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高温地质过程硅同位素分馏作用:研究进展与展望

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地球化学 2025年

作者：欧阳一帆郭锋中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室中国科学院大学

硅（Si）是地球上丰度第三高的元素，存在三个稳定同位素(28Si、29Si和30Si)。由于3个同位素之间存在较大的质量差异，在地质过程中容易发生同位素分馏作用。前人研究表明，岩浆演化过程会导致Si同位素的平衡分馏，即高硅较低硅岩... 详细信息

硅（Si）是地球上丰度第三高的元素，存在三个稳定同位素(28Si、29Si和30Si)。由于3个同位素之间存在较大的质量差异，在地质过程中容易发生同位素分馏作用。前人研究表明，岩浆演化过程会导致Si同位素的平衡分馏，即高硅较低硅岩石具有更重的硅同位素组成(如δ30Si)。尽管如此，由于Si仅具有一种价态(Si4+)，而且Si不容易形成挥发性化合物，因此相对于低温环境下的分馏，硅在高温环境下的同位素分馏程度有限。随着处理方法和分析仪器的发展（碱熔法、LA-MC-ICP-MS和SIMS原位矿物分析等），高精度Si同位素(δ29/30Si)分析取得了长足进步，分析精度（2SD）已优化到0.10‰，能够探测到高温地质过程中发生的细微硅同位素分馏。与此同时，矿物原位Si同位素分析技术的发展为开展硅同位素在固体地球科学的应用提供了技术支撑。近年来，硅同位素地球化学在高温地质领域的应用取得了许多进展和突破，如太阳系星云形成与演化、冥古代水–岩作用记录、太古代TTG成因和俯冲带物质循环过程等。本文简单回顾了硅同位素地球化学性质、硅同位素测试方法的发展和近十年来运用硅同位素示踪高温地质过程等方面的研究进展，并对高温岩浆过程中硅同位素分馏的应用前景和未来研究方向进行了展望。

关键词：硅同位素同位素分馏高温地质过程进展与展望

接地源短偏移瞬变电磁法理论及其在深部矿产勘探中的应用

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中国科学:地球科学 2025年

作者：薛国强武欣陈卫营周楠楠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中国科学院大学地球与行星科学学院

瞬变电磁法是探测地下金属矿体的关键地球物理技术之一,其发射源包括回线源和接地源两种形式.长偏移瞬变电磁法(LOTEM)采用接地源,其探测理论基础是远源观测方式和平面波模型简化.然而,远源观测到的信号强度小,平面波简化后的方法勘探... 详细信息

瞬变电磁法是探测地下金属矿体的关键地球物理技术之一,其发射源包括回线源和接地源两种形式.长偏移瞬变电磁法(LOTEM)采用接地源,其探测理论基础是远源观测方式和平面波模型简化.然而,远源观测到的信号强度小,平面波简化后的方法勘探精度低,其有效探测深度约1000m,综合误差15%.近年来,我们提出并发展了接地源短偏移瞬变电磁法(SOTEM),显著提升了500～2000m矿产资源的探测深度和精度.本文综述了SOTEM的理论基础、仪器设备、数据处理方法及其实际应用效能. SOTEM基于点电荷微元模型,精确计算电磁场的曲面波效应.针对近源观测,我们开发了高功率、高分辨率的大带宽勘探设备,并发展出三维混合反演方法.在河南省周庵地区的镍-铜隐伏矿床实测中, SOTEM揭示了2km深度范围内的高分辨率电导率结构,验证了浅部已知矿体,并在岩体接触带和底部发现了深部矿化异常,显示出该矿区深部的巨大找矿潜力.

关键词：远源观测平面波简化接地源短偏移瞬变电磁法大带宽勘探设备三维混合反演

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慢地震背景下石英变形的分子动力学模拟研究

中国科学:地球科学 2025年

作者：孙静娴郭谦谦侯泉林中国科学院大学地球与行星科学学院中国科学院计算地球动力学重点实验室

慢地震是地震能量缓慢释放的主要形式,对其震源机制的研究仍存争议.目前的研究主要从物理角度出发,关注摩擦运动的规律,认为慢地震是断层重回脆性的产物.但其震源区具明显的塑性变形特征,那么塑性变形在俯冲带慢地震发震机制中发挥何种... 详细信息

慢地震是地震能量缓慢释放的主要形式,对其震源机制的研究仍存争议.目前的研究主要从物理角度出发,关注摩擦运动的规律,认为慢地震是断层重回脆性的产物.但其震源区具明显的塑性变形特征,那么塑性变形在俯冲带慢地震发震机制中发挥何种作用?力化学研究表明,机械力可直接作用于化学键.本研究从应力化学视角,关注塑性变形过程中化学能的存储与释放.本文利用分子动力学方法,结合Tersoff势函数,模拟计算了石英在初始简单剪切加载条件下的变形过程.结果显示, α-石英剪切模量为18GPa,在稳态流变阶段所建模型主要表现为原子的流动和化学键结合方向的改变.剪切过程中应力与分子势能随着应变的积累产生上下振荡的变化曲线,表明塑性变形过程中存在化学能的储存和释放,这可能是慢地震能量储存和释放的方式之一.此外,从原子尺度揭示的石英弹塑性变形过程为一般剪切变形,暗示并非平面应变,而且最大瞬时伸长轴(ISA1)与剪切方向的夹角并非45°,而是30°左右,这些都有悖于岩石变形理论的传统认知,为进一步研究提供了新线索.

关键词：慢地震 α-石英塑性应变能构造应力化学 Tersoff势

激光诱导荧光技术与地下水重金属原位检测应用进展

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岩矿测试 2025年第1期44卷 19-34页

作者：毛康薛家奇陈卓张华中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵州贵阳550081

对地下水重金属污染进行现场检测,是快速识别重金属种类和评价污染程度的重要手段。激光诱导荧光技术(LIF)利用特定荧光探针,在目标重金属存在下,通过激光诱导荧光探针产生/猝灭荧光,从而完成对重金属的识别和检测,具有快速甄别地下水... 详细信息

对地下水重金属污染进行现场检测,是快速识别重金属种类和评价污染程度的重要手段。激光诱导荧光技术(LIF)利用特定荧光探针,在目标重金属存在下,通过激光诱导荧光探针产生/猝灭荧光,从而完成对重金属的识别和检测,具有快速甄别地下水重金属污染特性和无损获取其价态的优势。本文在简述LIF检测重金属原理和LIF原位检测地下水重金属装备基础上,重点从荧光探针合成及其在重金属传感检测方法的构建上总结了基于不同荧光探针的LIF现场检测重金属的研究进展。目前可用于重金属检测的荧光探针包括以小分子探针、有机大分子和聚集诱导发光为主的有机荧光探针和以金纳米簇、量子点和金属有机框架材料为代表的纳米荧光探针。这些探针的合成及其对应的传感检测方法的构建表明LIF技术在地下水重金属检测中具有巨大优势。而针对地下水重金属检测的LIF设备研发方面的成果虽不如荧光传感检测方法丰富,但已研制出部分重金属的传感器和检测装备,表现出良好的应用前景。未来研究将会聚焦在地下水重金属主控因子识别和抗干扰技术研发、荧光探针合成与LIF检测方法构建、重金属传感部件和检测装备集成研制,以及检测技术标准化,为后续场地地下水典型重金属LIF检测技术的研究提供参考。

关键词：地下水重金属激光诱导荧光荧光探针现场检测

爱沙尼亚油页岩富黏球形藻干酪根快速连续分步热解研究

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沉积学报 2025年

作者：敖添孟宪新卢鸿张志荣彭平安中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室中国科学院大学中国石油化工股份有限公司无锡石油地质研究所油气成藏机理重点实验室

【目的】富黏球形藻（Gloeocapsomorpha Prisca， G. prisca）的奥陶系Kukersite型油页岩在全球古生界范围内是一套重要的烃源岩，但是中国仅在塔里木盆地获得零星的检出和报道，因此，快速鉴定G. prisca是否存在于烃源岩中是一项亟需... 详细信息

【目的】富黏球形藻（Gloeocapsomorpha Prisca， G. prisca）的奥陶系Kukersite型油页岩在全球古生界范围内是一套重要的烃源岩，但是中国仅在塔里木盆地获得零星的检出和报道，因此，快速鉴定G. prisca是否存在于烃源岩中是一项亟需开展的地球化学工作。【方法】为此，对爱沙尼亚油页岩样品的干酪根进行了快速连续分步热解实验，在360 ℃～610 ℃范围内以50 ℃为间隔开展分步热解。【结果】热裂解产物均以5-正烷基-1，3-苯二酚及其同系物为主，并以高含量的短链烷烃为特征，但在560 ℃出现部分异常的高碳数(＞nC29)正构烷烃；在中高温度点（460 ℃～560 ℃）持续出现烷基苯、烷基噻吩和烷基酮系列化合物。热解产物均表现为低碳数和富烷基链的特征，并在460 ℃～510 ℃呈现一定的奇碳优势。热解产物中极其丰富、持续产出的5-正烷基-1，3-苯二酚及其同系物，不仅能够帮助快速确认烃源岩是否富G. prisca，同时不同温度点的热解产物组成特征、变化和对比也有助于干酪根结构研究。快速分步热解产物变化表明，在G. prisca中存在以5-正烷基-1，3-苯二酚为主聚合形成的生物大分子。聚合物大分子结构中的不同单元，包括苯酚环、噻吩环和正烷基链，通过C-C键和C-O键在分子间连接。【结论】快速连续分步热解技术在不同温度点获得的不同系列化合物分布及其变化有助于揭示藻类演化的细节并确定干酪根的不同有机质来源。

关键词：油页岩分步热解黏球形藻 Kukersite型烃源岩干酪根结构

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采用地震波研究滑坡的动力学过程

地震 2025年

作者：江勇白玲黄兴辉谢军中国科学院青藏高原研究所青藏高原地球系统与资源环境国家重点实验室中国科学院大学中国地震台网中心中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室

青藏高原及周边地区不仅地震活动频繁,同时也经常发生多种其他类型地质灾害,包括滑坡、冰崩、雪崩、泥石流、冰湖溃决等。这些灾害由岩石、冰川等碎屑物受到重力作用沿着斜坡向下快速滑动而形成,其发生过程受到构造运动和环境变化等多... 详细信息

青藏高原及周边地区不仅地震活动频繁,同时也经常发生多种其他类型地质灾害,包括滑坡、冰崩、雪崩、泥石流、冰湖溃决等。这些灾害由岩石、冰川等碎屑物受到重力作用沿着斜坡向下快速滑动而形成,其发生过程受到构造运动和环境变化等多种因素的共同影响。在地震学领域,这些地质灾害被认为是受到山体斜坡上的单力作用,地震波为认识这些地质灾害的震源参数和发生过程提供重要资料。本文通过收集前人的研究成果,对上述的滑坡类地质灾害前沿进展进行系统回顾,对采用地震波研究滑坡类震源的基本原理进行总结分析。在此基础上,选取2017年茂县滑坡作为研究实例,对地震波形记录进行时频分析、受力过程反演等计算,通过时间轴对比细化过程划分、优化台站数据选择、改善分析过程。结果表明,茂县滑坡过程包括滑前启动、主要滑动和滑后调整三个时期,总持续时间约123 s,其中主要滑动过程包括加速和减速两个阶段,最大速度约54 m/s,最大水平位移约2 km。加速阶段低频信号显著,减速滑动过程高频信号显著增强,揭示了滑床坡度变化、碎屑物成分及其滑动摩擦作用的综合影响。随着地震观测和数据处理技术的不断改进,地震波对滑坡的识别能力逐步增强,有助于提高对滑坡类地质灾害的监测能力。

关键词：滑坡地震波滑动过程青藏高原

福岛核事故源放射性铯海洋扩散研究进展及其对福岛核污染水排海应对的启示

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中国科学:地球科学 2025年

作者：张通侯小琳范煜坤中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室陕西省加速器质谱技术及应用重点实验室西安加速器质谱中心中国科学院大学西安地球环境创新研究院

理清和预测福岛核污染水中放射性物质的海洋扩散过程是科学应对其排海带来的环境辐射安全风险的关键之一.文章基于2011年以来福岛核事故释放的放射性铯(CsF:134Cs,137Cs)的系列研究成果,分析了CsF随黑潮延伸体和较重的中部模态水（D-CM... 详细信息

理清和预测福岛核污染水中放射性物质的海洋扩散过程是科学应对其排海带来的环境辐射安全风险的关键之一.文章基于2011年以来福岛核事故释放的放射性铯(CsF:134Cs,137Cs)的系列研究成果,分析了CsF随黑潮延伸体和较重的中部模态水（D-CMW）向东北太平洋,以及随北太平洋副热带模态水（STMW）、较轻的中部模态水（L-CMW）和较重的中部模态水（D-CMW）向副热带西北太平洋、我国海域和日本海扩散的路径、层位变化和时间尺度,系统论述了CsF在北太平洋及其边缘海的扩散模式和机制;探讨了CsF海洋扩散对福岛核污染水排海应对的启示.鉴于福岛核污染水长期液态排放特点和黑潮延伸体强流屏障效应,除了关注STMW,位于黑潮延伸体北部的CMW对核污染水向副热带西北太平洋及其边缘海传输的贡献不容忽视,未来应加强CMW跨黑潮延伸体传输的关键方式及其经向空间范围研究.鉴于福岛核污染水中短寿命134Cs在储存和扩散过程中很快衰变殆尽,长寿命135Cs及135Cs/137Cs比值能够替代134Cs成为福岛核污染水源项甄别和定量解析的有力示踪剂,亟需加强福岛核污染水中这些关键放射性核素及其“指纹”比值的高精度分析技术研究,同时重视关键海流和海峡通道的连续监测和海洋核污染源项解析,并注重开展监测与边缘海区域环流动力学、高分辨率数值模拟相结合的多学科交叉研究,及时捕捉、评估和应对福岛核污染水入侵.

关键词：福岛核事故福岛核污染水海洋扩散模态水黑潮延伸体

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卡罗琳板块与穆绍海沟俯冲

中国科学:地球科学 2025年

作者：孙卫东张天羽中国科学院海洋研究所深海极端环境与生命过程研究中心中国科学院海洋观测预报全国重点实验室崂山实验室中国科学院大学

1引言西太平洋俯冲带有太平洋中最古老的洋壳,年龄最老达到了200Ma.有意思的是,紧邻太平洋老洋壳的南缘有一个新生代形成的小板块——卡罗琳板块.卡罗琳板块的东侧为穆绍海沟.穆绍海沟呈现北端封闭的盲肠状,即北面尚未开始俯冲.由北向...

1引言西太平洋俯冲带有太平洋中最古老的洋壳,年龄最老达到了200Ma.有意思的是,紧邻太平洋老洋壳的南缘有一个新生代形成的小板块——卡罗琳板块.卡罗琳板块的东侧为穆绍海沟.穆绍海沟呈现北端封闭的盲肠状,即北面尚未开始俯冲.由北向南俯冲发育的程度逐渐加强.李春峰等(2025)通过综合地球物理分析等研究方法,刻画了穆绍海沟的结构,发现距离旋转极点越远,变形越大,由此提出卡罗琳板块的逆时针旋转导致了穆绍海沟的俯冲起始.这个新模型对研究穆绍海沟的俯冲起始机制有启发意义,促进了我们对相关科学问题的思考:卡罗琳板块是如何形成的?作为一个小板块,其逆时针旋转的动力是什么?旋转的力量有多大?是否可以引起穆绍海沟的俯冲?

关键词：

地下实验室·深地观测·科学问题——来自深地多物理场观测的启示

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中国科学:地球科学 2025年

作者：任辉启王赟陈畅付广裕邱隆清郭良辉谢成良贺永胜孙和平滕吉文军事科学院国防工程研究院中国地质大学(北京)陆内火山与地震教育部重点实验室地质过程与矿产资源国家重点实验室中国科学院上海微系统与信息技术研究所中国科学院精密测量科学与技术创新研究院中国科学院地质与地球物理研究所

通过国内外地下实验室实施的科学观测和研究调研分析,首先从宇宙射线本底、重力与地震观测的背景振动噪声、地磁和电磁观测的电磁环境噪声的角度,通过地面、山体隧道空腔、煤矿地下巷道的观测对比介绍了三种环境的差异,说明不同物理场... 详细信息

通过国内外地下实验室实施的科学观测和研究调研分析,首先从宇宙射线本底、重力与地震观测的背景振动噪声、地磁和电磁观测的电磁环境噪声的角度,通过地面、山体隧道空腔、煤矿地下巷道的观测对比介绍了三种环境的差异,说明不同物理场的观测研究应慎重使用地下实验室和深地实验室这一术语;并进一步介绍了我国煤矿井下巷道所具有的大空间、超静与超净特点,以及与山体隧道空腔和钻孔观测相比,煤矿巷道观测所表现出的超高精度长期稳定观测优势.围绕深地科学观测所针对的基础科学问题,文章展示了深地实现的高信噪比微弱震感知能力十分有利于地球介质结构反演精度的提高,深地超导重力观测使得慢地震的捕获和研究成为可能,深地实现的fT级超导磁测则使得Schumann谐振的固体地球衰减特征探索,以及与脑磁、心磁的交叉学科研究成为可能;同时揭示了高精度量子仪器研发需要考虑弱磁扰动可能产生的影响.最后,从深地超高精度多物理场联测及其相互关系研究的角度,讨论了深地实验室对“深空”和“深海”专项的可能支撑作用,强调深地观测平台及其装备技术是系列科学问题解决的基础,以期引起地球科学、物理等学科领域对深地实验室与高精度科学观测的重视.

关键词：深部地下多物理场超高精度测震 Schumann共振***