文昌组为陆丰南地区主力烃源岩发育层段,为了恢复文昌期沉积古环境,探讨优质烃源岩有机质富集主控因素,选用166组文昌组泥岩样品的主、微量元素测试数据,采用元素地球化学方法,在研究区首次详尽分析文昌期不同次洼、不同层段的古盐度、古气候、古水深和古氧相的纵横向演变规律,并探讨部分钻井出现盐度异常的原因及三芳甲藻甾烷、球藻对古环境的指示意义,结合TOC、古生产力和陆源输入变化研究,明确了研究区优质烃源岩的主控因素。结果表明:陆丰南地区始新统文昌组沉积期水体以淡水环境为主,局部层段盐度微弱增加,垂向上,从文四段向文一+二段水体盐度逐渐降低,横向上,文四段沉积期,陆丰15洼水体盐度最高,文三段—文一+二段沉积期,陆丰13东洼水体盐度较高。推测陆丰南地区文昌组水体盐度变化受到海侵影响,文四段沉积期,海侵影响主要集中在陆丰15洼,文三段沉积期,海侵影响扩大至陆丰15洼和陆丰13东洼东侧,进入文一+二段沉积期,受海侵影响程度较小。球藻及三芳甲藻甾烷在研究区不能作为水体咸化或者海侵的判别指标,球藻含量变化与古气候、古生产力、古水深关系密切,受古盐度变化影响有限。陆丰南地区文四段沉积期古气候温湿,古水深最大,还原性最强,进入文三段、文一+二段,气候温湿程度、水深和还原性均有所降低;文四段沉积期陆丰13东洼水深最大,其次为陆丰15洼,还原性陆丰13东洼最强,其次为陆丰13西洼。文昌组烃源岩有机质富集主要受控于古生产力和古陆源输入,其次受古气候和古水深控制,古氧相变化对有机质富集控制作用较弱,高古生产力主导着文昌组优质烃源岩的形成及分布,主要发育生产力富集模式。

吉林红旗岭镁铁-超镁铁质侵入岩群位于中亚造山带东段南缘,由3个北西向岩带(I、II、III)组成,包括30多个小岩株,其中 I-岩带的部分岩体伴有铜镍矿化,并且其1和7号岩体分别形成了中型和大型岩浆铜镍硫化物型矿床。矿床主要容矿岩石为辉橄岩、橄辉岩、斜方辉石岩、二辉石岩、苏长岩和辉长岩。主量元素方面,红旗岭岩群具有富镁(w(MgO)=20.7%~31.1%)、低钛(w(TiO₂)=0.33%~0.79%)、低碱(w(K₂O+Na₂O)=0.60%~2.29%)和硅(w(SiO₂)=40.0%~53.0%)变化范围大的特征;微量元素方面,红旗岭岩群呈现弱富集LREE和LILE(Th)以及亏损HREE和HFSE(Nb-Ta-Ti)。岩相学、地球化学和矿物(橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、尖晶石、斜长石和角闪石)主微量元素特征表明,红旗岭岩群明显不同于洋岛型玄武岩、阿拉斯加型环状杂岩和科马提岩,但与岛弧玄武岩以及中亚造山带西段的“黄山西”和“黄山东”铜镍硫化物矿床的容矿超镁铁质岩相似,其母岩浆是一种富Mg、亏损Nb-Ta的岛弧拉斑玄武质熔体,形成于晚三叠世古亚洲洋闭合后伸展环境,演化过程中经历了地壳混染和分离结晶作用,含矿母岩浆可能经历了硫化物的“二次熔离”,最终形成了铂族元素(PGE)亏损型岩浆铜镍硫化物矿床。

为了研究早中生代“绿豆岩”的火山灰来源,及其与古特提斯弧火山活动的时空联系,对滇东北乌蒙山地区两件绿豆岩样品进行了锆石U-Pb年代学及Hf同位素分析。结果显示:嘉陵江组绿豆岩谐和年龄为(250.0±2.8) Ma,ε_Hf(t)值为-18.1~-9.5,二阶模式年龄T_DM2为2 141~1 674 Ma;关岭组底部绿豆岩锆石谐和年龄为(247.0±1.2) Ma,ε_Hf(t)值为-16.4~-7.5,对应的T_DM2范围为2 050~1 559 Ma。两层绿豆岩相似的年代学数据、Hf同位素组成和模式年龄分布,表明两层绿豆岩具有相同的物质来源,均为古—中元古代地壳物质熔融产物。锆石微量元素具有酸性岩浆锆石特征,表明绿豆岩原岩为长英质岩石。通过与区域数据对比,确定“绿豆岩”火山灰来源于三江造山带,且有证据显示在早—中三叠世期间,沿西南三江—宋马—十万大山一带存在一条由古特提斯洋发生俯冲消减形成的岩浆弧,两层绿豆岩都是古特提斯洋俯冲背景下的火山活动记录。结合野外地质特征及项目研究成果,限定古特提斯弧火山作用至少于嘉陵江组绿豆岩形成前(254.9 Ma)启动,至关岭组底部绿豆岩形成时(247.1 Ma)仍在活动。

早古生代加里东造山运动使整个华南板块产生了广泛的岩浆活动,而关于华南早古生代的构造属性是俯冲-碰撞还是陆内造山尚存争议。对钦杭结合带的I型花岗岩成因研究对揭示桂东南地区早古生代地球动力学背景及其构造演化具有重要的地质意义。本文对桂东/南莲垌和古龙岩体中的花岗岩样品进行了全岩地球化学分析、LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和Lu-Hf同位素分析。莲垌和古龙岩体花岗岩的形成时代相近,分别为435~434和436~435 Ma。莲垌和古龙岩体均为花岗闪长岩,并具有相似的地球化学特征:10 000Ga/Al值为2.07,w(Zr+Nb+Ce+Y)值为183×10^-6,A/CNK为0.87~1.1,平均值为0.97,ε_Hf(t)值为-2.2~1.8,主要集中在0~2,对应的T_DM2年龄主要分布在1.6~1.2 Ga,峰值在1.5~1.3 Ga,Nb/Ta值为11.47~14.66,平均值为12.80,Rb/Sr值为0.22~0.52。以上分析结果表明:莲垌和古龙岩体均为钙碱性I型花岗岩,来源于中元古代基底变质火成岩的部分熔融,并可能含一定的幔源物质。其主要形成过程为:华南板块南部与冈瓦纳北缘大规模碰撞所产生的应力,自南向北、自东向西传入华南板块,引发华南板块陆内造山作用。加厚的岩石圈经历了造山后伸展-减薄,地幔物质上涌为下地壳部分熔融提供了热量,形成新生地壳熔融型(如古龙岩体)或新生地壳与古老地壳混合熔融型(如莲垌岩体)的母岩浆;在陆内造山作用期后的伸展环境下,母岩浆沿通道上涌,形成了具有俯冲-碰撞特征的I型花岗岩。

琶江铀矿床处于桃山—诸广铀成矿带南段,位于佛冈岩体南西部,是佛冈岩体内发现的唯一一个铀矿床。铀矿化严格受断裂构造控制,是典型的花岗岩型铀矿。本文采用岩相学、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)及原位激光剥蚀电感耦合技术(LA-ICP-MS)对琶江铀矿床矿石矿物沥青铀矿及黄铁矿进行了矿物学、微区地球化学及年代学研究。结果表明:沥青铀矿LA-ICP-MS U-Pb定年结果为(49.70±0.1) Ma,为晚白垩世,位于华南区域主成矿时代(75~50 Ma)范围内,表明琶江铀矿床与区域成矿时代一致,属于区域性成矿事件。该铀矿床沥青铀矿稀土元素总量为(311.5~368.3)×10^-6,U/Th比值为17 067~26 524,显示中低温热液成因,结合稀土元素TE_1,3为0.95~1.01,具类四组分效应特征,指示成矿流体富F。此外,琶江铀矿床黄铁矿Co/Ni比值介于5~26,暗示其为热液成因。根据以上分析,认为该矿床为中低温热液型矿床。

烃源岩与砂岩型铀矿通常同盆共生,除了提供矿化剂之外,烃源岩能否成为铀源岩对砂岩型铀矿的勘探范围向盆地纵深部位拓展具有重要意义。研究针对烃源岩能否成为铀源岩所涉及的三个关键问题,即“铀从烃源岩中迁出的比例、如何随地层流体运移、在何种条件下沉淀和聚集”,梳理了国内外相关研究进展,指出了有必要加强研究的薄弱环节。结果表明:热模拟实验证实烃源岩中的铀能够迁出,迁出的铀很可能以U(IV)/U(VI)混合的形式随含烃地层水和石油运移,温度、压力的降低以及pH、Eh变化会导致铀溶解度的下降和铀运移载体的分解而发生铀沉淀,沉淀物也可能重新被含氧的地层水溶解。问题与建议包括:(1)铀从烃源岩中迁出的比例存在不确定性,迁出的机制以及地质规律尚不清楚,需要开展进一步的生烃-排铀模拟实验及排铀动力学表征研究;(2)铀在低温、含烃、还原性热液中的赋存状态是研究其迁移机制的基础,目前对与铀结合的优势配体的类型、产物热力学性质、铀在含烃地下水与石油中的分布比例所知甚少,有必要开展基于热模拟实验的原位测试研究;(3)携铀流体向浅部运移的过程中温度、压力、pH、Eh、有机-无机组分的变化控制铀的迁移/沉淀,不同组合条件下铀赋存形式的转化规律、主控因素尚不清楚,有待开展多因素、多变量的烃-铀运移模拟实验进行揭示。

南岭地区中生代发育大量岩浆热液型钨矿床,但是成矿岩体类型、侵位深度以及围岩性质存在差异,且成矿过程中受多期流体活动与大气降水的影响,流体源区与演化过程复杂。本文对不同类型钨矿床中多阶段白钨矿进行了氧同位素组成分析,研究结果显示与S型花岗岩侵入相关的白钨矿氧同位素值最高(5.7‰~7.8‰),A型花岗岩侵入相关的最低(2.9‰~4.5‰),I型花岗岩侵入相关的落在二者之间(5.6‰)。不同类型钨成矿早期流体均主要为岩浆水,后期成矿过程中外来流体贡献不同,其中大气降水对夕卡岩和云英岩型钨矿化影响较小,而石英脉型矿化存在较大比例的大气降水的加入。此外,单颗粒石英脉型白钨矿的氧同位素组成也存在较大的不均一性,核部到边部逐渐降低的趋势反映了多期次的流体活动。综合分析认为,早期结晶的白钨矿尽管经历岩浆分异、流体出溶与热液沉淀,仍保留岩浆熔体的部分氧同位素特征,而早—晚阶段白钨矿氧同位素组成的变化详细记录了流体源区特征与演化过程。夕卡岩与云英岩型白钨矿形成主要与强烈的水岩反应相关,而石英脉中白钨矿沉淀主要与大量的大气降水加入有关。

滇东北地区桧溪剖面位于四川盆地南缘外侧,剖面龙王庙组地层白云石化活动强烈,广泛发育泥晶灰岩、砂屑灰岩、泥晶白云岩、云质灰岩和灰质云岩等岩性。剖面3个灰岩-过渡岩性-白云岩旋回中具有混积特征,石英颗粒大量发育。阴极发光下,3个岩性旋回主要呈暗红色,可见石膏。地球化学测试显示:旋回1中灰岩-白云岩碳同位素为-0.78‰~-0.49‰,氧同位素为-9.28‰~-8.96‰,锶同位素为0.709 795 54~0.712 183 18,钙同位素为0.54‰~1.12‰;旋回2中灰岩-白云岩碳同位素为0.37‰~0.41‰,氧同位素为-9.76‰~-9.64‰,锶同位素为0.710 087 11~0.713 741 67,钙同位素为0.63‰~0.81‰;旋回3中灰岩-白云岩碳同位素为-0.03‰~0.23‰,氧同位素为-9.90‰~-9.24‰,锶同位素为0.709 909 34~0.712 376 17,钙同位素为0.56‰~0.94‰;3个旋回中灰岩锶、钙同位素测试结果明显偏低,白云岩锶、钙结果明显偏高。钙同位素对流、缓冲模型模拟结果显示,旋回1白云石化流体Mg²⁺浓度为2倍海水当量(105.64 mmol/kg,Mg²⁺/Ca²⁺=1.99),旋回2白云石化流体Mg²⁺浓度为7倍海水当量(369.74 mmol/kg,Mg²⁺/Ca²⁺=6.79),旋回3白云石化流体Mg²⁺浓度为2.3倍海水当量(121.48 mmol/kg,Mg²⁺/Ca²⁺=2.29)。温度模拟显示,白云石化流体温度主要为30 ℃。综合岩石学、常规地球化学及钙同位素模拟结果,滇东北地区龙王庙组白云岩为渗透回流模式成因。

哈山地区位于准噶尔盆地西北缘,形成于陆缘岛弧背景之下,其石炭系-二叠系火山岩储层是油气藏勘探的重点领域。为进一步明确哈山地区石炭系-二叠系火山岩储层的勘探前景,在岩心、薄片鉴定基础上,综合扫描电镜、微米CT、流体包裹体等技术方法,结合储层物性参数、主微量元素分析结果,对该区石炭系-二叠系火山岩储层发育机制展开系统研究。结果表明:(1)哈山地区火山岩储集空间类型主要为溶蚀孔、粒间孔和溶蚀缝,孔隙直径大且连通性较好,但非均质性较强;(2)火山岩岩相、裂缝、风化淋滤和深部热液流体是影响火山岩储层物性的关键因素——溢流相和爆发相是有利储层发育相带,构造抬升和逆冲推覆使推覆体前翼、断层交汇处储层物性更优质,风化淋滤又进一步改善了储层;(3)基于物性-岩相-储集空间联合分析,将哈山地区火山岩储层划分为3类,其中优质储层主要位于逆冲推覆带的“三角”地带。结论认为,哈山地区石炭系-二叠系火山山岩具备发育大规模优质储层的条件,展现出巨大的油气勘探开发潜力。

通常认为塔里木盆地下古生界海相烃源岩以下寒武统玉尔吐斯组泥质岩为主、中下奥陶统泥质岩为辅,下寒武统肖尔布拉克组上段(肖上段)以白云岩储层为主。塔中和塔北地区均钻遇了肖上段泥灰岩,最近钻探的京能柯探1和轮探3井肖上段泥灰岩样品TOC含量多数>0.3%,少量>2%。盆地内不同地区五口井肖上段发育泥灰(云)岩烃源岩,与苏盖特布拉克露头肖上段暗色泥灰岩地化指标(TOC含量是0.41%、R_o是1.14%)一致,表明肖上段泥灰岩具备生烃能力。本文基于露头、地震和钻测井资料,利用地震沉积学理论技术、属性与正演相结合,建立了肖上段台内多期叠置“礁-滩-源”沉积模式。发现烃源岩分布在礁前至坡脚变缓处,连片分布广、叠合厚度大,是规模有效烃源岩,可为邻近储层供烃。经测算,古城三维区肖上段泥灰岩烃源岩总生烃量超亿吨。研究认识拓展了塔里木盆地下古生界海相烃源岩类型、层系和分布范围,提升了寒武系盐下油气资源潜力,坚定了勘探重点从台缘带向台内战略转移的信心,为塔里木盆地古城地区乃至全盆地油气勘探带来新启示。

松辽盆地基底内的地应力状态是地震等地质灾害研究、盆地动力学分析和油气资源开发利用等领域的重要基础数据。岩心非弹性应变恢复法是近年来发展起来的基于钻孔岩心的近原位三维地应力测量方法。本文将岩心非弹性应变恢复法应用于松辽盆地大陆科学钻探松科2井(SK-2)深部地应力测量,获得了松辽盆地基底内近6~7 km的三维地应力状态,结果表明盆地基底内(6 646~6 846 m)为走滑断层应力环境(σ_H>σ_V>σ_h),最大水平主应力方向为近E-W方向。盆地基底内的应力状态与盆地内及周边邻近区域的震源机制解(震源深度7~15 km)所反演的应力环境相吻合。盆地基底处于以E-W向近水平挤压为主导的构造应力场,这种应力状态的形成,可能为西太平洋板块NW向挤压运动背景下,受控于NE-NEE走向的依兰—伊通断裂和敦化—密山断裂右行走滑产生的次级应力场。研究结果对于认识区域构造应力场背景及松辽盆地的形成与演化过程具有重要参考价值。

为了解决可容空间控制因素多、定量分析难的问题,在沉积过程中为沉积物提供可容空间的因素总结归纳为总可容空间,将影响总可容空间的多种因素总结为初始地形、全球(绝对)海平面变化和总沉降3种主控因素。基于总可容空间的提供量和充填量相符原则,建立了初始地形、全球海平面变化和总沉降与沉积厚度、水深的定量关系;分析了可容空间主控因素对地层结构的影响,提出了总可容空间定量分析方法。总可容空间定量分析不仅可以计算总沉降,降低了三维沉积参数的恢复和表征难度,保障了沉积正、反演过程中提供的总可容空间量符合预期,还可以建立主控因素之间的定量关系,快速恢复合理的地层沉积参数,有利于沉积模型的建立。该研究不仅对可容空间主控因素之间的定量关系有着更直观的认识,还为定量研究有效可容空间奠定了基础。

岩石有机碳为岩石地层中的有机碳,是地球上重要的碳储库。岩石有机碳的氧化、风化过程向大气排放二氧化碳,是地质碳循环过程的关键环节,对维持地球长尺度碳平衡以及表层环境的长期宜居性有重要意义。近年来,岩石有机碳氧化、风化过程的研究取得了显著发展,相关研究已经从剖面拓展到流域尺度,定量方法也在日益精确。本文系统综述了近些年国内外针对岩石有机碳自身结构性质、风化速率定量方法、控制因素和风化通量统计等问题的研究现状,以期对全球范围内岩石有机碳风化在研究地质碳循环过程中的关键性和当前进展及发展趋势有更加系统性的认识,并对相应的关键性科学问题进行更加深入系统的研究。

计算流体力学CFD(computational fluid dynamics)近年来在古生物学研究中已有大量应用。该方法在研究生物化石的个体形态、器官功能,以及其与生存环境之间的关系方面具有重要意义。目前古生物领域的CFD仿真对象多为厘米级别体型的生物,而对于毫米级别大小的微体生物的仿真则相对较少。区别于厘米级别的宏体生物,底栖型微体生物的生活环境局限于海床上方垂直高度较小的区域,受海底黏性边界层低流速区域的影响更为明显,因而在设置这类化石仿真的水流环境时应当考虑对于边界层流域水体流速以及海床表面地理环境的还原。本文基于随机表面生成的方法,构建了不平坦的滨海海床表面模型,并模拟了水流在海底边界层附近受海床表面地形影响的流动状态;基于获得的仿真流速数据,我们仿真了寒武纪微型底栖刺细胞动物化石Quadrapyrgite在起伏的海床表面环境中四个不同位置的受水流阻力情况。仿真结果显示,近海床表面处的水体流动可形成明显的低流速区域,且低流速区域的厚度随着入口速度增大而变薄。在起伏表面的凹凸区域中,凸起地带的迎水面形成的低流速区域较薄,流速变化较快;而在凸起地带背水面以及凹陷地带形成的低流速区域较厚,流速较缓且易形成涡旋。流速的差异体现在不同位置的Quadrapyrgite的受阻力大小不同上,其差值可达数倍到数十倍。这种量级的受阻力差值可以在毫米级到厘米级尺度上塑造、影响底栖型生物的分布甚至其自身的摄食行为。本文的研究为CFD方法模拟底栖微型化石的生存环境提供了更加深入的思路和方法。

洞庭湖区水系发达,水文地质条件复杂,人类活动强烈,地表水和地下水的水力联系变化频繁,其研究的难度以及由此造成的研究不足影响了对湖区地下水赋存和运动规律的深入认识。本文以洞庭湖整体为研究对象,采用水位动态分析和氡(²²²Rn)同位素示踪法,定性和定量研究枯水期洞庭湖区地表水与地下水的交互作用关系与交互通量。枯水期洞庭湖区水位和氡浓度空间分布特征指示研究区内地下水向湖水排泄,尤以东洞庭湖最为显著。氡箱模型计算结果显示枯水期地下水排泄²²²Rn通量为455.09 Bq/(m²·d),占总输入²²²Rn通量的60.07%,地下水排泄总量为0.29×10⁸ m³/d,平均排泄速率为56.27 mm/d,地下水排泄对湖水的贡献率为7.04%。敏感性分析表明:风速、地下水和湖水²²²Rn浓度以及湖面面积等参数较为敏感,合理布置取样点并提高敏感参数测量准确度能提高模型计算结果的可靠度。氡同位素示踪法物理意义明确、操作过程简便,是研究复杂区域地下水补、径、排特征的有效方法。研究成果一定程度上提供了洞庭湖区水量均衡的更多认识,可为洞庭湖区地下水资源评价和管理提供参考。

冰川融水是西北干旱区水资源重要组成部分,定量评估其变化对中、下游生态环境保护和工农业经济可持续发展具有重要意义。本文基于国家气象台站日降水和气温资料、数字高程模型(DEM)以及第一次冰川编目数据,利用度日模型模拟了天山南坡阿克苏流域1957—2017年冰川物质平衡及其融水径流变化,分析了融水径流组成及其对气候变化的响应。结果表明:1957—2017年流域年平均物质平衡为-94.6 mm w.e.,61年累积物质平衡为-5.8 m w.e.。流域冰川物质平衡线呈显著上升趋势,年均上升速率为1.6 m/a。研究区年均融水径流量为53.1×10⁸ m³,融水增加速率为0.24×10⁸ m³/a,融水径流及其组成分量均呈显著增加趋势。在气候暖湿化背景下,流域降水的增加使得冰川区积累量增加,在剧烈的升温作用下,冰川消融加剧,气温对融水径流的作用增大,因此冰川物质平衡亏损产生的水文效应增强。研究结果可提升区域冰川水资源效应变化及其影响的认识。

近年来,研究铀(U)及其同位素有关的地球化学指标在地球环境科学领域发挥着越来越重要的作用。为加快我国U同位素发展和应用,本文系统回顾了近20年来U及其同位素的地球化学行为、U同位素分析测试技术、U循环与地表U同位素组成、U同位素分馏机理以及U同位素在环境科学领域的应用进展与技术壁垒。综述表明:U作为氧化还原敏感元素,在自然和人为活动中,U同位素存在显著分馏现象。U同位素已初步成功应用于示踪现代陆地表生环境系统中U的分布、迁移和扩散行为,重建地质历史时期环境与生命协同演化过程等地球环境科学领域。但总体而言,国内外U同位素研究工作仍处于起步阶段,多数局限于定性分析,在应用中也存在一些问题亟待解决,例如:特殊价态的U同位素仍无法测量,这制约了进一步对氧化还原过程中U同位素分馏机理的认识;地下水U污染处理手段缺失,表生沉积物的U同位素测试数据缺乏系统性和区域性,大气定量源计算解析模型还未完全建立;碳酸盐岩成岩过程中的U同位分馏机理尚不清楚,其分馏校正因子难以确定;黑色页岩包含海水和沉积物混杂的化学信号,难以准确扣除局部无效分馏信号;对非重大地质事件时期的关注较少导致无法恢复地球完整的氧化还原历史;U同位素高温地球化学分馏机理与应用基本处于空白等。未来,进一步改善U同位素测试技术,提高仪器检测分析精度,进行更系统的U同位素测试,建立各类型U同位素数据库,深化U同位素分馏机理认识,筑牢U同位素应用基石,尝试U同位素在更多领域的探索,以及将U同位素与其他氧化还原系统相关的示踪剂联合使用以提高示踪的准确性和可靠性,是U同位素研究的主要方向。本文对进一步推动我国U同位素在环境地球科学领域中的应用具有深远意义。

1,2,4-三氯苯是我国工业污染场地土壤和地下水中典型的有机污染物,具有持久性、生物蓄积性和高毒性特点,对生态环境和人体健康危害巨大。1,2,4-三氯苯密度比水大,容易迁移至深部厌氧区域,因此,开展1,2,4-三氯苯厌氧微生物降解与修复研究具有重要实际应用价值。本文通过长期富集培养,获得一份可以稳定地将1,2,4-三氯苯还原脱氯至1,4-二氯苯,再进一步还原脱氯至氯苯的厌氧菌液。通过16S rRNA基因扩增子测序及引物特异性的定量PCR实验,证明厚壁菌门的脱卤杆菌属细菌(Dehalobacter species)是1,2,4-三氯苯和1,4-二氯苯厌氧还原脱卤的功能菌株,其生长率为(1.68±0.8)×10⁶ copies·μmol^-1(释放的氯离子)。通过PCR扩增,获得Dehalobacter菌株的16S rRNA基因序列,构建了系统发育树。本研究可为1,2,4-三氯苯污染场地开展原位厌氧微生物修复提供菌株资源和理论指导。

西秦岭造山带在晚三叠世期间由华北板块和华南板块碰撞拼合而成。其地质演化历史复杂,岩浆活动频繁,矿产资源丰富,区内累计探明黄金储量大于1 200 t。然而,金矿床成因还存在卡林型、造山型、岩浆热液型和与侵入体相关等多种观点。完肯金矿床金资源量约3.5 t,位于西秦岭造山带西南段,赋存于下三叠统隆务河组浅变质沉积岩中,矿体主要受近EW和NW-SE向断裂控制,主要发育浸染状和细脉网脉状矿化,是区域内典型金矿床,也是理想的研究对象。本文通过开展岩石学、矿相学和载金硫化物地球化学研究,拟查明金的赋存状态,并探讨其矿床成因。研究表明完肯金矿床成矿作用可以分为3个阶段:成矿早阶段为黄铁矿(Py1)-石英-绢云母-绿泥石阶段;成矿主阶段为黄铁矿(Py2)-毒砂-石英-绢云母-绿泥石阶段;成矿晚阶段为石英-方解石-闪锌矿-方铅矿-辉锑矿阶段。电子探针分析数据(已检出的样品)显示黄铁矿金的含量(质量分数)为0.11%~0.24%,毒砂和闪锌矿金的含量分别为0.11%~0.28%和0.16%~0.37%。黄铁矿、毒砂样品中的金含量大多低于检测限,闪锌矿样品中金含量相对较高,70%的测点金含量高于0.15%,表明Au在硫化物中分布不均匀。黄铁矿Au/As值为0.007~0.20,均大于0.004,且在扫描电镜下未观察到自然金,表明完肯金矿床金主要以纳米级金颗粒或晶格金的形式赋存。此外,黄铁矿和毒砂中Fe-As、S-As的负相关关系揭示,Au主要是通过进入富As的八面体Fe结构位和化学吸附的方式进入载金硫化物。黄铁矿的Fe含量为45.41%~46.26%,S含量为51.48%~52.79%,其Fe/S(原子个数比)大于0.875,表明其为变质热液成因黄铁矿。成矿主阶段毒砂As含量为42.80%~46.52%,晚阶段闪锌矿Fe、Zn含量分别为1.77%~2.57%和63.75%~64.82%。进而,通过毒砂和闪锌矿温度计估算出成矿主阶段温度大致为(385±40) ℃,硫逸度lgf(S₂)为-7.55±1.45,成矿晚阶段温度为(251±7) ℃,表明矿床形成于中高温变质热液流体作用。综合完肯金矿床载金硫化物矿物学、地球化学特征和前人热力学模拟研究揭示,完肯金矿床金的主要络合形式为$\mathrm{Au}(\mathrm{HS})_{2}^{-}$和Au(HS)⁰。大规模的水岩反应和强烈的围岩硫化作用,诱发成矿流体中HS^-浓度降低,从而导致金溶解度降低和金-硫络合物失稳,形成含金硫化物。因此,硫化作用可能是完肯金矿床金沉淀的主导机制。结合矿床地质特征,本文认为完肯金矿床属于造山型金矿床。

克拉通岩石圈三维物质组成架构示踪是当今地球科学研究前沿,面临系列挑战。在对已有相关成果系统梳理的基础上,分别阐述了实现由点到面、由局部到全时空、由单一方法到多学科综合约束3个战略思路转变的基本要点;并以华北克拉通为例,提出了亟待深化的研究领域和未来方向。多种地球物理方法联立约束和综合解释,不仅开拓了岩石圈物质组成研究的新思路,而且有利于获得更可信的结果。逼近实际的岩石圈物质组成架构必须符合岩石探针、岩石圈物性结构、岩石物理性质与矿物及化学组成的测试分析/模拟计算结果等观测事实,并遵循地球化学热力学-地球动力学理论框架;这就需克服单一资料和方法各自的局限性,由单一手段向多方法综合约束转变,实现多学科融合来开展岩石圈物质组成的研究。据此提出“循序渐进、逐步深化”和“反馈修正、不断逼近”的岩石圈物质组成架构的多学科综合示踪研究流程。华北克拉通岩石圈三维物质架构研究的重点在于通过多学科的深度融合,恢复不同时期的构造格架和对应的物质组成,示踪其岩石圈物质架构的演变过程。