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我实验室科研人员喜获2020年中国地球物理学会科技进步一、二等奖、地球物理工程金奖

文章来源: | 发布时间:2020-10-29 | 【打印】 【关闭】 浏览:

  我室梁光河副研究员、徐兴旺研究员、张宝林研究员团队主持申报的“老挝呵叻盆地钾盐形成理论与勘探开发技术创新应用”获2020年中国地球物理学会科技进步二等奖;何兰芳高级工程师参与“深地探测地球物理多维多参数协同创新技术及应用”项目获得2020年中国地球物理学会科技进步一等奖;武欣博士参与“北方沉积型铝土矿综合地球物理探测技术及应用”项目获得中国地球物理学会地球物理工程奖金奖。

  

 

  有关“老挝呵叻盆地钾盐形成理论与勘探开发技术创新应用”项目背景介绍:

  钾肥是“生产粮食的粮食”,钾盐是与农业密切相关的国家紧缺战略资源,事关国计民生。我国钾盐经济可采储量只能保证8年,寻找、开发与利用国外钾盐资源是必由之路。涵盖老挝和泰国的呵叻盆地发现钾盐已近70年但没有得到成功开发。原因是以往的勘探没有厘清钾盐矿床(体)分布规律与控制因素,缺乏高效的综合勘探技术,探明储量小且矿体变化剧烈致使开发失败。

  呵叻盆地位于特提斯构造东段的印支地块中间,其钾盐矿形成于白垩纪晚期,钾盐矿成矿后,又经历了喜马拉雅造山运动的强烈改造。钾盐矿是如何形成的,其成矿机制是什么?成矿后经历了剧烈的大地构造运动改造,具体改造模式是什么?用什么样的地球物理勘探方法查明这些钾盐矿的分布?是该区域长期没有很好解决的问题。

  该研究首先从岩相分布规律与富集机制研究出发,明确了该盆地具有多级凹陷预富集逐渐浓缩成矿的钾盐富集机制,成矿海水来源于东部,经沙湾拿吉凹陷预富集,再向西经甘蒙凹陷浓缩成矿,最终在万象凹陷浓缩达到最后阶段,形成厚大矿体。然后从大地构造演化进行了更详细地研究,新特提斯运动不但形成了老挝钾盐矿,也对钾盐矿进行了巨大改造。印支地块在新生代发生了大规模挤出,这个过程也是地块的走滑移动和旋转过程,古地磁数据说明印支地块自晚白垩世以来,向东南滑移量达近千公里,同时伴随着15°左右的顺时针旋转。在同一动力系统背景下,印支地块的旋转漂移伴随着海南岛旋转漂移,使得海南岛从北部湾裂解后逆时针旋转了150°左右。说明印支地块和海南岛的对偶旋转漂移系统是呵叻盆地构造改造的宏观大地构造背景。

  进一步的研究说明,在印支地块的挤出构造运动过程中,印支地块带动其中的呵叻盆地相对于其周边的造山带也发生了差异旋转。这种差异旋转运动具体体现在盆地边缘存在一系列大型走滑断层,这些构造运动对早期形成的钾盐矿产生了改造、富集或破坏作用。通过对岩石抗压强度的测定,发现蒸发岩地层平均抗压强度只有约6MPa,而蒸发岩盆地直接基底是抗压强度高达60MPa的硬砂岩地层。在强烈的挤压构造运动作用下,原本近水平的蒸发岩地层相对于高强度的基底,发生了侏罗山式褶皱变形,形成了双层结构。主要褶皱变形发生在浅层的蒸发岩软岩地层中。事实上蒸发岩地层内部岩石抗压强度也存在巨大差异。石盐的抗压强度约为15MPa,而光卤石钾盐矿为5 MPa。在走滑旋转构造背景下,相对软弱的钾盐矿围绕着硬质的盐背斜和盐隆也发生了旋转改造。在构造应力作用下,液化的盐层将压剪应力转化为压力,从而驱动盐层的流动,形成钾盐矿的聚集。得到了符合实际的钾盐矿构造改造成矿富集模型。

  基于钾盐构造改造成矿模型,提出了综合物探找矿模型。由于低密度的钾盐矿受控于褶皱变形改造,因此应用中首先使用高精度重力勘探从面积上控制蒸发岩盆地基底起伏和盐背斜构造展布。然后在重点详勘区使用地震勘探进一步控制矿体的空间结构信息。最后通过钻探和测井确定矿石品位和储量等更详细的信息,为开发提供扎实的基础。

  研究中创新了重力、地震、测井综合地球物理钾盐探测技术,具体是:

  (1)在高精度重力勘探方面:针对老挝钾盐矿相对围岩具有低密度的特点,重力勘探在平面上探测盆地基底、盐背斜和盐丘方面具有良好效果。但在深度域直接探测地下钾盐矿体形态和地质体边界方面还存在很多问题,研究中创新了重力异常分离和延拓的三维视密度反演方法,可直观地勾画出钾盐矿的赋存形态及埋深范围。同时首次提出运用Canny算子自动识别重力斜导数图中的地质体边界的方法,较常规方法具有抗干扰能力强、边界勾画准确的优点。该方法成功地圈闭出钾盐矿的水平分布范围,为确定勘探靶区提供了依据。

  (2)在地震勘探方面:反射波法石油地震勘探的最佳勘探深度范围是200m至数千米,超深层和超浅层勘探都是其难点。超深层是因为地震波的衰减和信噪比问题,而超浅层则是覆盖次数低和动校正拉伸畸变问题。老挝的钾盐矿地震勘探就存在超浅层地震勘探的问题。传统的石油地震勘探技术在200m深度以浅由于动校正拉伸畸变严重,通常采用切除方法,这并不影响石油地震勘探,因为其目的层通常都在200m以下。但老挝钾盐矿最浅埋深才70m左右,因此不能简单地采用石油地震勘探中的切除方法。研究中创新了基于相位叠加的动校拉伸恢复技术和浅层高分辨率处理技术,使超浅层地震资料得到高保真保留。针对复杂的构造背景,地震资料处理中使用了最新的各向异性叠前深度偏移方法,使地震勘探资料质量显著提高。

  (3))在测井方面:石油勘探测井方法有数十种。哪些方法组合在钾盐探测方面更为有效而且经济性更好?一直没有得到解决。在老挝的科研实践中,完成人总结出了自然伽马、电阻率和井径组合测井这种最简单而且经济有效的测井方法技术组合。并创新性地将自然伽马测井技术直接用于预测浅部含水层,使自然伽马测井不但用于钾盐矿体的探测,也用于开采设计中浅层地下水的探测,为采矿设计,特别是井口选址提供了可靠的基础资料,使得可溶性的钾盐开采避开了含水层。

  在这套勘探开发技术体系支撑下,老挝钾盐勘探实现了找矿突破,初步建成了我国第一个年产百万吨氯化钾的海外钾盐基地,这是也近十几年我国在海外十余个钾盐投资国中,唯一已投产的钾盐生产基地。为保障国家钾盐及粮食安全提供了重要保障。该理论技术已陆续在老挝7个矿区得到推广应用,目前已获得总计约38亿吨的在老挝政府备案的氯化钾详勘储量(约为我国钾盐储量的约4倍)。

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