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探索地球深部奥秘——深部探测技术与实验研究阶段性成果简介
2012-05-23
“深部探测技术与实验研究”专项（SinoProbe）是专门为地壳探测工程做技术准备设立的培育性专项（2008-2012），是我国迄今实施的规模最大的地球深部探测科学实验计划。专项自2008年实施以来，已经完成约5000 km的深地震反射剖面，成功研究、实验了地壳与地幔深部探测的一系列技术方法，积累了丰富经验，极大地加快了我国深部探测的进度，在国内外产生了强烈的反响。专项实现了技术组合创新与重大科学发现的并举，形成了具有不同层次、不同尺度、不同精度探测空间组合的深部探测技术方法体系，建立了若干各具地质特色的探测试验基地。目前，专项实验取得了一系列重大突破与重要成果，探测技术方法与装备体系渐趋完善，为全面实施我国地壳探测工程奠定了坚实基础。
一、深部探测技术与实验集成获得突进
1．地球深部物性探测技术渐趋成熟。建立了阵列式、大陆电磁参数标准网高精度观测方法和精细、规范化的数据处理及反演技术。大陆电磁参数标准网完成了全国4º×4º控制格架及华北实验区1º×1º观测网，建立了阵列式、大陆电磁参数标准网高精度观测方法和精细、规范化的数据处理及反演技术，发展了区域重磁异常精细处理、异常多尺度分离、构造信息提取与增强和三维物性成像反演技术；用于透明地壳研究的低纬度化极或变纬度化极、基于优化滤波的位场分离、位场三维相关成像和三维反演技术均取得了重要的实用化进展；建立了卫星重力、磁力资料的解算、编辑和校验技术；系统开展了中亚–东亚重、磁数据收集、整理与处理。
2．地球精细结构探测技术集成实验全面进步。专项初步建立起适应我国大陆地质背景和条件的深部探测技术体系，如共震源深地震反射和宽角反射与折射地震同时接收的联合采集探测技术，青藏高原巨厚地壳深地震反射探测技术，花岗岩与变质岩地带被动源地震与大地电磁组合探测技术等。实验获得了青藏高原腹地巨厚地壳的莫霍面；在华北北缘多重地震联合探测实验获得高分辨、高精度的单分量深地震反射、三分量宽角反射与折射数据，为揭示古亚洲洋的构造演化和深部资源勘查提供了可靠深部资料。发展了无射线层析成像静校正、起伏地表叠前时间偏移、长排列剖面无拉伸动校正、分频去噪等数据处理特殊技术。
3．大型矿集区三维“透明化”技术日臻完善。使用以反射地震为主导的现代地球物理探测技术，在长江中下游成矿带庐江–枞阳铁、铜矿集区部署立体探测实验，突破了一些关键技术，形成了矿集区立体探测的技术体系，初步实现矿集区深度
4．地下物质成分探测技术新发展。首次按照国际标准建立了一个覆盖全国的地球化学基准网。在国际上首次建立了一套81个指标（含78种元素）的地壳全元素精确分析系统。穿透性地球化学探测深度延伸至
5．大陆科学钻探直接获取地球深部物质样品，同时获得地下岩石和流体各种物理、化学和生物参数，发现了一系列深部地幔物质，并得到了高温高压实验岩石学的证实，取得了巨大成功。科学超深井钻探技术方案不断完善，制定了科学超深井钻探技术总体方案，在钻杆柱使用、事故预防与处理、深孔取心钻进驱动、碎岩方法与工具、抗高温高压泥浆配方试验与优选、套管与高温固井、钻进自动化控制、数据采集传输与处理等方面，均进行了经济性与可行性研究分析，为开展了科学超深井钻探奠定了基础。
6．地壳活动性和地应力测量技术日益完善。初步完成新型压磁应力解除测量系统和应力应变监测系统的研制；成功研制了新型压磁应力监测四分量探头和压磁应力解除三分量探头；取得了高质量深井地应力测试数据；建立了部分地应力监测台站，实现了监测数据的无线远程传输。
7．地球三维结构和动力学模拟技术能力提升。专项建立了深部探测数值模拟平台，实现了在并行计算平台上亚洲岩石圈数百万有限单元的数值模拟，这不仅是我国规模最大、也是世界上少有的岩石圈动力学模拟平台，从而为建立超级地球模拟器搭建了初步框架。
8．深部探测关键仪器装备的自主研制与实验取得重要进展，万米科学钻机、无人机航磁系统、无缆自定位地震仪、综合地球物理探测平台等在核心部件研发、工艺加工、特殊材料应用以及辅助软件系统研发等方面获得重大进展。
二、深部探测重大发现和重要成果
1．青藏高原深部结构研究获重大发现，为建立高原隆升动力学机制提供了新的可靠证据：首次获得藏南深地震反射剖面，获得青藏高原腹地巨厚地壳下地壳和莫霍面深地震强反射，揭示了岩石圈变形与高原隆升动力学过程，对国际流行的“下地壳隧道流”模式提出了挑战。
2．华北深地震反射剖面揭露板块汇聚、大陆地壳增生的深部过程。华北深地震反射剖面成功地获得地壳和上地幔顶部的精细结构。深化了华北岩石圈导电性三维结构研究，发现古老的鄂尔多斯岩石圈具有异常的导电性结构，这为研究鄂尔多斯北部天然气田成因以及华北克拉通演化机理提供了重要依据。
3．获得东北岩石圈地幔的深地震强反射。东北松辽盆地－虎林盆地反射地震剖面，采用了深井、高能量激发和超长记录（达50秒）技术，在获得地壳和Moho界面清晰反射的同时，连续获得了上地幔的强反射，最深达到39秒记录深度，估计深约
4．华南复杂地区（松潘－龙门山－四川盆地）深地震反射剖面实验取得成功。专项克服艰苦的施工环境，横过龙门山，完成了华南复杂地区松潘－龙门山－四川盆地深地震反射实验剖面。试验研究了复杂地形环境地震深反射与折射地震联合施工、数据获取及数据处理相关技术，为揭示复杂地貌单元下地壳和地幔的精细结构与深部构造提供了精细资料。剖面揭示了龙门山山前断裂可能为切割深度很大的岩石圈尺度走滑断裂，为建立龙门山地震活动模型提供了新的关键约束。
5．揭示了大型矿集区三维精细结构和成矿动力学过程，为我国东部开辟第二找矿空间、实现地质找矿突破提供了有效技术支撑。在庐枞等极为复杂的火山岩盆地矿集区，探测到铁、铜导矿构造和赋矿构造框架，基本实现了矿集区三维透明化。在南岭成矿带于都－赣县矿集区开展地球物理综合探测，获得矿集区三维结构，揭示了地壳岩浆系统结构，发现一批重磁电异常。我国目前最深的
6．首次发现我国楚雄－兰坪盆地白垩纪／古新纪（K/T）界面铱异常，可能提供小行星撞击造成恐龙灭绝的证据。云南禄丰龙产地楚雄－兰坪盆地白垩纪／古新纪（K/T）界面发现铂族元素高含量异常，所采集的凝灰质灰岩、凝灰质泥岩样品铂族元素含量是上、下地层的3～20倍，铱含量是上、下地层的10～20倍。这一发现可能提供小行星撞击地球、造成恐龙灭绝的重要证据，是过去重大地质事件的重要地球化学响应。K/T界面铱异常的发现，是岩石基准值建立的重要应用成果。
7．雅鲁藏布江缝合带发现含特殊深地幔矿物的超基性岩群，预示了铬铁矿找矿的良好前景。大陆科学钻探在西藏罗布莎直接获取地球深部物质样品，发现了一系列深部地幔物质。沿着雅鲁藏布江板块缝合带，相继在罗布莎蛇绿岩型铬铁矿中发现金刚石等深地幔矿物，在普兰、东波、当穷、日喀则、泽当、缅甸密支那（170 Ma）等地又发现含金刚石等特殊矿物的超基性岩体群，在普兰岩体中发现块状铬铁矿石，为在雅鲁藏布江西段寻找大型、特大型铬铁矿提供科学依据。同时，提出了金刚石成因分类的第三种类型：蛇绿岩型金刚石。罗布莎地区包裹在块状铬铁矿内的氧化氮和金属含有指示极高温高压和极低fO2形成环境的信息，形成深度至少超过
8．地应力测量与监测、地质灾害预测预警水平得到显著提高。确定了青藏高原东南缘相关测点处最大水平主应力的作用方向，给出了该地区现今构造应力场的基本图像，反映了现今地应力作用强度沿龙门山断裂呈现出分段和分区的基本特征，是迄今为止该地区较为系统的地应力测量成果，对于地球动力学基础研究和地质灾害的预测预警具有重要的意义和作用。建立了北京地区平谷地应力监测台站，成功记录到2011年日本特大地震（里氏9.0级）前后地应力的连续变化曲线及水位变化信息，获得了重要科学发现，为深入开展地震预测预警研究提供了宝贵的基础资料，为地应力综合监测方法的广泛应用指示出良好前景。
9．中国大陆地壳演化研究取得显著进展。在华北地块东北缘甄别出蛇绿混杂岩。在华南中生代构造应力场演化研究取得重要进展。深入研究了侏罗纪－白垩纪之交的东亚多向汇聚及其资源环境效应。
后记
深部探测专项取得的重大进展，是大科学计划“顶层设计、高端综合”集成路线的成功，也是专项千名科研人员兢兢业业、刻苦努力、不断进取的结果。深部科学探测呼应经济和社会发展需求，紧密地与矿产资源勘查、自然灾害预警相结合，综合了地球物理、地球化学、地质学等多学科，融合了深部结构探测、物质组分探测、地球活动性探测、大陆科学钻探和地球动力学模拟等多种技术方法，同时启动我国自主研发探测仪器和装置，对全面推动地球科学各学科共同发展至关重要。
专家简介
董树文，博士，研究员，博士生导师，构造地质和地质力学专业。现任中国地质科学院副院长，《地球学报》主编，深部探测技术与实验研究专项首席科学家。兼任：国际地学计划（IGCP）科学执行局委员，深部学科组组长；中国IGCP国家委员会秘书长；中国岩石圈国家委员会副秘书长；国土资源部专家委员会委员，中国地质科学院科学技术委员会副主任、学位委员会副主任；北京市学位委员会委员、国家科技奖评审委员会委员；《地球科学》主编，《地质力学》副主编。长期从事构造地质、地质力学和深部地质研究。主持国家、省部级项目多项，中美、中德、中俄和中亚五国地学合作项目，发表论文130余篇，其中SCI期刊论文38篇，专著4部。
李廷栋，中国科学院院士，深部探测技术与实验研究专项专家委员会主任。长期从事区域地质调查研究和综合地质编图，50余年来，主持编制地质图件8件，发表论文、专著150余篇（部）。曾获国家自然科学一等奖1项；地质矿产科技成果一等奖1项；国土资源科学技术奖二等奖1项；国家科技进步二等奖、国家海洋科技成果特等奖、国家优秀科技图书奖等。1984年被授予国家有突出贡献中青年科技专家，1999年获李四光地质科学奖荣誉奖。李廷栋积极参与有关科技活动和社会活动，参与制定了我国“八五”南极科研计划，主持制定了《中长期科学技术发展纲要（地矿部分）》；多次参加国家有关科技项目、国家自然科学基金项目以及部、省级科研项目立项论证和成果验收；通过全国政协的参政议政，就资源、环境及其他问题提出多项议案或建议；总结了我国地质科技成就和经验，就“加强地质立典”研究、发展地质科学理论、地质科技体制改革等，提出了多项意见和建议，为我国地质科技事业发展作出了积极贡献。
