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西辽河流域土壤锗分布特征、影响因素及其生态环境影响

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中国地质 2024年

作者：许可可刘国栋魏明辉张哲寰戴慧敏刘凯彭敏杨柯中国地质调查局沈阳地质调查中心辽宁省黑土地演化与生态效应重点实验室自然资源部黑土地演化与生态效应重点实验室中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心中国地质科学院地球物理地球化学勘探研究所

【研究目的】锗元素(Ge)具有重要的生物和工业应用前景。【研究方法】基于辽河流域多目标区域地球化学调查成果，利用全局莫兰指数、半方差分析、人为环境富集系数等研究西辽河流域表层和深层土壤Ge空间分布特征，采用随机森林模型计算... 详细信息

【研究目的】锗元素(Ge)具有重要的生物和工业应用前景。【研究方法】基于辽河流域多目标区域地球化学调查成果，利用全局莫兰指数、半方差分析、人为环境富集系数等研究西辽河流域表层和深层土壤Ge空间分布特征，采用随机森林模型计算地质和环境因素对土壤Ge的解释度以及重要程度排序。【研究结果】结果表明，西辽河流域表层和深层土壤Ge含量平均值分别为1.10 mg/kg和1.08 mg/kg，上游表层和深层土壤Ge含量平均值分别为1.46 mg/kg和1.41 mg/kg，下游表层和深层土壤Ge含量平均值分别为1.07 mg/kg和1.05 mg/kg。总体呈现表层和深层差异不大，但上游显著大于下游的特征。全局莫兰指数显示表层和深层土壤Ge空间分布具有明显的空间自相关性。半方差结果显示，上、下游表层和深层土壤具有中等和强烈空间自相关性。表层和深层土壤Ge含量高值区分布基本一致，土地质量地球化学等级划分得出表层土壤Ge含量缺乏面积占比达88.4%，主要分布在下游区域，中等、较丰富和丰富区合计占9.8%，集中分布在上游区域。人为环境富集系数结果显示，上游区域主要受自然因素和轻微人类活动影响；下游受人类活动影响较显著。随机森林模型分析显示，土壤理化性质、成土母岩、海拔、土壤类型以及土地利用类型等影响因素对研究区表层和深层土壤Ge的解释度分别为68.5%和56.1%；重要性排序显示，成土母岩重要程度居首位，Ti、TFe2O3、Zn、Cr和Mn等元素位于前列，海拔和土壤类型较为重要，土地利用类型和土壤pH重要程度较低。【结论】不同土壤理化指标、成土母岩、海拔、土壤类型以及土地利用类型等，均对整个研究区及其上、下游表层和深层土壤Ge含量差异具有显著影响。研究区上游土壤Ge相比下游更加丰富，更适宜发展富Ge农产品，发展富Ge农业。

关键词：锗(Ge) 土壤分布特征影响因素随机森林西辽河流域环境地质调查工程

富含木质素生物质中甲氧基的有机地球化学演化特征研究进展

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地球化学 2024年第3期53卷 409-416页

作者：黄敏王浩哲赵冠宇廖泽文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广东广州510640 中国科学院大学北京100049 自然资源部中国地质调查局广州海洋地质调查局广东广州511458

木质素是组成树木、泥炭和低熟煤等生物质的重要结构单元,它的单体和聚合物结构中含有丰富的甲氧基(–OCH_(3)),其含量最初随着生物质腐殖化过程中木质素与纤维素比值的增加而增加,然后在成岩过程中快速下降,在此过程中甲氧基含量及其稳... 详细信息

木质素是组成树木、泥炭和低熟煤等生物质的重要结构单元,它的单体和聚合物结构中含有丰富的甲氧基(–OCH_(3)),其含量最初随着生物质腐殖化过程中木质素与纤维素比值的增加而增加,然后在成岩过程中快速下降,在此过程中甲氧基含量及其稳定C、H同位素(δ^(13)C、δ^(2)H)演化特征具有重要的有机地球化学意义。本文综述了富含木质素生物质中甲氧基的研究进展,包括甲氧基定量评价方法,甲氧基δ2H在古气候、古环境方面(如大气降水、温度、海拔等)的应用,甲氧基含量及δ13C在甲烷资源(如煤层气)评价方面的应用等,指出建立外标定量曲线是生物质中甲氧基定量评价的有效方法,同时强调了在样品处理、实验分析过程中针对不同研究对象的注意要点。生物质进入沉积体系后甲氧基演化特征及其有机地球化学信息,如甲氧基演化对沉积地层中甲烷聚集的资源效应,以及生物质沉积演化过程中伴随甲烷的生成与释放进入大气引起的环境问题等,是值得关注的研究方向。

关键词：甲氧基木质素稳定C、H同位素演化特征有机地球化学

青藏高原盐湖硼、锂同位素变化规律及其对当雄错盐湖资源评价应用

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地质力学学报 2024年第1期30卷 107-128页

作者：吕苑苑中国地质科学院矿产资源研究所北京100037 自然资源部盐湖资源与环境重点实验室北京100037

近年,硼、锂同位素地球化学理论和分馏机理的深入,为盐湖体系硼、锂同位素示踪奠定了基础。基于现有大量研究数据,文章系统归纳盐湖体系硼、锂同位素分馏变化特征,总结盐湖演化过程硼、锂同位素组成的变化规律,建立它们的示踪方法。并... 详细信息

近年,硼、锂同位素地球化学理论和分馏机理的深入,为盐湖体系硼、锂同位素示踪奠定了基础。基于现有大量研究数据,文章系统归纳盐湖体系硼、锂同位素分馏变化特征,总结盐湖演化过程硼、锂同位素组成的变化规律,建立它们的示踪方法。并以此为基础,对西藏典型富硼、锂盐湖−当雄错开展了硼同位素示踪,解决了当雄错与其物源硼同位素特征不符的难题,提出当雄错湖底蕴含大型硼、锂矿床的新认识,并预测了湖底的硼、锂资源量。根据盐湖体系硼、锂同位素地球化学特征,揭示了溶蚀湖的盐湖资源评价意义,为盐湖体系硼、锂同位素示踪和盐湖资源评价奠定理论基础。此外,借助硼同位素地球化学手段建立的当雄错“围岩−地热水−盐湖”的物源补给模式在西藏和全球具有普遍性。

关键词：青藏高原盐湖硼锂同位素示踪溶蚀湖资源评价

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土壤厚度演化模型理论方法研究进展

土壤学报 2024年第2期61卷 319-330页

作者：刘金涛赵薇刘彧河海大学水灾害防御全国重点实验室南京210098 河海大学水文水资源学院南京210098 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阳550081

全球平均土壤厚度仅约为1 m,但土壤厚度的空间分布信息在地貌、生态及水文科学等领域的研究和实践中具有重要价值。由于其具有显著的空间异质性,基于现有土壤制图产品、地球物理勘测及经验统计模型难以获取流域尺度土壤厚度分布信息,亟... 详细信息

全球平均土壤厚度仅约为1 m,但土壤厚度的空间分布信息在地貌、生态及水文科学等领域的研究和实践中具有重要价值。由于其具有显著的空间异质性,基于现有土壤制图产品、地球物理勘测及经验统计模型难以获取流域尺度土壤厚度分布信息,亟待发展土壤厚度预测的过程机理模型。本文回顾了土壤厚度演化模型理论方法的研究进展,评价了不同土壤生成及输移模型的适用性。研究指出土壤化学风化成土等机理仍不清晰是制约模型发展的理论瓶颈。此外,模型的方法体系仍需完善,亟待进一步发展描述土壤生成和输移的函数形式及其参数的估计方法等,指出物理与随机结合的模拟方法以及基于数学物理途径的参数确定方法等有望解决模型应用中遇到的难题。最后,在土壤厚度演化模型基础上,提出发展基于流域协同演化理论的土壤发生学模型是定量预测土壤理化全要素发生所亟需突破的难点之一。

关键词：土壤厚度土壤厚度演化模型土壤生成土壤输移流域协同演化

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胶东型金矿

岩石学报 2024年第6期40卷 1691-1711页

作者：杨立强邓军张良杨伟谢东汪龙邱昆峰李大鹏中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室深时数字地球前沿科学中心北京100083 自然资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室山东省地质科学研究院济南250013 山东黄金地质研究院济南250101

胶东是全球唯一已知赋存于前寒武纪变质地体中的晚中生代巨型金矿省,其成矿系统独具特色,具体表现为:(1)位于陆内复合构造域,经历了多期重大构造-热事件,大规模金成矿作用受控于120±2Ma古太平洋板块俯冲方向变化及其诱发的软流圈上涌... 详细信息

胶东是全球唯一已知赋存于前寒武纪变质地体中的晚中生代巨型金矿省,其成矿系统独具特色,具体表现为:(1)位于陆内复合构造域,经历了多期重大构造-热事件,大规模金成矿作用受控于120±2Ma古太平洋板块俯冲方向变化及其诱发的软流圈上涌、岩石圈改造和伸展-挤压变形交替及控矿断裂剪压-剪张转换;(2)多重控矿构造和多样赋矿建造联合控制了不同规模和类型金矿的发育,形成了三山岛、焦家、招平、栖霞、郭即和牟乳六条NE向金矿带和三山岛-栖霞EW向富金廊带,导致了金矿化类型(焦家式/破碎带蚀变岩型、玲珑式/石英脉型、蓬家夼式/蚀变砾岩±角砾岩型、辽上式/黄铁矿-碳酸盐脉型)及其地质-地球化学特征的多样性;(3)主要矿化元素Au、Ag、Cu、Pb和Zn均达到工业利用要求,并有多种共/伴生关键金属超常富集;(4)不同金矿带中硫化物Pb同位素组成与探明金资源储量及到郯庐断裂带的距离线性相关,反映距离幔源流体主通道越近、金属硫化物中放射性成因Pb含量和幔源组分占比越多、金成矿强度越大;(5)区域总体相对均一的Δ199 Hg(平均~0.012‰)及Δ199 Hg/Δ201 Hg与金品位呈线性负相关,表明成矿物质来源于富集岩石圈地幔、且地幔被俯冲洋壳及其上覆沉积物交代的程度控制了金品位的高低;(6)区域恒定的Δ33 S同位素组成(~0‰)排除了巨量金源自太古宙变质基底及其重熔花岗岩的可能,重的δ34 S(平均9.0±3.7‰)来源于俯冲的古太平洋板片及其上覆沉积物的脱挥发份;不同金矿带Δ33 S/δ34 S与探明金资源储量及其到郯庐断裂带距离线性相关,反映成矿期地壳伸展程度控制了金成矿强度;(7)区域He-Ar和H-O同位素组成显示壳幔混合特征,焦家式金矿的成矿流体组成更靠近地幔、玲珑式金矿位于地幔与地壳过渡带;三山岛、焦家和招平金矿带的成矿流体相对接近幔源流体,而郭即金矿带具有相对开放的构造环境;不同金矿带氢-氧同位素组成和探明金资源储量正相关,可能表征了从西到东成矿流体通量和流体-岩石反应强度逐渐降低。基于对上述特征的总结,提出了胶东型金矿的成因模式,明确了其成矿地球动力学背景和深部驱动、巨量金属和流体及络合物来源、输运通道和方式、源→汇过程和机制、成矿后变化和保存等成矿系统形成的关键因素,确立了“拆离断裂系与基底活化带及幔源流体通道复合控矿”的勘查思路和“四步式”的勘查模型。综上,胶东金矿不同尺度的鉴别特征及其形成的关键因素明显不同于全球已知的其他金矿类型,难以被已有成矿模式所涵盖,属于一种新的金矿类型——胶东型,其成因模式对华北、华南、西伯利亚、西澳伊尔岗、北美怀俄明和南美圭亚那等陆内金矿床具有普适性;系列找矿突破则验证了该成因模式与勘查模型的合理性和适用性。因此,本文认为胶东型金矿是全球研究热点和重要的金矿勘查方向,而该地区找矿的主攻目标是资源量大且品位和产状稳定的破碎带蚀变岩型金矿。

关键词：矿床地质-地球化学特征成矿系统时-空结构成矿动力学控矿因素成因及勘查模型胶东型金矿

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热液体系溶解度实验和热力学计算方法在成矿过程模拟中的应用

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矿床地质 2024年第1期43卷 71-85页

作者：杨颖王佳新张雪旎袁顺达中国地质大学(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自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室北京100037

热液流体对金属元素的迁移、富集及沉淀成矿起着关键作用,定量刻画金属元素在热液成矿过程中的运移是矿床学研究的重点和难点。以热力学理论为基础,通过开展溶解度实验,揭示金属元素在热液流体中的地球化学行为,是研究金属元素迁移、富... 详细信息

热液流体对金属元素的迁移、富集及沉淀成矿起着关键作用,定量刻画金属元素在热液成矿过程中的运移是矿床学研究的重点和难点。以热力学理论为基础,通过开展溶解度实验,揭示金属元素在热液流体中的地球化学行为,是研究金属元素迁移、富集沉淀机制行之有效的重要手段。其中,基于钛合金反应釜开展不同物理化学条件下金属元素在热液流体中的溶解度实验,结合相关的热力学模拟,能够精确测定金属元素在热液流体中的溶解度、络合物配位数、气液两相中的分配系数及相关热力学参数,为定量模拟热液成矿过程提供重要的实验依据。文章归纳了近年来针对热液体系的实验矿床学方法,分析了各类实验方法与分析手段的优点与不足。重点介绍钛合金反应釜溶解度实验和热力学模拟计算方法,并结合该方法模拟钪矿床成矿的水岩反应过程,说明该方法在成矿过程模拟中的应用,最后阐述了其存在的问题,并对该领域未来的研究趋势提出了展望,以期推动该方法在战略性关键金属超常富集机制研究中的应用。

关键词：溶解度热液流体热力学成矿过程模拟实验矿床学

海河平原典型区表层土壤有机碳库变化及影响因素——以天津市津南区为例

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农业资源与环境学报 2024年第4期41卷 816-825页

作者：李硕刘汉粮孙少波刘永涛程绪江张亚娜天津市地质调查研究院天津300191 自然资源部地球化学探测重点实验室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 天津大学地球系统科学学院表层地球系统科学研究院天津300072

为探究海河平原典型区表层土壤有机碳库的变化及其主要影响因素,本研究基于1980年和2016年两期土壤调查数据,采用地统计学方法分析了天津市津南区土壤有机碳密度(SOCD)及土壤有机碳库的变化,运用线性回归和随机森林模型分析了土壤有机碳... 详细信息

为探究海河平原典型区表层土壤有机碳库的变化及其主要影响因素,本研究基于1980年和2016年两期土壤调查数据,采用地统计学方法分析了天津市津南区土壤有机碳密度(SOCD)及土壤有机碳库的变化,运用线性回归和随机森林模型分析了土壤有机碳(SOC)主要影响因素。结果显示:津南区表层土壤有机碳库2016年储量为1.14×10^(6)t,比1980年增加了6.61×10^(4)t;SOCD与成土母质关系密切,不同时期SOCD都表现出冲积物>冲积-海积物>湖沼积物这一规律;两期SOCD高值区分布基本一致,主要分布在津南区西北部及中部咸水沽镇附近,1980—2016年SOCD变化有“北减南增”的趋势;有机碳变化(∆SOC)受土壤理化性质及土地利用变更(LUC)共同影响,其中土壤全氮含量变化(∆TN)、碳氮比(C/N)变化、氮磷比(N/P)变化与∆SOC呈极显著正相关(P<0.01),土壤有机碳初始值(ISOC)、CaO含量、pH变化(∆pH)与∆SOC呈显著负相关(P<0.05)。研究表明,土壤有机碳库在农用地向城镇用地转换时表现为“碳源”,而农用地性质不变时表现为“碳汇”,∆TN、C/N变化、N/P变化和LUC在SOC动态变化中起重要作用。

关键词：土壤有机碳时空分布随机森林海河平原

右江盆地金、锑成矿过程：来自晴隆锑矿床和泥堡金矿床萤石LA-ICP-MS微量元素研究的制约

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矿物学报 2024年第3期44卷 399-419页

作者：刘林林陈军杜丽娟杨瑞东黄智龙杨再风高军波吉彦冰谭泽东刘旭阳贵州大学资源与环境工程学院贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室

位于“滇-黔-桂”接壤处的右江盆地中发育大量的金、锑矿床，金、锑相互伴生，具共生分异特征。然而，金、锑之间的成矿联系和成矿过程异同仍需要进一步的研究工作。萤石作为热液矿床中广泛出现的脉石矿物，前人已经对其开展了大量的研... 详细信息

位于“滇-黔-桂”接壤处的右江盆地中发育大量的金、锑矿床，金、锑相互伴生，具共生分异特征。然而，金、锑之间的成矿联系和成矿过程异同仍需要进一步的研究工作。萤石作为热液矿床中广泛出现的脉石矿物，前人已经对其开展了大量的研究用于揭示矿床的形成过程。右江盆地中的晴隆锑矿床和泥堡金矿床具有相似的成矿时代以及围岩蚀变特征，是研究金、锑共生分异的理想对象。因此，本文选择晴隆锑矿床和泥堡金矿床中与成矿相关的萤石展开原位LA-ICP-MS微量元素研究，旨在揭示金、锑矿床成矿过程的差异。萤石矿物化学及阴极发光（CL）研究显示，晴隆锑矿床中与成矿相关的萤石沉淀可以划分为三个阶段，第一阶段稀土元素呈LREE富集HREE亏损的右倾特征，第二阶段呈“中稀土（MREE）”富集，第三阶段沉淀的萤石基本继承了第二阶段的稀土元素的配分特征，但ΣREE更低。整体上，随着成矿过程进行，三个阶段萤石ΣREE随着成矿过程逐渐下降，且均伴随Ce的负异常。泥堡金矿床中与成矿相关的萤石沉淀可以划分为两个阶段，第一阶段萤石稀土元素也呈右倾特征，第二阶段萤石呈MREE富集特征，整体上与晴隆萤石大致相似。不同阶段萤石Y/Ho、La/Ho、Tb/Ca和Tb/La图解显示，锑、金矿床中成矿早阶段和晚阶段萤石具有不同成因特征。其中，成矿早阶段萤石主要为热液充填成因，成矿晚阶段与水/岩反应密切相关，随着水/岩反应加剧，大量围岩组分进入流体形成晚阶段萤石。同时，这一过程导致成矿流体pH的逐渐升高和稀土元素总量的逐渐降低。综合分析认为，锑成矿流体为酸性流体，强烈的水/岩反应促使碳酸盐岩围岩溶解形成大量的萤石；同时成矿环境p H的增高和成矿流体温度的降低可能是导致辉锑矿大量沉淀的原因之一；而金成矿流体呈弱酸-中性特征，去碳酸岩化作用不彻底，形成少量萤石并伴生大量白云石，有利于大量含金黄铁矿的形成。通过对已有的锑矿床中辉锑矿及成矿阶段脉石矿物稀土元素研究数据统计发现，成矿阶段脉石矿物稀土元素呈MREE富集特征可能是大量辉锑矿对轻稀土元素（La）的富集作用所导致的。

关键词： LA-ICP-MS 微量元素萤石金-锑矿床右江盆地

敦煌月牙泉域地下水系统水文地球化学特征分析

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干旱区研究 2024年第2期41卷 240-249页

作者：李平平盖楠王晓丹杨俊仓甘肃省地下水工程及地热资源重点实验室甘肃省地质环境监测院甘肃兰州730050 国家地质实验测试中心自然资源部生态地球化学重点实验室北京100037 甘肃省地质矿产勘查开发局水文地质工程地质勘察院甘肃张掖734000

选择河西走廊西端的月牙泉域作为研究对象,通过样品采集测试,对研究区内的水化学特征、环境同位素和水文地球化学过程进行了系统分析。结果表明:大气降雨(包括冰川融水)形成的出山河水是区内潜水的主要补给来源,二者存在密切的成因联系... 详细信息

选择河西走廊西端的月牙泉域作为研究对象,通过样品采集测试,对研究区内的水化学特征、环境同位素和水文地球化学过程进行了系统分析。结果表明:大气降雨(包括冰川融水)形成的出山河水是区内潜水的主要补给来源,二者存在密切的成因联系,局部地区受断裂构造或越流影响并受祁连山前深部地下径流侧向补给;党河灌区地下水的蒸发作用微弱,以人工开采为主要排泄方式,其他浅层地下水以蒸发为主要排泄项;地下水化学成分的演化受到碳酸和硅酸盐岩溶滤作用的影响;岩盐、石膏和硅酸盐岩的溶解作用、方解石和白云岩的沉淀作用以及蒸发作用是控制地下水盐分的主要因素,且在流域水循环过程中存在不同程度的混合作用。研究结果可为月牙泉生态保护与恢复提供科学依据。

关键词：敦煌月牙泉地下水系统水化学特征环境同位素