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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

神农架大九湖湿地摇蚊群落组成及其环境指示意义

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湖泊科学 2024年第1期36卷 286-297页

作者：申声曼曹艳敏侯桂林潘登陈旭王松波中南民族大学资源与环境学院资源转化与污染控制国家民委重点实验室武汉430074 中国地质大学(武汉) 流域关键带演化湖北省重点实验室武汉430074

泥炭地是一种水-陆过渡型的湿地生态系统。水体沼泽化过程中,植被等生物群落也随之改变,进而影响泥炭地碳埋藏和发育过程。作为泥炭地生态系统重要的次级生产者,摇蚊群落结构变迁可以为追溯泥炭地环境演变和发育历史提供关键线索。泥炭... 详细信息

泥炭地是一种水-陆过渡型的湿地生态系统。水体沼泽化过程中,植被等生物群落也随之改变,进而影响泥炭地碳埋藏和发育过程。作为泥炭地生态系统重要的次级生产者,摇蚊群落结构变迁可以为追溯泥炭地环境演变和发育历史提供关键线索。泥炭地在发育过程中将经历各种不同阶段,然而,现有的泥炭地摇蚊群落调查仅限于泥炭生境或泥炭地中开阔水域,较短的生境梯度不足以提供更为全面的摇蚊群落变化信息。神农架大九湖湿地包含泥炭地、湖泊、临时性水体等多种生境,本研究选择该湿地公园作为研究区域,通过采集不同生境的表层沉积物及水体样品,提取底泥亚化石摇蚊头壳,分析大九湖湿地中不同生境下的摇蚊群落结构差异,并对其与环境因子间的关系进行探讨。结果表明:1)大九湖湿地不同生境中摇蚊优势种迥异,泥炭藓藓丘生境中Limnophyes、Psilometriocnemus、Pseudosmittia等半陆生种类为主要优势种,湖泊生境中则以典型静水种Polypedilum nubeculosum-type为主要优势种,而过渡性水域(泥炭地洼地、沟渠及水洼生境)中,静水种与半陆生种共存;2)烧失量、水位埋深和p H是塑造不同生境类型下摇蚊群落结构的显著环境因子,水文条件主要通过改变碳积累过程等其他环境条件间接影响生物群落组成;3)沿水生-半陆生生境梯度,有机质含量和类型均发生显著变化,而摇蚊群落也由静水种、静水/半陆生共存转变为以半陆生种为主,摇蚊群落对生境变化表现出良好的响应过程。本研究揭示了不同生境条件下摇蚊群落的结构差异及影响摇蚊群落结构的潜在因子,为未来基于摇蚊的长时间尺度上泥炭地发育过程分析提供参考依据。

关键词：摇蚊泥炭地水位埋深碳累积大九湖湿地

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岩石圈内榴辉岩的命运

中国科学：地球科学 2024年第3期54卷 897-901页

作者：王振胜徐义贤中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室武汉430074 浙江省地学大数据和地球深部资源重点实验室浙江大学地球科学学院杭州310058

1榴辉岩及其黏性排出的概念榴辉岩是由洋壳或陆壳岩石在俯冲、碰撞等构造埋深作用下,增压到1~1.5GPa以上,发生超高压变质作用(ultra-high pressure metamorphism)而生成的以石榴子石和绿辉石为主要矿物组成的特殊岩石类型.深源捕虏体研... 详细信息

1榴辉岩及其黏性排出的概念榴辉岩是由洋壳或陆壳岩石在俯冲、碰撞等构造埋深作用下,增压到1~1.5GPa以上,发生超高压变质作用(ultra-high pressure metamorphism)而生成的以石榴子石和绿辉石为主要矿物组成的特殊岩石类型.深源捕虏体研究表明克拉通岩石圈地幔中也存在一定量的榴辉岩,可能与早期俯冲或地幔柱活动有关(Aulbach和Smart, 2023).

关键词：超高压变质作用石榴子石绿辉石深源捕虏体榴辉岩岩石类型克拉通岩石圈地幔柱活动

山西中条山宋家山钴铁矿床钴的赋存状态及成矿规律

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岩石学报 2024年第10期40卷 3114-3130页

作者：李文张连昌谢尚君李文君高炳宇张新董志国王长乐中国地质大学地球科学与资源学院北京100083 中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

宋家山钴铁矿床位于中条山地区东南缘“同善天窗”的中部,容矿岩石主要为古元古代宋家山群绛道沟组火山-沉积岩系。钴铁矿体受地层岩性控制,呈SN向层状展布。金属矿物主要为磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、硫铜钴矿和硫钴矿,非金属矿物主要为... 详细信息

宋家山钴铁矿床位于中条山地区东南缘“同善天窗”的中部,容矿岩石主要为古元古代宋家山群绛道沟组火山-沉积岩系。钴铁矿体受地层岩性控制,呈SN向层状展布。金属矿物主要为磁铁矿、黄铁矿、黄铜矿、硫铜钴矿和硫钴矿,非金属矿物主要为石英、方解石、绢云母和绿泥石。矿石构造以块状、似条带状、浸染状、团块状和细脉状为主。黄铁矿和黄铜矿多呈浸染状和细脉状分布。围岩蚀变主要包括硅化、绢云母化、黄铁矿化、碳酸盐化和绿泥石化等。钴铁矿体的形成主要包括沉积、变质和热液三个期次。矿石显微镜观察、硫化物扫描电镜和电子探针分析,表明钴元素主要赋存在硫铜钴矿、硫钴矿和黄铁矿中。黄铁矿特征元素Co/Ni比值主要集中在100~1000之间,个别比值小于100,反映硫化物的形成主体与热液活动有关。硫化物原位硫同位素组成δ^(34) S在12‰~16‰之间,低于元古代海水硫酸盐的δ^(34) S值(15‰~20‰),揭示热化学还原(TSR)在海水硫酸盐还原过程中起到关键作用。综合研究表明宋家山矿床富钴矿体的形成经历了初始火山-沉积、造山期间含钴变质流体沿片理构造充填交代、造山后期热液活动的叠加等过程。由此认为宋家山矿床成因类型属沉积-变质热液叠加型钴铁矿床。

关键词：钴的赋存状态古元古代沉积-变沉积岩型矿床宋家山钴铁矿床中条山地区

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大别地区构造与地壳演化——来自河流碎屑锆石U-Pb-Hf同位素的制约

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沉积学报 2024年

作者：汪子祺田洋金巍邓新王晶童喜润柳潇地质过程与矿产资源国家重点实验室中国地质大学(武汉)地球科学学院古生物与地质环境演化湖北省重点实验室中国地质调查局武汉地质调查中心(中南地质科技创新中心)

【目的】为系统揭示大别地区经历的岩浆构造热事件及地壳生长历程。【方法】对大别地区3条不同河流碎屑沉积物中的锆石开展U-Pb-Hf同位素分析。【结果】锆石U-Pb年龄可分为4组：2 676～2 424 Ma、2 035～1 812 Ma、890～748 Ma、140～12... 详细信息

【目的】为系统揭示大别地区经历的岩浆构造热事件及地壳生长历程。【方法】对大别地区3条不同河流碎屑沉积物中的锆石开展U-Pb-Hf同位素分析。【结果】锆石U-Pb年龄可分为4组：2 676～2 424 Ma、2 035～1 812 Ma、890～748 Ma、140～120 Ma。锆石Hf二阶段模式年龄(tDM2)亦可分为4组：3 371～3 241 Ma、2 470～2 329 Ma、1 858～1 751 Ma和1 132～1 072 Ma。【结论】(1)大别地区记录的岩浆活动可大致分为9个阶段，分别为4.00～3.00 Ga、2.90～2.40 Ga、2.10～1.80 Ga、0.90～0.70 Ga、0.14～0.12 Ga的“爆发期”，与3.00～2.90 Ga，2.40～2.10 Ga，1.80～0.90 Ga，0.70～0.14 Ga的“平静期”；(2)大别地区主要经历了4期构造热事件，分别发生在新太古代晚期(～2.50 Ga)、古元古代中期(～2.00 Ga)、三叠纪(0.24～0.20 Ga)与白垩纪(0.14～0.12 Ga)；(3)大别地区主要经历4期显著的地壳生长，地球形成初期约4.4～4.1 Ga地壳初始生长、4.0～2.8 Ga地壳快速生长累积、2.6～2.0 Ga持续地壳生长与 2.0 Ga以来地壳缓慢生长，注意到大别地区2.7～2.4 Ga的岩浆活动十分强烈，说明该时期地壳再造事件也十分普遍；(4)～2.0 Ga之前大别与黄陵地区岩浆、变质、地壳生长事件存在明显差异，表明在此之前两者更可能为独立的微陆块。

关键词：大别地区碎屑锆石 U-Pb-Hf同位素地壳演化岩浆变质事件

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山东昌乐蓝宝石的色带微量元素及成因分析

宝石和宝石学杂志（中英文） 2024年第4期26卷 12-21页

作者：王雅妮张雨阳尹作为中国地质大学(武汉)珠宝学院湖北武汉430074 湖北省珠宝工程技术研究中心湖北武汉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

色带发育是山东昌乐新生代玄武岩中的蓝宝石主要特征之一,其微量元素不仅影响宝石呈色,也对了解蓝宝石成因和母源岩浆具有重要作用。本研究以色带发育的山东昌乐蓝宝石样品为研究对象,利用紫外-可见光吸收光谱、傅里叶变换红外光谱和激... 详细信息

色带发育是山东昌乐新生代玄武岩中的蓝宝石主要特征之一,其微量元素不仅影响宝石呈色,也对了解蓝宝石成因和母源岩浆具有重要作用。本研究以色带发育的山东昌乐蓝宝石样品为研究对象,利用紫外-可见光吸收光谱、傅里叶变换红外光谱和激光烧蚀电感耦合等离子体质谱对其谱学特征以及化学成分进行研究。结果表明,昌乐蓝宝石样品具有高Fe、Ga,低Mg、Cr的特征,符合岩浆成因蓝宝石的特征;Fe含量随色带颜色深浅呈规律性变化,指示了蓝宝石结晶过程的动荡性。红外吸收光谱可见和-OH有关的3310 cm^(-1)处吸收峰,-OH含量和色带颜色深浅呈正相关,深色色带-OH含量最高,浅色色带-OH含量较低。紫外-可见光谱中,黄色核心部分与Fe^(3+)-Fe^(3+)相关的450 nm处吸收峰较为明显,指示了黄色核心部分为偏氧化条件下产生;蓝色色带部分与Fe^(2+)-Ti^(4+)相关的570 nm处吸收峰较为明显,指示了蓝色色带部分为偏还原条件下产生。

关键词：蓝宝石化学成分谱学特征山东昌乐

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“禹城式”矽卡岩型富铁矿的形成机制

现代地质 2024年第1期38卷 1-12页

作者：张招崇王怀洪谢秋红沈立军朱裕振吕云鹤金博文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 山东省煤田地质规划勘察研究院山东济南250104 中国地质科学院地质研究所北京100037

山东省西北部齐河—禹城地区矽卡岩型富铁矿找矿工作取得了重大突破,有望成为继莱芜、金岭和济南之后又一个重要的富铁矿基地。与传统的矽卡岩型铁矿产于岩体与碳酸盐岩接触带不同的是,齐河—禹城地区李屯铁矿的矿体产于石炭系—二叠系... 详细信息

山东省西北部齐河—禹城地区矽卡岩型富铁矿找矿工作取得了重大突破,有望成为继莱芜、金岭和济南之后又一个重要的富铁矿基地。与传统的矽卡岩型铁矿产于岩体与碳酸盐岩接触带不同的是,齐河—禹城地区李屯铁矿的矿体产于石炭系—二叠系含煤地层内,富铁矿体与围岩呈截然的接触关系,并且矿体附近的围岩发生了强烈的角岩化。针对这一现象,本文提出上覆的煤系极低的热导率使得含矿热液能够保持高温状态,发生长距离迁移而就位于远接触带的石炭系—二叠系中。李屯铁矿的形成可能是高温的岩浆流体与低温的大气降水混合,导致温度和盐度下降发生快速沉淀的结果。另外,近矿岩体普遍发生强烈的钠长石化,导致了闪长质岩石“铁的丢失”,为出溶高浓度富铁流体以及富铁矿的形成奠定了重要的物质基础。幔源“高分异”的闪长岩以及浅侵位时岩浆流体的出溶,也是邯邢式铁矿形成的先决条件。

关键词：矽卡岩富铁矿流体迁移钠长石化禹城式

镁铁质岩浆周期性补给对云南普朗斑岩Cu-Au矿床的制约:能量约束下热力学模拟

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现代地质 2024年第4期38卷 922-933页

作者：张少颖和文言肖仪武矿冶科技集团有限公司北京100160 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

镁铁质岩浆周期性补给于硅酸质岩浆房是形成大型斑岩矿床的关键因素。本文以普朗超大型斑岩Cu-Au矿床为例,通过能量约束体系下的热力学方法模拟浅部硅酸质岩浆房中镁铁质岩浆周期性补给过程,定量评估该过程对形成大型斑岩矿床的控制作... 详细信息

镁铁质岩浆周期性补给于硅酸质岩浆房是形成大型斑岩矿床的关键因素。本文以普朗超大型斑岩Cu-Au矿床为例,通过能量约束体系下的热力学方法模拟浅部硅酸质岩浆房中镁铁质岩浆周期性补给过程,定量评估该过程对形成大型斑岩矿床的控制作用。普朗矿床成矿前粗粒石英闪长玢岩(CQD)和成矿期石英二长斑岩(QMP)复式岩体中均普遍发育镁铁质暗色微粒包体(MMEs),岩相学特征显示斑岩体中角闪石和黑云母发育韵律环带结构或港湾状溶蚀结构以及针柱状磷灰石的存在均指示发生了镁铁质岩浆混合作用。与单一的分离结晶模型(FC)相比,多阶段岩浆补给-分离结晶模型(R3FC)显示,镁铁质岩浆的补给一方面会抑制长石的结晶,另一方面会促进钙铁镁和铁镁等多类型角闪石的形成,并大幅提前黑云母的结晶次序。以硅酸质岩浆物质摩尔分数变化与挥发分之间相关性为参照,获得的熔体H_(2) O、SCSS(硫化物饱和时硅酸盐熔体中的S含量)和Cl溶解度显示,镁铁质岩浆补给将在岩浆演化早期提高而在晚期降低残余熔体H_(2)O含量(0.16%、0.04%、-0.30%),持续提高熔体SCSS(78.74×10^(-6)、94.44×10^(-6)和137.88×10^(-6))和Cl溶解度(0.04%、0.10%和0.20%),但对Cu含量影响有限。结果表明,能量约束体系下的R3FC和FC热力学模型不仅能够合理解释普朗复式斑岩体矿物结构特征,也定量验证了镁铁质岩浆的补给对成矿岩体异常高H_(2) O、S和Cl含量的贡献。

关键词：岩浆混合热力学模拟挥发分普朗斑岩Cu-Au矿床

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北黄海东部次盆地构造热机制与成烃效应

地学前缘 2024年第4期31卷 206-218页

作者：刘金萍王改云简晓玲朱传庆胡小强袁晓蔷王超自然资源部海底矿产资源重点实验室广东广州511458 广州海洋地质调查局广东广州511458 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249

北黄海东部次盆地属于中新生代小型叠合断陷盆地,是我国海域勘探程度较低的一个盆地,对其经历的复杂构造-热演化史尚未有相关研究。本文利用镜质体反射率(R_o)和磷灰石裂变径迹(AFT)两种古温标进行多方法的热史模拟,获得了盆地中新生界... 详细信息

北黄海东部次盆地属于中新生代小型叠合断陷盆地,是我国海域勘探程度较低的一个盆地,对其经历的复杂构造-热演化史尚未有相关研究。本文利用镜质体反射率(R_o)和磷灰石裂变径迹(AFT)两种古温标进行多方法的热史模拟,获得了盆地中新生界的热流史及地温梯度的变化,并恢复了盆地的剥蚀量及抬升剥蚀过程,在此基础上研究了盆地内烃源岩的热演化历史。结果表明,东部次盆地从中侏罗世至今,经历了古热流由高(75~90 mW/m^(2),120~100 Ma)到低(60 mW/m^(2),40 Ma),然后再升高至现今(70 mW/m^(2))的过程,且早期(100~70 Ma)降温缓慢,后期(70~40 Ma)降温快速。古地温梯度相应地呈现由高(34~36℃/km)到低(23℃/km),再升高(28℃/km)的变化趋势。东部次盆地晚白垩世之前的古地温梯度和古热流高于现今的地温梯度和热流,这与盆地由断陷阶段-坳陷阶段的演化过程一致。东部次盆地晚白垩世—始新世经历了较强的抬升剥蚀,地层的剥蚀厚度为1.0~1.5 km,在100~90 Ma地层沉积开始缓慢或停止,明显的剥蚀过程发生在85~40 Ma,其中70~40 Ma为快速剥蚀阶段。东部次盆地的构造热演化史影响了盆地内烃源岩的生烃过程。中上侏罗统两套烃源岩都存在早期(晚侏罗世—早白垩世)生烃过程,在中部坳陷内的主体生烃坳陷,晚白垩世—始新世地层剥蚀厚度较小,且渐新世之后地层沉积厚度较大,现今能够达到的地温也越高,有利于烃源岩晚期生烃,证实了该盆地具有一定的勘探潜力,应围绕主体生烃坳陷寻找有利成藏区。

关键词：东部次盆地磷灰石裂变径迹镜质体反射率构造热演化史成烃效应