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首部1:250万“北-中-东亚及邻区地质图系”简介——取得13项创新性重要成果

2013-06-24

由中国地质科学院负责、中国地质科学院地质研究所参加编制的1:250万“北--东亚及邻区地质图系”,是中国地质调查局批准的国际合作项目“东中亚深部地质结构与成矿作用研究”完成的最终成果。项目编号:1212011120181。项目负责人:董树文(2006年以来,20022005年为张彦英)、李廷栋。项目起止时间20022012年。20017月以中国地质科学院张彦英院长为团长的中国地质科学院科学技术代表团访问俄罗斯全俄地质研究所期间,提出了合作编制1:250万“亚洲中部及邻区地质图系”的建议方案,得到俄方的积极响应,当即签订了合作协议,并共同邀请蒙古、哈萨克斯坦等邻国参加合作。

一、项目概况

200210月,在北京召开了中、俄、蒙、哈编图项目第一次工作会议(韩国从2003年第二次工作会议开始参加合作工作)。会议“协议书”决定:

1.以编制1:250万“亚洲中部及邻区地质图系”为主要手段,开展编图区内的基础地质及成矿规律综合研究,通过编制1:250万地理图、地质图、大地构造图、能源矿产(石油、天然气、煤)成矿规律图和非能源矿产(固体矿产)成矿规律图(共五种图,简称“图系”)进行地质、地球物理、地球化学等全面系统的综合集成研究,揭示编图区内的深部地质结构特征及其成矿响应。

2.五种图的编图工作分工:由中国负责编制五国统一使用的地理图,并提供地质图与能源矿产成矿规律图的统一编图方案,俄罗斯提供大地构造图与非能源矿产(固体矿产)成矿规律图的统一编图方案。各参加国按四种专业图编图方案的统一要求分别完成本国(或本地区,如,中亚五国、朝鲜半岛)的初稿图后分别提交给中、俄两国,由中国负责地质图、能源矿产成矿图的汇总、统一编制和出版印刷;俄罗斯负责大地构造图、非能源矿产(固体矿产)成矿图的汇总统一编制和印刷出版。

3.建立了合作项目的组织领导机构:合作项目协调委员会、合作项目编辑委员会。中国参加协调委员会的成员有:董树文(中国地质科学院副院长,20022005年还有院长张彦英)、李廷栋(中国科学院院士)。参加编辑委员会的成员有:李廷栋、董树文、耿树方、陈廷愚。会议确定五国轮做主席国,每年由轮值主席国召开12次工作会议,检查并交流一年来的工作进展和阶段性成果,统一安排下一年度的工作计划和“工作时间表”。

4.明确了合作项目的合作模式,即:“协调计划、分工实施、资金共助、资料共用、成果共享”。

第一次工作会议“协议”中的上述各项重要决定,为顺利开展合作工作奠定了良好基础。

十年(20022012)五国合作编图分为两个阶段:第一阶段20022007年,第二阶段20082012年。第一阶段的五种图(1:250万地理图、地质图、大地构造图、能源矿产成矿规律图和非能源矿产成矿规律图)编图范围是亚洲中部,编图面积约2500km2。(图15

第二阶段是把第一阶段的编图范围向南、北扩大。向南扩展到海南岛之南,向北到达北冰洋岸边,形成完整的1:250万“北--东亚及邻区地质图系”,总编图面积(包括第一阶段的)共约3300km2(见图1的上下斜线区)。

根据201211月在北京召开的五国合作项目第十次工作会议协议的决定,五国将继续进行合作研究到2020年。其中20132015年共同开展“西太平洋大陆边缘深部过程与成矿作用研究”。

二、通过综合集成研究和五种图的编制工作,取得了13项创新性的重要成果

1.项目编制的1:250万“北--东亚及邻区地质图系”是世界编图史中的一项开创性工作。迄今为止,全球各大洲的编图比例尺均为1:500万,而且没有由同一种比例尺组成的多种图的“图系”。本项目的编图面积约3300km2(除亚洲外,比任何大洲的面积都大),且由五种同比例尺的图件构成了“一套图系”,实为当今世界编图史中的首创。因此成果评审委员会7位评委(其中3位院士)一致给予了97高分的“优”级评语,达到了世界先进、乃至领先水平。评审委员会主任委员翟裕生院士说:这个项目“十年磨一剑,磨出了一把闪亮的精品剑”。

2.通过编制四种专业图,对亚洲约3300km2编图区首次进行了地层与岩浆岩时代和岩性特点统一划分对比,统一划分了构造单元,统一进行了能源矿产与非能源矿产(固体矿产)成矿特征的对比及统一的成矿单元分区等,为今后各国开展编图区内的地质、矿产研究工作搭建了统一的平台。

3.编制了当今世界首张1:250万洲际性的(3300km2)“北--东亚及邻区地理图”(6)。哈萨克斯坦编图项目组对中国提供的这张地理(底)图评价说:中国编的地理图比我国自己编的还详细、好用!

4.不仅编制了世界首张洲际性的1:250万“北--东亚及邻区地质图”(图7)而且通过编图解决了长期以来任何一个国家都无法解决的跨越国界的四个重要的基础地质、矿产问题:

1)中元古界底界的地质年代问题。几十年来,我国中元古界长城系底界年代为18亿年(1800Ma),而国际地层表采用的是俄罗斯中元古界里菲系底界的年代16亿年(1600Ma)。为了解决这个“世界性难题”,项目组进行了五国联合野外考察——对中国典型剖面“点”长江三峡和天津蓟县、俄罗斯典型剖面“点”南乌拉尔进行了实地调查(照片123456)。

考察结果确认,长城系与里菲系“共同的”底界年龄值应为17亿年左右(1700Ma±),从而为国际地层委员会前寒武纪地层分会修正中元古界底界年代提供了重要依据,为完善世界地层表做出了贡献!

2)中国大兴安岭地区的构造归属问题。自从上世纪70年代板块构造学说引入中国以来,我国地质学家普遍认为大兴安岭火山岩带是太平洋板块向东亚大陆(包括中国东部)俯冲的结果,属于太平洋板块构造带的组成部分。但是五国编图项目组的“中国组”认为:大兴安岭地区侏罗-白垩纪火山岩和侵入岩及其相应的成矿作用,都能与蒙古国东部对比。为了解决这个疑难,中、蒙、俄等国共同进行了蒙古野外考察(照片78)。

经过野外考察和共同研究确认,大兴安岭火山岩带是蒙古-鄂霍次克中生代裂谷带的一部分,是蒙古国东部侏罗-白垩纪(J3-K1)向东部的自然延伸,而不属于“太平洋板块构造带”的范畴(图8),从而明确和确认了大兴安岭地区具有与蒙古国东部一样的重要成矿远景。

3)中国大别-苏鲁构造带与朝鲜半岛中部京畿地块的关系问题。长期以来中国地质学家对二者的关系有两种完全不同的见解:一种认为京畿地块属于中朝陆块(华北陆块)的一部分,另一种认为京畿地块是扬子陆块的一部分。为了解决这个重要问题,五国项目组联合进行了韩国野外考察(照片91011)。

经过共同考察和对比研究确认,京畿地块既不属于中朝陆块,也不属于扬子陆块,而是大别-苏鲁造山带向东部(朝鲜半岛)的自然延伸,从而使朝鲜半岛的北、中、南部与中国东部的北(华北陆块)、中(大别-苏鲁造山带)、南部(扬子陆块)能够完全对比(图9)。

4)中国南天山与中亚地区的天山如何衔接的问题。我国境内的天山明确分为北、中、南天山,而中亚地区对天山一般只说北、南天山(实际上也存在中天山),为了解决确切地对比问题,中、哈、俄等国共同进行了哈萨克斯坦野外考察(照片1213)。

经过共同考察和对比研究确认,中国南天山经过吉尔吉斯坦-乌兹别克斯坦-哈萨克斯坦与南乌拉尔构造-成矿带相连接,由此明确了我国南天山地质及成矿特征可与中亚吉尔吉斯等国对比,而与北、中天山有明显差别(图10)。

5.编制了世界首张1:250万“北--东亚及邻区能源矿产(石油、天然气、煤)成矿规律图”(图11)。

通过编图创新了一整套能源成矿图的编图理论、原则和方法。

1)以热力-动力学理论作为能源成藏的理论。以往普遍认为:能源资源是以盆地为基础的外生沉积化石矿产,与热力学、动力学没有什么联系。而本图主编则认为:含烃岩系的规模(分布范围的大小、烃类岩系厚度等等)受动力作用的性质和特点控制;烃类的成熟程度受热力作用控制;烃类运移成藏又受动力作用的特点控制。因此热力-动力作用从烃类岩系沉积到油-气田形成以及规模大、小,始终与热力-动力作用密切相关。

2)首次把煤与石油、天然气合在一起、表示在同一张图上。以往世界各国(包括我国)的编图都是分别编制石油-天然气图、煤田图,而本图是把二者合在一起。因为煤和含煤地层是天然气的重要气源,煤层气、煤成气都表明了天然气与煤之间有不可分割的内在联系。

3)把盆地和造山带的相互关系同时表示在图上。以往编制的油-气资源图都是在地理图上只表示盆地的分布和盆地内的油-气田,而本图则是将盆地与造山带都表示在图上,并根据编图区的地质历史发展演化特征划分出了7个地史发展阶段,对每一地史阶段都表示出了盆-山耦合构造特征,从而在图上清晰展现出了能源矿产的时空展布规律,成为首张能源矿产成矿规律图(成矿图),而不是以往传统的能源资源分布图。

4)把隐伏的岩浆岩和沉积岩系中的放射性元素(主要是铀)作为沉积盆地中的“热异常源”。凡是有“热异常源”的盆地,都有利于形成重要的油-气田。这是本项目根据“热力-动力学成油—气”原理总结出的一条重要规律。

5)首次对北--东亚及邻区3300km2范围内的油-气和煤进行了全面的成矿区、带的划分。在划分出13个一级成矿域的基础上又详细划分出二级(成矿省)、三级(成矿盆地)、四级(成矿区、带)和五级(油-气田、煤田)成矿单元(图12)。

6.首次编制了1:250万北--东亚及邻区大地构造图和非能源矿产(固体矿产)成矿规律图(这两张图由俄罗斯汇总和统一编制以及印刷出版),系统划分了编图区的构造单元分区和成矿单元分区(图1314)。

7.根据五国合作模式中确定的“资料共用、成果共享”原则,通过合作编制能源矿产和非能源矿产两张成矿规律图,我国首次获得了境外矿产资料,包括石油-天然气田资料810个,煤田资料618个,非能源矿产(固体矿产)70多个矿种的矿床资料共4260多个。这些极宝贵的矿产资料为我国实施“走出去”战略提供了极重要的资源信息,特别是对资源丰富的近邻蒙古国和中亚五国以及俄罗斯的远东地区,初步掌握了其基础地质和矿产地质基本特征。

8.揭示出沿中蒙国界线的我国一侧是一条巨大的成矿带。由于掌握了中俄边境和全蒙古成矿特征,发现了蒙古的重要成矿带都延伸到了我国境内,加之我国从阿尔泰、东准噶尔沿中蒙国界线直至大兴安岭,不断发现了晚古生代和中生代(以侏罗-白垩纪为主)有色金属和贵重金属重要的大、中型矿床,由此首次提出了这是一条中国北方重要的巨型成矿带(图15),可以与西藏巨型成矿带相媲美,而且比西藏具有交通方便等有利条件,为此建议国家尽快实施“整装勘查”计划。如果对这一巨型成矿带进行整装勘查时,可以实现“南有青藏,北有兴蒙,两条 “巨龙”,并架飞腾,解除“瓶颈”,富民国兴”的战略目标。

9.揭示出中国东部及邻区汇聚巨厚软流圈物质的原因。从侏罗纪以来由于全球各大洋底先后形成大洋中脊向两侧扩张,致使各大洋的动力系统从4个不同方向(东、西、南、北)分别向中国大陆挤压(图16),并且西部受力比东部大,从而导致了中国西部的软流圈物质向东部汇聚。太平洋板块的作用力只是4个不同方向的作用力之一(由东向西挤压)。

10.首次对亚洲大陆的动力系统进行了分区。由于中生代以来中国及邻区经受着来自4个不同方向动力系统的影响,致使在构造特征分析、矿床成因和成矿特征、成矿远景等等研究中经常遇到地球动力系统问题的难题。为了揭示中国各地区“主体动力”来源和特征,首次提出并具体划分出了“主力动力”分区图(图17)。从此图中可以清楚看到各地区所受的“主体动力”的制约和其他动力系统叠加作用的影响,从而成为研究地质构造特征、矿床成因和成矿规律等多方面的“多功能钥匙”。

11.揭示出并阐明了太平洋板块的俯冲作用对中国东部作用力的“强度”可以分为南、北两段。在北纬42°以南的广大地区,受太平洋板块作用力微弱,只是对阻挡软流圈物质向东部洋区流动起了阻隔作用(图18),称其为“远程力效应”。因此中国东部的地震(如唐山、邢台、海城地震等)不是太平洋板块俯冲作用力的影响,而是华北-松辽裂谷系深部巨厚的软流圈物质中的过饱合热能沿活动断层上升时转换成为强大动能造成的结果。

在北纬42°以北、布列亚-佳木斯地块以东的区域内,从吉林省珲春开始向北至白令海峡的东北亚大陆边缘,太平洋板块俯冲作用力强度不断增大,从而形成了那丹哈达拼合(俯冲)带、俄罗斯远东拼合带等等(图19)。因此需要改变“太平洋板块俯冲控制了中国东部构造-成矿作用和地震”的传统认识和旧的观念。

12.依据中国东部软流圈物质上涌打造的多项地质与成矿特征,首次提出了“大陆热力-动力学地质与成矿”的新理论观点。运用这一新的理论点能够全面解释和阐明中国东部的地质作用、成矿作用、地震成因等等各种地质事件。同时,巨厚的软流圈物质强烈上涌为东部地区的成矿作用创造了十分有利的条件:(1)东部中新生代“内生”矿产几乎都与软流圈物质上涌的岩浆活动有成因联系;(2)深部的热异常促进了烃岩系中的烃类成熟并向油-气演化,有利于形成重要的油-气田;(3)广泛分布的高温地热异常,形成了东部地区丰富的地热资源(图20)。从而为我国发展低碳清洁能源、实施“页岩气与地热开发并举”的战略方针,创造了良好条件。

13.创造了一套国际合作的新模式,即:“协调计划、分工实施、资金共助、资料共用、成果共享”(简称“平等、共助、共享”)。这套新模式不仅为五国十年合作奠定了稳固的基础,而且大大提高了我国在合作四国中的威望,增强了参加国之间的深厚友谊。因此201211月在北京召开的五国合作项目第十次工作会议上,各国一致要求继续合作,又签订了20132020年合作协议。  

作者简介

耿树方:男,1934年生,河北省易县人,中共党员,1958年从原长春地质学院(现吉林大学地球科学学院)本科毕业,被分配到原地质部地质研究所(现中国地质科学院地质研究所),从事区域地质、区域矿产综合研究和地质、矿产编图工作至今。五十五年来,参加编制了国内外各种地质、矿产图件30多种,其中由本作者主编(或常务副主编)的图件先后获得了不同奖励,即有:1978年全国科学大会奖、1980年(原)地质部“地质找矿重大贡献嘉奖令”、1982年国家自然科学一等奖、1995年地质矿产科技成果三等奖、20032011年分别获国土资源科技成果二等奖。被称为“中国编图第一人”(2009年双院士常某对薛研究员说)。在五十多年编制各种图件的综合研究中,编著有关著作6部、发表论文40多篇。1992年被批准为享受政府特殊津贴。

20017月由耿树方提出了中、俄合作编图方案。200210月五国编图项目在北京召开了合作项目第一次工作会议后,耿树方开始担任五国项目中方编图项目办公室主任至今,负责整个项目的全部管理工作(包括编写每年的项目设计书、半年和年度总结报告、年度工作会议安排、组织会议报告文章、布置和协调各图种的编图要求与工作安排等等)。同时负责五国编图中的地质图汇总、统一(主编)和能源矿产(石油、天然气、煤)成矿规律图的汇总统一(主编,见上述图2、图3、图7、图11、图12)。在2张图(地质图、能源图)的综合研究和统一汇总进程中,不断地有所新发现和新认识。首先向项目组负责人和项目组成员提出这些新发现新认识、并得到认可后,构成了本项目开创性(创新性)成果的一部分。上述13项开创(创新)性成果中的42)大兴安岭构造归属和43)大别-苏鲁-京畿地块对比、5编制能源成矿图的五项理论创新和编图原则、8中国北方巨型成矿带、9中国东部巨厚软流圈物质的成因、10中国及邻区地球动力学分区,11太平洋板块俯冲作用力对中国东部影响强度的南、北分区、12中国东部巨厚软流圈物质打造的东部丰富的固体矿产、能源矿产和地热资源,以及中国东部地震的成因等等新理论、新认识,均由耿树方首先提出,并编制了各项相应的创新图件(见上述各项创新内容介绍中的相关附图:图89151617181920)。

20022012年五国合作编图的十年中,由轮值主席国每年召开一次工作会议。耿树方在每次工作会议上都作学术报告,同时参加野外考察。