深部探测揭示壳幔结构及其资源能源效应--“中国大陆典型地区深部地质调查”专辑特邀主编寄语

地球深部结构变化、物质以及能量交换等地球动力学过程,是地球系统最主要的动力来源,诱发地表地貌变化、剥蚀、沉积作用和环境变迁,以及地震、滑坡等自然灾害,控制化石能源和地热等自然资源的分布,是理解成山、成盆、成岩、成矿、成藏和致灾等过程成因机制的核心。为探索中国大陆深部结构和资源能源效应,在党中央“向地球深部进军”的号召下,中国地质调查局于2016年开始设立了深部地质调查工程。工程以抢占大陆基础地质研究国际制高点,引领深部地质研究前沿为宗旨,选择我国资源、能源重要基地,重大地质边界和关键构造单元,开展了地球物理为主的深部探测和综合研究。获取了华南陆块等重要地质单元岩石圈精细结构,研究了班公湖—怒江缝合带重大地质边界性质及空间展布,在松辽盆地、西北盆山结合带等地发现和提取了一批与深部成矿、成藏和清洁能源有关信息。为进一步推动地质调查向深部进军,促进从二维地表地质调查到三维空间地质调查的转变,《地球学报》组织了“中国大陆典型地区深部地质调查”专辑。本专辑集中报道了深部地质调查近三年取得的部分阶段性进展和成果,主要聚焦深部地质调查在揭示地球深部结构,及其对浅部构造和资源能源的控制,服务地球深部探测和新一轮找矿突破战略。

“穿透性”探测技术在覆盖区地质矿产调查中的应用研究

覆盖区矿产勘探和研究程度较低,找矿难度大,但矿产资源潜力巨大。在覆盖区一系列大型-超大型隐伏矿的发现中,“穿透性”探测技术起到了重要作用。本文在梳理国内外覆盖区基础地质矿产调查和“穿透性”探测技术应用现状的基础上,关注成矿带覆盖区地质矿产调查中常用的地球物理(重磁电)探测技术,深入分析了地球物理异常多解性的物性变化和地质因素问题。通过总结地质体解译中的常见问题及应对措施,对开展覆盖区地质矿产调查进行了深入思考,认为充分利用地物化综合信息,探索和发展多尺度、多参数、多方法相互约束的综合探测解译技术是覆盖区“穿透性”探测技术的发展趋势。

我国页岩储层二氧化碳地质封存潜力研究

全球碳排放量增加,气候变暖严重,碳封存逐渐引起重视。CO_(2)地质封存是一种非常有效的减碳方式,其中页岩是一种具有广阔前景的碳封存地质体。中国拥有多个大型的页岩油气盆地和普遍发育的页岩储层,具有巨大的CO_(2)地质封存潜力,同时可以提高油气采收率。基于前人关于页岩CO_(2)地质封存的研究,梳理和确定了页岩储层中CO_(2)以吸附封存为主,进一步总结了页岩储层碳封存受温度和压力、有机质含量、孔隙结构等因素的影响。同时,基于我国主要页岩油气区储层条件,进行了初步的碳封存潜力评价,结果表明页岩中的CO_(2)封存总量约为463 Gt,相当于中国40多年的碳排放量,页岩储层CO_(2)地质封存潜力巨大,值得关注。

《锂同位素分析方法创建与地质应用示范》荣获2020年度国土资源科学技术二等奖

由中国地质调查局中国地质科学院矿产资源研究所田世洪研究员主持的《锂同位素分析方法创建与地质应用示范》荣获2020年度国土资源科学技术二等奖。该成果历经十余年,在我国较早分别建立了全岩溶液和石英包裹体以及矿物原位锂同位素分析方法,成功研发了11个矿物锂同位素标样。并针对关键科学问题,开展锂同位素地质应用示范研究,揭示了岩石圈地幔锂同位素的高度不均一性,提出地幔交代作用的锂同位素判别指标并识别出部分熔融和岩浆分异过程中的锂同位素分馏。率先将锂同位素应用于碳酸岩型稀土矿床形成机制、铅锌铜多金属矿床成矿流体来源以及铬铁矿床成因研究。

1∶5万重磁勘查在安徽宣城覆盖区地质找矿中的应用探索

安徽省宣城地区是长江中下游成矿带的重要组成部分,地表以第四系覆盖下(红层覆盖、推覆构造下)为主要特点。本文以最新获取的1∶5万高精度重磁资料为基础,通过对研究区进行平面解译,获得了区内地质构造、控矿层位、侵入岩体的分布等平面属性;以研究区重磁二度半定量反演计算成果为基础,探索建立了全区准三维立体结构,掌握了区内主要控矿断裂、岩浆岩、矿源层等要素的几何空间展布规律及成矿有利部位等重要找矿空间属性;以研究区内已知典型矿床为切入点,总结了其地球物理场特征、成矿条件、控矿要素等成矿因素,探索构建了目标区地质-地球物理找矿模型,划分了成矿远景区,并圈定了重点找矿靶区。朱桥成矿远景区魏墩靶区钻探验证见矿实例表明,通过1∶5万高精度重磁资料的处理与研究,进行位场平面-三维勘查、地质-地球物理找矿模型构建的方式发挥了地球物理找矿的优势,提高了找矿效果。本文研究成果可为中国东部覆盖区找矿勘查工作提供参考和指示。

浅覆盖区1:5万基岩地质填图实践探索——以准噶尔北缘克什克涅绍喀尔(L45E009020)图幅为例

如何有效“剥离”覆盖层,获取浅覆盖区下伏基岩地质矿产信息,是今后成矿带覆盖区地质调查工作的重要内容之一。文章总结了在准噶尔北缘克什克涅绍喀尔(L45E009020)图幅开展1:5万浅覆盖区基岩地质填图的实践探索中,采用以地球物理方法(重、磁、电、电磁)为先导,融合地质、地球化学、浅钻为一体的综合地质矿产信息探测方法技术,通过综合预测和浅钻验证,进而获取了图幅基岩地质图。实践中,成功预测并发现了覆盖层之下的隐伏蛇绿混杂岩带,可为进一步矿产调查提供重要依据。

新疆东准噶尔成矿带浅覆盖区地质填图效果——以杜热一带浅覆盖区基岩地质填图为例

如何“剥离”盖层,以获取盖层下伏基岩地质(地层、岩浆岩、构造)及矿化信息是开展成矿带浅覆盖区地质填图的重要研究内容。结合区域地质及地球物理场特征,梳理了填图区与基岩地质填图有关问题,在填图区岩石物性分析的基础上,通过对15万重力、磁力和激电(IP)测量数据处理分析,采用多参数互约束解释技术和钻探验证约束技术“剥离”盖层,进而获得杜热一带覆盖区下伏基岩地质图,并提出以“穿透性”地球物理探测技术(重磁电)为先导,融合地质、地球化学、浅钻为一体的综合调查技术。在填图区新识别隐伏岩体43处(包括中酸性岩体18处,中基性岩体21处,基性—超基性岩体4处),划分主要断裂构造22条,进而划分出阿尔曼太-扎河坝蛇绿混杂岩带、北部萨吾尔—二台古生代复合岛弧带和南部谢米斯台-库兰喀孜干古生代复合岛弧带3个三级地质构造分区;划分出奥依达格-吉勒库木铜金钴、铬铁矿找矿远景区1处,圈定找矿靶区4处,其中位于阿尔曼太-扎河坝蛇绿混杂岩带西延带的浅覆盖区玉塔斯铜金钴找矿靶区具有很好的找矿潜力。通过地球物理解译和钻探验证,成功预测并新发现准格尔北缘盆山结合带扎河坝-阿尔曼太蛇绿混杂岩带向西部浅覆盖区延伸。杜热一带浅覆盖区基岩地质填图效果表明,开展成矿带浅覆盖区基岩地质填图可为区域构造环境、成矿地质背景研究和找矿靶区预测提供重要基础地质和矿化蚀变信息。

华南地壳及壳幔过渡带泊松比及其地质意义

地震波泊松比蕴涵着丰富的地质信息,根据泊松比可以识别地壳岩石的基性程度,进而分析地球动力学与成矿背景。本文搜集整理了国家地震科学数据共享中心等数据平台自20世纪80年代至2017年底的天然地震震相资料,经过数据筛选,得到华南研究区内M≥2.0级地震事件11410个。通过最小二乘法拟合数据的走时-震中距关系直线方程,得到Pg波平均波速6.11 km/s, Sg波平均波速3.60 km/s,首波Pn波平均波速8.06 km/s, Sn波平均波速4.59 km/s。在此基础上,求得华南地壳平均波速比Vp/Vs为1.697,由公式计算得到华南地壳的平均泊松比为0.234,壳幔界面附近的平均波速比Vp/Vs为1.756,计算得到壳幔界面附近的平均泊松比为0.260。走时反演给出的泊松比结果显示扬子地块、华夏地块以及东南沿海地壳的物性差异。华夏地块与扬子地块之间存在大面积的低泊松比异常区,与江南造山带存在良好的对应关系;而东南沿海、钦杭成矿带泊松比明显较高,解释为幔源物质注入地壳的结果。

华南陆块均衡重力状态及其地质意义

重力均衡是一普遍的地球物理现象,可为区域深部构造、岩石圈形变、地壳结构以及应力场状态研究提供参考信息,是研究地壳内部结构和划分大地构造单元的重要方法之一。华南陆块是欧亚板块重要组成部分,也是我国矿产资源“大粮仓”,虽然对华南陆块的研究已持续近百年,但在构造、成矿等诸多地质问题上仍存在较大争议。为了解华南陆块均衡程度及其对构造、成矿的影响,本文尝试从均衡重力异常和均衡深度异常两个方面来探索。首先利用卫星布格重力计算得到了均衡剩余重力异常,然后利用高程和壳幔密度差计算了均衡深度异常。结果表明华南陆块大部分区域地壳处于均衡状态,相对正均衡异常主要位于东部沿海地区和武陵山一带,相对负均衡异常反映了秦岭—大别造山带、江南造山带及华南陆块西缘造山活动。地震多沿正、负均衡深度异常的转换带或梯度带发生,认为这些地带通常为深部构造转换部位,应当成为地震活动研究关注的重点区域。均衡剩余重力异常也间接约束了不同类型金属矿床分布,正均衡剩余重力异常区多分布地幔来源金属矿床,而负均衡异常区则多产出壳源相关金属矿床。

新疆阿舍勒矿集区三维地质—地球物理建模研究

阿舍勒矿集区位于我国新疆哈巴河县北部约20 km处,研究区内已发现多个多金属矿床,如阿舍勒铜锌矿、萨尔朔克金多金属矿、喀英德铜矿等,是我国重要的VMS型矿集区。近年来,随着研究工作的不断深入,认为在阿舍勒盆地深部或周边区域,仍有较大的成矿潜力(张志欣等,2014;杨富全等,2015),而深部和周边区域新的矿床的发现.

综合物探剖面揭示松辽盆地基底地质与地球物理特征——以过松科二井剖面为例

松辽盆地是中国东北部中—新生代陆相沉积盆地,本文在深入分析东北地区古生代地层特征、沉积环境及构造演化基础之上,以过松科二井地区综合地球物理资料解译为基础,开展基底的属性和地球物理特征研究。松科二井南北剖面发现:布格重力异常具有中间高两边低的特点;磁异常呈现出与重力异常负相关的趋势;电性表现为浅部分层、高—低阻交叉重叠和深部分区的特征。东西剖面发现:布格重力异常具有西高东低的趋势;磁异常形态呈“碗状”;电性结构与南北剖面相比深部出现了高阻异常。结合地球物理特征与岩相古地理分析,得到以下结论:(1)上古生界晚石炭世至晚二叠世期间,具有浅海相、陆相、河湖相多种沉积环境,相应岩性组合具有不同的物性特征;(2)重磁电地球物理特征揭示了研究区基底主要由泥砂岩、大理岩和侵入岩组成,基底顶面埋深位于7 km左右,上古生界和侵入岩共同组成了研究区基底;(3)识别出了滨州断裂带、孙吴—双辽断裂带、海伦—任民断裂带以及深层次断裂体系的位置和走向,断裂构造主要以SN和EW向为主,它们作为构成古生代构造骨架的重要组成部分,控制着深部油气运移和贮藏。

新疆准噶尔北缘覆盖区深部地质结构及其地质意义——来自综合地球物理探测的证据

本文利用准噶尔北缘覆盖区的高精度地面重磁数据开展三维约束反演,揭示出准噶尔盆地北缘浅覆盖区内三维密度结构具有横向非均匀性,纵向有向深部延伸的趋势;深部广泛分布石炭纪、泥盆纪火山岩地层等高磁性体,零散分布热液蚀变导致的热退磁的火山岩;北西向分布的低密度低磁性物质,对应无磁性的断裂破碎带.结合多尺度边缘检测方法推断得到研究区隐伏断裂体系以及火山岩地层的空间展布.对贯穿研究区的综合地球物理探测剖面进行人机交互联合反演,结果显示控制扎河坝蛇绿岩带分布的南北界深大断裂在深部构成开口向下的对称扇形构造样式,说明此蛇绿岩带所代表的古洋盆具有双向俯冲的特征;结合区域地质资料,以及岩石地球化学研究成果,认为剖面穿过的3个酸性岩体均为形成于晚石炭世后造山拉张构造环境的A型花岗岩,可能是准噶尔东北缘造山作用结束的标志.最后结合大量地质、地球化学和地球物理资料,对准噶尔东北缘区域构造演化进行了讨论,认为扎河坝—阿尔曼太古洋盆于中奥陶世开始汇聚,古洋盆向南北两侧双向俯冲,在晚志留纪-早泥盆纪洋盆闭合.

新疆东准噶尔扎河坝一带碱性花岗岩锆石U-Pb年代学、Lu-Hf同位素特征及地质意义

中亚造山带(CAOB)位于西伯利亚板块北部和华北—塔里木地块之间,是世界上最大的显生宙增生造山带。东准噶尔位于中亚造山带中西部边缘,北接阿尔泰造山带,南接天山造山带。该区域由几个北西—南东向古生代变质沉积单元和蛇绿岩带组成。

滇东南长安金矿晚始新世正长斑岩岩石地球化学、成岩时代及其地质意义

滇东南长安金矿位于哀牢山造山带的南段,矿区内主要出露的岩浆岩为正长斑岩,常与金矿体伴生,其形成时代及岩浆演化对长安金矿研究具有重要指示意义。本文选取正长斑岩样品进行岩石学、地球化学、锆石U-Pb和Hf同位素研究。研究表明,正长斑岩SiO_(2)含量为68.00%~70.43%,全碱含量(K_(2)O+Na_(2)O)8.15%~8.76%,属于亚碱性系列强过铝质岩石,具S型花岗岩特征,ΣREE为71.52×10^(–6)~76.43×10^(–6),含量较低,轻重稀土分异程度较大,稀土配分曲线具右倾特征,具δEu弱负异常(0.81~0.86)和δCe弱正异常(1.15~1.33),微量元素蛛网图具右倾特征,Rb、Ba、Th、K等大离子亲石元素相对富集、高场强元素相对亏损,具Nb、Ta负异常特征。岩体锆石发育震荡环带,Th/U比值较高,锆石(206)^Pb/(238)^U分析点呈点群分布,加权平均值为(34.7±0.3)Ma,表明岩体形成于始新世晚期。锆石εHf(t)为–2.65~2.02,Hf单阶段模式年龄(TDM)为629.95~821.54 Ma,二阶段模式年龄(TDMC)为1378.52~1801.25 Ma,表明岩体主要由古老地壳成分部分重融形成,混杂有少量幔源物质。岩石具埃达克岩特征,形成于后碰撞构造背景。

中国北方中生代逆冲推覆构造研究进展

推覆构造是陆内构造变形中地壳缩短的重要方式之一,是记录盆山结合带-造山带形成演化过程的重要载体。中国北方位于中亚造山带南部及周缘地区,分布了多个逆冲推覆构造带。本文通过对这些推覆构造相关的几何学、运动学和年代学等资料的综合收集分析,梳理了中国北方众多中生代逆冲推覆构造的时空展布特征、形成时代及形成机制等。在空间展布上,这些推覆构造沿中国北方近东西向展布,推覆距离几十~几百公里不等,属于浅层次脆性变形。在形成时代上,这些推覆构造的时代可以和燕山运动主挤压变形期相对应,分为早(170~160 Ma)和晚(150~135 Ma)两期。在动力学机制上,本文将推覆体可分为东西两段,西段主体的逆冲方向为北东—南西向,可能受控于鄂霍次克洋闭合和班公湖—怒江缝合带闭合的综合影响;东段主体逆冲方向为北西—南东向,可能主要受控于鄂霍茨克洋的闭合与古太平洋板块俯冲的远程应力影响。

湖南省新化县寒婆坳石墨矿床地质地球化学特征及控矿因素

湖南省是我国隐晶质石墨最主要的矿产区,其隐晶质石墨的储量位居全国第一,主要是由煤系地层受接触热变质作用形成。本文以湖南省涟邵煤田北段寒婆坳石墨矿床为例,分析研究区内石墨矿床的地质地球化学特征与控矿因素。结果表明,矿石固定碳含量较高(>80%),矿石构造以块状为主,距花岗岩由近到远,石墨粒度逐渐变小。由上向下,接触热变质及石墨化的程度逐渐变大。寒婆坳石墨矿床碳质砂岩Al_(2)O_(3)、TFeO、Na_(2)O、K_(2)O、TiO_(2)含量相对较高,而围岩大理岩MgO、CaO含量相对较高;二者均表现出轻稀土富集、重稀土亏损的特点。碳质砂岩稀土元素总量较高,平均值为212×10^(–6),大理岩稀土元素总量较低,平均值为11.18×10^(–6);碳质砂岩具有明显的Eu、Pb、Sr负异常,U、Th、Ba正异常,Ce异常不明显。大理岩Cs、Pb为负异常,U为正异常,Sr异常不明显。寒婆坳矿区碳质砂岩主要形成于缺氧还原的环境,原岩沉积环境属于陆源海相沉积,物质来源于大陆碎屑物,位于滨浅海潮汐带沉积。测水组煤系地层、天龙山花岗岩体及寒婆坳推覆断层是本区石墨矿床的关键控矿因素。

深井复合钻柱技术在特深科学钻探中的应用探讨

深井复合钻柱技术是解决特深科学钻探超长钻杆柱可靠性问题的重要途径,其与设备能力、材料性能、钻进条件及管柱力学等息息相关。本文系统总结了复合钻柱技术在我国深部钻探中的发展和应用情况,在复合钻柱强度理论的基础上,探讨了不同复合钻柱的组合方案及其极限下深。研究结果表明,若以?216 mm直径终孔,仅依靠钢质钻柱已无法满足特深钻探13000 m的下深要求,而采用V150钢级?127 mm钻杆配合?127 mm钛合金钻杆及S135钢级?127 mm钻杆配合?129 mm铝合金钻杆可分别满足最大13484 m和18783 m的下深要求,钻柱总重分别仅有360.5 t和324.3 t,均具备可靠的安全性保障。本文对特深科学钻探用复合钻柱的设计和选择具有参考意义。

成藏模式研究促进天然气水合物调查新发现

1地质背景位于伊朗和巴基斯坦南部的马克兰增生楔是阿拉伯板块低角度俯冲到欧亚板块之下形成的,南北宽约500km,东西长约800km,主要由古近-新近系的褶皱和逆冲断层组成。马克兰增生楔西侧为右旋走滑的米纳卜断裂系,东侧为左旋走滑的奥耐驰-奈尔断裂系(图1)。目前,阿拉伯板块以<2°和30~50mm/a的俯冲速度由南往北俯冲到欧亚板块下,西侧的汇聚速率为3.65cm/a,东侧为4.2cm/a,增生楔之上沉积物厚度可达7000m。

深反射地震成像揭示的班公湖-怒江缝合带中段Moho断阶及其大地构造意义

揭示班公湖-怒江(班怒)缝合带Moho(莫霍面)结构对于认识中特提斯洋壳俯冲和南羌塘坳陷成因具有重要地球动力学意义。基于横跨班怒缝合带的深反射地震数据(88°30′E),本文采用了中长波长静校正、噪声压制、优化叠加和叠前深度偏移(PSDM)等地震处理技术,获得了深度域地震反射偏移剖面、层速度场和高分辨率Moho结构。由深度域剖面显示,班怒缝合带Moho位于地表以下65~80 km,呈不连续北向抬升趋势,指示在拉萨地块与南羌塘地块之间存在岩石圈上地幔断阶,最大阶步可达15 km。综合分析缝合带两侧的Moho形态认为,这些断阶受南侧拉萨地体的岩石圈上地幔以19.5°北倾俯冲与北侧南羌塘地块的上地壳抬升驱动,可能与深部存在局部熔融相关。班怒缝合带下的Moho结构表明,随着晚侏罗世—早白垩世中特提斯洋闭合,南羌塘地体由边缘海沉积向前陆盆地转换,形成南羌塘坳陷。

湖南省典型石英砂岩矿矿物组成特征及成因--以湘潭县谭家坳矿床为例

湖南省具有丰富的石英砂岩矿产资源,主要赋存于泥盆系及石炭系浅海相或海陆交互相沉积地层中,矿体厚度大,矿石质量好。为了在高端材料应用领域为湖南省典型石英砂岩矿的利用提供科学依据,在前人研究基础上,以湘潭县谭家坳矿床为例,运用X射线荧光光谱分析(XRF)、扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)等现代岩矿测试分析技术,结合微区原位分析等方法,对矿石中的杂质赋存状态进行了细致研究,并探讨了矿床成因。研究结果显示,谭家坳石英砂岩的SiO_(2)含量平均高达95.29%,Al_(2)O_(3)含量平均为1.27%,Fe_(2)O_(3)等其他元素的平均含量为1.12%。在胶结物中,Al、Fe杂质元素主要以白云母、粘土及赤铁矿等矿物形式存在。此外,矿石中偶见钛铁矿、锆石、独居石、金红石等矿物。谭家坳石英砂岩多为细粒石英砂岩,纯度较高,磨圆度多为次圆—次棱角状,胶结方式为孔隙—压嵌型,矿物成熟度和结构成熟度也极高,这些特征反映了滨海环境中前滨亚相的沉积特点。区域内广泛出露的元古宙地层及加里东期岩浆岩可能是本区石英砂岩的物质来源,经多个地质旋回的搬运、分选和沉积,最终形成了中泥盆统跳马涧组的石英砂岩,并在分选条件较好的部位形成石英砂岩矿床。