揭开地球深部的地质奥秘

　　上天、入地、下海，是人类探索自然的三大壮举。

　　在财政部、科技部支持下，国土资源部组织实施的国家深部探测技术与实验研究专项，标志着我国地球深部探测的“入地”计划拉开序幕。该专项在全国部署了“两网、两区、四带、多点”的探测实验，成功实现了技术创新与重大科学发现的并举，使我国步入国际深部探测大国的行列。

　　深部探测专项所属第三项目《深部矿产资源立体探测与示范》及所属第五项目《大陆科学钻探选址与钻探实验》在南岭成矿带、西藏罗布莎、甘肃金川、云南腾冲和安徽庐枞、铜陵矿集区部署实施8眼科学钻井，总进尺约16000米，并在山东莱阳盆地开展了科学钻探选址预研究，获得了一批深部地质研究成果。一眼眼科学钻井，犹如一部部探入地球内部的“望远镜”，揭开地球深部神秘的面纱。今天，我们一起跟随探秘地球深部的“望远镜”，分享来自地球深部的奥秘。

　　金川科学钻探

　　金川铜—镍—钴—铂矿集区是我国进一步寻找超大型有色、稀有和贵金属矿产的重要基地，也是解决我国矿产资源瓶颈的首选靶区之一。

　　《金川铜镍硫化物矿集区科学钻探选址预研究》课题旨在通过地表地质调查、地球物理探测和科学钻探研究，探测金川铜—镍—钴—铂矿床的成矿深度和深部资源潜力；探索金川岩体的深部岩浆房，研究岩浆硫化物矿床成矿的深部过程和成矿机制等，以及金川岩体所在的龙首山超镁铁岩带形成的构造背景和精确的形成时代；评价金川岩体外围的超镁铁岩的资源潜力和潜在的钻探靶区。

　　由中国工程院院士汤中立带队的课题组，通过对金川铜镍硫化物矿床与世界同类岩浆矿床对比研究，发现金川矿床拥有世界上最大的镍矿体，提出了国内外所有具有经济意义的镍—铜矿床都寄生于小岩体中并自成一个成矿系统的观点。

　　通过对金川超大型铜镍硫化物矿床岩浆质量平衡与成矿过程的研究，首次提出金川与其附近的茅草泉岩体为同源岩浆演化而成，茅草泉小岩体群为金川矿床的形成贡献了亲铁元素与橄榄石成分。

　　金川矿集区科学钻探钻孔2012年3月开钻，终孔孔深2185.56米，累计岩芯采取率96.29%。

　　通过对金川超大型铜镍硫化物矿床铂族元素分布规律及矿床成因的研究，发现矿床中从西到东铂族元素含量逐渐降低；提出富铜矿石是单硫化物固溶体结晶后的残余硫化物形成的；提出矿床形成的R值在300~1000之间，从而确定了岩浆通道侵位过程。

　　罗布莎科学钻探

　　西藏罗布莎铬铁矿床是我国目前最大的铬铁矿床，是进一步开展深部找矿和解决我国铬铁矿资源匮乏和找矿突破的首选靶区，也是研究铬铁矿成因的关键地区。

　　《西藏罗布莎铬铁矿区科学钻探选址预研究》课题组，在中国地质科学院地质研究所研究员杨经绥的带领下，通过钻孔岩芯和地质综合研究，重塑了罗布莎蛇绿岩的形成与就位过程，并与雅鲁藏布江缝合带内的其他蛇绿岩岩体进行对比，探讨了蛇绿岩及铬铁矿的成因，结合深部地幔矿物学研究，深入研究了深部地幔物质组成和结构，取得了诸多新进展。

　　在罗布莎矿区完成的深度分别为1477.8米和1853.79米两个钻孔的科学钻探，首次穿透了罗布莎蛇绿岩体，证明其为地幔橄榄岩片，显示一个倒转的蛇绿岩层序。地球物理资料的结果进一步表明，罗布莎岩体为一个构造岩片，揭露了印度/亚洲碰撞后罗布莎蛇绿岩的侵位过程。

　　在西藏罗布莎蛇绿岩铬铁矿中找到了原位金刚石，并从地幔橄榄岩中找到原位碳硅石，指示一个强还原的形成环境。

　　研究表明，罗布莎不是雅鲁藏布江缝合带中唯一的含金刚石等特殊地幔矿物的超镁铁岩体。在不同蛇绿岩体中发现金刚石等超高压矿物，对这些金刚石系统的包裹体和同位素等的研究发现，其不同于金伯利岩和俯冲带中的金刚石，是一种新的产出类型的金刚石，命名为“蛇绿岩型金刚石”。以此，提出蛇绿岩地幔橄榄岩体中普遍存在金刚石等深部矿物的新认识，有可能改变蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿浅部成因的经典的板块构造理论。

　　新发现超高压矿物青松矿（BN），并获国际新矿物委员会批准为新矿物。

　　腾冲科学钻探

　　云南腾冲有新生代火山68座，温泉139处，是西南著名的地震活动区，集大型走滑构造、岩浆活动、地热和大型有色金属成矿作用于一体。

　　《云南腾冲火山—地热—构造带科学钻探选址预研究》课题通过对腾冲地块进行构造、火山、地热和深部地球物理探测4个方面的研究，全面解读研究地区的构造演化、火山喷发旋回、岩浆演化序列、地热异常区分布、地热泉水的开发利用潜力,揭示大型韧性走滑剪切带走滑过程及其对青藏高原物质向东南的流动和逃逸所起的作用，以及对地块内新生代火山岩盆地的制约。

　　由中国科学院院士刘嘉麟、中国地质科学院地质研究所研究员戚学祥牵头的课题组查明腾冲地块中部的大盈江断裂带早期为自北至南西呈弧形的韧性变形带，以右旋走滑为主；后期中北部以拉张的脆性变形为主，控制腾冲—梁河一带火山岩和热泉的空间分布；西南部以左行剪切变形为主，具有压扭性走滑运动的特点。此外，查明在腾冲地块内发生了早印支期、早白垩世、晚白垩世到中新世和上新世到更新世火4期中、新生代岩浆活动。

　　基于上述构造—岩浆演化特征、火山活动和卫星热红外遥感及环形影像，并综合考虑选址研究的目的、价值及科学意义，大陆科学钻探选区位置科学钻探预导孔确定在腾冲马站，于2012年5月开钻，2013年11月完成了封井工作，深度1222.24米。其间，项目组成员在井场进行了系统岩芯编录工作，对所取岩芯进行了细致观察和描述，以及连续取样及照片采集。在此基础上，对所取岩芯进行了详细分层，揭示了该区岩性的空间变化，为研究该区地层变化提供了依据。

　　庐枞科学钻探

　　长江中下游庐江—枞阳火山岩铁铜矿集区，地处长江中下游构造—岩浆成矿带（安徽段）的中段，产有丰富的黑色、有色、贵金属及非金属矿产。

　　为摸清庐枞矿集区地下2000到3000米的矿产分布和地质结构，《东部矿集区科学钻探选址预研究》课题组在中国地质科学院地质所研究员吴才来的带领下，将庐枞火山盆地与长江中下游地区晚中生代发育的其他火山岩盆地进行了对比研究，发现长江中下游地区晚中生代发育的一系列火山岩盆地可划分为两类火山岩盆地：一类为橄榄玄粗岩系列火山岩盆地，另一类为高钾钙碱性系列火山岩盆地。庐枞盆地是橄榄玄粗岩系列火山岩盆地的典型代表。

　　研究发现，盆地内的岩浆活动的峰期有两期：约132Ma和约126Ma，分别对应于区内主要的火山—潜火山岩的形成时间和(石英)正长岩的侵位时间，反映了盆地内火山活动持续的时间很短。将这些不同年龄的火山岩、潜火山岩、浅成侵入岩以及有关的铁矿床按火山构造进行了空间配置，明确了深部找矿的方向。

　　对庐枞盆地内的火山岩、潜火山岩进行了系统地元素和锶、钕同位素地球化学研究，认为岩浆主要是由富集型地幔部分熔融形成的，在高压下(>1.5GPa)经历过以单斜辉石和钛铁氧化物为主的矿物分离结晶作用，低压下矿物的分离结晶作用及上地壳物质的混染则不明显。

　　依据火山地质、地表蚀变矿化、地球物理等综合论证并确定了预导孔的孔位，2012年5月21日开孔，2013年6月9日终孔，终孔孔深3008.29米。通过初步的岩芯观察发现，盆地内火山岩的总体厚度一般小于2000米，并发现多个层位的黄铜矿化，其中以二长岩中最为典型。

　　铜陵科学钻探

　　铜陵矿集区位于长江中下游多金属成矿带的中部，是我国重要的有色金属基地，区内以生产铜矿而久负盛名，深部找矿潜力巨大。

　　《东部矿集区科学钻探选址预研究》课题组根据侵入岩岩石学、地球化学包体岩石学研究，将铜陵地区侵入岩划分为橄榄安粗岩系列和高钾钙碱性系列。

　　课题组确定了铜陵矿集区两个系列侵入岩浆活动期次及侵入岩岩浆来源，并提出了铜陵矿集区岩浆作用的深部过程及成因。起源于富集地幔的碱性玄武质岩浆在下地壳约60千米处聚集，并不断地同化地壳成分而形成深位岩浆房。深位岩浆房岩浆的分异结晶作用形成堆积岩包体。巨大岩浆房本身产生的热及其结晶潜热使中上地壳低熔点组分发生部分熔融，形成含富云母包体（残留体）的浅位岩浆房。由于断裂作用，浅位岩浆房花岗闪长质岩浆首先侵位，然后是深位岩浆房分异的橄榄安粗质岩浆的上升，一部分含有堆积包体的岩浆直接上升到地壳浅部就位，另一部分注入到浅位岩浆房，发生岩浆混合作用，形成石英二长闪长质岩浆。同时尚未完全混合的基性岩浆团块呈微粒闪长质包体的形式存在。最后，混合后的岩浆上升侵位，岩浆活动晚期，仍有少量的深部岩浆房的岩浆上升侵位。

　　选择凤凰山地区朱家山ZK66孔中岩芯辉绿岩（孔深1123米）进行锆石U-Pb年龄测定，证明了研究区内存在石炭纪岩浆活动，同时也说明本区石炭纪海底为一扩张的构造环境。岩浆活动可能导致热流喷泉的形成，为成矿提供成矿物质和成矿热液，解释了本区乃至整个长江中下游地区为何石炭纪地层中形成的矿床规模最大的原因。

　　钻探过程中发现，从开孔到钻进848.5米，全是志留纪页岩、粉砂质页岩、千枚状页岩，其中在782.84米处见到一层厚9.63米的角砾岩；848.5米开始见到30.5米厚的花岗闪长斑岩。从879米到1774.95米，又是志留纪千枚状粉砂质页岩、粉砂质页岩、角岩，其中在1415.16米、1496.18米处分别见到厚18.64米和7.62米的角砾岩。1774.95米以下见到正长花岗岩，直至2436.5米仍未穿透。

　　南岭科学钻探

　　于都—赣县矿集区横跨南岭成矿带和武夷山成矿带,矿产资源丰富、找矿潜力巨大,具有重要的战略地位,成为深部探测专项科学钻探重点示范实验区之一。

　　南岭成矿带以钨、锡、锑、铅锌、铋、铀等资源最为丰富,发育有一大批举世闻名的大型—超大型多金属矿床;也是世界上独具特色的与大陆花岗岩有关成矿作用最为强烈的地区之一,孕育了以“成矿系列”理论和“五层楼+地下室”模式为代表的具有中国特色的矿床学理论。同时,该区存在的科学疑难问题多,矿床具有规模大、分布广、共伴生组分多、矿床类型复杂多样等特点，找矿难度大。

　　中国工程院院士陈毓川带领《南岭于都—赣县矿集区立体探测技术与深部成矿预测示范》课题组，在综合地球化学、地球物理多方法找矿方面进行了有益尝试，取得了重要找矿突破，开辟了“第二找矿空间”。

　　课题组综合多种方法，在南岭完成了大量深部探测工作。在深部探测基础上，通过对银坑、盘古山示范区地质—地球物理综合探测，初步建立了浅层（3～5千米）地质构造及深部地壳结构，推测岩浆通道，为成功选定科钻预导孔和金属异常验证孔孔位提供了可靠依据。

　　银坑示范区经3000米科钻验证，确定了推覆构造的空间产状与发生时期及控岩控矿作用，获得基底推覆体内多段铜多金属矿化（体），有较大找矿前景；在推覆体之下获得两类岩浆岩及相关矿化的钻孔信息，预示深部岩体具有成矿前景，为华南花岗岩区资源更深科学钻探选址提供了科学依据。

　　盘古山示范区经2000米钻探验证，发现新的矿化类型，获得找矿重要突破，预计新增WO3资源量1.4万吨；发现盘古山岩体顶部20多米厚云英岩矿化带与辉钼矿石英脉、岩体内钨矿石英脉，为老矿山今后找矿指明了方向。

　　此外，课题组初步总结和建立了矿集区不同方法地球物理探测技术组合和不同矿化类型地球物理找矿模式，并得到钻探验证；提出燕山期华南不同类型矿床成矿系列在于都—赣县矿集区共存，并受南岭与武夷两大成矿带交汇地质构造环境控制的新认识；建立了矿集区区域矿床成矿模式，进一步证实了深部存在的“第二找矿空间”，显示出深、边部找矿的巨大潜力。

　　莱阳盆地科学钻探选址预研究

　　郯庐断裂以东的莱阳盆地位于南、北中国板块的会聚边界、盆山结合带,而且具有潜在的油气和黄金资源，是研究南、北中国板块会聚边界的最佳场所。

　　《山东莱阳盆地南/北板块边界科学钻探选址预研究》课题通过基础地质调查、深部地球物理探测和综合地学研究，揭示胶北前寒武纪变质基底组成与构造热事件历史，莱阳盆地物质源区，中国南、北板块汇聚边界的位置与结合时限，分析大陆碰撞造山带的深部物质组成与造山动力学，论证在莱阳盆地开展深孔科学钻探的必要性和可行性。

　　中国地质科学院地质研究所研究员张泽明、吴元宝带领课题组揭示出莱阳盆地的物质源区是胶北地体和苏鲁造山带，没有早古生代的物质记录。三叠纪变质锆石的出现，表明超高压变质岩在早白垩世之前剥露到地表。

　　胶北地体的太古代岩浆作用可分为三期，可能存在早太古代地壳物质，与华北板块更具构造亲缘性。苏鲁造山带存在超高压变质流体，变质流体形成在超高压变质作用峰期和早期折返阶段。苏鲁造山带的超高压片麻岩在折返过程中发生了部分熔融作用，产生的含水熔体引起了广泛的流体活动和榴辉岩的退变质作用。苏鲁造山带南部高压和超高压蓝晶石石英岩的原岩为新元古代花岗岩。在大陆俯冲过程中花岗岩经历了变质交代作用部分转变成富铝岩石。苏鲁造山带的地幔橄榄岩记录了显著的壳—幔相互作用。苏鲁造山带北部的变质表壳岩经历了古元古代的超高温变质作用，结合同时的构造热事件记录，推测扬子板块北缘很可能经历了古元古代的增生造山作用。

　　研究结果表明，莱阳盆地及苏鲁造山带是超深孔科学钻探的最佳选区之一。苏鲁造山带是研究中国南、北板块边界及其对接时空过程，板块汇聚边界的深部物质组成、结构、流变学与动力学的重要天然实验室，且胶东地区存在有超大型金矿床。因此，通过系统的科学钻探、综合地球物理探测和多学科地学研究为解决重大地学问题、寻找油气和黄金资源提供新的途径，不仅具有重大的理论意义，也具有巨大的经济意义。