磁化率和密度对中国大陆科学钻探主孔100～2000 m岩石类型的判别

为查明磁化率和密度对于中国大陆科学钻探工程(CCSD)主孔100~2000m岩性的响应和判别特征,利用SPSS10.0统计分析软件进行了判别分析.研究结果显示,岩石的密度和体积磁化率主要受岩性的控制.采用迫入法建立全模型,对CCSD主孔100~2000m井段岩心的岩性判别率达84.8%.其中,蛇纹石化橄榄岩、正片麻岩、副片麻岩、榴辉岩、角闪岩和退变质榴辉岩的判别率分别为100%、87.1%、89.7%、89.6%、96.7%和63.7%.该研究表明,密度和磁化率可以为超高压变质岩石的岩性鉴别和区分提供定量约束,有利于地球物理探测成果和测井资料的准确解析.同时,本文也是SPSS统计分析软件在超高压变质岩石类型判别方面的一个应用实例,对于其他岩石类型的判别分析具有借鉴意义.     

中国大陆科学钻探主孔自然放射性测井及其解释

为了认识江苏东海超高压变质带上地壳岩石自然放射性的垂向分布特征, 榴辉岩退变质程度对放射性元素浓度的影响, 以及放射性产热率对地温梯度的影响, 利用中国大陆科学钻探(CCSD) 主孔100~5000m自然放射性测井(自然伽马和自然伽马能谱) 资料统计了CCSD主孔各类岩石的自然放射性强度和铀、钍、钾元素的浓度, 计算出产热率曲线.自然伽马, 铀、钍、钾浓度和产热率从蛇纹岩到榴辉岩、角闪岩、副片麻岩、正片麻岩依次增大.随着榴辉岩退变质程度的增强, 其铀、钍、钾元素的浓度值逐渐增大.CCSD主孔自然放射性的垂向分布特征主要受岩性控制, 自然放射性随深度增加有增强趋势.产热率与自然伽马测井值之间有很好的线性关系, 在高放射性岩层的上部, 地温梯度会出现较强扰动和低值异常.      

中国大陆科学钻探主孔100-2000m岩心的磁化率各向异性及其地质意义

在常温常压条件下获得了中国大陆科学钻探(CCSD)主孔331块岩心的磁化率各向异性(AMS)数据,并建立了主孔100—2000m的体积磁化率和AMS连续剖面。数据统计分析显示,主孔100—2000m岩心的磁化率(κ)介于1．05×10-4SI和0．12SI之间,几何平均值为1．855×10-3SI;磁化率各向异性度(Pj)介于1．04和2．10之间,几何平均值为1．155。该井段出露的主要岩石类型有榴辉岩、退变质榴辉岩、角闪岩、正片麻岩、副片麻岩和蛇纹石化橄榄岩,它们的垂向分布特征控制着磁化率剖面的变化。主孔的超高压变质岩石在折返过程中普遍经历了强烈的角闪岩相退变质作用的改造。其磁化率特征也发生相应的改变。蛇纹石化橄榄岩具有很高的磁化率(8．58×10-2SI)和各向异性度(1．335)。这主要源于橄榄岩蛇纹石化过程中产生的大量磁铁矿。榴辉岩、退变质榴辉岩和角闪岩代表榴辉岩从新鲜到完全退变质的三个阶段,它们的磁化率和磁化率各向异性度分别为榴辉岩(1．28×10-3SI、1．077)、退变质榴辉岩(3．19×10-3SI、1．206)、角闪岩(1．02×10-3SI、1．104)。正片麻岩的磁化率和各向异性度分别为5．34×10-3SI和1．167。副片麻岩的磁化率和各向异性度分别为3．46×10-4SI和1．150。对58个变形岩石的AMS测试结果显示,其磁化率椭球体的主轴方向与岩石组构基本一致,即最大磁化率主轴κ1平行矿物线理,最小磁化率主轴κ3垂直岩石面理。同时,这些变形岩石的AMS椭球体多呈现明显的压扁状特征,反映超高压变质岩石在折返过程中处于强烈挤压变形的构造应力环境,为苏鲁超高压变质板片的挤出折返模式提供了佐证。该研究成果也为超高压变质岩石地区磁学研究、地球物理调查和测井成果的解释提供了重要的实验约束。     

中国大陆科学钻探（CCSD）主孔100-2000m区间磁化率的变异特征及其地质意义

对中国大陆科学钻探主孔100—2000m区间岩心样品磁化率与钻孔原位测井磁化率进行系统时比研究。结果表明,控制岩石磁化率的主要因素是岩性和退变质作用,其中蛇纹石化石榴石橄榄岩的磁化率最大,样品平均磁化率为86．277×10-3SI,正片麻岩,退变质榴辉岩,榴辉岩,副片麻岩次之,角闪岩的磁化率最小,样品平均磁化率为1．698×10-3SI。不同退变质程度榴辉岩的磁化率特征具有明显的差异:中-强程度退变质榴辉岩由于退变质过程所产生的磁铁矿和钛铁矿-钛磁铁矿,其磁化率最大;随着退变质作用的进一步加剧,这些磁铁矿和钛铁矿-钛磁铁矿被完全分解,导致完全退变质榴辉岩的磁化率最小;新鲜榴辉岩的磁化率介于两者之间。在该深度区间,约70％岩心样品磁化率与测井磁化率的比值小于4．0,其中以<2．0为主,相同岩性岩石(如榴辉岩,退变质榴辉岩和副片麻岩)磁化率的比值随深度变化较小。岩心样品磁化率和测井磁化率之间的欧氏距离位于3．0-6．4范围,且随深度变化不明显,如在100～600m和1500～2000m两个深度范围的欧氏距离分别为3．0-5．2和3．2～5．3,表现出相似的变化特征,显示了在此区间深度范围内,地层压力对磁化率的基本没有影响。     

超高压榴辉岩退变质作用对岩石磁化率的影响

系统测量了中国大陆科学钻探(CCSD) 主孔10 0~ 2 0 0 0m超高压榴辉岩的磁化率及其各向异性, 并进行了相应的岩石学和矿物学分析.研究结果表明, 不同退变质程度榴辉岩的磁化率特征具有明显差别: 新鲜-弱退变质榴辉岩对应超高压榴辉岩相, 平均体积磁化率κ=1.4× 10-3SI, 磁化率各向异性度Pj=1.0 9, 磁性载体主要是顺磁性矿物石榴子石和绿辉石; 中等-强退变质榴辉岩对应角闪岩相, κ =5.1× 10-3SI, Pj=1.2 0, 磁性载体主要是退变质所产生的磁铁矿和钛铁矿-钛磁铁矿; 完全退变质榴辉岩对应绿帘角闪岩相-绿片岩相, κ =1.3× 10-3SI, Pj=1.08, 磁性载体主要来自顺磁性矿物角闪石、绿帘石、黑云母等.该研究为超高压变质岩石地区磁异常的解释提供了基础数据和重要的科学约束, 同时也为大陆深俯冲峰期变质岩石和折返阶段岩石退变质程度提供了磁化率鉴别特征.      

中国大陆科学钻5 158 m主孔超高压变质岩中的钛矿化

在对位于苏北榴辉岩分布区的中国大陆科学钻探工程（CCSD）5 158 m主孔岩心进行编录、岩矿鉴定及测试的过程可揭示主要有经济价值的含钛相是金红石，其次是钛磁铁矿。主要含矿岩石是：普遍金红石化榴辉岩、石英金红石榴辉岩、金红石含钒钛磁铁矿榴辉岩，其次有多硅白云母金红石榴辉岩、篮晶石金红石榴辉岩、金红石黑云绿帘纤闪石岩（退变榴辉岩）。根据不同的矿化程度和岩性组合，大致分为3大岩性段：（1）0~2 038 m为主孔各类榴辉岩主要产出深度，钛矿化最好、厚度也最大；（2）2 038~3 597 m为主孔弱钛矿化，分布零散，厚度较薄，含10层矿化（视厚度5~24 m不等）的退变-强退变的榴辉岩，主要围岩是榍石-钛铁矿-钛磁铁矿-黑云角闪长英质片麻岩，含白钛矿钛磁铁矿二长片麻岩，构造糜棱岩化或碎裂-角砾岩带发育，其中常见大小不等、晶簇状生长的石英方解石脉体和晶洞； （3）3 597 m~终孔主要为糜棱岩化强弱不同的含钛磁铁矿黑云角闪长英质片麻岩和糜棱岩化角闪黑云二长片麻岩夹角闪-黑云片岩，无榴辉岩，也无钛矿化。但在3 577~4 012 m发现了大量富含稀土矿物的脉体。主孔岩石类型主要有6种： 榴辉岩类，榴辉岩质片麻岩，石榴单辉橄榄岩，二长片麻岩和长英质片麻岩，纤闪石化辉石岩，碎裂岩和糜棱岩类。含钛相矿物有金红石，钛铁矿，榍石，钛斜硅镁石，白钛矿及少量锐钛矿，板钛矿。     

CCSD主孔100-2950m榴辉岩类和片麻岩类叶理及微断层产状特征

CCSD主孔100~2950m榴辉岩、退变榴辉岩类岩石叶理倾角明显较片麻岩类岩石叶理倾角陡,前者总体倾角55°左右,后者28°左右,局部可见片麻岩类叶理切割榴辉岩类叶理,因此两者叶理可能形成于不同时期;两类岩石之间现部分为韧性剪切带接触关系,韧性剪切带形成于苏鲁地体折返主期自SEE向NWW的韧性剪切作用。榴辉岩、退变榴辉岩类岩石叶理产状对发育于该类岩石内的微断层产状有一定控制作用,而片麻岩类岩石叶理产状对发育于该类岩石内的微断层产状控制作用相对较弱。孔区脆性变形主要反映白垩纪以来SEE-NWW向伸展构造应力场的变形特征,主孔100~1620m倾伏向以SEE向占绝对优势的微正滑断层擦痕即为该期变形的产物。     

中国大陆科学钻探主孔正片麻岩磁性及深部流体活动

通过对中国大陆科学钻探工程主孔花岗质片麻岩进行详细的岩石磁学研究及岩石矿物学分析表明: 花岗质片麻岩磁化率(0.570×10-7~120.450×10-7m3·kg-1, 平均29.996×10-7m3·kg-1)在主孔所有岩石中仅次于蛇纹石化石榴石橄榄岩, 而其天然剩余磁化强度(0.002×10-3~2.109×10-3Am2·kg-1, 平均0.210×10-3Am2·kg-1)则是所有岩性中最低的.磁化率随温度变化曲线、交变退磁曲线及磁滞回线特征表明, 花岗质片麻岩中磁性矿物组合主要成分为磁铁矿, 小部分样品中含有赤铁矿, 其中磁铁矿以多畴为主, 伪单畴磁铁矿仅在少量样品中出现.和同为完全退变质岩的角闪岩(完全退变质榴辉岩)相比, 花岗质片麻岩具有相似的磁性矿物组合, 但其磁铁矿的颗粒明显较大.多畴磁铁矿的形成, 可能和超高压变质岩折返过程中, 花岗质片麻岩较强的流体活动相关.部分分布于花岗质片麻岩主体岩性段外的样品, 具有较高的天然剩余磁化强度, 则可能反映了花岗质片麻岩及周围榴辉岩之间的流体交换.      

中国大陆科学钻主孔超高压变质岩中钛的矿化作用

在对位于苏北榴辉岩分布区的中国大陆科学钻探工程5158m主孔岩芯进行编录、岩矿鉴定及测试的过程中,对主孔岩芯的钛矿化进行了研究。主要有经济价值的含钛相是金红石,其次是钛磁铁矿。主要含矿岩石是普通金红石榴辉岩,石英金红石榴辉岩,金红石/钛铁矿石榴辉石岩,其次有多硅白云母金红石榴辉岩,蓝晶石金红石榴辉岩,金红石黑云绿帘纤闪石岩(退变石榴辉石岩)。根据不同的矿化程度和岩性组合,将整个主孔大致分为三大岩性段： ① 0～2038m：为主孔各类榴辉岩主要产出、钛矿化最好、厚度最大的地段; ② 2038～3597m：为主孔钛矿化贫化、分布零散、厚度较薄的岩性段,含13层矿化视厚度4～37m不等的退变～强退变的榴辉岩,主要围岩是榍石钛铁矿钛磁铁矿黑云角闪长英质片麻岩以及含白钛矿钛磁铁矿二长片麻岩,构造糜棱岩化或碎裂～角砾岩带发育,其中常见大小不等、晶簇状生长的石英方解石脉体和晶洞; ③ 3597m～终孔：主要为糜棱岩化强弱不同的含钛磁铁矿黑云角闪长英质片麻岩和糜棱岩化角闪黑云二长片麻岩夹角闪黑云片岩,无榴辉岩。但在3577～5150m发现了大量富含稀土矿物的脉体。主孔岩石类型主要有6种： 榴辉岩类,榴辉岩质片麻岩,石榴单辉橄榄岩,二长片麻岩和长英质片麻岩,纤闪石化辉石岩,碎裂岩和糜棱岩类。含钛矿物有金红石,钛铁矿,榍石,钛斜硅镁石,白钛矿及少量锐钛矿,板钛矿。矿石类型可分为13类。文章阐述了含钛相矿物学、金红石化学成分及微量元素特征以及金红石的成矿地球化学特征;讨论了超高压变质成矿及钛物质来源于罗迪尼亚超大陆形成后的新元古代裂解事件中的地幔柱的成矿模式。     

榴辉岩的地震波性质：对苏鲁超高压变质带地壳成分和折返机制的探讨

本文总结了榴辉岩的高温高压弹性波速测量结果,并将其应用于苏鲁超高压变质带地震资料的解释。由于榴辉岩具有高密度和高波速,它们和长英质片麻岩、大理岩、石英岩、角闪岩、麻粒岩、蛇纹石化橄榄岩的界面可以产生强反射。如果俯冲的陆壳物质以榴辉岩与围岩互层的形式在上地幔保留下来,就可能在造山带的上地幔产生地震反射。根据CCSD孔区地震剖面所建立的地壳成分模型表明:苏鲁超高压带地壳浅部的高速层可归因于夹在花岗质片麻岩、副片麻岩、角闪岩等岩石中的榴辉岩和超基性岩;中地壳主要由中酸性片麻岩、斜长角闪岩和副片麻岩组成;下地壳以中基性麻粒岩为主。在该超高压变质带现今的深部地壳,榴辉岩含量很少或几乎没有。因此,折返的超高压变质岩是以构造岩片的形式沿一系列剪切带逆冲并覆盖在正常的中下地壳之上,深部榴辉岩的缺乏可能与下地壳拆沉作用无关。     

根据常规测井曲线重建CCSD主孔榴辉岩井段氧化物剖面

以榴辉岩为例,探讨了根据常规测井曲线重建中国大陆科学钻探工程(CCSD)主孔氧化物剖面的方法,着重讨论和对比了消除或减小测井曲线中高频噪声的滤波方法,并采用经Lowess和五点平滑滤波后的测井曲线与岩芯实验室分析数据进行了多元逐步回归分析,建立了氧化物测井响应方程,进而重建了CCSD主孔100～1 100 m井段榴辉岩的氧化物剖面,为高精度岩性剖面的重建打下了基础,并为地质与地球物理综合研究提供了新的基础资料.     

A Study on the Classification and Well-Logging Identification of Eclogite in the Main Hole of Chinese Continental Scientific Drilling Project

Eclogite, one of the important lithologies in the main hole of the Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) Project, exists above the depth of 3 245 m and has distinctive responses of gamma-ray, compensating density and neutron well-logging, and so on. In this study, according to the diversities of minerals and chemical components and well-logging responses, eclogites are classified from three aspects of origin, content of oxygen, and sub-mineral. We studied the logging identification method for eclogite sub-classes based on multi-element statistics and reconstructed 11 kinds of eclogite. As a result, eclogites can be divided into 6 types using well logs. In the light of this recognition, the eclogite in the main hole is divided into 20 sections, and the distribution characters of all sub-classes of eclogite are analyzed, which will provide important data for geological research of CCSD.     

中国大陆科学钻探主孔高铁钛榴辉岩的磁性岩石学

中国大陆科学钻探(CCSD) 主孔中318~380m (A)、420~470m (B) 和530~600m (C) 深度分布三段高铁钛榴辉岩, 它们具有高全铁(FeO_T) (平均15.36%、14.09%和20.83%)、高TiO₂ (平均3.89%、3.28%和4.10%) 和低SiO₂ (平均44.64%、48.64%和41.10%) 含量分布特征.岩石磁性测量结果表明, A段样品为低磁化率(平均3.61×10-7m3·kg-1)、低天然剩余磁化强度(平均0.12×10-3Am2·kg-1) 和低Q值(平均8.03);B段样品为高磁化率(平均12.55×10-7m3·kg-1) 和中等天然剩余磁化强度(平均1.47×10-3Am2·kg-1) 及Q值(平均26.42);C段样品磁化率介于A、B段之间(平均9.73×10-7m3·kg-1), 而天然剩余磁化强度(平均10.05×10-3Am2·kg-1) 和Q值(平均138.571) 最大.岩石磁学和岩相学研究表明, A、B两段样品代表了新鲜或轻度退变质榴辉岩的磁性特征, 但就研究的代表性样品的磁性岩石学特征而言, B段样品显示的退变质程度稍高于A段; C段榴辉岩样品密度最大, 主要为新鲜榴辉岩, 氧逸度明显高于A、B两段样品, 且存在大量出溶过程形成的以薄层结构为标志特征的赤铁矿-钛铁矿固溶体, 可能是样品高天然剩磁的主要原因.      

测井和地震联合解释CCSD先导孔反射体

利用声波、密度、自然伽玛等测井曲线资料、配合录井资料划分CCSD先导孔变质岩岩性, 然后, 用声波、密度计算波阻抗, 与井旁VSP资料对比, 分析CCSD先导孔孔区反射体.分析结果表明(1) 岩性间波阻抗差异产生反射波, 如榴辉岩与副片麻岩之间波阻抗差异; 榴辉岩与超基性蛇纹岩之间的波阻抗差异等; (2) 破碎特别是韧性剪切带产生反射波, 而如果断层破碎带尺度很小(在1m以下), 也不一定能产生强反射波.这些研究结果对标定地壳中的反射地震信号具有重要意义.      

中国大陆科学钻探孔区深层含金红石榴辉岩矿体

利用大陆科学钻探岩心、岩心物性测定结果、测井与VSP资料来标定地震反射体,大大提高了中国大陆科学钻探孔区地质构造解释的可信度。岩石物性测定表明,金红石榴辉岩的纵波速度极高,会产生明显的反射与重力异常。数值模拟表明,孔区三维地震拱形反射主要是由榴辉岩及切穿它们的晚期破碎带共同形成的。在CCSD主孔东南方深部重力高部位有多个这样的拱形反射,预示在地表陡倾榴辉岩的延伸方向还有多个一定规模的隐伏榴辉岩体。     

中国大陆科学钻探工程主孔100～2 000 m 岩心自然伽马测量及其地质意义

中国大陆科学钻探工程使用石油大学研制的岩心地面伽马测量仪对主孔2000m岩心进行了连续测量，并记录峰、谷的伽马值及其对应的岩性、构造和矿化等特征。通过系统测量，建立了主孔2000m自然伽马值剖面，发现榴辉岩具有较低的伽马值，并从榴辉岩→角闪岩→花岗片麻岩，伽马值逐渐增大。伽马值与变质岩的岩性具有明显的对应关系。并从放射性元素U、Th和K含量的角度来看岩石中放射性元素的变化规律，探讨这些元素变化的成因，指出变质基(中)性岩原岩反映的岩浆岩成因，不同于变质泥质沉积岩；岩石高Th／U比值与岩石曾经经历了近地表环境有关。主孔深变质岩自然伽马测量的系统研究对主孔岩心深度归位、探讨岩石成因和区域岩石圈热状态和大地构造演化具有重要的作用。     

江苏东海超高压榴辉岩的热导率及对大陆科学钻探研究的意义

对采自江苏东海毛北地区(中国大陆科学钻探先导孔附近) 的新鲜榴辉岩样品进行了岩石热导率的测定, 初步查明了该区榴辉岩热导率随矿物组成的变化关系, 探讨了岩石结构特征和温度变化对热导率的影响.本次所测东海超高压榴辉岩的热导率介于3.2 2 2~ 3.716Wm-1·K-1之间并随岩石中2种主要矿物的相对含量比而变化, 随着榴辉岩中石榴石对绿辉石体积比(V_Grt/V_Omp) 的增加而降低, 近似的函数关系满足K =3.76 7- 0.18× (V_Grt/V_Omp).岩石中矿物分布的不均匀性和面状构造的发育对榴辉岩热导率的影响较大, 由此产生的热导率各向异性可达近10 %.温度是影响热导率的另外一个重要因素.结合本次的实测资料和相应的热导率-温度关系, 建立了东海地区榴辉岩热导率随温度的变化关系方程K (T) =1/ (7.85×10-2 +6.95×10-4 ×T), 根据这一方程并结合东海地区的地热梯度资料推算了榴辉岩热导率随5 0 0 0m钻孔深度的变化关系, 推测东海地区科学钻探施工至5 0 0 0m深度时, 榴辉岩的热导率将比地表平均降低2 4%.该成果为钻探测井资料的解释以及该区地热结构模型的建立提供了重要依据和约束资料.      

中国大陆科学钻探主孔100～2000m岩石弹性波速度：对地震深反射的约束

在常温常压条件对中国大陆科学钻CCSD主孔岩心的700样品进行了弹性波速度测量，并建立了主孔2000m的波速(Vp和Vs)连续剖面，为检验地球物理模型的合理解释提供了岩石物理学方面的宝贵资料。主孔中新鲜榴辉岩纵波速度(Vp)最大(7.86km／s)，正副片麻岩波速最小，又分别为5.53km／s和5．71km／s，榴辉岩的波速随着退变质作用的增强而明显减小。主孔2000m总平均Vp速度为6．2km／s，它与地球物理探测方法获得的大别-苏鲁造山带上地壳具有6.2-6．3km／s高速层结论是一致的。大部分岩石具有明显地震波各向异性。水饱和度使岩石纵波(Vp)速度和剪切波速度(Vs)分别增加19％和6％，而使Vp的各向异性降低3％～4％。不同岩性界面的反射系数(Rc)是产生地震反射的主要原因。金红石榴辉岩与片麻岩之间具有很高的反射系数(0.24-0．31)。韧性剪切带中糜棱岩化片麻岩和面理化榴辉岩使岩石各向异性和反射强度明显增加。岩石微裂隙与主孔原位波速变化有密切关系。饱水岩石速度(Vp和Vs)可以代表CCSD主孔原位状态的地震波速度。上述成果为本区地震反射体成因提供了重要的岩石物理性质约束。     

中国大陆科学钻探孔区三维地震资料的初步解释

利用中国大陆科学钻探岩心、测井与VSP资料来标定地震反射体，大大提高了大陆科学钻探孔区地质构造解释的可信度。超高压变质带地壳波速特征主要表现在上地壳顶部的高速层，其厚度一般小于10km；其下方正常的中下地壳波速结构反映了中新生代地壳的拉张与伸展。孔区三维地震拱形反射由榴辉岩及切穿它们的晚期破碎带共同形成的。在CCSD主孔东南方深部重力高部位有多个这样的拱形反射，预示在地表陡倾榴辉岩的延伸方向还有多个一定规模的隐伏榴辉岩体。孔区广泛发育韧性剪切带，韧性剪切带产生强反射的主要机制是韧性剪切复合岩套，由糜棱岩和经剪切错动产生的表壳岩片互层组成。三维地震调查提供了三维的反射地震波场，使揭示孔区三维的地质构造成为可能。450ms以上的时间切片与地袁地质构造和地磁异常相关，而1000～1200ms的时间切片与深部重力异常相关，主要反映由隐伏榴辉岩体产生的反射波场．根据上述研究结果，编制了沿三维地震主剖面的推断地质构造图。