我国第一口大陆科学深钻将开工

我国第一口大陆科学深钻———“中国大陆科学钻探工程”项目 ,将于 2 0 0 1年 7月开工。该工程利用现代深部钻探的高新技术 ,在具全球地学意义的“大别—苏鲁超高压变质带”东部 ,即江苏省东海县内 ,实施我国第一口 5 0 0 0ｍ科学深钻 ,获取岩芯及液、气态样品 ,并进行测试分析 ,取得地球物理探测和测井数据 ,以实现研究“大别—苏鲁超高压变质带”岩石的形成与折返为主的一系列地学研究目标。工程完工后 ,这里将建成亚洲第一个现代深部地质作用长期观测与实验基地。我国第一口大陆科学深钻将开工1国家电力公司北京勘测设计研究院 .抽水蓄…     

中国大陆科学钻探场址区的地壳速度结构特征

为了深入研究大别—苏鲁超高压变质带的深部结构及空间展布特征, 进一步揭示该超高压变质形成的动力学过程, 在中国大陆科学钻探场址区进行了广角反射/折射地震测深调查.根据广角反射/折射地震测深的资料研究, 建立了中国大陆科学钻探场址区的地壳纵波速度结构.从纵向上来看, 研究区域的地壳结构可划分为上、中、下3层: 上地壳的速度小于6.2 0km/s, 厚10余km; 中地壳的速度为6.4 0km/s, 厚亦为10km左右; 下地壳的速度为6.6 0km/s.地壳厚度为31km左右, 且其地壳的平均速度为6.30km/s.上地壳中的速度倒转指示了超高压变质体在地壳内部的空间分布, 且超高压变质体在大陆科学钻探场址及其附近的下部呈现为一隆起形态.      

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.     

中国大陆科学钻探选定东海县

据“中国矿业报”报道,一项跨世纪的大科学工程——中国大陆科学钻探(CCSD),有望在本世纪末至下世纪初在中国东部的大别-苏鲁超高压变质带(UHPMB)的江苏东海县境内付诸实施,这是8月18日至20日在山东青岛市由地矿部主办并得到国际大陆科学钻探计划(ICDP)资助的“大别—苏鲁地区大陆科学钻探选址国际讨论会”上国内外地学专家经过3天热烈认真讨论后决定的。     

2005年探矿工程（岩土钻掘工程）十大新闻

中国大陆科学钻探工程是国家“九五”重大科学工程项目之一，位于江苏东海大别-苏鲁超高压变质带的“科钻一井”自2001年6月25日开钻，至2005年3月8日，连续钻探1353天，在进尺达到5158m时胜利完钻，取得了钻探工程技术的重大突破，获得了许多创新件成果和重大科学发现，培养了一批地质科学领军人才和钻探工程技术精英，被称为中国钻探技术史上的里程碑。     

苏鲁造山带区域地壳山根结构特征

本利用苏鲁大别造山带及其邻区的三维P波速度资料,详细对比研究了苏鲁与大别超高压变质带莫霍面深度和深部P波速度结构分布特征。结果表明,尽管苏鲁、大别超高压变质带都具有上地壳明显高速且上凸;中地壳增厚;下地壳埋藏较深且下凹等共同的P波速度结构特征,与大别地区相比较,苏鲁超高压变质带还存在着独特的区域性特征。从地貌上看,苏鲁地区山脉已经基本消失。苏鲁超高压变质带的地壳厚度为32～33公里,深于其周围地区2～3公里,但是莫霍面下凹程度远不如大别地区,造山带地壳山根已逐步趋向消失。苏鲁地区上地壳P波速度高于大别,比其周围地区约快1～1．2km/s,有可能显示了该区有更多高速、高密度的超高压变质岩折返到上地壳与地表的岩石物性效果。大别造山带山脉依然存在,莫霍面下凹更明显,沿NWW向串状残留地壳山根最深为37～38公里,深于其周围地区3～4公里。对比研究结果表明,由于区域构造运动的作用,苏鲁大别造山带中的不同地段,在其造山、演化过程中也存在着差别。苏鲁的造山运动起始虽略晚于大别,但结束的更快,比大别更早进入了造山运动的后期。分析促使苏鲁造山运动进程加速的主要构造原因可能有两点,郯庐断裂带的左旋走滑运动以及通过中国华北区域的大范围NW-SE向扩张应力场的影响。大区域构造背景加速了苏鲁造山带地表高山侵蚀过程的同时,随着山根浮力的不断减弱,地壳深部山根逐渐趋向消失。地壳速度结构特征有可能反映了苏鲁造山带的地壳山根随着地表山脉的侵蚀而减弱,趋向消失的过程。     

中央造山带东段岩石圈的构造格架

笔者讨论了大别—苏鲁超高压变质带地球物理调查剖面及相关地球物理成果。分析大别—苏鲁地体的深部地质构造与岩石圈主要特征,并与东秦岭地区前人的探测结果进行对比。结果认为,中央造山带东段的地壳构造反映了扬子克拉通向北的陆内深俯冲作用。陆壳俯冲的角度在20°～30°之间,由于角度较缓,中央造山带东段发育了开阔的后陆盆地,其下方基底构造仍保留有造山带板块会聚的特征。造山带核部上中地壳存在着规模很大的岩浆岩体的显示,与造山期后的地质作用有关。大别—苏鲁的早中生代超高压变质带在东秦岭可能仍埋藏在地壳深处,不会出露于地表。     

江苏东海—中国第一口大陆科学钻探的最佳选区之一

江苏东海位于中国巨型秦岭一大别－苏鲁超高压变质带东段，在该地区实施中国第一口大陆科学钻探既具有了解古变质造山带动力学机制和壳幔作用的重大理论意义，也具有探索榈矿化和郯庐断裂带及其对地震影响的现实意义。苏北工海选区具有构造位置独特，变质造山带根部暴露最浅，超高压岩石及矿物最为丰富，构造层次多，无中生代花岗岩类分布，矿床种类多，勘查程度高，已有大量钻孔成果，施工条件优越等优点。作为大别－苏鲁超高压带最     

苏北榴辉岩中水晶的形成时代及其对超高压变质岩折返的示踪意义

江苏东海水晶以其晶体粒大和产量巨大而闻名，在地质上也因其产于高压超高压变质带而独具特色。在对大别—苏鲁超高压变质带的区域成矿作用进行研究和对中国大陆科学钻探工程(CCSD)主孔岩心进行编录的过程中，认识到超高压带存在着超低压成矿现象，包括中国最主要的水晶矿床成矿带在内的许多矿床都可能是在超高压变质之后退变质结束阶段的超低压环境中形成的，对水晶进行流体包裹体的Rb-Sr等时线年代学研究，获得208Ma的等时线年龄，表明成矿时代为印支期。该年代可视为超高压变质带折返并经历了退变质之后而“稳定”下来的时间。     

大陆科学钻探撰光辉篇章，海洋科学钻探需急起直追

一、“科钻一井”圆满成功，我国大陆科学钻探进入世界先进行列 为研究具有全球意义的大别-苏鲁超高压变质带实施的中国大陆科学钻探工程“科钻一井”于2005年胜利峻工。这是我国实施“科教兴国”战略，布署十项国家重大科学工程项目（每项投资均超过亿元）取得的又一重大成就，被列入我国2005年十大科技成就之一，令全国、地质学术界和钻探工程界欢欣鼓舞。并获得国际大陆科学钻探学术界的赞誉。     

大洋板块拖曳窄条陆壳俯冲——大规模超高压变质形成的构造条件

超高压变质岩生成问题中解决低密度大陆地壳深俯冲力学机制是一个关键问题。虽然俯冲地幔岩石可以裹携十几千米乃至几十千米尺度的陆壳块体到超高压变质深度，大规模的陆壳深俯冲需要特殊的构造条件。新西兰南岛北端研究表明，俯冲大洋板块能携带宽度达150km左右的窄条陆壳克服浮力达到超高压变质深度，而大陆板块碰撞的主体则浮在岩石圈上形成走滑断层。苏鲁-大别可能曾存在类似的构造条件：苏鲁西侧俯冲海洋板片首先拖曳苏鲁陆壳俯冲到超高压变质深度；随后大别以西俯冲大洋板片拖曳大别至超高压变质深度，而陆壳浮力导致苏鲁陆壳停止俯冲，飘浮的陆壳被北推而形成郯庐断裂；秦岭陆陆碰撞造山后大别超高压陆壳也折返；秦岭作为典型造山带，虽然不排除零星超高压变质的可能，但不具备大规模超高压变质的条件。     

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。     

西藏罗布莎橄榄岩与中国大陆科学钻探主孔(CCSD-MH)榴辉岩中金刚石的红外特征初探

大别苏鲁超高压变质带上的大陆科学钻探主孔(CCSD-MH)中榴辉岩中的金刚石形成于大陆深俯冲作用过程,西藏雅鲁藏布江缝合带罗布莎蛇绿岩铬铁矿中的金刚石来自深部地幔,两者的形成背景和机制可能不同.本文对两地的金刚石样品开展了傅立叶变换红外光谱(FT-IR)定性分析.结果表明,西藏罗布莎金刚石样品为ⅠaA型;而CCSD-MH金刚石为ⅠaAB型,既表明其杂质氮的聚集形式和演化路径上存在着差异.红外光谱特征不仅仅表明两者属天然金刚石常见类型,并且超高压变质带中的金刚石形成时间可能更久远.     

苏鲁—大别超高压变质带地壳速度结构及其俯冲、折返机制

三维P波速度解析研究结果表明，苏鲁-大别超高压变质带岩石圈地壳速度结构均具有上地壳明显高速且上凸、中地壳增厚、下地壳埋藏较深且莫霍面下凹等基本特征。与大别地区相比较，苏鲁超高压变质带存在着上地壳波速更高，且地表高速区面积与上地壳高速体体积大于大别；而莫霍面下凹程度不如大别地区，地壳山根已逐步趋向消失等独特的区域特征。显示了苏鲁地区曾发生过更激烈的俯冲与折返构造运动，与大别地区相比，有更多高速、高密度的超高压变质岩折返到上地壳与地表；然而在造山运动过程中比大别更早进入了造山运动后期等特征。对比研究结果表明，苏鲁-大别地段的造山、演化过程中，在构造运动基本相似的背景下，存在着区域性特征。苏鲁地区的造山运动以及超高压变质作用，有起始略晚、发生时期较短但相对激烈、结束早、比大别更早进入了造山运动的后期等特征。笔者分析了苏鲁区域性特征形成的主要构造原因是，郯庐断裂带的大规模左旋走滑运动以及通过中国华北区域的大范围NXV—SE向扩张应力场的影响。其中，中生代以来大华北地区的大区域扩张应力场的影响可能是该区俯冲到地幔内的超高压变质岩能够大量折返回地表或上地壳的重要构造原因。     

苏鲁大别造山带岩石圈三维P波速度结构特征

本文全面收集整理并解析了地学断面、地震测深、体波和面波层析成像资料,得到了苏鲁大别造山带及其邻区岩石圈1°×1°三维P波速度数据体。研究结果表明,苏鲁与大别造山带高压、超高压变质带的岩石圈速度结构具有上地壳明显高速且上凸;中地壳增厚;下地壳埋藏较深且下凹等相似的基本特征。苏鲁和大别超高压变质带下的莫霍面比其周围深2～4 km,深度分别达到32～33 km和34～38 km。在大别造山带,有地壳低速体从南向北俯冲到上地幔的迹象,可能显示了扬子地块地壳物质向华北地块俯冲,坠入上地幔的残留体。超高压变质带岩石圈底部的地幔,往往有明显高速层或高速体存在。苏鲁与大别地区的岩石圈速度结构不同特征及其成因在于苏鲁地区上地壳P波速度更高,但是,下地壳下凹没有大别地区明显,而且区域构造较为均一。这可能是受到郯庐断层左行平移的主控影响所致。郯庐断裂带的上、中地壳和上地幔表现为相对低速异常,郯庐断裂及其地下延伸部分将岩石圈地幔浅部低速层和深部高速层切为两段,其影响深达岩石圈底部约90 km处。     

中国中央造山带内两个超高压变质带关系

中国中央造山带内至少发育两个超高压变质带,一个是南阿尔金-柴北缘-北秦岭超高压变质带,超高压峰期变质年龄为早古生代(500～400 Ma),代表扬子与中朝克拉通间的深俯冲和碰撞带;另一个是研究程度较高的大别-苏鲁超高压和高压变质带,峰期变质年龄主体是三叠纪(250～220 Ma),代表扬子克拉通内部的陆内大陆深俯冲和碰撞带。对东秦岭看丰沟及香坊沟的变质岩片详细岩石学和构造学研究以及先期造山带尺度的构造、岩石和年代学研究资料分析证明,南阿尔金-柴北缘-北秦岭超高压变质带,向东不能与大别-苏鲁超高压和高压变质带的任一部分相连,包括南大别和西北大别超高压及高压变质岩石。相反,大别-苏鲁超高压及高压变质带,向西经桐柏山,横过南襄盆地延伸到南秦岭的西峡及商南一带。仅在东秦岭-大别山范围内,两个超高压变质带分别位于南丹断裂系南北两侧,沿造山带近平行延展,之间被一系列以断裂或剪切带为边界的岩石构造岩片相隔,不能构成横贯中国中部统一的巨型超高压变质带。任何有关中国中央造山带构造格架及构造演化模型的建立,均应考虑其内部发育两个时代和功能不同的超高压变质带。     

苏鲁-大别造山带岩石圈应力场、构造运动特征以及超高压变质带折返机制的研究

苏鲁-大别造山带是华北、华南地块之间的大地构造交界带.本文分析研究了我国东部地区的3000余年的地震活动性,并根据1918～2006年问苏鲁-大别及其周围地区发生的1000余个地震的震源机制解,系统研究了地壳应力场和构造运动的区域特征,探讨了超高压变质带的折返机制.结果表明,苏鲁带以及华北地区受到太平洋板块向欧亚板块俯冲挤压的同时,受到从贝加尔湖经过大华北直到琉球海沟的广阔地域里存在着的统一的、方位为170°的引张应力场的控制.右旋走滑运动是苏鲁地区和郯庐断裂带的现代构造运动的主要特征.地震发生类型多为右旋走滑型或右旋走滑正断层型地震.华南地区构造应力场主要表现为,受北西西向运动的菲律宾板块向欧亚板块碰撞挤压运动所产生的方位为110～120°挤压应力的控制.华北、华南地块之间现代地壳应力场的分界线,西部与秦岭带大致相符,在大别东开始则逐渐偏离大地构造,到黄山附近向东南偏转,在温州附近转为向东延伸,最终穿过东海直至琉球海沟.研究结果还表明,苏鲁-大别超高压变质带的折返运动机制,即致使大量超高压变质岩折返到上地壳或地表的岩石圈应力场背景原因为,中生代以来大华北地区存在着较强扩张应力场的主控作用.此外,岩石圈地幔的蘑菇云构造增强了华北地区扩张应力场及扩张构造运动,导致形成大量深裂谷、裂隙,深部物质上涌.苏鲁及东大别地带处于或接近蘑菇云构造运动发育地区的中心,深部地幔物质的上涌导致并加剧了超高压变质岩折返到上地壳或地表,形成了世界著名的苏鲁-别超高压变质带.     

中国大陆科学钻探主孔揭示的大陆地壳生热模型

本文对大陆科学钻探主孔149块岩心样品进行了系统的岩石放射性生热元素U、Th和K的含量测试,同时结合该井浅部井段前人的实测数据,揭示了上地壳5km生热率的垂向分布。结果显示,以1650m为界,上下两段生热率均随深度呈增加趋势,与正常地壳生热率特征不同,显示出超高压变质带独特的生热率垂向变化特征。结合地壳的岩性分布,建立了苏鲁超高压变质带地壳的生热模型。该模型中,地壳厚32km,其中上地壳0-10km,由超高压变质岩片组成,按岩性又详细分为8层,生热率变化在0．49～1．73μWm^-3。中地壳10～20km,由片麻岩组成,生热率为生热率1．51μWm^-3。下地壳20～32km为麻粒岩,生热率0．31μWm^-3。整个地壳热流约31mW／m^2,其中上地壳12mW／m^2。上地壳厚度和热流分别占整个地壳的31％和39％。与华北和下扬子地壳生热模型相比,上地壳热流整个地壳热流的比例最低。这表明,苏鲁超高压变质带,作为中朝与扬子板块俯冲-碰撞的产物,其地壳生率垂向分布与正常大陆地壳（华北、下扬子）相比,具有显著的不同。     

扬子北缘还是华北东南缘：胶东新元古代花岗片麻岩构造归属新议

苏鲁超高压变质带广泛发育新元古代花岗片麻岩,这些新元古代花岗片麻岩通常被认为与扬子克拉通具有亲缘性。本文基于新的调查资料,综合前人研究成果,提出新元古代花岗岩是华北克拉通新元古代时期大陆裂解产物、并在三叠纪华南与华北碰撞造山期间作为华北板块大陆边缘南向深俯冲的新认识。主要依据如下：(1)新元古代花岗岩与华北克拉通胶北地块为侵入接触关系,五莲-即墨-牟平断裂带并非北苏鲁超高压变质带与胶北地块的初始接触界线;(2)新元古代花岗片麻岩中有大量胶北地块的古老地壳物质,记录了～1.85 Ga的华北克拉通化变质事件;(3)胶北地块上晚侏罗世花岗岩中存在大量新元古代继承锆石,但缺少三叠纪的弧岩浆记录;(4)胶北地块东南缘存在三叠纪角闪岩相变质作用证据,指示胶北地块三叠纪的俯冲作用;(5)区域地球物理信息指示北苏鲁超高压变质带深部地壳属于华北克拉通和北东东向构造线方向。新的认识将有助于对华北克拉通新元古代构造演化和大别-苏鲁造山带形成过程的重新认识,为胶东中生代金成矿作用提供新视野。     

“秦岭-大别-苏鲁”造山带中“古特提斯缝合带”的连接

中国大陆西北部的"古特提斯缝合带"如何与东面的"秦岭-大别-苏鲁"造山带连接,是涉及中国大陆中部构造格架的关键问题之一。南秦岭造山带中的古特提斯蛇绿岩带和东秦岭-桐柏-大别-苏鲁造山带中三叠纪高压-超高压变质带的对比,以及一条位于两者之间的220~204 Ma的大型左行走滑剪切带的存在,提供了它们之间关系的新的视角,为此,我们提出南秦岭的勉略蛇绿岩带向东通过宁陕-湘河大型左行走滑剪切带,和大陆俯冲与深俯冲造成的"耀岭河-桐柏-大别-苏鲁"高压—超高压变质带北缘连接,构成"秦岭-大别-苏鲁"造山带中的古特提斯缝合带新模式。沿着这条边界,南秦岭构造单元可以分为南部的南秦岭被动陆缘单元和北部的南秦岭主动陆缘单元,后者向东的延伸由于南、北板块之间三叠纪的剪切碰撞而尖灭。