水道的深部对应基底隆起区,说明深部构造的晚期活动控制了水道的平面位置,重力流与深部构造晚期活动共同控制了水道的形成演化.     

南海中部地球物理特征与地壳结构

自20世纪50年代以来,南海地区的地质构造一直为地学界所关注.本文根据南海的地球物理场特征,讨论了南海中部的基底岩相类型,并将它划分为5个基底岩相区.在中央海盆,分析了高精度磁测异常和卫星测高重力资料,并使用海底扩张磁条带异常相关分析方法,鉴别出扩张脊、转换断层和各磁条带地层的年代,揭示出许多有意义的而过去显示不清楚的特征.进一步提取深部地球物理信息,包括磁性、密度、层速,以及一些界面的深度值,如基底面深度、居里面深度、莫霍面深度等,综合分析并探讨了南海中部的地壳深部地质.认为南海经历了长期地质演变形成了过渡性地壳结构.     

西藏高原羊易地热田深部构造的近震转换波研究

首次利用三分量数字地震仪在西藏羊易地热田区记录到近震转换波,并用于研究深部构造取得了结果.查明了测区基底构造的基本特征,发现热田区发育了NNW和NEE向一系列断裂,其延深可达6-9km,不同方向断裂的交汇对热田有控制作用.在热田内基底形成一近NS向断块状局部隆起.经过热田深部传播的近震转换波的频谱主频和振幅比均有明显降低,这些特征显示热田深部可能有局部熔融的岩脉沿深断裂活动.表明在热田区的微震观测中同时利用近震转换震相研究深部构造是可行的.     

南海北部新生代盆地基底结构及构造属性

基于南海北部钻井资料、华南沿海地质特征、覆盖珠江口盆地和琼东南盆地的地震长剖面解释,将南海北部盆地基底结构划分为前震旦系、震旦系-下古生界、上古生界和中生界4个构造层,论述了各个构造层的分布范围和分布规律,揭示了各个构造层的构造属性.南海北部盆地广泛分布前震旦纪结晶基底,它与华夏地块前震旦纪结晶基底联为一体,组成更大规模的陆块——华夏-南海北部陆块.震旦系-下古生界广泛分布于南海北部,是华南加里东褶皱带向海域的自然延伸,沉积物来源于东海南部-台湾、中西沙、云开古隆起和一些小的基底隆起区,南海北部加里东褶皱带与华南相连,组成范围更为辽阔的褶皱带.上古生界构造层分布在北部湾盆地和台西南盆地基底中,由稳定的陆表海沉积所组成,珠江口盆地和琼东南盆地基底在晚古生代属于古隆起,缺失上古生界构造层.中晚侏罗世-白垩纪地层分布及沉积环境具有东西分异特征,台西南盆地基底中发育有海相和海陆交互相沉积,火山活动不明显;珠江口盆地东部基底以海相和海陆过渡相为主,火山活动较强烈;珠江口盆地西部和琼东南盆地基底以早白垩世陆相火山-沉积为主;北部湾、莺歌海盆地基底以上白垩统陆相红色碎屑岩为主.中生界基底中北东向花岗质火山-侵入杂岩、火山-沉积盆地、褶皱、断裂与华南沿海陆域具有相似的时空分布、地质特征及构造属性,它们属于同一岩浆-沉积-构造体系,反映了晚中生代构造层形成于活动大陆边缘背景中.在基底结构及构造属性研究的基础上,编制了南海北部盆地基底不同时期古地理图.