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花岗岩侵位后的热应力时空演化及其影响因素

地质力学学报 2024年第1期30卷 38-56页

作者：赵裕达张文高刘昊刘向冲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)地球科学与资源学院北京100083 自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室北京100081 中国地质科学院地质力学研究所动力成岩成矿实验室北京100081 中国地质大学(武汉)资源学院湖北武汉430074

花岗岩与岩浆热液型矿床、油气成藏等有密切的成因关系。高温岩浆侵位到较冷的围岩中会形成岩浆热场和热应力,但热应力的大小和其影响范围尚缺乏系统研究。随着岩浆热耗散、与周围地层达到热平衡后,热应力会逐渐消失,因而数值模拟是定... 详细信息

花岗岩与岩浆热液型矿床、油气成藏等有密切的成因关系。高温岩浆侵位到较冷的围岩中会形成岩浆热场和热应力,但热应力的大小和其影响范围尚缺乏系统研究。随着岩浆热耗散、与周围地层达到热平衡后,热应力会逐渐消失,因而数值模拟是定量研究岩浆热应力的常见方法之一。以往模拟岩浆热应力时往往采用岩石在常温下的线性热膨胀系数,但这与高温下岩石线性热膨胀系数存在较大差距。文章利用FLAC3D软件模拟花岗质岩浆侵位至上地壳范围内引起的热应力。求解物理方程包括热传导方程与线性热弹性本构方程,其中热场可通过温度差和线性热膨胀系数改变应力场,但应力场的变化不影响热场(即热场与应力场的单向耦合)。通过一系列数值模拟实验考察围岩岩性(花岗岩或碳酸盐岩)、杨氏模量、热学参数和岩浆侵位深度如何影响岩浆在上覆围岩产生的热应力。数值实验结果表明:岩石热传导系数通过传热快慢影响热应力的变化;围岩的杨氏模量越大,热应力也越大;由于花岗岩的平均杨氏模量大于碳酸盐岩,所以围岩为花岗岩时产生的热应力要高于碳酸盐岩;围岩无论是花岗岩还是碳酸盐岩,其在高温条件下的线性热膨胀系数比常温时高约1个数量级,产生的热应力最高可达100 MPa。花岗岩浆侵位后,围岩温度逐渐升高,对应的热应力不断增大;随着与岩浆房距离的增大,热应力不断减小,影响范围为岩浆房上方2 km以内;侵位深度浅的岩浆房冷却较快,其产生的热应力更有利于上覆围岩裂隙的形成和扩展。综合数值模拟结果可知,岩浆侵位所产生的热应力可影响岩体2 km内的应力场,这一局部存在且短瞬的热应力促使围岩破裂,为热液流体成矿提供运移通道或容矿空间。

关键词：花岗岩冷却岩浆热场数值模拟热应力线性热膨胀系数

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新型储能金属钒资源需求预测与供应分析

中国工程科学 2024年第3期26卷 74-85页

作者：陈仁凤龙涛陈其慎张艳飞邢佳韵刘敏王琨任鑫商铖红王晓中国地质科学院矿产资源研究所北京100032 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100089

随着全球太阳能、风能等新能源的快速发展,储能作为解决其发电间歇性等问题的必备设施,未来也将迎来爆发式增长。钒液流电池具有本征安全、全生命周期经济性好及环境友好等特点,且已具备产业化应用条件,在储能领域的重要性不断凸显。本... 详细信息

随着全球太阳能、风能等新能源的快速发展,储能作为解决其发电间歇性等问题的必备设施,未来也将迎来爆发式增长。钒液流电池具有本征安全、全生命周期经济性好及环境友好等特点,且已具备产业化应用条件,在储能领域的重要性不断凸显。本文分析了未来钒液流电池的发展趋势,设置了高速发展、参考和低速发展3种情景,结合钒液流电池单位钒用量,预测了未来不同情景下储能领域钒资源需求趋势。研究发现,未来钒资源需求将快速增长,尤其是在高增长情景下,全球2040年钒资源需求将较2021年增长276~338倍;分析全球钒资源的供应情况,认为随着钒液流电池的迅速发展,未来钒资源将供不应求。针对以上情况,研究提出:一是提高钒液流电池的技术研发力度;二是加大钒矿的地质勘查力度,积极探索新的钒矿资源;三是创新钒钛磁铁矿的提钒方法和技术,提高钒资源利用效率;四是加大钒资源的回收利用;五是重视境外钒钛磁铁矿的布局与开发。

关键词：电化学储能钒液流电池钒资源供应保障需求预测

秭归盆地下侏罗统火山碎屑沉积物源分析及其对东秦岭造山带晚三叠世地壳增厚的启示

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中国科学：地球科学 2024年第1期54卷 203-215页

作者：柴嵘杨江海杜远生王成善中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100023 中国地质大学(武汉)地球科学学院武汉430074 中国地质科学院北京100037

秦岭造山带在晚三叠世经历了强烈的碰撞造山作用,伴随岩浆底侵和构造变形,造山带可能发生了显著的地壳增厚和隆升,但对缺少同时期岩浆岩记录的造山带东段,其造山过程的地壳厚度变化还未有明确约束.在东秦岭造山带的南麓发育一系列的早... 详细信息

秦岭造山带在晚三叠世经历了强烈的碰撞造山作用,伴随岩浆底侵和构造变形,造山带可能发生了显著的地壳增厚和隆升,但对缺少同时期岩浆岩记录的造山带东段,其造山过程的地壳厚度变化还未有明确约束.在东秦岭造山带的南麓发育一系列的早中生代前陆盆地,保存有大量源自造山带隆升剥蚀的碎屑沉积记录,是重建造山带演化的重要信息载体.为进一步厘定秦岭造山带的碰撞造山过程,本文对秭归盆地下侏罗统桐竹园组的砂岩开展了火山岩岩屑地球化学、碎屑锆石U-Pb年代学和微量元素组成分析.结果显示,含有大量火山岩岩屑的砂岩具有250~200Ma的特征性碎屑锆石年龄组成,指示了其主要物源为三叠纪的火山岩.下侏罗统碎屑锆石U-Pb年龄谱的区域对比和古水流分析表明,该火山岩物源区应位于盆地北部的秦岭造山带,可与造山带西部出露的三叠纪花岗质岩体进行对比,同属于秦岭三叠纪碰撞造山的岩浆作用.依据花岗质岩和锆石化学组成与地壳厚度的相关关系,桐竹园组的火山岩岩屑La/Yb比值和三叠纪年龄碎屑锆石Eu/Eu*比值指示,秦岭造山带在晚三叠世发生了显著的地壳增厚,最大厚度可达60~70km,与秦岭造山带三叠纪花岗质岩石记录的地壳厚度变化一致,可能与碰撞造山过程中的大规模地壳缩短和岩浆作用有关.

关键词：秦岭造山带秭归盆地晚三叠世碎屑锆石地壳增厚

多重分形局部奇异性分析方法在中国西藏多龙矿集区深层次地球化学异常识别中的应用

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地质科技通报 2024年第5期43卷 296-310页

作者：唐杰王文磊袁长江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)地球科学与资源学院北京100083

勘查地球化学数据作为成矿地质体预测最重要的信息载体之一,在识别提取成矿异常以及挖掘深层次成矿信息中具有重要作用。基于地球化学元素空间分布的尺度不变性和广义自相似性,以多龙矿集区1∶5万勘查地球化学数据中的Cu、Au元素为例,... 详细信息

勘查地球化学数据作为成矿地质体预测最重要的信息载体之一,在识别提取成矿异常以及挖掘深层次成矿信息中具有重要作用。基于地球化学元素空间分布的尺度不变性和广义自相似性,以多龙矿集区1∶5万勘查地球化学数据中的Cu、Au元素为例,运用分形/多重分形和奇异性理论开展分析研究,进行成矿元素空间分布模式的识别和异常提取。针对研究区全区、断裂缓冲区和地层分区分别运用矩方法计算多重分形谱,用于描述局部地区元素的相对富集及亏损程度,并对区内Cu、Au成矿元素进行局部奇异性分析,以识别提取成矿元素的弱、缓异常信息,圈定成矿潜力区。研究表明,多龙矿集区内Cu、Au元素均表现为成矿有利模式。其中,Cu元素存在区域的弱富集,Au元素存在局部范围的超富集,近EW向与NE向断裂的交汇区域以及侏罗系为区内最有利成矿位置。通过绘制局部奇异性指数空间分布图,表征了Cu、Au元素地球化学异常空间分布特征,进而圈定了矿集区的中部和北部为成矿潜力区。

关键词：勘查地球化学数据多龙矿集区分形/多重分形局部奇异性异常提取

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2000—2022年中国钕动态物质流分析

中国矿业 2024年第9期33卷 1-11页

作者：蔡浚旭文博杰韩中奎代涛闫强中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083 中国地质科学院矿产资源研究所北京100037 中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心北京100037

钕(Nd)是全球能源绿色低碳转型过程中所需的关键稀土金属元素,广泛应用于电子、家用电器、风力涡轮机、汽车催化剂、传统汽车和新能源汽车等领域。钕重要性日益凸显,开展钕物质流分析,定量刻画钕元素在全产业链的物质流动过程,厘定潜在... 详细信息

钕(Nd)是全球能源绿色低碳转型过程中所需的关键稀土金属元素,广泛应用于电子、家用电器、风力涡轮机、汽车催化剂、传统汽车和新能源汽车等领域。钕重要性日益凸显,开展钕物质流分析,定量刻画钕元素在全产业链的物质流动过程,厘定潜在风险点,对于提升钕产业链供应链稳定性具有重要意义。本文基于物质流分析法构建了钕生命周期动态物质流分析模型,研究结果表明,中国钕以国内供应为主,其他来源的钕资源占比较少,但近年来钕稀土精矿进口量逐渐增加。随着国内经济发展,钕上游产品出口量减少,进口量增加;在产业链中游,钕主要用于生产钕铁硼永磁铁,2000年,消费领域占比90.28%,2022年,占比达到93.08%;在终端产品中,钕消费量由2000年的672 t增长到2022年的37896 t,增长了56.3倍。中国钕资源产业链完整,钕在用存量规模大,极具回收潜力,然而钕回收率较低,亟待提升回收利用技术水平,促进稀土行业的可持续发展。

关键词：钕物质流分析生命周期流量在用存量

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基于SWAT模型的珠江流域地下水资源评价

地球科学 2024年第5期49卷 1876-1890页

作者：赵良杰王莹周妍曹建文杨杨王喆中国地质科学院岩溶地质研究所自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室广西桂林541004 广东省地质环境监测总站广东广州510510 中国地质大学北京100083

在梳理珠江流域地下水资源评价现状及历史的基础上,讨论了SWAT分布式水文模型基本原理和基础数据库,将珠江流域划分为129个地下水子流域,充分考虑岩溶、基岩裂隙及孔隙含水介质参数敏感性的基础上,基于9个水文站2008-2016年逐月实测径... 详细信息

在梳理珠江流域地下水资源评价现状及历史的基础上,讨论了SWAT分布式水文模型基本原理和基础数据库,将珠江流域划分为129个地下水子流域,充分考虑岩溶、基岩裂隙及孔隙含水介质参数敏感性的基础上,基于9个水文站2008-2016年逐月实测径流量进行参数率定和模型校准,并根据1957-2017年降雨量计算不同年份降雨保证率,分析评价珠江流域多年地下水资源量,最后开展降雨入渗系数和地下水补给模数参数反演.通过本次评价,珠江流域2010-2016年平均补给量为1488.02亿m^(3),特枯年(2011)、平水年(2010)及丰水年(2016)地下水总补给量分别为719.49亿m^(3)、1446.82亿m^(3)、1781.87亿m^(3),其中丰水年的降雨量约为特枯年的1.7倍,地下水补给量为2.48倍,岩溶、基岩裂隙及孔隙含水介质的年均补给总量分别为529.91亿m^(3)、445.13亿m^(3)、512.98亿m^(3),通过参数反演获得年均地下水补给模数为10.83 L/s·km^(2),降雨入渗系数为0.246,以期为流域内地下水开发利用与治理保护提供数据支撑和科学服务.

关键词：分布式水文模型地下水资源珠江流域水资源评价参数反演水文地质

川西甲基卡区域伟晶岩分异演化及锂成矿过程:来自白云母矿物学的约束

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岩石学报 2024年第2期40卷 499-509页

作者：韩志辉熊欣李建康严清高姜鹏飞自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室中国地质科学院矿产资源研究所北京100037 中国地质大学北京100083 昆明理工大学昆明650093

甲基卡位于松潘-甘孜造山带内,为我国超大型伟晶岩型锂矿床之一,具有较大的经济价值。甲基卡伟晶岩在空间上具有良好的分带,以二云母花岗岩为中心,向外依次为微斜长石伟晶岩带(Ⅰ带)→微斜长石-钠长石伟晶岩带(Ⅱ带)→钠长石伟晶岩带(Ⅲ... 详细信息

甲基卡位于松潘-甘孜造山带内,为我国超大型伟晶岩型锂矿床之一,具有较大的经济价值。甲基卡伟晶岩在空间上具有良好的分带,以二云母花岗岩为中心,向外依次为微斜长石伟晶岩带(Ⅰ带)→微斜长石-钠长石伟晶岩带(Ⅱ带)→钠长石伟晶岩带(Ⅲ带)→锂辉石伟晶岩带(Ⅳ带)→白云母伟晶岩带(Ⅴ带)。为了研究甲基卡区域伟晶岩脉空间演化和稀有金属富集规律,本文对各分带伟晶岩的白云母进行了主量、微量元素研究。根据矿物内部结构和化学成分,区域伟晶岩存在两阶段演化:早阶段在Ⅰ带至Ⅳ带形成均一结构的原生白云母;晚阶段Ⅴ带形成具有成分分带的白云母,二者在成分上Li、Rb、Cs含量和K/Rb、K/Cs比值呈现明显差异,表明演化程度明显加大,流体组分比例升高,表明体系由以熔体为主的阶段进入以熔流体为主相对不稳定的阶段。从Ⅰ带至Ⅳ带,原生白云母的K/Rb、Kb/Cs比值降低有限,微量元素Li、Rb、Cs、Ta含量总体略微升高,表明甲基卡区域伟晶岩脉经历了中等程度的结晶分异演化。V带云母的主微量成分呈振荡变化,该现象主要受熔体不混溶过程的控制。总体上,原生白云母均有具有高Li、Cs、B含量的特征,表明初始熔体极具成矿潜力。白云母中K/Rb比值小于等于20或Cs含量大于等于400×10^(-6)可以作为评价Li-Cs-Ta(LCT)伟晶岩发生锂辉石矿化的指标。

关键词：伟晶岩白云母化学成分区域分带甲基卡结晶分异程度

北山地区发现与古亚洲洋打开相关的新元古代岩浆岩

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地质通报 2024年

作者：王二腾翟新伟陈万峰武磊宋高瑞王金荣兰州大学地质科学与矿产资源学院甘肃省西部矿产资源重点实验室

中亚造山带南缘北山地区分布的前寒武系岩石对研究古亚洲洋的形成演化及成矿具有重要的价值，但北山地区与古亚洲洋打开相关的岩浆证据发现极少，以及北山红山铁矿的形成时代也缺少精确的同位素年代学约束。本文根据野外调查、锆石U-Pb... 详细信息

中亚造山带南缘北山地区分布的前寒武系岩石对研究古亚洲洋的形成演化及成矿具有重要的价值，但北山地区与古亚洲洋打开相关的岩浆证据发现极少，以及北山红山铁矿的形成时代也缺少精确的同位素年代学约束。本文根据野外调查、锆石U-Pb年代学和地球化学研究，报道北山地区中部独红山辉长岩和与红山铁矿相关的安山质凝灰岩年龄分别为765 Ma 和756 Ma，并且辉长岩地球化学特征具有板内（大陆）裂谷构造背景。结合已有研究和区域构造演化，本文认为古亚洲洋在北山地区打开的时限不早于765 Ma，北山红山铁矿形成于南华纪（756 Ma）。

关键词：北山地区古亚洲洋新元古代

三维地震和重力在思茅盆地固体钾盐勘探中的应用

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矿床地质 2024年第5期 1149-1163页

作者：苗忠英郑绵平黄元溢严加永朱永山娄鹏程刘圆应中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部盐湖资源与环境重点实验室中国石油集团东方地球物理公司中国地质科学院中国地质大学(北京)地球科学与资源学院

钾盐是中国紧缺的战略性矿产资源，思茅盆地是实现国内固体钾盐找矿突破最现实的区域之一。然而，复杂的构造条件及岩盐特殊的理化性质制约了找矿突破。为探索有效的找矿方法，笔者首次将三维地震应用到钾盐找矿实践中，同时开展了重力... 详细信息

钾盐是中国紧缺的战略性矿产资源，思茅盆地是实现国内固体钾盐找矿突破最现实的区域之一。然而，复杂的构造条件及岩盐特殊的理化性质制约了找矿突破。为探索有效的找矿方法，笔者首次将三维地震应用到钾盐找矿实践中，同时开展了重力等其他地球物理方法综合勘查，研究结果表明：(1)三维地震数据处理需重点关注低频面波的压制；(2)三维地震属性中的瞬时振幅、道积分、Prg*CIP在识别2000 m以深的盐体边界方面有独特的优势，据此预测顶面埋深1700～2800 m、面积为4.28 km2的盐体已被MK-3井钻探证实；(3)在山区应用地震探测钾盐尚处于探索阶段，数据采集、处理、解释方面还需要不断积累资料和经验；(4)重力探测钾盐的理论基础可靠，浅层盐体赋存区全部存在重力负异常；(5)第四系、新近系等与盐体密度相近的地质体、地层形态变化或断层也可引起重力负异常，此时须进一步结合其他地球物理手段和地质规律方可判断负异常区内的含矿性。三维地震和重力是以往思茅盆地内钾盐找矿实践中应用效果较好的两种物探手段，由于地球物理资料的多解性以及不同技术手段成本的差异性，在今后的找矿实践中可综合基础地质、矿床地质、探测效果及效率、经济性等因素使用。

关键词：地震勘探重力勘探地球物理钾盐思茅盆地