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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

藏南中成明赛和浅成马扎拉金矿床成矿异同:来自地质和硫化物原位微量元素、硫同位素约束

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岩石学报 2024年第6期40卷 1733-1747页

作者：翁玮俊李华健杨林董超一王庆飞中国地质大学(北京) 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 东华理工大学核资源与环境国家重点实验室南昌330013

特提斯喜马拉雅带地处青藏高原南部,是产于青藏高原大陆碰撞背景的新生代金成矿省,然而其赋存的造山型金矿床分布零散,且不同构造层次造山型金矿床(如中成、浅成)的蚀变矿化、流体组成和成矿过程缺乏系统对比。本文通过详细对比特提斯... 详细信息

特提斯喜马拉雅带地处青藏高原南部,是产于青藏高原大陆碰撞背景的新生代金成矿省,然而其赋存的造山型金矿床分布零散,且不同构造层次造山型金矿床(如中成、浅成)的蚀变矿化、流体组成和成矿过程缺乏系统对比。本文通过详细对比特提斯喜马拉雅东段中成明赛金矿和浅成马扎拉金(锑)矿床蚀变矿化、硫化物结构、原位微量元素和硫同位素组成,探讨其成矿过程、成矿流体组成及控制因素。两矿床均赋存于侏罗系板岩和凝灰岩夹层中,板岩中蚀变弱,沿层理发育浸染状黄铁矿-铁白云石-绢云母-石英;而凝灰岩夹层蚀变强,长石和黑云母等矿物已蚀变为铁白云石、绿泥石和绢云母等,并发育大量浸染状自形-半自形黄铁矿和毒砂。板岩中黄铁矿(明赛:Py sa;马扎拉:Py sb)结构均较为均一,且Au(平均为0.33×10^(-6))等微量元素含量低,δ^(34)S值变化较大(Py sa:8.12‰~15.6‰;Py sb:-24.3‰~3.36‰)且与侏罗系地层δ^(34)S值相吻合。明赛凝灰岩中黄铁矿(Py va)发育富砷同心环带,具较高的Au(平均含量为14.3×10-6)、As含量,而马扎拉凝灰岩中黄铁矿(Py vb)发育不规则核-边结构且富Au(平均含量为3.8×10-6)、Cu、Pb、Sb。两矿床凝灰岩中黄铁矿和毒砂的δ^(34)S值相似(Py va平均值为2.7‰、毒砂为2.4‰;Py vb平均值为3.2‰、毒砂为3.2‰),与藏南造山型金矿中黄铁矿δ^(34)S值一致。上述两个矿床板岩中黄铁矿贫金且硫同位素组成差异较大,可能为成矿流体与含不同沉积黄铁矿围岩反应所致;而凝灰岩中的黄铁矿富金且与毒砂具有相似的硫同位素组成,可归因于同源流体与相同围岩发生均一化水岩反应。本次研究表明藏南地区广泛分布的凝灰岩是形成造山型金矿的有利岩性,研究区不同构造层次的造山型金矿具相似物质源区,成矿系统差异性受控于不同水岩反应过程。

关键词：硫化物原位微量元素硫同位素水岩反应造山型金矿青藏高原

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小小地质微生物演绎跨圈层的相互作用

地学前缘 2024年第1期31卷 446-454页

作者：谢树成朱宗敏张宏斌杨义王灿发阮小燕中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室/地球科学学院湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)海洋学院湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)资源学院湖北武汉430074

地球系统科学特别关注跨圈层的相互作用,包括深部系统与表层系统的相互作用、表层系统海-陆-气之间的相互作用。这种庞大时空尺度的地质作用过程可以被小小的地质微生物记录下来,足见地质微生物的以小见大、见微知著特征。在二叠纪-三... 详细信息

地球系统科学特别关注跨圈层的相互作用,包括深部系统与表层系统的相互作用、表层系统海-陆-气之间的相互作用。这种庞大时空尺度的地质作用过程可以被小小的地质微生物记录下来,足见地质微生物的以小见大、见微知著特征。在二叠纪-三叠纪之交和晚奥陶世这两个完全不同场景的显生宙火山活动过程中,爆发的初期都出现了包括蓝细菌在内的海洋固氮微生物繁盛,紧接着出现了包括藻类、放射虫、有孔虫等真核微生物的繁盛,显示了火山活动引发了从原核微生物向真核微生物群落的转变过程。不仅如此,人们还发现地质微生物可以通过条带状铁建造等生物成因岩石引发了前寒武纪的火山活动,而且还可能启动了最早的板块运动。地质微生物不仅对火山活动这一与碳循环有关的跨圈层地质作用具有很灵敏的响应和反馈能力,而且还能示踪表层系统复杂的海-陆-气相互作用及其物质传输过程。利用地质微生物的诸多干湿古气候代用指标,发现了中国东部地区不同时间尺度干湿状况的三极模态空间变化格局,而且还识别出了西北地区与西太平洋海洋上层热量有关的极端干旱事件。地质微生物记录的这些干湿状况是高纬与低纬的海-陆-气相互作用在水循环方面的体现。地质微生物演绎的与碳循环和水循环有关的这些跨圈层过程仅是地球系统的冰山一角,随着地球生物学的发展和技术方法的创新,越来越多的宜居地球形成之谜会被地质微生物所破解,包括地质微生物与深部过程的互馈效应、地质微生物与地球重大环境转型的关系以及地质微生物对地球生态系统演化的影响。

关键词：深地科学地球生物学地质微生物学火山活动碳循环水循环全球变化

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

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交代地幔源区与造山带铜镍成矿作用

岩石学报 2024年第1期40卷 60-78页

作者：薛胜超刘金宇周翊辛雨姚卓森王庆飞邓军中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室地球科学与资源学院北京100083 国家自然博物馆北京100050 西南石油大学地球科学与技术学院成都610500 中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室资源学院武汉430074

造山带具有复杂的动力学环境、俯冲交代历史和热力学状态,其地幔源区物质组成、熔融机制和岩浆产物明显不同于地幔柱和大陆裂谷带,因此造山带环境中与镁铁-超镁铁质岩浆有关的铜镍成矿作用有别于板内环境。本文综述了交代地幔源区与造... 详细信息

造山带具有复杂的动力学环境、俯冲交代历史和热力学状态,其地幔源区物质组成、熔融机制和岩浆产物明显不同于地幔柱和大陆裂谷带,因此造山带环境中与镁铁-超镁铁质岩浆有关的铜镍成矿作用有别于板内环境。本文综述了交代地幔源区与造山带铜镍成矿关系的新进展,重点聚焦于:(1)岩石圈与软流圈的贡献。成矿岩浆来源于上涌的软流圈驱动交代岩石圈地幔不同程度的混合熔融,其中后俯冲阶段岩浆产物的成矿作用最为普遍、规模最大;岩石圈地幔经历不同比例俯冲板片沉积物熔体(富钙沉积物)和低温蚀变洋壳流体交代,具有显著的富挥发分和碳酸盐特征。(2)幔源岩浆氧化还原状态对成矿的约束。显生宙造山带成矿初始岩浆(硫化物未发生饱和)可能普遍为氧化性岩浆,岩浆体系硫化物饱和前后存在氧逸度骤降,导致岩浆体系硫化物饱和时硫的溶解度呈指数级下降,直接触发硫化物熔离,或者为达到熔离创造低的硫溶解度条件,其中岩浆还原作用由碳质物在岩浆期的有效混染造成。(3)挥发分对岩浆硫化物的运载汇聚。挥发分显著降低熔体粘度,从而减小粘滞阻力对岩浆超压的消耗;岩浆在上侵减压过程中挥发分能够发生出溶-成核作用,形成大量低密度气泡并与硫化物液滴形成复合液滴,促进硫化物液滴聚结,提高其成矿元素含量,并向上输运硫化物。总之,全球部分典型铜镍成矿省与交代地幔时空耦合关系表明,地幔具交代属性可能一定程度上促进了岩浆硫化物成矿。尽管交代地幔对造山带铜镍成矿的贡献方面取得了诸多重要进展,但前寒武造山带幔源岩浆氧化还原状态对成矿的影响、造山带镍铜钴成矿多样性、经历不同交代作用的地幔源区熔融过程中亲铜元素的行为机制、壳幔圈层内挥发分循环对亲铜元素迁移-富集的控制作用等领域仍需深入研究。

关键词：铜镍矿交代地幔源区岩浆还原作用挥发分造山带

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

高寒山区土壤溶解性有机质特征及其对河流溶解性有机质输出的影响

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地球科学 2024年

作者：熊净孙自永胡雅璐马瑞中国地质大学(武汉)环境学院中国地质大学(武汉)长江流域环境水科学湖北省重点实验室中国地质大学(北京)水资源与环境学院

冻土区土壤中存储有大量有机碳。目前对高寒山区多年冻土区和季节冻土区土壤有机质特征及其差异研究较少，对土壤中溶解性有机质(Dissolved organic matter， DOM)特征及其对河水中DOM输出的影响认识尚不明确。为了解高寒山区土壤中溶... 详细信息

冻土区土壤中存储有大量有机碳。目前对高寒山区多年冻土区和季节冻土区土壤有机质特征及其差异研究较少，对土壤中溶解性有机质(Dissolved organic matter， DOM)特征及其对河水中DOM输出的影响认识尚不明确。为了解高寒山区土壤中溶解性有机质的分布规律、成分特征及对水体中DOM输出特征的控制作用，本研究采集青藏高原东北部葫芦沟小流域中多年冻土区和季节冻土区不同深度(<1 m)土壤样品，对土壤中总有机碳(Soil organic carbon， SOC)和溶解性有机碳(Dissolved organic carbon， DOC)含量、DOM的光谱特征、DOC的生物可降解性(Biodegradable dissolved organic matter， BDOC)进行分析，并将其与不同水体中DOM特征的季节性变化进行对比。研究发现：多年冻土区与季节冻土区土壤在DOC的生物可降解性及微生物活动方面存在明显差异；多年冻土区土壤中SOC含量较高，但DOC含量较低，DOM的腐殖化程度和芳香性低于季节冻土区；季节冻土区的土壤中BDOC占比高于多年冻土。研究表明：高寒山区土壤水文特性对土壤有机质含量和特征的显著影响，其中土壤含水率是重要影响因素；多年冻土区浅层土壤DOM对河水DOC浓度和成分变化起决定性作用；相比之下，季节冻土区土壤对河水DOC浓度和成分变化直接影响较小，水文条件影响着水体中DOM的输出特征。本研究成果对高寒山区冻土退化条件下的碳循环研究具有指导意义。

关键词：高寒山区多年冻土季节冻土土壤溶解性有机质 DOM生物可降解性

溶解性二价铁-铁氧化物非均相体系氧化还原电位的电化学测定方法探究

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岩矿测试 2024年第3期43卷 407-416页

作者：牛爱钰李欣刘菲杨珊珊中国地质大学(北京)水利部地下水保护重点实验室(筹) 北京100083 中国地质大学(北京)水资源与环境工程北京市重点实验室北京100083

溶解性二价铁(Fe_(aq)^(2+)-)-铁氧化物非均相体系的氧化还原能力显著影响含水层中有毒重金属和有机污染物的迁移转化行为。然而,非均相体系氧化还原电位(Eh)的测定存在平衡缓慢和结果不稳定等难题,故亟待开发与优化电化学法快速准确测... 详细信息

溶解性二价铁(Fe_(aq)^(2+)-)-铁氧化物非均相体系的氧化还原能力显著影响含水层中有毒重金属和有机污染物的迁移转化行为。然而,非均相体系氧化还原电位(Eh)的测定存在平衡缓慢和结果不稳定等难题,故亟待开发与优化电化学法快速准确测定Eh,实现Fe_(aq)^(2+)-铁氧化物非均相体系氧化还原能力的定量表征。本文选取针铁矿作为常见的铁氧化物,探讨了介导和非介导电位法测定Fe_(aq)^(2+)-针铁矿非均相体系Eh的优化实验条件,研究了介导物质的类型与添加顺序以及工作电极预处理方法等条件对Eh测定的影响,并通过能斯特方程验证电位法的可行性。结果表明:工作电极的表面状态、介导物质的选择以及针铁矿-工作电极之间平衡的建立对Eh测定十分关键。介导法能有效地缩短测定时间,但需要选择合适的介导物质;非介导法需确保工作电极与针铁矿之间平衡的建立。同时,利用非介导法测定了不同pH和Fe_(aq)^(2+)-浓度下不同粒径针铁矿与Fe_(aq)^(2+)-非均相体系的Eh,根据能斯特方程和最小二乘法多元线性拟合得到不同粒径针铁矿的标准氧化还原电位(Eh0),对于粒径为200、700和1000nm的针铁矿Eh0分别为815、802和782mV,验证了优化后电位法的可行性。本文的结论可为矿物非均相体系Eh的测定提供方法学参考,也为预测Fe_(aq)^(2+)-铁氧化物非均相体系参与的污染物衰减速率提供理论支撑。

关键词：溶解性二价铁铁氧化物非均相体系氧化还原电位针铁矿

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珠江口盆地白云凹陷中新统珠江组潮流改造的砂质海底扇沉积

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地球科学 2024年第1期49卷 71-83页

作者：王家豪庞雄王华柳保军陈鑫鑫中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室湖北武汉430074 中国地质大学资源学院湖北武汉430074 中海石油(中国)有限公司深圳分公司广东深圳510240

近年来,浅海扇和底流改造作用的较多发现对深水扇术语、鲍马序列等传统认识带来了挑战,有待进一步研究.珠江口盆地白云凹陷是我国海底扇油气勘探的重要场所之一,中新统珠江组SQ21层序(层序底界年龄21 Ma)是该凹陷砂质海底扇发育和油气... 详细信息

近年来,浅海扇和底流改造作用的较多发现对深水扇术语、鲍马序列等传统认识带来了挑战,有待进一步研究.珠江口盆地白云凹陷是我国海底扇油气勘探的重要场所之一,中新统珠江组SQ21层序(层序底界年龄21 Ma)是该凹陷砂质海底扇发育和油气发现的主力层位.采取岩心观察与测井相、地震反射结构、地震地貌分析相结合,揭示了该层序下降期体系域和低位体系域发育为数众多的海底扇,由重力流水道、天然堤和席状朵叶体构成,在地震属性图上分别表现为均方根振幅高值条带和朵状形态.上陆坡带重力流水道由块状-递变层理中-细砂岩、波状层理粉-细砂岩组成,具有正旋回、箱型-钟型测井相、水道充填地震相等识别标志.其中,波状层理粉-细砂岩夹较多泥岩纹层,局部表现为单粘土层和双粘土层构造,且富含潜穴、生物扰动构造和菱铁质结核,指示该时期海平面大幅下降直至陆架坡折以下,上陆坡带逐渐演化为浅海环境,导致研究区砂质海底扇发育及其重力流水道沉积在上陆坡带遭受明显的潮流改造.地震地貌分析方法的应用,保证了潮流改造型海底扇沉积相的准确识别.此外,本文的研究还表明,鲍马序列可以是底流改造成因;“深水扇”术语并非广泛适用.

关键词：中新统海底扇底流改造作用重力流鲍马序列珠江口盆地白云凹陷沉积学