大陆岩石圈和深部作用研究的关键问题 岩石学及其研究意义

在大陆岩石圈和深部作用研究方面，正面临着若干需要新的知识层次上攻关的关键科学问题，概括如下：

（1）大陆的生长机制和成因

大陆的生长机制和成因一直是当代国际地学界研究的难题之一。大陆地壳至少有4200Ma以上的历史，已成为地球主要历史的惟一档案资料库。大陆的情况远比海洋复杂得多，具有很多特殊性，陆壳的生成和演化与板块构造的关系至今不清，一些重大疑题仍有待解决。

（2）大陆地壳的结构、构造和动力学

自从大陆超深钻成果否定了地壳双层结构以后，引起了人们对地壳结构的重新认识，至今尚未建立起可信的地壳模型。今后要建立起可靠的地壳结构、构造模型，还有赖于地球物理方法的进一步改进和超深钻成果的证实和修改。

（3）大陆莫霍面的性质及其动力学

大陆莫霍面在时间上和空间上都具有动态性质，在大陆岩石圈生长及演化和运动过程中都具有重要作用。因此，深入研究莫霍面的构造性质、状态和组成及其动力学意义，就成为当代岩石圈研究的重要课题之一。

（4）岩石圈的结构分层和流变性质

岩石圈的结构分层和流变性质是控制大陆构造形成演化，尤其是控制大陆构造变形的主导因素之一，也是探讨大陆动力学的基础。因此，对岩石圈结构分层和流变性研究也就成为当代重要的前沿课题。

（5）深部作用及其过程

21世纪人类将面临能源、矿产资源、环境和灾害等重大社会问题。而上述问题要取得进展，最关键的是要深入了解地球深部正在发生的各种地质作用机理，即要了解深部化学作用和物理作用及其演变过程，为解决当前人类面临的重大社会问题提供途径。

（6）地壳与岩石圈地幔的连结作用

大陆地壳和岩石圈地幔是否具连结作用，如果两者发生拆离，其性质和范围以及位移的运动学和动力学等是什么特征，这些都是涉及到大陆变形体系和大陆动力学的基本问题。它们不仅对认识地幔流动的空间与时间变化具有重大意义，而且由其产生的所谓地壳动力学、大陆动力学与地幔动力学之间的关系就成为今后研究地球动力学中最重要的前沿课题之一。

中国大陆科学钻探（CSDC）的最新进展~

刘广志
（地质矿产部科技委高咨中心，北京　100812）
中国大陆科学钻探（CSDC）筹备工作，自进入90年代以来，获得了迅速的进展：
·召开了“中国深部地质研究中存在的关键地质问题”研讨会（1991.3）。
·“中国大陆科学钻探先行项目”开始执行（1991.7）。1994年11月提交有关报告，通过评审，认为中国开展大陆科学钻探条件业已成熟，争取列入“九五”国家重大科学工程项目。
·国务院发布的“国家中长期科技发展纲要”中指出：2000年前要为实施地质科学（超深）钻探工程进行技术准备，2020年前要实施（1992.3）。
·先后召开了第一次（1992.4）、第二次（1993.5）“中国大陆科学钻探研讨会”，讨论中国科学钻探选址，从12个选区归结为4个，最后选择大别—胶南作为首批靶区。
·“中国地质超深钻探（现称科学钻探）国家专业实验室”在中国地质大学（北京）建成，进入设备安装调试（1993.5）开展科研工作。
·中国派代表团参加在德国波茨坦召开的“国际大陆科学钻探会议”（1993.8），并参加ICDP筹备会（1993.9）。此后地质矿产部推荐肖序常院士为中方成员（1994.1）。地质矿产部派肖序常、闵志到美国斯坦福大学参加ICDP会议（1995.12）。
·“中国第一口大陆科学钻孔实施与科学研究”正式申报为“九五”国家重大科学工程项目。国家科委组织高级专家评议、投票，排名第三（1995.2）。财政部同意支付ICDP会费（1995.7）。以“大陆动力学和大陆科学钻探”为题举行了第36次香山科学会议。中国地质界对中国开展大陆科学钻探取得共识（1995.5）。
·再次举办“中国大陆第一口科学钻孔第三次研讨会”（1996.1）。对大别—胶南作出进一步靶区选定；并组织专家进行现场考察。
·（1996.2.26～3.1）在日本东京筑波市科学城参加“第八届通过钻探观察深部地壳学术会议”，即“第八届国际大陆科学钻探学术会议”。地质矿产部派6人代表团参加了大会。会议期间：①参加了学术1、6两组的大会论文宣讲；②参加了ICDP中美德三国谅解备忘录的签字仪式，并参加了该计划对组织管理、未来国际合作的大型讨论会；③刘广志参加了国际岩石圈（ILP）CC-4组主席M.D.佐巴克教授主持的汇报会，互通了各国CC-4组的活动简况，提出了今后活动方向。
·配合中国第一口大陆科学钻探的选址工作，提出了“中国第一口大陆科学钻探取心钻孔钻探工程技术前期研究与开发规划”（1996.3）。
1　中国大陆科学钻探先导孔施工技术方案
1.1　施工条件
（1）钻孔深度不超过5000m。事先由地质部门提出预想钻孔柱状图及有关地球物理资料。
（2）钻孔贯穿的主要岩层为结晶岩，如片麻岩、榴辉岩、硬玉石英岩、大理岩等等。
（3）贯穿的岩层主要物理力学性质，单轴抗破碎强度可能高达100～150MPa，个别高达150～200MPa，在地质钻探岩石可钻性分类中属7～12级硬至坚硬岩层，个别属极硬岩层。岩层研磨性可能成两极分化状态，多数属强、高研磨性；少数属坚硬、致密弱研磨性打滑层。有的含包裹体。
（4）岩心是提取大量地质信息的“信息源”，是研究下地壳、上地幔的实物资料，钻孔直径要有足够大的尺寸，以获取尽可能大直径的岩心。
钻孔又是井中地球物理、地球化学测井的通道，其直径和孔壁稳定性要满足先进的高科技测井仪下井的要求。
1.2　科学钻探先导孔的主要任务和作用
（1）全孔除覆盖层以外，要不间断采取岩心、岩样，液态样（矿化水，结晶水，油等），气态样（H2,O2,CO2,He,CH4,Cl,H2S,SO2等可能出现的气体），进行多种测试分析。
（2）分孔段进行系统的地球物理，地球化学测井。
（3）减少深孔将来在这一井段的取心，测井工作量。
（4）测量出地温剖面，在先导孔周围打一到几个深100～300多米的测温孔，测量地热热传导率，热流密度，以建立地温数学模型，推断先导孔地温剖面，终孔温度，地温变化，对在钻孔深部选择取心工具，测井仪器，各种取样器的结构性能，增强薄弱环节是至关重要的。
（5）在先导孔中试验各种新研制的钻头、钻具、仪器等。
（6）测试地层压力梯度，压裂强度，为孔壁稳定性，造斜倾向等提供参考位置与参数。
（7）检验过去用于沉积岩钻孔中的各种仪器和方法在结晶岩钻孔中是否有效。
（8）锻炼钻探队伍，培养深孔、超深孔钻探人才。
1.3　先导孔钻孔结构设计
在1993年9月在德国举行的“国际大陆科学钻探会议”上，到会代表们几乎一致的认为，根据多年来国际上施工科学钻孔经验，为节省大量投资，更科学的打科学钻孔，必须大力提倡采用已经在南非和加拿大施工了数百口深度在4000～5000m以深的勘探钻孔经验。英国KENTING钻探公司的John Beswick先生介绍，南非拥有钻进能力4000m以上的深钻机150台，钻进能力大于5000m的钻机有20多台，根据南非施钻的经验，用这类深尺地质岩心钻，打2000～6000m的科学钻孔，可以获得多快好省的科学与经济效益。
有的专家提出采用加拿大Heath＆Sherwood钻探公司的HS-150钻机（钻深4570m，最大钻探曾达5424m）和他们设计的专门用于深孔绳索取心用的HNQ,NBQ内外大环隙绳索取心系统，具以下特殊优点：①降低冲洗液压力降，②内管投入外管后，可快速到达孔底外管的定位处（表1、2）。

表1　第一方案先导孔钻孔结构

注：RTB—带扩孔的不提钻换钻头钻具。
如果用第一方案，要设计研制或购置两套HNQ,NBQ钻具。

表2　第二方案先导孔钻孔结构

1.4　施工技术路线
（1）参照外国施工经验与我国国情应考虑：我国是一个发展中国家，财政经济并不宽裕，一切设备、器具、工艺方法应该着意考虑以“自立更生”为主，尽量利用四十几年来，钻探工程积累的成功经验，能予以改进升级的，能自行研制的，则充分发挥自己探矿机械、仪器工厂的潜力（表3）。本着“有所引进，有所不引进”的原则，引进重点国外产品，予以消化、吸收、弥补急缺。
（2）必须采用绳索取心系统，以大幅度降低起下钻时间，有效缩短施工期；提高岩心品质，实现不提钻柱或少提钻柱换钻头，减轻工人劳动强度。施工费用可节约1/3。
（3）发挥我国在小口径孔底动力机并能配合绳索取心系统的技术优势，开发与采用小口径螺杆钻（PDM）、液动锤（Hydro-hammer）驱动的绳索取心钻具，实现钻杆不回转或慢回转钻进，一可以节约动力，二可以减轻钻杆与套管磨耗，三可有效预防钻孔歪斜（图1）。

表3　目前国产耐温近300℃的处理剂


图1　孔底动力机驱动的绳索取心系统

（4）大力采用物理—化学方法稳定孔壁，除钻孔上部孔段下入部分套管外，下部孔段结晶岩中尽可能采用长裸眼钻进（岩层自稳）。一旦遇到复杂层，岩层失稳，应采用小间隙套管方案。
（5）发挥钻井液的多信息载体（油气，矿化水，结晶水，淡水，卤水，岩屑）作用，输送大量地质信息（图2）。

图2　钻井液多信息载体作用

① 指防井涌、井喷、防塌、缩经等。②指运送岩屑，岩粉作用。③指作为深层流体（油气，水等）如H2,O2,CO2,CH4,He,H2S,CO2,SO2以及Na,K,Ca,Mg微粉等在300℃，1000×105Pa状态下，运载到地面
2　中国科学钻探先导孔钻探工程急待开展的科研项目
2.1　地面设备
（1）顶驱动长行程钻机用于绳索取心系统，带桅杆式钻塔。
（2）微机自控绞车。
（3）全自动钻杆排架。
（4）自动拧管机
（5）钻杆疲劳、破裂孔口探伤器。
（6）钻探操作自动化操纵台（含监测、采集、优化、反馈系统）。
（7）防喷器组（全封闭1套，封钻杆2套）。
2.2　深孔钻探基础理论
（1）高温高压下的结晶岩岩石物理力学性质，可钻性分类与破碎机理。
（2）建立高温高压试验设施。
（3）新型重量轻、高强度管材材料。
（4）钻杆断裂力学与监测系统。
（5）钻头磨损规律与机理。
（6）高温高压钻井液理论：①钻井液（无固相）聚合物配方、处理剂、添加剂，抗高温稳定性、固控设备与理论；②高温高压钻井液水力学、流变学、胶体化学理论与实践。
（7）钻井力学。
（8）建立机会井数据库。
2.3　深孔钻探工艺学研究
（1）深孔钻孔结构与管理程序设计。
（2）不同孔深的钻具与钻具稳定。
（3）深孔孔斜防治。
（4）电子计算机辅助钻进（CDC）系统。
（5）取心取样工艺，液态、气态放射性样品采集工艺，放射性自动检测技术。
（6）钻头与钻具选择方案与相应钻井参数的确定。
（7）不同孔段地温检测及其增温梯度规律。
（8）不同孔段岩石破碎规律，岩石物理力学性质测定。
2.4　孔内系统
（1）长寿命金刚石钻头与扩孔器。
（2）开发新型超硬材料切削具与取心钻头。
（3）用孔底动力机（BHM）驱动的绳索取心系统：①用螺杆钻驱动的绳索取心系统；②用液动锤驱动的绳索取心系统；③“三合一”式（绳索＋螺杆钻＋不提钻换钻头）取心系统。
（4）孔壁取心器：①液压或刮样器；②孔底电马达驱动水平取样器。
（5）高温高压气态或液态取样器。
（6）小口径随钻测量（MWD）仪。
（7）小口径垂直钻进（VDS）防斜系统。
（8）高温水泥及其固井技术。
（9）高温稳定、高润滑性、抗腐蚀钻井液及其添加剂。
（10）地层测试器、深部流体流量计等。
（11）高精度深孔岩心定向仪及方法。
（12）含铁铝合金钻杆及其合金钢接头。
2.5　深孔现代化管理
（1）深孔设计、施工、研究资料中系统工程管理（含工程、经济两大范筹）。
（2）设计、施工、研究过程中的数据库。
（3）资料编辑、整理、出版，信息交流。
2.6　信息获取
自觉采取有代表性的样品和获取更多的数据，是科学钻探项目成功的预先要求。采集数据可再分为孔内与地面两部分。孔内部分包含取心、取砂样、测井、钻进与水力测试，孔内地球物理试验（孔底到地面或两个孔之间）。地面部分则包括从孔口和泥浆测试装置取得的固体和液相样品，包含首次与初步地质描述，化学与物理分析。测井项目则是雄心勃勃、费时的。钻导孔时，钻探费用等于测井计划的费用。测井程序要逐个孔段进行，为减少漏采信息的危险。钻探结束之后，还要进行长期测量与试验（图3）。

图3

按照KTB经验野外信息资料整理后直至提出科研报告，均在野外实验室完成，钻孔则建成长期观测站
3　《地质超深钻探（科学钻探）技术》国家专业实验室
3.1　实验室的性质和任务
中国地质大学（北京）所属的《地质超深钻探技术》国家专业实验室，是经国家计划委员会、国家教育委员会于1989年6月批准投资新建的国家级专业实验室，同时亦是地质矿产部开放研究实验室，在学术上是一个相对独立的研究实体。这个实验室是开展本学科及相关学科的基础研究和应用基础性研究工作的重要基地，也是培养本学科高级科技人才的摇篮。
实验室按照“开放、流动、联合”的原则，面向国内外同行业开放，欢迎国内外专家学者在本实验室发布的《课题指南》范围内申请研究课题，经学术委员会评审批准资助后，来实验室开展科学研究。也可自带课题和经费及配套仪器和设备来开放研究实验室进行科研活动。
3.2　实验室的课题研究领域
（1）大陆科学钻探
·中国大陆科学钻探工程的建设与准备工作
·东亚大陆环境科学钻探工程
·高温高压地学模拟实验装置（又称HTHP井筒）（图4）

图4　高温高压地学模拟实验装置

（2）钻探新技术新方法
以岩石力学研究为基础，采用电子计算机等高新技术，研究新的钻探技术装备与方法
·交流变频调速型钻机
·绳索取心与不提钻换钻头技术
·碎岩工具的设计与研究
·高温热熔法钻进新技术
3.3　研究设施与装备
碎岩机理与工具研究部分：主要从事岩石物理机械特性，岩石破碎机理，破碎岩石工具以及井下钻探工具的新技术研究。主要的设备是美国MTS公司的岩石力学试验机和0～8000赫兹连续可调的中频感应烧结设备。
计算机应用技术研究部分：主要从事计算机在钻井工程及其它相关部门中应用技术的研究。主要的设备是计算机控制的钻井实验系统，微机群与其外围设备，以及HP9000系列的计算机工作站。
除上述几项设施外，实验室内还专门建立了一个热熔法钻井实验台。
为了实现国际交流，实验室内还设立了小型学术厅和专家工作室。

岩石圈构造和深部作用

3.4　实验室的管理与组织
《地质超深钻探技术》国家专业实验室由国家教育委员会和地质矿产部双重领导，行政管理属于中国地质大学（北京）。
本实验室实行主任负责制。实验室主任全面负责组织和领导开放研究实验室的科学研究、学术活动、人员聘任、人才培养、资金使用和行政管理等工作。
实验室设学术委员会，是学术评审机构。其主要职责是：确定本实验室的研究方向，制定《课题指南》，审批研究课题，评审科技成果，审议实验室的经费计划和组织重大学术活动。
实验室的固定人员以及客座研究人员均由实验室主任聘任。并实行任期制，工作成绩突出的可连聘。
3.5　实验室的主要研究成果
（1）微机自控钻进实验台。
（2）钻井工艺技术的微机分析系统。
（3）金刚石钻进原理及最优化钻进技术的研究。
（4）地质钻机新型电驱动系统研究。
（5）改善钻柱工作性状及井底载荷有效控制方法研究。
（6）不提钻井底换钻头技术。
（7）热熔法钻孔新技术。
（8）高温钻井液研究。
管理与研究人员

岩石圈构造和深部作用

学术委员会组成

岩石圈构造和深部作用

岩石学（petrology，来自希腊文petra—岩石，和logos—论述和解释）作为研究岩石的学科，在地球科学中占有重要地位。岩石学主要研究岩石的产出方式、组成特征、分类命名、岩石成因、形成环境和资源背景，包括岩相学（petrography，lithology）和岩理学（petrogenesis）两方面。传统上，岩相学主要是在野外地质调查的基础上，在显微镜下对岩石进行系统描述和分类命名，属于描述岩石学范畴。随着科学技术的进步，岩相学的研究已经拓展到将显微镜观察与现代分析测试技术相结合，全面研究岩石的矿物组成、化学成分和物理性质（光性矿物学、岩石化学、矿物化学、岩石物理、矿物物理等）。岩理学又称为成因岩石学，主要研究岩石的成因和形成过程：就是在深入的岩相学研究基础上，结合实验研究和理论分析，通过比较、归纳、演绎深入认识岩石的形成过程，理解地球上发现的（以及来自其他星球的）各种各样岩石的多样性的起因，分析人类难以直接观察的地球内部岩石物质的性质，进而为探讨地球和行星系统动力学过程提供知识储备和理论支撑。岩相学是岩理学的基础，也是地质类大学生首先要掌握的内容，因此，本书将把讨论的重点放在岩相学部分。岩理学是岩相学的深化，也是现代地球科学理论的基石。正如Philpotts ＆ Ague（2009）在 《火成岩和变质岩岩石学原理》 一书中指出的，自然界提供的有关岩石形成事件和过程的证据是零碎的，这就要求岩石学家把这些零碎的证据组合起来，才能构成一个连贯的故事。
由于岩石是地质历史时期发生的地质事件的产物，是地球和行星历史的实物 “档案”。因此，对岩石的特征、时空分布规律、形成时的物理化学环境和岩石成因过程的研究，可以为解决有关地球乃至太阳系形成和演化历史的重大问题作出贡献。另一方面，矿石也是岩石，人类社会赖以生存的矿产资源就赋存在岩石之中，而岩石的性质对人类赖以生存的地下水、油气资源的赋存状态以及地表的地质作用、地质灾害都有重要影响。因此，对各类岩石的研究，不仅是认识地球的需要，也是实现资源的永续利用、预防和减轻地质灾害、保护人类的生存环境、促进人类社会可持续发展的需要。
岩石学在解决地质学重大科学问题方面的作用，可以从以下例子中体现出来。
◎岩石圈组成和深部过程的岩石学探针：对于大陆岩石圈组成和深部过程，人类难以直接观察，就需要结合岩石学探针技术和地球物理方法来间接进行研究。岩石学探针技术是通过对各种岩石样品的综合研究，分析岩石所处地质时期的岩石圈组成、结构和深部过程。主要的研究对象包括：(1)产于火山岩中的深源捕虏体（Pearson et al.，2003），例如，我国辽宁复县古生代金伯利岩，道县、信阳和阜新中生代火山岩，以及汉诺坝、鹤壁、山旺、女山等地新生代玄武岩中，都存在上地幔橄榄岩、下地壳麻粒岩的捕虏体（郑建平，2009）；(2)因构造运动抬升剥露到地表的高级变质地体以及中下地壳甚至上地幔剖面，例如，意大利下地壳剖面（马昌前，1998）；(3)火成岩的源区示踪和岩浆房过程分析，其中，镁铁质－超镁铁质岩石主要反映地幔组成和过程，长英质岩石主要反映地壳的组成及其内部过程，而中性岩往往是地壳分异－混合和壳幔相互作用的产物。在研究方法上，不相容元素和同位素比值反映了岩浆源区化学成分的变化；而相容元素反映了矿物稳定性的变化，可提供有关地壳和地幔深处压力、温度和流体条件的信息。地球物理资料反映的是现今岩石圈的深部结构，代表了晚近时期地质作用留下的综合信息，主要包括岩石波速测量（路凤香等，2006）、现今地表热流测量（Rudnick ＆ Gao，2003）等。例如，我国开展的深部探测技术与实验研究，利用深地震反射技术，了解地壳底部30km以上的精细的地壳结构（董树文等，2011）。地球物理模型与岩石学模型的结合，将对岩石圈结构和组成提出更全面的约束。
◎大地构造环境的岩石学分析：20世纪60年代中期建立的板块构造理论，发端于大陆漂移、海底扩张和地幔对流假说和模式。这一理论不仅解释了地震、火山、山链的分布样式，而且解释了大陆和海底的形成机制，也为地质历史时期不断变化着的地球气候及其对生物演化过程的影响提供了新解释（NRC，2008）。有些岩石类型和岩石组合，只有在特定的大地构造环境中才能出现（莫宣学等，2009），因此，结合其他的地质标志，就能从岩石学上分析有关岩石产出的古构造环境。例如，钙碱性岩浆岩常常出现在与大洋板块俯冲有关的岛弧和陆弧环境中，而碱性岩或双峰式岩浆岩则代表了与地壳伸展有关的构造环境。在沉积岩中，碳酸盐岩和石英砂岩通常形成于稳定的构造环境内，而长石砂岩、杂砂岩则形成于构造活动强烈的地区；在克拉通内部形成的碎屑沉积岩富含石英和长石，而在活动大陆边缘则多形成富含岩屑和长石的碎屑沉积岩。又如，麻粒岩是大陆下地壳的代表性岩石，而蓝片岩、榴辉岩等高压－超高压变质岩则是板块俯冲－碰撞环境的产物。
◎盆－山关系的岩石学印迹：地质学上最初争论最大的问题就来自对沉积岩的观察。英国地质学家、火成学派的创始人詹姆斯·郝顿（James Hutton，1726～1797年）就曾根据沉积地层的厚度、沉积岩的各种特征以及沉积岩中化石的存在，推测过地球的年龄（Hutton，1788）。今天，对盆地中沉积岩的观察仍然是认识造山带的演化过程和盆－山关系的切入点。盆地和山岭是陆地表面的两个基本构造单元，它们在时间和空间上相互依存，在物质和能量上相互交换，二者具有密切的耦合关系。在碰撞造山带，构造活动直接控制盆地的发育和演化过程。一个典型的实例是印度板块与欧亚板块在始新世的碰撞，造成了青藏高原的隆升和周缘盆地的形成（许志琴等，2007）。山岭的隆升和剥蚀产生了大量的碎屑沉积物，这些沉积物分布于印度板块及其边缘海盆地中，如孟加拉扇新生代以来沉积物的总体积就达到了12×106km3，为解决与青藏高原形成演化相关的科学问题打开了一扇窗口。例如，关于印度板块和欧亚板块的碰撞是何时发生的问题，在巴基斯坦西北部Waziristan地区的古近系－新近系地层中就记录了这次事件造成的不整合接触，从而可以将碰撞时间限定在66～55Ma之间（Beck et al.，1995）。研究表明，在俯冲带或垮塌的造山带，大规模岩浆活动产生的热和力学效应可导致上覆岩石快速的抬升和剥蚀，表现为岩浆侵入与粗碎屑岩堆积近于同时，新形成的岩浆岩直接作为弧前盆地的沉积物源（Kimbrough et al.，2001）。这一系列过程可以发生在短短的几百万年之间，其信息被记录在造山带和相关盆地的各类岩石中。
◎矿产资源的岩石学专属性：人类可资利用的矿产资源大都取自地壳浅部的三大类岩石中。深入研究岩石的特征和形成过程，对于了解有用物质的迁移和聚集机制，指导找矿勘探有重大的价值。例如，岩浆岩蕴藏了大量的金属和非金属矿产，其中，金刚石主要产于金伯利岩和部分钾镁煌斑岩中，Cr、Ni矿与镁铁质－超镁铁质岩石有关，Mo、W、Sn矿常与某些花岗岩有关，一些超大型的斑岩铜矿产于与大洋板块俯冲有关的中酸性浅成岩浆岩中，而Li和稀土矿可以在伟晶岩中寻找。目前世界上最大的铜矿是智利的丘基卡马塔（Chuquicamata）和埃尔特尼恩特（El Teniente）斑岩铜矿，铜总储量分别达6935万吨和6776万吨。值得注意的是，煤、油页岩等可燃性有机矿产以及石油、天然气等能源几乎全是沉积成因的，而赋存于沉积岩及沉积变质岩中的密西西比河谷型（MVT）及沉积喷流型（SEDEX）Pb－Zn矿床，其储量占Pb、Zn总储量的1/2，产量占Pb、Zn总产量的2/3（赵振华等，2003）。变质岩中直接产出了不少金属矿产，如Au、Ag、Cu、Zn、Pb、Fe及稀有、稀土等矿产，其中变质岩中的铁矿床占全世界铁矿总储量的80％以上。W、Sn、Mo、Sb和稀土等矿产为我国优势矿产，我国内蒙古白云鄂博碳酸岩型REE－Nd－Fe矿床是世界上最大的稀土矿床。据研究，该稀土矿受控于中元古代的古火山机构，矿床产于火成白云石碳酸岩体和部分脉状碳酸岩中（郝梓国等，2002）。
需要指出的是，石油天然气不仅赋存于沉积岩中，在多种类型的结晶岩中也有产出，尤以火山岩可作为油气藏的优质储层或盖层（Petford ＆ McCaffrey，2003）。目前，在世界范围内已发现了300多个与火山岩有关的油气藏，实际探明储量的火山岩油气藏169个，其中不乏大型油气藏，如利比亚锡尔特盆地（Sirte Basin）的拿法拉（Nafoora）油田。我国也先后在准噶尔、三塘湖、松辽、海塔、二连、渤海湾等盆地不断发现了火山岩油气田，显示了火山岩油气勘探开发的巨大潜力（贾承造等，2007）。
◎过去全球变化的岩石学线索：(1)今天形成的不同类型的沉积物的相对量与地质历史时期是完全不同的，这种差别是否意味着地球环境发生了显著的变化？例如，现今地球上形成的白云岩很少，主要出现在波斯湾及荷兰Antilles等异常的环境中，而在前寒武纪时期，形成的白云岩是石灰岩的3倍以上。与现今相比，前寒武纪时期，蒸发盐（岩）十分稀少，为什么？ 是否25亿年以来，海水成分已经发生了变化？ 是不是自前寒武纪以来，由于剥露出地表被风化的岩石成分发生了变化，因而由河流带到大洋中的物质也就出现了变化？(2)大多数进化生物学家认为，生命物质是在38亿年前在还原环境中由无生命的物质进化而来的，因为原始的细胞不能抵抗氧化作用。这就意味着，在地球早期的大气圈中，氧很少或几乎没有。然而，太古宙的铁矿含有磁铁矿，表明既有Fe2＋，也有Fe3＋，这就要求大气中有氧存在。这些铁矿中所含的氧化铁物质是一开始就有的（原生）？还是后来随大气中自由氧的增多而逐渐氧化而来的（Blatt et al.，2006）？(3)地球现今的大气圈很适于生物生存，但对早前寒武纪岩石的研究表明，在地球形成初期，大气中几乎没有氧气，而富含甲烷。大气中氧气的增多和甲烷的减少是内在因素，还是外在因素造成的？是由于地球深部活动的变化引发的，还是与地外天体的撞击有关？(4)新元古代，在全球范围内广泛沉积了一套冰成岩系，这些沉积记录表明当时地球曾经历了一次极其严重而漫长的冰期，不仅陆地全部被冰川覆盖，而且海洋也被完全冻结，称为雪球地球（Snowball Earth）。“雪球地球” 是如何形成的，又是如何消失的？这些问题的答案记录在相关的岩石中。(5)大规模的火山活动可能只延续几天，但火山喷发出的大量气体和火山灰对气候的影响可能达数年之久。例如，1991年6月15日菲律宾的Pinatubo火山喷发，据估计就有2000万吨的SO2和火山灰颗粒喷发到了20km高的大气中。含硫酸的气体会转化为硫酸盐气溶胶，那些微米级的液滴中75％是硫酸。火山喷发之后，这些气溶胶颗粒会在平流层中停留3～4年。这些火山物质减少了太阳辐射到达地球表面的量，降低了对流层的温度，于是会对大气环流产生明显影响。因此，研究地质历史时期熔结凝灰岩大爆发（ignimbrite flare－up）对全球变化和生命演化的影响，有着十分重要的意义。
◎地外岩石研究对早期地球和太阳系演化的启示：据认为，月球是在一次对地球的撞击事件中形成的，撞击会抹去地球更早的岩石记录，所产生的热量甚至会使地球成为一个熔融的星球。加上后来地球表面始终不断的板块构造运动的改造，对古老岩石的保存产生了不利的影响。目前，在地球上发现的最老的岩石大约为40亿年，大陆壳中老于36亿年的岩石只占0.0001％（Nutman，2006）。在岩石 “档案” 中，从45.3亿年撞击产生月球到地球上保存的最古老岩石（40亿～38亿年）的这段时间里，地球上保留的历史记录几乎为零。与地球上缺少最早期的岩石不同，在太阳系形成的初始阶段之后，许多陨石基本上完好地留在围绕太阳不停运行的轨道上。因此，陨石（包括后来从月球和火星上落下的一些岩石）就成了这个起始阶段的主要实物档案。需要指出的是，在澳大利亚西部30亿年老的石英岩中，找到了地球上最老的矿物——碎屑锆石。测年显示，最老的锆石年龄达到了44亿年，这些锆石的稀土元素以及氧和铪同位素的研究表明，在距今45亿～42亿年之时，地球上就有花岗质陆壳甚至有大洋存在（Harrison et al.，2005）。近年来，地球上发现的38亿年之后的记录越来越多。例如，在我国北方的鞍山地区就发现了大量36亿～38亿年的岩石和锆石，在冀东、信阳、焦作及其他地区也有始太古代－古太古代的岩石和锆石存在（刘敦一等，2007）。

大陆岩石圈和深部作用研究进展现状
答：大洋之下则亏损;从岩石圈返回到地幔中的碳酸盐作为缓冲剂有效地通过变质作用、交代作用等调节了地幔的有效粘度并使它维持在一定的范围之内;热流分布的数值、同位素配分数值都说明地幔流在克拉通中部之下向上隆并向两侧流动,温度和化学成分梯度是地幔流动的主要动力。

地球深部、内部研究
答：因此，地球表层的运动、结构的变化，物质组成的演化及重组，其关键性的动力是地幔、地核，亦就是地球深部的运动。当然地球表面的岩石、水域和大气层受到太阳能的作用，发生了各种表生作用，亦改变着地球的表层，但与地球深部的作用相比还处于次要的地位。因此，研究地球深部、内部的层圈及其运动是地学研究...

岩石圈——软流圈边界研究
答：深部地质研究是第33届国际地质大会的重要内容之一,分设了7个有关岩石圈研究方面的分会场。对深部地质方面研究的重视,反映了当今地球科学多学科交叉、多技术集成、大综合的发展趋势。随着对地球内部结构了解的深入,20世纪90年代以来地质学家们普遍认识到成岩成矿作用与壳—幔相互作用,特别是下地壳、岩石圈地幔/软流...

深部构造及其控矿
答：深部构造对内生金属矿产的形成及分布也有重要的控制作用。矿集区、大型-超大型矿床的形成多被认为是与壳幔演化有关的金属巨量堆积异常,这种巨量金属的异常堆积需要一个巨大的物源-热源-流体系统予以支撑,因而从地幔、地壳深部寻找成矿作用的根源已成为当前成矿作用研究的关键科学问题。 (1)地球物理反映的岩石圈深部...

岩石圈与软流圈
答：由于地壳浅部及表层的结构状态及物质组成与深部壳幔相互作用有着密切关系，因此，岩石圈与软流圈的厚度及其相互作用是大陆岩石圈结构与动力学研究中的重要内容。虽然目前对于大陆岩石圈与软流圈的关系及幔内低速带的性质与成因研究还处于探索阶段，但普遍性的认识是低速带的存在是肯定的，其起始深度为60...

我国岩石圈研究的一些进展
答：2）通过对华北北部麻粒岩相带地质演化及其深成地质作用研究，在麻粒岩相带南亚带内，首次发现高压麻粒岩和退变榴辉岩岩片，提高了我国前寒武纪岩石圈的研究水平，为深入理解克拉通形成的地球动力学过程和深部地壳出露机制提供了重要依据。3）通过对南海和东海陆-海接合带地壳结构的联合探测，查明了从陆...

全球岩石圈研究
答：板块构造学说提出的一套岩浆活动及成矿活动模型已比较成熟，并广为应用。运用板块构造学说研究及恢复在大陆内中生代以前的板块运动亦取得了很大进展。但是，以海洋岩石圈运动规律而构成的板块构造学说，并不能解释大陆内的一些地质构造与岩浆成矿事件，特别是涉及大陆内部由深部作用而引起的构造、岩浆、成...

深部岩石圈研究的展望
答：此外，还计划通过钻进30千米以上的深井和超深井获得一批非常重要的新数据，以便建立论据更充分的全球地质构造，提交石油天然气前景预测和成矿模型。但是目前还缺乏能钻至30千米深的技术手段和工艺，因此必须继续加强工程技术的深化研究。对于研究地球岩石圈深部构造还有一种十分有效的方法是物理地质学。物理地质...

研究中下地壳组成的意义
答：因此，地壳深部物质组成的研究是揭示地壳形成和发展的基础。然而，由于对地壳深部岩石的性质及其化学组成难以直接观测，研究难度很大，使得人们对大陆深部地壳的物质组成及其演化至今还缺乏足够的了解，它一直是当前大陆岩石圈研究中的薄弱环节和亟待解决的关键问题。尽管对地表出露的下地壳的化学性质和岩石学...

岩石圈
答：水平位移，沉降与隆升，侵蚀与沉积，变形与变质，岩浆与流体的喷溢及各种作用等。岩石圈与上下，周围圈层不断发生着相互作用。当今和未来相当一段时间内，对岩石圈的研究将仍以大陆岩石圈为重点，着重了解大陆岩石圈的形成，各层圈的相互作用和动力学过程。并重视岩石圈深部、内部作用的研究。