德国大陆超深钻概况

德国大陆超深钻概况韩吟文（中国地质大学，武汉）德国是继苏联之后第二个设计和实施以科学研究为目标的大陆超深钻的国家。在１９８１年＂联邦德国大陆超深钻计划＂研究报告发表后，１９８６年在巴伐利亚州东北部的上普法尔茨地区选定了超深钻井位，并于１９８７～１９８...     

中国大陆科学钻主孔现今地应力状态

用钻孔崩落法确定了中国大陆科学钻探主钻孔5 047 m深度以上的现今地应力状态.由钻孔声波成像测井资料发现, 科学钻主钻孔在1 200 m深度以下出现了钻孔崩落现象.我们从1 216~5 047 m的深度范围内采集了143个钻孔成像测井图象资料, 对钻孔崩落椭圆长轴方位进行了统计, 结果表明崩落椭圆长轴平均方位为319.5°±3.5°, 最大水平主应力方位平均为49.5°±3.5°.利用崩落形状要素(崩落深度和崩落宽度) 以及岩石的内聚力和内摩擦角, 估算了1 269 m至5 047 m范围内52个深度上的最大和最小水平主应力的大小.结果表明, 在浅处1 216 m深度, 最大水平主应力为42 MPa, 最小水平主应力为30.3 MPa; 在深处5 000 mm深度, 最大水平主应力为160.5 MPa, 最小水平主应力为120 MPa; 地应力随深度近于线性增加.据岩石密度测井资料计算了各个深度上静负载应力.3个主应力的大小和方向反映出科学钻主孔位置的应力场处于走滑应力状态, 与临近地区地震震源机制解和其他方法得到的应力场一致.利用声发射法对岩心试件进行了声发射测量, 得到了最大水平主应力幅值, 并与崩落法测量结果进行了对比, 两者十分一致.      

中国大陆科学钻探（CCSD）主孔石榴石橄榄岩中发现Fe2P合金矿物

在东海大陆超深钻(CCSD)的钻孔橄榄岩岩屑(孔深603-683米深部)中,分离出的矿物有硅酸盐、氧化物、硫化物、碳化物、自然元素、金属互化物和合金,计50-60种矿物。多种特征表明其中有一些不寻常矿物,并且有些矿物具有球状外形,如自然铁、镍纹石、铁镍合金、磁铁矿等。本文报道通过成分和结构分析鉴定出的铁磷合金矿物(Fe,P),成分中含少量Cr,Ni和Co,成分均一,分子式为(Fe1.80Ni0.05Cr0.02)P。EDXD数据表明该矿物的晶系属六方晶系;格子类型为P;空间群为P62m;晶胞参数a=b=5.877Ac=3.437A,a:c=1:0.5848。通过ICDDPDF-2x射线粉晶衍射数据库2004年公布的最新版本搜索查询,发现与人工合成的同种矿物Fe2P(ICDD83-2337,Barringerite.syn)十分接近,类似的矿物已在陨石中发现(FeNi)P,故确定本文报道的铁磷合金(Fe2P)为地球上首次发现的天然合金矿物。其成因和形成条件的研究正在进行中。     

中国大陆科学深钻主孔岩屑中含钠和锌的尖晶石的发现

一种含钠和锌的尖晶石矿物产于中国大陆科学深钻主孔超镁铁岩中,以出溶的方式存在于钛铁矿和磁铁矿中,长5-60μm,宽2-3μm,化学组成（wB％）为MgO17．143％-22．337％,Al2O3 63．646％～66．492％,FeO9．784％～13．924％,ZnO 1．649％-6．386wt％．Na2O 0．029％～0．219wt％。Na2O与ZnO在尖晶石中的含量呈正相关关系。经同步辐射测得其为尖晶石单晶,空间群为Fm3m,晶胞参数为a=0．83781am。根据尖晶石与钛铁矿、石榴石（pyr=56-58mol％）共生和石榴石退变为顽火辉石和镁绿泥石的特点,表明该尖晶石来自超镁铁岩,它们一起经历了至少为角闪岩相的变质作用。广泛的混溶间断现象及其所造成的出溶结构出现在氧化物中,表现为Mt-Usp、Mt-Spl及Mt-Ilm之间的交生。根据前人有关Mt-Usp和Ilm-Gk-Hem固溶体系的实验。表明主孔岩石的氧逸度相对较低,形成温度应在720℃以上。这些早期在岩浆分离结晶过程中形成的铁钛氧化物出溶体,在后来的超高压变质作用下可能发生再次固溶和因降温减压造成的出溶。     

KSC-127型射流式冲击器应用于大陆科学深钻的试验研究

根据现场试验,评价了ＫＳＣ－１２７冲击器的性能,分析了其对大陆科学深钻的适应性,且对大直径全面破碎冲击回转钻进工艺进行了讨论。     

联邦德国大陆超深钻先导孔成果

大陆科学钻探是当代地球科学的重大前沿之一,也是一项高科学技术领域。它是继深海深钻计划之后,又一项将促进地球科学技术发展的大型多学科基础研究计划。联邦德国于1985年2月正式实施大陆超深钻(以下简称KTB计划),它是联邦德国80年代国家级十个重大基础研究计划之一,1989年完成了先导孔,1990年9月主孔正式开钻,现正以每天20m的速度钻进,是世界上深钻工作很有特色的国家。     

CCSD岩芯中部分石英脉的氦、氩同位素初步研究

对中国大陆科学钻探(CCSD)1700m-2300m岩芯中部分超高压变质岩中的石英脉进行了氦、氩同位素组成的初步研究,结果显示石英脉的3He／4He比值为0．37×10-6-0．98×10-6,40Ar／36Ar为498-3260,4He／40Ar为0．17-2．12, 3He／36Ar为0．81×10-4-39．38×10-4。分析结果与前人对大别-苏鲁的榴辉岩全岩和单矿物的氦、氩同位素分析结果相一致,在He-Ar相关图解上均位于地壳和地幔氦、氩同位素组成的过渡部位,表明石英脉的成矿流体中不仅有壳源稀有气体,还有幔源稀有气体。石英脉是榴辉岩的早期退变质脉,它不仅可以继承围岩超高压变质岩的氢氧稳定同位素特征,还可以继承并保存围岩的稀有气体同位素特征。     

CCSD主孔超高压榴辉岩金红石中的矿物包裹体研究

金红石是榴辉岩中的主要含钛副矿物。中国大陆科学钻探工程（CCSD）主孔100～2000m岩心样品中，金红石榴辉岩、多硅白云母榴辉岩和蓝晶石榴辉岩中都程度不等地含有金红石。金红石既可以与其他矿物一起被石榴石、绿辉石等主要变质矿物包裹，也可以包裹其他矿物。本文利用电子探针技术，对CCSD所揭示的超高压榴辉岩的金红石中的矿物包裹体进行了鉴定和分析。结果显示，绿辉石、富铪锆石、高铝榍石、韭闪石和红闪石、斜黝帘石等矿物包裹体形成于榴辉岩相进变质至峰期变质阶段；随着超高压变质带快速折返，榴辉岩经受强烈的退变质作用，包括金红石、绿辉石在内的多种矿物都经受了退变质作用，与金红石共生的钛铁矿完全或者部分退变成含铁金红石和钛铁晶石。在退变的金红石中，还发现了透辉石＋斜长石后成合晶、低铝榍石、镁绿闪石等退变质矿物组合。     

CCSD主孔微破裂脉次生包裹体的均一温度

CCSD主孔中发育有十分丰富的脆性变形现象,按其充填特征大致可划分有石英和方解石充填的微破裂、有矿物薄膜的微破裂和既无矿物充填、又无矿物簿膜的微破裂等3大类.石英微破裂脉和方解石微破裂脉次生包裹体的均一温度分别为110℃～215℃和90℃～190℃,表明前者的形成要早于后者,按现代地热梯度23.4℃/km估算,两者的形成深度分别为4.7～9.2km和3.8～8.1km,9.2km大致可作为宏观上岩石圈发生脆性变形的最大深度或岩石圈由韧性变形域向脆性变形域过渡的界线.片麻岩、榴辉岩和超基性岩微破裂脉的次生包裹体均一温度显示三者由韧性变形域向脆性变形域过渡的深度是不一致的,依次为9.2km、8.5km和8.1km,反映主孔主要岩石类型的脆性变形行为存在有一定差异.根据微破裂的充填物特征和相互切割关系,大致可确定主孔中脆性破裂的形成深度和先后关系石英微破裂脉,形成最早,深度为4.7～9.2km,方解石微破裂脉的形成深度为3.8～8.1km,8.1km以上开始出现有矿物薄膜的微破裂,既无矿物充填、又无矿物簿膜的微破裂则是地壳深度3.8km以上的主要脆性变形构造类型.可见,微破裂次生包裹体的均一温度或许可作为宏观上建立CCSD主孔脆性变形构造剖面的重要依据之一.     

苏鲁超高压变质岩的构造热历史：中国大陆科学钻探工程(CCSD)主孔（MH）和先导孔（PP2）的磷灰石裂变径迹约束

本文包括中国大陆科学钻（CCSD）主孔（MH）0~5000m和先导孔（PP2）0~1000m的磷灰石裂变径迹分折结果,先导孔PP2的裂变径迹表观年龄变化范围为79.5±5.1~50.4±6.2Ma,主孔的裂变径迹表观年龄变化范围为98.6±17.0~2.9±2.0Ma,主孔在4200m以下,磷灰石样品中实际上已不存在自发裂变径迹,表明裂变径迹时钟已经“置零”。实验资料表明,裂变径迹表观年龄值随样品深度的增加而逐渐减少,直到一定深度,即达到磷灰石的裂变径迹封闭温度（~120℃）以后,年龄值为零。根据主孔0~2000m和先导孔0~1000m的裂变径迹年龄剖面,作为一级近似,计算出超高压变质岩体在90~30Ma期间,平均隆升速度为~35m/Ma。对主孔测定了9个样品的约束径迹（Confined track）长度,样品约束径迹平均长度的变化范围约为13.1~7.4μm,总的变化趋势是：约束径迹平均长度随样品深度的增加而逐渐减少。样品的约束径迹长度分布都具有双峰型特征。根据裂变径迹年龄和约束径迹长度的资料,应用计算机模拟得到了样品的时间-温度（t-T）轨迹。结果表明,岩体从早白垩世（~120Ma）快速冷却以后,在晚白垩世和始新世又经历了两次加热作用,始新世末岩体所达到的温度大约是80℃,随后岩体则一直上升和缓慢冷却到现今所处的位置。在最后~30Ma岩体的平均隆升速度为~53m/Ma。     

大陆深俯冲过程中的流体-岩石相互作用——中国大陆科学钻探主孔氧同位素剖面

中国大陆科学钻探工程主孔深5158m,位于苏鲁超高压变质带南部。该钻孔钻进了一个超高压变质岩片,其主要榴辉岩、片麻岩、超基性岩和少量石英和片岩组成。基于连续样品的详细氧同位素分析可得出下列认识：（1）各种变质矿物的氧同位素成分具有很大的变化,其中石榴石为-7．4～＋6．2‰,绿辉石为-5．2～＋6．5‰。白云母为-4．4- ＋7．1‰,斜长石为-3．1～＋7．6‰,钾长石为4．8～8．3‰,石英为-2．8- ＋9．6‰。（2）整个钻孔剖面的氧同位素成分是连续和逐渐的变化的,而且与岩石类型无关,氧同位素亏损岩石产出的最大深度为3320m。这个深度之下的岩石均具有正常变质岩的氧同位素值。（3）氧同位素明显亏损的变质岩大多出现在正、副片麻岩及其与榴辉岩的互层带。（4）榴辉岩矿物大多具有平衡的氧同位素分异,大多数高压和低压石英脉体具有与它们的围岩类似的氧同位素成分。（5）利用石英．石榴石氧同位素温度计,所获得的榴辉岩变质温度为598～909℃,片麻岩的变质温度为550～786℃。基于这些事实,并结合氧同位素亏损变质岩在地表和浅钻孔中的广泛分布,可以得出以下重要结论：（1）在苏鲁造山带,有大量的表壳岩石与巨量的寒冷气候下的大气降水发生过交换作用,这为新元古代全球冰期的存在提供了重要证据。（2）许多呈厚层产出的花岗质片麻岩具有正常变质岩的氧同位素成分,并缺少超高压变质作用证据。（3）在大陆深俯冲和折返过程中,只存在通道式的水-岩相作用和非常有限的流体活动,与高压退变质有关的流体是原地形成的。（4）新元古代Rodinia超大陆裂解环境下形成的双峰式岩浆活动为大气降水与表壳岩之间的热液蚀变提供了热源。     

中国大陆科学钻探（CCSD）主孔地区岩石圈热结构

岩石圈热结构是指地球内部热量在壳幔的配分比例、温度以及热导率和生热率等热学参数在岩石圈中的分布特征。岩石圈的热结构直接影响着岩石的物理性质和流变学性质,同时还控制了化学反应的类型和速度,从而制约着岩石圈的发展和演化。本文在前人CCSD主孔岩石主、微量元素研究基础上,利用Rybach生热率公式计算了钻孔岩石的放射性生热率,并结合岩石热导率的测定研究了CCSD主孔100-2000m岩石的热结构和主孔榴辉岩在不同退变质程度下生热率、热导率的变化:钻孔中岩石的平均生热率为0.95μWm-3,平均热导率为2.96mWm-1K-1。,其中片麻岩生热率高迭1.01-1.7μWm-3,热导率为2.76-2.96mWm-1K-1;基性超基性岩石生热率最低(<0.21μWm-3),热导率则高达3.20mWm-1K-1以上;新鲜榴辉岩生热率、热导率居中,分剐为0.16-0.44μWm-3和3.31-3.85mWm-1K-1。钻孔中榴辉岩生热率、热导率变化主要受岩性控制:从新鲜榴辉岩到完全退变榴辉岩,热导率总体上降低,但从强退变榴辉岩到完全退变榴辉岩,岩石热导率升高;而在此过程中岩石生热率总体上升高,仅当从中等退变质榴辉岩退变为强退变质榴辉岩时,岩石生热率出现降低趋势。在综合研究的基础上预测CCSD主孔5000m深度处温度为139℃,温度范围为131-151℃。根据区域深部地球物理探测成果对CCSD主孔地区岩石圈热结构进行了研究:上地壳底部温度为256℃,中地壳底部温度为492℃,Moho面温度为683℃,岩石圈底部温度为1185℃,来自地幔的热流为44.1mWm-2,对地表热流的贡献率为58%。研究结果表明,由岩石物理方法获得的CCSD主孔地区岩石圈地温曲线与石榴石-二辉橄榄岩包体推断的中国东部地温曲线十分吻合,本文从实验岩石物理学角度为CCSD主孔地区岩石圈热结构研究提供了重要约束     

中国大陆科学钻探工程主孔榴辉岩原岩研究及其成因指示

榴辉岩是造山带中最为常见的高级变质岩石,无论是自身还是其原岩均蕴含着丰富的地球动力学信息。以中国大陆科学钻探工程主孔0～2000m范围内揭露的榴辉岩为对象,按其与围岩接触关系,划分为与片麻岩类共生的榴辉岩、与超基性岩毗邻的榴辉岩以及与超基性岩共生的榴辉岩3种类型。据此对比分析了此3类榴辉岩的地球化学组成的差异,提出了这些岩石的原岩可能是由单一岩浆房岩浆经堆晶及分离结晶作用演化而来的基性—超基性杂岩体,物质来源主要为富集地幔物质的部分熔融,其构造环境应位于洋壳对大陆俯冲的消减带,但并非岛弧环境,应是弧后拉张岩浆作用的产物。     

大连金石滩现代沉积中首次发现宇宙球粒

金石滩是大连地区的国家级风景旅游地,在玫瑰园景点的现代沉积物研究中,首次发现了铁质宇宙球粒,而且含量较多,在2.4 kg(<0.5 mm)的砂样中分离出18个宇宙球粒,其大小介于158～423μm,大多数宇宙球粒的表面具有典型的融熔-分凝构造,按其表面化学成分可分为:Fe质、Si-Al-Fe质、Cr-Fe质和Ti-Fe质等4种;笔者特别对其中的Ti-Fe质宇宙颗粒的成分及矿物演变进行了研究,认为宇宙球粒快速冷凝化学分异可在磁铁矿边缘形成钛磁铁矿;对大连、西藏泽当现代沉积物中、太平洋深海现代沉积物中,以及北京十三陵元古宙沉积岩中的宇宙球粒进行了比较,结果表明它们在化学成分上虽有差别,但在颗粒大小和表面结构上是类似的。