全球干热岩资源开发诱发地震活动和灾害风险管控

干热岩地热资源作为一种绿色可再生的新型能源,其开发利用已成为当前世界各国尤其是发达国家能源战略的重要组成部分.但由于干热岩位于地壳浅部3～10 km,在采用增强型地热系统(EGS)等通用开发方式过程中,伴随着地壳应力状态的扰动,部分开采项目发生较大震级的诱发地震事件,甚至造成明显灾害、引起社会问题,亟待实现科学利用和风险管控.鉴于此问题在平衡能源开发战略和社会安全领域的重要性和关键性,本文梳理了全球干热岩开采诱发地震的总体情况、典型案例,整理了在成因和机理研究、地震灾害风险管控和缓解等方面的研究进展.综合分析结果表明,已有EGS项目案例中诱发地震震级超过3.0的达到31.2％、主要与断层活化有关,最大的诱发地震可发生在注水压裂、关井后、循环生产等各阶段.干热岩开采诱发地震有多种成因,已有案例多为多种成因共同作用,其中的关井后的尾随效应是目前重大难点.目前世界各国已开展了广泛的诱发地震机理研究并探索多种减灾措施,认为累积注水体积、注水速率与最大诱发震级之间不存在普适性的定标关系,前瞻性预测需要采用"一井一策"的方式.在缓解诱发地震灾害风险上,普遍采用科学的流体注入策略、对注采策略进行验证校准、持续开展地震活动监测等系列措施.此外,对储层的临界应力状态和应力时空演化的量化描述、地热储层内的先存断层与裂缝的探测识别、可有效管控地震发生的流体注入策略等,是当前干热岩资源开发减轻地震风险的主要技术难点,而利用地热储层实时感知信息技术、采用新的注入热交换载体、发展前瞻性的地震预测方法是该领域目前重点关注的技术方向.根据我国的干热岩资源开发和减轻地震灾害风险的实际情况,亟待建立开采场地安全性和灾害风险评价、多学科的地震监测网络和分析技术、地震灾害风险管控红绿灯系统等技术体系,并加强关井后的尾随现象、多场耦合等科学问题的基础研究.     

华北东部中生代构造体制转折峰期的主要地质效应和形成动力学探讨

华北中生代构造体制转折始于 15 0～ 14 0Ma ,终于 110～ 10 0Ma ,峰期是 12 0～ 110Ma ,总体上是由挤压构造体制转化为伸展构造体制 ,由EW向转变为NNE向的盆岭构造格局。但是转折过程有复杂的细节和多次挤压与伸展的转变 ,边缘与克拉通内部、北缘与南 (东 )缘之间在时间和空间上也有一定的变化。南 (东 )缘的挤压构造以 2 30～ 2 10Ma为主 ,然后在 130～ 110Ma期间达到构造转折的剧变期。北缘则似乎表现出 2 30～ 2 10Ma和 180 ( 170 )～ 16 0 ( 15 0 )Ma两期挤压构造 ,130～ 110Ma是构造转折的峰期。盆地的演化有多样性 ,燕山地区前晚侏罗世时期呈现出北东东向褶皱逆冲带与挤压挠曲盆地带相邻并存的盆山结构 ;而后晚侏罗世时期呈现出北北东向裂谷盆地与断隆相间的盆岭结构 ;晚侏罗世后时期则呈现出北东—北北东向盆地与“活动”断隆相间 ,并受北东东向褶皱逆冲带控制的盆山结构。大别山南北隆升历史完全不同。深部结构的研究表明 ,华北东部的岩石圈在古生代末期已有减薄表现 ,在中生代急剧减薄 ,地幔和下地壳发生大规模置换 ,至 130～ 110Ma到达顶峰。新生代以来又有加厚的趋势。中生代构造转折不具典型造山带特征 ,可能与周围块体夹击引发的区域性大规模地幔隆起有关     

中国科学院地理科学领域知识创新工作进展与展望

地理科学领域知识创新工作是中国科学院知识创新工程的重要组成部分。在知识创新工程的启动阶段和全面推进阶段,通过研究机构的结构性调整与重组、重要科研项目的启动和实施、学科支撑体系的加强等,在地理科学领域的理论创新与技术进步、人才队伍的培养与形成、可持续发展能力的增强等方面均取得重要进展。对地理科学的发展态势及知识创新中需要关注的几个问题进行了探讨,对下一阶段中国科学院地理科学领域知识创新工作进行了展望。     

西藏班公湖-怒江缝合带中段侏罗纪高镁安山质岩石对中特提斯洋演化的制约

班公湖-怒江缝合带中段地区南北向分布了三条分支蛇绿岩亚带,它们记录了该地区中特提斯洋复杂的构造演化过程。目前对于该地区洋盆俯冲消减动力学过程一直缺乏有效制约。为探讨这一问题,本文对班公湖-怒江缝合带中段新近厘定的安山岩和闪长岩开展了系统的野外、岩石地球化学和锆石U-Pb年代学研究。安山岩主要呈不整合覆盖于晚三叠世沉积地层之上,或与侏罗纪俯冲增生杂岩和橄榄岩以断层接触,闪长岩主要呈岩脉体侵入于橄榄岩中。锆石U-Pb定年表明,安山岩和闪长岩均形成于中晚侏罗世(165～161Ma)。安山岩和闪长岩地球化学组成类似,它们大都具有高的MgO含量和Mg#值,这与高镁安山岩相类似。稀土和微量元素组成显示出典型的岛弧岩浆岩特征,富集轻稀土(LREE)和Rb、Th、U、Pb等元素,亏损Ba和高场强元素(HFSE; Nb,Ta和Ti)。同时,样品还显示出较低的Ba/Th和较高的(La/Sm)N比值,以及负的锆石εHf(t)值和古老的锆石Hf模式年龄。这些特征表明这些高镁安山岩和闪长岩是大洋板片俯冲沉积物部分熔融的熔体交代地幔楔的产物。结合区域地质和前人研究,认为这些岩石可能形成于靠近海沟的大陆边缘环境,是班公湖-怒江中特提斯洋中段北拉-拉弄分支洋盆初始俯冲消减的产物,该初始俯冲作用可能与安多微陆块和南羌塘地块碰撞导致的俯冲南向跃迁有关。     

青藏高原纳木错西缘新元古代中期岩浆事件:对北拉萨地块起源的约束

本文报道了青藏高原北拉萨地块纳木错西缘变质辉长岩和花岗片麻岩的锆石U-Pb定年、岩石地球化学和锆石Hf同位素分析结果。锆石LA-ICP-MS定年结果表明,变质辉长岩和花岗片麻岩的原岩形成时代分别为720±6Ma和732±7Ma,相当于新元古代中期。变质辉长岩为钙碱性系列,具有Nb、Ta和Ti负异常,与岛弧玄武岩类似。变质辉长岩中锆石具有较高的εHf(t)值(+5. 2～+9. 7),应当是源自俯冲环境下相对亏损的地幔楔。花岗片麻岩原岩为I型花岗质岩石,并且具有较为均一的锆石εHf(t)值(-3. 3～+0. 3),可能形成于地壳内古元古代变质火成岩的部分熔融作用。结合区域地质资料,变质辉长岩和花岗片麻岩的原岩应当形成于新元古代中期的洋壳俯冲消减过程。北拉萨地块上的前寒武纪岩浆和变质记录与东非造山带的活动时限较为一致,因而北拉萨地块可能与东非造山带具有亲缘性。     

中国蛇绿岩与造山带大地构造研究:前言

<正>肖序常院士是我国著名的构造地质学家,他一生致力于蛇绿岩与中国大地构造的研究工作,为中国西部青藏高原、中亚造山带等地区的区域构造与大地构造,以及有关能源、矿产勘查等的研究做出了重要贡献。在肖先生90华诞暨从事地质事业70年之际,我们出版本专辑,向先生致敬!以此     

大气影响下平顶山膨胀土地表蒸发研究

为探索膨胀土的蒸发特征,对平顶山市区膨胀土进行了不同初始含水量土体的室内和室外蒸发试验研究,测试了蒸发过程中土体含水量在不同深度的变化。对室内、外试验结果及其差异性进行了分析,发现室内和室外土样的蒸发强度差别较大,但是蒸发系数相差不大,蒸发系数与土体含水量、含水量梯度有较强的相关性。地表土体接近饱和时,蒸发系数在1上下波动。随着蒸发的持续,蒸发系数随地表含水量降低而下降,含水量梯度随地表含水量的降低而升高。当地表含水量达到残余含水量时,含水量梯度达到极大值,持续蒸发含水量梯度将继续减小。土体蒸发系数与蒸发历时进行拟合,呈较好的对数关系。     

萍乐坳陷中部(赣丰地1井)二叠系乐平组获“三气”发现

1研究目的(Objective)萍乐坳陷位于江西省中部,坳陷内广泛发育海陆过渡相二叠系乐平组,该组泥页岩厚度大、有机质丰度高,具备较好的页岩气成藏条件,是本区页岩气主要目的层系。萍乐坳陷油气调查始于20世纪50年代,前期工作主要针对乐平组老山段的煤层气,缺乏其他层段的系统评价参数,页岩气富集层段尚不明确。本次于萍乐坳陷丰城地区实施地质调查井——赣丰地1井,目的是系统获取乐平组相关参数,探索本区页岩气、煤层气、致密砂岩气资源潜力。     

Geochemical Characteristics of Wuyang Siliceous Rocks in the Southern Margin of North China Craton and its Constraint on the Formation Environment of BIF of Tieshanmiao Formation

Precambrian banded iron formation(BIF) is one of the most important mineral resources in China, mostly abundant in the North China Craton(NCC) with relatively less common in South China. Since the BIF and siliceous rocks both originated from chemical deposition, the syngenetic BIF and Siliceous rocks can help evaluate their environment of formation. We examine here the mineralogy and geochemistry of siliceous rocks associated with the Tieshanmiao Formation BIF, aiming to decipher the conditions of formation of both BIF and Siliceous rocks in the Wuyang area in the NCC. Analysis of the geochemical characteristics of whole rock shows that the Si O2 content of the siliceous rock ranges from 90.11% to 94.85% and is relatively high overall. Trace element contents of Ba and U are also high, the Ba/Sr ratio ranges from 3.89 to 25.28 and the U/Th ratio ranges from 0.09 to 0.20. Finally, the ΣREE value of rare earth elements ranges from 57.03 ppm to 152.59 ppm, and these indexes all indicate that siliceous rock resulted from hydrothermal deposition. Plots of Al2 O3-Si O2, Si O2/(K2 O+Na2 O)-Mn O2/Ti O2 and Mn-10×(Cu+Co+Ni)-Fe in discrimination diagrams also verify this interpretation. However, both the Mg O content, ranging from 0.16 to 0.32, and the Fe/Ti ratio, ranging from 2.50 to 9.72, suggest that terrigenous material was added during the depositional process. Major and trace element parameters of siliceous rock, such as the Al/(A1+Fe+Mn) ratio(from 0.81 to 0.93), Mn O/Ti O2(from 0.00 to 0.17), Al/(Al+Fe)(from 0.82 to 0.93), Sc/Th ratio(from 0.21 to 0.50), U/Th(from 0.09 to 0.20),(La/Yb)N(from 0.83 to 3.04), and the(La/Ce)N(from 0.01 to 0.02) all imply that the siliceous rock formed in a continental margin. In addition, the Sr/Ba ratio from 0.08 to 0.26, the δCe value from 0.31 to 0.90, and the δEu value from 0.14 to 0.58, all indicate that the siliceous rock was formed at a relatively deeper water depth and under weak hydrodynamic conditions. Siliceous rock and BIF formed in the same geological setting, with the Si O2/(K2 O+Na2 O) ratio of siliceous rock ranging from 28.61 to 47.43, the Si O2/Al2 O3 ratio from 16.53 to 32.37, and the Si O2/Mg O ratio from 287.28 to 592.81, which are all in agreement with chemical deposition associated with volcanic eruptions. The Al2 O3/Ti O2 ratio from 37.82 to 50.30 indicates that the magma source of siliceous rock was of slightly intermediate composition. During the Late Archean in the Wuyang area, the high concentration and high purity Si O2 quickly precipitated from hydrothermal fluids to finally result in the accumulation of siliceous rock in a marginal sea, while the input corresponding to iron formation components was deposited to form iron formation layers, and limestone was only the product formed during the deposition intervals of siliceous rock and iron formations. In this study, the synsedimentary siliceous rocks of BIF act as a new way to provide direct evidence to understand the formation environment of BIF due to its high geochemical stability.