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北京西山岩溶地下水化学特征及成因分析

环境科学 2024年第2期45卷 802-812页

作者：郭高轩代垠东许亮朱琳欧志亮戚琦辛宝东北京市地质环境监测所北京100195 城市地下水安全防控技术创新基地北京100195 首都师范大学水资源安全北京实验室北京100048

岩溶地下水是北京市重要的供水水源,西山岩溶水系统地处北京西部上游地区,绝大多数属于生态涵养区,区内分布有多个集中供水水源地,在城市供水安全和生态环境保护中发挥着难以替代的作用.以西山岩溶水系统为研究对象,开展系统地下水水化... 详细信息

岩溶地下水是北京市重要的供水水源,西山岩溶水系统地处北京西部上游地区,绝大多数属于生态涵养区,区内分布有多个集中供水水源地,在城市供水安全和生态环境保护中发挥着难以替代的作用.以西山岩溶水系统为研究对象,开展系统地下水水化学组分调查,综合运用统计分析法、离子比例法以及主成分分析法(PCA)等方法,对研究区120件岩溶地下水样品进行了分析研究,探讨了地下水水化学空间分布特征及其形成机制.结果表明:①西山系统地下水水质整体状况较好,属中性、低盐度的优质淡水,84.17%水样属于硬水,地下水化学类型以HCO_(3)-Ca·Mg为主;②地下水化学组分主要受到水-岩石相互作用控制,岩石风化源类型由蒸发岩、硅酸盐和碳酸盐共同控制,以碳酸盐风化为主要控制因素.③主成分分析结果表明,系统地下水化学形成的34.41%归因于碳酸盐岩的溶解,27.33%来源于岩盐、蒸发岩溶解,11.76%来自于含水层沉积物的溶解,10.30%来自于人类活动生活污水的排放.由补给区到径流区再到排泄区,地下水TH、TDS逐渐升高.采煤活动和人类活动是引起山前地带地下水劣变和水化学类型多变的主要因素.未来应进一步加强环境治理,做好点源和面源污染治理,对重点部位持续监测,为生态环境保护提供科学支撑.

关键词：北京西山岩溶水系统水化学特征主成分分析(PAC) 成因分析

太阳能补热热泵供暖实验及地温场热均衡模拟研究

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煤田地质与勘探 2024年第1期52卷 159-167页

作者：贾子龙郑佳张耀斌陈珂刘爱华李娟北京市地热调查研究所北京102218 自然资源部浅层地热能重点实验室北京100195 中国地质大学(北京)水环境与资源学院北京100083

为探索多能互补的清洁能源供暖技术,满足北京市村镇分散式建筑清洁供暖需求,在北京农村地区建设太阳能-地源热泵复合式系统,进行太阳能补热热泵供暖实验,并利用COMSOL软件开展地温场热均衡模拟研究。结果表明:相较单一地源热泵系统,太... 详细信息

为探索多能互补的清洁能源供暖技术,满足北京市村镇分散式建筑清洁供暖需求,在北京农村地区建设太阳能-地源热泵复合式系统,进行太阳能补热热泵供暖实验,并利用COMSOL软件开展地温场热均衡模拟研究。结果表明:相较单一地源热泵系统,太阳能补热热泵供暖方案下,地源侧出水温度提升23%,系统制热能效比(Coefficient of Performance,COP)和机组COP分别提升19%、25%;系统运行10 a,地源热泵系统单季节运行方案下总的取热量要多于间歇期自然恢复量,地温场总均衡为-8.91×10^(9)kJ;单一地源热泵方式运行和太阳能补热方式运行在双季节情况下总的取热量小于总的排热量,地温场总均衡分别为4.220×10^(9)、1.084×10^(10)kJ。因此,双季节运行方案对地温场不会产生负均衡,反而会对地温场有一定的热量补充。地源热泵系统运行中加入太阳能补热,对地温场的影响更小,可显著提升系统和机组效率,该模式适用于北京农村地区特别是供暖需求较大的建筑。

关键词：太阳能地源热泵数值模拟地温场取热量排热量能效比

贝叶斯反演：震源参数反演研究的重要方法与挑战

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地球物理学进展 2024年

作者：王者刘云华中国地震局地质研究所

地球物理反演在地震研究和预测中扮演着至关重要的角色。本文旨在概括传统反演方法的局限性，并专注介绍了一种以贝叶斯理论为基础的不确定性反演方法。贝叶斯反演通过不同类型的先验分布和似然函数计算后验分布，特别关注传统的马尔科... 详细信息

地球物理反演在地震研究和预测中扮演着至关重要的角色。本文旨在概括传统反演方法的局限性，并专注介绍了一种以贝叶斯理论为基础的不确定性反演方法。贝叶斯反演通过不同类型的先验分布和似然函数计算后验分布，特别关注传统的马尔科夫链蒙特卡罗法（Markov Chain Monte Carlo， MCMC）和变分推断方法，以提高反演结果的可靠性。本文详细介绍了贝叶斯反演的关键技术，着重探讨正则化方法（如拉普拉斯正则化和冯卡门正则化），它们限制了地震反演的参数空间，并通过案例研究验证了其有效性。同时，对采样方法（如Metropolis-Hastings算法和Gibbs采样）进行了阐述，这些方法能够对参数空间进行抽样，并近似计算后验分布。尤其详述了Metropolis-Hastings算法在地震反演中的应用。在讨论中强调了模型参数选择的重要性，例如与断层几何形态选择相关的不确定性对反演结果的影响，并介绍了一种将断层几何形态的不确定性纳入反问题的方法。进一步探讨了在构建有限断层源模型时所面临的挑战，并提供了一个使用贝叶斯方法评估不同滑动模型集群可信度的案例研究。最后，文章总结了贝叶斯方法的局限性，并提出了未来研究的方向。在地球物理反演领域，贝叶斯方法的应用为解决传统方法的局限性提供了新的思路和可能性。

关键词：贝叶斯方法地球物理反演正则化方法采样方法模型参数模型评价

华北克拉通古元古代造山带关键金属-非金属成矿规律研究进展

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岩石学报 2024年第10期40卷 2963-2970页

作者：刘福来王舫王慧宁田忠华自然资源部深地动力学重点实验室中国地质科学院地质研究所北京100037

华北克拉通存在三条古元古代造山带,自东向西依次为胶-辽-吉造山带、中部造山带和西部孔兹岩带(Zhao et al.,2012)。这三条古元古代造山带蕴藏着十分丰富的矿产资源,其中关键金属矿产包括钴和镍,关键非金属矿产包括石墨和硼,以及赋存于... 详细信息

华北克拉通存在三条古元古代造山带,自东向西依次为胶-辽-吉造山带、中部造山带和西部孔兹岩带(Zhao et al.,2012)。这三条古元古代造山带蕴藏着十分丰富的矿产资源,其中关键金属矿产包括钴和镍,关键非金属矿产包括石墨和硼,以及赋存于古元古代地层中的金矿等。钴、镍、石墨和硼是我国当前急需和紧缺的战略性矿产资源,对外依存度高达80%以上,消耗量居世界前列。因此,加强我国华北克拉通古元古代造山带钴、镍、石墨和硼的成矿规律研究和找矿勘查,已成为满足国家需求、解决我国关键金属和非金属供给问题的当务之急。本专辑在国家重点研发计划项目“钴镍成矿规律与高效勘查技术示范研究”、国家自然科学基金委员会重大研究计划“战略性关键金属超常富集成矿动力学”下设重点支持项目“复合造山带多期重大变质-构造变形事件的性质对关键金属钴迁移-超常富集成矿过程的制约”和中国地质调查局项目“辽吉构造带及北部邻区钴-镍富集成矿规律、找矿标志及靶区优选”的资助下组织的,论文主要针对华北克拉通古元古代造山带钴、镍、石墨、硼以及金矿的成矿规律进行系统总结,重点解剖了典型矿床成因并与国外同类矿床进行了对比。

关键词：华北克拉通中国地质调查局成矿规律研究古元古代勘查技术金属矿产重大研究计划国家重点研发计划

南海北部扩张的地表过程响应:来自海南岛五指山的磷灰石裂变径迹年龄证据

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地质学报 2024年第2期98卷 421-432页

作者：史军华韩帅杜建军韩建恩孙东霞胡道功中国地质科学院地质力学研究所北京100081 中国地质大学北京100083

海南岛是南海地块的重要组成部分,其构造演化很大程度上能够反映整个南海的构造活动特征。新生代,海南岛在新构造运动作用下,断块差异升降比较明显,形成了大致以王五-文教断裂为界,北为沉降区,南为断隆区的构造格局。对断隆区隆升过程... 详细信息

海南岛是南海地块的重要组成部分,其构造演化很大程度上能够反映整个南海的构造活动特征。新生代,海南岛在新构造运动作用下,断块差异升降比较明显,形成了大致以王五-文教断裂为界,北为沉降区,南为断隆区的构造格局。对断隆区隆升过程的研究能够帮助揭示海南岛新构造活动历史,但至今为止,琼中南山地隆升的原因和时限仍存在争议。为了厘清海南岛中部的剥露隆升事件,本文选择琼中南地区海拔最高、高差最大的五指山为研究区,采集8组高程岩石样品,高程范围为203.55~1153.52 m。对采集的样品进行了磷灰石裂变径迹测试和热历史模拟分析,结果表明海南岛五指山地区新生代主要经历了两期快速隆升剥露。第一期为渐新世—中新世(32~17 Ma):隆升速率较快,此时期太平洋板块向欧亚板块俯冲后撤,南海正经历第二次扩张,使得海南岛拉张,活动强烈,造成琼中山地区快速隆升,直到中中新世转为缓慢隆升。第二期为中新世末期(5 Ma)的快速剥蚀隆升阶段:南海扩张已经结束,随着菲律宾板块俯冲亚洲板块,南海北部陆缘整体处于加速热沉降阶段,且全球气候变化加快,造成了海南岛广泛的隆起和加速剥蚀。

关键词：裂变径迹新生代构造运动隆升与剥露历史海南岛五指山

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硼的地球化学特征及富集成矿机制

岩石学报 2024年第10期40卷 3238-3256页

作者：王丹蒋宗胜田忠华赵海香王娜王雅涵刘冰中国地质科学院地质研究所北京100037 中国地质科学院矿产资源研究所北京100037 河海大学地球科学与工程学院南京211100 辽宁省第七地质大队有限责任公司丹东118003

硼是一种关键的非金属战略矿产资源,广泛应用于化工、冶金、建材、纺织和核技术等领域,其在新兴战略产业中的重要性日益凸显。本文综述了硼的地球化学特性、同位素分馏行为及全球主要硼矿的分布与成因机制。硼在自然界中的分布存在显著... 详细信息

硼是一种关键的非金属战略矿产资源,广泛应用于化工、冶金、建材、纺织和核技术等领域,其在新兴战略产业中的重要性日益凸显。本文综述了硼的地球化学特性、同位素分馏行为及全球主要硼矿的分布与成因机制。硼在自然界中的分布存在显著差异,地壳中的含量明显高于地幔。在不同地质过程中,硼元素经历了分异作用,导致不同岩石单元的硼同位素发生分馏。硼在地壳中的超常富集过程会形成硼酸盐矿物,这些矿物的形成条件(包括温度、压力和氧逸度)对于硼矿床成因研究具有重要意义。本文探讨了几种主要硼矿床的矿物组成及其成因机制,包括火山沉积型、现代盐湖型、海相蒸发盐型、矽卡岩型和沉积-变质型矿床。此外,中国的硼矿类型也十分丰富,其中最重要且储量最大的硼矿床为辽吉地区的沉积-变质型和青海-西藏地区的盐湖型硼矿床。文中详细介绍了这两类硼矿床的矿物组合特征、产状、年代及成矿模式,并对未来研究中存在的关键科学问题进行了梳理。

关键词：硼酸盐矿物硼同位素分馏硼同位素储库非海相型硼矿床变质型硼矿床

柴西缘花土沟超高温变质地体中的镁铝麻粒岩岩石成因及其与熔体行为的关系

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岩石矿物学杂志 2024年第2期43卷 201-218页

作者：滕霞张建新毛小红武亚威郭祺北京大学地球与空间科学学院北京100871 中国地质科学院地质研究所北京100037

镁铝麻粒岩泛指一类全岩化学成分富镁、铝的麻粒岩相变质岩,是研究超高温变质作用的峰期变质条件和变质演化历史的重要对象,但目前对它的原岩属性和岩石成因的认识仍十分有限。本文以柴达木地块西缘的花土沟超高温变质地体为例,在野外... 详细信息

镁铝麻粒岩泛指一类全岩化学成分富镁、铝的麻粒岩相变质岩,是研究超高温变质作用的峰期变质条件和变质演化历史的重要对象,但目前对它的原岩属性和岩石成因的认识仍十分有限。本文以柴达木地块西缘的花土沟超高温变质地体为例,在野外调查基础上,对镁铝麻粒岩和泥质片麻岩进行了岩相学和全岩地球化学分析,发现镁铝麻粒岩与含浅色体的泥质片麻岩的SiO_(2)、TiO_(2)、P_(2)O_(5)含量相似,TFe_(2)O_(3)、Al_(2)O_(3)、MnO、CaO、Na_(2)O含量虽有差异但变化范围存在交集。此外,两类岩石具有相似的微量和稀土元素配分曲线,结合两者的矿物组合也存在相似性,提出花土沟镁铝麻粒岩的原岩可能是与泥质片麻岩类似的泥质沉积岩。从低角闪岩相变泥质岩到含浅色体的泥质片麻岩,再到镁铝麻粒岩,其全岩化学成分向着贫铝、钙、钾、钠,富铁、镁的趋势变化。其中,高XMg值(0.51~0.69)是镁铝麻粒岩与其他泥质片麻岩(XMg=0.34~0.43)的最大差别。通过对变泥质岩的相平衡模拟和理论计算,发现部分熔融和熔体丢失能解释大部分的变化趋势,但基本不影响全岩XMg值;只有在进变质升温过程中丢失含石榴子石的熔体才能造成变泥质岩的镁铝麻粒岩化。此外,富石榴子石的泥质残留体相比附近的含浅色体泥质片麻岩,贫硅、钠、钾,富集铝、铁、镁、锰、钙,重稀土元素含量显著高于后者,上述地球化学特征对应石榴子石熔体的加入而后长英质熔体的丢失,支持野外观察到的熔体携带石榴子石迁移的现象。最后,对镁铝麻粒岩只呈透镜体产出的原因做出了推测,即熔体很难带着石榴子石完成长距离迁移,只有被长英质正片麻岩包围的泥质沉积物,其进变质加热阶段形成的熔体才能携带石榴子石完全迁出原岩,促成变泥质岩透镜体的镁铝麻粒岩化,目前仍需更多的相关研究来验证这一推测。在世界其他高温-超高温变质岩区,石榴子石熔体的迁出和泥质岩的镁铝麻粒岩化可能也不同程度有所保留和记录。

关键词：柴西缘高温-超高温变质作用镁铝麻粒岩岩石成因含石榴子石熔体

不同纬度地区航磁三分量矢量解释技术应用研究

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Applied Geophysics 2024年第2期21卷 289-302,420页

作者：郭华王明韩松常畅姚雨暘中国自然资源航空物探遥感中心北京100083 吉林大学长春130000 中国地质科学院地质研究所北京100037 中国地质大学(北京) 100084

我国的航磁三分量勘查系统于2017年研制成功,但是利用大面积性航磁三分量数据开展地质解释研究尚处于起步阶段,通过研究认为垂向分量、东向分量和北向分量数据需要进行化极,虽然相关文献和教材开展了航磁三分量中三个分量的化极理论公... 详细信息

我国的航磁三分量勘查系统于2017年研制成功,但是利用大面积性航磁三分量数据开展地质解释研究尚处于起步阶段,通过研究认为垂向分量、东向分量和北向分量数据需要进行化极,虽然相关文献和教材开展了航磁三分量中三个分量的化极理论公式的推导但并不是最终结果,本文经过深入的理论公式推导首次获得了三个分量的化极理论公式,同时将化极后的三个分量数据得到的磁异常总强度矢量数据的相关意义进行了深入分析,得出磁异常总强度矢量图可以较好地指向磁性地质体的赋存位置,在此基础上设计了单一异常体的简单模型和4个异常体的复杂模型开展理论分析,对不同纬度的三个分量数据化极效果进行了分析,得出虽然在低纬度地区三个分量的化极效果并不理想,但是所绘制的磁异常总强度矢量箭头图却可以不受低纬度化极效果不好的影响,在纬度1°-90°的三个分量数据经过化极后绘制的磁异常总强度矢量箭头总能指向磁性地质体,而且汇聚的矢量箭头的位置还可以反映地质体的埋藏深度,然后将该思路应用于中国北部某地区的航磁三分量数据,所绘制的磁异常总强度矢量箭头图出现了指上和指下的现象,通过研究认为箭头图指上的现象是由于该区域的磁性地质体存在有剩磁现象,通过对比地质资料并得到了验证。

关键词：航磁三分量北向分量东向分量垂向分量磁异常总强度矢量

西秦岭商丹缝合带寒武纪斜长花岗岩的成因机制——对原特提斯洋俯冲起始的启示

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岩石矿物学杂志 2024年第2期43卷 304-329页

作者：郭祺张建新毛小红武亚威中国地质科学院地质研究所北京100037 北京大学地球与空间科学学院北京100871

大洋斜长花岗岩是指分布在蛇绿岩或现今洋壳中的少量长英质侵入体,可形成在洋中脊及俯冲带等多种构造环境,虽然其在洋壳和蛇绿岩中所在体积很小,但对探究大洋岩石圈演化、俯冲起始及洋-陆转化机制具有重要意义。本文对北秦岭造山带西段... 详细信息

大洋斜长花岗岩是指分布在蛇绿岩或现今洋壳中的少量长英质侵入体,可形成在洋中脊及俯冲带等多种构造环境,虽然其在洋壳和蛇绿岩中所在体积很小,但对探究大洋岩石圈演化、俯冲起始及洋-陆转化机制具有重要意义。本文对北秦岭造山带西段商丹缝合带内新识别出的斜长花岗岩开展了岩石学、地球化学和锆石U-Pb年代学的综合研究。全岩地球化学结果指示花岗闪长岩具有高的SiO2、Al2O3含量以及较低的K2O、TiO2含量,属于低钾亚碱性、准铝质到弱过铝质的岩石。微量元素相对富Sr、贫Nb、Ta和Ti,具有平坦的稀土元素配分模式,是弧前环境中由俯冲板片在浅部层次部分熔融成因的大洋斜长花岗岩。3个斜长花岗岩样品分别记录了526±4 Ma、515±4 Ma和517±6 Ma的锆石U-Pb年龄,结合前人同时代的玻安岩、高镁安山岩的报道,西秦岭商丹缝合带保留有与伊豆-小笠原-马里亚纳(IBM)俯冲带相似的弧前岩石组合,这些弧前的玻安岩、高镁安山岩和斜长花岗岩表明商丹洋在早寒武世发生了洋壳的初始俯冲。结合区域地质资料,认为中央造山带可能在寒武纪发生了与IBM俯冲带规模相当的俯冲起始。

关键词：西秦岭商丹缝合带斜长花岗岩部分熔融俯冲起始