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土壤中典型矿物对锑的吸附-沉积行为研究

岩矿测试 2025年第1期44卷 127-139页

作者：郭贵宾袁晓雅黄理金帅琴胡圣虹欧阳磊生物地质与环境地质国家重点实验室中国地质大学(武汉)材料与化学学院湖北武汉430074

矿物开采、煤炭燃烧等人类活动使大量的锑进入土壤,造成严重的锑污染,危害人类健康。厘清环境中锑的吸附-沉积行为对锑的环境归趋预测及污染防治具有重要意义,但土壤中典型矿物对锑的吸附沉积行为缺乏系统比较,界面吸附形态也难以表征... 详细信息

矿物开采、煤炭燃烧等人类活动使大量的锑进入土壤,造成严重的锑污染,危害人类健康。厘清环境中锑的吸附-沉积行为对锑的环境归趋预测及污染防治具有重要意义,但土壤中典型矿物对锑的吸附沉积行为缺乏系统比较,界面吸附形态也难以表征。为了系统地比较土壤中典型矿物对锑的吸附能力差异,本文选用土壤中常见的5种金属氧化物(赤铁矿、针铁矿、水铁矿、氧化铝、斜方锰矿)和1种黏土矿物(高岭石),探究Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)在其表面的吸附热、动力学行为,并基于原位拉曼光谱表征分析了锑的吸附形态,推测其吸附机理。结果表明:铁锰氧化物对锑的吸附容量较大,而氧化铝、高岭石对锑吸附容量较小,6种典型矿物对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)吸附容量(mg/g)分别为水铁矿(101.4、55.9)>斜方锰矿(16.52、7.58)>针铁矿(13.30、5.67)>赤铁矿(5.13、3.70)>氧化铝(1.66、1.69)>高岭石(0.27、0.51);受锑存在形态及矿物表面电位的影响,酸性条件下有利于Sb(Ⅴ)的吸附,吸附量较之碱性环境有24%~78%增加,而Sb(Ⅲ)的吸附受pH值影响较小(变化范围0.3%~14%);土壤中典型矿物对不同浓度的Sb(Ⅴ)主要为吸附作用,而Sb(Ⅲ)在较高浓度时,可能在矿物表面发生沉积,形成Sb_(2)O_(3)。本文通过采用拉曼光谱,基于锑的特征谱峰,可方便地对矿物表面吸附态和沉积态的锑进行原位表征。

关键词：锑水铁矿斜方锰矿氧化铝吸附沉积拉曼光谱

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矿物增强生物光合作用理论与应用研究取得新突破

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地学前缘 2025年

作者：鲁安怀杜逸飞方谦丁竑瑞李艳北京大学地球与空间科学学院矿物环境功能北京市重点实验室中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室

光合作用是决定农作物产量的首要关键因素,当前农作物的光合作用效率对日光能的利用率仅为2%左右,影响粮食蔬菜等作物产量。《地学前缘》面向世界科技前沿,面向经济主战场,跟踪我们系列科研成果近三十年。近年来,围绕矿物增强生物光合... 详细信息

光合作用是决定农作物产量的首要关键因素,当前农作物的光合作用效率对日光能的利用率仅为2%左右,影响粮食蔬菜等作物产量。《地学前缘》面向世界科技前沿,面向经济主战场,跟踪我们系列科研成果近三十年。近年来,围绕矿物增强生物光合作用这一原创性国际前沿科研成果,及其在解决农业增产提质这一国际难题的突破性应用成果开展了连续报道。我们最近研究进一步证实植物叶绿体中锰簇物质（Mn4Ca O5）与地表矿物膜中水钠锰矿具有起源关系和成因联系,在光催化裂解水功能上具有异曲同工之处。矿物红外发射光谱特性能够影响水功能,促进光反应裂解水的作用。植物经典光合作用仅限于叶绿体中锰簇物质对可见光部分波段的吸收转化作用,叶绿体外的矿物非经典光合作用可拓展功能水对太阳光波谱利用范围,即通过改变灌溉水功能实现对太阳能利用效率的提升,开拓了提高植物光合作用效率的崭新途径。据此提出“矿物-水-光合作用”国际原创技术,田间试验农作物普遍增产达20%～50%,显著提升多种农作物产量和品质。这是自然界矿物通过影响水功能以促进生物光合作用的创新案例。

关键词：矿物非经典光合作用矿物膜中锰簇叶绿体中锰簇灌溉功能水光合作用效率

围垦区与湖区沉积物磷形态赋存特征及吸附能力的对比研究——以江汉平原沉湖湿地为例

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湖泊科学 2025年

作者：姜婷马腾彭子琪郑波林姜倩倩中国地质大学(武汉)环境学院武汉科技大学中国地质大学生物地质与环境地质国家重点实验室

人类围垦活动对环境的影响逐渐成为研究热点，但围垦活动对沉积物中磷形态赋存特征及其释放风险的影响尚不明晰。深入探究这一问题对认识沉积物磷内源释放，加强区域水环境治理具有重要意义。本研究以江汉平原典型沉湖湿地为例，在连续... 详细信息

人类围垦活动对环境的影响逐渐成为研究热点，但围垦活动对沉积物中磷形态赋存特征及其释放风险的影响尚不明晰。深入探究这一问题对认识沉积物磷内源释放，加强区域水环境治理具有重要意义。本研究以江汉平原典型沉湖湿地为例，在连续提取湖区（G1）和围垦区（G2）沉积物磷形态的基础上，对比识别影响沉积物磷赋存形态的重要因素，并结合等温吸附热力学实验分析沉积物磷的释放能力。结果表明：（1）人类围垦对沉积物磷形态的影响主要集中在生物有效磷（BAP）上。围垦后沉积物含水率下降，导致G1和G2沉积柱中可交换态磷（Ex-P）存在极显著差异；低pH和高氧化还原（Eh）环境使铁氧化物中无定形氧化铁(Feox1)向结晶态氧化铁(Feox2)转化增加，造成沉积物对铁结合态磷（Fe-P）吸附减弱，G2沉积柱中Fe-P空间异质性更强（含量是G1的1.52倍）；围垦后人类活动复杂，有机磷在表层大量累积（占总磷含量的51%），新鲜度指数表明期间存在更剧烈的微生物作用。（2）吸附热力学实验表明，相同沉积环境下，G2钻孔沉积物平衡吸附量和吸附饱和度仅为0.726 mg/g和10.6%，低于G1沉积物；平衡吸附浓度为0.378 mg/L，高于G1沉积物。说明围垦后沉积物中磷的释放风险增加，“磷源”特征更加明显，建议在此类区域加强对内源磷的管理。

关键词：围垦活动沉积物磷形态内源释放生物有效磷释放风险江汉平原沉湖湿地

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青藏中-南部特提斯洋板块地层分布与演化

地球科学 2025年

作者：张克信宋博文何卫红骆满生寇晓虎徐亚东王嘉轩王盛栋王丽君柯学任飞陈奋宁陈锐明中国地质大学(武汉)地球科学学院中国地质大学(武汉)地质调查研究院中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室江西师范大学地理与环境学院中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中国科学院新疆生态与地理研究所中国地质调查局成都地质调查中心中国地质调查局西安地质调查中心

青藏高原造山域经历了原特提斯、古特提斯和新特提斯洋的形成、分布与多期次洋-陆转化，是铜、金、铌、钽等多金属成矿有利区。在整个显生宙特提斯洋的形成-消亡演化历程中，形成了各演化阶段独特的洋板块地层(简称OPS)。重建青藏高原... 详细信息

青藏高原造山域经历了原特提斯、古特提斯和新特提斯洋的形成、分布与多期次洋-陆转化，是铜、金、铌、钽等多金属成矿有利区。在整个显生宙特提斯洋的形成-消亡演化历程中，形成了各演化阶段独特的洋板块地层(简称OPS)。重建青藏高原造山域各演化阶段各构造-地层区划单元的OPS序列，以及划分对比格架，是造山域多金属矿产勘查和重大工程建设的重要基柱。本文系统梳理分析了青藏高原各时代约130多个出露点的蛇绿混杂岩等洋壳残迹的物质组成、254个蛇绿岩等洋壳残块的测年数据，以及相伴硅质岩放射虫化石，依据构造环境和时代分布，区划出3个OPS构造-地层大区和9个区，分别是巴颜喀拉-三江、龙木错-双湖-班公湖-怒江-昌宁-孟连和冈底斯-雅鲁藏布大区。巴颜喀拉-三江大区含西金乌兰、甘孜-理塘、金沙江和哀牢山4个区；龙木错-双湖-班公湖-怒江-昌宁-孟连大区含龙木错-双湖、班公湖-怒江和昌宁-孟连3个区；冈底斯-雅鲁藏布大区含狮泉河-嘉黎和雅鲁藏布2个区。按3大区和9区识别出对接带型和叠接带型两大类OPS和洋脊、洋岛-海山、洋内弧、远洋和海沟沉积建造等五类OPS亚类。依据同位素测年、古生物化石序列划分与对比，构建了首个青藏高原造山域显生宙OPS地层格架和时空演化模式，并对青藏高原特提斯演化模式进行了讨论。

关键词： OPS 时空分布显生宙特提斯演化青藏

基于连续提取的土壤持久性有机污染物老化及形态分布研究

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环境化学 2025年

作者：祝秀庭丁洋马梦雪秦世斌张原李小水瞿程凯祁士华中国地质大学(武汉)环境学院生物地质与环境地质国家重点实验室四川师范大学西南土地资源评价与监测教育部重点实验室广西科学院生态环境研究所

为研究干旱条件下土壤持久性有机污染物（POPs）老化时的形态分布及生物有效性，开展了为期130 d的室内微宇宙实验.选取14种不同理化性质的卤代POPs为目标污染物对土壤进行加标，包括3种有机氯农药（OCPs）、5种多氯联苯（PCBs）、6种... 详细信息

为研究干旱条件下土壤持久性有机污染物（POPs）老化时的形态分布及生物有效性，开展了为期130 d的室内微宇宙实验.选取14种不同理化性质的卤代POPs为目标污染物对土壤进行加标，包括3种有机氯农药（OCPs）、5种多氯联苯（PCBs）、6种多溴联苯醚（PBDEs）.老化后的土壤经振荡、超声、硅烷化和碱处理四步连续提取后得到目标POPs的生物可及态、稳定吸附态和两类不可提取态残留.结果表明，污染物平均挥发速率在第5天左右达到峰值，此后显著降低，30 d后基本无挥发.第130天时，生物可及态、稳定吸附态和不可提取态的占比分别为79.5%—96.3%、 3.0%—14.2%和0.03%—8.8%.卤代POPs的形态变化受温度变化及污染物理化性质影响，生物可及态和稳定吸附态含量在温度升高时会分别升高和降低，高分子量的POPs稳定吸附态含量相对较高，不可提取态相对较低.整个老化时间内生物可及态始终是主要形态，干燥土壤中POPs的生物有效性和环境风险在较长时间内可能保持较高状态.

关键词：持久性有机污染物新污染物结合态残留不可提取态残留连续提取

基于太赫兹-热重光谱的粘土矿物热解特性表征

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光谱学与光谱分析 2025年第1期45卷 179-182页

作者：栗欣妤刘彩琴黄昊翀郑志远张自力邱昆峰中国地质大学(北京)数理学院北京100083 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083

粘土矿物是粘土岩和土壤的重要组成部分,是地球表面大部分覆盖物的主要物质单元,深入研究其结构特点、粒径大小及含水量的变化等特征对探究粘土矿物富集地区的环境演变规律和矿物工业应用具有重要指导意义。面对地学领域多样化的实际应... 详细信息

粘土矿物是粘土岩和土壤的重要组成部分,是地球表面大部分覆盖物的主要物质单元,深入研究其结构特点、粒径大小及含水量的变化等特征对探究粘土矿物富集地区的环境演变规律和矿物工业应用具有重要指导意义。面对地学领域多样化的实际应用需求,常见的矿物表征方法在挖掘矿物中指针性极强的物理特性时经常受限。作为一种新型非接触式相干测试手段,太赫兹光谱技术利用该波段指纹谱、宽光谱及水敏感等众多优势特性,可对粘土矿物进行无损探测并获得振幅和相位等光学信息,从而区分其晶体结构及成分组成。本文以太赫兹时域光谱技术为主要手段,同时结合热重分析和傅里叶红外光谱技术对粘土矿物的热解特性展开一系列研究。其中,高岭土作为重要原料,其成分组成、粒径大小及煅烧产物都会影响陶瓷质量。实验结果证实不同状态的高岭土在太赫兹波段下的吸收系数和折射率等光学参数会发生明显变化。结构单元为2∶1型层状硅酸盐的滑石和叶腊石因其晶体结构中八面体阳离子的不同,使得光谱差异明显,这很好地反映出典型呈电中性含水矿物的热解产物及含水量指标。值得一提的是,与太赫兹领域的传统认知不同,除却一些化学手段干预,实验过程中发现叶腊石在1.10 THz具备特征吸收峰,该峰的出现既能帮助物质定性表征和光学器件发展,又丰富了太赫兹光谱对矿物的全面了解,为太赫兹光谱学与地学的交叉研究提供新的研究角度。

关键词：太赫兹光谱粘土矿物吸收系数热解特性

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基于时序InSAR技术的武汉大型垃圾填埋场形变监测与分析

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武汉大学学报(信息科学版) 2025年

作者：李晨程江利明吴宇轩史绪国赖振炎金源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中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院中国科学院大学地球与行星科学学院

随着城市化进程加快，填埋场已成为一种安全经济处理固体废弃物的主要方式，其稳定性监测对于保障城市居民生命财产安全具有重要意义。本文以武汉市陈家冲和长山口生活垃圾填埋场为例，基于Sentinel-1两个相邻轨（Path113和Path40）SAR... 详细信息

随着城市化进程加快，填埋场已成为一种安全经济处理固体废弃物的主要方式，其稳定性监测对于保障城市居民生命财产安全具有重要意义。本文以武汉市陈家冲和长山口生活垃圾填埋场为例，基于Sentinel-1两个相邻轨（Path113和Path40）SAR影像，采用小基线集合成孔径雷达干涉测量（small baseline subset interferometric synthetic aperture radar，SBAS-InSAR）技术获取了包含该两个大型垃圾填埋场在内的武汉部分城区2017～2024年间地表形变信息，并利用多通道奇异谱（multichannel singular spectrum analysis， MSSA）方法重建了地表形变和ERA5气温降雨的季节性。结果表明：研究区85%的区域相对稳定，Path113和Path40的视线向（line of sight，LOS）形变速率范围分别为-55.3～39.6mm/a、-47.3～22.7mm/a；长山口填埋场LOS向最大沉降速率（40.0mm/a）位于边坡区域，陈家冲填埋场LOS向最大沉降速率(55.3mm/a)位于中部堆积体区域；垃圾填埋场的沉降主要受垃圾堆体的机械压缩、生化效应、气温和降雨影响，沉降相对于降雨迟滞100天左右，迟滞相关性为0.76，相对于气温迟滞60天左右，迟滞相关性为0.93；2019年6月21日的暴雨加速了垃圾填埋场的沉降。研究证实，InSAR技术能够有效监测垃圾填埋场地表沉降，可为垃圾填埋场安全管理和环境保护提供技术支撑。

关键词：垃圾填埋场时序InSAR 形变监测 MSSA 武汉市区

华南埃迪卡拉纪-寒武纪(551～523Ma)硅质海绵动物的分布及其对海洋氧化的影响

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中国科学:地球科学 2025年

作者：叶炎张磊陈灿常珊易雨昊冯庆来中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室中国地质大学(武汉)地球科学学院 Department of Geology Lund University 成都理工大学沉积地质研究院成都理工大学自然资源部深时地理环境重建与应用重点实验室湖北省地质局第二地质大队湖北师范大学城市与环境学院中国石油化工股份有限公司江汉油田分公司勘探开发研究院

海绵动物不仅是最基础的后生动物,而且是海洋中重要的生态工程师,因而海绵动物的起源与早期演化问题一直吸引学界的关注.前人研究表明,海绵动物门在寒武纪第二世快速演化,而纽芬兰统的海绵化石分布零星,且保存较差.但是,近年来越来越多... 详细信息

海绵动物不仅是最基础的后生动物,而且是海洋中重要的生态工程师,因而海绵动物的起源与早期演化问题一直吸引学界的关注.前人研究表明,海绵动物门在寒武纪第二世快速演化,而纽芬兰统的海绵化石分布零星,且保存较差.但是,近年来越来越多的海绵骨针化石在全球各地,尤其是华南的埃迪卡拉纪-寒武纪转折期地层中被发现,激起了海绵动物早期演化的新一轮思考和讨论.长期以来,海洋氧化被认为是生物演化的驱动因素之一,但是其与海绵动物演化的关系目前不甚清晰.本文旨在通过系统总结华南五个剖面埃迪卡拉纪-寒武纪转折期硅质海绵骨针的分布规律,探讨硅质海绵动物的早期演化模式.空间上,依据现阶段的地层对比框架,单轴骨针在埃迪卡拉纪晚期出现于下大陆架-斜坡地区,可能在寒武纪早期扩张到上大陆架和深水盆地.时间上,五个剖面的资料显示,单轴海绵骨针的数量、大小和多样性逐渐增加,同时伴随双轴、三轴和多轴海绵骨针的出现.尽管部分海绵骨针的生物属性还存疑,但是最早出现的骨针都是单轴骨针,且具备与现代普通海绵动物类似的骨针集合体形式,据此推测硅质普通海绵动物的出现可能早于硅质六射海绵动物.此外,贵州四方井剖面和湖南燕子桥剖面的地球化学研究表明,海绵动物的出现对应更为缺氧的环境.最后,本研究用箱式模型模拟海绵动物繁盛对海水溶解氧含量的影响,结果发现海绵动物的滤食效应对深海氧化具有较弱的促进作用.

关键词：埃迪卡拉纪-寒武纪转折期海绵动物深海氧化硅浓度箱式模型

锆石U-Pb年龄及地球化学特征对成矿作用的指示——以鄂东地区阮家湾钨铜钼矿床为例

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地球学报 2025年

作者：周润杰周豹文广孙悦吴昌雄朱金尚世超李柏村廖旺宋威方刘晓阳程孝增湖北省地质调查院资源与生态环境地质湖北省重点实验室中国地质大学(武汉)资源学院湖北国土资源职业学院湖北省地质局第一地质大队湖北省地质科学研究院湖北省地质局第六地质大队

位于鄂东地区毛铺—两剑桥东西向断裂带东段的阮家湾钨铜钼矿床是该区最大的钨铜钼矿床,累计查明WO3金属量2.40万t,铜金属量1.80万t,钼金属量2439t。本文对与该矿床形成密切相关的阮家湾花岗闪长岩开展了系统的主微量元素地球化学、锆石... 详细信息

位于鄂东地区毛铺—两剑桥东西向断裂带东段的阮家湾钨铜钼矿床是该区最大的钨铜钼矿床,累计查明WO3金属量2.40万t,铜金属量1.80万t,钼金属量2439t。本文对与该矿床形成密切相关的阮家湾花岗闪长岩开展了系统的主微量元素地球化学、锆石U-Pb年代学、锆石微量元素地球化学和Hf同位素组成的研究,以深入讨论岩石的成因和锆石的成矿和找矿指示意义。测得锆石U-Pb年龄为（143.00±0.74） Ma,此年龄可代表阮家湾花岗闪长岩的侵位年龄,表明其为鄂东地区晚中生代岩浆作用的产物。阮家湾花岗闪长岩具有相对均一的Hf同位素组成(εHf（t）=–5.4～–2.2),与区域上铜山口、铜绿山、龙角山等岩株锆石Hf同位素组成相近,表明它们来源于富集的岩石圈地幔,在岩浆上侵的过程中混染了少部分的地壳物质。阮家湾花岗闪长岩具有高Sr/Y和（La/Yb）N比值,其锆石具有低Dy/Yb（0.4）值,表明形成阮家湾岩株的岩浆是相对富水的熔体。这种富水特征也与通过锆石-全岩成分获取的花岗闪长岩中水含量值（6.85%～8.45%）相一致。基于阮家湾花岗闪长岩中锆石微量元素,计算得到岩浆氧逸度值为ΔFMQ+1.07～ΔFMQ+2.88,表明其具有相对氧化的特征。阮家湾花岗闪长岩中锆石Ce4+/Ce3+为93～190,略低于铜山口花岗闪长岩和铜绿山石英闪长岩,表明从铜山口铜钼矿床,到铜绿山铜铁金矿床再到阮家湾钨铜钼矿床,其成矿岩浆的氧逸度具有一个逐渐降低的趋势。锆石中Hf元素含量与锆石Ti温度成负相关,反映了在岩浆演化和冷却过程中分离结晶作用的进行。阮家湾花岗闪长岩中锆石Ti温度为660～727°C,与区域上铜山口花岗闪长岩和铜绿山石英闪长岩中锆石的结晶温度相近。本文研究表明,锆石的微量元素组成例如Eu/Eu*、Dy/Yb和Ce4+/Ce3+比值能够较好的指示岩浆的分异结晶作用、岩浆氧逸度和水含量特征,可以作为成矿和找矿的重要指示工具,通过分析锆石中的微量元素,可以有效地评估相关侵入体的成矿潜力,并应用于前期矿产勘查工作。

关键词：鄂东地区钨铜钼矿床锆石U-Pb 锆石地球化学成矿作用