岩石物理学研究在中国大陆科学钻中的应用简介

中国大陆科学钻已于 2 0 0 1年 8月 4日在我国江苏省东海县毛北村正式开钻 ,这是我国一项具时代意义的地学高科技系统工程。它向世人表明 ,中国地学界向地球深部研究发起了新的挑战 ,也显示我国已由地质大国向地质强国迈进。大陆科学钻探是一项多学科高科技集成的系统工程。大陆科学钻包括 3个现代化现场实验室 :1岩石—构造室 ;2岩石物理室 ;3流体地球化学室。中国地质大学 (武汉 )以金振民教授为首的科研集体承担了“岩石物理实验室”的筹建工作。现将该实验室及其在大陆科学钻中的研究内容、应用意义和范围作如下介绍。1　什么是岩石物理学 ?岩石物理学是岩石学和物理学之间的交叉边缘学科 ,它是通过专门的实验技术手段研究地壳和地幔岩石在地球不同深度环境下 (即不同温度、压力、流体含量等 )原位 (in situ)岩石物理性质的成分变化和地质构造特征 ,同时为地表地球物理探测成果的正确解释提供科学约束。2　为什么要研究钻孔岩心的物理性质 ?由于不同深度的科学钻井位于不同地质构造背景 ,地壳深部岩石成分、结构构造、流体含量以及物理性质随着深度、压力、温度和时间不同有明显变化。因此 ,科学钻井现场岩石物性测试的主要目的有3个...     

超高压变质岩物理性质的相关性对建立结晶岩区地球物理解释标尺的意义

大陆科学钻探为认识深部地壳的结构、组成、力学性质和物理状态提供了重要的基础数据。岩石物理性质的测量对于原位测井资料的校正和地表地球物理测量的解释具有重要意义,岩石物理性质和岩石学研究相结合,还能为岩石的变质作用以及变质过程中化学成分的迁移提供必要的约束。本文主要对CCSD100-3100m的综合岩石物理资料进行了相关性调查和聚类分析,并得出如下结论:(1)岩石物理性质中的地震波速度、密度、热导率之间具有强相关性,他们都受岩石中主要矿物的组成和含量所控制;(2)岩石的电阻率和磁化率受金属氧化物含量的控制,与岩性有相关性;孔隙度、渗透率与岩性没有相关性;(3)利用岩石的物理性质可以反演不同的岩性,其中地震波速度、密度和热导率对榴辉岩和片麻岩大类具有很好的分类效果,而结合磁化率和电阻率则能更好的区分出超基性岩、正片麻岩和副片麻岩。上述结论对综合地球物理解释中物理参数的选取和结晶岩区地球物理解释标尺的建立具有重要的意义。     

大陆科学钻探与中国第一口科学钻选址

大陆科学钻探是一项堪与航天技术媲美的浩大系统工程。它的实施具有深远的科学和经济意义。通过介绍国外大陆科学钻探的现状和成果,阐述大陆科学钻探对地球基础科学、其他自然科学研究所具有的重大促进作用,从而为开展我国第一口大陆科学钻探,缩短与国外先进水平的差距提供有益的借鉴。     

国际大陆科学钻探（ICDP）进展

直接进入地球内部观察研究地球的成分、结构构造和各种地质作用是人类的长期梦想,就目前人类的科学技术条件,人们还不可能直接钻入地下进行实地取样与观察。科学钻探是获取地球深部物质、了解地球内部信息的最直接、最有效、最可靠的方法。国际大陆科学钻探计划成立以来,已经在许多领域取得了重要成果,发表了大量的文章。本文对科学钻探的发展过程、大陆科学钻探的意义、国际大陆科学钻探委员会成立的背景与建立过程、组织结构、立项程序、立项准则以及研究领域做了简要概述。对国际大陆科学钻探近年来在气候变化与全球环境、陨石撞击坑及撞击过程研究、地球生物圈、火山系统和热流机制、地幔柱和大洋裂谷、活动断裂、汇聚板块边界和碰撞带、自然资源等主要研究领域的重要进展做了综述,重点介绍了日本的云仙火山钻探项目、美国夏威夷火山科学钻探和圣安德列斯断裂深部观测计划的主要进展。概括和总结了中国实施的3个国际大陆科学钻探项目所取得的成果进展和中国的大陆科学钻探事业近期的主要活动。     

大陆科学钻探与深井地球物理长期观测研究最新进展

随着地球系统科学研究的深入开展以及解决人类所面临的环境、资源、防灾等科学问题的需要，20世纪90年代以来，世界大陆、大洋科学钻探工程研究以及在钻孔深井内进行的地震、地球物理长期观测得到飞速发展，并取得了初步的观测研究成果。本文介绍了日本、德国、美国在深井长期观测方面的最新进展和科研成果，结合中国现实情况，展示了中国大陆科学钻探工程江苏东海现场开展深井地球物理综合观测的初步方案及其观测研究前景。该深井观测站将成为中国第一个无地面干扰的综合性深井地球物理和流体长期实验观测站，预期可以获取客观真实的深井综合地球物理资料，开创中国零干扰条件下地球科学观测研究的崭新局面。     

高温高压下岩石物性的研究

为了正确地解释地球物理的测量结果,必须系统地测量和研究岩石和矿石的物理性质,这是地球物理工作者熟知的事情。由于岩石物理性质是岩石的成分、结构、形成的环境和地质历史的客观反映,因此岩石物理性质的研究不仅仅应用于矿产的普查与勘探,在研究地球内部构造、地壳的地质演化和岩矿鉴定等许多方面都有着重要的用途。     

第一次中国大陆科学钻探(CCSD)研讨会在京召开

由地质矿产部中国大陆科学钻探计划先行研究组举办的第一次中国大陆科学钻探(CCSD)研讨会于1992年4月15—17日在北京中国地质科学院举行,以地矿部系统为主的地质、地球物理、钻探、测井、测试等方面专家共60余人参加了会议,著名地质学     

中国大陆科学深钻发展的若干思考与建议

科学钻探是获取地球内部信息的最直接和最重要手段,在解决“向地球深部进军”战略科技问题上起着无可替代的作用。本文简要回顾国内外大陆科学钻探的发展历程和深钻的发展现状,分析大陆科学深钻发展特点与态势;围绕中国大陆科学深钻,梳理其关键科学技术问题、面临的挑战与机遇;在此基础上提出中国大陆科学深钻发展的目标、优先发展方向与发展途径建议。大陆科学深钻能够为地球动力学过程、地质灾害、地质资源和环境变化等全球关注的地球科学前沿问题提供独特的研究途径,但是其实施深度又受超高温和超高压等恶劣井眼环境的制约;现代科学技术的进步有力促进了大陆科学深钻中各项技术的发展,为超深井和特深井科学钻探提供重要支撑。中国大陆科学深钻应以9000～15000 m特深井为目标,注重“超深”“深时”和“深观”等领域的科学问题,优先发展地球深部构造、深部生命、深时气候和深部资源探测等方向,研究超深物质、动力学过程和岩石物理等实验技术,研发超高温超高压环境下的钻井、测井和长期观测等技术与装备,促使我国深地探测能力和水平实现一次飞跃。     

我国第一口大陆科学深钻将开工

我国第一口大陆科学深钻———“中国大陆科学钻探工程”项目 ,将于 2 0 0 1年 7月开工。该工程利用现代深部钻探的高新技术 ,在具全球地学意义的“大别—苏鲁超高压变质带”东部 ,即江苏省东海县内 ,实施我国第一口 5 0 0 0ｍ科学深钻 ,获取岩芯及液、气态样品 ,并进行测试分析 ,取得地球物理探测和测井数据 ,以实现研究“大别—苏鲁超高压变质带”岩石的形成与折返为主的一系列地学研究目标。工程完工后 ,这里将建成亚洲第一个现代深部地质作用长期观测与实验基地。我国第一口大陆科学深钻将开工1国家电力公司北京勘测设计研究院 .抽水蓄…     

中国科学深钻选址地球物理调查与大别-苏鲁岩石圈

本文简要地讨论了大别-苏鲁超高压变质带大陆科学钻探选址新采集的地球物理调查剖面及相关地球物理成果。这些剖面以深反射地震及大地电磁测量为研究岩石圈构造的主要方法，结合地质资料和区域重磁平面图，分析大别—苏鲁地体的深部地质构造与岩石圈主要特征，以及大陆科学钻探靶区选择的地质地球物理依据。同时讨论了大陆科学钻探的靶区(江苏东海县)的地壳构造与地热研究结果，并将深度偏移地震剖面与先导孔岩心钻探结果进行了对比。     

综合大洋钻探计划

综合大洋钻探计划(Integrated Ocean Drilling Program,IODP)是一项旨在通过研究海底沉积物和岩石来探索地球历史和结构的宏大国际研究计划。其前身国际大洋钻探计划(Ocean Drilling Program,ODP)和深海钻探计划(Deep Sea Drilling Project,DSDP),是20世纪地球科学领域规模最大、历时最久的国际合作研究计划,所取得的科学成果证实了海底扩张、大陆     

大陆科学钻探测井岩石物理参数的提取

岩石物性及其物理参数的研究与提取,对于测井资料的综合解释具有重要的现实意义。岩石物性及其物理参数提取得准确与否,直接关系到测井资料综合解释的可靠性、准确性和精确性。通过对测井资料的分析、归纳,提取了识别中国大陆科学钻探预先导孔Ⅱ所钻遇18种不同岩性的岩石物理参数,为后续的测井解释研究工作提供了基础。     

深井地球物理长期观测的最新进展及其前景

地球科学是以观测为基础的科学.当前, 如何克服城市化、工业化、现代化发展带来的噪音干扰, 提高观测的信噪比, 成为地球科学发展的重要课题之一.开展深井观测是解决地面噪音干扰的主要途径.近年来, 随着地球系统科学研究的深入以及解决环境、资源、防灾等科学问题的需求, 世界大陆、大洋科学钻探工程研究以及在钻孔深井内进行的地球物理长期观测得到飞速发展, 并取得了初步的观测研究成果.本文介绍了世界各国在深井长期观测方面的最新进展, 展示了中国大陆科学钻探工程在江苏东海现场开展深井地球物理综合观测的方案及其观测研究前景.东海深井长期观测站将成为中国第一个无地面干扰的综合性深井地震、地球物理实验观测站, 它是实现我国“入地”科学计划的重要基础, 将开创我国21世纪地球科学观测研究的崭新局面.      

中国大陆科学钻探工程的科学目标及初步成果

中国大陆科学钻探工程的主孔位于苏鲁超高压变质带南部的东海县，其穿过的岩石曾位于板块会聚边界的地幔深处，是研究大陆深俯冲及地幔动力学的最佳地区。中国大陆科学钻探的科学目标旨在通过对钻孔中获取的全部连续岩心、液态和气态样品及原位测井数据进行的全方位测量与综合研究，建立5000m孔深的各类多学科精细剖面，再造北中国板块与扬子板块会聚边界深部三维物质的组成和分布及三维结构构造；阐明板块会聚边缘的深部流体作用、壳一幔相互作用及地幔中物质循环和流变学；寻找超深地幔条件下形成的特征矿物，揭示超高压变质成矿机理；建立结晶岩地区地球物理理论模型和解释标尺；揭示超高压变质岩石的形成与折返模型及板块会聚边界的深部动力学机制。通过5km深孔营造的特殊地下空问，研究现代地壳的物理、化学及生物作用，并将建立亚洲第一个大陆科学钻探深孔长期观察实验站。中国大陆科学钻探工程已取得初步成果。主孔2000m岩心的深度和方位准确归位；建立了岩性、地球化学、构造、矿化、岩石物性、地下流体及各类测井等精细剖面；揭示了发现除超镁铁质岩外的各类岩石中的柯石英；通过SHRIMP测年准确确定超高压及退变质事件的年龄；初步揭示了超高压及退变质过程中流体的变化及水一岩作用；划分了构造岩片单元，确定了其边界的韧性剪切带性质，并发现早期构造信息；建立的随岩性变化的弹性波速度和热导率连续剖面对地震反射和热结构提供了岩石物性的制约；VSP地震剖面揭示了孔区深部的构造岩片结构，以及强地震反射层和大型韧性剪切带有关；发现地下特殊气体一甲烷、二氧化碳及氦气的异常，以及气体异常越往深部越频繁出现的规律。经DNA分析，在超高压岩心中发现在极端条件下形成的微生物。     

松科二井火石岭组地层岩石物理学特征研究

松辽盆地资源与环境深部钻探工程是针对白垩纪古气候与古环境研究、地球深部资源调查以及基础地质研究等一系列科学问题而实施的科学钻探。松科二井是松辽盆地科学钻探工程的主体钻孔,设计的测井项目齐全,采集了丰富、连续、原位的地球物理测井资料。本文主要利用该孔的测井资料研究深部火石岭组地层岩石物理学特征;结合实验室岩心核磁共振测试结果,分析不同岩性储层的孔隙结构特征。研究表明,火石岭组地层主要发育安山岩、凝灰岩、复成分砾岩和凝灰质泥岩,其中火成岩岩相以爆发相和喷溢相为主,安山岩和复成分砾岩表现为高电阻率、低声波时差特征,凝灰岩为低电阻率、高声波时差特征,凝灰质泥岩电阻率最低;储层整体上具有低孔低渗的特点,但凝灰岩储层小孔和中孔发育,物性相对较好,是较为有利的储层。研究结果为进一步评价松辽盆地深部油气资源和地层结构提供了有力支持。     

美国和苏联近期有关地球科学研究的几项计划

一、美国地质科学研究会委员会提出今后十年最有希望推动地质学发展的八个研究领域是:1．更详细、更准确地阐明大陆岩石圈(包括大陆边缘)的结构和组成;2.沉积盆地演化的定量模型;3.深入了解岩浆的产生和侵位:4.岩石的物理和化学性质;5.更深入地了解构造作用、产生构造作用的物理条件和化学条件、构造作用形成的构造;6.地球内部的对流模式;7.生命演化;8.地表作用.二、固体地球科学研究委员会1989年12月向科学技术政策办公室和国家科学基金会提出了地域科学的五个前沿领域是:1.陆壳的地震法调查;2.大陆科学钻探;3.地球物质的物理和化学;4.全球数字地震网;5.卫星大地测量.     

行星地质工程原位测试方法

作为行星地质学与行星工程学的交叉学科,行星地质工程学科直接支撑行星探测、行星科研站与基地建设、行星资源开发与未来人类移居,相关研究已迫在眉睫。与地球相比,行星地质体在物质、结构与环境3个方面存在较大差异,决定着行星地质体工程特性与地球具有很大的差别,开展行星地质工程原位测试是准确获取行星地质体工程特性的最直接方式。文章把月球探测和火星探测任务中地质工程原位测试方法分为5类:触探试验、铲斗试验、钻探试验、地球物理探测和摄影测量,分别分析了各类原位测试方法的原理与科学载荷,对比各种方法中不同测试仪器的差异;利用月球工程特性原位测试结果梳理总结了月壤工程特性,包括粒度分布、密度、孔隙比、抗剪性、压缩性和承载力,分析了月壤和火壤工程特性的变化规律,并指出了与地球土壤物理力学特性的差异;未来应以行星探测任务为载体,结合地面低重力模拟测试平台和物理力学本构理论研究,研制小型轻量、自动智能的工程特性原位测试科学载荷,获取更加准确的行星土壤和岩石的工程特性参数,支撑月球科研站、基地建设和火星取样返回等深空探测任务。     

KTB地球物理测井的组织管理

德国大陆科学钻探计划(KTB)是一项庞大的科学工程,钻探了世界上第二口大陆超深孔.在这宏大的计划当中,地球物理测井技术发挥了其独特的作用.系统地介绍了在KTB运作过程中地球物理测井的组织、管理及运行体制.     

中国大陆科学钻探预先导孔-Ⅱ岩性剖面重建方法研究

大陆科学钻探通过采集井下不同深度岩石物理化学性质和物理场的数据。研究地壳特征及演化过程的各种科学问题。岩性剖面的重建是大陆科学钻探的重要目的之一。在岩性复杂的变质岩地区，利用测井资料达到这个目的是很重要的。提出了利用沃尔什变换和灰色关联系统来重建钻孔岩性剖面的新方法。从所重建的岩性剖面结果可以看出，该方法对于变质岩地区18种不同岩性的划分和识别是比较有效的。     

中国大陆科学钻探工程进展

经过12年锲而不舍的努力,中国大陆科学钻探工程终于成为国家级大科学工程及国际大陆科学钻探工程项目.直接观察陆壳的"大陆科学钻探"是伸入地球内部的"望远镜",是具有划时代意义的地学高科技系统工程,是解决人类发展所面临的资源、灾害和环境三大问题的重要手段之一,是继人类登月后向地球的又一次挑战!