医院订阅哦！澳大利亚玻璃地球计划

矿产大国澳大利亚，被誉为“坐在矿车上的国家”，为了解决未来的资源问题，年，该国提出了一个别开生面的新概念——玻璃地球，顾名思义，就是指希望地球能像玻璃一样，让我们一眼就能看穿哪里分布有矿产资源。该计划的目标是：使澳大利亚大陆地表以下米深度以内的地质状况变得透明。要实现这一目标，需要大量的地质勘探、地球物理勘探和地球化学勘探工作，如新的钻探技术、航空重力梯度测量、航空电磁法、地球化学填图、同位素跟踪、地下水化学研究等。该计划提出之后被正式列入澳大利亚的国家预算，并开始实施。然而遗憾的是，年因多种原因，计划被迫终止。

加拿大岩石圈探测计划

在～年，加拿大实施了岩石圈探测计划，目的在于全面了解北美大陆的演化过程，其主要的工作方法是地震发射技术，在全国范围内选取了10条典型剖面，总长度超过1.4万千米。该计划成绩显著，不仅解释了北美大陆岩石圈的演化过程，对基础地质研究有了很大突破，而且对该国金属矿产蕴藏丰富的地方建立了新的构造模型，并在纽芬兰省西部海岸发现了石油资源。

加拿大的地质背景是一幅具镶嵌状和复杂锯齿状的图案,是一个难解的谜团。它反映了距今4Ga以来大陆的生长和重组(图18)。现今所看到的地质轮廓是如何构建的?地质作用过程又如何?这些都是地球科学的基本问题,也是具全球意义的地质问题。加拿大以其地质的多样性及地球历史的漫长性,成为研究大陆在如此漫长历史中演化的最理想国家。岩石圈探测计划正是为加拿大提供了一个如此良好的机会。

澳大利亚四维地球动力学计划(AGCRC)

澳大利亚联邦政府与矿产资源和能源勘探工业密切合作,建立澳大利亚大陆地球动力学框架,以增强工业界发现世界级矿床的能力。AGCRC(~年)应用数字模拟技术模拟矿床形成的地球动力学过程——地球动力学模拟,使用数字模拟技术对单一地质过程进行模拟,如岩石变形、流体和热事件模拟。把4个过程(变形、流体、热、成矿)结合在一起进行模拟,并把模拟结果与成矿系统分析和找矿预测联系起来。AGCRC进行的地球动力学模拟使用各种数据,进行综合分析,目的在于理解控制成矿系统的各种物理化学参数(图22)。

地球动力学:研究岩石(岩体、岩块)在应力(构造应力重力)、热通量(引起变质和熔融)、流体流(导致对流循环、静水应力和水致裂隙)及化学反应(导致蚀变、矿质溶解和沉淀)作用下的变化规律(位移、变形、速度)。

澳大利亚地球探测计划(AuScope)

年2月28日,澳大利亚教育科学和培训部长HonJulieBishopMP宣布了澳大利亚“澳洲大陆结构与演化(AuScope)”战略研究计划的启动,通告了澳大利亚为了更深入发展其研究能力而做出的战略投资决定。澳洲大陆结构与演化是新一轮的澳大利亚地球探测计划的目标:在全球尺度上,从时空以及从表层到深部,建立国际水平的表征澳洲大陆的结构和演化的研究构架,从而更好地了解它们对自然资源，灾害和环境的影响,致力于澳大利亚社会未来的繁荣、安全和持续环境。AuScope设以下4个关键技术内容。

(1)地震和非地震地球物理成像:提供物理结构和进程的细节信息。

(2)地球化学分析:提供岩石矿物(固体和非固体)的化学成分和年龄信息。

(3)地球物理建模：提供从显微到全球尺度的渐进的地球演化，推动数据的解释。

(4)全国地理空间参考系统:根据现在和未来十几年更多的数据,升级全国范围内的参考结构精确度,主要用于支持大地测量、地震灾害、新构造和地球动力学的研究,但是也为空间科学应用的广大领域提供基础。

英国反射地震计划

在20世纪70年代以前，西方工业国家的石油能源主要来自于亚洲中东地区，但是随着第四次中东战争的爆发，阿拉伯国家宣布“石油禁运”，导致西方国家石油严重短缺。于是，英国开始将眼光投向本国近海区域，即介于欧洲大不列颠岛、挪威和欧洲大陆之间的北海。这里海底地形复杂，海上气候恶劣，但英国政府痛下决心大力勘探，并得益于反射地震计划的帮助，成功发现了储量约47亿吨的北海油田。

英国反射地震计划自年开始实施，已经探测完成深地震剖面的长度达到了两万千米，范围覆盖了英国大陆及海洋大陆架，为北海油田的发现奠定了深部基础。

其中最引人注目的成果是对墨西哥Yucatan半岛Chicxulub巨型陨石构造的深部探测(图11),这是全球白垩纪与第三纪界限的著名的陨石撞击事件,造成了65%物种的灭亡。陨石坑直径范围~km。BIRPS采用多种地震探测实验,完成高分辨地震剖面km长,33台海底OBS地震仪和99台陆地地震台站记录了空气枪产生的地震波走时,获得撞击坑内地壳中火山变化,速度异常可画出撞击坑边界和形态。剖面揭示了65Ma前的天体事件留下的踪迹。探测结果推动了空间科学和环境科学的进步,大型陨石坑构造的精确探测扩展并修正了撞击构造的规模定理,可以与月球、火星和木星的陨石构造对比。撞击过程高应力环境下溅射到大气层的岩石物质量的计算,有助于描述存在于地球大气圈与表层之间的生物复杂相互作用的特征。

美国地球透镜计划

为了研究深部地质，在20世纪60年代，美国曾开展过一项大规模的钻探计划，这项计划以发现了地壳和地幔之间界面的地球物理学家莫霍洛维奇的名字命名，称为“莫霍尔计划”，原本是想在海底选定某些地点向下钻探，期望穿透地壳，直达地幔。然而，由于没有设立专门的组织和人员掌握全局，在管理上出现了很多问题，虽然投入了巨额资金却还是以失败而告终。

到了年，美国国家科学基金会、美国地质调查局和美国国家航空与航天局联合发起了一项名为“地球透镜”的计划。该计划总投资约为亿美元，为期15年（～），主要包括圣安德烈斯断层深部观测台、板块边界观测台和美国地震观测台阵三大部分，主要目的是探索北美大陆的构造与演化、并揭示地震及火山喷发的秘密。比如，科学家们找到一处曾经多次发生过断裂的断裂带，然后打下钻孔，在钻孔深度3千米的地方放置精密观测仪器，这样一来，地下岩层的活动及地震的相关数据就可以被记录下来。截至年，该计划已经取得了大量有效数据，并出版了数百本相关学术出版物。

瑞士地壳探测计划（NRP20）

由瑞士国际科学基金会资助的第20个国际研究项目,主要是通过地球物理和地质联合的方法探测瑞士阿尔卑斯山脉的深部结构,部署了覆盖前陆、造山带和后陆的纵横探测网(图14),深部探测的数据主要采集于～年之间,这些数据资料的处理和解释工作涉及了瑞士大学和企业50余位学者和专家,通过研究岩石圈2软流圈相位速度,合理解释了瑞士阿尔卑斯山的构造演化。一个温度相对较冷的山根快速插入到20km以下的下地幔,结果导致了大陆的碰撞。高密度球状“山根”导致阿尔卑斯山中部快速隆起及波河盆地下沉的大陆动力学模型。震源机制的左行位移与亚得里亚海微板块在大陆碰撞的最后一个阶段逆时针方向旋转一致。加上欧洲各国联合开展的欧洲探测计划(EGT,EUROPROBE),横过阿尔卑斯造山带完成的若干条深地震反射剖面,揭示了欧洲大陆与非洲大陆碰撞带的精细结构,为发展碰撞造山理论、薄皮构造理论奠定了基础。

美国大陆反射地震探测计划(COCORP)

美国大陆反射地震探测计划(COCORP)是美国于20世纪70年代末运用多道地震反射剖面技术系统探测大陆地壳结构的先锋。COCORP将石油勘探的近垂直反射地震技术发展到穿透地壳甚至岩石圈的深地震反射技术,在深度和精度上达到了前所未有的程度,开辟了探测地球深部的新纪元。COCORP在美国30个州采集了1km长的反射剖面。其中最著名的探测结果有:发现阿帕拉契亚大规模、低角度冲断层;确认了拉拉米基底抬升的逆冲机制;描绘了大陆MOHO的变化特征,包括后造山再均衡的新证据及多起成因(相变)以及作为构造拆离面的可能作用;新生代裂谷下的岩浆“亮斑”;盆岭省东部的地壳规模的拆离断层;填出美国内陆隐伏前寒武系层序;确定隐伏克拉通典型的元古宙构造2地壳剪切带等。COCORP的成功带动了20多个国家的深地震探测计划。康纳尔大学科学家在世界范围参与了一系列深地震探测行动,包括喜马拉雅/西藏碰撞造山带的INDEPTH计划,俄罗斯乌拉尔山的URSEIS探测计划和南美洲安第斯山脉的ANDES计划等。实验成功以来,美国反射地震剖面至今已经完成了km,覆盖了美国大陆所有构造单元和盆地(图1),甚至南极(图2)。

欧洲地球探测计划(EUROPROBE)

欧洲深部探测计划(～年)旨在“实施新一代的重大项目,更好地了解地壳和地幔的构造演化,以及一直以来控制整个演化的动力过程”。欧洲探测计划挑选9个目标区域从事主要研究活动,每个区域都由高度自治的研究团队管理,所有的团队都致力于运用地质学、地球化学、地球物理学相结合的方法,了解地球表层和深层的关系,解释形成欧洲大陆岩石圈主要特征的过程。欧洲大陆岩石圈大多是造山带,形成年代从太古宙至今;克拉通内部裂谷也是其重要特征。

欧洲为研究岩石圈演化过程提供了非常优越的野外实验室:从现在到前寒武纪追溯板块运动的结果,从元古宙到太古宙时期地球构造的重要性,以及构造继承的重要性,引导甚至决定重新演化的古老构造及其流变。基底结构构造对于后来的盆地演化和资源的分布有着深远的影响,不能忽视了解这些过程的经济意义。要了解形成大陆岩石圈结构的动力学,必须将对地质、地球化学和地球物理学观察的解释相结合,并通过数值模拟得到检验。实践中,多道近垂直反射剖面技术,在将地表观察研究同深部地壳地幔构造研究相联系的研究中起到了重要作用。深地震反射剖面,结合其他的地球物理学方法,指导着我们解释岩石圈结构的形成过程。

欧亚大陆的欧洲部分,从东部的乌拉尔山脉一直延伸到西部的伊比利亚半岛,从地中海一直到北极,可以轻易地看出它的东西两个部分。东欧大部分被古老的、冷的东欧克拉通稳定地块所占据,部分被残缺的显生宙和新元古代裂谷以及继承性的地台覆盖。

东欧克拉通的东侧是晚新元古代Timanides,这些造山带和克拉通都被古生代的乌拉尔缝合带突然截断,形成与亚洲的分界线。欧洲最北部由加里东和Timannides占据。东欧克拉通的东南边缘,东起黑海和里海到乌拉尔南部,很不容易分辨,这归结于古老的历史原因,由于阿尔卑斯山的变形和抬升,使得新元古代的加积和古生代构造运动产生重叠。后者的痕迹在高加索最为明显,这座山脉有被誉为欧洲最高峰的埃尔布鲁斯山(Elbrus)。

2年总结时,大约30多个国家的上千名地质科学家参与了欧洲科学基金会的这项近20年的欧洲探测计划研究(图6),从苏联的叶卡特琳堡到葡萄牙的里斯本,从土耳其的安卡拉到Lammi,在欧洲举行约80次研讨会;这些年是国际合作的鼎盛时期,期间产生的出版物更是不计其数。

德国大陆反射地震计划(DEKORP)

DEKORP计划(～年,图7)的目的是探测下地壳和华力西造山带结构,通过接收、处理和解释地球物理数据,取得了对欧洲深部地质结构的新认识。深地震反射揭示了岩石圈不同尺度的各向异性和下地壳的“鳄鱼嘴”构造,确定了Moho位置(GajewskiRabbel,)。其中,两条穿过莱茵地堑的深地震反射剖面,显示了裂谷盆地的不对称性可以一直到达地壳基底,脆/韧性转换带的位置与下地壳的顶相一致,韧性剪切带影响到壳/幔边界(Brunetal.,)。DEKORPIA2C、9N、2N22S、3B剖面为碰撞过程中楔状造山带不均匀基底生长模式和演化的建立提供了有力证据。横穿二叠纪-新生代德国东北盆地的反射2折射联合剖面揭示了陆内盆地的演化,显示了下地壳减薄和岩浆初始阶段的证据,说明了板内裂谷和挤压变形受先存构造的强烈影响。

DEKORP计划不仅参与德国大陆科学钻选址(KTB)、探测华力西造山带结构,而且参与了乌拉尔造山带(URSEIS’95)、南美安第斯造山带(ANCORP’96,图8、图9)和阿尔卑斯碰撞造山带(TRANSALP’98/99)等一系列全球深部探测行动。

意大利地壳探测计划(CROP)

意大利的深地壳反射计划(CROP,CROSTAPROFONDA=DeepCrust)起始于20世纪80年代,一共完成了近0km的反射地震剖面,形成了覆盖意大利半岛及周边海域的地震剖面网(图12)。CROP计划由意大利国家研究委员会(CNR)资助。计划的主要目标是通过深地震反射技术(NVR)研究意大利主要造山带的地壳结构及动力学演化过程。主要内容包括:对已经获得的地质、地球物理数据进行评估;确定反射地震剖面并优化采集参数;数据处理新方法和流程研究;地震剖面的综合构造地质解释。

俄罗斯深部探测计划

俄罗斯是世界上最早开展深部探测的国家之一,但是一直以折射地震(DSS)技术和大地电磁技术为主,累计超过10×km。而且,在骨干剖面的交叉点上,部署科学深钻进行验证,这在国际上是惟一的,也是非常超前的。其中科拉半岛科学钻深度超过12km,成为世界上最深的钻孔,至今仍未超越。科拉超深钻改变了地球物理探测解释的许多深部现象,特别是否定了中、上地壳间的物理界面——康氏面,在10km深处发现流体和矿化作用。

年,俄罗斯开始通过跨越区域岩石圈地质—地球物理断面(地学断面)网执行区域岩石圈地质—地球物理与地球动力学模拟计划。再此计划框架内，开展了与区域地质调查和成矿预测研究相关的科学—方法技术的信息—分析系统研究，部署了岩石圈深部构造、典型的古老板块结构和显生宙褶皱（1:万，1:万）研究。基于这些研究，形成了适时的成矿地质体定位的深部地质—地球物理和地球动力学标尺和俄罗斯境内各种矿产资源多参数成矿预测分析的数据库;对各条地球物理剖面(地学断面)开展了地质解释。

中国深部探测行动

我国最早的深部探测起于20世纪50年代,是曾融生院士等实施的柴达木盆地地震剖面。后来在华北盆地进行过深地震反射剖面试验。上世纪90年代初以来,经过多次国际合作掌握了深地震反射剖面和宽频地震观测技术。目前,我国地球物理学家,已在喜马拉雅山、秦岭、北祁连山、西昆仑山、天山、大别山等山区进行了深反射地震剖面探测,数据采集质量和处理解释已为国际同行认可,达到一流水准。其中,中美等合作的“青藏高原深地震探测”发现了印度地壳俯冲到亚洲地壳之下的精细结构和高原地壳中广布的流体,引起举世瞩目。INDEPTH项目已经发展到第四阶段,参加的国家扩大到美、德、加,成为地球科学国际合作的典范。

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作者：董树文,李廷栋,高锐等

来源：《地质学报》

推荐：马志飞等

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