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超临界地质流体的形成与演化

中国科学:地球科学 2025年第1期 38-51页

作者：倪怀玮肖益林熊小林刘显东高春晓陈伊翔李云国李万财郭璇王洋洋谭东波张力中国科学技术大学岩石圈演化与环境演变全国重点实验室中国科学技术大学深空探测实验室/地球和空间科学学院中国科学院广州地球化学研究所南京大学地球科学与工程学院吉林大学超硬材料国家重点实验室

本文全面阐述了超临界地质流体的形成、演化、性质和效应.在地球内部,特殊组分的加入或温度压力的升高使H2O和硅酸盐的混溶性增强,形成同时含有大量H2O和硅酸盐溶质的超临界地质流体.在以伟晶岩体系为代表的岩浆-热液体系中,超临界地质... 详细信息

本文全面阐述了超临界地质流体的形成、演化、性质和效应.在地球内部,特殊组分的加入或温度压力的升高使H2O和硅酸盐的混溶性增强,形成同时含有大量H2O和硅酸盐溶质的超临界地质流体.在以伟晶岩体系为代表的岩浆-热液体系中,超临界地质流体的形成受控于熔体-流体临界曲线.在以俯冲板片为代表的变质岩体系中,超临界地质流体的形成受控于第二临界端点.实验结果表明,伟晶岩体系中硼和氟的存在使得地壳深度可能形成超临界地质流体,而俯冲板片则要迟至近100km深度才会释放超临界地质流体.富含H2O和解聚结构单元（单体、二聚体等）赋予了超临界地质流体独特的物理性质,包括低密度、低弹性模量、低黏度、高扩散系数和高电导率.超临界地质流体可以有效迁移包括高场强元素和重稀土元素在内的多种元素.超临界地质流体的化学特征能被交代地幔和幔源熔体继承,这可以解释弧岩浆氧化性.超临界地质流体可通过旋节分解发生相分离形成熔体网络.俯冲带岩石和伟晶岩中发现的多相流体包裹体可能是超临界地质流体的残留物.超临界地质流体可以造成俯冲板片顶部附近的低速高导异常,并且可能与中源地震存在联系.超临界地质流体可能在伟晶岩及其矿床的形成过程中起到了关键作用.

关键词：超临界地质流体混溶俯冲带伟晶岩

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暗物质间接探测研究进展

中国科学:物理学力学天文学 2025年第1期 156-167页

作者：黄晓渊中国科学院紫金山天文台暗物质与空间天文重点实验室中国科学技术大学天文与空间科学学院

观测表明,宇宙中存在大量暗物质,并对宇宙演化起着重要的作用.然而,除了引力效应外,我们对其性质仍知之甚少.理解暗物质的属性有望扩展标准粒子模型,并揭示“新物理”.基于观测要求,研究者提出了众多暗物质模型,其质量范围跨越数十个量... 详细信息

观测表明,宇宙中存在大量暗物质,并对宇宙演化起着重要的作用.然而,除了引力效应外,我们对其性质仍知之甚少.理解暗物质的属性有望扩展标准粒子模型,并揭示“新物理”.基于观测要求,研究者提出了众多暗物质模型,其质量范围跨越数十个量级.这些暗物质候选者可能导致不同的天体物理效应,因此可以通过搜寻超出天体物理背景预期的信号来进行间接探测.本文回顾了与不同质量暗物质相关的间接探测预期信号和实验进展,重点讨论了轴子/类轴子和弱相互作用大质量粒子这两类具有良好物理动机的暗物质候选者所面临的观测限制及疑似信号.

关键词：暗物质间接探测伽马射线宇宙线

MC-ICP-MS 测定岩石标准物质的钒同位素组成

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岩矿测试 2025年第1期44卷 63-74页

作者：徐丽怡于慧敏丁昕黄方中国科学技术大学地球和空间科学学院岩石圈演化与环境演变全国重点实验室安徽合肥230026 中国科学院比较行星学卓越创新中心中国科学技术大学安徽合肥230026

随着分析方法的发展和分析精度的提升,钒同位素已经越来越多地被用于各种地质过程研究。为了确保钒同位素分析测试过程中,可以有效地监控数据的准确度和精度,方便国际各实验室之间的数据对比,同时考虑到早期国际上常用美国地质调查局(US... 详细信息

随着分析方法的发展和分析精度的提升,钒同位素已经越来越多地被用于各种地质过程研究。为了确保钒同位素分析测试过程中,可以有效地监控数据的准确度和精度,方便国际各实验室之间的数据对比,同时考虑到早期国际上常用美国地质调查局(USGS)的标准物质面临着库存不足等问题,本文采用多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)测定了一系列国际地质标准物质和国家地质标准物质的钒同位素组成,δ51V值的测试精度优于0.08‰。本文选取的标准物质主要来自日本地质调查局(GSJ)和中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所(IGGE),包括一个安山岩(JA-1),三个玄武岩(JB-3、JB-1b和GBW07105),一个辉长岩(JGb-1),一个辉绿岩(GBW07123)以及一个土壤(GBW07454),钒含量范围为77~635μg/g,涵盖了目前大部分火成岩和部分土壤等天然样品含量的范围。这些标准物质除了土壤GBW07454,其他标准物质的钒同位素组成未曾被报道。经测量表明,辉长岩标准物质JGb-1具有最高δ51V值,为−1.05‰±0.08‰,安山岩标准物质JA-1具有最低δ51V值,为−0.34‰±0.06‰,其余标准物质的δ51V值变化范围为−0.72‰~−0.81‰,均落在MORB范围内。本文对这些标准物质钒同位素组成的报道,丰富了钒同位素研究的标准物质数据库,有助于未来在更多领域开展钒同位素研究。

关键词：钒同位素火成岩 MC-ICP-MS 标准物质高精度分析方法

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柳江盆地髫髻山组凝灰岩地球化学与熔体包裹体水含量特征

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岩矿测试 2025年第1期44卷 88-101页

作者：赵汇珍陈勇涂聪冯艳伟中国石油大学(华东)深层油气全国重点实验室山东青岛266580 中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580 中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽合肥230026

水作为岩浆体系中最主要的挥发组分,对岩浆的形成和演化有重要的影响,柳江盆地髫髻山组岩浆岩是燕山期火山活动的重要产物,尽管前人对其地球化学特征进行了大量研究,但关于柳江盆地燕山期岩浆中的水含量仍不清楚。熔体包裹体记录了原始... 详细信息

水作为岩浆体系中最主要的挥发组分,对岩浆的形成和演化有重要的影响,柳江盆地髫髻山组岩浆岩是燕山期火山活动的重要产物,尽管前人对其地球化学特征进行了大量研究,但关于柳江盆地燕山期岩浆中的水含量仍不清楚。熔体包裹体记录了原始岩浆信息,是获取岩浆水含量特征的最直接样品。本文基于全岩地球化学分析,利用标准样品建立了显微激光拉曼光谱定量熔体包裹体水含量的标定曲线,并对柳江盆地髫髻山组下部流纹质岩屑-晶屑凝灰岩中石英斑晶内的原生熔体包裹体进行了水含量定量分析。结果表明:髫髻山组下部凝灰岩样品具有富Si、Al、大离子亲石元素富集、高场强元素亏损、轻稀土富集、重稀土亏损、负Eu异常、Sr含量低等特点;熔体包裹体中水含量的定量分析结果为0.99%~4.98%,平均水含量为2.62%,与前人统计的酸性岩浆水含量基本一致。地球化学特征和熔体包裹体水含量分析结果共同揭示了研究区髫髻山期早期为富水酸性岩浆。结合髫髻山期样品的熔体包裹体水含量测定结果及其早期的大规模火山喷发背景,本文认为岩浆中高含水量增强了岩浆系统的喷发动力,是诱发研究区髫髻山期早期大规模火山爆发的有利因素之一。

关键词：柳江盆地髫髻山组凝灰岩熔体包裹体水含量显微激光拉曼光谱法

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FY-3E电离层光度计数据的电离层及热层贡献的分离

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中国科学:地球科学 2025年第1期 171-183页

作者：江芳毛田王劲松胡秀清张效信付利平贾楠王天放中国科学院国家空间科学中心空间环境探测研究室天基空间环境探测北京市重点实验室中国科学院空间环境态势感知技术重点实验室国家卫星气象中心

2021年7月5日,远紫外气辉探测仪小型电离层光度计TRIPM随太阳同步晨昏轨道气象卫星FY-3E发射升空. TRIPM设置了三个通道,分别用以测量不同条件下的辉光:夜间通道用于测量O+和电子辐射复合产生的135.6nm辉光,白天/晨昏135.6nm通道用于测... 详细信息

2021年7月5日,远紫外气辉探测仪小型电离层光度计TRIPM随太阳同步晨昏轨道气象卫星FY-3E发射升空. TRIPM设置了三个通道,分别用以测量不同条件下的辉光:夜间通道用于测量O+和电子辐射复合产生的135.6nm辉光,白天/晨昏135.6nm通道用于测量有光照时的OI 135.6nm辉光,白天/晨昏N2LBH通道用于测量N2LBH辉光.由于轨道特征, TRIPM的探测数据主要分布在晨昏或者太阳天顶角较大的白天时刻.本文结合模拟计算,分析了这部分数据的时空分布特性.在此基础上,为了挖掘晨昏轨道电离层数据产品的应用价值,本文尝试利用模型将TRIPM在白天/晨昏135.6nm通道的测量数据进行电离层辐射复合贡献与热层光电子激发贡献的分离.这样做不仅可以提高O/N2的反演精度,同时还能得到相同时刻的电离层产品.研究结果显示,从测量数据中提取出的来自O+与电子辐射复合的135.6nm辐射与对应的GPS TEC数据具有相似的赤道异常驼峰结构特征及季节变化.而分离出来的来自热层光电子碰撞激发的135.6nm辐射,因不含辐射复合贡献,与N2LBH波段在获取O/N2时也极大程度地避免了电离层的影响.

关键词：远紫外气辉 135.6nm气辉辐射强度光电子激发辐射复合激发

金红石TiO2材料热电子弛豫动力学第一性原理计算研究

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中国科学:物理学力学天文学 2025年第1期 113-121页

作者：师展郑镇法郑奇靖赵瑾中国科学技术大学物理系中国科学技术大学精准智能化学重点实验室中国科学技术大学合肥国家实验室中国科学技术大学合肥国家微尺度物理科学研究中心美国匹兹堡大学物理与天文系

在太阳能转化过程中,激发态热载流子的动力学行为决定了能量转化的效率.我们采用动量空间非绝热分子动力学（NAMDk）方法研究了金红石TiO2体系中的热电子弛豫过程.研究中,我们选择了两种初始能量的热电子,其动量都位于Γ点,能量分别为Ei... 详细信息

在太阳能转化过程中,激发态热载流子的动力学行为决定了能量转化的效率.我们采用动量空间非绝热分子动力学（NAMDk）方法研究了金红石TiO2体系中的热电子弛豫过程.研究中,我们选择了两种初始能量的热电子,其动量都位于Γ点,能量分别为Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV.结果显示,热电子弛豫过程主要包括两个阶段:（1）首先,热电子被散射到第一布里渊区的等能面上,形成热电子系综,此过程能量基本保持不变,只有动量发生变化,称为动量弛豫过程.对于Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV两种情况,动量弛豫时间均在15-25 fs之间;（2）随后,热电子系综作为一个整体逐渐弛豫至导带底,这一阶段称为能量弛豫过程,其中Eini=0.64 eV和Eini=2.75 eV的能量弛豫时间分别为39和97 fs.在热电子弛豫过程中,其能量通过电声耦合转移给体系晶格,激发更多的声子,TiO2是一种离子晶体,在热电子弛豫过程中,Fr?hlich电声耦合起到了关键作用,导致大部分热电子的能量转移至Γ点的A1g声子,激发了Ti-O拉伸的纵光学支声子.我们的研究为理解金红石TiO2体内的热电子弛豫与能量转化过程提供了新的理论基础.

关键词：第一性原理计算电声耦合热电子弛豫动量空间非绝热分子动力学

黄河水下三角洲表层沉积物汞(Hg)分布特征及其影响因素

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中国环境科学 2025年

作者：车新颖刘明王飞宇陈竟博孙学诗范德江中国海洋大学海洋地球科学学院海底科学与探测技术教育部重点实验室

河流三角洲是陆海相互作用最强烈，也是人类活动最频繁的区域之一。本文基于对黄河水下三角洲表层沉积物的物质组成和汞(Hg)含量的分析，以期了解黄河水下三角洲Hg分布特征及影响因素。结果表明，黄河水下三角洲表层沉积物中的Hg含量介... 详细信息

河流三角洲是陆海相互作用最强烈，也是人类活动最频繁的区域之一。本文基于对黄河水下三角洲表层沉积物的物质组成和汞(Hg)含量的分析，以期了解黄河水下三角洲Hg分布特征及影响因素。结果表明，黄河水下三角洲表层沉积物中的Hg含量介于15.09-53.11 μg/kg，平均含量为36.32 μg/kg，相较于其他国内外海域较低。沉积物中Hg含量由岸向海呈现“低-高-低-高”的间隔分布，切变锋位置和外海细颗粒沉积区Hg含量出现峰值，南部靠近莱州湾区域沉积物中Hg含量也较高。Hg以自然来源为主，同时受人类活动排放的影响。水动力条件对沉积物中Hg的分布有显著的控制作用，Hg倾向于在细颗粒沉积物中富集，河口的“过滤器”效应尤其是切变锋的作用显著影响了Hg的空间分布和向远海的迁移。沉积物中Hg的分布还与有机碳、碳酸盐矿物和铁锰氧化物等其在沉积物中的赋存载体有关，一方面，这些赋存载体直接与Hg结合影响其在沉积物中的分布，另一方面这些赋存载体还会影响沉积物的性质进而间接影响Hg的分布。本研究明确了黄河水下三角洲Hg的空间分布特征及其影响因素，对于认识大河三角洲Hg等重金属污染物质的源汇过程及环境效应具有重要意义，同时对于黄河三角洲生态保护和可持续发展也具有一定的参考价值。

关键词：黄河水下三角洲汞空间分布影响因素

二维光栅Talbot效应的列主元QR分解波前重构

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激光与光电子学进展 2025年

作者：张昊仁李常伟中国科学院南京天文光学技术研究所中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所) 中国科学院大学天文与空间科学学院

本文将列主元QR分解方法应用于一种基于二维光栅Talbot效应的波前传感器，在大幅度增加子孔径数目、降低传感器设计难度的同时，大幅度提升了波前重构速度。对重构矩阵应用列主元QR分解算法之后，重构矩阵的行数可以被压缩到列数的同一... 详细信息

本文将列主元QR分解方法应用于一种基于二维光栅Talbot效应的波前传感器，在大幅度增加子孔径数目、降低传感器设计难度的同时，大幅度提升了波前重构速度。对重构矩阵应用列主元QR分解算法之后，重构矩阵的行数可以被压缩到列数的同一量级，波前重构速度提升了225.73倍，使得波前重构算法具有更好的实时性。基于列主元QR分解的波前重构算法具有较好的鲁棒性，可以直接应用于干涉仪和Shack Hartman波前传感器等波前测量系统，对数据位置的筛选能力在简化和改进传感器结构上具备应用潜力。

关键词： Talbot效应列主元QR分解 Zernike多项式 Fourier变换波前重构

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基于模态重建和改进随机并行梯度的相位恢复

激光与光电子学进展 2025年

作者：方飞快李常伟赖敏南京信息工程大学物理与光电工程学院中国科学院南京天文光学技术研究所中国科学院天文光学技术重点实验室(南京天文光学技术研究所) 中国科学院大学天文与空间科学学院

本文针对相位恢复中收敛速度慢的问题，提出一种适用于夏克哈特曼波前传感器的高精度相位恢复技术。该技术根据夏克哈特曼波前传感器的波前重构算法，首先重构畸变波前，然后将重构的波前作为改进自适应随机并行梯度下降（ASPGD）算法... 详细信息

本文针对相位恢复中收敛速度慢的问题，提出一种适用于夏克哈特曼波前传感器的高精度相位恢复技术。该技术根据夏克哈特曼波前传感器的波前重构算法，首先重构畸变波前，然后将重构的波前作为改进自适应随机并行梯度下降（ASPGD）算法的初值，进行迭代优化，实现高精度相位恢复。这种模态法和ASPGD优化算法结合的相位恢复技术，不仅可以大幅度提高相位恢复精度，还可以加快相位恢复的收敛速度。数值仿真结果表明，该技术可以将相位恢复精度提高3.0倍，达到2‰λ。与原随机并行梯度下降算法相比，该算法对随机扰动系数的敏感性较低，具有更大动态范围，实用性更强。此外，针对噪声导致的模态耦合问题，ASPGD算法抗噪能力更强，相位恢复精度更高。

关键词：相位恢复 Zernike多项式夏克哈特曼波前传感器模态法自适应随机并行梯度下降