大陆科学钻探与深井地球物理长期观测研究最新进展

随着地球系统科学研究的深入开展以及解决人类所面临的环境、资源、防灾等科学问题的需要，20世纪90年代以来，世界大陆、大洋科学钻探工程研究以及在钻孔深井内进行的地震、地球物理长期观测得到飞速发展，并取得了初步的观测研究成果。本文介绍了日本、德国、美国在深井长期观测方面的最新进展和科研成果，结合中国现实情况，展示了中国大陆科学钻探工程江苏东海现场开展深井地球物理综合观测的初步方案及其观测研究前景。该深井观测站将成为中国第一个无地面干扰的综合性深井地球物理和流体长期实验观测站，预期可以获取客观真实的深井综合地球物理资料，开创中国零干扰条件下地球科学观测研究的崭新局面。     

我国将建世界最深深井地球物理观测站

《国土资源报》消息（2011-08-10）目前,位于江苏省东海县的中国大陆科学钻探工程主井现场,正在安装深井地球物理观测仪。这标志着中国大陆科学钻探深井地球物理长期观测站即将建成。这是目前世界最深的深井地球物理长期观测站,也是在我国第一个无地面干扰的深井地震地球物理长期观测站。届时,观测站可以监测郯庐断裂带及其邻区发生的0～1级极其微小地震活动。     

深井地震、地球物理长期观测与研究--现代地球科学的新进展

地球科学是以观测为基础的综合科学。随着地球科学研究的深入发展以及解决人类所面临着的环境、资源、防灾等科学问题的需要,20世纪90年代以来,世界大陆、大洋科学钻探工程研究以及在钻孔深井内进行的地震、地球物理长期观测得到迅速发展,取得了令人瞩目的研究成果,成为21世纪地球科学发展中的新热点。     

地球望远镜启封——中国大陆科学钻探工程开工

中国大陆科学钻探工程CCSD-1井通过卫星确定井口坐标后,已于2001年4月18日在江苏省东海县安峰镇毛北村北侧破土动工. 　　该井是目前世界第二、亚洲第一深井,井深达到5 000 m,投资额1.5亿元(人民币),钻探工程将历时5年.中国大陆科学钻探工程是我国继"神舟二号”升空后又一重大科研工程. 　　(江苏省东海县《东海报社》朱桂林供稿)     

中国大陆科学深钻发展的若干思考与建议

科学钻探是获取地球内部信息的最直接和最重要手段,在解决“向地球深部进军”战略科技问题上起着无可替代的作用。本文简要回顾国内外大陆科学钻探的发展历程和深钻的发展现状,分析大陆科学深钻发展特点与态势;围绕中国大陆科学深钻,梳理其关键科学技术问题、面临的挑战与机遇;在此基础上提出中国大陆科学深钻发展的目标、优先发展方向与发展途径建议。大陆科学深钻能够为地球动力学过程、地质灾害、地质资源和环境变化等全球关注的地球科学前沿问题提供独特的研究途径,但是其实施深度又受超高温和超高压等恶劣井眼环境的制约;现代科学技术的进步有力促进了大陆科学深钻中各项技术的发展,为超深井和特深井科学钻探提供重要支撑。中国大陆科学深钻应以9000～15000 m特深井为目标,注重“超深”“深时”和“深观”等领域的科学问题,优先发展地球深部构造、深部生命、深时气候和深部资源探测等方向,研究超深物质、动力学过程和岩石物理等实验技术,研发超高温超高压环境下的钻井、测井和长期观测等技术与装备,促使我国深地探测能力和水平实现一次飞跃。     

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…     

俄罗斯СГ-3超深井钻探工程的启示

在我国开展“中国大陆科学钻探工程选址与钻探试验”前期研究的背景下,回顾归纳了前苏联СГ-3超深井科学钻探工程的巨大成就及其存在问题。通过对其经验教训的再思考,论述了我国未来超深科学钻探工程中应重视的科技目标与工程管理、科学选址、防治井斜和配套钻探新成果等问题,并得出相关结论。     

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!     

大陆科学钻探中岩石物理性质研究的意义

岩石物理性质研究的重要性在于它为地表地球物理观测结果的解释提供科学的约束条件,标度地球物理参数。大陆科学钻探工程与岩石物理研究相结合可以验证已有的地球物理模型并提供科学的约束条件。在大陆科学钻探中,岩石物理性质的测量通常分为钻探现场的常规测试和井场外的原位测试。文章着重介绍在原位或高温高压条件下进行的弹性波波速、热导率、电导率、孔隙度、渗透率以及γ能谱的测试所取得的重要成果和认识,及其在深化人们的地球观过程中的意义,还介绍了由ＫＴＢ钻探现场的常规测试所获得的一些有意义的结果。     

我国大陆科学钻探工程实施概况及其取心钻进技术体系

科学钻探是为包括构造运动、气候变迁、火山喷发、地震机理、陨星撞击等基础地学研究领域,提取地球深部信息、建立地下长期观测网络的科学工程。开展科学钻探,不仅将促进我国地学基础理论研究走向国际前沿,实现从地质大国向地质强国的转变,还具有拉动我国钻探工程整体进步,提高其技术、学术水平和国际地位的工程技术意义。在通过科学钻探获取的地下信息中,岩心是直接反映地球演变历史的实物资料,也是最为地质学家所重视的研究资料。我国自2001年启动大陆科学钻探工程以来,素以全过程连续钻取岩心和对岩心的高质量要求著称于世。本文概略介绍了我国已成功实施的4项大陆科学钻探工程,着重介绍了在工程中形成的,具有我国自主知识产权的科学钻探取心钻进技术体系：井底动力取心钻进系统、大口径长回次钻程取心钻进系统、极复杂地层原状取心钻进系统,以及各类岩心的无损出管方法,介绍了各钻进系统在工程应用中取得的主要成果。     

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。     

基于超声波钻孔电视的深部岩体结构面特征研究

深部岩体结构面特征是岩体质量评价的基础数据之一.利用超声波钻孔电视对甘肃北山芨芨槽花岗岩体的BS15^#、BS16^#钻孔进行测量,获得了深部岩体结构面的数量、密度、产状、优势方向组和结构面宽度等数据,并与岩心编录结果进行对比分析.分析结果表明超声波钻孔电视在深部岩体结构面研究中具有良好效果,但也存在一些不足,需要结合其他资料综合分析才能更好地发挥作用.     

Geostatistical integration of seismic velocity and resistivity data for probabilistic evaluation of rock quality

This study applied a geostatistical approach to integrate various geophysical results for the probabilistic evaluation of rock quality designation (RQD) in regions between boreholes. Two of the geophysical survey results, electrical resistivity and seismic velocity, were transformed into a probabilistic distribution with the directly observed RQD values at the boreholes using an indicator value method. The initial spatial distribution of RQD, inferred from indicator kriging of observations from the boreholes, was improved by support of the geophysical results based on the integration by a permanence ratio. The integration was good enough to produce results that compensated for the defection of each exploration method. Also, the probabilistic feature of the final product of the RQD distribution made it possible to assess a more quantitative rock quality evaluation and better decision making for safety design.     

Electromagnetic sounding of the Earth’s crust in the vicinities of the SG-6 and SG-7 superdeep boreholes in the fields of natural and powerful controlled sources

The results of electromagnetic sounding of the Earth??s crust in the vicinities of the SG-6 and SG-7 superdeep boreholes (Yamal-Nenets Autonomous Okrug) are presented. The studies were conducted in the fields of natural sources (AMT-MTS) and in the field of the Zevs ULF antenna located at a distance of more than 2000 km from the receiver points. In the vicinity of the SG-7 superdeep borehole, where the small industrial noise was observed, the results of inverse problem solution are completely consistent with the electric logging data. The conducting layers have been identified at the depths of 150 m and 1.1 km. The roof of rocks having small electrical conductivity and belonging to the Permian-Triassic trappean complex has been found at the depth of about 7 km. The response of the Zevs signal (the frequency range of 44?C182 Hz) has indicated the properties of the upper part of the geoelectrical section better than audiomagnetotelluric sounding for both boreholes. Based on the sounding in the vicinity of the SG-6 superdeep borehole, with the data of the Novosobirsk observatory taken into account, the distribution of resistivity down to about 800 km depth has been obtained. This distribution can serve as additional information in calculation of the temperature and rheological regime of the lithosphere and the upper mantle in the region of Western Siberia.     

直流电法在陕南某铜矿深部找矿中的应用及效果

在M铜矿勘查工作的不同阶段，充分利用探采过程中形成的特殊空间，采用以直流充电、坑道激电、井中激电为主的综合物探方法，从不同侧面反映深部矿体的空间展布特征，进而为发现铜矿体、确定矿体位置及范围等，为探采工程提供了可靠的依据，有效地指导了探矿工程的布设。     

激发极化法找水的一些新进展

本文介绍了我国近年来激发极化法找水在基础理论研究、数据处理和解释软件以及仪器等方面的一些最新发展状况。尽管激电法是一种间接的找水方法,但多年的工作结果表明,与其它学科(如水文地质学)相配合,可显著提高寻找地下水的地质效果。     

半周期自修正防弯钻具（XBZX）的研制与应用

针对深孔钻探中钻孔弯曲问题,研制了半周期自修正防弯钻具（XBZX）。该钻具采用杠杆工作原理,结构简单。经过多个钻孔应用实践证明,使用该钻具能有效降低钻孔弯曲,并且在许多造斜地层的钻孔施工中取得了良好效果。     

我国极地海底观测系统的发展与展望

极地海洋特殊环境对观测技术提出了更高的要求.随着海底观测技术的日趋成熟,极地海底观测系统也得到了一定的发展,但后勤保障的高要求制约了系统的发展,目前广泛使用的仍是潜标系统.受国家高技术研究发展计划、国家海洋公益性行业科研专项经费项目和南北极环境综合考察与评估专项等支持,我国发展了极地在线近岸海洋环境监测系统、极地潜标和极地大型海—气耦合浮标等海床基观测系统,对我国的极地海洋学观测与研究做出了积极贡献.但总体而言,我国的极地海底观测仍未形成真正意义上的网络体系.未来有望在北冰洋太平洋扇区和南大洋普里兹湾率先建立海床基观测体系,系统观测并揭示该海域的环境变化特性.     

地下物探在小西弓金矿区解决的地质问题

地下物探(测井和井中物探,下同)在小西弓金矿区的试验结果表明,它可以解决地面物探所不易解决的某些地质问题。如查明同一孔内不同深度矿层间、相邻孔内矿层间、孔内矿层与地表矿体间的相互关系;寻找井周、井底盲矿并确定其相对钻孔的位置,探测孔内矿层的产状及其在走向上的延伸范围和在倾向上的延深情况,校正钻探工程质量与指导劈样;确定局部地段的地质构造等。     

岩石圈研究的重要问题与研究方向

岩石圈研究是８０年代和９０年代国际地球科学研究的前沿课题。地球４６亿年的历史记录有９５％都保存在大陆岩石圈中。大陆和大陆边缘岩石圈的研究最具挑战性吸引力。文中笔者简述了研究岩石圈的现代地球物理方法技术,岩石圈研究已取得的重大进展,全球地学断面图的编制和综合研究,大陆动力学热点研究,大陆科学钻探工作,岩石圈生物圈计划,同时介绍了青藏高原的研究状况。青藏高原是全球地球科学家从事研究的最佳野外实验室,它的隆升对亚洲及全球都有重大影响。