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。

钦杭何在？来自综合地球物理探测的认识

扬子古板块与华夏古板块的结合带(简称钦杭结合带)是中国东南部一条最重要的构造岩浆成矿带,其西段的位置和边界的划分方法,尚存在较大的争议。本文以大尺度卫星重磁资料为主,结合区域电性和地震资料的综合处理和分析,对钦杭结合带的边界进行了识别和厘定。研究认为,钦杭结合带是江南造山带的南部边界,结合带南界为宁波-金华-上饶南-赣州北-郴州-北海东,北界为上海-湖州-鹰潭-临川-萍乡-衡阳-永州-桂林-梧州-钦州。在结合带两侧,无论是重力场还是磁力场都具有明显不同的特征,反映了扬子和华夏板块不同的物质组成和基底特征。钦杭结合带内地球物理场也存在局部差异,揭示了结合带经过多期次岩浆活动,在不同地段形成了不同组合的金属矿床和别具特色的钦杭成矿带。

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。

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。

湘东光明萤石矿黑云母花岗岩地球化学特征及其对萤石成矿的启示

光明萤石矿产出于湘东锡田岩体北部,为探究矿区内黑云母花岗岩与萤石成矿的关联,对岩体和萤石矿体进行了系统的地球化学研究,并利用LA-(MC)-ICP-MS对黑云母花岗岩中锆石开展了U-Pb年代学、微量元素及Hf同位素地球化学研究。结果显示,黑云母花岗岩具有高硅(SiO_(2)=72.62%~77.34%)、高碱(Na_(2)O+K_(2)O=6.03%~8.66%)、富铝(Al_(2)O_(3)=12.02%~13.83%)特征,A/CNK值介于1.07~1.14之间,为过铝质花岗岩。3个样品低U锆石的206 Pb/238 U年龄加权平均值在215~218 Ma之间,指示花岗岩侵位于印支期。矿区黑云母花岗岩印支期—燕山期锆石年龄为237~133 Ma,在230~210 Ma、190~170 Ma、150~130 Ma存在3个较集中的年龄峰期,暗示岩浆侵位后受到热事件影响,推测矿区岩浆活动具有多阶段性。黑云母花岗岩岩体有较强的负Eu异常,且富集大离子亲石元素Rb、Th、U,亏损Ba、Nb等元素;萤石具有中等程度的负Eu异常,Rb、Ba、Nb、Hf相对亏损,U、La、Nd、Zr、Y相对富集。按照燕山期成矿岩浆活动时间(133 Ma)估算,岩体ε_(Nd)(t)=-11.2~-10.6,二阶段模式年龄为1793~1837 Ma;萤石ε_(Nd)(t)=-11.3~-10.0,二阶段模式年龄为1741~1848 Ma,二者具有较一致的Nd同位素组成。岩体锆石Hf同位素测定值具有较大的变化范围,176 Hf/177 Hf=0.282234~0.282420,εHf(t)=-16.7~-8.5,T DM 2=1756~2214 Ma,显示古—中元古代地壳模式年龄。综合研究发现,光明萤石矿多阶段岩浆活动起源于成熟地壳白云母的脱水熔融,经历了印支期—燕山期多期次的岩浆补给和较强的结晶分异。萤石矿石与矿区内燕山期花岗岩具有相似的稀土与微量元素特征,与黑云母花岗岩不同,暗示光明矿床萤石成矿与区内燕山期岩浆活动有关,成矿流体主要为岩浆热液,并有少量大气降水加入。

成矿系统的多尺度探测：概念与进展——以长江中下游成矿带为例

在全球矿产勘查逐渐转向"绿地"、深部和覆盖区的大背景下,急需成矿理论的指导。20世纪末提出的成矿系统概念由于其强大的区域成矿预测功能,引起了矿业界广泛的关注和研究。本文首先回顾了成矿系统的概念、组成和分类,然后讨论了成矿系统主要组成部分的探测和识别方法,最后结合笔者近年在长江中下游成矿带开展的多尺度探测,讨论了陆内典型成矿系统的深部过程、地壳结构和地球物理响应,并对成矿系统概念在成矿预测领域的应用前景进行了展望。本文主要结论:(1)成矿系统是由控制矿床形成和保存所有要素构成的自然系统,基本组成单元包括"源区"、"通道"和"场所",每个组成单元都包括复杂的物理、化学和动力学过程;(2)矿床是成矿系统多尺度深部过程耦合在某一"点上"的"结果"。成矿系统在演化过程中,各种物理、化学作用对地壳和岩石圈地幔进行了强烈"改造",留下各种物理、化学和矿物学"痕迹",这些"痕迹"改变了岩石的地球物理性质,具有很好的可探测性;(3)基于长江中下游多尺度探测结果,提出了陆内典型成矿系统"源区"形成过程、控制岩浆/流体迁移的"通道"和物质沉淀场所的新认识;(4)在地学大数据、机器学习、人工智能不断发展的今天,成矿系统和基于成矿系统的多尺度成矿预测将是未来的重要研究方向。

榆木山构造带深部结构及隆升成因

新生代以来,欧亚与印度两大板块间的碰撞拼合及后续的汇聚挤压塑造了现今青藏高原的高海拔地形地貌和巨厚地壳。位于青藏高原最北缘的榆木山构造带,其内部构造变形的几何学和运动学特征记录了地球最新演化历史过程中,构造、剥蚀和气候变化之间的复杂关系。长期以来,其构造成因和属性一直存在争议。本文通过对最近完成的深地震反射剖面的初步处理,其反射剖面初步揭示了榆木山构造带的深部地壳结构:榆木山构造带之下莫霍面深度为45~48 km,整体由北向南加深;同时,深部反射和地表层析速度成像结果显示榆木山下方存在明显的反射透明区、高速异常体,结合地表地质调查,推测其可能为花岗岩体,同早古生代祁连洋的闭合有关;在榆木山构造带之下存在明显的壳内滑脱面,推测其隆升受控于两条背向逆冲断裂带的控制。本文同时结合其他地质地球物理资料,初步提出了青藏高原北缘的演化模型,为青藏高原北缘的向北扩展、盆山耦合及块体间关系提供了新的思路。

祁连造山带断裂构造体系、深部结构与构造演化

祁连造山带处在特提斯构造域的北缘,经历了早古生代原特提斯洋发育以来的构造演化,是青藏高原东北缘高原隆升与扩展的关键构造带。本文依据区域地质调查与构造地质填图,结合前人地球物理场资料,阐述了中国西北和祁连造山带断裂构造体系特征。通过超宽频大地电磁测深(MT)剖面数据采集处理,以及浅、中—深层电性剖面反演与构造解释,分析了祁连造山带全地壳深部结构特征与盆山耦合关系,揭示了原特提斯洋构造域北祁连洋板块向南和向北进行双向俯冲的化石俯冲带深部结构特征;俯冲消减的北祁连洋板块的宽度约在600 km以上。其中,北祁连洋向南在柴达木—祁连地块之下的俯冲作用角度较缓,俯冲带向南延伸的距离较远,其俯冲断离的板片可以达到现今柴达木盆地的北缘;北祁连洋向北的俯冲作用产状较陡,其俯冲断离的板片具有向南陡倾的产状倒转特征,可能与中生代以来、特别是印度—亚洲大陆碰撞的远程效应引起的挤压构造变形有关。大地电磁测深剖面的浅层反演与构造解释,验证了祁连山北缘断裂以北发育的榆木山逆冲推覆构造,榆木山构成飞来峰构造,将早白垩世酒泉盆地的一个分支掩盖在外来的逆冲推覆体之下;飞来峰之下具有油气勘查前景。根据早白垩世晚期普遍发育的伸展作用,限定榆木山逆冲推覆构造发育的时间在早白垩世早期,从而提供了青藏高原北缘早白垩世早期高原隆升与扩展的证据。综合前人资料和本研究成果,建立了祁连造山带自新元古代以来的构造演化概念模型。

陕西勉县庙坪石墨矿床地球化学特征及成矿机制研究

新发现的勉县庙坪石墨矿床位于南秦岭勉略缝合带,工业类型为晶质鳞片状石墨矿石。本文对该矿床进行地球化学特征研究,并探讨其成因机制。研究结果表明,含矿岩石黑云母变粒岩Al2O3含量为7.32%~15.01%、TFeO为2.28%~8.68%、Na_(2)O为0.17%~3.38%、K_(2)O为1.15%~3.42%、TiO_(2)为0.50%~0.80%,稀土元素总量为106.38×10^(-6)~236.37×10^(-6);黑云母变粒岩具有明显的Eu、Sr负异常,U、Cs、Pb的正异常,Ce异常不明显。通过对本区变质原岩恢复、沉积环境及原岩物质来源分析可知,矿区变质岩原岩应为沉积岩,具有泥质砂岩、粉砂岩的特征,变质岩系原岩主要形成于缺氧还原的海洋沉积环境。碳同位素分析显示,矿石中石墨的δ13C为-23.6‰~-21.7‰,大理岩的δ13C为-7.1‰~3.3‰,石墨中的碳质来源主要为生物有机质,而大理岩的碳质来源为无机碳。本区经区域变质作用,使含碳质岩石富化成矿,矿床成因应属沉积变质型矿床。

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。

河西走廊平山湖盆地早白垩世构造变形期次及其碎屑锆石U-Pb年龄约束

河西走廊北部的平山湖盆地,被围限于龙首山、北大山和合黎山之间,是一个在早白垩世受南北两侧逆冲断层共同控制形成并发展的盆地。笔者通过研究盆地内下白垩统沉积特征、构造变形、生长地层以及碎屑锆石U-Pb年代学特征,划分了平山湖盆地在早白垩世的构造演化期次,并恢复其形成演化过程。盆地内发育一套由下向上总体变细的下白垩统庙沟群沉积序列,盆地内构造变形以NE-SW向挤压和近E-W向伸展为主,庙沟群上岩组的碎屑锆石最小年龄为(129.3±1.8)Ma,可能代表了地层沉积和同期地堑发育的最早时间。由此得出,在早白垩世早期发育挤压构造盆地,同构造生长地层为挤压盆地的形成与构造演化提供了时代约束;在早白垩世晚期发育伸展断陷盆地,由挤压到伸展的转换时间晚于129.3 Ma。

江西冷水坑矿床含矿花岗斑岩的Sr-Nd及锆石Hf-O同位素研究

江西冷水坑铅锌矿床是武夷成矿带北段的典型矿床,矿区内含矿花岗斑岩锆石U-Pb年龄为(162.0±2.0)Ma,岩浆分异程度较高,具有高SiO2(69.46%~75.52%)、高K2O(K2O/Na2O>3.22)、强过铝质(ASI=1.20~1.96)的特征。岩体发育较明显的Eu负异常,富集强不相容元素Rb、Th、U,而亏损高场强元素Ba、Sr、Nb、Ta、P、Ti。全岩同位素测试结果显示,冷水坑含矿花岗斑岩具有极高的87Sr/86Sr初始比值(0.74005~0.76518)与低的εNd值(-11.48^-10.78),锆石Hf-O同位素测定值变化范围较小,176Hf/177Hf介于0.282317~0.282460,具有负的εHf(t)值(-12.39^-7.62)和相对较高的δ18O值(7.23‰~8.81‰),指示岩浆主要来自于成熟地壳,可能起源于北武夷地区变质基底,源岩为基底变质岩,这可能与古太平洋板块俯冲形成的挤压背景下的地壳熔融有关。

高密度电阻率法与CSAMT法在江西会昌县坝背地热勘查中的综合探测

地热资源是一种绿色低碳、极具竞争力的可再生能源。江西省会昌县坝背地区断裂构造密集,地热异常广泛发育。为了查明勘查区各断裂构造的产状、规模及深部变化特征,为寻找地热水钻孔布置提供依据,项目组首先在已知温泉位置布置3条高密度试验测线,接着在已知温泉位置以南布置4条高密度测线,然后在高密度电阻率法资料初步解释成果的基础上再施工可控源音频大地电磁测深法(CSAMT),得出其中两条深大断裂是温泉主要的导水导热构造、断裂深切至基底界面、基底界面起伏明显的结论。同时圈定了4个低阻异常区,其中低阻异常范围最大的区域长约1000 m,宽约240 m,高约200 m,是含水最为有利区域,亦是寻找地热水的直接依据,建议在其正上方布设钻孔进行验证,孔深约800 m,满足深大断裂和基底对低阻区的深度控制。

华南东南部上地幔远震P波速度结构及意义

本研究利用114个固定台站记录的121个远震事件,以钦杭结合带为中心,采用天然地震层析成像构建了华南东南部上地幔P波速度结构模型。研究结果表明:(1)钦杭结合带、武夷成矿带以及南岭成矿带的深部结构存在着差异,说明3个成矿带经历了不同的构造演化过程;(2)江绍断裂的上地幔中存在着低速异常,推测该低速异常为从地幔过渡带或者下地幔上涌的热物质,与钦杭结合带和武夷成矿带的成矿作用有着密切的关系;(3)下扬子地区上地幔底部的高速异常可能为拆沉的岩石圈,而华夏板块上地幔顶部的高速异常则有待进一步研究。本研究的结果为认识华南东南部的深部结构提供了新的证据。

安徽庐江——枞阳矿集区典型铜、铁矿床三维电性结构特征

"玢岩型"铁矿和斑岩型铜矿是庐江-枞阳矿集区两个主要矿床类型,以往研究主要集中在矿床学、岩石学、年代学和地球化学等方面,地球物理工作开展相对较少。随着找矿深度不断加大,地球物理的作用越来越大。为建立典型矿床地球物理探测的解释"标尺",笔者选择泥河铁矿和沙溪铜矿为研究对象,开展三维音频大地电磁测深工作,获得了典型铜、铁矿床及围岩的三维电性结构模型。结果显示,玢岩(泥河)铁矿电性主体表现为层状结构,由浅至深主要为低阻的沉积层、高阻火山岩、相对低阻的蚀变带以及相对高阻的次火山岩,赋存于次火山岩体顶部穹隆状的磁铁矿主要表现为高阻特征。斑岩(沙溪)铜矿电性主体表现为块状(或纵向带状)结构,浅表为低阻沉积盖层,深部主要为相对高阻的沉积地层和高阻斑岩体,赋存于岩体内或围岩接触带的矿体则为中等电阻特征。为便于模型的实用,笔者将两类矿床的复杂电性模型转化为简化的概念电性模型,为寻找类似矿床提供快速对比"标尺"。

松科二井高温高压随钻测温技术的应用研究

松科二井是亚洲国家组织实施的最深大陆科学钻井。松科二井完钻后38 h测井温度为241℃,创造了我国钻井工程最高井温应用记录。松科二井井内参数测试主要采用两种方法,一是综合物探测井,在下套管前进行综合测井;另一种是不影响正常钻进工作,随钻进行井下参数测试。及时掌握井下随钻温度等信息,对高温泥浆性能的调整和动力机具应用起着关键性的支撑作用。本文针对松科二井科学钻探高温难点问题展开系列研究,研制了一种存储式井下高温测试仪器。该仪器经过多轮攻关改进设计,成功应用于松科二井现场,在现场应用的最高随钻测试温度为222℃。

华南东南部地壳厚度、属性及其与成矿的关系：基于地震接收函数的约束

华南大陆主要由扬子与华夏两大古陆块拼合而成,复杂的构造演化过程使得该区不仅具有多样的几何结构与变形特征,也发育成为中国南部重要的多金属成矿区域,其中包括长江中下游、钦州-杭州、武夷山、南岭、等多个重要成矿带。针对华南东南部及位于该区内的长江中下游、武夷山和南岭成矿带的深部结构与成矿背景,本文利用国家地震台网在该区固定地震台站的远震事件记录信息,通过对各个台站的远震接收函数开展H-κ扫描研究,获得了各台站下方的地壳厚度和波速比。对地壳厚度和波速比的相关性与地壳流变学构造模式进行了对比分析,研究结果显示,华南东南部的Moho面起伏整体较为平缓,自东向西逐渐增厚,波速比分布与成矿带和构造格局有明显相关性,在扬子与华夏块体之间的华南陆内复合造山区呈现明显的低波速比特征;结合该区已有的地质构造等研究分析,认为华南地区地壳减薄与燕山期的强烈岩浆活动和成矿过程密切相关,太平洋板块俯冲以及岩石圈和下地壳拆沉所造成的上地幔热物质扰动上涌或是该区矿产资源集中爆发的驱动力源;本研究所得地壳厚度与波速比分布特征与重力学多尺度边缘检测所刻画的构造界限一致性较好,支持其对扬子与华夏块体南界的划分方案。

松辽盆地北部石炭—二叠纪地层厚度：来自深反射地震的证据

在松Ⅰ~松Ⅵ6条深反射地震剖面上依据震相特征并结合地质演化过程分析识别石炭—二叠系,分析其层位反射特征及同相轴特征,建立松辽盆地北部地区石炭—二叠系地震震相特征识别标志。主要震相特征为中—强反射能量,局部存在高值,整体同相轴连续—较连续,由南到北、由西向东规律变化。利用已有的钻遇石炭—二叠系的探井资料和地震波传播速度,得到研究区时间-深度转换关系。由研究区石炭—二叠系相位追踪对比后的反射时间分布,计算石炭—二叠纪地层顶界面与底界面在深反射地震时间剖面上的走时之差,通过时深转换得出研究区基底石炭—二叠纪地层厚度和分布。全区地层分布不很均匀,主要在中央隆起带以东地区及西部断陷区出现2个厚度高值区;地层整体由浅到深大致可分为上、中、下3层,且地震震相特征互不相同。松辽盆地北部石炭—二叠系分布对东北地区主力油层之下的深层油气勘探提供了有价值的依据。

花海盆地深地震反射剖面的最佳采集参数实验和分析

深地震反射方法是探测地壳深部结构的先锋技术,能获取到莫霍面和上地幔的反射图像,成为揭示岩石圈结构、解决深部地质构造问题的有效手段。花海盆地位于河西走廊盆地群西部,处于不同大地构造单元的交汇部位,地层发育较全,但出露和发育程度差异较大,除白垩系为大面积连续分布外,其他各时代的地层均出露不全,常表现为被侵入岩分割破坏的残块状,为了确定深地震反射在花海盆地适合的采集参数,在采集前开展点试验,进行小、中、大炮炸药井炮激发参数对比优选,最终得到最优化的采集参数。在小炮实验中,36 kg药量取得的反射信息没有48 kg和60 kg的丰富,而且在MOHO反射的清晰度上48 kg和60 kg药量更为清晰,单井激发比组合井激发效果好;在中炮和大炮实验中,不同组合井对比差异不大,随着药量增大,激发能量增大,面波、折射波等干扰波能量也在增大,小炮干扰波能量最弱,反射信息最丰富的,中炮和大炮干扰波较发育,但通过后期去噪处理,也能得到中浅层反射信息。

华南地区地壳厚度变化及对成矿类型的制约：来自卫星重力数据的约束

华南地区是中国金属矿产资源的"大粮仓",分布有多个多金属成矿带。多金属成矿带的形成常伴随着地下特殊的深部背景和过程,通过莫霍面深度的计算,对华南地区的地壳厚薄变化所反映的壳幔耦合关系进行研究,可为探索华南地区地下巨量金属资源的形成与演变过程提供参考。本文首先基于球坐标的重力解算方法对高阶卫星重力场模型EIGEN-6C4的数据进行校正,得到华南地区的卫星布格重力异常。然后采用改进的Parker-Oldenburg方法进行变密度界面反演,获得华南地区莫霍面起伏特征。最后结合区内不同成矿带的范围和前人发表的地质、地球化学等资料,探讨华南地区不同成矿带的成矿物质来源与莫霍面起伏的关系。认为长江中下游和钦杭东段处于莫霍面隆起区域的成矿带,幔源物质对其成矿作用起主导地位,形成以铜、铁为主的多金属矿床;南岭、武夷、钦杭西段及鄂西-湘西位于莫霍面隆-陷交替区域的成矿带,成矿与壳、幔源物质的相互作用密切相关,最终形成钨、锡、金、银、铅锌等多金属矿床。