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中国大陆科学钻探(CCSD)工程是利用现代深部钻探技术,在具有全球地学意义的中朝和扬子板块之间于中生代碰撞形成的大别-苏鲁超高压变质岩(UHPM)带的东段实施中国第一口5000m科学深钻。中国大陆科学钻探对我国地球科学的研究具有十分重要的意义,其对解决中国大陆的许多关键性科学问题起着重要的作用。地球物理测井是其重要组成部分。测井可提供的井温、压力等参数和磁场、重力场、热场、自然电场等丰富的高精度原位信息,有利于获取和推测原始条件下的岩石参数,为研究超高压变质岩的形成与折返机理、深部物质组成与结构、地球动力学过程和壳-幔相互作用、资源的开发及地震发生机制等方面的提供基础性资料及数据。
中国大陆科学钻探(CCSD)先后进行了两口预先导孔(CCSD-PP1和CCSD-PP2)的试钻,其主孔CCSD-1井于2001年6月试钻,截止于2005年4月停钻,终孔深度5118.20m。期间先后进行了多次测井工作,获取了大量宝贵的地质与地球物理资料。
本文根据100~3600m的井中温度测量和井中磁化率、井中磁三分量测量资料,进行了一系列数据处理和分析工作,计算了大量的井中磁场、热场及岩石物性等参数,得出了许多宝贵的基础性数据,解释了井中地磁场、地热场的主要异常,对岩石物性与井中磁、热场的关系加以讨论,并提出了一些有待深入研究的问题。
主要的处理工作包括:
(1)测井数据的预处理。主要包括100~2000m测井数据的深度标定,0~3600m的测井资料的拼接以及全井数据点距的统一。
(2)井中热场参数的计算。包括温度资料的圆滑滤波、地温梯度的计算、岩石热产率的计算、井中岩石热导率的计算井中热流的计算等。
(3)井中磁场参数的计算。包括计算井中岩石磁化率分布,井中地磁总场及其垂直分量和水平分量的模量。
(4)井中磁场、热场及岩石物性的统计。包括按照CCSD工程中心提供的岩性分层表进行按层位统计,按岩性的不同进行按厚度加权平均统计等。
主要的分析工作包括:
(1)井中温度、温梯、热流及岩石热物性的基本特征分析,井中温度和温梯的统计分析,温度与温梯异常的解释等。
(2)井中磁场的基本特征与统计分析,井中岩石磁化率随深度的分布特征分析,产生负磁化率的原因,岩石磁化率的统计分析,岩石磁化率与其密度、钾(K)和铀(U)含量的关系讨论,主要的榴辉岩类特性分析等。
下面是本文得出的主要结论和问题:
(1)井中温度随深度基本呈线性变化,该井2000m和3600m左右温度与KTB的结果接近。100~3600m段平均地温梯度约为20.0℃/km,远低于中国大陆地区的平均地温梯度值(25℃/km~36℃/km),也低于苏北盆地的平均地温梯度值。全井平均热流密度约为58.4mW/m2,亦远低于苏北地区平均热流值(68mW/m2)。这在很大程度上归因于全井较低的平均地温梯度值。100~3600m井段的测温曲线总体上与深度保持分段线性关系,但2000~3600m井段的实测温度曲线与地温梯度曲线波动较剧烈,表明一些浅层干扰因素,如地下水的活动一定程度上影响了地温的稳态热传导。地下不同深度上温梯及热流的变化主要是由于岩石热导率差异导致热流侧向不均匀传递和地下水活动的结果。但实测地温梯度和估计的热流所代表的是地壳浅层现今的热状态,与超高压变质岩形成时的环境已相去甚远,其与古气候的变迁关系尚不清楚。另外,岩石热物性随深度和压力的变化而对地温梯度和大地热流的影响、低铀(U)的正片麻岩和温度负异常的关系等也需要进一步的研究。
(2)根据磁化率测井资料统计,井中主要岩类磁化率由强到弱顺序大致为:蛇纹岩类、多硅白云母金红石榴辉岩、正片麻岩、金红石榴辉岩类、退变质榴辉岩、副片麻岩、角闪岩类、多硅白云母榴辉岩。破碎带中岩石磁性一般会有一定程度的降低。几乎所有岩石层段上的磁化率都有较大的统计方差,表明同一类岩石在性质上的存在差异。几类主要的榴辉岩的磁性差异并不明显。从钾(K)和密度的交汇结果来看,几乎所有榴辉岩类的钾(K)含量都不同程度地有随密度的增加而降低的趋势。从岩石成分来看,高硅质岩石的钾(K)含量普遍较高。对于一般岩石,较高的钾(K)含量一般对应着较低的磁化率和较小的密度。井中岩石的磁性对井中磁场的影响多反映在局部,且异常值通常较小(铁磁性矿体除外)。井中磁场的总体变化受井周大规模磁性体影响较大。
本文得出的大量基础性数据为研究超高压变质岩的折返机理、地球壳幔相互运动及演化规律等提供了许多宝贵的信息,对解决中国大陆地区的许多关键性地球科学问题具有十分重要的基础性意义。另外,本文还针对中国大陆科学钻探的特殊性,将其一系列数据处理与分析方法集成到了一套完善的计算机软件中,为后续的科研工作提供了方便的工具。