特提斯地球动力学岩石学报

（一）实验室简介

国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室成立于2007年，隶属于中国地质科学院矿产资源研究所，定位于应用基础研究。实验室现有固定人员67人，下设10多个专业实验室，拥有开展成岩成矿物质成分（同位素、元素）、结构、年代学和成矿物理化学条件研究的一系列先进的地球化学分析测试仪器，以及开展地球物理、遥感信息处理和可视性矿产资源评价的众多的先进设备。承担了国家“973”计划、国家科技支撑计划、国际合作项目、自然科学基金项目以及省部级项目（包括地质调查项目）等众多科研项目的工作。

国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室以矿产资源形成过程、分布规律和勘查评价技术为研究方向。其特色在于将成矿背景、成矿过程、成矿规律、矿床模型和勘查评价技术作为一个整体来进行研究。其优势在于实验室依托于中国地质科学院矿产资源研究所和中国地质调查局，能够将成矿及找矿理论研究与勘查评价有机地结合在一起，从而使研究成果能迅速地在实践应用中得到检验和提高。

（二）2013年度重要科研成果

1.世界大型超大型矿床成矿图编制及全球成矿规律研究与评价

“1∶2500万世界大型超大型矿床成矿图编制及全球成矿规律研究与评价”是中国地质调查局地质调查项目，也是世界地质图委员会在新世纪批准设立的首个矿产资源编图国际合作项目。通过8年多的工作，取得以下主要成果：

（1）提出客观实用的大型超大型矿床划分全球标准，从全球1285个主要矿床中筛选出445个大型超大型矿床，建立具有国际权威的世界大型超大型矿床数据库。

（2）以世界地质图委员会为国际合作平台，首次编制完成数字化的1：2500万世界大型超大型矿床成矿图，填补了国内外空白。

（3）根据大陆裂解增生、大洋开启闭合、洋陆相互作用及其地质演化特征，结合全球地质构造背景与成矿特征，首次在全球大陆范围划分出4大成矿域和21个巨型成矿区带，提出全球成矿统一性、不同区域成矿特殊性、大型超大型矿床成矿偏在性和异常成矿作用等新认识，深化全球成矿规律研究。

（4）在编图研究基础上，对世界主要类型矿产资源和各大洲矿产资源进行了战略评价，研究探讨了中国矿产资源战略问题。

该项成果为我国编制找矿突破战略行动总体实施方案、组织实施境外矿产资源勘查开发、部署地质调查国际合作、从全球视野破解我国矿产资源难题，提供了重要战略参考和科学指导。世界地质图委员会即将在全球范围正式发布《1：2500万世界大型超大型矿床成矿图》（英文版），使本项成果的应用范围扩展到全球地质界，在发展全球成矿学、寻找大型超大型矿床等方面具有世界指导意义。

此项成果2013年获国土资源科学技术二等奖。

2.我国主要金属矿床模型研究

根据国际矿床模型研究现状和发展趋势，结合我国金属矿床的基本特点，通过对我国20年来矿床研究和勘查成果的进一步总结和提高，建立或提升了我国主要矿床模型。首次按照国际标准，以矿床类型为主线，结合产出地质环境，开展了与酸性花岗岩有关的钨、锡和稀有多金属矿床，与中酸性花岗质岩石有关的斑岩-矽卡岩型铜、铁和钼矿床，与镁铁-超镁铁质岩有关的岩浆型铜镍硫化物矿床，与海底喷流有关的块状硫化物型铜铅锌矿床，密西西比河谷型铅锌矿床和主要金矿床等典型矿床模型和矿集区尺度模型研究，为在一定地质背景下开展特定的矿产及其组合找矿勘查提供了科学依据。完成了26组矿产111个矿床模型的编写，编辑完成了《中国矿床模型概论》。根据我国矿产资源评价和找矿勘查工作的需要，比较全面系统地编著了《国外主要矿床类型、特点及找矿勘查》，介绍了当今国际上主要类型矿床的特点、成矿机制、分布规律、形成背景以及矿床尺度、矿集区尺度和区域尺度的矿床模型，包括造山型金矿床、卡林型金矿床、浅成低温热液型金矿床、斑岩型±矽卡岩型铜钼矿床、密西西比河谷型铅锌矿床、沉积喷流型铅锌矿床、火山块状硫化物型铅锌铜多金属矿床、岩浆铜镍硫化物型矿床、铁氧化物铜金矿床、黑色岩系型矿床、砂岩型铀矿床、红土型镍矿床和红土型铝土矿床等13类矿床模型。根据我国东部中生代大规模成矿作用的期次和特点，选择主要成矿带（区）及代表性矿田或矿床，融汇了前人工作和本次研究的提升内容，系统提出了矿床、矿集区和区域尺度的矿床模型，编制了《中国东部中生代金属矿床图册》，探讨各类矿床的形成过程，最后总结提出中国东部中生代成矿环境，构筑出主要不同类型矿床组合的矿床模型，以期为我国进一步开展找矿勘查提供支撑。

该项成果于2013年获得国土资源科学技术奖二等奖。

3.全国矿产资源潜力评价取得一系列丰硕成果

“全国矿产资源潜力评价”项目经全国有关各单位科技人员奋力拼搏，历时8年，全面完成各项任务，取得了一系列丰硕成果，为制定国家资源战略、实施找矿突破战略行动全国地质矿产保障工程和“十二五”矿产勘查部署提供了重要依据。

全国重要矿产和区域成矿规律研究工作项目取得的主要成果有：①首次实现1、2、3、4级成矿区带的全覆盖，提出23个矿种矿产预测类型划分方案，厘定出388个矿产预测类型；②首次划分了单矿种的成矿区带，编制了系列图件，建立了矿产地一览表及数据库。完善了各成矿省的区域成矿模式及区域成矿谱系；培养了一批青年骨干及19位博士、博士后等，出版专著8部，发表论文168篇。

工作成果在一些重要矿床，如广西大厂锡多金属矿床、江西淘锡坑钨矿、盘古山钨矿、贵州大竹园铝土矿等矿床的勘查评价中起到了有效的指导作用，取得良好的找矿效果；在区域成矿规律研究方面提出了“五层楼+地下室”新成矿模式。

4.全国重要矿产总量预测项目建立矿床模型综合地质信息矿产预测方法体系

全国重要矿产总量预测项目在借鉴国内外矿产预测经验基础上，创新性地提出了矿床模型综合地质信息矿产预测方法体系，在此基础上圈定了各类不同级别预测靶区、成矿远景区近5万处，优选了省级成矿远景区和全国成矿远景区。预测评价了每个靶区、成矿远景区的潜在资源量。编制了单矿种资源潜力分布图、远景区分布图和勘查部署图等。全国重要矿产总量预测工作是一项任务庞大、覆盖全域的复杂系统工程，与以往和国外矿产预测比较，此次预测评价在地质资料水平、矿产预测方法、预测广度等方面处于国家领先水平。此项预测成果将对我国资源预测评价和矿产规划产生深远影响。

5.深部探测技术与实验研究专项取得重要进展

历时5年努力，深部探测技术与实验研究专项的深部矿产资源立体探测技术及实验研究项目取得了丰硕的成果。长江中下游成矿带岩石圈结构、深部成岩成矿过程、矿集区3D结构探测取得一批重大发现，深化了对巨型成矿带和矿集区形成的认识：

（1）发现了长江中下游成矿带发生岩石圈拆沉和幔源岩浆底侵的地震学证据，证实存在多级岩浆活动，诠释了巨型成矿带成岩、成矿的动力学成因。

（2）揭示了成矿带地壳精细结构和变形历史。发现上地壳由多重滑脱层上的逆冲-褶皱构造系统组成；后期的伸展盆地多数是在逆冲断层的基础上再活化形成。

（3）明确了郯庐断裂、长江构造带等重要构造带的性质。发现郯庐断裂为逆冲-推覆构造，张八岭隆起为一推覆体；“长江深断裂”为陆内造山阶段形成的多重逆冲构造，伸展阶段演化为伸展坳陷；“庐江-繁昌-湖州”断裂为伸展拆离构造带，向西可能与信阳-霍山断裂相接。

（4）获得铜陵、庐枞矿集区3D结构，揭示出重要岩体和控矿地质体的空间分布，深化了对成矿的认识，为深部找矿提供了重要信息。

6.钾盐成矿理论和预测评价取得重要进展

（1）裂谷成钾模式。从古生代—中生代晚期—新生代，钾盐成矿的大地构造环境从克拉通稳定巨型陆表海，转变为裂谷盆地。裂谷构造沉降形成封闭性良好的盆地，同时伴有大量火山活动，以温泉等形式带来丰富的深源成矿物质，一些裂谷还与大洋沟通，接受海水的补给；上述构造、物质条件与干旱气候的耦合，导致钾盐沉积成矿。总结研究提出裂谷成钾“两阶段三过程”模式。第一阶段，地表盐湖-太阳能作用；第二阶段，埋藏-岩浆热能作用；“三个成钾作用过程”：第一是蒸发沉积，第二是沉积淋滤，第三是变质-改造（图35，图36）（地球学报，2013,34（5），全文已被下载82644次）。

图35 裂谷盆地成钾模式图

（2）塔里木水化学与罗布泊成钾物源研究。课题组共采集和收集资料获得537件水样数据，统计分析发现，塔里木盆地河水SO4/Cl背景值为，分别高出柴达木盆地河水（）和海水（）两倍多和18倍多；而塔里木盆地河水K/Cl背景值为，高出海水（）两倍多。由此说明，塔里木盆地地质背景本身具有富K和SO4、贫Cl的特征，这可能就是造成罗布泊盐湖巨量钙芒硝沉积、钾盐富集和盐湖氯相对亏损的地球化学背景（Boying et al.,2013）。研究还发现，除了蒸发作用和周围山区岩石风化影响外，塔里木盆地氯化物型盐泉水广泛分布，表明了来自地球深部的CaCl2型水参与了盆地水体演化及补给罗布泊盐湖。罗布泊是塔里木盆地水体的最终归宿。塔里木盆地地质背景即老地层富钾，构成了罗布泊盐湖成钾的矿源区，不仅对解释罗布泊富钾机理和中国陆块成钾理论研究具有重要启示，也对在罗布泊深部和外围开展找钾奠定了科学依据。

图36 裂谷盆地钾盐沉积及富钾卤水形成过程示意图

（3）钾盐找矿与资源预测。江陵凹陷钾盐勘查：在裂谷成钾模式指导下，通过实施油钾兼探，开展多学科综合研究，基本掌握了江陵凹陷深层富钾卤水的分布规律，建立钾盐资源模型，评价获得富钾卤水氯化钾资源预测量为亿吨，确定了下一步勘查的主攻方向和优选靶区。

罗布泊钾盐预测：建立了盐湖钾盐聚集模型，推算获得罗布泊地层水体中可能蕴藏有亿吨KCl资源量。目前，勘查发现卤水KCl的资源/储量为亿吨，剩余亿吨，故此，推断罗布泊尚具有很大的找钾空间。

兰坪-思茅盆地成矿预测：建立成矿地质体体积法资源量预测方法，计算预测区兰坪-思茅盆地预测区钾盐资源量达亿吨；综合评价,预测结果可信度为，高于传统地质体体积法（范建福，肖克炎等，2013）。至今，仅在勐野井发现2000万吨钾盐资源量，可见，兰坪-思茅盆地钾盐找矿尚有较大的潜力。

（4）青海柴达木盆地盐湖低品位钾盐开发利用研究。开发了一种用于盐矿开采的多级驱动溶矿方法，并获国家发明专利（专利号：ZL2009 1 ）。在青海别勒滩地区试验结果表明，利用该项技术可以整体提高溶剂水位，增大溶矿面积，增加可溶矿开采的有益矿产资源总量，增大溶矿效率，切断单级驱动产生的优势通道，有效降低了溶剂的直排浪费。该项技术如果成功运用到整个察尔汗地区，对于缓解我国钾盐资源短缺现状意义重大。

（5）罗布泊盐湖120万吨/年硫酸钾成套技术开发。该项研究成果获2013年度国家科技进步奖一等奖（主要完成单位：国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司、化工部长沙设计研究院、中蓝连海设计研究院、中国地质科学院矿产资源研究所、清华大学。主要完成人：李浩、唐中凡、尹新斌、雷光元、刘小力、汤建良、李守江、黎礼、李红星、谭晶晶、郭兴寿、颜辉、湛留意、刘成林、侯悦民）。

罗布泊（罗北凹地）硫酸盐型卤水钾矿的大规模成套技术开发，涉及三大技术系统，即采矿（卤）系统、盐田系统和装置加工系统。中国地质科学院矿产资源研究所主要从事罗北卤水资源勘查、成因与赋存规律等研究，查清了矿区的富钾卤水化学特征（氯化钾品位等）与分布规律、储层物性、卤水动力学条件与卤水富集区等，为采矿系统的首采区选择等奠定了科学基础。

7.长江中下游玢岩铁矿研究新进展

充分认识到膏盐层氧化障在长江中下游玢岩铁矿成矿中的作用。根据长江中下游中下三叠统膏盐层与玢岩铁矿关系密切的现象，提出膏盐层不仅为成矿提供大量Na+、Cl-等矿化剂，还是重要氧化障，将岩浆熔体中Fe2+氧化成Fe3+，促使岩浆分异出铁氧化物，形成矿浆型铁矿。矿浆型和热液型矿体同时存在，两者在空间上具“双层成矿结构”（图37）。

图37 长江中下游玢岩铁矿“双层成矿结构”

8.铁矿床研究进展

提出了5期铁矿大规模成矿动力学背景，将与4种铁矿类型有关的控矿系统划分为海底火山喷气-沉积型、超浅成侵入体型、中-浅成中酸性侵入体型、深成镁铁-超镁铁质侵入体型和叠加改造型5种类型，建立了沉积变质型、矽卡岩型和岩浆型铁矿的地质-地球物理模型，并对模型进行了验证，为成矿预测奠定了重要基础。

提出了BIF原始沉积物除二氧化硅、氢氧化铁胶体外，还有铁白云石泥新认识；总结了沉积变质型富铁矿的空间分布、矿石类型及成因机制；首次获得辽宁弓长岭二矿区大型富铁矿有关蚀变岩的U-Pb锆石年龄为1840±7Ma，厘定富铁矿的形成时代为中元古代；通过控矿构造研究，提出背斜对于矿体尤其是隐伏矿和富铁矿有明显的控制作用，韧性变形有利于硅铁分离形成富铁矿，贫铁矿层间断裂与其他断裂组成的断裂系统也有利于富铁矿的形成。

厘定了阿尔泰地区海相火山岩型铁矿形成时代为398～385Ma，西天山海相火山岩型铁矿形成时代为317～300Ma，宁芜地区梅山玢岩型铁矿形成时代为早白垩世；提出海相火山岩型铁矿的成矿动力学背景为大陆岩浆弧边缘环境；提出阿尔泰阿巴宫铁矿和宁芜地区玢岩铁矿属于基鲁纳型。

将新疆北部与火山-侵入岩有关的铁多金属矿划分为火山岩型、矽卡岩型、辉绿岩型和岩浆岩型，形成于5个成矿期：早泥盆世（407～384Ma）、中泥盆世（382～375Ma）、早石炭世（362～324Ma）、晚石炭世（323～302Ma）和早-中二叠世（289～261Ma）。形成于6种环境，阿尔泰早泥盆世为岩浆弧环境，准噶尔北缘中泥盆世为大洋岛弧环境，西天山早石炭世为岩浆弧环境、晚石炭世由俯冲-碰撞转换为拉长环境，东天山石炭纪为岛弧环境、早-中二叠世为后碰撞环境。提出与成矿有关的侵入岩多数为与火山岩同时代的潜火山岩，属同源演化的产物。

9.同位素地球化学研究新进展

建立了锂同位素实验方法，分析精度与国际同类实验室水平相当，实现了标准样品的长期稳定重现，可用来测定天然样品的Li同位素组成。根据Li同位素研究成果，认为特提斯洋壳板片的流体参与了斑岩的源区富集，而俯冲印度地壳的流体/熔体参与了钾质超钾质火山岩的源区富集，提出了拉萨地块斑岩、钾质-超钾质火山岩成因模式。对比了裂谷环境与碰撞环境碳酸岩的源区特征。

10.率先利用石英毛细管合成流体包裹体技术，原位观测硫酸盐热还原反应（TSR）过程

硫酸盐热还原反应广泛发生在各类油气盆地和与盆地流体有关的金属矿床内，因而对TSR反应机理的认识对于油气藏的开发利用和与盆地流体有关金属矿床成矿机理的认识均具有重要意义。长期以来，很多学者从野外地质特征、理论计算及实验模拟方面对TSR反应进行了大量的研究，但由于TSR反应过程复杂，存在一系列反应的中间产物，以往利用的淬火分析技术难以有效揭示TSR反应过程。针对这一难题，我们率先将最新开发出的石英毛细管合成流体包裹体技术引入TSR模拟实验中，结合原位的激光拉曼分析，实现了对高温高压下对TSR反应的原位观测。以往的研究认为S-H2O-CH4之间的反应并不是严格意义上的TSR反应（Chen et al.,2009），我们通过一系列模拟实验的开展，查明S-H2O-CH4体系在高温高压下的反应是分步进行的，其中包含了S的水解反应和高温下硫酸盐的热还原反应（TSR），并在250℃以上实现了CH4对硫酸根的还原，这一温度比以往模拟实验中利用CH4对硫酸根还原的温度更加接近于自然体系下TSR反应发生的温度，为深入理解自然体系甲烷参与TSR反应提供了重要的实验依据（图38）。

图38 石英毛细管合成流体包裹体（a）和原位激光拉曼光谱分析装置（b）

11.秦岭中生代花岗岩研究进展

系统总结了秦岭中生代花岗岩演化特征，探讨了晚中生代花岗岩与钼等多金属矿的关系。揭示了秦岭早中生代花岗岩240～250Ma和225～190Ma两个阶段演化，厘定了俯冲碰撞到后碰撞的演化特征。厘定了晚中生代花岗岩160～130Ma和120～100Ma两阶段从I型向I-A过渡和A型演化趋势，并揭示了与钼矿的密切关系。通过中生代花岗岩同位素组成时空变化分析，初步查明了秦岭不同块体的地壳深部组成特征，对深入认识成矿分布规律提供了新依据。

12.个旧超大型锡-铜多金属矿研究进展

与澳大利亚和美国同行合作对我国云南个旧超大型锡-铜多金属矿区的岩浆作用和成矿作用开展了解剖研究。

（1）个旧地区大规模岩浆-成矿作用背景。运用SHRIMP和LA-ICPMS高精度锆石U-Pb定年方法，对个旧地区基性-中性-酸性岩浆岩组合的形成时代进行了系统研究，发现这一套起源不同的岩浆岩的结晶时代基本一致，它们构成了双峰式的岩石组合。此外，提出该区花岗岩在形成过程中发生了强烈的分异结晶作用，成矿能力与分异程度正相关；辉长岩为岩石圈地幔物质发生熔融后经过少量的地壳混染而形成，暗色微粒包体是玄武质岩浆与长英质岩浆发生物理-化学交换的结果，碱性岩由幔源岩浆经历强烈的分异结晶作用形成，镁铁质岩墙为同一幔源岩浆受到大量地壳物质混染的结果。研究表明，个旧地区大规模岩浆-成矿作用形成于岩石圈伸展和强烈壳幔相互作用的背景（图39）。

图39个旧地区大规模岩浆-成矿作用模式

（2）个旧锡多金属矿床成因。结合个旧矿区的成矿金属元素空间分带和成矿流体物理-化学条件演化规律，认为个旧锡是具有典型的与花岗岩有关热液矿床的特征；H-O-S同位素系统填图结果支持成矿物质主要来源于花岗岩，早阶段的成矿流体以从花岗岩出溶的岩浆水为主，晚阶段天水/地表水发生了流体混合。云母Ar-Ar、辉钼矿Re-Os和LAICPMS锡石U-Pb测年结果证实，个旧地区成矿时代矿区与岩浆活动一致，发生于晚白垩世。（3）运用新技术与新方法探索“层间氧化矿”成因和S n的成矿条件。运用新近发展的Fe同位素分析技术，从矿化元素本身的角度对层间氧化矿进行了系统研究，发现不同氧化程度矿石的Fe同位素组成呈规律性的变化，认为这种矿体为后期氧化形成。运用SEM-CL和LA-ICP-MS技术对锡石晶体开展内部结构和微区原位微量元素研究，发现锡石环带结构的发育程度与花岗岩之间的距离存在负相关性，且不同成矿环境中的锡石均具有类似的微量元素特征，元素含量受控于锡石的原子半径及其电子价态，为Sn成矿条件提供了重要的新观察和新认识。

13.大瑶山地区与加里东期钨钼矿成矿作用

初步构建了钦杭成矿带南西段大瑶山地区岩浆岩及相关矿床的时空格架，研究了岩浆岩类型、特征和成矿专属性。通过典型矿床解剖，确定了矿床类型，探讨了成矿机理，重新划分了成矿系列。提出大瑶山地区存在加里东期与花岗闪长（斑）岩有关的斑岩-矽卡岩-石英脉型钨钼铜成矿系列，具有巨大的找矿潜力，是今后大瑶山地区找矿的主攻方向之一。在此基础上，提出古龙-倒水-夏郢和大黎断裂带两个找矿远景区，并在已知社垌大型矿床外围新发现了3个斑岩型-矽卡岩-石英脉型钨钼铜铋矿床，在成矿理论创新指导矿产勘查工作方面做出了新的成绩。

1. 大陆构造与动力学国家重点实验室

总体定位：以基础研究为主，与公益性应用相结合。以大陆动力学理论为指导，应用相关的高技术手段，以解决中国大陆若干重大关键科学问题为目标，进行多学科前沿基础研究，并结合和引领地质基础调查，为国家资源、能源、防灾的需求服务。

2014年4月9日，经过两年的建设，“大陆构造与动力学国家重点实验室”通过了科技部组织的正式验收，成为国土资源部首个国家重点实验室。经科技部批准，获得2014年运行经费665万元。

2014年4月9日，科技部专家组对实验室进行正式验收

重要工作进展

2014年11月19日，曾令森研究员获得国家杰出青年科学基金项目400万元的资助（国土资源部空缺近8年）。许志琴院士、高锐、刘福来和朱祥坤研究员获得2014年国家自然科学重点基金4项。

实验室领衔实施中国大陆科学钻探整合计划，完成汶川地震科学钻探和雅鲁藏布江等13口钻井，牵头实施了中国大陆深部探测的4条深地震反射大剖面。青藏高原、中央造山带、地壳探测等计划项目及所属的工作项目顺利通过结题验收，其中10个工作项目获得优秀。在青藏高原大陆动力学、地幔深矿物发现和中央造山带的构造格架等方面取得创新性成果。在西藏蛇绿岩豆荚状铬铁矿中发现具有壳源同位素特征的金刚石和其他超高压矿物包裹体，开启了研究岩石圈中蛇绿岩地幔岩演化的一个全新的研究领域。通过俯冲作用进入地幔的蛇绿岩橄榄岩经历的地壳物质再循环的证据给地球科学界提供了一个极具挑战性新的研究机遇！提出了祁连—阿尔金造山带经历了早古生代与增生和碰撞造山作用有关的多阶段变质作用的认识；提出青藏高原印支碰撞造山系的造山类型和造山过程，提出青藏高原古特提斯体系是由东基莫里和西华夏陆块拼合的结果。

青藏高原古特提斯构造格架图

组织国际刊物专刊3期（Tectonophysics，Gondwana Research，Journal of Asian Earth Science），国内SCI专刊1期（岩石学报）。发表论文149篇，其中SCI检索论文109篇（国际SCI论文76篇），EI检索论文4篇，核心期刊论文36篇。

“大陆构造与动力学国家重点实验室”所属的“微区物质结构和组构实验室”基本建成，新增4套大型仪器设备。

由中国地质科学院牵头的中国地质调查“青藏高原能源和资源综合调查工程”项目（2015～2021年）申请成功。许志琴院士为工程首席科学家，杨经绥、侯增谦研究员为计划项目首席科学家。

积极开展国际合作与交流，组织召开蛇绿岩、地幔作用及其相关矿床国际学术研讨会，发起成立国际“地幔研究中心”，影响很大。

蛇绿岩、地幔作用和有关矿床国际学术研讨会

2.北京离子探针中心（国家科技基础条件平台）

北京离子探针中心是由科技部和财政部共同认定的首批国家科技基础条件平台。主要从事地质年代学和宇宙年代学研究；发展定年新技术新方法；进行必要的矿物微区稀土地球化学研究；解决重大地球科学研究课题中的时序问题，特别是太阳系和地球的形成及早期历史研究；主要造山带的构造演化研究；地质年代表研究；大型和特殊矿床成矿时代研究并从事科学仪器研发。

核心仪器是两台SHRIMP II（Sensitive High Resolution Ion Microprobe II）大 型二次离子探 针质谱计。2014年，中心单台SHRIMP 仪器的科研论文产出158篇（其中英文SCI检索论文84篇），保持世界同类仪器第一位的水平。

2014年8月，科技部国家科技基础条件平台中心发布2013年度国家科技平台用户满意度调查报告。报告显示，北京离子探针中心的总体满意度位列21家国家科技基础条件平台之首。

重大项目及科研进展

中心承担的国家重大科学仪器设备开发专项《同位素地质学专用TOF-SIMS科学仪器》，主要部件均已加工并完成单独调试，2014年10月启动了仪器整机的总装配和总调试工作。

中心研发的两台TOF-SIMS仪器整机（已组装完成，进入总调试）

汪民副部长在中国地质调查局重点实验室建设现场会上作重要讲话

参观北京离子探针中心

领导关怀

2014年3月20日上午，中国地质调查局在北京离子探针中心召开重点实验室建设现场会。国土资源部党组成员、副部长，中国地调局党组书记、局长汪民出席会议并作重要讲话。

国际合作与交流

中心及中国国际前寒武研究中心（IPRCC）主办了两项重要国际学术活动——“运用地球化学和同位素方法研究地壳演化”国际讲座和鲁西地区国际野外地质考察活动，对提高我国前寒武地质研究水平和培养年轻地质工作者起到了重要的推动作用。

“运用地球化学和同位素方法研究地壳演化”国际讲座

鲁西地区国际野外地质考察活动

3.国家现代地质勘查工程技术研究中心

重点领域：矿产资源勘查、油气及非常规能源勘查、环境生态地球化学调查与评价、地热勘查、地质灾害调查与评估、地球化学标准物质研制、地质分析测试技术、仪器设备研发、方法技术完善与成果推广应用、水文地质与工程地质勘查等。依托中国地质科学院地球物理地球化学研究所（“一套人马”）。

4.岩溶动力系统与全球变化国际联合研究中心

定位：通过国际科技合作，分享当今世界最新的资讯和成果；积极利用国际科技资源，服务国家经济社会发展的大局；同时在岩溶动力系统运行规律与岩溶作用对全球碳循环的意义及碳汇效应、石笋高分辨率古气候记录、应对极端气候岩溶含水层管理和脆弱岩溶生态系统对全球变化的响应等四个方面取得创新性成果，尤其是在发展中国家的岩溶区资源环境问题对策，起引领和示范作用。依托中国地质科学院岩溶地质研究所和联合国教科文组织国际岩溶研究中心（“一套人马”）。

陆永潮1 付孝悦2 邢凤存3,4 陈雷1 马义权1 王超1

1.中国地质大学资源学院，湖北武汉 430074；2.中石化南方勘探分公司，四川成都 610041；3.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），四川成都 610059；4.成都理工大学沉积地质研究院，四川成都 610059

摘要 元坝气田是中国继普光气田之后在四川盆地发现的又一大型礁滩岩性气藏，其储层主要发育于长兴组的台缘生物礁滩相，但是目前对于元坝长兴组生物礁滩体研究甚少。本章在井震结合的基础上，对元坝地区长兴组台缘生物礁滩体的生长发育及其控制因素进行了研究，研究结果表明，元坝地区长兴组台缘生物礁滩体内部发育5期相互叠置的高频生长单元，同时在平面上生物礁滩体具有向西北方向迁移的特征。元坝地区长兴组台缘生物礁滩体的发育受控于海平面变化、季风、洋流以及潮汐作用，其中短周期的海平面变化控制了生物礁滩体内部相互叠置的高频生长单元；季风及洋流控制了生物礁、滩体的北西向迁移；而潮汐作用直接导致了一系列垂直于礁滩体的潮汐水道的发育。

关键词 生物礁滩体 台地边缘 上二叠统长兴组 元坝地区

1 引言

元坝气田位于四川省广元、南充和巴中市境内，是继发现中国最大海相整装气田普光气田之后，在四川盆地发现的又一个千亿立方米储量的大型岩性气藏。第一期探明天然气地质储量×108m3，其气藏埋深为6240～6950m，为国内埋深最大的海相气田。主要储层为长兴组—飞仙关组的礁滩相储层。

元坝地区的勘探始于2001年，2003年以来已经采集了200k m的2-D地震数据和2280k m2的3-D地震数据，2007年元坝1井试获日产天然气×104m3。目前元坝地区17口已完钻测试的海相探井中有16口井在海相储层试获工业气流，其中7井9层试获日产天然气超百万立方米，这预示着元坝地区台地边缘礁滩带油气勘探具有巨大的潜力和客观远景。

精细沉积建模是地震沉积学研究的基础，尤其是其可以在高精度等时框架中动态地恢复沉积体系的三维空间展布及其演化，是现代沉积学研究的主要方向。由于地表露头对于识别高频旋回界面和高频层序单元的时空展布具有得天独厚的优势，并可动态地分析沉积体系随时间的变化规律，取代了过去在单个时间段内所进行的静态的沉积模式或相模式分析的做法，因此所建立的露头沉积模型可客观地表征地下沉积储层的分布。本章在借鉴塔里木盆地奥陶系台缘礁滩体系（焦养泉、荣辉和王瑞等，2011）和川东北长兴组生物礁露头精细建模的基础上（Wu LQ、Jiao YQ and Rong H et al.，2012）（图1，图2），结合现代礁滩体的平面分布模型（图3），通过精细的井-震标定等方法，对元坝地区长兴组生物礁滩体的沉积特征和微相构成进行精细刻画。

图1 塔里木盆地巴楚地区一间房组生物礁滩体露头建模（据焦养泉、荣辉和王瑞等，2011）

图2 川东北开县红花、满月甘泉长兴组生物礁滩体露头建模（据Wu LQ、Jiao YQ and Rong H et al.，2012）

图3 现代大堡礁礁滩体微相类型及组合（据Google earth 卫星照片，2013）

2 区域地质背景

沉积环境及沉积相

元坝地区位于九龙山背斜、池溪凹陷和苍溪-巴中低缓构造带三者之间的交界处，其构造总体平缓，区内构造变形弱。长兴组沉积期，整个川东北地区以开阔台地相、台缘礁滩相、台缘斜坡相和陆棚相沉积为主（图4a）。

元坝地区位于开江-梁平陆棚的西侧，整体表现为宽缓的低角度缓坡台缘，台缘上生物礁滩发育，呈“之”字形展布，构成复杂镶边的台地边缘（图4b）。上二叠统长兴组沉积时期，在川东北地区整体下沉的背景下，元坝地区古地理面貌出现分化，东北部下沉速度快，沉降幅度大，成为深水区，沉积了一套硅质岩；而西南部地区沉降幅度小，为碳酸盐台地沉积环境，在台地与陆棚之间发育了台地边缘礁滩体及斜坡，长兴期末发生大规模海退，导致碳酸盐台地环境演变为台地蒸发岩环境，沉积了泥晶白云岩及泥质白云岩，台地边缘礁滩体高地貌区成为暴露浅滩，沉积了鲕粒灰岩（马永生、牟传龙和郭旭升等，2006）。

自从普光大气田发现以后，大量学者对川东北以及元坝地区开展了研究，对于该地区的沉积相类型及其特征有了比较详细的认识（段金宝、黄仁春和程胜辉等，2008；程锦翔、谭钦银和郭彤楼等，2010；陈宗清，2008）。在本章中，根据前人的研究，同时结合岩心、测井、露头等资料数据对元坝地区长兴组的沉积相类型及其特征进行了研究。总体来看，元坝地区长兴组沉积时期主要发育了开阔台地相、台地边缘生物礁滩体相、台地边缘斜坡相以及陆棚相。

图4 川东北上二叠统长兴组沉积相（a）（据Ma YS、Mou CL and Tan QY et al.，2007；陈宗清，2008，有修改）；研究区上二叠统长兴组生物礁滩体的3D图像（b）

地层与层序地层

Wang BJ、Bao C and Lou Z et al.（1989）对四川盆地的地层进行了详细的研究，在整个元坝地区地层从前寒武一直到三叠纪均有发育（图5a），其中海相碳酸盐岩地层主要发育于二叠纪和三叠纪，而二叠纪以礁灰岩为主，由于该时期川东北地区经历了多期的变形及成岩作用，导致该时期的生物礁滩储层尤为发育。

元坝地区的长兴组下部以灰岩和生屑灰岩为主，主要为生屑滩沉积，上部则以生物礁滩灰岩为主，沉积相主要为台地边缘生物礁滩相，长兴组沉积末期，由于海退作用，导致生物礁滩体暴露，形成白云质生屑灰岩以及白云岩，其为长兴组内最重要的储层（图5b）。因此总体来看，元坝地区长兴组具有上礁下滩、礁滩共生的特点。

对于元坝地区长兴组的层序地层学研究，目前研究甚少，郭彤楼（2011），王国茹、郭彤楼和付孝悦（2011）对元坝地区长兴组进行了层序地层学研究，将其划分为两个Ⅲ级层序，每个层序识别出海侵体系域和高位体系域，并在每个体系域内划分了高频层序，同时确定了海平面变化曲线。本章对长兴组的层序划分方案与其一致，将长兴组划分为两个层序——SQP2c h1和SQP2c h2，同时结合小波变换对高频进行了更进一步的划分。其中SQP2ch1的海侵体系域可划分出1个准层序组和2个准层序，高位体系域可划分出1个准层序组和3个准层序；SQP2c h2的海侵体系域则可划分出2个准层序组和4个准层序；高位体系域可划分出3个准层序组和4个准层序（图5b）。SQP2ch1中以发育生屑滩为主，SQP2c h2则以发育生物礁滩为主，长兴组层序的总体特征为下部层序成滩，上部层序成礁。

图5 四川盆地地层综合柱状图（a）和川东北元坝地区YB27井长兴组层序地层分析图（b）（据Zhao WZ、Xu CC and Wang TS et al.，2011，有修改）

3 数据和方法

数据

本次研究区主要为元坝地区的元坝2井区，所用的数据包括218k m2的三维地震数据，地震工区内以及邻区普光气田的13口井的数字测井资料（有10口井位于工区内）以及3口井的岩心和镜下薄片。

方法

在本次研究中，对每口井都进行了层序划分，由于本次研究主要借助于地震剖面分析，因此界面的识别和标定对于本次研究至关重要，因此井震标定显得尤为关键，本文中利用Landmark软件进行合成记录，通过声波测井（速度的测量）和地震子波来生成合成记录。通过合成记录严格将井与地震进行匹配，赋予地震剖面的反射轴具体的地质意义，同时建立了元坝地区长兴组台缘礁滩体地质——地球物理响应模板（图6），在此基础上通过地震剖面分析以及地震属性提取对研究区内长兴组生物礁滩体的生长发育进行深入而准确的研究。

图6 元坝地区长兴组台地边缘生物礁滩体微相的地质和地球物理特征

4 研究结果

生物礁滩体生长发育特征

生物礁滩体独特的古地貌、结构、构造以及岩石学特征决定了来自生物礁滩体的多种地震反射参数，如振幅、能量、频率、连续性等都会与围岩不同，使得生物礁滩体的地震反射结构特征具有一定的特殊性。

通过穿越YB27井的地震剖面可以看出：礁滩体主要发育于长兴组上部层序SQP2ch2内，长兴组的下伏地层（吴家坪组顶界面）表现为强振幅反射，为碳酸盐台地反射，其为生物礁滩体的发育提供了稳定的基底；生物礁滩体呈明显的丘状，顶部显示出强振幅反射特征；生物礁滩体的两翼可见明显的上超现象；生物礁滩体形态不对称，生物礁滩体向海的一侧坡度陡，而向陆一侧，生物礁滩体坡度较缓。SQP2ch2生物礁滩体内部可以划分成5个高频旋回，反映了生物礁滩体经历了5期生长过程，其中前两期表现为向台地退积，后三期为生物礁滩体的主体发育期，表现为向海进积（图7）。

通过一系列横切过YB27井一支北西向的地震剖面分析可见，SQP2c h2内生物礁滩体的发育同样具有早期向台地退积后期向海进积的特征（图8）。而从横切过Y B204井—YB2井的地震剖面也可看出SQP2ch2内的生物礁滩体发育具有多期旋回，早期向台地退积，后期向海进积（图9）。

通过北西向顺台缘方向过生物礁滩体的地震剖面可以看出，研究区的生物礁滩体发育表现出不断向西北方向迁移的特征，其中过Y B27井的一支北西向的生物礁滩体可识别出6期不断迁移的生物礁滩体（图10），而过YB204—YB2井一支北西向的生物礁滩体则可识别出4期不断向西北方向迁移的生物礁滩体（图10）。

图7 元坝地区长兴组生物礁滩体地震特征和等时地层分析图

TWT=双向旅行时间，位置显示在图4中

生物礁滩体平面展布特征

沉积微相平面刻画是有效储层预测的基础，但是由于生物礁滩体期次多，相变快，钻孔少，因此在平面上对生物礁滩体的微相进行精细刻画具有很大难度。基于此，不同学者针对生物礁滩体的特征进行了各种尝试，其中包括属性提取、分频处理、小波变换、多形分析等手段，以期能够准确地刻画出生物礁滩体各微相的平面展布特征。

本研究中，通过多种技术手段对比认为，地震均方根振幅属性对各沉积微相的空间构成有较好的响应性，因此，在经过优选之后，将均方根振幅属性提取和分析技术作为刻画生物礁滩体微相空间展布的主要手段。

在属性分析基础上，结合钻孔定位、地质分析，对生物礁滩体空间展布进行了综合刻画，认为长兴组台缘带生物礁滩体空间分布具有明显差异性。在元坝地区，由西部向东和东北方向依次发育开阔台地、台缘礁滩体以及台缘斜坡，并可体现出台缘生物礁滩体内部沉积微相精细构成特点。生物礁滩体总体呈指状向西北方向延伸，礁核、礁前滩以及礁后滩明显，如YB27井所处的礁核部位；区内生屑滩发育，主要位于生物礁的周围，且总体表现出迎浪面窄背浪面宽的特点。滩间以滩间海沉积为主，开阔台地内广泛发育台内生屑滩（图11）。

图8 横切过YB27井一支北西向的生物礁滩体地震剖面分析图

沉积模式

通过对点（井）、线（地震剖面）、面（地震属性）、体（古地貌）的分析，笔者提出了元坝地区长兴组台缘礁滩体的发育模式（图12）。长兴组沉积时期，元坝地区整体发育了一复杂镶边型的台缘礁滩体，生物礁滩体的发育总体呈北西向条带状展布，具有向西北方向迁移的特征，该特征是在季风、洋流的共同作用下形成的；而在垂直于台缘方向上，由于海平面的变换导致生物礁滩体内部发育了多期叠置的高频旋回，其中早期向台地退积，晚期向海进积。

5 讨论

对于川东北以及元坝地区生物礁滩体，马永生、郭彤楼和付孝悦等（2002），马永生、牟传龙和郭彤楼等（2005），马永生、牟传龙和郭旭升等（2006），Ma YS、Zhang SC and Guo TL et al.（2008），段金宝、黄仁春和程胜辉等（2008），蔡希源（2011）等均对其沉积特征、演化过程进行了详细的研究，但是均未对长兴组生物礁滩体的内部生长、发育以及控制因素进行研究。

图9 横切过YB204—YB2井呈北西向展布的生物礁滩体地震剖面分析图

图10 元坝地区西北向过YB27井一支生物礁滩体的地震剖面解释图（a），元坝地区西北向过YB204—YB2井一支生物礁滩体的地震剖面解释图（b）

该剖面为瞬时相位剖面，TWT=双程旅行时间，位置显示于图4B

图11 地震均方根振幅对台缘生物礁滩体各微相的显示图

基于元坝地区长兴组生物礁滩体地质-地球物理响应模板可知，黄色区域主要代表生物礁滩体的礁核主体部位，红色区域代表生物礁的礁前和礁后滩发育区，绿色部分反映生物礁的边缘部分，主要是礁前和礁后滩的边缘薄层部位，蓝色略带绿色区域为滩间海沉积，纯蓝色区域则主要为台缘斜坡部位，斜坡内部的蓝绿色部位可能为礁前滑塌

图12 元坝地区长兴组复杂镶边型台缘礁滩体形成模式图

海平面变化对生物礁滩体生长的影响作用

不同周期的海平面变化是控制碳酸盐沉积的主要控制因素（Christopher G、Kendall SC and Schlager W，1981 ；Sarg JF，1988 ；Handford CR and Loucks RG，1993）。短周期海平面变化的记录常保存于台地顶部和盆地区域的沉积旋回中（Droxler AW、Schlager W and Jourdan A，1983；Loucks RG and Sullivan PA，1987），而长周期的海平面变化通常通过地震波识别出的沉积层序反映出来（Sarg JF，1988；Handford CR and Loucks RG，1993）。

前人的研究已经证明研究区生物礁滩体的形成总体是在海侵环境下形成的，即长周期的海平面变化是相对上升的（牟传龙、谭钦银和余谦等，2004）。但是在研究区，对于短周期海平面变化对生物礁滩体形成的影响至今未有研究，而在本次研究中，通过对单个生物礁滩体内部结构进行精细解剖发现：研究区长兴组生物礁滩体的形成具有5个高频旋回（图5），其对应了5期短周期的海平面，其中早期的2期退积生物礁滩体生长对应于2期短周期的海平面上升过程，晚期的3期进积生物礁滩体生长对应了3期短周期的海平面下降过程。

季风、洋流对生物礁滩体生长的影响

虽然通过海平面的变化可以解释生物礁滩体内部生物礁滩高频周期内的生物礁滩生长叠置关系，但是在本次研究中，元坝地区长兴组生物礁滩体在平面上为一复杂镶边型生物礁滩体（图4b，图5，图11），其特殊的展布特征明显不能用海平面的变化来进行解释。

季风的变化不但在很大程度上影响着搬运到盆地区域的沉积物数量，同时也影响台地内沉积物的进积方向（Hine AC and Neumann AC，1977 ；Steven LB、Randal D and Kissling DM et al.，2004）。在单信风的影响下，沉积物会沿着背风方向伸展，而迎风的一面岸外搬运量很小。上二叠统长兴组沉积时期，川东北地区为特提斯海的一部分，Parrish JT and Doyle JA（1984）、Parrish JT（1993）、Ziegler AM、Hulver ML and Rowley DB（1997）、Mutti MM（1995）、颜佳新、刘本培和张海清（1999）、颜佳新和赵坤（2002）通过研究发现，晚二叠世该地区存在来自东南向的季风，在该季风的影响下在元坝所处的川东北地区发育一支从南部过来沿顺时针方向的洋流（图12）。而通过前面研究发现，研究区内长兴组沉积时期，生物礁滩体向海一侧明显较向台地一侧陡，Stenven LB、Randal D and Kissling DM et al.（2004）研究认为，导致生物礁滩体不对称结构形成的主要原因是生物礁滩体向海一侧受风浪或洋流影响所致。元坝地区生物礁滩体总体为向北西方向进积，因此，可以大致判定导致其向北西方向迁移的主要因素为洋流和季风共同作用所致（图12）。

潮汐作用对生物礁滩体发育的影响

目前对于潮汐对生物礁滩体生长的影响的研究甚少，但是潮汐对于生物礁滩体生长具有影响作用是毋庸置疑的。在本次研究中通过长兴组生物礁滩体三维古地貌图（图4b）和元坝地区长兴组沉积相展布图（图5）可以发现，在靠近台缘斜坡的一支北西向的生物礁滩体中存在一系列垂直于生物礁滩体的沟槽，其很有可能为受潮汐作用影响而形成的潮道。同时在研究中发现，在川东北地区长兴组沉积时期确实存在证据证明潮汐水道存在。其中岩心和镜下观察发现：宏观上可在岩心上见到潮汐层理构造（图13a），镜下可见生物碎屑颗粒的长轴具有定向性，而且其具有一定的分选和磨圆度（图13b），这说明其明显受到潮汐的作用。

图13 潮汐水道存在证据，a为Pg2井岩心，发育潮汐层理构造，该井为元坝邻区普光气田的井；b为YB27井镜下照片，碎屑颗粒的长轴具有定向性，具有一定分选磨圆性

6 结论

本章在前人研究的基础上，结合地震、岩心、地震属性等资料对川东北元坝地区长兴组台缘礁滩体生长发育及其受控因素进行了研究，主要取得了如下结论：

1）通过地震剖面精细解剖确定了垂直于台缘方向（北东方向），生物礁滩体的生长具有早期向台地退积、晚期向海进积的多期叠置特征；顺台缘方向（北西方向）长兴组生物礁滩体的生长具有不断向北西向迁移的特征。

2）提出了元坝地区长兴组台缘礁滩体的发育模式。

3）通过分析发现，短旋回的海平面变化控制了生物礁滩体内部相互叠置的高频生长单元；季风及洋流控制了元坝地区长兴组生物礁滩体的北西向迁移；潮汐对长兴组生物礁滩体的形成也具有一定影响，其作用导致了一系列垂直于礁滩体的潮汐水道的发育。

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