德国超深钻计划（KTB）

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德国大陆超深钻计划（KTB）经过10年选址和准备，于1987年9月开始打先导孔。在利用先导孔做三维反射地震及VSP之后开始主孔钻探与测井，1994年钻到9100m因钻探事故没有打到预期的深度（13km左右）。KTB吸取了科拉等超深钻的教训，拟定了如图9.1所示的施工方案，取得了丰富的经验和成果，也包含了一些失败的教训。

图9.2　原苏联国土科学深钻、超深钻计划（1965）

其中SG-3为科拉；位于乌拉尔的SG-4和北高加索的SG-7等尚未达到预定深度

图9.3　科拉深钻SG-3的二张钻前预测剖面、实际剖面以及预测与实际柱状图对比（右）

KTB孔址选在德国南部的海西造山带上，图9.5的魏登镇北20km处，其地震剖面和物性柱状图示如图9.6。从图中可见，超深钻的一个地质目标是打到萨克森图林根地块（ST）下方的高速和高电阻率的岩楔（EB），它被推断为碰撞造山时从深部推上来的岩块，在图9.7上EB（Erbendorf Body）表示为P波和S波的强反射带。遗憾的是，由于钻孔未打到预定深度，这一目标没有实现。另外，KTB的另一个目标为了解浅层的埃弗构造带（ZEV）是否外来岩块；由于在4000m深处取得了岩层叶理陡倾的真实数据，否定了ZEV为外来岩块的认识。

在选址阶段，KTB在该区进行了详细的深反射地震调查，其测网示如图9.5,DEKORP长剖面示如图9.6（上），二维测网的6条线（8501～8506）示如图9.5，过8502和8503的剖面段示如图9.6（左下），8502部分示如图9.7（上）。在打完先导孔之后，又进行了三维地震和S波反射地震测量。在图9.7上对比了P波和S波反射，可见在P波2.7s及相应深度S波4.5s处有强P波反射，而没有明显的S波反射，这个强P波反射被解释为高孔隙流体过压层，后为主孔的钻进所证实。同时，在VSP（垂直地震剖面）调查中，首次分离出分裂的快横波（q S1）和慢横波（q S2）,VSP地震记录见图9.7下.qP为直达纵波。这些成果极大地丰富了横波勘探和地震各向异性的理论和应用，使应用地震学前进了一大步。与此同时，KTB测试还发现，地球的磁场随深度的增加要比偶极子模型快很多（图9.8）.这一结果说明，粘滞剩磁在地壳深部起更重要的作用。我们知道，总磁化强度为感应磁化与剩余磁化强度之和，而剩磁有稳定和粘滞性两种类型。稳定剩磁的方向为冷却成岩时古地磁场方向，而粘滞剩磁为现代地磁场方向，它加在感应磁化上。地磁场的感应磁化磁场符合偶极场的方程，如图9.8中的斜线所示。KTB实际测量结果在2km以下比偶极场大很多，这是粘滞剩磁在起作用。KTB的这一发现对我们认识地壳铁磁及反磁性物质分布和磁测资料解释都产生重大影响。例如，有人据此认为，在地壳深部居里点温度以上的环境中，岩石仍可具有磁性。另外，KTB已证实了钻孔揭露的许多高倾角岩性界面没有对应的反射信号。除了在地球物理方面的重大成果外，KTB在地质和钻探等方面也取得了丰硕成果。例如，发现了3400km处含大量卤水的开裂带，在4000m处取得了7.9×104L的结晶水样，含盐度60g/L，并含有大量气体，并查明了该区地壳流体来源、成分和运动规律。KTB还成功地发展了地球化学测井等技术，可大大降低取心率。目前，KTB已建成长期观测实验室，并成为欧洲的一个旅游点。

图9.4　科拉SG-3深钻流体－地化作用参数图

从左到右，钻探岩心柱，变质相，变质流体活动方向，岩石中水及金属元素含量

图9.5　莫尔达努比（MN）地块和萨克森图林根（ST）地质图

粗线为DEKORP剖面，细线为KTB剖面。A：中欧出露的华力西期基底和Kossmat确定的构造带；RH—莱茵海西地块；ST—萨克森图林根地块；MN—莫尔达努比地块。小方框内为超深钻研究区。B：主要构造单元地震反射剖面，1—变质推覆体；2—下部推覆体；MM—明斯贝尔地块；ZEV—埃尔本多夫弗恩施特劳斯构造带；ZTT—特拉陶斯带；3—ST;4—MN

图9.6　KTB反射地震和物性柱状图

DEKORP区域剖面（上），过KTB8502的反射剖面（左下），波速与电阻率（右下）。剖面位置及符号见图9.5。EB为Erbendorf体，其反射见下图

岩石在自然界中获得剩磁的方式有：①热剩磁（TRM）。在高于居里点的状态下，对铁磁性物质进行磁化，并且逐步降温，当温度低于居里点时去掉外磁场，铁磁性物质将获得永久性的剩磁。②碎屑剩磁（DRM），又称沉积剩磁。是已经磁化的岩石碎屑在水中或空气中沉积时，受到地磁场的定向排列作用而产生的剩磁。这种剩磁相当稳定。③化学剩磁（CRM）。在常温下，在较弱的外磁场中，岩石中的磁性矿物由于氧化等化学反应、相变或结晶增长等过程而获得的剩磁。其强度和稳定性都可同热剩磁相比。此外，还有等温剩磁、粘滞剩磁、压剩磁等也与地磁场作用有关。

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