多尺度综合地球物理探测:揭示成矿系统、助力深部找矿——长江中下游深部探测(SinoProbe-03)进展

两个原因使我们必须开展深部探测.一是寻找深部资源,二是更好地理解形成和控制陆内成矿的深部动力学过程,预测新的矿集区.在深部探测专项、国家自然科学基金和地质调查项目资助下,作者在长江中下游成矿带及邻区开展了系统的多尺度、综合地球物理探测.包括:成矿带尺度的宽频地震探测及"廊带式"综合探测,矿集区尺度的骨干剖面探测和三维建模,矿田尺度的三维探测与反演模拟.探测结果在三个层次取得了一系列新认识和新发现,完善了相关探测方法技术.主要包括:揭示了成矿带岩石圈结构、深部过程及对成岩、成矿的控制,提出了成矿带形成的动力学模型,诠释了在狭窄的成矿带内形成大规模金属堆积的深部因素;揭示了典型矿集区地壳三维结构、组成和断裂分布,建立了矿集区三维结构模型和区域成矿模式,推断了主要控矿岩体、地层的空间展布,预测了新的找矿靶区;开展了"玢岩型"、斑岩型和热液型多金属矿床综合地球物理探测试验,总结了勘查模式,预测了深边部找矿靶区;提出了硬岩区反射地震数据采集设计、激发到接收的有效措施,探索了地震弱信号提取、噪声压制、静校正和偏移等处理新技术、新方法;提出了强电磁干扰区电磁去噪的数字形态滤波等技术,完善了二/三维带地形和考虑各向异性情况的电磁正反演技术.     

佳木斯地块与松嫩地块俯冲碰撞的深反射地震剖面证据

佳木斯地块和松嫩地块是东北地区两个十分重要的地质构造单元,由于二者之间发育一套含有蓝片岩的俯冲增生杂岩-黑龙江杂岩(原称黑龙江群), 其地质构造意义长期为人们所关注.巴彦—桦南深反射地震剖面揭示,佳木斯地块与松嫩地块之间存在明显向西俯冲的深反射信息,以壳内和幔内向西倾伏的楔状反射区为特征.壳内楔状反射区东与浅表层出露的黑龙江杂岩相连,向西倾伏延深至莫霍面,是俯冲增生杂岩在地壳深部的反映;幔内楔状反射区东起小兴安岭之下的莫霍面,向西倾伏延深至松辽盆地东缘,尖灭深度约78 km,与多种方法得出的该区现今的岩石圈厚度(75~80 km)基本一致.这一证据充分说明佳木斯地块的岩石圈地幔向西俯冲到松嫩地块岩石圈地幔之下.     

深部矿井地应力场分布规律及其在冲击地压预测中的 应用

以徐州张小楼矿井埋深1200m深部采区为例,在区域地应力场宏观分析基础上,用AE法测试了采区不同深度岩层地应力值,采用软岩地应力估算方法估算了不同岩层中地应力值大小;采用数值模拟法,对采区深部地应力场进行了反演计算。在此基础上,测试分析了主采煤层冲击倾向性指标,评价了深部开采冲击地压危险性并进行了预测分区。研究成果对指导该矿井深部安全生产具有重要意义,对我国其他深部矿井开采冲击地压预测预报具有普遍指导意义。     

孔底深层平板载荷试验研究

本文提出了在钻孔孔底进行深层平板载荷试验,介绍了深层平板载荷试验的加压系统、传力系统和观测系统的组成并对该工艺进行了分析。实践证明,在孔底进行深层平板载荷试验是行之有效的深层平板载荷试验方案。     

西秦岭—东昆仑及邻近地区地壳结构——深地震宽角反射/折射剖面结果

在青藏高原东北缘,穿过阿尼玛卿缝合带东端完成了一条637 km的近南北向深地震宽角反射/折射剖面.获得的地壳结构剖面表明,该地区Moho界面埋深48～51 km,北浅南深,横向变化不大,而地壳内部构造在不同的地质构造块体差异明显.在下地壳内出现的两组能量较强的P3、P4波组,反映了研究区下地壳的反射性质和多层结构特征.阿坝弧形断裂以南和阿尼玛卿缝合带附近壳内界面变形强烈,壳内低速异常结构明显,特别是在缝合带下方20 km以下的中下地壳异常的低速结构可以解释为存在延伸至中下地壳的破碎带构造特征.在剖面南段反映西秦岭褶皱带至松甘块体相应的地震记录出现复杂、强烈的中下地壳反射和相对较弱的Moho反射震相是该地区地壳结构的明显特征.     

上海奉城—浙江湖州长周期MT剖面揭示的深部电性结构

利用GMS-06电磁观测系统对上海奉城—浙江湖州剖面进行了大地电磁数据采集,获得了超过4000 s的高质量长周期观测数据,为沪浙地区深部电性结构研究提供了有利条件.通过反演处理,综合倾子解释结果和重磁资料以及最新的地震解释结果,在电性和断裂结构上获得了新的认识,对湖州—苏州、乌镇—马金、枫泾—川沙以及太仓—奉贤这几条深大断裂带的展布以及对区域构造格架的控制作用进行了新的评价,其中枫泾—川沙断裂是上海断隆和湖州—南通台拱之间推覆构造过渡带的控制断裂,太仓—奉贤断裂带的主体位置推断在亭林附近.同时,对高阻基底以上电性层进行了解释,揭示了岩石圈底界面的结构和构造形态,推断湖州—苏州断裂西侧存在壳内高导层.     

渤海湾西北缘及其邻近地区地壳结构与构造特征

对塘沽—玉田地震测深剖面资料进行二维处理、计算和综合解释研究,获得了渤海湾西北缘及其邻近地区二维地壳速度结构和构造的基本特征、断层的空间展布特征,得知深浅部地质构造环境剖面具有层状结构特征,地壳厚度由南向北逐渐加厚,不同区域的地壳速度结构在纵向和横向上均具有明显的非均匀性.在渤海湾附近塘沽至宁河之间M界面有一斜坡带,地壳深度由塘沽的28 km向北至宁河附近逐渐加深至31 km.     

对一类相变体积分数计算公式的修正

考虑了相变过程中生成相晶核的真实形状,对1956年Cahn给出的颗粒边界成核情况下成核长大型相变的相变体积分数计算公式进行了修正;当初始实验数据是成核率、长大率时,两种相变体积分数计算公式的计算结果差别很大. 当初始实验数据是相变体积分数随时间变化的实验点时,两种相变体积分数计算公式所给出的计算结果的差别主要由拟合误差所致. 无论从哪种实验数据开始计算,两种不同的计算模型给出的生成相的颗粒大小都存在很大区别,这将影响对俯冲带流变结构的认识.     

深部土高压卸载变形结构性量化参数确定及本构模型

用取自山东巨野矿区埋深300～600m的深部粘土样,在三轴伺服仪上进行原状和重塑土的高压三轴卸载试验,对比分析其变形特点;提出一种描述深部土高压卸载变形与强度连续变化的土结构性参数的方法,并根据三轴卸载试验结果,确定了巨野矿区深部土高压卸载变形结构性参数,建立了描述巨野矿区深部土高压卸载结构性本构模型。     

针对深层流体识别的两项弹性阻抗反演与Russell流体因子直接估算方法研究

Russell流体因子是判识深层储层含流体特征的敏感指示参数.针对深层地震资料缺失大角度入射信息以及信噪比普遍较低的特点,开展了基于贝叶斯理论框架的两项弹性阻抗反演与Russell流体因子直接估算方法研究.首先,在饱和孔隙弹性介质理论的指导下,推导了包含Russell流体因子和纵波阻抗参数的两项反射系数近似公式,并且进一步得到了新的两项弹性阻抗方程.其次通过模型的近似精度分析,验证了新弹性阻抗方程满足小角度近似精度要求.最后提出了贝叶斯弹性阻抗反演和Russell流体因子的直接估算方法,通过模型试算表明直接估算方法不仅充分利用了弹性阻抗反演的高抗噪性与实用性,并且有效的避免了间接累计误差对流体因子计算精度的影响,实际应用则进一步验证了直接估算的Russell流体因子可以提高深层储层流体识别的可靠性.