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广东省龙门岩溶热储温度计算及流体演化特征

地球科学 2024年第3期49卷 992-1004页

作者：王思佳张敏黄学莲韩永杰何沛欣王帅祁士华中国地质大学生物地质与环境地质国家重点实验室湖北武汉430078 广东省有色金属地质局九三五队广东惠州516001 中国地质大学环境学院湖北武汉430078 中国地质大学资源学院湖北武汉430074

岩溶地热系统具有巨大的能源开发潜力,广东省龙门县马星和隔陂地热异常区是两个典型的岩溶地热田.为探究热储温度及流体演化特征,基于离子比值关系、氘氧同位素、地温计等方法对其进行分析讨论.结果表明研究区为中性偏碱性低TDS的HCO_(3... 详细信息

岩溶地热系统具有巨大的能源开发潜力,广东省龙门县马星和隔陂地热异常区是两个典型的岩溶地热田.为探究热储温度及流体演化特征,基于离子比值关系、氘氧同位素、地温计等方法对其进行分析讨论.结果表明研究区为中性偏碱性低TDS的HCO_(3)型地热水,方解石类碳酸盐矿物和硅酸盐矿物溶解及阳离子交换作用共同控制了水化学演化过程.大气降水是区内地热水的主要补给来源,马星和隔陂地热田的热储温度分别约为105.0~148.0℃和101.5~131.0℃,冷水混入的体积比约为44.2%和48.5%.在热储水化学及温度特征的基础上,建立了流体演化概念模型.

关键词：岩溶地热水水化学热储温度概念模型地热能

巴尔哲锆-铌-铍-稀土矿床成矿精细过程研究

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岩石学报 2024年第6期40卷 1817-1836页

作者：吴鸣谦马甲栋邓军刁习裴磊邱昆峰中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083 加拿大温莎大学环境学院温莎N9B 3P4 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室北京100083 中国地质大学(北京)深时数字地球前沿科学中心北京100083

巴尔哲碱性花岗岩型关键金属矿床拥有世界级Zr、Nb、Be、REE资源量,其成矿具有多期次、多阶段特征。Zr矿化(Ⅰ阶段)发生在岩浆期,表现为多锆相(agpaitic)界熔花岗岩熔体结晶出原生钠锆硅酸盐(斜钠锆石),在该阶段,多锆相界熔花岗岩经历... 详细信息

巴尔哲碱性花岗岩型关键金属矿床拥有世界级Zr、Nb、Be、REE资源量,其成矿具有多期次、多阶段特征。Zr矿化(Ⅰ阶段)发生在岩浆期,表现为多锆相(agpaitic)界熔花岗岩熔体结晶出原生钠锆硅酸盐(斜钠锆石),在该阶段,多锆相界熔花岗岩经历钠质交代,斜钠锆石原位分解为锆石-石英假象,假象中锆石U-Pb年代学表明锆成矿发生在123.9±0.6Ma。随后,Nb-Be-REE矿化以多种矿物形式、分三个连续的阶段(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ阶段)、呈浸染状分布于遭受赤铁矿化的界熔花岗岩中,重稀土为主的矿物普遍形成于以轻稀土为主的矿物之前。Ⅱ阶段是巴尔哲矿床中Nb、Be和重稀土矿化的主要阶段,大部分界熔花岗岩均遭受了不同程度的赤铁矿化,并伴随钇兴安石、铈兴安石、钇易解石、铌铁矿等稀有稀土金属矿物的形成,主要形成以石英为主的假象(Nb-Be-REE假象),Nb-Be-REE假象的前体矿物并非某种Nb-Be-REE矿物。Ⅲ阶段主要形成黑稀金矿、独居石及氟碳铈矿,热液独居石U-Pb年代学指示该阶段热液成矿活动发生在122.8±0.6Ma。氟铈矿和氟碳钙铈矿部分交代氟碳铈矿构成了Ⅳ阶段的矿物组合。Nb、Be和REE在热液过程中的多阶段分配和富集,是造成巴尔哲矿床中复杂矿石矿物组合以及高品位Nb-Be-REE矿化的重要原因。Nb-Be-REE矿石矿物组合中不存在锆石,且其分布与雪球石英、钠质交代和锆石-石英假象的分布没有时空关联。此外,巴尔哲角闪石中Nb、Be、REE的含量低,表明原生锆硅酸盐矿物和角闪石不是Nb、Be和REE等关键金属的物质来源。结合各岩相中角闪石元素含量的变化与熔体包裹体成分特征,笔者提出Nb和REE的富集可能是氟化物-硅酸盐熔体不混溶耦合岩浆期后热液富集的结果。因此,巴尔哲矿床中需要开展精细的熔体/流体包裹体成分研究,针对关键金属尤其是Be的来源、熔-流体演化历程以及矿化精细过程开展更深入的研究。

关键词：巴尔哲碱性花岗岩关键金属岩浆-热液过程

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重庆涪陵页岩气开采区麻溪河流域水和沉积物多环芳烃分布、来源及风险评价

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环境科学学报 2024年第4期44卷 133-144页

作者：张超秦超杰范希周俊鹏钱喆杨秀雯易佳佩赵亚辉刘伟祁士华陈伟中国地质大学(武汉)环境学院武汉430078 中国地质大学(武汉)地质调查研究院武汉430074 中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室武汉430078 中国地质大学(武汉)长江水科学湖北省重点实验室武汉430078

页岩气开采过程中产生的多环芳烃(PAHs)可能通过多种途径对开采区流域水环境产生威胁.为探明页岩气开采活动对周边水环境中PAHs的影响,本研究选取重庆涪陵麻溪河流域为研究对象,分析了区域内地表水及沉积物中PAHs的含量、组成特征和空... 详细信息

页岩气开采过程中产生的多环芳烃(PAHs)可能通过多种途径对开采区流域水环境产生威胁.为探明页岩气开采活动对周边水环境中PAHs的影响,本研究选取重庆涪陵麻溪河流域为研究对象,分析了区域内地表水及沉积物中PAHs的含量、组成特征和空间分布,对其污染来源进行了解析及对其生态风险进行了评估.结果表明,地表水及沉积物中PAHs的浓度范围分别为0.19~119 ng·L^(-1)、12.1~418 ng·g^(-1),处于低至中等污染水平.全流域地表水中PAHs呈麻溪河上游>枧溪河>麻溪河下游>麻溪河中游的空间分布特点;地表沉积物主要受到页岩气开采的影响,PAHs空间分布主要呈现麻溪河中游>麻溪河上游>枧溪河>麻溪河下游的特点.地表水及沉积物中PAHs呈现以低分子量PAHs为主的组成特征.特征比值和主成分分析的结果表明,PAHs主要来自石油源和石油类产品燃烧源.生态风险评估表明流域内部分PAH单体处于中风险水平,高分子量PAHs对水体生态风险贡献较大,低分子量PAHs对沉积物生态风险贡献较大.总体上,麻溪河水体中总PAHs呈中等生态风险等级;地表沉积物中PAHs处于生态环境低风险毒性,对生物造成的有害影响不明显.本研究结果为涪陵页岩气开产区PAHs的污染控制和风险评价提供了理论指导和技术支撑.

关键词：多环芳烃页岩气开采区地表水环境污染特征来源解析生态风险

黏土矿物-微生物相互作用机理以及在环境领域中的应用

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地学前缘 2024年第1期31卷 467-485页

作者：董海良曾强刘邓盛益之刘晓磊刘源胡景龙李扬夏庆银李润洁胡大福张冬磊张文慧郭东毅张晓文中国地质大学(北京)生物地质与环境地质国家重点实验室地质微生物与生物地球化学研究中心北京100083 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083 中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430074 中国地质大学(北京)海洋学院北京100083 核工业北京化工冶金研究院北京101149 中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083

黏土矿物与微生物在自然环境中广泛共存。二者之间的相互作用影响着环境中的能量流动与元素循环。黏土矿物能够给微生物提供物理或化学保护,提高微生物对外界胁迫和干扰的抵抗能力。黏土矿物同时还能给微生物提供营养元素,促进其新陈代... 详细信息

黏土矿物与微生物在自然环境中广泛共存。二者之间的相互作用影响着环境中的能量流动与元素循环。黏土矿物能够给微生物提供物理或化学保护,提高微生物对外界胁迫和干扰的抵抗能力。黏土矿物同时还能给微生物提供营养元素,促进其新陈代谢过程。黏土矿物中的结构铁是微生物铁氧化还原循环的重要电子供/受体。在氧化还原的环境中,多种铁还原/铁氧化细菌可以通过还原氧化黏土矿物中的结构Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ),进而获得能量进行生长。在氧化还原过程中,微生物也可以通过溶解、转化、沉淀等作用改变黏土矿物的晶格结构及物相,或是产生新的次生矿物。黏土矿物-微生物相互作用在碳、氮、硅、磷等重要生命元素的地球化学循环中扮演着重要角色。黏土矿物可以通过吸附有机碳,降低有机碳的生物可利用性,减缓其矿化速率。在氧化还原波动的环境中,黏土矿物还可以通过活化分子氧,产生强氧化性自由基氧化降解有机质,提高其生物可利用性。黏土矿物还会吸附生物胞外酶,影响胞外酶降解有机质的效率。微生物通过耦合黏土矿物中铁氧化与硝酸盐还原,铁还原与氨氧化等过程影响氮循环。黏土矿物对磷的吸附以及风化过程中硅的释放影响着微生物的代谢活性。黏土矿物-微生物相互作用在重金属固化稳定、有机污染物降解、杀死病原菌等方面也有广泛的应用。

关键词：黏土矿物微生物相互作用元素循环能量电子传递氧化还原环境治理

炼油污染场地地下水DOM三维荧光指纹特征及指示意义

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地球科学 2024年第6期49卷 2199-2212页

作者：李小倩刘鋆何宁洁宋晓东邢新丽刘运德中国地质大学环境学院湖北武汉430078 国家环境保护水污染溯源与管控重点实验室湖北武汉430078 中国地质大学生物地质与环境地质国家重点实验室湖北武汉430078 中国地质大学地质调查研究院湖北武汉430074

综合应用荧光峰识别、三维荧光光谱(excitation-emission matrix,EEMs)区域积分法、聚类分析和相关性分析等方法,探究污黄土高原某炼油厂污染场地地下水溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)三维荧光光谱特征及其对有机污染的指... 详细信息

综合应用荧光峰识别、三维荧光光谱(excitation-emission matrix,EEMs)区域积分法、聚类分析和相关性分析等方法,探究污黄土高原某炼油厂污染场地地下水溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)三维荧光光谱特征及其对有机污染的指示作用.结果显示,污染场地地下水DOM的EEMs表现出显著的石油类污染物的指纹特征.EEMs中表征苯和石油烃的区域Ⅰ和区域Ⅱ的荧光区域积分标准体积占总区域积分标准体积的55%~88%,与地下水样品有机污染组分的测试结果吻合.基于三维荧光指纹特征相似性的聚类分析揭示了污染场地地下水有机污染类型与空间异质性分布特征.污染地下水EEMs区域积分标准体积与有机组分、光谱参数、水化学组成的相关性分析,表明DOM的三维荧光指纹谱能够有效指示场地地下水的有机污染程度、组成特征和水化学的响应,为地下水污染监测和预警的有效提供示踪工具.

关键词：溶解性有机物荧光光谱指纹荧光光谱区域积分地下水有机污染炼油场地水文地质

地幔不均一性与地幔循环的多维表征和原因思考

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地质学报 2024年第3期98卷 662-679页

作者：郑建平刘为先王伟马强吴树成戴宏坤中国地质大学(武汉)地球科学学院湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室湖北武汉430074

地幔早先经核-幔-壳分异形成,后受不同尺度对流和循环的影响,因而具有不均一性特征。近三十年来,地幔化学通过研究大洋玄武岩发现了多样地幔端元和非放射性同位素证据并证明了地幔不均一性,逐渐建全了地幔地球化学体系。然而,地幔不均... 详细信息

地幔早先经核-幔-壳分异形成,后受不同尺度对流和循环的影响,因而具有不均一性特征。近三十年来,地幔化学通过研究大洋玄武岩发现了多样地幔端元和非放射性同位素证据并证明了地幔不均一性,逐渐建全了地幔地球化学体系。然而,地幔不均一性如何对应于时空尺度的地幔循环,以及地球演化如何影响地幔不均一性等,仍不清楚。此外,地球物理研究显示,岩石圈厚度差异、中下地幔的波速异常体以及俯冲板片形态的观测为纵横向对流系统提供了空间不均一性证据支持。联合地球化学和地球物理手段对研究地幔不均一性至关重要,用好透视地幔成分与结构的“双目镜”已成为共识。本文从地幔不均一性结合地球化学场、地球物理的不同表现形式,以及现今及历史时期的洋陆格局的对比,多维度联系地幔循环和演化,思考了超大陆旋回与地幔不均一化的内在逻辑。强调了从全球演化角度看地幔不均一性的重要性和提出多手段联合建立地幔循环驱动模型的展望。

关键词：地幔循环地幔不均一性地球化学场地球物理场超大陆旋回

深部过程和物质架构对大陆碰撞带Cu-REE成矿系统的控制:以冈底斯和三江碰撞带为例

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地学前缘 2024年第1期31卷 211-225页

作者：王瑞张京渤罗晨皓周秋石夏文杰赵云中国地质大学(北京)科学研究院地质过程与矿产资源国家重点实验室北京100083 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083

青藏高原是全球最典型的大陆碰撞带,发育世界级规模的斑岩Cu成矿带和REE成矿带,但目前尚不清楚大陆碰撞如何控制它们的形成。基本问题是:触发碰撞增厚的岩石圈熔融的机制,岩石圈架构与Cu-REE成矿的关系以及Cu-REE和挥发分的来源及成矿... 详细信息

青藏高原是全球最典型的大陆碰撞带,发育世界级规模的斑岩Cu成矿带和REE成矿带,但目前尚不清楚大陆碰撞如何控制它们的形成。基本问题是:触发碰撞增厚的岩石圈熔融的机制,岩石圈架构与Cu-REE成矿的关系以及Cu-REE和挥发分的来源及成矿机制。利用深反射地震和卫星重力数据的联合反演,结合大地电磁(MT)阵列和地球化学数据,对冈底斯正向碰撞带和三江侧向碰撞带的岩石圈结构进行了成像分析,探讨深部过程和物质架构对于Cu-REE成矿的控制。新生代印度大陆-亚洲大陆碰撞过程中,俯冲的印度大陆岩石圈发生了显著的撕裂,从而为软流圈上升流提供了通道,改造了上覆的岩石圈并引发融熔。这一过程产生超钾质熔体,这些熔体上升并在地壳底部积聚,其高的热流值和挥发分释放诱发了上覆新生下地壳的熔融形成富水岩浆,角闪石分离结晶造成岩浆氧化,这种富水高氧逸度的岩浆有利于Cu的迁移和富集。研究表明,三个关键因素形成了与碰撞相关的斑岩矿床:中等角度板片俯冲,板片撕裂和富硫化物新生下地壳的熔融。在三江侧向碰撞带的扬子克拉通边缘,由印度大陆俯冲或地幔对流驱动的热软流圈的垂直上升流和横向流动导致克拉通大陆岩石圈发生热侵蚀和部分熔融。克拉通边缘的大陆岩石圈先前经历了来自再循环海洋沉积物的富含REE和CO_(2)的流体的交代作用,从而富集了REE,后来又被沿着岩石圈不连续面(例如走滑断层、裂谷)上升的碳酸岩熔体携带,形成大型的碳酸岩型稀土矿床。而缺乏源区交代作用的克拉通大陆岩石圈的熔融可能会产生碳酸岩、超钾质岩和镁铁质岩熔体,但它们形成碳酸岩型稀土矿床的潜力有限。

关键词：大陆俯冲大陆碰撞板片撕裂 Hf填图新生地壳

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基于环向电流场模拟的C-响应值对比研究

地球物理学进展 2024年第4期 1415-1426页

作者：杨道林胡祥云韩骑中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院中国地质大学出版社

磁层和电离层场源模拟是研究地球三维电性结构的重要步骤，本文研究建立场源的方法并对比不同场源计算的C-响应值.本文利用全球地磁参考场模型和格林函数，从时变电磁场推导出环向电流，将其作为地磁测深模拟计算的场源.C-响应值的计算... 详细信息

磁层和电离层场源模拟是研究地球三维电性结构的重要步骤，本文研究建立场源的方法并对比不同场源计算的C-响应值.本文利用全球地磁参考场模型和格林函数，从时变电磁场推导出环向电流，将其作为地磁测深模拟计算的场源.C-响应值的计算采用积分方程方法，在一维层状地球模型（表层电导随经纬度变化）中验证了其正确性.在准偶极坐标系中，分别计算Y01场源和环向电流计算的C-响应值(CY01和Ctoro),并将它们与地磁台站观测值(Creal)进行对比.结果显示，场源主要由它的1阶球谐分量组成，海洋效应对沿海台站C1d值的虚部的干扰比实部更严重.C-响应值曲线与区域场源形态密切相关，不同频段的场源特征可能不同，在地磁测深反演前应考虑场源形态.

关键词：地磁测深准偶极坐标系环向电流 C-响应值海洋效应

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陕北靖边高铬地下水中硝酸根分布及来源

地学前缘 2024年第1期31卷 384-399页

作者：郭华明尹嘉鸿严松刘超中国地质大学(北京)地下水循环与环境演化教育部重点实验室北京100083 中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083

天然高铬地下水通常含有较高浓度的硝酸根,然而高铬地下水中硝酸根来源及其联系却并不清楚。本文以陕北黄土高原靖边西南地区的高铬地下水为研究对象,采集了不同深度的地下水和沉积物样品,并测试了地下水样品中的溶解Cr、主要阴阳离子、... 详细信息

天然高铬地下水通常含有较高浓度的硝酸根,然而高铬地下水中硝酸根来源及其联系却并不清楚。本文以陕北黄土高原靖边西南地区的高铬地下水为研究对象,采集了不同深度的地下水和沉积物样品,并测试了地下水样品中的溶解Cr、主要阴阳离子、δ^(18)O、δD、δ^(18)O-NO_(3)、δ^(15)N-NO_(3)等以及沉积物的主要组分和可溶性组分。研究结果表明,研究区地下水的水化学组分主要受水文地质条件的影响。第四系黄土潜水水化学类型主要为HCO_(3)-Na型和HCO_(3)-Ca-Mg型;白垩系环河组、洛河组砂岩承压水水化学类型复杂,主要为HCO_(3)-SO_(4)-Cl-Na-Mg型、HCO_(3)-SO_(4)-Na-Mg型、SO_(4)-Cl-Na-Mg型,地下水处于偏碱性、氧化的环境,具有较高的可溶盐含量。潜水的水化学组分主要来自含水层中硅酸盐风化;承压水水化学组分主要来源于蒸发盐的溶解。垂向上,承压水中硝酸根的平均浓度高于潜水和地表水;地下水硝酸根浓度超标率在研究区从东北到西南呈现高-低-高的趋势;沉积物中可溶性硝酸根与地下水样品在深度上具有相似的变化规律,表明地下水硝酸根主要来源于沉积物。δ^(18)O-NO_(3)和δ^(15)N-NO_(3)结果表明,硝化反应是研究区氮素循环转化的主要过程。在偏碱性氧化性地下水环境中,受溶解氧、硝酸根和硝化反应等多种因素的共同作用,铬趋于从岩石中氧化溶解,迁移进入地下水中。

关键词：地下水硝酸根六价铬水文地球化学氮氧同位素