Question

地球科学前沿研究

Answer 1

利用先进的地球物理探测技术，重点对青藏高原进行了深部地球物理调查，进一步加深了对岩石圈深部结构、组成与演化的认识，提出了一系列大陆碰撞的地球动力学模型，深化了大陆动力学研究。在地球生命的早期演化研究等方面，获得了一些重要新发现和新突破。

中国大陆科学钻探工程研究

中国大陆科学钻探自2001年6月25日正式开钻，于2002年4月9日13时30分，先导孔以2028.17米深度胜利终孔。该井从地表至井深101米为全面钻进，通过岩屑录井来获取岩层资料。从井深101米处开始连续取心钻进，至2028.17米，取心进尺1927.17米，平均日进尺7.2米，平均机械钻速0.93米/小时，平均回次取心长度2.94米，平均采取率88.66%。200米处井斜角为4.1°。利用中国大陆科学钻探工程提供的2000米连续的极为珍贵的岩心、流体及其气体样品、1300米的岩屑样品和2000米的原位测井资料，建立了岩性剖面、构造剖面、岩石物性剖面、岩石伽马异常剖面、矿化剖面、流体地球化学剖面以及十多种类型的测井剖面，完成了孔区三维地震探测，沿钻孔的垂直VSP地震剖面已经建立，揭示了孔区精细的地壳结构。

岩心深度及方位归位

2000米的钻孔岩心中，具有特殊地学意义的超高压金红石榴辉岩（绿色）的累计厚度为1000米以上，地幔橄榄岩（紫色）的厚度为80余米，部分熔融形成的片麻岩（深红色）厚度达400米，在原定的金红石榴辉岩矿体下又发现了400米厚的达到工业品位的金红石矿体。结合测井资料，解决了岩心的定向和归位问题，建立了1200米可信度高的构造柱状剖面图。通过对先导孔100～1200米岩心物理性质的系统测定，已经查明先导孔500米岩心的7项物理参数（密度、电阻率、地震波速度、热导率、平均磁化率、孔隙度、渗透率）以及部分物性参数的各向异性信息。

超深钻钻孔剖面

在排除钻进及泥浆干扰的前提下，从先导孔发现了甲烷、乙烷、丙烷和丁烷等烃类气体，以及氦气及二氧化碳和一氧化碳气体的异常。初步研究表明，地下流体可能有多种来源。经DNA分析，初步在1080米深的榴辉岩岩心中发现了极端条件下形成的微生物，为生命起源的研究提供了重要信息。

中国和德国合作最新研制的DIS数据库录入了2000米的全部岩心图像信息和工程数据，通过互联网站向国内外发布信息上万页。

通过锆石的拉曼光谱及矿物包体的微构造研究，获得了超高压变质作用的指示矿物柯石英在苏鲁南部地区三维空间大面积分布，表明巨量物质曾发生过超深俯冲作用。按照成因、产出及组合重新划分了不同种类的超高压变质岩石单元，并已标在新填绘的1:25万地质图上，据此建立了新的构造格架。超高压变质峰期的流变学研究也取得了新的进展。地震层析剖面揭示了250公里深度范围内苏鲁超高压变质带的结构特点及郯庐断裂和响水断裂超岩石圈断裂的性质。

在先导孔中发现可能来自于深部的CH₄、He和CO₂气体异常

经过DNA分析，在先导孔岩心1068米处榴辉岩中发现的地下微生物

青藏高原岩石圈深部探测及动力学

青藏高原北部碰撞造山作用及岩石圈动力学

对青藏高原北部岩石圈开展了新的地球物理－天然地震方法的探测，揭示了青藏高原北部各地体的物理状态、岩石圈“多明治”结构及中地壳透镜状低速层的存在，确定了阿尔金、昆南、金沙江等数条切入地下150～250公里的岩石圈剪切断层；发现了与可可西里新生代火山活动有成因联系的深部200～360公里的大型低速密度异常体以及塔里木地块向南俯冲于阿尔金山之下的地球物理证据。

在青藏高原北部祁连山南缘发现一条350公里长（大柴旦—锡铁山—都兰）的早古生代超高压变质带，并提出中国南北板块之间存在一条长4000公里的巨型高压超高压变质带（苏鲁—大别—秦岭—祁连南缘—阿尔金山），其形成时间为加里东期和印支期。这些重要发现及认识不仅有利于青藏高原北部构造格架的建立及中国西部古亚洲体系的重塑，而且对解决中国南北板块汇聚动力学具有重要意义。

发现了中亚最大的阿尔金走滑断裂中早期形成的糜棱岩带，并获得阿尔金断裂形成年龄为220～240百万年。

通过对某些关键疑难地层问题和各种地质现象的研究，提出了青藏高原北部前新生代三次重要岩浆事件及造山作用，“挤压转换”的新构造类型和华力西期以来大型平移作用及块体旋转的新认识，初步建立了青藏高原北部基本构造格架及新的碰撞造山模式。

2002年国土资源科技发展报告

2002年国土资源科技发展报告

阿尔金断裂带早期形成具左行走滑特征的糜棱岩中定向生长锆石的U-Pb测年（SHRIMP）数据：240～220百万年

INDEPTHⅢ项目

野外共布设77台REFTEK宽频地震仪，其中57台在野外进行了为期1年的天然地震观测，取得了高质量的深部地震探测巨量数据。初步建立了青藏高原腹地不同地块地壳速度结构模型和深部构造模式，高精度地确定了藏北高原地壳厚度，分析了拉萨地块与羌塘地块上地幔各向异性及其空间展布，为青藏高原大陆动力学研究提供了非常重要的观测资料。

沿德庆—龙木错测线布置26个长周期大地电磁（LIMS）测点和57个宽频MT测点；沿那曲—格尔木长约600公里测线布设25个长周期大地电磁测点和47个宽频MT测点。初步查明青藏高原腹地由南向北，上地壳普遍存在高导体，但高导体分布是间断的、不连续的，其埋深由浅变深，导电性逐渐减弱；进一步证实青藏高原50公里深度以下，地壳的电性较均匀，表现出区域性良导背景。发现可可西里—金沙江缝合带在100公里深度以上产状向北倾斜。以可可西里—金沙江缝合带为界，高原壳幔电性结构有明显变化。缝合带以北，即昆仑地块的壳幔电阻率增大，为高阻区，其深部向南陡倾，下延大于200公里。

在多格错仁湖北岸发现长180公里、宽25公里的新第三纪陆相红层盆地与晚喜马拉雅期近东西向褶皱带；在羌塘北部－可可西里南缘新第三纪火山岩带发现来自于上地幔、下地壳、中地壳不同深度、不同时代的深源包体；通过高精度测年工作，精确测定出藏北碱性火山岩时代为25～32百万年，测得青藏高原腹地区域性NE、NW向走滑与近SN向伸展作用开始时代约为5～6百万年；发现西藏可可西里中部出露6百万年侵位的花岗岩。

中国大地构造演化及中国大陆在罗迪尼亚超大陆中的位置

新一代中国大地构造回——中回及邻区大地构造图

1:5000000中国及邻区大地构造图，以多旋回演化论为指导，吸收了板块构造精华，并强调地球多层圈相互作用和地质作用的非均变性和非线性，全面阐述了阿帕拉契亚古亚洲洋、特提斯－古太平洋和印度洋－太平洋三大全球性动力体系的依次作用以及它们的叠加、复合，揭示了同一地带在不同阶段经受不同的动力体系作用，使中国大地构造显示出十分复杂的多旋回分阶段演化过程，造成中国及邻区地壳十分醒目的镶嵌式结构和地壳—上地幔不同层次间的非耦合关系，即立交桥式结构，从而使中国大陆成为全球大陆构造中最为复杂的一个区域。东亚大陆显生宙演化总趋势为冈瓦纳大陆北缘之裂解和西伯利亚大陆南缘的增生，以及古亚洲、环太平洋和特提斯三大构造域的形成。微陆块的软碰撞、叠覆造山和多旋回缝合以及由此而产生的多旋回复合造山带，多旋回叠合盆地和多旋回构造、岩浆、成矿作用是中国大地构造的突出特征。

2002年国土资源科技发展报告

2002年国土资源科技发展报告

华南新元古代裂谷盆地演化——兼论与罗迪尼亚超大陆解体的关系

长期以来，华南大地构造性质问题一直是中国地质学家争论的焦点。先后提出多旋回说、板溪洋说、华南洋说和裂谷说等。本项目采用多学科多手段综合研究方法，运用当代先进的高精度测年技术，获得了一批重要的精确测年数据，提出板溪群与莲沱组不是上下接触关系，也不完全是“同期异相”关系，两者拥有等时的顶界面和不等时的底界面，即同顶异底的对比原则，提出了长安冰碛岩的区域对比方案，即除湘桂以外的华南绝大部分地区因大陆冰盖而缺失了可与长安组相对比的地层单元；提出了“晋宁－四堡”运动不整合面是划分中、新元古界的重要界线，明确指出传统的“晋宁‖”划分不具构造－地层意义；首次提出了中国南方新元古代“华南裂谷”模式，并系统阐述了盆地形成、发展与消亡过程及其动力学模式，通过华南新元古代裂谷盆地与南澳、北美等同期裂谷盆地的对比研究，提出了华南在罗迪尼亚超大陆中的可能位置，分析并讨论了华南在罗迪尼亚超大陆拼合及解体中的作用，为探讨新元古时期全球超大陆的形成与演化提供了重要、翔实的资料。

华南新元古代裂谷盆地演化动力学模式示意图

地球早期生命演化及其地层研究

辽西首次发现真正会飞的“恐龙”——中华神州鸟

2002年春，在辽宁义县境内早白垩世地层中发现了一块保存完整的小型兽脚类“恐龙”化石，并共生着其他脊椎动物化石。新发现的“恐龙”化石嘴里无牙，前肢明显长于后肢，尾巴大约由25节骨质尾椎组成，叉骨呈“U”字形，飞行羽毛超过了身体的长度。根据新化石的肩带、腰带、四肢、羽毛发育等特征，认为新发现的“恐龙”真正具有了一定的飞行能力，应归于初鸟类，正式命名为中华神州鸟（新属、新种）（Shenzhouraptor sinensisgen.et sp.nov.），代表了恐龙向鸟类演化过程中的又一中间环节。中华神州鸟显示出明显的镶嵌演化特点。在某些特征上，中华神州鸟要比德国的始祖鸟进步，如嘴里没有牙齿，前肢比后肢长得多等。德国的始祖鸟嘴里长有锐利的牙齿，前肢与后肢近乎等长。但是，中华神州鸟的另外一些特征却显示出浓厚的原始色彩，如其尾巴比德国始祖鸟略长，脚的第一趾像其他典型的兽脚类恐龙那样没有反转，趾爪仍旧朝后，表明其脚趾还不具有“对握”或“抓握”功能。中华神州鸟的发现有力支持了鸟类的“陆地奔跑”飞行起源理论。这为进一步研究鸟类的起源和早期演化、鸟类的定义、鸟类的飞行起源、羽毛的起源和演化等重大科学问题提供了十分难得的古生物资料。

辽宁义县境内早白垩世地层中发现了保存完整的小型兽脚类“恐龙”化石

我国发现世界最原始的被子植物化石新类群

最近，在我国辽西地区首次发现了迄今世界上最原始的被子植物化石新类群“辽宁古果”和“中华古果”两种化石，并据此建立了一个被子植物的新科——古果科。

中华古果化石刊登在《Science》封面上

2002年5月3日出版的《Science》杂志以封面文章刊登了这一研究成果。发现于我国辽西地的“古果科”化石，距今为1.45亿年。由吉林大学古生物研究中心主任孙革教授和中国地质科学院季强研究员等领导的研究小组最新研究表明，迄今发现最早的被子植物是水生植物，并可能起源于现已灭绝的种子蕨类植物，国际学术界将其誉为“目前全世界保存最完整的时代最早的被子植物”。

一个多世纪以来，古生物学界一直存在有关被子植物起源时间和地域问题的争论。英国植物学家达尔文将此称为“讨厌之谜”。“辽宁古果”和“中华古果”化石的发现，不仅将人们对被子植物起源的认识提前了1500万年，同时也对欧美学者所持的“热带起源说“提出了挑战，“古果科”的研究成果将成为揭开达尔文“讨厌之谜”的钥匙。云南东部澄江动物群及其生态环境研究

通过系统研究澄江动物群在滇东地区的分布，发现了一批新的化石点，研究了澄江动物群109个属和122个种，发现新属44个，新种59个，其中已发表新属37个、新种49个。首次发现迄今世界上最古老的脊椎动物化石，即早寒武世海口鱼化石，将脊椎动物起源时代的认识至少提前了3000万年。云南省地质研究所与西北大学等单位联合，于1999年11月4日将该成果发表在国际著名刊物《Nature》第402期上，引起了国内外的关注。此项成果，发现了早寒武世脊索动物——中新鱼和海口华夏鱼化石，填补了由云南虫、海口虫演化到昆明鱼、海口鱼之间的空白，这对研究脊索动物起源和演化以及寒武纪生命大爆发具有重要意义。首次建立了该动物群的食物链模式及生态金字塔。对含澄江动物群的地层进行了同位素年龄测定，结果表明澄江动物群产出年龄约在540～530百万年之间。

云南澄江发现的海口华夏鱼化石

通过古地磁学的研究，获得澄江动物群生存时期的古纬度为11.3°。建立了玉案山段古地磁极性序列，揭示出在澄江动物群时期地磁场曾发生过频繁极性反转的事实，这可能直接或间接影响了澄江动物群的出现与发展。

2002年国土资源科技发展报告

贵州关岭生物群研究

贵州省关岭县新铺乡一带所发现的关岭生物群，以其化石保存的多样性和完整性引起了国内外专家学者的广泛关注，被认为是全球晚三叠世独一无二的化石库，详细的调查和研究证实，关岭生物群中既有分布广泛的鱼龙，亦有仅限于特提斯生物地理区的海龙和齿龙。鱼龙的形态结构显示其处于向侏罗纪鱼形转化的过渡阶段。保存精美的海百合化石填补了晚三叠世卡尼期海百合动物从底栖型向浮游型转变的演化间断。上述海生爬行动物、海百合与长达1米的辐鳍鱼类和大量软骨鱼类以及菊石类、双壳类、海参、牙形动物、腕足类和谐共处，共同构成了一个美妙的生态系统。它是继二叠纪末期生物大绝灭之后，在独特的古地理和古环境条件下，生物重新辐射发展而在距今2.2亿年前海洋中形成的一个新的海洋动物世界。

营假浮游生活的海百合

黄果树安顺龙化石

全球二叠系—三叠系界线层型研究

在华南广泛发现和证实了“过渡层”或“混生层”的地层意义，证明了我国二叠系—三叠系界线地层的连续性；提出了以微小欣德牙形石Hindeodus parvus取代菊石Otoceras作为界线定义的建议，并引起国际学者的重视。因为我国南方广大地区没有可靠的耳菊石记录，因此这一建议对于我国争取该层型具有特别重要性。

通过大量研究，在浙江长兴煤山剖面发现了关键的牙形石带化石，建立了最完整的二叠系—三叠系界线牙形石生物地层序列；2001年3月中国浙江长兴煤山二叠系—三叠系界线层型剖面和点得到了国际地科联的正式确认，成为全球二叠系—三叠系界线层型剖面和点位（俗称金钉子），最终被确认为国际地层界线研究的标准层型和界线层型，成为国际界线地层剖面研究的标准，这是我国地层学研究可载入史册的实质性进展，为国家争得了荣誉。同时，2001年，浙江长兴煤山地区，被正式批准成为国家地质公园。

2002年国土资源科技发展报告

专栏5

大规模成矿作用与大型矿集区预测

本项目为国家重点基础研究发展规划项目，首席科学家由中国地质科学院矿产资源研究所毛景文研究员和中国科学院贵阳地球化学研究所胡瑞忠研究员担任。本项目2002年取得三项突出进展：

（1）根据华北地区及其邻区（包括长江中下游地区）金属矿床Re-Os和⁴⁰Ar-³⁹Ar及其个别高精度流体包裹体Rb-Sr等时线测年数据，以及与成矿相关的花岗质岩石的锆石SHRIMP和单颗粒锆石测年数据的收集、可行性分析和总结，提出中国东部大规模成矿作用出现在180～160百万年、140百万年左右和130～110百万年三个时期。通过对中生代地球动力学演化的研究，认为三大成矿事件所对应的地球动力学背景为碰撞造山过程、构造体制大转折和岩石圈大规模拆沉作用。

（2）在云南丽江地区发现了两处苦橄岩。这两处苦橄岩产地均存在三层喷出的苦橄质熔岩，呈夹层产于峨眉山玄武岩系的近底部位置，与其直接接触的是辉斑玄武岩，并且接触界线清楚，不呈渐变过渡关系。三层苦橄质熔岩中以第二层最厚，达10～15米，而第一、三层只有1米左右。三层苦橄岩的矿物组成基本相似，呈斑状结构，斑晶主要为橄榄石，有少量斜方辉石，基质半晶质，主要由橄榄石、单斜辉石和斜长石组成。这项发现为我国西南峨眉山大火成岩省是地幔柱演化产物的观点，提供了重要的证据。

（3）运用地球化学急变带理论和方法，在大火成岩省东南部的滇东北鲁甸地区预测发现了面积较大的铜矿靶区。其中铜矿化在小寨向斜东西两翼连续出露长达1～2公里，厚50～80米。矿化从上到下大体上可以看到7层：①最上部三叠系砂岩中的辉铜矿、孔雀石矿化层；②宣威组角砾岩自然铜、辉铜矿矿化层；③峨眉山玄武岩组顶部火山凝灰岩与有机质有关的自然铜、赤铜矿、黑铜矿矿化层；④峨眉山玄武岩组上部第一层火山凝灰沉积层的上铁下铜矿化层；⑤峨眉山玄武岩组顶部气孔状玄武质熔岩黑铜矿、自然铜矿化层；⑥峨眉山玄武岩组上部第二层火山凝灰岩层的黑铜矿、自然铜矿化层；⑦峨眉山玄武岩组底部与茅口组灰岩接触界面的黑铜矿、黄铜矿矿化层。这7层矿都与玄武岩密切相关，构成一个统一的成矿系列。这项成果已被中国地质调查局采用，列为国家重点找矿勘查评价区。

长江中下游地区地球动力学演化与成矿模式图

a.扬子与华北克拉通对接后，在秦岭造山带南侧发育坳陷带b.构造应力场大转换地幔隆起、岩浆底侵形成的斑岩型－夕卡岩型－Manto型铜金铁矿成矿系统；c.岩石圈大减、薄软流层物质上侵大规模岩浆－火山活动和120百万年的玢岩铁矿成矿系统

专栏6

北京首都地区大气、水、土环境污染机理与调控原理

本项目为国家重点基础研究发展规划项目，首席科学家由国家地质实验测试中心黄怀曾研究员和中国气象科学研究院徐祥德研究员担任。2002年本项目取得的主要进展如下：

（1）在大气污染方面，采用单点激光雷达，太阳光度计，系留汽艇，TOVS、TOMS和MODIS多类卫星遥感综合探测手段，对空气污染物连续监测，获取了北京冬季城市边界层大气动力结构综合观测数据，初步建立了北京城郊南北剖面城市边界层大气动力三维结构。

密云水库底积物沉积状况图

（2）在水污染方面，密云水库流域土壤侵蚀、小型矿山开采、农业活动等点源和面源污染所携带的化学物质对水库水质已造成影响，水体中污染物含量逐年增加，但尚未超过污染容量，水质目前还算洁净，但水库底泥内已蓄积了一定量相对稳定的污染物。对官厅水库研究表明，多年来点源排放活性磷，排污渠道积淀与析出活性磷，不断流入水库。水库内常年积累的活性磷，通过生物、物理、化学作用，形成一个循环体系，水体中无机的和有机的不同形态磷彼此间的转化，可不断供给藻类繁衍所需的活性磷，这是导致水华的主要原因；水库蓄水量减少，磷浓度增加，有利于藻类繁殖，这是引发水华的另一因素；底积物中磷的贮存与释放以及流通量是诱发富营养化的另一重要原因。

（3）在地下水污染研究方面，以城市近郊地下水为例，排污河渠对地下水污染的影响不大，垃圾填埋场淋滤液对地下水污染有一定程度的影响；污水草地中氮的动态分布特征表明，渗灌比滴灌更易造成硝态氮污染。

（4）在土壤污染方面，详细确定了北京城近郊区较大范围内重金属、持久性含氯有机污染物等的种类，圈定了空间分布范围，发现了严重污染点。通过土壤钻孔精细剖面，确定了重金属污染物的主要累积层位。研究表明，尽管已禁止使用有机氮农药DDT，但仍存在区域性的污染。

（5）为防治加油站的污染，驯化出具有较强降解多环芳烃能力的优势菌种，对芳烃、非烃、饱和烃和沥青质降解率分别达30%～80%。针对重金属镉污染，培育、驯化了富镉微生物酵母菌和丝状真菌各一株，丝状真菌干菌体镉含量达28%，明显高于国外细菌富集能力20%。