中国大陆岩石圈导电性结构研究——大陆电磁参数“标准网”实验（SinoProbe-01）

"中国大陆地壳探测计划"的首要目标是岩石圈物性结构、构造和物质组成的探测,这包括大陆岩石圈的地震波速度、密度、磁性、导电性和放射性结构研究。其中,大陆岩石圈导电性结构的研究越来越引起人们的重视。利用岩石圈导电性结构模型不仅可以推断地球内部的岩、矿石组成和地质构造轮廓,还可以间接提供有关地球内部热结构的信息,为研究地球内部物质状态、地壳运动过程及其动力学机制等科学命题服务。因此,很多发达国家自上世纪70年代以来,陆续启动了岩石圈导电性结构探测。2004年,美国开始了"地球透镜计划(EarthScope)";其中,"大地电磁阵列"(USArray)是整个计划中的重要部分,是一个大陆尺度的大地电磁场观测计划,它将为北美大陆的构造与演化提供新的约束。在中国,大陆岩石圈导电性结构研究虽取得一系列重要成果,但也仅限于对其基本格局有一定认识,远远满足不了大陆动力学问题研究的需要。为了研究中国大陆形成、演化机理,首先需要确定中国大陆岩石圈三维构造模型、热结构和流变性特征,而这一切都与更详细、更准确的中国大陆岩石圈导电性结构有着密切关系。为了实现构建中国大陆岩石圈电磁学参数三维数据体及导电性结构标准模型的目标,"深部探测技术与实验研究专项"设立"大陆电磁参数标准网实验研究(SinoProbe-01)"项目,解决大陆尺度、阵列式(Array)大地电磁场(MT)标准网观测计划的关键技术问题,研究具体的实施方法技术,并提供示范性成果。项目将尽可能预先建立覆盖全国、网度为4°×4°的阵列式区域大地电磁参数标准网控制格架,并以华北和青藏为基地创立阵列式区域大地电磁场"标准点"1°×1°观测网的构建方法、技术;构建华北和青藏地区壳、幔电磁参数三维结构标准模型"格架",以及不同网度的壳、幔物性三维结构模型,为覆盖全国的阵列式区域大地电磁"标准点"观测网最佳网度选择提供依据,为最终建立中国大陆岩石圈三维导电性结构标准模型奠定基础,为预测我国超大型金属成矿远景区提供方向。完成本项目研究将对揭示中国大地构造特点和岩石圈结构提供重要依据,对油气及固体矿产资源远景评估提供制约,并对完善后板块大地构造理论有重要意义。开展这方面的研究将揭开中国大地构造地球物理学新阶段的序幕,为中国可持续发展与地球科学的进步作出贡献。     

青藏及华北阵列式区域大地电磁场标准观测网建设方法与实验

大地电磁参数标准网的建设需要大量第一手的观测资料,观测资料的质量直接决定了标准网的可靠性。本文分析了大地电磁测深仪器设备、资料采集与处理技术,确定了青藏及华北阵列式区域大地电磁场标准观测网的建设方法;在此基础上,在山东菏泽地区对11535和11635号标准点进行了野外观测试验,对采集的宽频及长周期数据进行了深入处理,形成的对辅助测站和中心测站布置、数据采集时间、资料处理手段和远参考测站布设等要求,将指导青藏及华北阵列式区域大地电磁场标准网的建设,并对中国大陆其他区域大地电磁场标准网建设具有一定参考意义。     

中国大陆深探测的大地电磁测深研究

通过对地震波速度、密度、磁性、导电性等物理场进行观测,研究地壳与上地幔的物性与结构特征,将为研究地球内部物质状态、地壳运动过程及其动力学机制等科学命题提供科学依据,同时也将为寻找深部大型矿床提供信息。大地电磁深探测方法作为研究地球壳幔电性结构的主要地球物理方法,在国内外完成了大量探测工作,取得了许多重要的研究成果。在研究壳幔构造方面,大地电磁法和地震方法一起被视为两大支柱方法,在世界范围内解决大陆动力学问题方面已有许多成功的应用范例。但由于大地电磁探测以天然电磁场作为场源,在矿集区等强干扰地区往往很难采集到高信噪比的数据,抗干扰能力较弱。同时,大地电磁与地震数据的约束反演以及联合解释目前尚没有达到实用化,这些都限制了大地电磁数据的处理及解释精度。"深部探测技术与实验研究"(SinoProbe)专项下属的"深部探测技术实验与集成"项目将选择青藏高原、西部造山带与华南山区结晶岩等复杂地质条件和不同人文干扰水平地区,以大地电磁探测与地震探测作为主要手段,研究深部精细地球物理探测技术的集成,并且通过实验剖面研究这些实验区的壳幔结构特征。其中的"大地电磁测深大剖面观测实验与壳/幔三维电性研究"课题,将通过在实验区的大地电磁观测实验,研究适用于不同地质条件及干扰水平地区的大地电磁数据采集方法技术以及精细处理与反演方法,同时探讨大地电磁数据与地震数据的约束反演以及联合解释。该研究将提高深部地球物理探测精度,为深部精细地球物理探测方法技术集成以及区域地球物理精细探测提供范例。已经完成的青藏高原东北缘西秦岭造山带和福建结晶岩地区的大地电磁观测试验表明,在这些典型地质构造区域,虽然存在施工困难,干扰水平大等各种不利因素,但只要采取合适的野外观测技术,并通过数据精细处理与反演计算,是能够获得高质量的大地电磁数据以及可靠的电阻率分布模型。试验所取得的成果,将为实现"深部探测技术实验与集成"项目科学目标和研究任务提供重要的技术支撑与保障。     

安徽庐枞火山岩盆地橄榄玄粗岩系的地球化学特征及其对下扬子地区晚中生代岩石圈减薄机制的约束

庐枞盆地内的中生代火山-潜火山岩具高钾和相对富碱为特性,属典型的橄榄玄粗岩系列。它们在地球化学上表现出明显富集Rb、Th、U、K等强不相容元素和轻稀土元素,亏损高场强元素Nb和Ta的特征。Nd、Sr同位素组成总体位于富集型的扬子克拉通岩石圈地幔的范围内或其附近,显示其母岩浆主要是由富集型地幔部分熔融形成的。火山-潜火山岩的成分变异趋势显示橄榄玄粗质幔源岩浆在高压下(斜长石稳定压力之下,1.5GPa)经历过以单斜辉石和钛铁氧化物为主的矿物分离结晶作用。低压下矿物的分离结晶作用及上地壳物质的混染则不明显。这套火山-潜火山岩的部分地球化学性质(如Ce/Yb比值)类似于大洋岛弧内的橄榄玄粗岩,可能意味着区内由于岩石圈的减薄,软流圈地幔上涌到了岩石圈相对较浅的部位,控制源区部分熔融的主要是尖晶石相地幔岩。虽然局部(如靠近郯庐断裂的盆地西缘)可能存在着明显的热侵蚀,但"突发性的"机械拆沉是区内(乃至整个长江中下游地区)岩石圈减薄的主要机制。在整个晚中生代岩石圈减薄的过程中,这两种机制可能一直相互促进着。     

新疆贝勒库都克A型花岗岩锆石U-Pb年龄、地球化学及锡成矿

新疆东准噶尔卡拉麦里地区是一个重要的锡成矿带,分布有多种类型花岗岩。贝勒库都克岩体位于锡成矿带中部,由黑云母正长花岗岩和黑云母二长花岗岩组成。本文通过精确的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年获得贝勒库都克含锡黑云母正长花岗岩年龄为283±2Ma,MSWD=0.14(95%置信度),时代属于早二叠世,这与东准噶尔后碰撞深成岩浆活动的范围(330~265Ma)相吻合。岩石地球化学研究表明,贝勒库都克岩体富硅(SiO2=75.25%~76.67%),低铝(Al2O3=11.91%~12.86%),贫镁(MgO=0.02%~0.18%)和钙(CaO=0.39%~0.89%),富碱(Na2O+K2O=8.08%~8.97%),K2O>Na2O,NK/A=0.86~0.95(平均0.92),A/NCK=0.97~1.02,富集Rb、K等大离子亲石元素及Zr、Hf等高场强元素,Ba,Nb,Sr强烈亏损,δEu=0.01~0.11,其FeOt/MgO(12.71~84.51,平均34.55)和10000Ga/A1(2.97~4.20)值大,HFSE元素(Zr+Nb+Ce+Y=191.8×10-6~353.3×10-6)含量高,明显不同于典型的I型和S型花岗岩,基本属于典型的铝质A型花岗岩。年代学和地球化学综合研究表明,贝勒库都克铝质A型花岗岩是壳幔混合成因,是准噶尔地区后碰撞幔源岩浆底侵作用导致大陆地壳垂向生长过程的记录者。贝勒库都克铝质A型花岗岩Sn的含量高(6.0×10-6~19.5×10-6,个别为80.0×10-6),铝质A型花岗岩是成矿热液的直接母体,而富Sn的流体相最终形成了贝勒库都克锡矿床,锡矿与铝质A型花岗岩是同期地质事件的产物。     

红层泥岩半刚性基床结构动态变形试验研究

高速铁路要为列车的高速行驶提供一个高平顺性和稳定性的轨下基础,而路基作为轨道结构的基础,必须具有强度高、刚度大、稳定性和耐久性好的特性。由于红层泥岩属于软岩,工程稳定性差,以红层泥岩作为基床的填料,其刚度明显不足,所以为了弥补基床表层的不足,在其顶部添加一层水泥稳定级配碎石。为了验证这些措施的效果,以便指导工程设计和施工,通过足尺动态模型试验,模拟在实际荷载条件下基床的动态变形特性,结果表明,采用水泥稳定级配碎石作为基床表层填料,静态变形明显降低,能够大幅降低动荷载作用时的动变形,减少了基床结构的永久变形,增强了轨道结构的稳定性。     

湘赣桂地区加里东期构造变形特征及成因分析

系统解剖了华南早古生代地层出露较好且加里东运动比较典型的地区,包括广西的元宝山、越城岭、大明山、大瑶山、云开大山地区以及湘赣边境等地区。通过对其褶皱、断裂形态的描述与分析发现大明山、大瑶山地区EW向的寒武系褶皱是云开地块在晚寒武世-早奥陶世由南向北推覆挤压的结果,而桂北元宝山、越城岭地区及湘赣边境地区NE-NNE向的早古生代地层的褶皱是由于华夏地块与扬子地块在晚奥陶世-早志留世沿郴州-临武断裂收缩挤压的结果,而且这一收缩挤压是属于陆内造山事件而不是前人所说的洋陆俯冲事件和陆-陆碰撞造山事件,且加里东运动先由南向北、后由东向西逐渐拓展,变形强度由强到弱。     

二维地震在延边凉水煤田勘查中的应用

二维地震勘探比较广泛应用于平原、丘陵等地区,但在地形比较复杂的山区应用比较少。延边凉水煤矿接替区位于吉林省长白山区,该区山高林密,地表施工条件较差,以往勘查资料较少。利用二维地震勘探方法查明了落差较大的断层和勘查区主要煤层的隐伏露头位置,确定煤层的赋存范围和构造形态,取得了一定的成果。     

长江中下游江湖关系演变趋势数值模拟

以长江中下游防洪系统为对象,概述了在大型复杂防洪系统洪水行为数值模拟基础上,成功地将长江中下游洪水演进数学模型转化为面向长江防洪系统防洪规划方案评估需求的长江中下游江湖水沙演变的数学模型.为适应防洪规划方案论证涉及江湖水沙相互制衡相互关联客观情况,建立了面向江湖水沙关系及其演变的数学模型.针对长江中下游江湖水沙运动特点,在水沙数值模拟的范围内侧重对下荆江河道冲刷、荆江三口分流分沙模式、洞庭湖泥沙淤积、江湖耦合等环节进行了讨论,提出了合理可行的数值处理方法.模拟结果较好反映了江湖水沙演变规律,主要成果已应用于长江中下游防洪规划和防汛调度方案中.     

汾河二库蓄水对兰村水源地影响的数值模拟研究

首先建立了汾河二库及其下游地区水文地质概念模型,然后根据地下水水头长观资料识别模型的水文地质参数,运用可视化标准软件Visual Modflow,建立了地下水三维不稳定流模型来刻画汾河二库地下水下游区域流动的基本规律。运用识别后的模型预测了未来2010年和2015年水库不同蓄水位条件下的地下水动态变化。模拟结果表明,汾河二库的建成使周围地下水流动发生了变化,水库蓄水造成流域地下水位的上升,但对兰村水源地的影响有限。