切开地壳上地幔,揭露大陆深部结构与资源环境效应——深部探测技术实验与集成(SinoProbe-02)项目简介与关键科学问题

本文简要介绍国家科技专项"深部探测技术实验研究"第二项目"深部探测技术实验与集成"(SinoProbe-02)的研究目标、国际趋势与国内需求、主要研究内容、技术路线与研究方法等,着重介绍拟聚焦研究的关键科技问题.预期通过本项目的实施,实验并集成可行的深部探测方法技术组合和综合解释方法技术平台;项目实施的深部探测实验剖面...     

喜马拉雅西部雅鲁藏布江缝合带地壳尺度的构造叠置

陆陆碰撞过程是板块构造缺失的链条。印度板块与亚洲板块的碰撞造就了喜马拉雅造山带和青藏高原的主体。然而,人们对印度板块在大陆碰撞过程中的行为尚不了解。如大陆碰撞及其碰撞后的大陆俯冲是如何进行的、印度板块是俯冲在青藏高原之下还是回转至板块上部(喜马拉雅造山带内)以及两者比例如何,这些仍是亟待解决的问题。印度板块低角度沿喜马拉雅主逆冲断裂(MHT)俯冲在低喜马拉雅和高喜马拉雅之下已经被反射地震图像很好地揭示。然而,关于MHT如何向北延伸,前人的研究仅获得了分辨率较低的接收函数图像。因而,MHT和雅鲁藏布江缝合带之间印度板块的俯冲行为仍是一个谜。喜马拉雅造山楔增生机制,也就是印度地壳前缘的变形机制,反映出物质被临界锥形逆冲断层作用转移到板块上部,或是以韧性管道流的样式向南溢出。在本次研究中,我们给出在喜马拉雅造山带西部地区横过雅鲁藏布江缝合带的沿东经81.5°展布的高分辨率深地震反射剖面,精细揭示了地壳尺度结构构造。剖面显示,MHT以大约20°的倾斜角度延伸至大约60 km深度,接近埋深为70~75 km的Moho面。越过雅鲁藏布江缝合带运移到北面的印度地壳厚度已经不足15 km。深地震反射剖面还显示中地壳逆冲构造反射发育。我们认为,伴随着印度板块俯冲,地壳尺度的多重构造叠置作用使物质自MHT下部的板块向其上部板块转移,这一过程使印度地壳厚度减薄了,同时加厚了喜马拉雅地壳。     

我国深部探测技术与实验研究与国际同步

深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe,2008—2012)是我国历史上实施的规模最大的地球深部探测计划。专项成功实现了技术创新与重大科学发现的并举,完成了6000km深地震反射剖面,使我国进入国际深部探测大国的行列。专项建立了全国大地电磁参数网和地球化学基准网,实施的6口科学钻探获得重要发现,实现矿集区立体探测,关键地区地应力监测、岩石圈动力学模拟、大陆地壳结构与演化研究取得长足进展,探测仪器装备研制取得重要突破。专项被认为是我国由地质大国向地质强国转变的标志性重大地学计划,在世界地球科学领域具有很强的影响力,具有经济社会意义巨大创新价值,在大科学计划组织实施方面做了有益的探索,为实施"地壳探测工程"重大科技专项奠定了坚实基础。专项被两院院士评为"2011年度中国十大科技进展新闻"。"深部探测技术与实验研究专项与国际同步",获得中国地质科学院2012年度十大科技进展的特别进展。     

深地震反射剖面数据子库

深地震反射剖面数据子库（简称SB1）,系国土资源部深部地球物理探测数据库下属子库之一。经过需求分析,数据标准格式设计,采用Microsoft Access97作为开发平台的深地震反射剖面数据子库,具备关系型数据库固有的一切功能。SB1由用户查询,维护管理和报表打印等3个子系统组成。SB1收录了1996年以前,即原地质矿产部和国土资源部地球物理工作者执行深部地质计划和前沿科技计划等专项计划获得的大量深地震反射剖面调查原始记录,处理成果与解释成果。经调研数据分布和保存状况,依照“深地震反射剖面数据入库技术规定”完成了深地震反射剖面数据收集,整理及登录。迄今为止,SB1共收录国土资源部深地震反射资料累计测线19条,剖面长度859km与入库原始记录数据量35.8GB;原始记录,数据处理等入库数据记录格式皆统一采用地震勘探专业通用的SEG－Y格式;并采用通用的刻录格式ISO9660共刻录数据光盘30张。SB1管理系统的库文件及其用户指南,管理员手册,系统盘说明等文档也已刻录成系统光盘,为数据共享以及其它应用提供了方便条件。     

论区域航磁异常轴向与各类构造形迹及其能源分布的关系——地质解释之二

地球是在不停的运动着。岩石层在它的历史发展过程中,总是在不断地变化,并旦永不停止。因此,在地壳的岩石中就保留了各次运动的构造形变和痕迹。由于结晶基底具有磁性,航空磁测能反映出基底构造的形态,划出异常的轴向分布图,就可以直观地显示烙印在磁性基底岩层中各类构造的形态。     

喜马拉雅-青藏高原地学研究动向棗第16届喜马拉雅-喀拉昆仑-西藏国际讨论会一瞥

倍受瞩目的每年一届的喜马拉雅-喀拉昆仑-西藏国际讨论会（Himalaya-KaraKorum-Tibet Workshop，简称HKTW）至2001年已举办了16届。这个研究喜马拉雅-青藏高原地质演化的国际舞台，每年都有许多新“演员”和老“演员”出演新的“节目”：报告新的发现、交流新的思想。由于喜马拉雅-青藏高原是研究全球大陆巨型造山带形成过程与动力学的野外实验室，故这个研讨会每年的进展倍受各国地学界关注。 　　 会议概况 2001年的HKTW 于4月3～5日在奥地利南部美丽的莱布尼茨市的Schloss Segggau 城堡举行。来自18个国家和地区的107名学者出席了会议。中国地质科学院地质研究所、中国地质科学院地质力学研究所、成都理工大学、中国科学院地质与地球物理研究所、香港大学等十余位中国学者参加了会议。会议由奥地利3所大学共同承办。组织委员会人员精干，由K.Stüwe (格拉兹大学) 、B.Grasemann(维也纳大学)和C.Miller（茵斯布鲁克大学）组成。组委会使用国际互联网络征集会议的论文和发布信息。国际岩石圈委员会、欧洲自然科学联合会、奥地利地质调查所等13个国家与地区的学术机构资助了此次会议。“亚洲地球科学杂志”为此次会议出版了论文专集，发表了全部的学术论文摘要(Grasemann)。 　　学术交流的主要内容 62位学者作了论文演讲，74人以展报形式交流了新的成果与新思想。与往届不同的是，本届研讨会并没有特意提出会议学术交流的主题以及各报告单元的主题，而是以每一单元的第一位发言者的报告内容为主调（Keynote），将相近内容的报告安排在一起就一些热点问题进行讨论。列为主调报告的题目有（顺序由前到后）：对喜马拉雅与印度地盾北部元古界的评述（W.Frank,等）——引导对沉积地层及构造历史等相关研究的讨论; 西藏和其他主要高原岩石圈的恢复(G.A.Housemen)——引导对构造三维变形的讨论；喜马拉雅西部Zanskar伸展剪切带东端的应变划分(A.Steck等)——引导热演化和变质作用及相关意义的讨论; 独居石U-Th-Pb年龄的意义(M.Horrison)——引导对同位素年代学及指示含义的讨论。 　　 讨论的主要热点①抬升历史的记录与证据：喜马拉雅-青藏高原抬升历史的记录一直是HKTW的讨论主题，本次会议更强调发现新证据。与会者对前陆盆地沉积历史的研究尤为重视，特别加强了对侵蚀作用与侵蚀历史的研究，用沉积相模式指示地球动力学事件。②构造变形的定量研究：加强了对主要缝合带和边界断裂的发生时间、规模、连续性、位移速率、活动方式（脉冲式）等的定量研究。通过构造变形研究直接给出地壳缩短量和发生的主要时间。同位素地质年代学被广泛用来定量研究构造变形，如U-Pb和裂变径迹年龄是刻画构造事件的证据。③陆-陆碰撞、俯冲与深部过程：高压-超高压变质作用作为指示新生代喜马拉雅地带发生陆-陆碰撞事件的证据倍受重视。英国学者（P.J.Treloar）、德国学者(P.J.O'brien)和巴基斯坦学者（M.A.Khan）联合报道了出露于巴基斯坦Kaghan山谷早第三纪柯石英榴辉岩的最新研究成果；意大利学者（B.Lombardo et al.）报告了在东喜马拉雅MCT顶部新发现的榴辉岩、高压麻粒岩,对其进行了高温高压及地球化学分析，并与NW喜马拉雅的研究进行了对比。根据温压条件的变化，反映出不同的大地构造环境、出露形式和时间。法国学者（G.Maheo et al.）报道了在喀拉昆仑西南发现了标志着俯冲大陆岩石圈板舌发生断离的变质作用和岩浆作用证据, 认为断离作用发生在20～25 Ma。 　　 同位素地质年代学（如40Ar/39Ar和Sm-Nd数据）已经被用来定量约束地壳生长阶段和热演化历史，以及俯冲碰撞的时间。高分辨率深部地球物理探测与地震事件参数精细研究被用来揭示碰撞过程和深部作用。中国学者展示了塔里木与青藏西北缘岩石圈相向碰撞的地震学证据。 　　 新动向①青藏高原研究区域已向北扩展到天山。包括帕米尔—吉尔吉斯天山，一直到我国境内的天山，都有学术报告论及它们与青藏高原的关系，德国学者（I. Coutand et al.）、美国学者（J. R. Arrowsmith et al.）和吉尔吉斯学者(M. Omuraliev)联合报告了他们对帕米尔—天山晚新生代以来处于印度-欧亚碰撞环境中的地壳演化的研究进展；法国学者（S.Dominguez et al.）报道了他们在中国天山沿独库剖面所进行的GPS和变形构造研究初步结果，观察到了地壳缩短的证据。②新的深部地质作用与环境的关系：这方面的研究在这次会议上有实质性的进展。美国斯坦福大学毕业，目前德国波茨坦大学进行研究的E.R.Sobel提出一种横向造山模式，该模式提出，青藏高原通过深部逆冲作用向EN方向扩展，影响着沉积盆地发育，制约着降雨量的变化，他举例说明了安第斯山脉走向与降雨量的变化关系及祁连山的生长影响柴达木盆地的降雨；印-巴学者也报道了拉达克地区新地震的发生，诱发了新的沉积构造断层发生，传播着褶皱，以及喜马拉雅山前地下水与环境关系的地球化学研究；尼泊尔学者探讨了中全新世古气候年龄、喜马拉雅花粉颗粒记录的古气候变化；不丹学者也提出冰河地质历史及突发洪水的研究报告。不少学者在报告中都提到了气候影响着侵蚀作用。③难以到达地区的地质研究有较大进展：令人佩服的是M.P.Searle展示了珠穆朗玛峰地区的新地质图及进行的构造几何学、变质作用和岩浆作用研究；R.D. Law 报道了用微构造和石英组构证据对珠穆朗玛峰地区应力路径和变形程度，以及对STDS 的研究；R.L.Simpson评述了珠穆朗玛峰地区U-Th-Pb 年龄的研究; W.S.F Kidd展示了 Nanga.Parbat-Haramosh地块的新地质图等等, 这些研究成果都说明, 青藏高原的地质研究正向着新的深度和广度发展。④高压-超高压变质作用已经成为喜马拉雅-青藏高原研究的新热点。 　　 崇尚科学，热爱喜马拉雅会议组织者把展示人类对喜马拉雅地质考察和探索精神列为会议交流的一部分。会议将奥地利地质调查所的喜马拉雅地质学家G.Fuchs的报告“喜马拉雅——我生活的希望”列为主调发言。他的发言除了回顾奥地利地质前辈对喜马拉雅的研究与贡献外，指出，一大批年轻的同行正通过细致工作，使用现代构造地质、岩性地质学和地质年代学等技术继续进行深入工作。德国学者第14届HKTW的组织者E.Appel介绍了G.Fuchs对喜马拉雅进行37年研究的传奇历史和取得的成就，播放了G.Fuchs 进行科学考察的精彩镜头。表达了大家对献身于喜马拉雅地质研究的科学家的敬意。值得提及的是，会议中还放映了Robert Schauer自费摄制的记录影片“珠穆朗玛峰——没有怜悯的山脉”。Robert Schauer生活在格拉兹，是一年前在格拉兹市举行的世界上最大的山脉电影节的组织者。影片的放映体现出奥地利学者对喜马拉雅地质研究的热爱，对科学的崇尚和对献身喜马拉雅科学研究的人们的敬意。     

深部地球物理探测数据库研究进展

国土资源部（原地质矿产部）“深部地球物理探测数据共享与对比研究”项目组在1998－2000年期间取得如下主要进展：（1）调研了数据分布和保存状态，抢救，收集分散的数据（约40565km），按入库技术规定进行了整理，汇总入库。所收集的数据约占应收集数据的92％；（2）制定了7个专业方法数据入库技术规定；（3）建立了7个专业方法数据标准格式，初步实现了规范化和标准化技术研究，为抢救，收集分散在各单位和个人的数据并入库提供了技术准备；（4）实现了数据载体及数据格式转换及不同载体间的转换与传递，使用刻盘技术将数据保存在光盘上；（5）引进先进的系统软件，研制与建立了7个专业数据子库管理软件系统，数据共享和光盘库系统和总库管理系统。编写了各数据子库使用指南，管理员手册，数据字典，数据统一编码，研究中开发应用了GIS、MAPGIS等先进软件，将专业方法理论与计算机技术结合，实现数据快速存储，多功能查询；（6）探索研究了数据共享原则和办法，提出了可行方案，推动了深部地球物理探测数据共享工作。     

青藏高原北部巴颜喀拉构造带基底隆起的地震学证据

过去曾笼统地认为巴颜喀拉构造带上万米的堆积主要是三叠系的复理石沉积。通过对沱沱河-格尔木深地震剖面资料的再认识发现，巴颜喀拉构造带的结晶基底埋深仅5km左右，比金沙江断裂带以南的羌塘地块北缘和昆仑山南缘的基底埋藏深度都要浅。进一步对青藏公路以东横穿巴颜喀拉构造带的几条深地震测深剖面进行分析，发现该基底隆起一直顺构造走向延伸，向东贯穿了整个构造带，推测它是扬子古陆块的残余。     

西昆仑及邻区岩石圈结构构造演化——塔里木南—西昆仑多学科地学断面简要报道

通过深地震反射剖面,宽频天然深地震探测,广角折射、反射剖面,结合地表地质观察、岩石矿物和地球化学研究,以及弹性模拟计算等,对当前国际上流行的所谓高原北缘向南呈A型俯冲,南缘向北俯冲构成的青藏高原地壳加厚、隆升的“双俯冲”(two-sidedsubduction)模式提出质疑,认为高原北缘至少在西昆仑与塔里木(欧亚板块)之间不存在长距离的俯冲,在新生代以来的强劲挤压中,塔里木起到了一定的阻挡作用,在这里呈现南北向挤压应力场,因而青藏高原西北缘陆-陆碰撞造山、盆山的形成受到“南北双向挤压模式”所控制,也是造成青藏高原西北缘新生代期地壳加厚、隆升的重要动力因素     

中国西部柴达木—祁连山—北山地区的地壳结构和地体拼合演化史

通过最近完成的格尔木—额济纳旗地学断面的研究,揭示了青藏高原北部(柴达木—祁连山)至中蒙边境北山地区的地壳结构构造、物质组成及其构造演化,提供了大量有关该地区深部构造的信息。确定了在断面内莫霍界面最深处位于南祁连哈拉湖以南的居洪吐地带,深度值为74km,并与祁连山主峰不相对应。柴达木盆地地壳厚度平均55km,盆地中央莫霍界面略有隆起。北山地区莫霍界面较为平缓,平均地壳厚度为45 km。深地震测深资料发现,沿整个断面地壳内20km深度附近存在着一个连续的低速层,厚度一般为5～10km,速度值在5.80～6.05 km/s间变化,一般与上覆层位有0.3～0.5kn/的速度差。大地电磁测深发现的壳内高导层沿断面全线展布,但埋深及厚度均变化较大。壳内高导层的电阻率明显降低,约5～10Ω·m。从横向上来看,不同地体的地壳结构具有明显的不同。 通过对断面走廊域地质构造及发展历史的研究,划分出6个不同的构造-地层地体、由北而南分别为:北山北部地体,北山南部地体,北祁连地体,中—南祁连地体,柴达木—北昆仑地体和南昆仑地体,并提出了它们在古生代及其以前时期,分属哈萨克斯坦—准噶尔、塔里木、华北—柴达木和华南 -扬子等不同板块。到早二叠世末,随着古亚洲洋和阿尔金洋盆的闭