博文
科学钻探 实干护航
|
记者 唐琳
纵观“深部探测技术与实验研究”专项（SinoProbe）的9个项目，有一个项目显得格外与众不同，它就是“大陆科学钻探选址与钻探实验”（SinoProbe-05）。而这份不同，来自于它的实干。
“从地球物理数据获得的认识往往有很多争议，需要验证，而钻探是最好的验证手段。”SinoProbe-05项目负责人之一、中国地质科学院地质研究所研究员杨经绥一语中的。
用科学钻探验证理论和研究地下深部的地质现象，是SinoProbe-05项目的核心。然而，想要真正迈出实干扎实的一步，却要花费研究人员更多的心血。
实施一项成功的科学钻探，首先面临的是开展选址。
一个好的选址，首先要明确科学目标，然后要开展前期的地质工作，包括开展地球物理多种方法的测试，并在此基础上，确定最佳钻孔位置和最有效的钻探施工方案。
这个过程需要很大的前期投入，有时甚至需要花费一两年时间才能最终选定钻探地点。而钻探从开始施工到达到预期深度和科学目标，更是需要少则数月、多则数年的艰苦施工。
地面上的钻探技术人员，要凭经验驾驭千米之下钻头的钻进工作，其难度可想而知。当遇到复杂的地质条件，钻探还有可能失败，甚至无法达到预期深度和目的。
随着钻探进展和岩心的取得，研究工作也随之展开。但这时，距离项目结束和验收的时间已经屈指可数。谈及这些情况，身经百战的杨经绥也有些无奈。
正因如此，与其他专项相比，SinoProbe-05项目不仅准备时间漫长，且钻探结果也存在一定风险。可也正是因为SinoProbe-05项目的实施，项目组科学家和工程人员不畏艰难奋战在钻探一线，才使得其他项目组在西藏罗布莎、甘肃金川、云南腾冲、安徽庐枞、安徽铜陵、山东莱阳、西藏阿里等地的科学研究有了起步的可能。
以杨经绥、中科院院士许志琴为项目负责人的SinoProbe-05项目组，围绕中国大陆动力学基础地质研究重大关键问题，实施6~7口先导孔的科学钻探，用扎扎实实的工作，为整个SinoProbe专项的开展保驾护航。
金川铜镍硫化物矿集区科学钻探选址预研究
由中国工程院院士汤中立带队的课题组，通过对金川铜镍硫化物矿床与世界同类岩浆矿床对比研究，发现金川矿床拥有世界上最大的镍矿体，提出了国内外所有具有经济意义的Ni-Cu矿床都寄生于小岩体中并自成一个成矿系统的观点。
通过对金川超大型铜镍硫化物矿床岩浆质量平衡与成矿过程的研究，首次提出：金川与其附近的茅草泉岩体为同源岩浆演化而成，茅草泉小岩体群为金川矿床的形成贡献了亲铁元素与橄榄石成分。
通过对金川超大型铜镍硫化物矿床铂族元素分布规律及矿床成因的研究，发现矿床中从西到东铂族元素含量逐渐降低；提出富铜矿石是单硫化物固溶体结晶后的残余硫化物形成的；提出矿床形成的R值在300~1000之间，从而确定了岩浆通道侵位过程。
西藏罗布莎铬铁矿区科学钻探选址预研究
以杨经绥为课题负责人的课题组，在完成罗布莎等三个超镁铁岩体的地球物理探测工作基础上，开展了罗布莎超镁铁岩体的钻探施工。
课题组在罗布莎矿区完成了两个钻孔的科学钻探，首次穿透了罗布莎蛇绿岩体，证明其为构造岩片，显示一个倒转的蛇绿岩层序。通过对岩石学和矿物学的研究，在罗布莎和普兰岩体中识别出两类纯橄岩，认为两者记录了地幔橄榄岩经历从大洋中脊到俯冲带构造背景的变化过程。
课题组还识别出两种成因豆荚状铬铁矿，找出铬铁矿早期深部地幔部分熔融成因以及浅部俯冲带环境熔体和岩石反应成因的证据。在东波和普兰的蛇绿岩中识别出洋岛玄武岩等基性岩，认为该蛇绿岩可能为地幔柱成因。
此外，课题组还在全球5个造山带蛇绿岩中发现金刚石等深部矿物。在西藏和乌拉尔的金刚石中发现许多含锰的特殊矿物包裹体和极低的C同位素比值，这完全不同于金伯利岩和超高压变质带类型的金刚石，因此课题组认为其是一种新的金刚石产出类型，并将其命名为“蛇绿岩型金刚石”。
腾冲火山—地热—构造带科学钻探选址预研究
由中国科学院院士刘嘉麟、中国地质科学院地质研究所研究员戚学祥牵头的课题组通过研究，在岩浆岩方面，初步构建了腾冲地区岩浆活动的年代学格架，探讨了新生代火山的活动规模和构造背景。
在构造地质学方面，确定了腾冲地块的构造轮廓与边界，提出新生代火山活动和地热活动主要分布于不同方向断裂带交汇处。
在地热学领域，开展了腾冲地下热水补给机制的初步研究，探讨了腾冲火山—地热区的源区与成因。
在地球物理方面，开展了可控源音频大地电磁探测。结果显示，距地表500~800米形成一条东西向低阻带，初步解释可能是地热，其下部的高阻体可能与火成岩体有关系，并开展了地震反射剖面研究。
基于上述对岩浆岩、地热、构造地质与地球物理研究的认识，课题组最终将钻孔位置确定在北线附近的腾冲县马站乡腾冲火山地热国家物质公园内。
山东莱阳盆地南/北板块边界科学钻探选址预研究
中国地质科学院地质研究所研究员张泽明、吴元宝带领课题组按设计开展了区域地质调查和综合研究工作，完成或超额完成了设计的工作量和设计书规定的工作任务，取得了预期的研究成果。
课题组野外地质调查600天，采集样品500块，制作各类岩石薄片500余片，获得全岩地球化学分析300件、无污染碎样500件、分选矿物200件等。
最终取得了一系列成果：查明莱阳盆地物质源区；提出胶北基底具有华北板块亲缘性；确定了大陆俯冲带的流体活动时限；提出大陆深俯冲过程中的部分熔融与岩浆作用持续时间为30~50 Ma；确定了高压、超高压蓝晶石石英岩成因及大陆深俯冲过程中的变质交代作用；确定了大陆俯冲带的壳—幔相互作用。最后，得出胶东地区是大陆超深钻最佳选区的结论。
东部矿集区科学钻探选址预研究
中国地质科学院地质研究所研究员吴才来、薛怀民出任课题负责人，分别在铜陵和庐枞两个矿集区开展科学钻选址预研究，以两个矿集区侵入岩、火山岩及相关的矿床研究为切入点，较系统地收集了庐枞盆地内已有的钻孔资料。
课题组在铜陵矿集区开展中酸性侵入岩研究，确定了矿集区岩浆的活动次序；明确侵入岩系列划分及其成因；并发现石炭纪岩浆活动的证据。最终，确定舒家店地区为实施3000米科学钻的最佳地点。
在庐枞矿集区，课题组对庐枞盆地所处的长江中下游地区晚中生代发育的一系列火山岩盆地进行了对比研究，将它们分为橄榄玄粗岩系列火山岩盆地和高钾钙碱性系列火山岩盆地，修编了庐枞盆地的火山岩相—构造图，系统测定了盆地内火山岩、潜火山岩以及浅成侵入岩的形成年龄，并根据钻孔的目标任务，依据火山地质、地表蚀变矿化、地球物理等综合论证了预导孔孔位。
科学超深井钻探技术方案预研究
由中国地质科学院勘探技术研究所研究员张金昌担任课题负责人，课题组完成了一整套13000米以深科学超深井钻探技术方案总报告，及需要深入开展研究的主要关键技术问题分报告。
课题组开发了一套专用的科学钻探钻井设计软件，研发出一套适用于复杂地形及各种破碎坚硬底层、钻深能力30~50米的地震探测爆破孔快速钻进及成孔成套设备和工艺技术。
大陆科学钻探选址与钻探实验综合研究
许志琴带领课题组在甘肃金川、西藏罗布莎、云南腾冲、山东莱阳、西藏泽当等地区先后完成了一系列地球物理探测工作和科学钻探工作。
在地球物理探测方面，完成了全部野外实际工作量，在西藏东坡岩体、泽当岩体、莱阳盆地均超过原计划增加了大地电磁法和重磁法的探测。
在科学钻探方面，通过钻探技术方案设计、施工组织与随钻研究课题的实施，使罗布莎、金川、庐枞、铜陵和腾冲等科学预导孔的施工能按项目进度计划得到高效推进和有序运行。
同时，随钻研究取得重要成果，如研发深孔岩心钻探智能检测和监控设备、配套深钻的高性能拧管系统和智能取心提升装置，并申报多项专利，完成了多轮次的试验和测试。■
《科学新闻》 (科学新闻2014年10月刊 硕果)
https://blog.sciencenet.cn/blog-85876-845632.html
上一篇：“把脉”地壳 造福人类
下一篇：化学地球：解读地球的全新窗口
扫一扫，分享此博文
全部作者的精选博文
- • 干细胞技术卡在最后一公里
- • 大麻的科研诱惑
- • 高考志愿填报之我见
- • 全球维度下的交叉学科
- • 交叉学科之困
- • 王鼎盛：资助越多，国内发文越少