南海海盆区莫霍面分布规律及其对深部钻探的意义

传统的热压孕镶金刚石钻头胎体配方多为单质金属体系,采用WC或YG8作为骨架材料,Cu合金作为粘结材料,Ni、Co、Fe和Mn等金属作为中间材料。受配方中粘结材料和骨架材料成分及含量的影响,其适宜的烧结压力有限(≤16 MPa),且烧结温度则相对较高(≥ 930℃),常造成金刚石钻头胎体实际密度与理论密度之比偏低(≤ 98%),且高烧结温度会对金刚石产生热损伤,从而使钻头难以同时兼顾机械钻速和使用寿命。采用混料回归试验方法优选了2种全预合金成分的孕镶金刚石钻头胎体配方,并以钻头胎体的硬度(HRC)、磨损量和相对密度作为评价指标,分别开展了上述2种配方的烧结温度和烧结压力的单因素试验,以及配方2的烧结温度(930、940、950℃)和烧结压力(17、18、19、20 MPa)优化试验。试验结果表明,钻头胎体试样的最高压入硬度可达30.1 (HRC),对应磨损量和相对密度分别为134 mg和99.1%。基于此,采用配方2及其优选的热压烧结工艺参数,试制了3只ø75/49 mm规格的普通双管钻头,并在河南洛阳栾川某金矿钻探现场进行了野外钻进试验,其平均机械钻速达到2.02 m/h,平均使用寿命达到121.4 m。同机台使用的其他厂家的金刚石钻头,其平均机械钻速为1.81 m/h,单只钻头平均使用寿命为89 m。野外钻进试验结果表明,相较于其他厂家的常规孕镶金刚石钻头,采用全预合金配方体系和优化配合的烧结压力与烧结温度制备的孕镶金刚石钻头具有明显的优势,可以同时兼顾高效与长寿命的钻进效果。

     

发育大洋斜长花岗岩的南海管事平顶海山：深部地壳和莫霍面钻探的优选区？

本文紧密围绕IODP“面向2050年大洋钻探科学框架”中的“地球深部探测”旗舰计划和“莫霍面”梦想，研究并总结全球现代洋壳发现的大洋斜长花岗岩的分布规律、岩石组合特征和成因模式，探讨发育大洋斜长花岗岩的南海管事平顶海山是否为深部地壳和莫霍面钻探潜在优选区。统计结果表明大洋斜长花岗岩在多种不同构造背景形成的洋壳上均有发现，包括西南印度洋超慢速扩张构造环境，大西洋、西北太平洋、西印度洋和中印度洋慢速扩张构造环境，东太平洋快速扩张构造环境，南海等边缘海构造环境，伊豆- 小笠原- 马里亚纳(IBM)岛弧、九州- 帕劳海脊、Amami海底高原等洋内俯冲构造环境。多数大洋斜长花岗岩呈脉状零散分布于辉长岩中，意味大洋斜长花岗岩可能形成于洋壳深部，在后期断裂等地质作用下被剥蚀而更容易被发现，成为了解洋壳深部岩浆过程和洋壳结构的一个窗口。管事平顶海山位于南海东部次海盆古扩张脊附近，拖网获得MORB型大洋斜长花岗岩，前人基于地球化学数据认为其可能为辉长岩部分熔融形成。本文推测管事平顶海山大洋斜长花岗岩很可能为洋壳深部物质剥露海底，是南海的一个重要构造窗口，有望成为南海深部地壳和莫霍面钻探的潜在优选区，但需要开展进一步调查研究以验证推测：① 海山大洋斜长花岗岩为拖网所得，位置误差较大，需开展可精确定位的电视抓斗、浅钻或有缆遥控水下机器人(ROV)调查；② 海山目前只发现大洋斜长花岗岩，需调查海山是否发育辉长岩等深部地壳岩石组合；③ 需开展重磁、深反射地震、海底地震仪(OBS)、大地电磁等调查研究，建立管事平顶海山洋壳和上地幔结构模型，查明断裂带分布，揭示莫霍面深度。     

莫霍面地震反射图像揭露出扬子陆块深俯冲过程

近垂直深地震反射剖面对莫霍面变化的观测 ,强有力地说明大陆莫霍面的复杂特征记录了岩石圈的构造历史。横过大别山造山带前陆的深地震反射剖面长约 1 4 0km ,记录时间达 3 0s ,探测深度超过莫霍面深达岩石圈地幔。深地震反射剖面揭示出扬子陆块与大别山造山带结合部位的岩石圈精细结构、清晰的莫霍面及其变化特征。作为相关解释的第一步 ,我们将探测到的莫霍面变化特征与其他特殊反映不同地质年代和岩石圈构造历史的深地震反射剖面进行对比 ,以追索扬子陆块与大别山造山带的岩石圈构造过程。总体北倾的莫霍面和同样北倾的下地壳结构记录了中生代扬子陆块的向北俯冲。北倾的莫霍面错断、叠置现象描述出扬子陆块的俯冲过程。大别山前向北和向南倾斜的交叉反射图像 ,反映了扬子陆块与大别山造山带岩石圈尺度的碰撞关系     

深地震探测揭示的华南地区莫霍面深度

从20世纪70年代以来,在华南地区进行了大量的深地震探测研究.本文通过对华南地区的深地震探测研究的总结和梳理,探讨了华南大陆及其邻近海域的莫霍面变化情况,结果表明:华南大陆莫霍面形态变化较大,总体变化趋势是由西部向东部呈逐渐抬升;华南大陆最深的莫霍面出现在攀西地区北缘,最浅的莫霍面出现在衢州盆地,两者差35 km;华南地区周缘断裂均存在莫霍面错断;华南加里东造山带莫霍面深度浅于台湾造山带;东海边缘海与南海北缘地壳厚度明显不同.这些特征可能指示了不同区域所经历的岩石罔及地壳演化过程不同,其中攀西地区的莫霍而较厚可能同青藏高原物质东流有关,华南造山带的地壳减薄缘于后期遭受的伸展作用,东海及南海的莫霍面深度反映了两者处于不同的陆缘位置,前者为活动大陆边缘,后者为被动大陆边缘.     

河北省莫霍面和深部构造与矿集区的关系

通过对区域重力资料反演河北省莫霍面,进而探讨莫霍面与矿集区的关系,指出:河北省幔坡带是大型金及铅锌等多金属的成矿聚集区,常有大型特大型矿床产出;幔阶区是多金属及沉积矿产聚集区,矿床规模一般不大;幔隆区盛产石油、煤等沉积矿产,多为大型矿床(田);幔坳区矿产主要为铅、锌等多金属。     

深地震探测揭示的西北地区莫霍面深度

从20世纪70年代以来,在我国西北地区进行了大量的深地震探测研究.本文通过对西北地区的深地震探测研究的总结和梳理,探讨了西北地区的莫霍面深度与变化及其地球动力学意义.结果表明:比起我国其他地区,西北地区莫霍面无论是埋深还是形态均变化最大,反映出受印度板块与欧亚板块碰撞远程效应影响,西北地区地壳整体变形强烈.莫霍面最深(约90 km)位于西昆仑与喀喇昆仑构造结合处,最浅处位于准噶尔盆地西缘的克拉玛依(约35.5 km),最深与最浅相差约55 km.在盆山结合部位及大型走滑断裂,如阿尔金断裂、中天山北缘断裂带等均存在莫霍面错断.天山造山带东西段莫霍面深度变化明显,西段深于东段.这些特征指示了中国西北部盆山之间的构造关系、天山造山带西段和东段不同的深部动力学机制以及古老断裂带的活化.     

深地震探测揭示的华北及东北地区莫霍面深度

从20世纪70年代以来,在我国华北及东北地区进行了大量的深地震探测研究.本文通过对该地区的深地震探测研究的总结和梳理,探讨了该区的莫霍面深度与变化及其地球动力学意义.结果表明:华北地区最深的莫霍面出现在内蒙褶皱带内,最浅的莫霍面出现在渤海湾盆地.东北地区最深的莫霍面出现在大兴安岭地区,最浅的莫霍面出现在依兰-伊通断裂带...     

南海西北次海盆及其邻区的地热流特征与研究

西北次海盆是南海海盆的一个重要构造单元,揭示西北次海盆的地热流特征对于整体认识南海海盆热状态和热结构至关重要.沿着OBS2006-1地震剖面采集的一批实测地热流数据显示,该热流探测剖面横穿南海北部陆坡、西北次海盆、中沙隆起、东部次海盆4个构造单元,结合地震解释剖面等资料对西北次海盆进行地热流特征分析及研究.结果表明:西北次海盆的平均热流密度值为104.5±9.9 mW/m2,与中沙隆起相邻的东部次海盆北部的平均热流密度值为97±2.5 mW/m2,热流密度值的空间变化与地幔埋深起伏相对应,并受地幔热源所控制;通过研究热流异常点,发现水深相近的相邻站位之间的海底表层沉积物温度差异是判别测站受海底地下水热循环影响程度和类型的依据之一;用最新海洋地热流探测成果,结合区域地质与地球物理资料,推测西北次海盆形成演化时代与西南次海盆相近,只是它的生命史比较短暂.      

用远震接收函数研究龙门山断裂带与其邻区的莫霍面深度及波速比分布

利用龙门山断裂带及其邻近地区地震台站的远震波形记录,采用时间域迭代反褶积技术求取接收函数,并用H-Kappa叠加方法计算出各台站下方的莫霍面深度和波速比及其相应的误差.结果除了获得与前人研究大体相同的莫霍面深度分布轮廓外,还获得一些新的细节与认识:(1)莫霍面深度在四川盆地内为41～48 km,在四川盆地西缘存在一个N...     

三门峡断陷盆地及邻区深部结构及成因——来自深地震反射与大地电磁测深的证据

近年来,围绕三门峡断陷盆地中的油气、地热资源做了大量的工作,成因机制研究较少,严重制约了矿产资源的勘探开发。本文在前人研究工作基础上,结合野外地质调查并利用高精度深反射地震剖面、大地电磁（MT）、重磁等地球物理探测技术,对三门峡盆地进行综合研究。发现三门峡盆地主要由东、西2个负花状构造构成,西花状构造体大于东花状构造体;盆地东部边缘以观音堂隆起与洛阳凹陷相邻,观音堂隆起发育有壳内透镜状低速体,其东、西两侧均发育有规模较大的隐伏逆断层。研究区内莫霍面为大约5 km厚度滑脱层,在深反射地震剖面上表现为蚯蚓状反射特征,指示滑脱层为西向运动。莫霍面滑脱层上部与下部新发现多条弧形断层。地质与地球物理资料综合研究表明,莫霍面滑脱层的解耦作用是三门峡断陷盆地花状构造形成的主因;在不同时空构造力系作用下,形成研究区新生代全地壳旋转花状构造盆地。     

青藏高原莫霍面形态的重力模拟及其对探讨高原隆升机制的意义

青藏高原是印度板块板欧亚板块碰撞形成的巨大变形带，岩石圈地幔的变形特征对高原的隆或意义重大。本文分析了远震ＰＫＰ走时残差沿高原中部剖面的变化，发现莫霍面的断错在整个高原是普遍存在的；利用人工地震资料作为约束，用重力资料对莫霍面的形态进行了反演模拟，认为岩石圈地幔的断错和叠覆可能是青藏高原隆升的重要机制；最后讨论了板块中部热和密度不均匀性以及地幔流动对青藏高原岩石圈变形的影响。     

中建南盆地后扩张期T5和T3不整合面的发育特征及对南海科学钻探的意义

中建南盆地是位于南海西部陆缘的一个走滑拉张型盆地,具有南海北部张裂和西部走滑的双重构造特征,盆地发育新生界多个区域不整合面,对于研究盆地的沉积- 构造演化史、油气资源以及南海的形成过程都具有重要意义。本文通过收集越南钻井约束,对广州海洋地质调查局的深反射地震剖面进行了重新解译,标定南海扩张结束后(中中新世以来)T5和T3两个区域不整合面的地质属性,结合区域构造运动分析,认为：T5不整合面形成于南海海底扩张停止时期的碰撞不整合面,对应于红河- 南海西缘断裂带从左旋运动到右旋运动的过渡期,时代为15 Ma,地震剖面揭示该界面总体的构造活动不强烈,推测沙巴造山运动在中建南盆地的响应已大幅减弱。T3不整合面对应于区域性重要板块重组事件和全球海平面快速下降的构造转换面,与红河- 南海西缘断裂带右旋走滑密切相关,时代为116 Ma,地震剖面显示该界面具有明显的剥蚀削截特征,同时是南海西部大规模碳酸盐岩、水道和扇体开始发育的重要时期,推测为南沙运动或万安运动在盆地内强烈作用的结果。研究表明,南海后扩张期表现出强烈构造活动及沉积响应的差异,通过未来大洋钻探,可明确南海西部T5、T3两个区域不整合面的空间变化特征和区域动力学环境,为认识南海西缘断裂带对西部沉积盆地群成因机制以及油气分布的控制作用提供依据。     

宁芜盆地深部地壳结构和岩浆侵入体形态特征及其对成矿的启示

在宁芜火山岩盆地部署了三条深反射地震剖面,通过精细的数据采集和处理,最终获得了高质量且可靠的深反射地震和初至波层析反演速度剖面。依据对反射结构和速度特征的分析,获得了以下认识:(1)利用层析反演速度成果刻画了岩浆侵入体在宁芜盆地深部空间的大体形态和分布范围;(2)依据深反射地震剖面反射同相轴和莫霍面结构特征,大体确定了深部岩浆侵入通道路径;(3)宁芜火山岩盆地下部地壳在6.0s上下位置发生解耦,在盆地正下方形成了地壳级别的鳄鱼嘴构造,控制着宁芜火山岩盆地深部的岩浆和构造活动;(4)阐明了宁芜火山岩盆地深部地壳结构和变形特征。这些成果的发现对探讨宁芜火山岩盆地深部成矿和动力学过程研究具有重要意义。     

西藏东坡蛇绿岩体深部结构的地球物理特征及其找矿意义

在西藏西部雅鲁藏布江南岸的东坡岩体进行了多种方法的地球物理探测,由地面磁测精确定位的航空磁测异常反演了东坡岩体深部磁性体范围;反射地震探测划分出了与地表出露蛇绿岩体反射波特征不同的岩体下部弱反射部位;同时,由大地电磁法确定了岩体下部的低阻体也都处于大致相同的部位。地面出露的蛇绿岩体向下延伸,整体呈锅底状,其中部具有较低电阻和弱反射波特征,同时,在1.5~3.0 km范围的磁性矿物相对较发育,可能正是含铬岩体矿化蚀变作用较强的地段,在罗布莎矿区有类似的特征,这对找矿是有利的部位。     

韧性剪切带中片麻岩和超高压榴辉岩变形特征及其与地震波速各向异性的关系：来自中国大陆科学钻探（CCSD）680～1200米岩心的证据

中国大陆科学钻探(CCSD)680-1200米区段发育了多个韧性剪切带,带中主要岩石类型包括片麻岩和超高压榴辉岩。片麻岩中的变形石英、面理化榴辉岩中的拉长石榴石和绿辉石的应变轴比都表现为X>Y>Z,Flinn系数分别为0.11-0.27、0.22-0.23和0.23-0.24。随着糜棱岩化作用的增强,变形石英的C轴组构由Z轴极密逐渐向Y轴极密和叶理面上的大圆环带转变。在常温常压下测试了样品的波速,计算出片麻岩Vp和Vs的各向异性分别为30.17％-60.97％和11.52％-35.79％,榴辉岩Vp和Vs的各向异性分别为0.17％-11.19％和2.41％-6.70％。影响各向异性的主要因素有岩石的结构构造、矿物的晶格优选方位(LPO)、形态优选方位(SPO)和定向微裂隙。随着糜棱岩化作用的增强,岩石的P波各向异性逐 渐升高。变形岩石中的黑云母、石英、绿辉石的LPO和SPO是地震波各向异性的主要控制因素。饱水后的片麻岩样品的P波各向异性明显低于干燥片麻岩样品。在东海钻井中的强反射带主要是由于不同岩层之间的波阻抗差异而造成的,榴辉岩/强退变榴辉岩和黑云斜长片麻岩之间的接触界面会产生较强的地震深反射。此外,与LPO相关的地震波各向异性会增强地震波的反射,所以韧性剪切带中的糜棱岩化片麻岩可能是地震反射的良好载体。韧性剪切带中岩石弹性波速度的强各向     

长江中下游及其邻区深部地球物理背景与含金夕卡岩矿床的分布

长江中下游地区是我国重要的铁铜矿产基地。近十年来,我国所发现的含金夕卡岩矿床和铜伴生金夕卡岩矿床也主要产在长江中下游地区。作者借助12条大地电磁测深剖面、5条地震剖面、层析成像速度结构资料、重磁场等区域的和深部的地球物理资料进行综合对比研究,给出长江中下游及其邻区的三维深部构造格架及其与含金夕卡岩矿床和铜伴生金夕卡岩矿床的分布关系。作者认为,上地幔隆起带(岩石圈地幔减薄带)、上地幔异常区(相对低速区)、壳内高导层隆起带、深断裂(岩石圈剪切带)、地壳上地幔不均匀性块体的边缘、重力高反映的基底隆起区、跳跃磁场反映的岩浆岩带和构造交汇处等诸多因素的共同作用控制着含金夕卡岩矿床和铜伴生金夕卡岩矿床的分布。     

日本南海海槽斜坡盆地重力流沉积特征及其对俯冲构造的响应

南海海槽是全球大地震发生频率最高的地区之一,该地区增生楔上斜坡盆地内的重力流沉积记录了多分支断层及大地震活动历史.利用国际综合大洋钻探计划(IODP)314-316航次岩心-地震-综合测井资料,在详细分析南海海槽增生楔上斜坡盆地内重力流沉积特征基础上,阐明了其对多分支断层和大地震活动的响应机制.研究结果表明,南海海槽增生楔上斜坡盆地内依次充填了楔形块体流、峡谷和表层块体流沉积:楔形块体流形成于多分支断层活动早期,表现出北厚南薄的楔形特征,反映了多分支断层的持续活动的特征,沉积物中富含的粗颗粒泥质角砾岩反映了早期多分支断层剧烈活动的特征;峡谷系统由密集峡谷,大型块体流和轴向峡谷组成,主要受到多分支断层耦合造成斜坡变陡、区域地层孔隙流体压力增大和盆地不均衡抬升的影响;表层块体流位于盆地顶部,由多期次弱振幅块体流叠加组成,现今海底表面表现为大量“马蹄形”的垮塌地形,这些相对短期内广泛分布的块体流应该是由地震引起的地表震动触发的.斜坡盆地内重力流沉积特征反映了多分支断层活动历史以及大地震的发生过程:即1.95~1.55 Ma,多分支断层形成初期活动剧烈,逆冲活动造成了断层上盘沉积物垮塌,楔形块体流沉积在斜坡盆地底部;1.55~1.07 Ma,多分支断层西部耦合,导致斜坡盆地出现东高西低的构造格局以及盆地西部区域楔体和断层处能量的集聚;1.07 Ma至今,断层处能量间断释放,引发多次大地震.      

湘南骑田岭矿集区的深部构造特征 及其对区域成矿的制约

湘南骑田岭矿集区是我国重要的有色金属基地之一,具有断裂构造异常发育,存在多期次岩浆活动、多类型矿床和矿种组合的特点。为了揭示深部地壳结构对区域成矿特征的制约,本文布置了穿越黄沙坪铅锌矿床和骑田岭花岗岩体的人工地震剖面,数据采集采用了直线多次叠加的技术方法,采取大炮和小炮相结合的激发方式进行实验工作,共完成物理点651个。实验结果表明,骑田岭矿集区深、中、浅部存在着比较明显的地震构造波组,莫霍面深度约为33~38km;在骑田岭岩体深部存在明显的莫霍面不连续性,呈现出类似于"逆断层"的构造特征和无反射波组或弱波组异常;反射速度反演结果也表明骑田岭岩体深部存在着下凹状低速度异常。这些深部构造特征说明区域存在幔源物质上涌和参与成岩成矿作用的通道,该构造通道可对应于茶陵-郴州-临武深大断裂带,暗示地幔物质的混入可能是湘南骑田岭矿集区发生大规模成矿作用的内在原因之一。而且,莫霍面"逆断层"构造特征显示区域上曾遭受较强烈的构造挤压作用,是区域中生代多次构造挤压作用的体现。这种构造挤压作用致使岩石圈增厚,发生较大规模的拆沉作用和深部岩浆上侵活动,为区域成矿作用提供必要的物质和能量。