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整合资源协同攻关 揭开我国基础地质调查发展新篇章——三维地质调查试点项目取得重要进展

2015-10-21

随着我国工业化、城镇化进程的加快,资源需求不断增长,地质环境问题日趋严重,迫切需要系统的地质数据支撑,深化对地球深部的认知。同时,信息技术的迅猛发展和大数据时代的到来,传统基础地质调查面临新的机遇与挑战。为此,中国地质调查局适时提出了我国地质调查工作将由传统转向现代、由二维转向三维、由单一转向综合这一重大战略构想。为实现这一构想,中国地质调查局科学规划,综合部署,于2012年启动了三维地质调查试点工作,揭开了实施三维地质调查重大战略的序幕。

三维地质调查是在地表地质填图的基础上,采用现代地学理论、先进的综合勘查方法和三维可视化信息技术,以解决关键地质问题为目标而开展的综合立体式的地质调查研究。三维地质调查试点计划项目由中国地质科学院地质研究所组织实施,首批试点综合考虑不同地质背景、自然地理环境和工作基础等因素,以三维地质建模为核心,遵循先地表,后地下的工作原则,在重要造山带、重要成矿区带与矿集区、重要经济区和城市群三类典型地区分层次部署了27个工作项目。分别由中国地质科学院地质所、资源所、力学所、物化探所,中国地质调查局发展研究中心、六大区地调中心和中国地质大学(武汉)、吉林大学、成都理工大学、东华理工大学以及辽宁、江苏、浙江、安徽、上海等地调院承担。在三维地质调查试点计划项目负责人、中国地质科学院地质研究所副所长卢民杰的带领下,项目组经过三年的试点,完成了各项野外工作任务,取得了一系列重要进展。

一、建立总体工作流程

通过试点和学习、借鉴国外先进经验,并结合我国地质调查工作实际,系统建立了我国三维地质调查总体工作流程,将三维地质调查科学划分为地表地质填图、深部探测和三维建模三个阶段;初步形成了我国三维地质调查方法技术体系和针对不同类型地区、不同地质问题的三维地质调查技术方法组合,编制了深部地壳结构探测、成矿带与矿集区、经济区与城市群的三维地质调查系列技术指南。这些工作为我国三维地质调查工作进一步推进提供了重要技术基础。

地表填图阶段:系统收集已有的各种地质、地球物理、地球化学等资料,研究确定拟解决的关键地质问题;开展地表地质填图,形成平面地质图和一系列的路线剖面图;结合已有的深部资料,构建初始三维地质模型。

深部探测阶段:根据拟解决的关键地质问题,选择有效技术方法,开展深部探测,获取深部数据并进行处理与解释,查明目标地质体的空间展布特征。

三维建模阶段:依据地表与深部资料,进行地质地球物理综合研究,采用先进的信息与可视化技术,修改完善三维地质模型。

二、在不同地区分层次建立了三维地质模型

在重要造山带、重要成矿带与矿集区、重要经济区和城市群等不同类型、不同地质背景和不同自然地理环境地区,分层次建立了25个不同尺度、反映不同内容的三维地质模型。其中,既有反映重要造山带深部地壳结构和总体地质构造格架的区域性(比例尺≤1:50万)三维地质模型,也有反映工作区主要成矿地质体(或主要目的层)空间展布特征及其相互关系的中比例尺(1:25万1:5万)三维地质模型,还有反映重点矿区矿体深部形态及其与地层、岩体、断层相互关系的矿区(比例尺≥1:2.5万)三维地质模型;既有为研究区域成矿地质背景与深部资源评价和找矿服务的重要成矿区带与矿集区三维地质模型,也有为经济区和城市规划建设、地下空间利用服务的,以反映第四纪地质结构与组成特征为主要目标的经济区或城市(群)三维地质模型。

通过这些三维地质模型的构建,深化了对这些地区深部地质构造的认识。通过这些模型不仅可以更直观地认识和了解主要目标地质体的深部形态、空间展布特征及其它地质体的相互关系,而且由于模型还具有任意方向切剖面图和任意标高切平面图的功能,为后续的地质调查、深部找矿和经济区建设等提供了极大的方便和重要基础信息。

三、重要成矿区带与矿集区三维地质调查

1.通过本溪-临江地区重要构造层界面三维地质建模与重磁反演研究,获得了辽吉古元古代造山带基底、内部结构及边界性质等方面的重要深部地质信息,构建了区内太古宙含铁建造和辽吉古元古代造山带深部地质结构和展布特征,认为鞍本地区南部深部存在巨大铁矿找矿潜力,褶皱及相关的拉伸剪切作用是后期铁矿富集的重要因素,为该区深部铁、硼等资源评价提供了重要基础。

2.建立了相山火山盆地和5个矿区三维地质模型。对与铀矿有关的次火山岩体深部展布特征进行了建模描述,立体展示了不同类型的次火山岩体空间关系。首次系统测定相山火山盆地不同层位熔结凝灰岩的精确年龄,厘定了相山火山盆地经历了两个亚旋回的火山-次火山岩浆活动。基本查明了相山盆地火山机构特征及火山口(或岩浆通道)位置,确定相山火山-侵入杂岩具有相同的成因来源,即主要为壳源,有少量地幔物质加入。利用39Ar-40Ar法新获得一批矿化蚀变年龄数据,对相山矿田铀铅锌矿化时序有了进一步的了解。这些工作对该区的铀矿和铅锌矿找矿评价提供了重要指导。

3.对北衙金矿碱性岩体的深部形态、金矿体与碱性岩体和断裂构造的空间关系进行了系统研究,厘定了北衙矿区岩体上拱形成穹隆状的控矿构造,为指导深部找矿提供了重要基础。

4.提出了西准噶尔克拉玛依后山蛇绿混杂岩系为楔形挤入的新认识,建立了内达尔巴特蛇绿岩套的三维理论模型,建立了基于地表地质调查剖面网络基础上的复杂造山带三维地质建模方法和流程,对深化古亚洲构造域时空演化及区域找矿远景评价提供了重要基础支撑。

5.初步建立了长江中下游成矿带中段重点矿集区三维地质模型,并对深部资源进行了成矿预测。在铜陵地区,应用综合地质、地球物理探测及二维-三维综合约束反演技术方法,初步查明了铜陵大型矿集区成矿系统三维地质结构,构建了矿集区三维地质模型,探讨了铜陵矿集区与成矿有关的地层、侵入体的三维空间分布及“层-体耦合”关系,提出了铜陵矿集区“一体两带多层成矿系统”三维成矿模式,并结合典型矿床研究和矿区三维地质建模,初步划分出9个找矿远景区,圈定了找矿靶区,为该区深部资源评价和找矿预测提供了重要基础依据。

 6.在松辽盆地外围,揭示了本区可能与油气有关的上二叠系林西组的深部展布特征,为寻找新层系油气资源提供了基础信息。

四、重要经济区和城市群三维地质调查

1.通过1:5万三维地质调查基本查清了长江三角洲地表第四系的分布发育特征,对工作区地貌——第四纪沉积分区、沉积相与沉积环境以及区域地壳稳定性等进行了综合研究,揭示了黄淮三角洲第四系地层结构特征,为进一步研究黄淮三角洲的演化史和经济区建设提供了基础信息。

2.通过武汉城市群三维地质调查,查明了区域地质背景、工程地质条件和供水远景区水文地质条件,构建三维地质模型,建立三维地质填图数据库,为国土主体功能区划、城市规划与建设等提供地质科学依据。

五、重要造山带三维地质调查

1.建立了龙门山构造带地壳电性结构模型和三维磁性结构和密度结构模型;重新划分了龙门山构造带810千米以上的地质结构;解析了与地震密切相关的深大断裂向下的延伸形式,认为断裂上盘的彭灌杂岩为一外来推覆体,龙门山前山带总体表现为一系列叠瓦冲断层,并自北向南层次变浅,推测逆冲推覆体下覆的一套中生代地层可能为有利于油气聚集区。这些成果为深刻认识龙门山构造带的地质演化动力学过程及对地表地质灾害的影响与控制和机制以及深部资源远景评价提供了重要依据。

2.利用深地震反射剖面揭示了六盘山、秦岭及岷山地区地壳精细结构,获得了青藏高原向北东扩展、华北与扬子板块汇聚等图像,为研究中央造山带与南北构造带交汇区板块汇聚的深部过程和大陆变形样式、成矿深部背景等提供了高精度的几何约束和深部证据。

六、开发了具有自主知识产权的建模软件和成果数据管理系统

对国内外三维地质建模软件进行了对比分析研究,开发了具有自主知识产权、适合我国特点的三维地质填图PRB双重建模技术方法;研制了三维地质调查成果集成及可视化原型平台,支持海量、多尺度、多维地质专题数据和三维地质模型数据的初步集成和可视化;建立了中国地质调查局三维地质调查研究中心和三通道的三维地质成果演示厅,形成了技术先进的三维地质调查研究平台。

七、初步形成了三维地质调查的研究团队

三维地质调查研究团队在三维地质调查试点项目实施过程中,1人入选国家百千万人才工程并被授予“有突出贡献中青年专家”荣誉称号,1人被评为江西省“赣鄱英才555工程”领军人才,2人被评为地调局青年英才。一支由科研单位、大专院校、地勘单位组成的产、学、研相结合,地质、地球物理、计算机信息技术多专业相融的人才队伍初步形成,为我国三维地质调查工作深入开展储备了人才和技术。

上述成果进展,不仅为实现区域找矿战略突破和支撑区域经济建设提供了丰富的基础地质数据,而且对于促进我国地质调查的技术进步,推动基础地质调查工作方式的转变,起到了重要支撑和引领作用,揭开了中国基础地质调查发展新篇章。

项目负责人简介

卢民杰,男,1955年生,研究员,现任中国地质科学院地质研究所副所长。长期从事地质矿产勘查研究与管理工作。承担和主持完成地质矿产科研和勘探项目十几项,出版专著1部,发表论文多篇。预测并发现了秘鲁胡斯塔大型铜矿。获得省部级科技成果奖励十余项。具有丰富的矿产资源调查研究工作经验。2011年以来主持了三维地质调查试点计划项目实施工作,研究建立了适合我国特点的三维地质调查总体工作流程和不同类型地区的三维地质调查方法技术体系,组织编制了不同类型三维地质调查技术要求,推动三维地质调查试点项目取得重要进展。