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长期高稳定性固体不极化电极研制与测试

石油地球物理勘探 2025年

作者：李双双韩鹏莫淳淯陶德强王志刚何展翔南方科技大学地球与空间科学系广东省地球物理高精度成像技术重点实验室(南方科技大学) 东方地球物理公司综合物化探经理部

地电场测量是大地电磁、自然电位等地球物理勘探的重要步骤，长期高稳定性的电场传感器（电极）是高精度地电场观测的基础。实际应用中，电极性能对观测精度和勘探结果准确度的影响显著，如何保持测量电极的长期高稳定性是一个难题。为... 详细信息

地电场测量是大地电磁、自然电位等地球物理勘探的重要步骤，长期高稳定性的电场传感器（电极）是高精度地电场观测的基础。实际应用中，电极性能对观测精度和勘探结果准确度的影响显著，如何保持测量电极的长期高稳定性是一个难题。为此，从电极反应原理出发，首先通过加入微量纳米气相二氧化硅制备凝胶提升电解质的持水性和均匀性，增强不极化电极的稳定性；然后，在结构上改进了电极内部腔体小通道的尺寸和位置，进一步提升电极的稳定性和使用寿命，同时增加了可拆卸的养护筒以满足恶劣环境的使用需求。通过反复试验测试，最终研制出了长期高稳定性不极化电极（non-polarizing electrode,NPE）系列——固体不极化电极。对新研制的固体NPE的内阻、极化电位差、稳定性、自噪声水平、温度及频率响应等性能进行测试，测试结果表明其任意电极对极差小于0.1 mV，内阻小于200Ω，24小时极差漂移小于0.05 mV,1个月的极差漂移小于0.1 mV，温度系数小于25μV/℃，主要性能指标均达到了国际行业水平。本项研究为地电场的测量提供了一款新型、高精度国产传感器。

关键词：固体电极电解质极差稳定性温度系数频率响应

基于遥感影像的火星尘暴时空概率分析与预报——以“天问一号”任务为例

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科学通报 2025年第1期 107-120页

作者：杨茜李勃田园温埔正张江曲少杰戎昭金山东大学空间科学与物理学院山东省光学天文与日地空间环境重点实验室北京空间飞行器总体设计部中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院地球与行星物理重点实验室

尘暴是火星表面沙尘颗粒在剧烈的大气运动下形成的扬尘现象,局部尘暴可持续几个火星日(sols),大型甚至全球性尘暴可持续长达几个月.火星尘暴事件严重威胁探测器着陆过程的安全性,并可能加剧火星车太阳能帆板表面的沙尘沉积进而导致火星... 详细信息

尘暴是火星表面沙尘颗粒在剧烈的大气运动下形成的扬尘现象,局部尘暴可持续几个火星日(sols),大型甚至全球性尘暴可持续长达几个月.火星尘暴事件严重威胁探测器着陆过程的安全性,并可能加剧火星车太阳能帆板表面的沙尘沉积进而导致火星车供电不足.为保障火星探测任务着陆过程的安全,应开展火星尘暴事件的时空概率分析并对着陆前的尘暴事件进行预报.本文以中国首次火星探测任务“天问一号”为例,开展了:(1)基于长时间序列(MY24～28)火星遥感影像(MDGMs)来提取尘暴对象和尘暴序列,建立乌托邦平原(Utopia Planitia)研究区的尘暴时空数据库;(2)计算研究区中尘暴出现的时空概率,并对“天问一号”任务的着陆时间、地点以及“祝融号”火星车工作和休眠期内的尘暴活动进行分析评价;(3)完成“天问一号”主选和备选着陆圆的原生尘暴划分和尘暴序列的特征提取,并实现了“天问一号”任务着陆前的尘暴预报分析.未来应当结合大气环流模型模拟和计算的大气物理等参数(温度、压强、光学深度、风速和风向等)来综合研究尘暴等大气活动的机理和影响因子,以提高尘暴分析和预报的准确性以及实时性.

关键词：火星尘暴乌托邦平原天问一号时空概率尘暴预报

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生物样品中汞的电感耦合等离子体质谱分析与干扰校正方法

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岩矿测试 2025年第1期44卷 140-148页

作者：张灵火马娜陈海杰张鹏鹏胡梦颖徐进力白金峰中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所河北廊坊065000 自然资源部地球化学探测重点实验室河北廊坊065000

电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)在测定生物样品中的Hg时,由于Hg元素的电离能高、电离效率低,且存在W的氧化物等多原子离子干扰,很难进行直接准确测定,加之生物样品中有机质含量高,基体复杂,也会导致分析结果产生偏差。本文通过比较标... 详细信息

电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)在测定生物样品中的Hg时,由于Hg元素的电离能高、电离效率低,且存在W的氧化物等多原子离子干扰,很难进行直接准确测定,加之生物样品中有机质含量高,基体复杂,也会导致分析结果产生偏差。本文通过比较标准模式(STD)和动能歧视模式(KED)下测定Hg的质谱干扰情况,表明在STD模式下200Hg、202Hg均受到W、Re、Os、Er、Dy等元素多原子离子的干扰,而KED模式有效地降低了干扰;在KED模式下选择202Hg作为分析同位素,Er、Dy、Re、Os等对Hg的干扰可以忽略不计,而W的氧化物干扰仍难以完全消除。进而详细研究了KED模式下W对Hg测定的质谱干扰,Hg所受干扰程度与W含量呈线性相关(R2=0.9997),可利用KED模式结合数学校正法消除W的质谱干扰;优选了样品稀释倍数和内标元素,选择稀释倍数为100倍,50μg/L的Rh作为内标补偿基体效应。在此基础上建立生物样品中Hg的ICP-MS分析与干扰校正方法,检出限为1.2ng/g。采用该方法对9个标准物质中Hg含量进行测定,测定值与标准值(或参考值)一致,尤其是国家标准物质GBW10028(黄芪)、GBW10025(螺旋藻)、GBW10015a(菠菜)的准确度显著提高,相对标准偏差(n=10)为0.7%~7.0%。该方法操作简便,适用于W含量范围在0~1000ng/g,Hg含量范围在3.2~670ng/g的生物样品的测试。

关键词：生物样品汞电感耦合等离子体质谱法干扰校正

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华北克拉通沉积矿产与地球环境演变的关系

古地理学报 2025年

作者：张连昌佟小雪张新董志国王长乐朱明田高炳宇李文君岩石圈演化与环境演变全国重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所航天工程大学

华北克拉通广泛发育铁、锰、磷、镁、硼、铝等沉积类矿产,时间范围包括新太古代、古—中元古代及古生代和中生代,其形成规律与华北克拉通的形成与演化、大气—海洋环境的演变以及生物进化等重大事件密切有关。本文作者从华北克拉通铁、... 详细信息

华北克拉通广泛发育铁、锰、磷、镁、硼、铝等沉积类矿产,时间范围包括新太古代、古—中元古代及古生代和中生代,其形成规律与华北克拉通的形成与演化、大气—海洋环境的演变以及生物进化等重大事件密切有关。本文作者从华北克拉通铁、锰、磷、镁、硼、石墨、铝等沉积类矿产的时空展布、矿床地质和地球化学特征的角度,结合华北克拉通形成与演化及地球表生环境演变,综合分析了华北克拉通地区有关沉积矿产的分布规律及其与表生重大地质事件之间的关系。研究表明,新太古代大范围阿尔戈玛型BIF铁矿与古海洋整体缺氧环境有关;古元古代苏必利尔铁矿、沉积—变质磷矿、石墨矿、菱镁矿及硼矿等巨量成矿与大氧化事件相耦合,而石墨与磷矿的产出还反映了生物的大规模活动,菱镁矿与硼镁铁矿是干旱气候条件的反映;中元古代沉积锰矿、铁矿和磷矿的明显富集,可能与中元古代海洋局部升氧事件有关;石炭纪—二叠纪大规模铝土矿与晚古生代冰期在时间上相吻合。

关键词：沉积矿产大规模成矿成矿规律地球环境演变华北克拉通

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可移动式超音频快速电磁勘探技术研究

现代地质 2025年

作者：阮宏宇王猛林祖灿张袭远王心畅周珂宇张辉张魁元张荣薄汪永青张启升陆内火山与地震教育部重点实验室(中国地质大学(北京)) 中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院

可控源射频大地电磁法(controlled source radio magnetotelluric method，CSRMT) 是一种新型的频率域近地表电磁测深技术。该方法基于传统的大地电磁法（magnetotelluric， MT），通过设置人工发射源，并在远距离处观测电磁场的各个分... 详细信息

可控源射频大地电磁法(controlled source radio magnetotelluric method，CSRMT) 是一种新型的频率域近地表电磁测深技术。该方法基于传统的大地电磁法（magnetotelluric， MT），通过设置人工发射源，并在远距离处观测电磁场的各个分量，从而推断地下结构。本文提出的可移动式超音频快速电磁勘探技术基于可控源射频大地电磁法（CSRMT），它可以利用广播电台发射的AM信号、VLF海军电台发射的甚低频电磁信号、国家授时中心发射的电磁信号这些已有的人工场源进行电磁勘探，可通过运载车装配超音频可控源电磁接收机进行移动式勘探，不需要像传统的CSMT中那样现场布置人工场源，可使勘探效率大幅提升，节约了布置和维护发射机的勘探成本。本项技术中所研发可移动式超音频可控源电磁接收机的带宽范围达到1 Hz-600 kHz，采样率高达2.5 MHz，动态范围达到138 dB，视电阻率测量精度优于3%。

关键词：可控源射频大地电磁法电磁接收机 FPGA 视电阻率

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频率域电磁法电场梯度视电阻率研究

石油地球物理勘探 2025年

作者：罗志亮汤井田周聪肖晓有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室(中南大学) 有色资源与地质灾害探查湖南省重点实验室中南大学地球科学与信息物理学院东华理工大学地球物理与测控技术学院

频率域可控源电磁法（Controlled Source Electromagnetic Method,CSEM）相比大地电磁法具有抗干扰能力强、观测场值强度大等优势，在矿产资源、工程勘查等领域应用广泛。定义适当的视电阻率公式能更直观地反映地下介质的综合电性变化... 详细信息

频率域可控源电磁法（Controlled Source Electromagnetic Method,CSEM）相比大地电磁法具有抗干扰能力强、观测场值强度大等优势，在矿产资源、工程勘查等领域应用广泛。定义适当的视电阻率公式能更直观地反映地下介质的综合电性变化，视电阻率定义的研究一直是电磁法理论研究的重要课题之一。文中基于水平电偶极子在均匀大地表面产生的电场的解析式，推导了水平电场分量Ex的频率梯度和空间梯度解析式，用其计算均匀大地表面场值梯度响应；同时，基于加权外推法计算一维电磁响应，并采用三次样条插值算法计算场值的差分值。将电场梯度解析值与电场差分值进行对比，验证了频率梯度和空间梯度解析式的正确性。基于均匀半空间场值梯度等效层状介质场值梯度，采用数值迭代的二分法求解非线性方程得到电场梯度视电阻率。计算结果表明：文中所定义的视电阻率计算公式可以反映地电结构变化，用差分值代替场值梯度进行视电阻率计算能够达到精度要求；水平电场的空间梯度视电阻率可以像广域视电阻率一样在近区和远区分别收敛于一个接近模型底层和顶层电阻率的值，符合理论预期，但是频率梯度视电阻率测深曲线不收敛，无法正确反映地下介质的电性变化，不具备测深能力。

关键词：可控源电磁法场值梯度广域视电阻率频率梯度视电阻率空间梯度视电阻率

西南天山榴辉岩相脉体记录的俯冲带多期流体作用

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岩石学报 2025年第1期41卷 183-197页

作者：吕佳阳李继磊王钟瑞马智佩中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京101408

俯冲带是全球最大的物质循环系统,控制着壳幔相互作用、岛弧岩浆作用、成矿物质聚集和全球元素循环等诸多重要的地质过程。俯冲带流体作为板片向上覆地幔楔进行物质传输的重要媒介,在上述地质过程中扮演着关键角色。基于岛弧火山岩地球... 详细信息

俯冲带是全球最大的物质循环系统,控制着壳幔相互作用、岛弧岩浆作用、成矿物质聚集和全球元素循环等诸多重要的地质过程。俯冲带流体作为板片向上覆地幔楔进行物质传输的重要媒介,在上述地质过程中扮演着关键角色。基于岛弧火山岩地球化学特征、高温高压实验、相平衡模拟,以及高压-超高压变质岩的研究,我们对俯冲带流体基本特征及其地球化学行为已经有了较为深刻的认识,然而,目前对俯冲带流体作用的复杂性,如多期流体作用,还缺少深入的理解。本文对西南天山高压-超高压变质带榴辉岩中一条含石英-绿帘石-铁白云石-硫化物的高压脉开展了详细的岩石学、地球化学研究。脉体中有绿辉石、铁白云石、金红石等特征高压矿物的产出,暗示其代表的流体作用发生于高压条件下。脉体与主岩榴辉岩界线截然,之间无蚀变带/过渡带/交代晕产出,说明主岩榴辉岩与迁移流体之间没有发生显著的水-岩交换反应。脉体矿物(如绿帘石、铁白云石、黄铁矿等)的多期生长特征及其成分差异研究揭示出至少三期流体作用。前两期流体作用均发生于高压条件下,特征如下:(1)两期流体分别以两期矿物组合(Ep^(1)-Dol^(1)-Py^(1)组合以及Ep^(2)-Dol^(2)-Py^(2)组合)为代表,在第二期流体作用下,第一期流体沉淀的矿物(如Dol^(1)等)发生了明显的溶解-再沉淀作用;(2)两期流体性质均以富Ca、Si,含C_(2)、S为特征,第一期流体较第二期流体富Fe贫Mg,富Ni贫Co,富轻稀土元素(LREE);(3)两期黄铁矿的δ^(34)S值分别为-8‰和-5‰,暗示这两期流体均主要来源于俯冲沉积物,且第二期流体可能有更多俯冲洋壳或蛇纹岩脱水流体的参与;(4)两期流体作用下,碳酸盐矿物和硫化物显示出耦合共生的特点,暗示C、S在流体作用下可能具有协同演化(如溶解-迁移-沉淀)的关系。第三期流体作用以绿帘石+铁白云石反应生成方解石+绿泥石、绿帘石边部(与黄铁矿相邻处)发生成分改造为特征,流体作用发生在高压岩石折返的退变质阶段,记录了退变质流体的信息。本研究通过榴辉岩高压脉体中多期矿物生长的特征,揭示了俯冲带内多期流体作用,对深入理解俯冲带流体性质、流体来源、以及俯冲带关键挥发分元素的耦合演化信息,具有重要的科学意义。

关键词：西南天山榴辉岩高压脉体俯冲带流体多期流体作用

中亚造山带东南缘晚古生代-早中生代火山-沉积岩源区的演变:“内蒙地轴”隆升时间记录

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中国科学:地球科学 2025年第1期 299-313页

作者：郝文星杨进辉朱光中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室合肥工业大学资源与环境工程学院

库伦地区主体位于中亚造山带东南缘白乃庙岛弧带东段,紧邻南部的华北克拉通.这一地区记录了古生代至早中生代古亚洲洋的闭合过程,同时也是研究华北克拉通北缘大地构造演化的关键地带.本文对库伦地区的火山-沉积岩与侵入岩进行了锆石U-P... 详细信息

库伦地区主体位于中亚造山带东南缘白乃庙岛弧带东段,紧邻南部的华北克拉通.这一地区记录了古生代至早中生代古亚洲洋的闭合过程,同时也是研究华北克拉通北缘大地构造演化的关键地带.本文对库伦地区的火山-沉积岩与侵入岩进行了锆石U-Pb年代学与Hf同位素分析.对于前人划分的所谓“早石炭世”火山-沉积地层,依据本次获得的火山岩年龄（267～266Ma）、沉积岩碎屑锆石最年轻峰值年龄（265～244Ma）以及侵入其中的花岗岩年龄（242Ma）,表明这套地层时代实为267～242Ma（中二叠世-中三叠世）,分别属于青凤山组与刘家沟组.其中2件火山岩锆石年龄显示出较高的εHf（t）(+1.6到+16.1)和相对年轻的两阶段Hf模式年龄（1095～327Ma）,指示深部的岩浆源区属于中亚造山带.沉积岩碎屑锆石年龄谱与Hf同位素特征,指示库伦地区中二叠世-中三叠世沉积物源区主要为中亚造山带,而早侏罗世源区转变为以华北克拉通（“内蒙地轴”）为主.再结合华北克拉通北缘晚三叠世所发育的一系列砾岩（杏石口组,小营子组以及小河口组等）,表明研究区在晚三叠世发生了古地理格局突变,“内蒙地轴”经历了强烈隆升,从而成为北部库伦地区沉积物的主要源区.依据“内蒙地轴”上所发育的晚三叠世碱性岩带（235～215Ma）,推测其强烈隆升可能是向南俯冲的古亚洲洋板片断离所致,发生在后造山伸展背景下.此外,综合本次新识别的古元古代花岗岩（1.8Ga、1.6Ga）以及上述锆石年代学和Hf同位素数据,可以限定库伦地区华北克拉通与中亚造山带（白乃庙岛弧带）的具体界线位置.

关键词：中亚造山带华北克拉通锆石年代学 Hf同位素内蒙地轴

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燕山地区北京中生代上庄辉长岩-闪长岩-花岗岩杂岩体的壳幔岩浆混合成因及意义

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岩石学报 2025年第1期41卷 31-65页

作者：李友连郭敬辉欧阳东剑王浩彭澎钱青杨进辉中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

华北克拉通北缘东部的燕山地区,在晚中生代发育了广泛的中酸性岩浆岩。但是,在这期规模巨大的岩浆活动过程中,地幔的贡献方式和程度,一直不甚明了。在燕山西段北京上庄地区,发育一套辉长岩-闪长岩-花岗岩杂岩,其中包含空间上密切共生的... 详细信息

华北克拉通北缘东部的燕山地区,在晚中生代发育了广泛的中酸性岩浆岩。但是,在这期规模巨大的岩浆活动过程中,地幔的贡献方式和程度,一直不甚明了。在燕山西段北京上庄地区,发育一套辉长岩-闪长岩-花岗岩杂岩,其中包含空间上密切共生的辉长岩、辉长闪长岩、二长闪长岩、正长岩和花岗岩5个岩相单元,完整记录了从基性到中性、酸性连续的成分变化,是壳幔相互作用的理想研究对象。本文最新的高精度离子探针原位锆石U-Pb定年结果显示,这5个岩相单元的形成时代在125.9±1.1Ma~127.2±1.1Ma之间,相差不超过2Myr。成分差异显著的5个岩相,在如此短的时间内相继侵位形成,暗示了其成因上的密切关联。上庄杂岩体5个岩相单元的主、微量元素组成和主要地球化学指标,都不同程度地表现出连续变化的趋势,进一步指示了5个岩相单元之间密切的成因演化关系。结合全岩Sr-Nd同位素组成资料,我们提出上庄杂岩体的5个岩相单元来自富集岩石圈地幔和古老下地壳两个岩浆源区,经历了两类岩浆的混合作用,以及各自的分离结晶作用,最终形成这一杂岩体。具体来说,上庄杂岩体成因特征可以概括为:(1)作为基性端元的辉长岩单元,主体岩性为辉长岩和辉长苏长岩,以及少量橄长岩,ε_(Nd)(t)集中在-10.0~-8.5,来自EM1型的富集陆下岩石圈地幔。(2)辉长闪长岩和正长岩单元具有和辉长岩单元相同的Nd同位素组成范围,是由同源岩浆经历分离结晶作用所形成。(3)辉长闪长岩单元是稍早期侵入相中面积最大的,其中发育稍晚期沿裂隙贯入的多种类型的岩脉。其中,有一组花岗质岩脉,具有最低的ε_(Nd)(t)值(-19),其两阶段Nd模式年龄为2.5Ga,代表了来源于古老下地壳部分熔融的熔体。(4)将这些花岗质岩脉作为古老下地壳组成端员,二长闪长岩单元的元素和同位素组成,正好落在其与上述岩石圈地幔组成的混合线上,具有鲜明的壳幔组分混合特征;二长闪长岩中发育丰富的暗色微粒包体,斜长石斑晶发育复杂的内部结构和成分环带,如正环带、反环带和震荡环带等,且An值变化范围大(56~2),这些证据更直接表明其形成于基性和酸性岩浆的岩浆混合作用;岩浆混合模拟结果表明,二长闪长岩可以是约20%~30%幔源基性岩浆注入到壳源花岗质熔体的产物。(5)花岗岩单元具有与二长闪长岩单元相同的Nd同位素组成,高的SiO_(2)含量(71%~76%),显著Eu负异常、低Sr、Ba含量和高Rb/Sr比值,表明其应该是二长闪长质岩浆经由长石为主的分离结晶作用形成。上庄杂岩体的上述成因特征,显示出幔源岩浆活动的主导作用,不仅为大规模地壳熔融提供热流,更有相当高比例的直接物质贡献。综合区域上晚中生代中酸性岩浆岩资料,有相当高比例的岩体,其组成特征与上庄杂岩体的中酸性部分相当;相关岩性单元不能简单地归为埃达克质岩石,其成因不是由加厚下地壳部分熔融,而可能是古老下地壳受到幔源岩浆强烈影响的产物。

关键词：燕山侵入杂岩体岩石成因岩浆混合中生代