胶莱盆地白垩纪科学钻探施工技术探讨

结合胶莱盆地白垩纪科学钻探工程钻遇地层的复杂情况,介绍JK1号钻孔使用的钻孔结构、钻具组合、冲洗液选型、钻进技术参数等钻探施工技术措施。针对钻进中遇到的泥岩地层水化分散、钻孔超径和钻头泥包等难点,着重探讨了超前孔裸眼钻进、低固相抑制性冲洗液和钻头选型等解决方案。

松辽盆地国际大陆科学钻探:白垩纪恐龙时代陆相地质记录

过去一百年地球的气候持续变暖,未来地球可能进入两极无冰的温室气候状态。白垩纪是深时典型的温室气候时期,认识白垩纪气候对于理解过去和预测未来气候变化均有重要意义。松辽盆地国际大陆科学钻探以研究白垩纪陆地气候与环境演变、探索大规模陆相有机质富集机理为科学目标,在国际大陆科学钻探计划ICDP框架下,成为全球第一口钻穿白垩纪陆相地层的大陆科学钻探井。项目历时16年,以超97%的取心率获得连续完整的8187 m岩心,建立了松辽盆地陆相白垩系高精度年代地层框架,重建了松辽盆地白垩纪多时间尺度陆地气候旋回与气候事件,揭示了白垩纪湖海平面波动机理,确认了松辽盆地发生过海侵事件。松辽盆地国际大陆科学钻探推动了全球地质学家合作研究白垩纪温室气候,带动了一系列高水平学术成果的产出,为松辽盆地油气勘探可持续发展提供了重要科学支撑,产生了显著的社会效益和重大的国际与国内影响。松辽盆地国际大陆科学钻探代表了探索深时的一个具有里程碑意义的阶段。可以预见,未来借助科学钻探,人类会不断增强对深时气候环境演化等方面的认识。

松辽盆地白垩纪综合年代地层格架

白垩纪是典型的温室气候时期,也是全球大规模烃源岩形成时期,但对于温室气候背景下陆地的环境状态、气候变化、生命响应及其演化规律尚不清楚;陆相有机质及大规模烃源岩堆积与气候环境变化之间的关系还不明确。中国东北的松辽盆地发育了世界上最完整的白垩纪陆相沉积记录,烃源岩在盆地内广泛分布,是研究白垩纪陆地气候-环境变化和烃源岩形成机制的绝佳地点。但由于露头剖面沉积记录“连续性”和“完整性”较差,缺乏高精度的综合年代地层格架约束,导致松辽盆地的地层划分与对比存在较多争议,一定程度上阻碍了白垩纪陆地古气候、古环境演化的研究进程。松辽盆地国际大陆科学钻探计划实施的松科1井、松科2井和松科3井共钻取了8197 m完整且连续的白垩纪陆相地层岩心记录。本文通过综合科探井岩石地层学、生物地层学、磁性地层学、同位素年代学和旋回地层学的研究成果,建立了松辽盆地白垩纪高分辨率综合年代地层格架,为探索白垩纪陆地深时气候-环境演化及服务松辽盆地油气勘探可持续发展提供了精细的年代学证据。

山东胶莱盆地白垩纪恐龙足迹与骨骼化石埋藏沉积相与古地理环境

化石埋藏学的核心内容就是要研究不同规模生物化石埋藏的沉积相,恢复沉积环境,了解化石形成和被埋藏前、后的古地理背景。大规模化石记录埋藏学的研究代表着目前国际上发展趋势,重点探索集群灭绝的古地理、古环境与保存作用。中国具有丰富的恐龙化石资源,目前已经成为全球命名恐龙属种最多的国家,相继发现了从侏罗纪到白垩纪的若干恐龙化石遗迹或骨骼埋藏点。胶莱盆地发育着完整的白垩纪陆相(莱阳群—青山群—王氏群,130～65 Ma)地层和沉积记录。早白垩世莱阳群以河流及湖泊相沉积物为主;青山群为中酸性火山岩、火山碎屑岩,间夹沉积岩。晚白垩世王氏群下部以冲积扇、泥石流和辫状河道相的沉积物和岩石组合为主;中部则为滨浅湖与河流粉砂岩-细砂岩-泥页岩-灰质土(古土壤)韵律沉积;上部和顶部为冲积扇泥石流、辫状河和洪泛平原粉砂泥质砾岩-砂岩-砾岩的韵律序列,局部夹玄武岩,反映了晚白垩世末期古地理、古沉积环境已从早白垩世相对湿润和温热的冲积、湖泊环境转变为燥热、干旱的冲积环境。胶莱盆地早白垩世的生物群面貌(脊椎动物、昆虫和植物等)与华北北部热河生物群基本相同,除保存少量的小型恐龙(鹦鹉嘴龙)或翼龙骨骼化石外,还保存了大量的兽脚类、蜥脚类和鸟脚类足迹(群)化石(莱阳群)。诸城晚白垩世王氏群中上部发育集群埋藏的恐龙骨骼化石,已发现恐龙属种10余个,包括3种角龙、3种暴龙、2种鸭嘴龙以及甲龙和虚骨龙等,其中鸭嘴龙占绝大多数(95%以上)。恐龙化石多为无关联的各类骨骼,少数半关联的小个体恐龙,分选差,混杂堆积。通过诸城恐龙化石埋藏地地层及其沉积相研究,识别出泥石流、洪泛平原和辫状河道3种恐龙化石埋藏沉积相、微相类型,其中泥石流相是最主要的埋藏-沉积相,代表了晚白垩世中期恐龙集群埋藏-沉积事件和动力机制。莱阳地区王氏群上部和顶部为紫色、砖红色砾岩-砂岩-粉砂岩-灰质土韵律沉积,属于洪泛平原和辫状河道沉积微相组合,代表着晚白垩世末期燥热、干旱的冲积环境。恐龙化石大都埋藏在大型辫状河道微相之下的洪泛平原微相中。化石呈分散或孤立状,有不同程度的磨蚀或破损,关联或半关联者少见,表明经过一定距离的搬运或改造作用。文章最后简述了胶莱盆地以及白垩纪古地理环境、古生态、恐龙动物群的演化或耦合作用。

胶莱盆地万家至蓝村一带白垩纪陆相“红层”火山岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄及其地质意义

本文对胶莱盆地万家—蓝村一带浅覆盖区白垩纪陆相"红层"中火山岩夹层流纹质熔结凝灰岩进行同位素年代学研究,揭示火山岩形成时代,划分岩石地层单位。通过LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,获得了24个测点构成的谐和线上交点年龄数值为118.32±0.73Ma(MSWD=1.00),该年龄代表了流纹质熔结凝灰岩的形成时间,指示白垩纪陆相"红层"的沉积时代为早白垩世。将这套以紫、红色为主,以细—粉砂岩、泥岩为主,夹少量砂砾岩、灰岩的河流-湖泊相沉积"红层"划归为王氏群辛格庄组。火山活动大致与区域上石前庄旋回相当。本研究为胶莱盆地王氏群辛格庄组沉积时限提供了年代依据,同时揭示了该时期火山活动的特点,为胶莱盆地白垩纪原型盆地恢复和古地理演化提供了参考。

中国白垩纪大陆科学钻探工程：松科一井科学钻探工程的实施与初步进展

获取全球环境与气候变化记录是世界科学钻探发展的必然趋势。白垩纪作为地质历史时期"温室气候"的典型范例时期,提供了温室气候条件下地球气候系统运作和变化的良好档案。但是目前国际上针对白垩纪地层的科学钻探主要限于海相地层,对陆相白垩系的科学钻探尚属空白。在我国松辽盆地北部新近完成的中国白垩纪大陆科学钻探工程——松科1井项目有望在此方面取得重要的突破。该项目经过一年多的努力,钻探工程已经全部结束,总计获取岩心长2485.89m,收获率达96.46%,是目前为止所获取的国际上第一条最长而且连续的白垩系陆相沉积记录。针对岩心的全面研究工作正在开展并已取得初步成果。相关研究工作进展突出表现在通过厘米级样品的取样与分析,将传统地质学百万年的时间分辨率提高到万年尺度,预计其研究结果可为解决当今的全球变暖问题提供重要的参照。利用松科1井科学钻探工程的原始科学资料和研究成果,对岩心已经和在建的包括岩石地层、古生物、沉积相、古地磁、有机地化、旋回地层、地微生物等十大剖面系列,进行科学钻探成果的集成。初步研究在沉积学和有机地球化学、旋回地层学、松辽古湖泊温度变化、地微生物和古大气中CO2浓度定量重建方面已取得重要进展。"松科1井"全部岩心剖切后,38%将馆藏保存,其余将用于现阶段研究,并向全世界科学家开放。后续工程"松科2井"也已经被列入国际大陆钻探计划(ICDP)候选项目。

松辽盆地白垩系大陆科学钻探“松科2井”选址

松辽盆地大陆科学钻探工程已经进行了十余年(2005—2016),松科1井于2007年完钻,松科2井于2014年开钻,预计2017年底完钻。该工程的目标是通过实施"2井4孔"钻探,打穿松辽盆地白垩系,获取万米连续高分辨率的陆相地质记录,用以研究白垩纪时期的温室气候变化,以期更好地应对全球变暖使人类面临的挑战。据此确定松科2井的选址原则:地层沉积记录连续;以沉积岩为主,尤其是以湖相细碎屑岩为主;厚度尽可能薄;构造简单;地面施工条件好。松科2井选在松辽盆地徐家围子断陷中沙河子组湖相泥岩最为发育的宋站地区。钻探主要目的层为下白垩统断陷层序的营城组、沙河子组和火石岭组。钻遇主要岩性为含火山岩和火山碎屑岩的砂岩、粉砂岩、泥岩、煤层互层序列,以河湖相反映还原环境的暗色岩系为主。期间穿过断陷层顶(T_4)、底(T_5)界面,上下白垩统界面和白垩系/侏罗系(K/J)界面等反映区域构造-成盆作用的重要地质界线,还会取得与白垩纪超静磁带(CNS)和全球大洋缺氧事件(OAE-1)等重要地质事件相对应的连续岩心记录。

胶莱盆地南缘白垩系青山群火山岩地球化学特征

在胶莱盆地南缘开展1：5万区调工作的基础上，对胶莱盆地南缘的白垩纪青山群火山岩进行了层型剖面实测及系统采样，经过化学分析及数据整理，得出胶莱盆地南缘白垩纪青山群火山岩SiO2的含量为51．08％～74．86％，全碱（Na2O＋K2O）含量的变化范围为3．2％～8．8％，Al2O3的含量集中于13．18％～17．3％之间，全铁（TFe2O3）含量的变化范围在0．86％～10．48％之间；火山岩微量元素强烈富集大离子亲石元素La和Nd，亏损高场强元素Nb、P和Ti，轻稀土元素（LREE）相对富集，重稀土元素（HREE）相对亏损。后夼组与石前庄组火山岩的地球化学特征较相似，以酸性火山岩为主，而八亩地组和方戈庄组火山岩的地球化学特征较相似，以中一中偏基性火山岩为主；后期喷发的石前庄组与方戈庄组火山岩较前期的后夼组、八亩地组火山岩碱性物质含量增加。通过综合分析得出，胶莱盆地南缘白垩纪青山群火山岩是一套中一酸性过铝质、富钾钙碱性为主的火山岩，其四个不同喷发期次的岩浆应来源于同一岩浆源——下地壳，可能与扬子板块的俯冲作用有关，岩浆形成演化过程中表现出强烈的结晶分异作用，基于青山群火山岩岩性及岩浆源分析，认为其不属于典型的双峰式火山喷发。

胶莱盆地沉积-沉降史分析与构造演化

基于地表典型露头剖面观察、地震剖面和测井资料解释、沉降史分析,并运用叠合盆地和改造盆地的研究思路,恢复了胶莱盆地白垩纪不同演化阶段的盆地原型及其构造性质。结果表明,该盆地经历了3个显著不同的沉积-沉降阶段。早白垩世莱阳群沉积时期,盆地原型表现为两个NE至NNE向延伸的断陷槽:一个沿苴县—诸城断陷发育,另一个沿牟平—即墨构造带发育,其沉积-沉降中心分别受苏鲁造山带北缘断裂带和牟平—即墨断裂带控制;该阶段沉积-沉降速率发生显著的空间分异,最大沉积-沉降速率在断陷槽,为230～370m/Ma,沿两侧斜坡地带沉积-沉降速率减小,约60m/Ma。早白垩世青山群对应一套中基性至中酸性火山岩,在沂沭裂谷盆地中堆积了一套大盛群河湖相沉积,这个时期是典型的大陆裂谷作用阶段,胶莱盆地演化为火山盆地,盆地沉降速率为35～70m/Ma。晚白垩世盆地原型表现为受东西向断裂控制的不对称箕状断陷,由诸城凹陷、高密凹陷和莱阳凹陷组成,其构造性质属于受西侧郯庐断裂和东侧牟平—即墨断裂控制的右旋拉分盆地;该阶段沉积-沉降速率总体一致,在63～73m/Ma。最后探讨了白垩纪盆地不同伸展阶段的动力学机制。

山东胶莱盆地构造变形及形成演化——以王氏群和大盛群变形分析为例

胶莱盆地是形成于中生代晚侏罗世的陆相盆地,构造变形较为复杂。在野外断裂构造变形观测的基础上,结合年代学数据和地层沉积序列,确立了胶莱盆地白垩纪的变形演化历史。总体上,胶莱盆地在形成和演化过程中沉积了3套地层,经历了多个构造变形阶段。其中,发生在白垩纪的变形阶段主要有:(1)早白垩世早期,鲁东地区受区域近E-W向引张应力场控制,胶莱盆地发生大规模的火山喷发,喷发间歇期沉积了大盛群;早白垩世晚期,受强烈的区域性NW-SE向挤压,胶莱盆地褶皱回返。(2)晚白垩世早期,在区域近S-N向引张应力作用下,诸城断陷盆地发育,王氏群沉积;晚白垩世晚期,胶莱盆地受区域性NE-SW向挤压,导致王氏群褶皱变形。

胶莱盆地深部拆离系统及其区域构造意义

地震剖面解释结果揭示了胶莱盆地深部两个低角度拆离断裂系统：一个发育于盆地南部诸城凹陷，主拆离面向南缓倾，深度为8—10km；另一个发育于盆地北部高密凹陷和莱阳凹陷深部，由一系列北倾犁式正断层组成，主拆离面向北或北北东缓倾。根据受控凹陷的地层记录分析、剖面复原分析和伸展量估算，并结合地表断裂滑动矢量反演结果，认为盆地南部拆离系统主要形成于早白垩世莱阳组沉积时期，该时期诸城凹陷南北向伸展量达36％-41％，最大伸展方向可能为北西-南东。该拆离系统继承了早期胶南（或苏鲁）造山带深部滑脱构造面，其后期拆离复活主导了胶莱盆地南部不对称伸展构造样式，控制了狭长展布的莱阳期沉积凹陷发育。北部拆离系统主要形成于晚白垩世盆地伸展阶段，伸展作用可能延续到古新世时期。控制了盆地王氏组沉积。这个时期横穿莱阳凹陷和高密凹陷南北向伸展量估计为20％-25％，最大的伸展方向近南北向。该拆离系统调节了胶莱盆地近南北向拉分伸展，其形成与盆地东、西两侧北北东向边界断裂带右旋剪切作用有关。胶莱盆地深部两个深部拆离系统的时空复合或叠合造就了盆地内部复杂的伸展构造样式。识别这两个拆离系统不仅对盆地形成机理和动力学背景提供了重要的深部构造制约，对盆地油气勘探也具有重要的指导意义。

松辽盆地大陆深部科学钻探地球科学研究进展

松辽盆地大陆深部科学钻探工程"两井四孔"之一的松科二井东孔(简称松科二井),位于黑龙江省安达市境内,于2018年5月26日正式完井。松科二井的科学目标涵盖古气候研究、资源能源探索、基础地质研究和发展深部探测技术四个方面。自2014年正式开钻以来,松科二井科学钻探工程组织实施了钻井取芯、原位测井、岩芯元素化学分析以及井周边深部结构探测等工作,目前已取得初步科研进展:获取长4134.81 m原位岩芯资料,完成了对白垩纪最完整最连续陆相地层厘米级高分辨率的精细刻画,初步建立起陆相地层标准剖面;发现了松辽盆地深部非常规天然气资源与盆地型干热岩良好的勘探开发前景;首次重建了白垩纪陆相百万年至十万年尺度气候演化历史,并发现白垩纪气候波动重大事件;揭示了古大洋板块俯冲、聚合的深部证据,为松辽盆地成因再认识及深层油气勘探提供了理论依据。松辽盆地大陆深部科学钻探工程的实施,对探索地球奥秘、解决深部能源环境等重大问题,具有重要意义,是"向地球深部进军"道路上迈出的坚实一步。

胶莱盆地莱阳凹陷构造特征及演化

莱阳凹陷是白垩纪残留盆地的一个次级构造单元,在地震剖面解释和地面地质资料分析的基础上,将该凹陷的基本构造特征总结为:白垩系各群组充填差异明显,上下白垩纪之间存在明显的角度不整合,褶皱断裂构造发育。通过计算剥蚀量、编制构造演化剖面和综合地质分析,将莱阳凹陷的构造演化历史划分为莱阳期拉分断陷、青山期扩展断陷、青山期末挤压褶皱、王氏期再次拉分断陷和新生代抬升剥蚀5个阶段。早白垩世的构造演化提供了油气的形成条件,晚白垩世和新生代的构造活动则对油气藏进行了改造。

山东省莱西地区白垩纪王氏群地层中的滑塌构造及其成因

滑塌构造不仅具有沉积学意义,同时能为区域大地构造背景研究提供沉积学证据。在莱西地区进行野外地质调查中,首次在白垩纪王氏群林家庄组底部地层中识别出滑塌构造。在对该滑塌构造进行观察、描述和分析的基础上,将整个滑塌构造自上而下划分为弱变形层、阶梯式断裂发育层、软沉积变形层、未变形层。滑塌体主要由各种类型的滑塌褶皱、滑塌面、同沉积断层、砂岩球枕体、负载构造等组成。结合区域构造背景分析认为,其成因可能是在火山活动引发的地震触发下,半固结的沉积物在斜坡地带沿膨润土化流纹质凝灰岩构造薄弱界面发生滑塌,向盆地中心方向滑动形成。

山东省胶莱盆地东北缘宋家沟金矿地质特征及其成因初探

山东省宋家沟金矿位于胶莱盆地东北缘 ,产于莱阳群林寺山组断裂破碎带中。牟—即断裂带为切割莱阳群的断裂 ,对金矿起控制作用。早白垩纪晚期的火山—岩浆活动为深部含金热液的运移提供了通道 ,并在其有利的构造部位沉淀成矿。稀土元素特征和氧、硫同位素特征亦说明宋家沟金矿的物质来源以深源为主 (幔源及下地壳中的金 ) ,是早白垩世晚期的火山—岩浆活动作用的结果。

全球第一口陆相白垩纪科学钻井在我国大庆市开钻

全球第一口陆相白垩纪科学钻井——松科1井，不久前在我国大庆市开钻。据介绍。白垩纪是地球上典型的温室气候时代，虽然国际科学界已在深海和陆地实施了几十口针对白垩纪的海相科学钻探计划，但是针对陆地沉积的科学钻探仍是空白。松辽盆地是世界上最大的白垩纪含油气湖盆之一。松科1井将采用世界上最先进的钻井、测井技术，建立包括岩石地层、古生物、沉积相、古地磁、有机地化、旋回地层和地微生物在内的十大剖面系列；

松辽盆地国际大陆科学钻探工程松科三井开钻

2020年9月24日,以王成善院士为首席科学家的松辽盆地国际大陆科学钻探工程的最后阶段——松科三井在距吉林省长春市70公里处的农安县开钻。这是松辽盆地国际大陆科学钻探工程的最后一井,其开工预示着松辽盆地国际大陆科学钻探工程将完成陆相白垩系地质记录连续取心的“最后一块拼图”,在全球首次获得整个白垩纪连续完整的陆相地质记录,在中国首次获得一个巨型含油气盆地连续完整的地层记录,对全面认识白垩纪温室气候时期陆地气候环境变化、陆地环境下大量有机质的埋藏过程和大规模陆相烃源岩的形成机制均具有非常重要的意义。

牟平—即墨断裂带白垩纪构造应力场及转化机制

系统地分析了胶莱盆地内部牟平-即墨断裂带的基本组成特征及空间展布,利用古构造应力场测量、反演的分析方法,重塑了该断裂带白垩纪的古构造应力及其演化。结果表明,该断裂带白垩纪运动历史划分为5个阶段:(1)早白垩世中期莱阳期NW-SE向伸展,为造山后的弱引张;(2)早白垩世中晚期青山期近EW向伸展,属于陆内断陷构造;(3)早白垩世末期NW—SE向挤压,这期挤压应力作用发生在早、晚白垩世之间,古太平洋板块向东亚大陆斜向俯冲汇聚产生的走滑作用占据主导地位,是区域构造作用的结果;(4)晚白垩世王氏期近N—S向伸展,可能一直持续到古新世,是古太平洋板块运动方向发生了变化及中国西部特提斯构造体系远程效应的联合结果;(5)古新世晚期的NE—SW向挤压。

莱阳盆地Albian阶林家庄——辛格庄组古环境演变沉积地球化学记录

胶莱盆地是一白垩系发育较为完整的陆相含火山地层沉积盆地。白垩系中发现有大量恐龙骨骼、恐龙蛋,以及其它动植物化石,是研究陆相白垩纪古环境演变的重要地区。本文通过对胶莱盆地莱阳洼陷Albian阶林家庄组—辛格庄组地层沉积特征、碳酸盐碳氧同位素组成(δ^(13)C,δ^(18)O)、色度(L^(*),a^(*),b^(*))、碳酸盐含量、TOC含量,以及风化指数(CIA)、古气候指数(C)等古环境指标的综合分析,反映出Albian阶古气候从早期偏冷干逐渐过渡到半干旱-半湿润状态。古气候总体上温暖湿润,但也存在多次气候波动特征。偏重的碳同位素组成与OAEs事件有较好的对应关系,表明胶莱盆地在白垩纪时期陆相地层与海相地层之间存在一定的对比关系。碳酸盐碳、氧同位素组成特征表明,高浓度大气CO_(2)可能是这两者之间联系的纽带。林家庄组—辛格庄组地层碳同位素组成显示,陆相地层中OAE1c至少由3次次级旋回组成,代表了气候的不稳定性和复杂性。