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岩浆因素对中国东部铜陵矿集区差异性矿化的控制作用:来自角闪石、斜长石矿物学证据

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地学前缘 2024年第3期31卷 199-217页

作者：陈可邵拥军刘忠法张俊柯李永顺陈雨莹中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室湖南长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083

冬瓜山铜(金)矿床和新桥硫铁铜金矿床是铜陵矿集区内两个大型夕卡岩型矿床,二者成矿地质背景相似,矿体产于同一地层层位,冬瓜山矿床以黄铜矿和磁黄铁矿为主,新桥矿床以黄铁矿和磁铁矿为主,二者矿物组合差异性非常明显,但造成二者矿物组... 详细信息

冬瓜山铜(金)矿床和新桥硫铁铜金矿床是铜陵矿集区内两个大型夕卡岩型矿床,二者成矿地质背景相似,矿体产于同一地层层位,冬瓜山矿床以黄铜矿和磁黄铁矿为主,新桥矿床以黄铁矿和磁铁矿为主,二者矿物组合差异性非常明显,但造成二者矿物组合差异的关键控制因素还不清楚。针对这一科学问题,本文以二者成矿岩体中的角闪石和斜长石为研究对象,拟揭示岩浆因素对二者差异性矿化的控制作用。冬瓜山矿床青山脚石英二长闪长岩和新桥矿床矶头石英闪长岩角闪石和斜长石岩相学和电子探针(EPMA)主量元素和LA-ICP-MS微量元素分析结果显示,青山脚岩体中的角闪石大部分属于镁角闪石系列;矶头岩体中的角闪石大部分属于镁角闪石和浅闪石系列。青山脚岩体和矶头岩体的角闪石结晶压力、结晶温度、结晶深度、氧逸度和含水量分别为41~306 MPa和23~225 MPa,691~916℃和634~918℃,1.6~11.6 km和0.9~8.5 km,ΔNNO=0~2.3和ΔNNO=-0.4~2.4,3.7%~5.5%和3.1%~5.4%,青山脚和矶头岩体内角闪石以地壳型为主,少部分为壳幔混合型。两个岩体中斜长石多为中长石,根据斜长石结构和成分剖面特征,推测青山脚和矶头岩体晶体群分别来自5个和4个不同的岩浆子系统,都经历了镁铁质岩浆的注入和混合作用。我们认为镁铁质岩浆中氧逸度和元素含量的差异控制了冬瓜山和新桥的差异性矿化。

关键词：角闪石斜长石成因矿物学夕卡岩型矿床铜陵矿集区

岩浆热液白钨矿氧同位素组成研究:对流体源区与演化过程的示踪

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地学前缘 2024年第2期31卷 299-312页

作者：吴锟言刘飚吴堑虹李欢中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室湖南长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083

南岭地区中生代发育大量岩浆热液型钨矿床,但是成矿岩体类型、侵位深度以及围岩性质存在差异,且成矿过程中受多期流体活动与大气降水的影响,流体源区与演化过程复杂。本文对不同类型钨矿床中多阶段白钨矿进行了氧同位素组成分析,研究结... 详细信息

南岭地区中生代发育大量岩浆热液型钨矿床,但是成矿岩体类型、侵位深度以及围岩性质存在差异,且成矿过程中受多期流体活动与大气降水的影响,流体源区与演化过程复杂。本文对不同类型钨矿床中多阶段白钨矿进行了氧同位素组成分析,研究结果显示与S型花岗岩侵入相关的白钨矿氧同位素值最高(5.7‰~7.8‰),A型花岗岩侵入相关的最低(2.9‰~4.5‰),I型花岗岩侵入相关的落在二者之间(5.6‰)。不同类型钨成矿早期流体均主要为岩浆水,后期成矿过程中外来流体贡献不同,其中大气降水对夕卡岩和云英岩型钨矿化影响较小,而石英脉型矿化存在较大比例的大气降水的加入。此外,单颗粒石英脉型白钨矿的氧同位素组成也存在较大的不均一性,核部到边部逐渐降低的趋势反映了多期次的流体活动。综合分析认为,早期结晶的白钨矿尽管经历岩浆分异、流体出溶与热液沉淀,仍保留岩浆熔体的部分氧同位素特征,而早—晚阶段白钨矿氧同位素组成的变化详细记录了流体源区特征与演化过程。夕卡岩与云英岩型白钨矿形成主要与强烈的水岩反应相关,而石英脉中白钨矿沉淀主要与大量的大气降水加入有关。

关键词：岩浆热液白钨矿氧同位素流体源区南岭地区

岩石物理驱动的储层物性参数非线性地震反演方法

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地球物理学报 2024年第3期67卷 1237-1254页

作者：潘新朋刘志顺高大维王璞郭振威柳建新中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室长沙410083 有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室长沙410083

叠前地震反演和岩石物理反演分别是获取弹性参数和物性参数的重要手段,两者结合有助于实现储层参数预测并精细刻画储层特征.储层物性参数的反演依赖于岩石物理模型,在进行物性参数反演时可以将复杂的岩石物理模型做泰勒展开,进而得到其... 详细信息

叠前地震反演和岩石物理反演分别是获取弹性参数和物性参数的重要手段,两者结合有助于实现储层参数预测并精细刻画储层特征.储层物性参数的反演依赖于岩石物理模型,在进行物性参数反演时可以将复杂的岩石物理模型做泰勒展开,进而得到其一阶或高阶的近似表达式,然而这会降低模型的精确性并增加反演的误差.为了提高储层物性参数反演的稳定性和准确性,本文以碎屑岩储层为例,提出了岩石物理驱动的储层物性参数非线性地震反演方法.首先,基于贝叶斯框架和高斯分布约束条件,从叠前地震数据中实现纵、横波速度及密度等弹性参数的反演.其次,通过碎屑岩岩石物理模型建立起弹性参数与物性参数之间的联系.最后,利用粒子群算法进行全局寻优获得较为准确的孔隙度、泥质含量和含水饱和度等物性参数.合成数据和实际资料测试结果验证了所提方法的可行性和准确性,反演结果与测井数据吻合较好,可有效指示含气储层区域,本文方法在储层预测和评价方面具有广泛的应用前景.

关键词：弹性参数储层物性参数地震反演岩石物理反演贝叶斯理论粒子群算法

基于优化聚类的人工源电磁法数据信噪分离方法

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地球物理学报 2024年第1期67卷 394-408页

作者：胡艳芳刘子杰李帝铨张贤索光运湖南工商大学微电子与物理学院长沙410205 有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室(中南大学) 长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083

为了降低强电磁干扰对人工源电磁法(Controlled Source Electromagnetic Method,CSEM)有效信号的影响,改善CSEM实测数据处理结果因人而异且效率低的不足,本文针对CSEM有效信号周期性特征提出了一种加权自适应带宽均值漂移聚类(Weighted ... 详细信息

为了降低强电磁干扰对人工源电磁法(Controlled Source Electromagnetic Method,CSEM)有效信号的影响,改善CSEM实测数据处理结果因人而异且效率低的不足,本文针对CSEM有效信号周期性特征提出了一种加权自适应带宽均值漂移聚类(Weighted Adaptive Bandwidth Mean-Shift Clustering,WAB-MSC)信噪分离方法.首先在传统均值漂移聚类(Mean-Shift Clustering,MSC)算法的基础上增加核函数,降低处理结果对带宽选择的敏感度,提高算法的稳健性;其次结合实测CSEM数据的分布特征提出了一种基于局部密度梯度的带宽估计方法,实现了自适应带宽选择;最后通过仿真数据与实测数据对本文方法进行了验证,结果表明:本文方法能有效消除强电磁干扰对CSEM数据的影响,最大程度保留受噪声影响较小或未受噪声影响的数据,提高数据信噪比,降低强干扰噪声对CSEM初始资料的影响程度,获得更为真实的地电响应模型,为后续数据处理提供保障.

关键词：人工源电磁法强电磁干扰信噪分离自适应聚类算法

无单元Galerkin法的电流场与渗流场耦合正演

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地球物理学报 2024年第5期67卷 2029-2042页

作者：戴前伟张文健雷轶张彬朱泽龙中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 中南大学土木工程学院长沙410075

联合求解渗流场与电流场是确定土石坝渗流精确分布及评价渗流严重程度的重要途径.为解决水文-地球物理方法中存在的渗-电拟合度差及分辨率损失严重等问题,针对电性参数对水文状态变量的敏感性,本文开发一种基于无单元Galerkin法(Element... 详细信息

联合求解渗流场与电流场是确定土石坝渗流精确分布及评价渗流严重程度的重要途径.为解决水文-地球物理方法中存在的渗-电拟合度差及分辨率损失严重等问题,针对电性参数对水文状态变量的敏感性,本文开发一种基于无单元Galerkin法(Element-Free Galerkin Method,EFGM)的渗流场与电流场耦合正演算法.一方面,通过引入岩石物理关系经验公式及水文状态变量构建耦合模型;另一方面,通过滑动最小二乘法构造形函数,利用罚函数计算边界条件,以解决耦合模型的构建过程中对网格单元过度依赖问题来提高渗-电拟合精度.数值模拟的渗-电关联响应及耦合正演中,分析了土石坝内电流场及渗流路径,探索了各分量对土石坝不同附属结构体的异常响应特征.关联响应结果显示,饱和区内渗-电关联响应吻合较好.但由于非饱和渗流的特殊性,非饱和区介质岩石的物理特性会随着饱和度、孔隙度等因素的变化而发生改变,从而导致土石坝内非饱和区物性参数的分布与饱和区不同,从而造成非饱和区内渗-电场关联响应存在差异.在非饱和区域,耦合电位及电流密度分布与渗流分布吻合度高.渗-电耦合结果对实施模型约束的水文-地球物理耦合反演具有重要理论和实际意义.

关键词：电流场渗流场土石坝关联响应耦合分析

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土壤As含量光谱指数反演方法评估

光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1472-1481页

作者：宁京邹滨涂宇龙张霞王玉龙田容才中南大学地球科学与信息物理学院湖南长沙410083 中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室湖南长沙410083 中国科学院遥感与数字地球研究所北京100101

为探究基于光谱指数反演土壤砷(As)含量的有效性和适用性,选取河北省保定市某农田为研究区,利用PSR-3500便携式地物光谱仪和电感耦合等离子发射光谱法测定42个土壤样品实验室及野外原位光谱信号和As含量;基于实验室光谱、野外原位光谱... 详细信息

为探究基于光谱指数反演土壤砷(As)含量的有效性和适用性,选取河北省保定市某农田为研究区,利用PSR-3500便携式地物光谱仪和电感耦合等离子发射光谱法测定42个土壤样品实验室及野外原位光谱信号和As含量;基于实验室光谱、野外原位光谱及野外原位-直接标准化校正(DS)光谱,计算叶绿素指数(CI)、差值指数(DI)、和值指数(SI)、比值指数(RI)和简化归一化指数(NDI和NPDI),采用相关性分析提取强相关光谱指数参与土壤As含量随机森林回归建模。在此基础上,通过与相同光谱环境全波段建模方法的精度对比评估光谱指数的有效性;对比不同光谱环境中各类光谱指数建模精度的稳定性以评估其适用性;结合典型土壤组分的吸收特征波段尝试解析光谱指数提升土壤As含量反演性能的内在机制。结果表明:(1)相较于全波段建模,光谱指数法在“实验室光谱、野外原位光谱、野外原位-DS光谱”三种光谱环境中均能有效提升土壤As含量反演建模精度,R_(p)^(2)和RPD分别从0.243和1.2提升至0.730和2.009、0.264和1.213提升至0.669和1.809、0.334和1.279提升至0.678和1.841;(2)三种光谱环境中,DI、RI、NDI在野外原位光谱、SI和NPDI在野外原位-DS光谱环境中的适用性较差,CI综合适用性最强,R_(p)^(2)>0.66,RPD>1.8;(3)指数特征波段表现出与铁氧化物、粘土矿物和有机物吸收特征的相关性,但部分指数特征波段缺乏可解释性,无法揭示指数计算通过组合波段放大有效信息和消除噪声的统一规律。该研究可为后续发展基于光谱指数的土壤重金属遥感反演应用甚至卫星有效载荷研制中的波段设计提供科学依据。

关键词：土壤重金属光谱指数高光谱随机森林遥感反演

优化光谱指数结合PLSR的多金属矿区土壤As含量高光谱反演

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中国有色金属学报 2024年第2期34卷 653-667页

作者：周瑶成永生王丹平张泽文曾德兴李向阳毛春旺中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室长沙410083 有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室长沙410083 中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083

砷(As)是我国多金属矿区的主要污染物之一,对环境、农业和人类健康构成严重威胁。近地高光谱技术具有快速、动态、无损、光谱分辨率高等优势,对于多金属矿区土壤As污染监测与综合治理具有巨大应用潜力。然而,由于受污染区域、土壤背景... 详细信息

砷(As)是我国多金属矿区的主要污染物之一,对环境、农业和人类健康构成严重威胁。近地高光谱技术具有快速、动态、无损、光谱分辨率高等优势,对于多金属矿区土壤As污染监测与综合治理具有巨大应用潜力。然而,由于受污染区域、土壤背景以及高光谱质量、光谱输入量等因素影响,高光谱反演模型的适用性和精度差异较大。本研究针对湘南某多金属矿区,基于Pearson相关性分析并结合变量投影重要性(VIP)准则,提取18种变换光谱形式下的单变量特征波段及4种光谱指数算法下的优化光谱指数作为光谱输入量,建立偏最小二乘回归(PLSR)模型,实现了矿区土壤As含量反演。结果表明:倒数(RT)、对数(L)、平方根(Sqrt)、标准正态变量变换二阶导(SNV_SD)等变换后的光谱数据与As含量具有较高的相关性;优化光谱指数能从二维光谱空间揭示As的光谱响应,相较于单变量特征波段,以优化光谱指数为自变量构建的模型性能更优;比值指数(RI)模型的R_(c)^(2)、RMSE_(c)、R_(p)^(2)、RMSE_(p)、RPD分别为0.908、50.8 mg/kg、0.949、35.6 mg/kg、4.45,是研究区土壤As含量反演的最优模型。单变量特征波段结合优化光谱指数预测土壤As含量具有较好的可行性,可为多金属矿区土壤As污染高光谱快速监测提供科学依据。

关键词：土壤重金属砷高光谱遥感光谱变换优化光谱指数偏最小二乘回归

顾及土壤热传导-对流效应的InSAR冻土活动层厚度估计

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地球物理学报 2024年第7期67卷 2568-2581页

作者：杨沙王琪洁李佳晨张亚中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室长沙410083

冻土活动层厚度(Active Layer Thickness,ALT)的变化是反映青藏高原多年冻土发育情况及其状态的一个重要指标,监测活动层厚度变化对寒区景观稳定发展、碳循环等方面具有非常重要的意义.由于合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthe... 详细信息

冻土活动层厚度(Active Layer Thickness,ALT)的变化是反映青藏高原多年冻土发育情况及其状态的一个重要指标,监测活动层厚度变化对寒区景观稳定发展、碳循环等方面具有非常重要的意义.由于合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术具有大范围、高精度、高时空分辨率等优势,近年来逐渐被用于反演活动层厚度.已有研究中基于InSAR和土壤一维热传导模型的活动层厚度估计方法,没有充分考虑到冻土中土壤水分对流引起的热量传递.因此本文提出了基于InSAR时序形变及土壤热传导-对流模型的活动层厚度估计方法,利用土壤热传导-对流模型建立InSAR探测的最大融沉形变与最高地温之间的滞后时间与活动层厚度之间的相关关系,实现了由滞后时间直接推算大范围、高分辨率的冻土活动层厚度.本文以青藏高原五道梁多年冻土区为例,利用116景Sentinel-1影像图作为实验数据,估计了该地区2017—2020年的平均活动层厚度.结果表明,活动层厚度值范围为0~7.0 m,平均活动层厚度为3.06 m,与已有研究中相近时间段相关成果及观测数据结果一致.本文方法兼顾冻土水热过程,证明了土壤热传导-对流模型在冻土活动层厚度反演中具有良好的应用前景,可用于青藏高原其他偏远地区的高空间分辨率活动层厚度反演.

关键词：冻土土壤热传导-对流模型青藏高原活动层厚度 InSAR

云南腾冲高分异花岗岩锂、铷的工艺矿物学特征

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第3期55卷 982-993页

作者：欧阳黎明李欢周剑琪谢一鸣刘飚中南大学地球科学与信息物理学院有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室湖南长沙410083 湖南省国土空间调查监测所湖南长沙410129

为了厘定云南腾冲地区白垩世高分异花岗岩锂、铷的赋存状态以及工艺矿物学特征,并为区域关键金属综合利用提供解决方案,选取水城矿区代表性花岗岩为研究对象,利用扫描电镜、能谱仪及矿石自动测定系统,开展单矿物化学成分、物相、元素赋... 详细信息

为了厘定云南腾冲地区白垩世高分异花岗岩锂、铷的赋存状态以及工艺矿物学特征,并为区域关键金属综合利用提供解决方案,选取水城矿区代表性花岗岩为研究对象,利用扫描电镜、能谱仪及矿石自动测定系统,开展单矿物化学成分、物相、元素赋存状态、矿物嵌布粒度等岩矿相学及工艺矿物学研究。研究结果表明:Li主要赋存在云母类矿物中,Rb主要赋存在长石以及云母类矿物中;云母主要为铁锂云母,其次为白云母,多为形态较规则的片状,与长石、石英相互之间的镶嵌关系较简单;长石以钾长石居多,其次为钠长石,均与云母的镶嵌关系较简单,预计经适度磨矿后云母与长石即可获得较充分的解离;经理论计算,云母精矿产率为5.76%~6.60%;Li_(2)O和Rb_(2)O的品位分别为0.62%~0.73%和0.53%~0.55%;Li_(2)O和Rb_(2)O的回收率分别为91.11%~91.30%和38.20%~39.56%。云母具有不均匀中细粒嵌布的特点,所以选择74μm的磨矿细度较为适宜,此时样品中95%左右的云母可获得解离。云母与石英、长石相互之间的结合力相对较低,有利于磨矿过程中矿物的解离,因此,实际选矿过程中选择的磨矿细度可适度放粗。云南腾冲地区花岗岩中锂、铷等关键金属具有较好的综合回收利用价值,应引起充分重视。

关键词：关键金属元素赋存状态综合利用高分异花岗岩锂铷矿石