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主编: 王焰新
执行主编: 陈中强,蒋少涌
副主编: 蒋恕,李长冬,马瑞,孙启良,王墩,王伦澈,肖龙,赵新福,殷宗军,宗克清,左仁广,王淑华
常务副主编: 姚戈
主管: 教育部 主办: 中国地质大学
编辑出版: 《地球科学》编辑部
投稿网址: http://mc03.manuscriptcentral.com/es
ISSN: 1000-2383 CN: 42-1874/P
磷(P)和铝(Al)分别作为生物限制性营养元素及重要金属元素而被广泛关注,玄武岩是一种富含磷酸盐矿物(如玄武质玻璃、磷灰石等)和铝硅酸盐矿物(如长石、辉石等)的岩石,是P和Al重要的储库.在近地表环境中,岩石风化是P和Al元素释放的重要途径.目前对于玄武岩风化过程中P、Al元素的活动规律还未有深入研究.为进一步理解玄武岩的化学风化作用,本文对峨眉山大火成岩省分布区的玄武岩风化剖面开展了矿物学、地球化学和磷组分研究,并结合已报道的玄武岩风化剖面数据探讨物理侵蚀对Al、P元素风化淋失的控制机制,分析晚二叠世相关的风化-沉积成矿效应.黑石风化剖面下部为含有大量长石等原生矿物的半风化层,相对玄武质原岩其化学风化强度明显升高(CIA值分别为40和72-83),上部为含有石英、赤铁矿和黏土矿物的土壤层,呈现极端风化状态(化学风化指数CIA值为90-92).利用Ti的稳定性与原岩标准化计算来衡量元素的活动性,结果显示Na、Ca、Mg、P和Eu自下而上均发生不同程度的丢失,Fe、K和Ce在半风化层发生显著丢失而在土壤层中呈现相对富集,Al在土壤层相对亏损而Zr则相对富集.土壤层中的高石英含量和低Ti/Zr比值,可能指示了风成长英质粉尘输入的影响.基于黑石风化原岩和风成粉尘组成构建了二元混合曲线,发现风化剖面均具有相对较低的P/Ti比值,而Al/Ti比值仅在土壤层呈现降低的趋势.这一变化特征表明,P元素在早期风化阶段即发生大量(> 50%)淋失,残余土壤中P的赋存状态也经历由原岩溶解态磷到弱吸附态磷再到强吸附态磷的转变;在极端风化条件下,Al元素可随酸性流体、富Al黏土矿物或络合物的渗流和淋洗作用而发生部分(> 20%)迁移和丢失.地表风化状态取决于物理侵蚀与化学风化速率的相对大小,侵蚀速率较高时出露更多弱风化的岩石而有利于P的风化淋失,侵蚀速率较低时发育更多强烈风化的土壤层而有利于Al的风化淋失.综合华南西部晚二叠世玄武质泥岩的风化趋势,认为峨眉山大火成岩省的风化侵蚀状态是控制Al、P风化-沉积富集的重要因素.
莺歌海盆地关键断层与红河断裂带的运动学特征与动力学成因机制存在争议。本文利用地层回剥技术和平衡剖面恢复方法,分析莺歌海盆地重要断层在不同时期的盆地沉降量和伸展量,探讨红河断裂带构造活动与莺歌海盆地形成演化过程。研究表明,在30-21Ma期间走滑作用主要集中在Song Lo断层附近,水平伸展作用较弱;同时期的水平伸展作用主要集中在Chay断层一带。沉降中心位于河内凹陷的Chay断层、Thai Binh断层与东西向断层带的叠加区域。21-15.5Ma期间,盆地北部发生构造反转,在临高凸起挤压隆升最为剧烈,Song Lo断层、莺东和东方断层均发生不同程度的构造反转。Song Lo断层与红河断裂带的活动特征相似,莺东断层与东方断层是Song Lo断层在莺歌海盆内的南部延伸。印支地块逃逸过程同时伴随着重要的区域伸展过程,走滑逃逸沿着莺歌海盆地东侧的边界断层发生,而区域伸展作用在盆地内部及外围普遍存在,构造反转与陆上左行剪切活动减弱和印支地块的旋转停止有关。
我们在宇宙中是否独一无二?地球生命是在何处以及如何起源?这些全人类孜孜以求的重大科学问题正是天体生物学研究的核心问题。伴随着深空探测技术的提高和工程任务的开展,我们比以往任何时候都更有可能回答上述问题。地球是迄今为止唯一确认孕育生命的星球,地球生物学的研究对地外生命的探寻具有重要的指导意义。为了更好地推动天体生物学的发展,本文介绍了地球生物学和天体生物学内涵和简要发展历史。在此基础上,围绕天体生物学所关注的宜居性和生命的形成与演化这两个不同层次的核心科学问题,阐述了天体宜居性所要满足的条件,分析如何判断宜居环境是否孕育了生命的产生。最后提出了地球生物学需要加强的三方面研究,分别为:早期地球宜居性演化,极端环境的生命特征和记录,以及生命信号的构建。
洗象池组是四川盆地油气勘探的潜在目的层,但其储集空间成岩矿物充填特征及油气充注特征鲜有详细刻画。基于24块岩心样品,通过开展详尽的薄片镜下观察、阴极发光测试、微观烃类痕迹检测及流体包裹体系统分析,对四川盆地中部地区寒武系洗象池组储集空间及其油气充注特征进行了解剖。结果表明,洗象池组以溶蚀孔(洞)、粒(晶)间孔及裂缝为主要储集空间,充填了白云石、方解石、石英等多种、多期次成岩矿物及沥青。沥青及成岩矿物中的(含)沥青包裹体、天然气包裹体等微观痕迹记录了油气活动多期性及调整改造过程。油气充注特征总体表现为印支早期(早三叠世)发生古油藏形成,印支晚期至燕山早期(晚三叠世至早-中侏罗世)发生大规模油裂解成气形成第一期天然气充注,燕山中期(晚侏罗世至早白垩世)发生剩余油裂解成气形成第二期天然气充注,燕山晚期(中-晚白垩世)发生调整改造形成第三期天然气充注。
流量变化对河控浅水三角洲沉积特征和生长过程影响显著,为揭示不同流量变化条件下三角洲的宏观形态与内部构型特征,本文基于现代沉积及水文资料,采用动力学模拟软件开展了不同流量变化下的三角洲沉积数值模拟研究。研究表明:流量变化控制河道迁移速率和改道频率,影响三角洲地貌特征与内部构型特征;高流量变化条件下,三角洲呈扇状,分流河道频繁决口、分叉及废弃,河网结构复杂,河道数量显著增加,沉积物横向扩展明显,三角洲面积增大,岸线趋于光滑;低流量变化条件下,三角洲多呈鸟足状,分流河道较少且稳定,沉积物集中于河口,岸线糙度较高。研究成果可为相似三角洲沉积模式解析及油气储层预测提供科学依据。
盆地深层火山岩油气藏是重要的勘探目标,受到广泛重视。勘探成果显示各类岩性均有高产井,其中流纹岩单井产能最高,从储量增长来看中国已成为火山勘探的主体。火山岩勘探突破需要长达数十年的勘探和研究的积累,勘探发现呈现出螺旋式上升;环太平洋构造域、特提斯构造域、中亚造山带构造域储量占比分别为44%、33%、16%,其它地区储量占比7%;中生界地层、新生界地层和古生界地层的火山岩探明储量占比分别为43%、38%和19%;从储量来看,熔岩、碎屑熔岩和火山碎屑岩占比分别为61%、31%和8%,玄武岩、流纹岩和粗面岩储层中储量占比分别为41%、13%和6%。火山岩储层分布规律的认识大致可划分为“参照沉积岩研究方法阶段”和“火山地层学理论阶段”,火山岩储层主控因素主要表现为地层堆积单元控制储层品质、构造作用和风化作用是催化剂、深部流体溶蚀是增孔关键、地层超压和弱胶结是火山碎屑岩保孔必要条件。多种因素叠加促进多层连通规模性复合储集体的形成。火山岩油气藏可以分为构造、构造-岩性、岩性油气藏三种主要类型。火山机构识别与有利岩相预测技术、火山岩储层成因研究技术和有利储层预测技术为火山岩勘探目标锁定提供了强力支撑。
为了明确深层有利储层发育特征及控制因素,本文以渤海湾盆地冀中坳陷饶阳凹陷杨武寨地区沙三下亚段储层为研究对象,通过储层沉积和成岩、薄片鉴定、扫描电镜、阴极发光、常规孔渗等技术方法,开展储层特征及储层差异成因研究。结果表明:沙三下亚段岩性以岩屑长石砂岩为主;孔隙度和渗透率均值分别为10.8%和8.79mD,整体属于低孔-特低渗储层;成岩阶段处于中成岩A2阶段,成岩复杂,包括压实、胶结和溶蚀作用。主要发育强胶结致密型、溶蚀孔改造型和原生孔保持型3种类型储层。强胶结致密型储层发育在席状朵叶微相中的厚度薄、砂泥互层频繁的砂体中,碳酸盐胶结强且致密;溶蚀孔改造型储层发育于重力流分支水道微相下的薄层砂体中,具有“中等压实-强溶蚀”的成岩特征,晚期弱烃类充注,晚期碳酸盐胶结溶蚀不充分,储层孔隙性好但渗透率差;原生孔保持型储层发育于重力流水道微相下的厚层砂体中部,具有“绿泥石包壳-中等压实-弱碳酸盐胶结”的成岩特征,受晚期强烃类充注对碳酸盐胶结的抑制,储层孔隙性和渗透率均保持较好。该认识对杨武寨地区和类似地质背景地区的深层油气勘探具有指导意义。
纳米离子探针(NanoSIMS)技术具有高空间分辨率和高化学灵敏度的特点使其成为目前国际上最先进的原位微区分析手段之一。它能在纳米尺度上进行元素和同位素分布的原位分析,为揭示微生物与环境的相互作用提供了革命性技术,因此在地质微生物学和生物沉积学研究中展现出重要应用潜力甚至在某些方向的研究中不可或缺。本文在介绍NanoSIMS的工作原理基础上,综述了NanoSIMS技术在地质微生物学领域的最前沿的重要应用,重点解剖其在现代微生物群落功能研究、深时碳酸盐矿物沉淀、生物地球化学循环、地球早期生命信号的识别以及地外生命探索等方面的应用实例。总之,NanoSIMS技术的发展与应用推动了地质微生物学的研究迈向更高空间分辨率的微观世界,为探索地球生命起源和地外星球宜居性提供了前所未有的机遇。同时,本文论述了NanoSIMS在样品制备、信噪比、定量分析等方面的挑战,并展望了该技术优化方向,如技术升级、多技术联用和算法改进等,希望为多学科原位微区分析提供重要技术支撑,并进一步推动地质微生物学和生物沉积学及相关交叉学科的发展。
矿物-微生物相互作用是地球系统中最为活跃的地质动力之一,对地球演化过程具有深远的影响,也是矿物学和地质微生物学领域最重要的交叉研究方向之一。要全面正确理解微生物与矿物之间的相互作用,重点之一在于揭示超微尺度下微生物如何影响矿物表面结构和物质组成的变化。尽管近年来矿物-微生物相互作用的研究取得了显著进展,但由于该相互作用涉及更小尺度的微观过程,在纳米甚至亚纳米尺度同时表征矿物结构、化学成份和微生物残存印记等方面仍面临巨大挑战,因此许多原理性和机制性问题依然亟待解决。近年来新兴的三维原子探针(APT)技术突破了这一分析极限,可在亚纳米(近原子)尺度实现对几乎所有元素/同位素同时成像与定量分析(检测限为10-6),可为重建矿物-微生物相互作用过程提供近原子尺度、高灵敏度分析。APT最初是在材料科学领域发展并得到广泛应用,近年来该技术在地球科学领域受到日益增多的关注。本文概述了APT的原理、发展和样品制备等基本内容,介绍了生物矿化的概念及相关研究,并重点讨论了APT技术在微生物矿化、地质微生物的残存信号识别、生物材料等矿物-微生物相互作用领域的重要应用。最后,我们客观总结当前APT技术在矿物-微生物相互作用研究中的局限性和面临的问题,并展望这种超级原位微区分析技术在矿物-微生物研究领域的未来发展方向。
近几年在渤中凹陷,辽东湾地区太古界变质岩系陆续发现了多个亿吨级油气田,油气柱高度可超过1000m,展示了太古界潜山巨大的勘探潜力。研究表明,储层发育程度决定了太古界潜山的油藏规模,而裂缝对储层具有核心控制作用。分析表明,岩性对裂缝储层发育程度有明显影响,黑云母、角闪石等塑性矿物含量高的岩性段储层不发育,长石、石英矿物高含量段裂缝发育。表生期风化淋滤降低了岩石的抗压强度,风化壳内裂缝发育程度和记录的期次都要远高于内幕带;薄片观察和模拟实验表明,发育裂缝的样品虽然裂缝被充填但其抗压强度显著降低,为后期裂缝再活化创造了条件;后期裂缝会选择原来的裂缝带重新活化,黏土矿物,碳酸盐矿物,铁质充填的裂缝更容易受到后期应力、流体的影响再活化。宏观上,印支期逆冲推覆作用是形成裂缝储层的关键期,燕山期和喜山期断裂叠加改造对早期裂缝起到了重要的活化作用,印支期与燕山期、喜山期断裂叠合部位控制了厚层储层的分布。
2025年1月7日,西藏日喀则市定日县发生MS6.8地震,震中附近遭受了严重的地震破坏。地震影响区位于海拔4000米以上的高原地带,地震台站分布稀少,100公里内缺乏完整的基准台或基本台地震记录,而这些记录对于快速评估地震灾害程度和指导震后重建有至关重要的意义。本次地震影响区域内的高山多覆盖有永久冰川(如珠峰地区),同时存在大量潜在的滑坡体,研究地震对冰川及滑坡体稳定性的影响,是值的关注的重要科学问题。基于上述背景和研究需求,本文选择距离震中55公里的珠峰地震台记录到的一次MS3.9小震作为格林函数采用经验格林函数方法,考虑参数不确定性,合成了本次地震在珠峰地震台的加速度波形。研究结果表明:珠峰地震台在本次地震中水平向PGA范围为70-190 cm/s2,垂直向PGA范围为40-140 cm/s2,对应的仪器地震烈度为Ⅵ-Ⅶ度。这些结果反映了珠峰地震台位置的地震动强度,与第五代中国地震动参数区划图中不同概率水准的地震动反应谱进行对比,并结合当地房屋建筑的结构性能,分析认为该强度地震动可能对珠峰地震台附近的一般民用建筑造成较严重损伤,震中附近的地震破坏可能会更为严重。同时该地震可能对高海拔冰川和潜在滑坡体稳定性造成影响,建议对此问题给予特别关注。
为全面考虑不同滑坡类型间的差异,提高滑坡易发性预测的准确性与工程应用价值,以重庆万州区为例,应用支持向量机、C5.0决策树、逻辑回归和多层感知器模型分别对单一堆积层滑坡和岩崩进行易发性建模,再基于综合表现最优模型,分别采用直接耦合法、概率统计法和易发性比较法对不同滑坡类型进行耦合建模,并评估其不确定性。建模结果显示C5.0决策树模型在单一类型滑坡易发性预测中表现最佳,AUC值均超过0.930;三种耦合方式的易发性预测结果与实际情况基本一致,其中易发性比较法具有较高的AUC值和频率比精度,预测性能最好,其次是概率统计法和直接耦合法。鉴于反映滑坡演化规律的全面性、实际场景的适应性以及防治决策的支持需求,考虑滑坡类型耦合方式的滑坡易发性优于仅考虑单一类型滑坡,但未来仍有必要更深入探索不同类型滑坡间的特异性与耦合方式的优化。
为深入探讨华南早古生代和早中生代的构造演化、岩浆活动及其资源成矿效应,对湘中地区白马山复式岩体进行了系统的野外调查,并开展了锆石年代学、Hf同位素及地球化学研究。锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄分析结果显示,白马山岩体水车超单元糜棱岩化花岗岩和龙潭-小沙江超单元黑云母花岗闪长岩的加权平均年龄分别为409±2Ma和211±1Ma,二者分别为加里东晚期和印支晚期岩浆活动的产物。加里东期糜棱岩化花岗岩具有高硅、高碱和强过铝质的特征,表现出强烈的负Eu异常,结合其富集的Hf同位素组成[εHf(t)=-13.4~-5.4],可推测其应为古元古代沉积岩的部分熔融产生的S型花岗岩。印支期黑云母花岗闪长岩则具有低硅、高碱和准铝质的特征,显示出中等强度的负Eu异常,且其εHf(t)值(-10.3~-7.4)较负、模式年龄古老(1.71~1.89Ga),为古元古代变火成岩与部分变沉积岩重熔形成的I型花岗岩。白马山复式岩体的加里东期和印支期超单元可能均形成于陆内造山的构造环境中。加里东期岩体与区域W矿化之间、印支期岩体与区内Au-Sb-W矿化之间分别具有密切的成因联系,表明这些岩体具有良好的Au-Sb-W成矿潜力。
基坑开挖响应预测模型的准确性受多种不确定性的影响,贝叶斯理论可以有效融合先验信息和观测数据,为降低土体参数不确定性和提高变形预测准确度提供了新途径。然而, 传统的贝叶斯更新方法对不确定性的考虑有限,因此本文提出了一种能够考虑土体参数、模型偏差、观测误差不确定性以及阶段相关性的贝叶斯更新方法。通过两个实际案例的验证结果标明: 所提方法能够有效降低模型参数的不确定性,提高模型对于不同土体类型基坑开挖响应预测的准确度。
地下岩溶会给陆路交通工程基础设施的设计、施工和安全运行带来巨大的安全隐患。为探明地下岩溶发育情况,对空天地多源异构综合勘察数据,包括遥感解译、工程地质调绘、钻孔、物探高密度电法和瞬变电磁法解译成果资料,统一时空坐标和数据标准,实现岩溶不良地质体的数据级融合。在此基础上,建立地下岩溶不良地质体的识别框架,构建地下空间点域初始基本概率分配函数赋值方法,采用基于Kendall相关系数改进的DS证据理论算法,对综合勘察数据证据进行多源数据融合获取岩溶评价指标,三维空间插值网格化后进行岩溶特征三维成像。结果表明:改进DS算法有效解决了综合勘察成果间的高度冲突问题,形成对岩溶目标体的智能决策,实现了综合勘察解译成果的岩溶地质信息特征级融合。融合结果的三维成像,提高了地下岩溶不良地质体勘察的可靠性和精度,提升工作效率30%以上。DS智能融合算法为陆路交通工程在设计、施工和运行的全寿命周期条件下,处置岩溶灾害提供了有效的方法指导和合适的评价手段。
相似材料是水库型岩质边坡模型试验的关键。通过正交试验和大量室内试验研制出一种能同时模拟边坡岩体物理力学性能和渗流作用相似的固-液两相相似材料,该材料以石英砂、铁精粉和重晶石粉为骨料、水泥和石膏为胶结剂、硅油为调节剂。系统研究不同配比对材料力学性质的影响规律,确定各性能的主控组分,并利用多元回归分析建立各参数与材料配比之间的经验方程。最后结合工程案例配制相似模型材料,评价该材料的相似效果,并应用于水库型边坡模型试验过程中破坏模式和渗流场分析。试验结果表明:(1)相似材料各物理力学和水理参数分布范围较广,能满足岩质边坡模型试验对材料物理力学性能和渗流作用相似的需求,是一种理想的固-液两相材料;(2)相似材料各参数主控参量明显,便于通过调节配比模拟不同类型边坡岩体;(3)通过多元回归分析能够高效地配制边坡模型所需的相似材料,相似效果较好,边坡模型发生压剪变形破坏,分析了库水作用下模型试验过程中孔隙水压力变化规律。研究成果为进一步开展水库型岩质边坡模型试验多场演化特征研究提供参考。
青藏高原造山域经历了原特提斯、古特提斯和新特提斯洋的形成、分布与多期次洋-陆转化,是铜、金、铌、钽等多金属成矿有利区。在整个显生宙特提斯洋的形成-消亡演化历程中,形成了各演化阶段独特的洋板块地层(简称OPS)。重建青藏高原造山域各演化阶段各构造-地层区划单元的OPS序列,以及划分对比格架,是造山域多金属矿产勘查和重大工程建设的重要基柱。本文系统梳理分析了青藏高原各时代约130多个出露点的蛇绿混杂岩等洋壳残迹的物质组成、254个蛇绿岩等洋壳残块的测年数据,以及相伴硅质岩放射虫化石,依据构造环境和时代分布,区划出3个OPS构造-地层大区和9个区,分别是巴颜喀拉-三江、龙木错-双湖-班公湖-怒江-昌宁-孟连和冈底斯-雅鲁藏布大区。巴颜喀拉-三江大区含西金乌兰、甘孜-理塘、金沙江和哀牢山4个区;龙木错-双湖-班公湖-怒江-昌宁-孟连大区含龙木错-双湖、班公湖-怒江和昌宁-孟连3个区;冈底斯-雅鲁藏布大区含狮泉河-嘉黎和雅鲁藏布2个区。按3大区和9区识别出对接带型和叠接带型两大类OPS和洋脊、洋岛-海山、洋内弧、远洋和海沟沉积建造等五类OPS亚类。依据同位素测年、古生物化石序列划分与对比,构建了首个青藏高原造山域显生宙OPS地层格架和时空演化模式,并对青藏高原特提斯演化模式进行了讨论。
(目的) 探究微生物群落在岩浆热源型高温热泉的分布特征及其对环境变化响应,(方法) 选取云南腾冲3处热泉及其流径上的14个样品,对样点进行物化指标测定和16S rRNA基因扩增子测序,并分析微生物群落与环境因子之间的相关性。(结果) 3处热泉在属水平上具有不同的优势类群,蛤蟆嘴及其流径为Thermus、Hydrogenobacter、Caldimicrobium和Fervidobacterium;朗蒲及其流径为Candidatus_Caldiarchaeum、Ignavibacterium和Thermodesulfovibrio;桥泉及其流径为Candidatus_Nitrosocaldus、Chloroflexus、Meiothermus、Ralstonia和Gemmata。典范对应分析结果表明热泉中基本物化参数(T和S(-II))、主量元素(Mg、Ca和K)和微量元素(W、Al、Ba、Rb、Li和Cs)对微生物群落影响显著(P < 0.05,方差分解分析结果表明它们的解释量分别为21.07%、6.69%和6.24%,共同解释量为7.32%,环境因子解释量总计41.32%。(结论) 云南腾冲岩浆热源型热泉的水化学组成差异在一定程度上驱动了微生物优势类群发生演替。
鄂尔多斯盆地延长组长73亚段发育大套厚层的富有机质泥页岩夹薄层粉细砂岩,深水环境的砂质岩类受到优质烃源岩的高强度源内充注,局部具有一定规模,是盆地深水勘探的重要目标。基于湖盆中部长73亚段的岩心、测录井、分析测试资料,结合岭页、池页水平井风险勘探实践,对长73亚段深水砂质岩类的沉积储层特征进行探讨分析。研究结果表明:长73沉积期水体较深,优质烃源岩发育,湖盆西南祁秦造山带地震火山活动频发,物源供给充足,降雨量大、湖平面上升,滑塌成因与洪水成因的重力流沉积在湖盆中部广泛发育;环绕湖盆的一级坡折带控制着深水重力流的发育范围,沉积物入湖后受古地貌与沉积微相的控制,发育滑动-滑塌、砂质碎屑流、混合事件层、浊流、异重流等沉积类型,坡折带的坡脚、古沟道相对富砂,砂质碎屑流、浊流沉积是有利的储层类型;单砂体较薄,平均厚度1m,孤立或叠置发育,空间上厚度、长度、宽度较小,较厚的块状单砂体和紧密连续叠置的薄层单砂体组合是期待钻遇的储层;高Ro、高TOC的泥页岩是砂质岩类充注油气的物质基础,高剩余压差下,储集性能较优的紧密叠置细砂岩薄储层与优质烃源岩互层的源储配置关系最易出现优质砂岩“甜点”;长73亚段深水砂质沉积勘探潜力较好,需持续攻关薄储层地球物理探测技术及砂泥一体压裂改造工艺。
高精度航磁数据分析与挖掘是揭示区域性断裂带空间展布与岩石圈热结构重要手段之一。为了揭示辽宁及其区航磁异常与区域性断裂带关系,估算其居里面深度与岩石圈厚度,本文在对航磁数据进行化极的基础上,利用功率谱法反演了研究区居里面深度;采用一维稳态热传导方程,计算了辽东-渤海湾地区岩石圈厚度。研究表明:(1)辽东、辽西与渤海湾地区存在多条北东向/北北东向航磁异常带,它们是晚中生代以来太平洋板片俯冲作用背景下,活动大陆边缘长期伸展与短暂挤压状态交替演变的产物;而辽北地区被北东向磁异常带错断的近东西/北西西向航磁异常带,则是古亚洲洋闭合后碰撞造山晚期伸展抬升至中地壳层次的构造形迹。(2)辽宁及其邻区居里面深度介于16 ~ 40 km 之间,平均深度为28 km,阜新与盘锦等居里面隆起区对应的大地热流值相对偏高;而沈阳与辽源居里面坳陷区对应的大地热流值偏低。(3)辽宁及其邻区岩石圈厚度具有空间非均匀性,变化范围为70 ~ 150 km,平均值为100 km;郯庐断裂带附近的营口-鞍山地区下方岩石圈厚度最薄,为60 ~ 80 km;辽东与渤海湾地区岩石圈厚度空间非均匀性可能是晚中生代以来太平洋板片俯冲诱导的上升流与克拉通岩石圈内部先存的构造薄弱带共同作用的结果。
泥页岩中的有机质作为石油和天然气的来源,其有机岩石学分类方案仍不明确,传统的煤岩学分类方法并不完全适用于泥页岩中的分散有机质。页岩中有机孔隙是页岩孔隙系统的重要组成部分,控制了页岩的含气量和孔隙度,但其成因及与有机质类型和热成熟度的关系仍存在争议。本文系统地总结了泥页岩中分散有机质的类型、不同类型有机质的热演化特征以及有机孔隙发育与保存的控制机理,并提出了存在问题及今后研究方向。泥页岩中的分散有机质包含5个显微组分组:镜质体、惰质体、类脂体、动物碎屑和次生有机质,每个显微组分组可再划分为多个显微组分。不同显微组分的成因和生烃潜力不同,有机孔隙发育程度也存在差异。页岩中有机孔隙包括原生孔隙和次生孔隙,后者是主要的有机孔隙类型,其形成与生油型有机质生烃密切相关,主要赋存在固体沥青或焦沥青中。有机质类型和成熟度决定了次生有机孔隙的发育程度,而热成熟度、有机质含量、矿物组成和孔隙压力控制了其保存程度。烃源岩评价中对有机质生烃潜力的研究应建立在对显微组分以及不同显微组分生烃能力充分了解的基础上。非常规油气储层表征中对有机孔隙的研究应充分考虑有机质数量、类型、成熟度以及页岩矿物学组成,准确地评价有机孔隙对页岩孔隙系统的贡献。
目的)基于像元基元、极化合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)数据和传统机器学习算法的岩性分类方法,易受SAR图像固有斑点噪声影响,精度不高。为了降低噪声的影响,(方法)本研究以大尺度像元邻域为基元,用于表征地表地质体的遥感图像特征和相应的岩性语义信息;采用高分三号双极化SAR数据,先进行极化分解,并构建3通道彩色合成影像,作为后续模型输入数据;然后采用深度卷积神经网络(Deep Convolutional Neural Network,DCNN)迁移学习的方法,提取有效的深度特征表示,从而分别实现5m和15m两种空间分辨率下岩性遥感自动分类。(结果)实验结果表明:基于不同分辨率数据和不同DCNN算法,岩性遥感自动分类的总精度均大于80%,且最高精度达到91%。(结论)总之,基于大尺度像元邻域和DCNN迁移学习方法,能够实现基于SAR数据的高精度岩性分类。论文创建的双极化SAR岩性遥感数据集,也能作为基于人工智能的岩性遥感分类基准数据集。
矿物基复合材料融合了矿物材料的特性和复合材料的优势, 因其独特的功效而成为生态环境研究领域的热点, 已被广泛应用于水环境质量提升的工程实践中.综述了矿物基复合材料的结构与性能提升方法, 包括酸/碱刻蚀、热活化改性、表面改性及金属纳米颗粒负载改性, 并探讨了其高效固定/去除水环境中重金属、有机及无机污染物的机制, 包括吸附作用、催化反应及其与水体微生物和水生植物等水生生物的联合作用.矿物基复合材料可以通过强化生物生态修复, 促进水生植物生长, 增强微生物多样性, 从而进一步改善水环境质量.总结了矿物基复合材料在水环境治理中的工程应用案例, 并强调了未来重点研究方向, 评估其在不同水质环境下的效能及长期影响, 探索与先进技术的最佳联合应用, 优化生产工艺和材料成本.
三叠纪初现代型生态系统建立的过程曲折并伴随着频繁的环境波动, 研究其模式和驱动机制需要以高分辨率的地层格架为基础建立可靠的时间标尺. 虽然牙形石在古生代和早中生代海相地层对比与划分中往往被作为标准化石, 但是由于早‒中三叠世的多个阶和亚阶的国际划分与对比标准一直悬而未决, 目前提出的一些候选标准化石还有待进一步的区域与全球对比的检验. 通过对贵州望谟甘河桥剖面的下‒中三叠统底部样品进行了系统的牙形石分类学和地层学研究, 共鉴定出15属29种, 建立了10个牙形石组合带, 由下而上依次为Neospathodus dieneri带、Novispathodus waageni带、Guangxidella bransoni带、Novispathodus pingdingshanensis带、Icriospathodus crassatus带、Triassospthodus homeri带、Triassospthodus triangularis带、Triassospthodus sosioensis带、Chiosella timorensis带和Nicoraella germanica带. 根据本剖面牙形石分布情况以及和其他剖面对比, 支持以牙形石Novispathodus waageni、Novispathodus pingdingshanensis、Chiosella timorensis分子的首现分别作为印度阶‒奥伦尼克阶、史密斯亚阶‒斯帕斯亚阶以及下‒中三叠统界线的标准. 过去几年, 望谟地区的三叠系中陆续报道了多个层位的海洋爬行动物和较为多样的节肢动物化石, 标志着海洋生态系统发生了多阶段的演化. 本文建立的高分辨率生物地层框架, 为卡定研究区现代型海洋生态系统的建立时间, 提供了关键证据.
为了解西北“暖湿化”进程中气候因素对塔里木河流域植被变化的驱动作用, 基于线性回归、变异系数、Person相关系数、Hurst指数和偏导数方法, 利用MODIS卫星遥感数据和气候数据对塔里木河流域植被变化的气候驱动机制进行定量评估.结果表明:该流域植被最优长势和生产力水平呈波动上升趋势, 指数NDVI、EVI、NPP增速分别为0.036 4/10a、0.023 8/10a、12.606 1 gC/(m2·10a).Hurst指数显示, 研究区大部分区域植被存在持续变化的不确定性问题, 持续改善区域分别占流域面积的19.7%、18.7%和6.1%.流域尺度上, 气候因素对NDVI、EVI、NPP的贡献分别为0.0016/10a、0.0010/ 10a、2.8019 gC/(m2∙10a).相较于气温, 降水是影响植被变化的主要气候因子;辐射对植被变化有抑制作用.气候变化对植被最优长势变化的贡献有限, 却促进了植被生产力的明显改善, 结果揭示了塔里木河流域植被变化及气候驱动的空间特征.
目前砂岩型铀矿成矿模式种类较复杂.试图从还原介质内生和外生两个角度, 分析鄂尔多斯盆地泾川油气田区和塔然高勒煤田区两个特大型铀矿床的成矿条件、矿物特征、地球化学特征等, 建立泾川式和塔勒式两种铀成矿模式.泾川式还原介质以烃类流体为主, 为沉积成岩期后下伏烃源岩排出运移至下白垩统洛河组, 与表生含氧含铀流体耦合成矿, 矿体受岩层渗透性、后期断裂构造和水系展布等要素控制明显, 具有矿化层多的特征, 常发育十几层, 受烃类流体运移影响, 横向变化较大, 常切穿层理;铀矿物从几微米至十几微米, 分布较为均匀.塔勒式还原介质以煤屑等为主, 为同沉积成岩期碎屑, 近于顺层产出, 矿体横向展布稳定, 与地层基本一致;铀矿物颗粒大小变化大, 从几微米至几百微米, 分布不均匀.该认识为盆地多能源成矿响应和铀矿成矿机理研究再突破提供了新方向.
鄂西长阳背斜南华系锰矿为大塘坡式锰矿, 其成矿时代恰处于新元古代“雪球地球”事件中的间冰期.在Rodinia超大陆裂解的背景下, 大塘坡期气候环境转变、裂谷盆地作用以及锰矿成矿作用三者间存在成因上的联系.为了详细阐述古气候、沉积环境、锰质来源对大规模锰矿沉积成矿作用的控制, 恢复鄂西地区大塘坡式锰矿成矿过程, 选取鄂西长阳地区跑马坪锰矿作为研究对象, 对其地球化学特征开展了综合研究.测试结果显示碳酸锰矿石Mn/Fe比值较高, 沉积过程中Mn、Fe分离十分彻底, 氧化‒还原敏感元素V、U亏损, Mo富集, 揭示大塘坡期为氧化‒弱氧化的沉积环境.δU、Uau、Th/U、V/Cr、Co/Ni值也指示大塘坡期为氧化‒弱氧化沉积环境.长阳背斜碳酸锰矿石Al、Ti含量略高于湘黔渝地区, 说明扬子北缘锰矿石陆源碎屑含量高于扬子东南缘, 指示沉积水体深度相对较浅或者距离物源较近.CIA指数研究显示长阳背斜大塘坡期风化强度中等, 碳酸锰矿石、碳质泥页岩Al/(Al+Mn+Fe)比值较低, Eu正异常、LREE富集, Nb/Ta、Zr/Hf、Y/Ho比值以及碳酸锰矿石La/Yb-Ce/La、(Co+Ni+Cu)×10-Fe-Mn、Zr-Cr图解分析均认为锰质来源以深部热液来源为主, 陆源锰质为辅助来源, 且成矿期有明显的热水沉积作用.通过研究CIA指数以及Sr/Cu、Rb/Sr、Sr、Sr/Ba值认为长阳背斜大塘坡期为温暖湿润的气候环境.碳酸锰矿成矿与氧化还原环境、锰质来源、古气候、古盐度耦合明显.
在始新世中期至渐新世早期, 欧洲板块和亚得里亚板块发生碰撞, 导致了阿尔卑斯造山带的大规模岩浆活动, 由于后期隆升剥蚀无法保存, 而弧后盆地中同时期的沉积火山碎屑岩记录了这一构造事件.针对该套沉积火山碎屑岩, 开展了地质年代学与地球化学等方面的研究, 揭示了阿尔卑斯造山带的火山活动和构造演化特征.研究表明火山碎屑岩中的锆石年龄峰值主要集中在~47 Ma、40 Ma和37 Ma, 并且锆石的Hf同位素呈现负值, 说明其主要形成于板块俯冲过程中部分地壳熔融的岩浆中.此外, 通过对岩浆锆石同位素计算地壳厚度的变化, 说明了阿尔卑斯造山带不仅存在由于板块俯冲碰撞引起的地壳垂直挤压增厚, 还存在俯冲板片拉伸引起的地壳伸展变薄.
国内样品辐照资源有限, 可供选择的反应堆数量少, 反应堆开启频率低, 缺乏对反应堆辐照样品参数的系统研究, 在不同程度上制约了40Ar/39Ar定年科研进展, 需要开拓新的辐照资源.首次研究西安脉冲堆(XAPR)用于40Ar/39Ar定年样品的辐照条件, 通过黑云母标准物质ZBH-25确定中子通量的径向梯度和轴向梯度变化情况, 并通过钾盐和钙盐获得反应堆的副反应校正因子.结果表明辐照孔道径向J值变化幅度较小, 仅为0.49%, 且包含中子通量的峰值, 表明样品处于反应堆中心位置进行辐照.辐照孔道轴向中子通量梯度为0.54%/cm, XAPR辐照孔道内的校正因子(40Ar/39Ar)K =0.002 082 6、(39Ar/37Ar)Ca =0.000 776 92、(36Ar/37Ar)Ca =0.000 299 98.对标准物质ZBH-25黑云母进行年龄测定, 证明此反应堆满足40Ar/39Ar定年样品的辐照条件, 可以作为一个新的辐照源.
为了精细刻画库车坳陷克拉苏构造盐下深层构造模型和空间变化规律, 通过对高质量连片三维地震资料的精细解释, 发现克拉苏构造带盐下深层存在多滑脱层变形, 侏罗系煤系地层是盐下的主要滑脱层, 克拉苏构造带东部发育三叠系下滑脱层, 而西部不发育.下滑脱层是否发育与基底形态控制的三叠系厚度和岩性有关.侏罗系煤系作为滑脱层, 三叠系、侏罗系烃源岩分层运聚成藏, 从而使克拉苏盐下深层形成中组合和下组合两套成藏体系, 其中三叠系‒侏罗系阳霞组构成的下组合构造相对稳定, 深大断裂未向上沟通, 深层油气有效保存, 可能发育聚集了三叠系近源油气的大型油气藏, 是将来克拉苏深层勘探重点领域.
川西坳陷深层叠覆型致密砂岩气藏气水分布特征及其形成机理和演化规律认识不清, 已经成为制约天然气勘探和开发的关键问题.利用钻井、测井、地震、录井、生产测试等资料, 在对上三叠统须家河组致密气藏气水分特征分析的基础上, 综合研究了气水分布的控制因素、形成机理和成因演化.结果表明, 须四上亚段气水呈“层状”分布但气水边界模糊;须四下亚段和须二段地层水呈“孤立状”分布.烃源岩供烃能力对气水分布具有宏观控制作用, 断裂对天然气和地层水具有沟通和破坏双重作用, 储层非均质对气水分布进一步调整.孔隙流体状态控制下的3个流体动力场内地层水的赋存特征存在明显差异, 并形成不同的气水分布样式.依据流体动力场演化、源岩生排烃史及构造演化特征, 划分出气水分异期、气水各异期、气水调整期及气水定型期4个阶段.
为了明确北部湾盆地涠西南凹陷流沙港组页岩油赋存空间及可动性特征,采用岩石薄片鉴定、荧光观测、扫描电镜、氮气吸附、高压压汞、数字岩心分析、核磁共振、多温阶热解等实验技术,对涠西南凹陷流沙港组不同类型页岩油的储层孔隙结构、页岩油赋存空间及可动性特征进行定性分析和定量表征.结果表明:(1)基质型页岩油储层主要发育纳米级的有机孔、黄铁矿晶间孔、黏土矿物粒间孔、以及层理缝、有机质粒缘收缩缝;基质型页岩油主要赋存在孔喉半径小于10 nm的储集空间内.纹层型页岩除了发育纳米‒微米级的有机孔、晶间孔及微裂缝外,还发育粒间孔、粒内孔等;纹层型页岩油主要赋存在孔喉半径为10~50 nm之间的储集空间内.夹层型页岩主要发育纳米‒微米级的晶间孔、粒间孔、粒内孔及溶蚀孔等;夹层型页岩油主要赋存在孔喉半径介于100~1 000 nm的储集空间内.(2)不同类型页岩油可动性差异明显,其中夹层型页岩油可动性最好,最大可动油含量为22.78~42.63 mg/g,平均32.71 mg/g,可动油比例高达80%以上;纹层型页岩油可动性次之,最大可动油含量为1.78~16.35 mg/g,平均10.88 mg/g,可动油比例在60%左右;基质型页岩油可动油含量和可动油比例最小.(3)有机质丰度与成熟度、储层物性及矿物组成等共同控制了页岩油的可动性;当Ro为1.0%左右,TOC介于1.5%~4%之间,页岩储层可动油最为富集;另外,储层孔喉半径越大、物性越好、脆性矿物含量越高、黏土矿物含量越低,页岩油可动性越好.基于上述研究成果,夹层型页岩具有较大的赋存空间及较好的可动性,是涠西南凹陷页岩油勘探的首选类型,并推动海上页岩油钻探获得重大突破.
盖层是决定油气能否成藏的重要因素,目前盖层研究多关注中深层固结岩石的封盖能力,而围绕浅层疏松未固结盖层的研究较少,对于深水浅埋地层中的盖层评价则更为少见.基于琼东南盆地深水区三维地震解释、三轴应力实验、测井评价、圆锥触探试验等研究成果,明确了L36区第四系乐东组浅埋气藏盖层的发育类型及封堵能力,总结了研究区盖层封盖机理.结果表明:(1)深水区乐东组发育深海泥、块体流、含水合物地层3类盖层,三者均可起到有效封盖作用;(2)综合地震‒地质解释及实验成果,明确了3类盖层封盖能力从小到大依次为深海泥、块体流、含水合物地层,其中深海泥在海底埋深200 m处可封盖59 m天然气,为研究区主要目的层盖层封堵下限.(3)深水浅埋盖层封堵机理占主导作用的是毛细管封闭、水力封闭,低温高压环境下饱和盐水封堵机制发挥了特色性增封作用.以上认识得到近两年钻探的验证,这不仅为琼东南盆地乐东组的后续勘探开发提供了理论依据,也可为其他深水浅埋地区的天然气勘探提供有益借鉴.
白云凹陷位于珠江口盆地南部,是我国海洋深水油气勘探热点区,明确该地区的油气充注历史对于指导油气勘探至关重要.在油气藏解剖工作的基础上,基于流体包裹体分析、PVT和盆地模拟等手段,对白云凹陷东部的油气充注历史开展系统分析.研究结果表明:(1)白云凹陷东部以凝析气藏为主,局部发育少量油藏,整体表现出“上气下油”的分布格局,构造高点凝析气干燥系数和GOR相对较高;(2)储层中发育两类不同的石油包裹体组合(OIA):Ⅰ类OIA在室温条件下呈气‒液两相,发黄白色、黄绿色荧光,气体充填度一般小于10%,均一温度为86.2~93.2 ℃,伴生盐水包裹体均一温度和冰点温度分别为100.9~104.1 ℃以及-4.3~-4.2 ℃;Ⅱ类OIA为气‒液或气‒液‒固三相,呈黄绿色、蓝绿色以及蓝白色等荧光,气体充填度为10%~30%,均一温度为71.1~112.4 ℃,伴生盐水包裹体的均一温度和冰点温度分别为96.8~108.6 ℃和-2.8~-2.4 ℃;(3)Ⅰ类石油包裹体对应的油气充注事件大约发生在10.8 Ma,整体表现为常压充注;Ⅱ类石油包裹体对应的油气充注年龄为2.8 Ma左右,整体表现出弱超压;(4)白云凹陷东部在珠江组‒韩江组沉积期形成一些油藏,粤海组沉积期至现今,深层天然气沿断裂与砂体输导通道向上运移调整,并对早期的油藏进行改造,通过运移分馏作用形成现今一系列的凝析气藏.
渤海湾盆地渤海海域油气地球化学参数显示部分构造带普遍发育低熟油气,但是一直被忽略而未系统开展低熟油气成因及资源潜力的研究.选取辽东湾坳陷作为研究对象,结合不同构造单元油藏,系统分析低熟油特征,研究烃源岩生成低熟油气的潜力和前景.结果表明:(1)辽东湾坳陷发育低熟油,其中以辽西南洼陡剖带油藏低熟油最为典型,具有高密度、高酸值、高胶质+沥青质的特征,奇偶优势明显,倍半萜烷系列完整,伽马蜡烷指数较高,与辽西凸起带、辽中中洼带油藏具有明显差异,低熟油主要来源于紧邻的辽西南洼咸水湖相烃源岩;(2)咸水烃源岩具有独特的双峰生排烃特征,在低成熟演化阶段就生成大量富含胶质、沥青质的液态烃,具备丰富的低熟油资源潜力和广阔前景.
断缝体油藏是鄂尔多斯盆地南缘彬长地区当前工作重点,具有储集类型多样和圈闭类型复杂的特点,以容积法计算地质储量的难点是合理确定有效厚度下限标准和含油面积.基于断缝体油藏的成因及储层特征,参考裂缝型油藏和致密油藏提出其地质储量计算的容积法及相关参数确定方法,并以JH17井区断缝体油藏为例说明实际操作和潜在问题.分析认为,断缝体油藏总体上为致密油藏,在断层附近可能局部具有构造油藏特征和明显油水界面.确定有效厚度下限标准可结合储集类型和局部油藏类型因素,资料有限时,裂缝发育性储层可考虑采用裂缝欠发育的次级储层的有效厚度下限标准的岩性、物性和饱和度参数.含油面积与断缝体范围和油气充注强度相关,需考虑断缝体油藏中明显油水界面和边部致密油分布情况,并兼顾断缝体的储层“甜点”特性和沿断层走向连通性强的特征.据此方法计算断缝体油藏实例的地质储量,发现其储量丰度可达43×104 t/km2,约为研究区非断缝体油藏的3倍.
目前对于边缘海背景下被动大陆边缘的形成演化机制仍存在争议,特别是对洋陆转换带的构造特征与形成过程的认识存在明显不足.为了深入探索边缘海背景下南海陆缘与洋陆转换带构造结构与形成演化特征,通过对横跨西南次海盆Ⅴ型尖端地震剖面的解释与研究,识别出莫霍面(Moho)、基底和海底3个一级陆缘界面,划分出细颈化域、超伸展域、原洋域等构造单元;进一步精细解释了共轭陆缘盆地充填层序和多期断裂系统,识别出破裂不整合界面Bi,将陆缘盆地同裂陷期层序(Tg-Bi)划分为S1-S5五个层序,建立了西南次海盆Ⅴ型尖端区域共轭陆缘的构造‒地层格架.构造‒地层格架中S3/S4层序之间的界面CBi、S4/S5之间的界面POBi分别与陆壳破裂和原洋洋壳Ⅰ的破裂对应,记录了西南次海盆共轭陆缘岩石圈伸展破裂过程中发生的重要构造事件.结合断裂活动性和盆地原型的分析,将西南次海盆共轭陆缘同裂陷期的演化划分为伸展、细颈化、超伸展和原洋洋壳四个阶段,建立了西南次海盆共轭陆缘演化模式.还建立了西南次海盆Ⅴ型尖端共轭陆缘地壳的“鳄鱼嘴”结构,识别出总宽度达231 km的两期原洋洋壳.结合外缘高地和同破裂层序(S4-S5)研究,提出两期原洋洋壳的发育与西南次海盆的两幕扩张过程相对应,由原洋洋壳构成了同期洋盆的洋陆转换带.揭示了西南次海盆张开过程中岩石圈的伸展破裂机制与洋脊传播过程中幕式扩张作用对陆缘构造、地层和岩浆作用的影响,对于深入研究南海岩石圈的伸展破裂过程、洋陆转换带的成因以及南海被动陆缘形成的动力学机制具有重要意义.
不同的火山喷发模式形成的海底火山在形态上存在差别,但由于缺乏有效方法,两者之间的关系仍不清晰.创新性地运用机器学习聚类分析法,基于高分辨率多波束水深数据,对南海海盆中的海山地形开展多维的形态参数量化分析,并对其结果进行无监督式聚类研究.结果表明,南海海盆中共发育三类海山:类型Ⅰ,体积大、坡度陡、底盘圆的大型孤立海山;类型Ⅱ,体积大、坡度缓、底盘长的大型线状海山;以及类型Ⅲ,体积小、坡度缓、底盘椭圆的小型海山.类型Ⅰ和Ⅱ位于东部次海盆洋中脊区,类型Ⅰ高耸的海山形态代表了活跃且快速的喷发模式,类型Ⅱ的平缓形态代表了缓慢且喷发物质流动性更强的火山活动,类型Ⅲ沿着转换断层及远离东部次海盆的洋中脊区,代表了缓慢且不强烈的火山活动.本文定量证实了不同构造背景下形成的海山形态具有普遍规律;针对海山形态学建立的聚类分析新方法,可为获得大量岩石学信息之前研究火山喷发模式提供新思路.
为了深入理解菲律宾海板块各地质构造单元的深部结构以及九州‒帕劳洋脊地壳特征,利用卫星测高重力异常,结合研究区域水深、沉积层厚度及洋壳年龄数据校正变密度沉积层重力效应和热扰动重力效应,并利用KPR上OBS剖面得到的莫霍面深度作为重力反演莫霍面的约束,计算了菲律宾海板块研究区的莫霍面深度及地壳厚度.结果显示菲律宾海板块整体地壳厚度呈现从西到东、从南到北依次增厚的特征.西菲律宾海盆莫霍面深度在10 km左右,地壳厚度在4 km左右.帕里西维拉海盆地壳厚度平均在7 km左右,大于年老的西菲律宾海盆.九州‒帕劳洋脊地壳厚度最厚为14 km,在18°~19°N处厚度为8 km左右,接近帕里西维拉海盆洋壳厚度,不存在局部显著增厚地壳,KPR地壳为弧后岩浆活动改造的洋壳,而非成熟岛弧地壳.
磷作为地球生命DNA和RNA的核心组成部分,是地质历史时期海洋表层初级生产力的主要限制性营养元素,对全球大气‒海洋氧化还原状态及气候变化具有重要调节作用.总结了海洋中磷的源及汇,阐述了磷组分的构成及其在研究磷的埋藏、转化与循环中的应用,分析了古老地层中磷的沉积特征与生物‒环境演化的关系,明确了不同地质时期磷循环特征、机制及其与大气‒海洋‒生态之间的反馈作用,这对于认识生命与地球环境的关系具有深远意义.
为探寻干湿循环下节理砂岩损伤破坏能量耗散机理,基于室内三轴压缩试验和岩石能量耗散理论,研究干湿循环下节理砂岩变形破坏过程中各能量指标转换规律和损伤破坏的能量驱动机制.研究发现轴向压力产生能量U1与弹性应变能Ue随着干湿循环次数增大逐渐减小,完整岩样和节理岩样分别呈对数递减和线性递减规律;依据耗散能演化规律将砂岩受荷能量损伤演化分为初始损伤、稳定损伤、损伤平稳、加速损伤及损伤破坏5个阶段;随着围压的增大,峰值点处能量U1和Ue呈线性增大趋势,而围压消耗能量U3和静水压力吸收能量U0分别呈负线性和正线性增大趋势;干湿损伤造成岩样内部微裂纹扩展的最低活化能降低,岩样储存弹性应变能能力弱化,这是造成干湿循环下节理砂岩强度弱化的本质原因.
岩石实时高温下的损伤破坏及能量演化特征是深部地质工程的热点与难点问题.利用MTS815型程控伺服刚性试验机和PCI-Ⅱ声发射仪对砂岩开展实时高温作用下的三轴压缩试验,基于试验结果并引入能耗演化规律,分析探讨高温作用下砂岩的力学特性与能量特征.结果表明:(1)温度120~150 ℃之间存在温度阈值,导致砂岩内部出现热损伤,其峰值强度大幅度降低,宏观破裂形式由剪切破坏过渡到张拉破坏;(2)温度25~120 ℃之间,砂岩累计AE能量、储存和释放能量随着温度升高而增大,而温度150 ℃时,砂岩内部开始产生热损伤,声发射累计AE能量、储能能力和能量释放能力大幅度减弱;(3)随着温度的升高,砂岩脆性指标BE不断减小,温度120~150 ℃之间,砂岩BE值从0.5大幅度减小到0.26,表现出明显的塑性破坏特征.系统地分析了温度作用对砂岩的力学性质、破坏模式、声发射活动、应变能演化过程及脆性状态的影响规律,发现存在明显的温度阈值使砂岩的各类行为在阈值前后产生较为明显的转变.
地球表面和内部发生的各种构造现象及其伴生的地质灾害都与区域应力场密切相关.然而,区域应力场与滑坡密度或规模的定量化关系认识尚不明确.基于考虑断层和地形影响的高分辨率三维应力场模型,结合岩体结构损伤数据,分析了2022年9月5日泸定Ms6.8级地震前后发生的岩质滑坡规模和面密度与不同应力参数的关系.结果表明,最大剪应力与岩质滑坡的面积上限和面密度之间存在显著正相关关系,最大剪应力高值区与地震前后岩质滑坡的空间分布高度吻合,90%以上的岩质滑坡所在区域的最大剪应力最小值为6.95 MPa.受地形与断层扰动的应力场控制了岩体结构面的发育,为岩质滑坡的形成创造了必要的物质条件.本研究强调了岩质滑坡的发生不仅仅是由随机因素触发的简单过程,而是一个受地应力、地形和地质结构影响的复杂过程.
土质边坡在降雨条件下易形成滑坡灾害,采用表面硬化等传统方法防止降雨入渗边坡时,存在运行过程中表面开裂导致其防护功能失效的问题.从生态优先与长期有效性角度,采用上细/下粗的非饱和二元结构地层阻隔降雨入渗防护边坡.利用系列物理模型试验,研究降雨条件下不同边坡角度(10°、20°、30°和40°)与不同地层岩性特征(亚砂土/粗砂、亚砂土/砂砾、亚砂土/圆砾和亚砂土/角砾)对其阻隔降雨入渗的影响,并提出了细/粗二元结构地层抑制降雨入渗的综合阻隔能力的评估方法.结果表明:(1)采用亮蓝示踪剂可直接观测非饱和二元结构地层对降雨入渗边坡的阻隔过程.(2)二元结构的综合阻隔能力随粗粒层粒径和不均匀系数的增加而增强.(3)无降雨条件下,增加边坡角度能促进二元结构地层排水;在降雨条件下,亚砂土/砾砂二元结构粗粒层稳定排水强度和降雨入渗综合阻隔能力均随边坡角度呈先增加后减少的规律,建议最优边坡角度范围为25°~27°.研究成果对边坡稳定治理具有重要参考价值.
为研究气候暖湿化条件下小冰期以来所形成的冰碛土内埋藏冰消融导致强度劣化机理,深入认识高寒区冰川泥石流起动过程,选取帕隆藏布流域天魔沟泥石流源区所采集的冰碛土作为研究对象;采用高精度温控三轴耦合试验系统进行剪切试验,研究冰碛土在不同温度条件下的剪切变形特征,分析温度对冰碛土变形破坏的影响机制,构建冰碛土多相介质强度破坏判据. 试验结果表明,冰碛土变形破坏受温度影响显著,-20 ℃时,冰碛土应变软化和剪切带破坏特征显著;随着温度升高,冰碛土逐渐表现出应变硬化和鼓胀破坏特征. 冰碛土的模量、峰值抗剪强度、内摩擦角和黏聚力均随温度升高而降低,且在-3~-5 ℃下降速率最快,而脆性指数随温度升高而增大. 引入Boltzmann函数对冰碛土抗剪强度参数与温度间的关系进行刻画,发现抗剪强度参数变化的特征温度在-4 ℃附近,并基于摩尔库伦强度准则构建了含有温度参数的冰碛土强度破坏准则.与传统含有构造冰的冻土相比,内部赋存埋藏冰的冰碛土强度主要由颗粒间接触提供,其更易受外界温度变化影响,土体强度对温度响应更为复杂.
鲜水河‒小江断裂带在滇中发散成数条SN向分支断裂,其中的普渡河断裂多次引发5级以上的地震,但其构造活动性的空间分布特征并不清晰.地貌指数对构造活动非常敏感,可以很好地指示构造活动性分布特征.利用30 m分辨率的数字高程模型(DEM)提取了普渡河断裂区域41个流域盆地,并将流域划分为北段(撒营盘‒富民段)、中段(富民‒晋宁段)、南段(晋宁‒峨山段)三段,通过分析获得了面积高程积分(HI)、流域盆地不对称度(AF)、流域形状指数(BS)、谷底宽高比(VF)、标准化河流阶梯指数(SLK)、山前曲折度(Smf)、河流陡峭指数(Ksn)这7种地貌指数来揭示研究区的相对构造活动分布规律.结果表明普渡河断裂的各地貌指数的空间变化特征不受非构造因素(降水和岩性)的影响,而表现为主要受构造活动影响.普渡河断裂相对构造活动性呈现出由北向南逐渐减弱趋势,且断裂东侧的构造活动性略弱于西侧.普渡河断裂构造活动性弱于小江断裂,表明川滇地块在挤出过程中,活动性强的区域主要集中在边界断裂带.
在CO2地质封存过程中,为探究盖层中裂隙网络走向对CO2-咸水两相运移的影响规律,进而评价盖层密封性,本文数值模拟选用了6种不同走向的裂隙网络(其角度分别为0°~180°、30°~150°、45°~135°、60°~120°、90°~90°和90°~180°),实现显式裂隙网络下CO2驱替咸水的两相流研究.研究发现裂隙网络走向会直接改变液相饱和度的赋存情况,从而影响CO2-咸水驱替难度;当CO2在盖层中达到相同渗透深度时,驱替时间随裂隙倾角(0°~60°)降低了12.59倍,但倾角增大到60°后不再有明显影响;随着裂隙网络渗透范围的扩大,CO2在盖层中的渗透量增加.其中,正交裂隙(90°~180°)的渗透量最大.因此,考虑裂隙网络走向对于盖层密封性的评价具有重要意义.
地质样品中卤素是反演与流体和挥发分相关的地质过程的重要示踪元素.由于卤素含量低和强挥发性,准确测定地质样品中卤素一直是分析地球化学的难点.近年来,针对地质样品卤素的样品前处理技术的开发开展了大量工作.高温热解法、碱熔(溶)法、酸性消解法和碱性提取法能够满足土壤、沉积物和岩石中高含量卤素的分析要求.针对低含量卤素,仅有中子活化法和稀有气体质谱法能够准确定量.随着分析地球化学的发展,地质样品卤素分析技术逐渐向更高效的消解方法、更简便的操作以及更高灵敏度和高精度的分析方向改进.总结了近年来国内外在地质样品卤素分析方面所取得的成果,对比了各类方法的优缺点,展望了地质样品卤素分析方法的发展前景.
元素铁因其在地球早期环境演化和在海洋初级生产力中的重要角色, 是目前全球变化与地球化学研究的热点.铁元素的相态分析, 对于深入了解其在环境中迁移、转化及生物的吸收利用, 都具有重要意义.回顾沉积物中铁的化学相态分析方法发展过程, 从早期的简单相态分析(degree of pyritization, DOP), 元素的顺序提取法(Tesser方法), 到Raiswell和Poulton等学者提出针对Fe元素特定的相态分析法等.重点介绍较为常用的三步提取法和其在表生地球化学研究中的应用; 结合目前国际上铁地球化学循环研究进展, 提出Fe的化学相态分析的改进建议.
通过分析时间序列的卫片资料、4 m高的露头剖面的沉积学和元素地球化学特征, 研究钱塘江涌潮河段的滩槽冲淤变化规律、涌潮沉积特征和沉积层序.涌潮河段河道宽浅, 受径流与潮流相互作用强烈, 冲淤频繁且剧烈, 滩槽演替存在约20 a的周期, 与流域年代际洪、枯期转变有关.在滩槽叠置的垂向层序中, 底部为河槽、低潮滩相的厚层块状砂质沉积, 发育各种变形沉积构造, 为典型的涌潮沉积; 顶部为高潮滩相的潮汐韵律沉积, 发育典型的潮汐成因的双黏土层、大小潮周期; 二者之间的中潮滩相呈渐变过渡.C-M图和概率累计曲线可较好地区分涌潮沉积与潮成砂、泥质沉积.涌潮沉积层Si/Al、Zr/Al、Ti/Al等元素比值较高, 而潮汐韵律层Fe/Al、Mn/Al等元素比值较高, 这与它们的赋存方式和水动力分异有关.Si、Zr和Ti主要见于石英和重矿物中, 因此在强水动力沉积层中富集; 而Fe、Mn易被黏土矿物吸附, 在水动力较弱的中高潮滩富集.
湘西寒武纪早期黑色岩系中富含源于上层海水生物体的有机质, 其稀土元素(REE)特征不被碎屑物质干扰, 能有效地反映海洋上层水体的古环境特征.样品中作为有机质主体的干酪根的重稀土富集、Ce负异常、Y正异常和Eu无明显异常等特点与现代海水一致, 其特征可能反映古海洋上层水体的氧化还原信息.扬子地台各相区沉积剖面底部可能出现滞流(或硫化)环境, 随后沉积环境逐渐氧化.全岩样品中Ce的负异常可能由有机质提供, Ce/Ce*值由剖面底部的较低值向上逐渐升高可能意味着海洋上层水体含氧量的逐渐上升, 而海水含氧量逐渐升高或许是由寒武纪早期海洋底部硫化环境的减弱所导致.