地球科学前沿研究

发布网友 发布时间：2022-04-25 23:24

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热心网友 时间：2022-06-18 17:31

“九五”以来，利用先进的探测技术，重点对青藏高原、阿尔金－祁连山、大别苏鲁地区进行了广泛的深部地球物理调查，进一步加深了对上述地区岩石圈深部结构、组成与演化的认识，提出了一系列*碰撞的地球动力学模型，深化了*动力学研究。此外，在地球早期生命演化研究等方面，也获得了一些重要的发现。

2001年国土资源部科技发展报告

（一）*科学钻探工程前期研究

大别苏鲁造山带构造简图，并示出钻孔选区东海所在的位置

中国*科学钻探工程（CCSD）是一项高科技、高难度的创新性系统工程，它包括在坚硬结晶岩中进行5000米全取心钻探、测井、录井、地球物理遥测、现场分析测试、信息管理系统、长期实验观测以及多学科综合研究等。在主孔孔位确定之前，为查清孔区深部构造，进行了全面的大比例尺反射地震、VSP、大地电磁与重力、磁法及地温测量。反射地震表明，钻孔将穿过多个强反射带。同时，深反射地震发现了郯庐断裂产状近于直立的证据，此成果发表在《EOS》和《EPISODE》等刊物上。

毛北地区重力异常图，钻孔将打入到地下高密度体

测井与VSP综合研究表明，榴辉岩层、破碎带和剪切带可以产生强反射（CCSD—MH,CCSD主孔位置，CCSD—PP2,CCSD预先导孔2孔，ZK2304是以前找矿打的浅孔）

（二）岩石圈深部探测

地学大断面地质－地球物理综合研究

在地学断面上，深反射剖面发现了塔里木和青藏高原岩石圈碰撞的证据。宽频地震观测也证实了这一点，并且发现碰撞的席卷深度超过100公里。深地震测深剖面首次揭示出天山和塔里木的地壳结构，发现天山地壳轻，山根莫霍面断裂可能是塔里木俯冲的结果。研究还表明，塔里木地壳具有刚性特征，地震的平均速度高。同时还发现了塔中隆起的证据。在上述发现基础上，提出了青藏高原北缘“水平挤压”的理论模型。

宽频地震等值线图

阿尔金－祁连山地质演化研究

通过横切山脉的宽频地震观测，经地震波层析分析，发现阿尔金断裂深达140公里。该成果于1998年10月发表在《Science》和《中国地球物理》杂志上。

阿尔金断裂带（ATF）及邻区地震层析图

阿尔金走滑断裂带形成与演化

中美科学家通过对阿尔金走滑断裂带形成活动时期、不同阶段走滑位移量、运动速率、构造－地貌演化系统的研究，认为新生代印度板块与亚洲*的会聚是通过一系列陆内变形来调整的，西昆仑逆冲断裂活动和阿尔金断裂带的左旋走滑具有重要的调节作用。自早渐新世以来，阿尔金断裂带东段左旋滑移距离达（280±30）公里，平均滑移速率为10毫米/年：阿尔金断裂带西段240～360公里的滑移量主要通过西昆仑地壳缩短来吸收。应用构造多序级复合控矿理论，在西昆仑地区开展了成矿预测，发现了铜、金矿点（矿化点）14处，实现了寻找金、铜矿床的突破，提交普查评价基地1处，找矿靶区2处，圈定18个成矿远景预测区。

深部地球物理探测数据共享与对比研究

建成了深部地球物理探测数据库“光盘库子系统”，包括宽频带地震观测、大地电磁测深、深部重力测量、深部磁力测量与大地热流密度测量等七种方法数据子库。初步收集了我部“六五”、“七五”和“八五”期间在深部地质计划执行过程中得到的深部地球物理探测数据。其中深地震反射剖面859公里，深地震测深剖面约13000公里，大地电磁测深数据约250点，宽频带地震测量数据约44GB，以及以1:50万和1:100万比例尺采集的若干剖面的重力异常数据（剖面8条，总长度10925公里，物理点总数2726个，测区4个，网格点总数7500个）和磁力异常数据（剖面5条，总长度8421公里，物理点总数1815个，测区4个，网格点总数9050个）；大地热流密度值839个。目前，该系统可以在1:50万的地理底图上，绘制不同专业的测线（剖面）、测点分布图，按照不同图层进行图形查询等等。

深部地球物理探测数据库系统结构

（三）青藏高原岩石圈的结构及其隆升机制

西昆仑两套山前磨拉石的不整合现象：下部为2Ma前形成的变（倒转）磨拉石层，上部为2Ma以后形成的具水平产状的磨拉石层

青藏高原隆升的地质记录与机制

在综合国内外对青藏高原及邻区以裂变径迹法为主的同位素测试和GPS测量数据基础上，对高原隆升速率提出了半定量分析数据，划分了高原隆升阶段，探讨了高原隆升规律。提出了高原隆升“多层次、多阶段、多因素”的证据，并论证了隆升机制。认为从新生代以来，来自大洋扩张的挤压应力，大部分为高原内部各类形变所吸收；高原北部的阿尔金走滑断裂带起到了较强的吸收和阻挡作用，高原东部东经102°的构造带也起到了阻挡的作用，南来的挤压应力对天山及其以北和东经102。以东地区不可能产生强烈的影响。

2001年国土资源部科技发展报告

青藏高原地壳电性结构研究

INDEPTH计划进展顺利，在亚东—纳木错—格尔木横穿青藏高原的大地电磁深探测剖面上，获得了较准确的高原地壳结构——青藏高原上地壳较普遍存在不连续的高导体，中下地壳的导电性也远远高于稳定*区地壳的导电性，呈区域性的良导电背景。特殊的地壳电性结构表明青藏高原地壳可能较热、塑性较大或普遍存在“流体”。这一成果于2001年4月发表在《Science》上。

亚东—纳木错—格尔木大地电磁测深剖面图

2001年国土资源部科技发展报告

（四）地球早期生命演化研究

2001年国土资源部科技发展报告

生命的起源与演化是自然科学需回答的一个难题，主要原因是在漫长的地质时期，各类生物很难以化石的形式保存下来，其中形态结构保存完好的更少。近几年，中国古生物学家所获得的一系列惊世的古生物化石标本，对探讨生命演化史中几个关键阶段具有重大科学意义，成为国际古生物学研究的一个亮点。《nature》杂志与美国芝加哥大学出版社收集了15篇首次报道这些发现的原始文章，以及对其中某些文章的评论，汇编成专集——《腾飞之龙》。**为该书题写了中文书名，国家自然科学基金委员会杂志部与《nature》杂志联合出版中文版。我部科学家在这方面做了大量工作，取得了一些重要成果。

辽西热河生物群综合研究

2001年国土资源部科技发展报告

1996年，在辽西地区北票四合屯发现了世界上第一只长羽毛的恐龙——中华龙鸟。之后，辽西地区引起了世界地学界的广泛关注。最近，在辽西凌源大王杖子地区发现了一只生活于约1.3亿年前、全身长有羽毛的小型兽脚类恐龙——奔龙。这是一种小型的快速奔跑的食肉性恐龙，与中趾具有一个镰刀状弯曲的爪和尾巴发育坚硬筋腱的疾走龙关系最密切，发育了与鸟类非常相似的骨骼和羽毛，但他们的嘴里具有牙齿。2001年4月26日，中美科学家在国际权威学术刊物《nature》杂志上公布了他们的研究成果。

贵州*生物群研究

贵州*生物群的研究，特别是其中含有早期后生动物休眠卵和胚胎的研究，近年来备受国内外学者关注。通过对贵州*等地陡山沱期含磷地层的多种方法（岩石切片法和化学分离法）的深入研究，在陡山沱期*磷块岩中首次发现磷酸盐化原肠胚化石。这一重要发现不仅可以进一步确认上述有争议化石的后生动物的胚胎属性，而且为深入探讨其亲缘关系提供了有价值的化石资料，具有重要的科学意义。

《科学通报》封面上刊登的磷酸盐化原肠胚化石

内蒙古中生代恐龙化石发拙研究

在内蒙古二连盆地新发现恐龙化石埋藏点6处，采集了包括食肉类恐龙、食植物恐龙化石四具，第一次发现了比较完整的兽脚类恐龙化石。食肉类恐龙的发现，丰富了二连盆地恐龙生物群的组成，为二连地区恐龙生物学的研究提供了新的重要资料。发现了食肉类恐龙和食植物恐龙在同一处埋藏的新资料，为研究恐龙古生态学、埋藏学提供了新的宝贵资料。

二连盆地发现的姜氏巴克龙骨架（4米长）

专栏5

美国地球探测计划（Earthscope）

美国国家科学基金会（NSF）、美国地质调查局（USGS）、美国国家航空和航天局（NASA）联合发起了一项新的“地球探测”（Earthscope）计划，其目的是应用现代先进的观测仪器和测试手段，加深对北美*结构、演化和动力学特征的了解。该计划包括以下四个部分。

1.美国地震阵列（USArray）

① 在美国选择2000个地震观测点构成规则的测网，利用400台宽带可移动遥测地震仪组成的阵列，轮流进行地震观测，采集实时数据。该地震阵列能够记录来自本地、区域和遥远地区地震的信息，可分辨出数十公里尺度的地壳和上地幔块体，识别下地幔和核－幔边界构造。与地震仪阵列相匹配，还布设了约50台大地电磁测量仪器，以提供岩石圈温度和流体含量的有关信息。

② 利用约2000台便携式地震仪（宽频带、短周期和高频探测仪），按照灵活的发射－接收排列方式，对关键的目标进行测量。便携式地震仪可采用天然地震和炸药作为震源进行高密度和短期测量。这样就可以对许多重要的地质目标进行调查，其中包括断层的深度、活动火山之下岩浆岩的规模、地壳构造与地幔结构之间的关系、地体边界的形状、沉积盆地和造山带的深部结构、*裂谷的结构和岩浆垂直运动方式等。

③ 扩大美国国家地震台网。由*台网构成的相对密集、高质量的观测站（间距300～350公里）对地球深部构造层析成像，提供了长期连续观测的平台，为可移动地震阵列的校准建立了固定参考点。USArray将大大提高*岩石圈和地幔深部地震成像的分辨率。

2.圣安德列斯断裂深部观测站（SAFOD）

SAFOD的目的是直接采集断裂带样品（岩石和流体），测定断裂带的各种性质，监测深部蠕动和地震活动断裂带。拟在圣安德列斯断裂带，靠近1966年发生里氏6级帕克菲尔德地震震中的地方打一口4公里深的钻孔。钻孔孔位离圣安德列斯断裂足够远（根据地质观测、微震位置和地球物理图像确定），通过钻井和偏斜井的取心，可穿过垂直深度3公里的断裂带，直到断裂带另一侧未受扰动的围岩。

板块边界观测站示意图

在圣安德列斯深大断裂带内的钻进、采样和井下测量，可在震中深度上对大型活动断裂带的成分、物理状态和力学性质进行直接观测，这将大大加深我们对地震的认识。除了断裂带的岩样和流体样品供实验室分析外，在活动断裂带内及其邻区还计划进行大量的井下地球物理测量和长期监测。观测站监测内容包括近区、宽动态范围的地震能量积聚作用以及周期性地震发生期间孔隙压力、温度和应变的连续变化情况。

3.板块边界观测站（PBO）

PBO是一套测量北美西部现今变形的高精度大地测量仪器系统。该大地测量网将从太平洋沿岸延伸到落基山脉的东缘，从阿拉斯加延伸到墨西哥。PBO由两套互补性很强的时间分辨率很高的仪器系统组成，一是分布在1000个点上的GPS系统，另一是分布在200个点上的超低噪声应变测量仪。间距100～200公里的稀疏的GPS网络，将分布于活动火山及活动地震断层带上的大约20个密集网连接成一个整体，覆盖整个美国范围。

PBO将大大提高我们观测地壳中与地震和火山活动相伴随的缓慢变形的情况，从而加深我们对地震和火山爆发临近过程的认识，增强预报的准确性。

4.合成孔径干涉雷达（InSAR）

InSAR计划是一项特别的专用于科学研究的卫星探测任务，可以对北美及太平洋板块进行周期性的高精度测量（8天一次，分辨率30～100米）。利用干涉合成孔径雷达技术，通过多时相的影像分析对比，可以精确揭示水平和垂直位移，在各种地表条件下分辨率均达1毫米。这一新的雷达影像技术，同PBO计划中的连续GPS及应变测量结果结合在一起，可以测绘火山、地震爆发前后及爆发期间的地表位移，提供断裂机制和地震爆发的线索。InSAR还能保证人们发现穿过宽广的活动变形带的与地震有关的应变积累，圈画出未来的地质危险区。InSAR可以允许人们得到可能导致火山爆发的岩浆系统中岩浆的位置和运移情况，还可以提供测绘由石油开采和地下水抽取导致的地面沉降状况。