地学前缘

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1. 花岗伟晶岩成因探讨:岩浆分异与深熔

周起凤, 秦克章, 朱丽群, 赵俊兴

地学前缘 2023, 30 (5): 26-39. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.8

摘要（554）

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花岗伟晶岩成因研究是探索花岗伟晶岩成岩和稀有金属成矿作用的重要内容。花岗伟晶岩成因主要为岩浆分异和深熔作用,即伟晶岩来自花岗质岩浆的结晶分异或者小比例部分熔融(深熔)。花岗伟晶岩分类以及特征矿物组合可为花岗伟晶岩成因探讨提供初步依据。岩浆分异成因伟晶岩由母体花岗质岩浆派生而成,明确母体花岗岩是判别岩浆分异成因的关键。母体花岗岩与伟晶岩通常具有密切的时空关系(近同期,相距不超过10 km),存在连续的分异演化趋势,并且来自同一物质来源。通过瑞利分馏方程模拟(主量-微量-稀土元素和稳定同位素等)查明结晶分异程度,解析分异成因伟晶岩岩浆的形成过程。根据区域构造-变质事件,区域变质作用特征,伟晶岩与变质岩的空间关系、成分关系和一致的同位素组成,伟晶岩产出的特色矿物组合和矿物包裹体,以及伟晶岩与部分熔融熔体相近的化学组成等,来明确伟晶岩来自深熔作用。通过岩石特征元素含量、同位素示踪和微量元素模拟判别源岩,运用Rb/Sr-Ba图解等明确熔融方式,根据源岩矿物组成特征查明熔融条件和熔体产出情况,结合特征元素在熔体-矿物相间的分配行为探讨熔融过程和熔体抽提汇聚史,最终阐明深熔成因伟晶岩熔体形成过程。稀有金属伟晶岩岩浆来自高分异花岗质岩浆的极度结晶分异,少数情况下可由成熟沉积岩/变质沉积岩低程度部分熔融形成。没有母体花岗岩出露的稀有金属伟晶岩群也可来自岩浆分异作用,或是深熔熔体通过进一步分异产生。深入理解部分熔融和结晶分异对伟晶岩岩浆的控制作用,探索伟晶岩岩浆形成过程中相关的物理化学过程,尤其是熔体逃离迁移机制及其对稀有金属元素富集的影响,并建立花岗伟晶岩成因的判别标志,是花岗伟晶岩成因探讨亟待开展的研究工作。

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2. 氦气地质理论认识、资源勘查评价与全产业链一体化评价关键技术

陶士振, 吴义平, 陶小晚, 王晓波, 王青, 陈胜, 高建荣, 吴晓智, 刘申奥艺, 宋连腾, 陈荣, 李谦, 杨怡青, 陈悦, 陈秀艳, 陈燕燕, 齐雯

地学前缘 2024, 31 (1): 351-367. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.1.71

摘要（1107）

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鉴于我国氦气产业链理论技术需求,针对国内外尚无系统的氦气地质理论认识,缺乏针对性的氦气资源评价方法、参数取值标准,缺乏氦气含量综合准确检测、有利富集区优选方法,无成本指标优化体系及全产业链一体化评价方法等卡点和难点,本文运用地质、地球化学、重磁电震、投资经济等多学科方法及实验技术,集中力量攻克氦气成藏机理、资源评价及资产评价的关键技术瓶颈。研发形成1项地质理论认识和3项关键技术:基于典型富氦气藏解剖、地下流体中“氦-气-水”相平衡及相-势耦合分析,研究提出氦气“水溶相、气容相、游离相”3种主要赋存状态、“集流、渗流、扩散”3种运移机理、“近氦源、邻断裂、低压区、高部位”4项分布富集控制因素,初步建立了基于“优质氦源、高效输导、适宜载体”的氦气“生-运-聚”地质理论认识。针对国内氦气含量检测技术参差不齐、部分准确度差、与国外数据差别大、无针对性的氦气资源评价方法等系列难题,以氦气源及氦气含量为核心,研发氦气含量综合准确检测技术,构建4类10种氦气资源评价方法,解决了氦气资源分级分类评价的技术瓶颈。针对基底氦源分布、岩性识别、通源断裂刻画及含氦储层评价难题,创建了归一化重磁下延方案,研发了基于深度学习的多尺度断裂智能识别技术和不同氦气含量下的气藏声学性质模拟方法,为氦源岩分布预测、通源断裂刻画、含氦储层测井解释评价及预测奠定了基础。通过建立多元控氦的富氦区带与目标优选技术,解决了富氦区带与目标优选难题。针对国内贫氦实际情况,以提氦装置投资和操作成本最小化为目标,采用响应面法建立优化目标与各主要工艺参数的非线性回归模型,建立了氦气全产业链一体化评价技术,初步解决了天然气低成本提氦工艺流程优化的技术需求。研究成果为我国长期、安全、规模利用氦气资源资产提供了有效支撑。

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3. 伟晶岩型锂矿床地球物理探测及可可托海实例

何兰芳, 李亮, 申萍, 王斯昊, 李志远, 周楠楠, 陈儒军, 秦克章

地学前缘 2023, 30 (5): 244-254. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.14

摘要（576）

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锂是一种战略性关键金属,因其高电位特征在新能源时代的战略地位突出,并且需求急剧增长。锂矿床是锂资源的自然载体,勘探开发锂矿床是保障低碳能源金属锂资源需求的重要途径。伟晶岩是硬岩型锂矿床重要的赋矿岩体,但大部分锂矿床赋矿岩体规模小,物性特征不明显,地球物理探测难度极大,并且在相当一段时间地球物理勘探与研究被忽视。随着锂矿勘探需求的持续攀升及仪器与方法技术的进步,地球物理在伟晶岩探测中的作用越来越被重视,在勘探应用中也在不断取得突破。本文在简要回顾锂资源需求现状的基础上,讨论和综述了伟晶岩型锂矿床地球物理探测技术,包括岩石物理特征、星载遥感技术、重磁勘探和电法勘探,最后展示了中国新疆可可托海伟晶岩稀有金属矿区音频大地电磁测深探测实例。伟晶岩与淡色花岗岩具有低磁化率、低密度、低极化率和高波速特征,而伟晶岩的电阻率受亲水矿物的影响,在几个数量级的范围内变化。由于伟晶岩和与其共伴生的花岗岩相对于片岩、片麻岩等围岩具有低密度、低磁化率特征,常用区域重磁勘探圈定这一类的花岗岩体。重磁勘探通常难以判别是否为伟晶岩,但近期有少量实例报道微重力能识别花岗岩中的伟晶岩。电法勘探因其相对较高的分辨率和穿透能力能在隐伏伟晶岩型锂矿勘查中发挥重要作用,在伟晶岩型锂矿勘探中被广泛应用。我们在可可托海开展了音频大地电磁测深。其结果表明:矿区及外围电阻率整体较高,但3号脉以南岩田内发育多处低阻体,据已知岩脉发育特征和地质调查结果,推测部分低阻异常体为隐伏伟晶岩反映。地质分析表明,可可托海伟晶岩均含矿,部分同期淡色花岗岩也有矿化特征,综合地质-地球物理特征,推测可可托海伟晶岩田南部有较好的资源前景。

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4. 美国场地土壤筛选值研究及其对中国土壤环境基准研究的启示

王晓宇, 屈雅静, 赵文浩, 马瑾

地学前缘 2024, 31 (2): 64-76. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.11.50

摘要（491）

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土壤环境基准是土壤环境标准和土壤环境保护的基础。美国是世界上最早关注污染场地保护并开展土壤污染风险管控的国家之一,并形成了较为完善的体系,但我国在这方面还处于起步阶段。为此,本文以美国为例,综述其在土壤筛选值(SSLs)方面的研究,通过分析美国在土壤污染防治方面的法律法规和技术规范,系统梳理美国在SSLs方面的研究成果,从直接摄入、皮肤吸收、摄入污染地下水、吸入室外挥发物与颗粒物和蒸汽侵入5个方面阐述美国基于人体健康风险的SSLs制定的理论方法。在此基础上,为我国土壤环境基准研究提出了几点建议:进一步加强我国土壤环境基准研究工作,立足我国国情开展土壤环境基准研究,加强本土化参数研究和土壤环境基准研究规范化,以及协同开展土壤地下水环境基准研究,以期为我国土壤环境基准研究与制定提供参考。

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5. NYF型伟晶岩岩浆-热液演化与稀有稀土金属超常富集

饶灿, 王吴梦雨, 王琪, 张志琦, 吴润秋

地学前缘 2023, 30 (5): 106-114. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.6

摘要（216）

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NYF型伟晶岩作为重要的战略性矿产资源,一直未受到广泛关注。相对于LCT型伟晶岩,NYF型伟晶岩的内部结构分带较差,极少存在区域性分带,但发育大量Nb、Y、F等矿物。铌铁矿族矿物、云母族矿物、电气石等矿物的地球化学特征能精细揭示NYF型伟晶岩的岩浆-热液演化过程,反映其演化程度。挥发分F、B、P和H₂O等不仅影响NYF型伟晶岩的结晶分异程度,对稀有稀土金属元素超常富集也起至关重要的作用。稀有稀土金属元素的富集、迁移与结晶贯穿整个NYF型伟晶岩的岩浆阶段、岩浆-热液过渡阶段以及热液阶段;高度演化的NYF型伟晶岩中,可以发生铌矿化、铍矿化、铷矿化、稀土 (Y、Ce、Sc等) 矿化以及锆-钍-铀矿化等。今后我国应将碱性岩-碱性花岗岩区域作为NYF型伟晶岩重点勘查区,加强NYF型伟晶岩的研究力度和指导找矿。

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6. 伟晶岩中锆石研究进展及其对稀有金属成矿的启示

孙文博, 李欢

地学前缘 2023, 30 (5): 171-184. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.2

摘要（252）

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随着全球经济的发展,世界对稀有金属的需求量越来越大,伟晶岩型稀有金属矿床因其数量多、成矿潜力大而走进了人们的视野。锆石作为伟晶岩中重要的副矿物,是研究伟晶岩型矿床成矿物质来源、流体性质、流体演化过程和稀有金属富集机制的重要对象。本文综述了伟晶岩中锆石研究的最新进展并探讨了其对稀有金属成矿的启示。研究发现伟晶岩锆石具有多种成因且多遭受热液改造,导致其具有复杂的年龄谱系,伟晶岩稀有金属成矿与老锆石存在关联性。锆石微量元素既可以指示伟晶岩锆石的稀有金属矿化,也可以反演岩浆演化过程及揭示成矿流体性质。稀土元素四分组效应是一种特殊的稀土配分模式,这种模式在伟晶岩锆石中同样存在,指示了熔体与流体之间的演化过程。伟晶岩锆石中的Hf-O同位素组成变化很大,Hf同位素可以很好地对伟晶岩源区进行示踪,O同位素是良好的示踪剂。伟晶岩锆石有着丰富的包裹体,利用流体包裹体测温以及成分分析解决岩浆演化阶段时间划分、使用高铀锆石追踪富U流体的来源以及利用锆石Li、Zr同位素特征来揭示成矿过程等将是后续伟晶岩中锆石研究的重点方向。

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7. 土壤中铬的毒性阈值(EC_x)及其预测模型

孙晓艺, 王萌, 秦璐瑶, 俞磊, 王静, 陈世宝

地学前缘 2024, 31 (2): 121-129. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.11.55

摘要（479）

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毒物学资料的缺乏成为制约我国污染土壤中Cr生态风险评价及土壤环境质量标准修订的主要瓶颈。本研究选取了我国7种不同性质土壤,分别以蚯蚓生物量、小白菜生物量和微生物基质诱导呼吸(SIR)为毒性测试终点,基于Log-logistic剂量-效应关系及低剂量刺激效应函数模型对不同土壤中铬的毒性阈值(EC_x)进行了测定,在此基础上,对不同性质土壤中Cr的毒性阈值进行了预测。研究结果表明:不同性质土壤中Cr对蚯蚓、小白菜、土壤微生物毒性均随着土壤Cr含量的增加而表现出明显抑制效应,剂量-效应关系呈现明显的S型曲线;不同性质土壤中,基于微生物(SIR)、蚯蚓、小白菜毒性测试的EC₁₀分别为22.1~53.7、65.0~137.2和82.1~220.2 mg/kg,EC₅₀分别为50.3~103.7、103.9~369.0和159.9~441.9 mg/kg;不同物种Cr毒性阈值由大到小顺序为小白菜>蚯蚓>土壤微生物,土壤微生物对Cr毒性最为敏感;在土壤Cr低含量(<112 mg/kg)条件下,3种测试物种对Cr毒性表现出明显的低剂量刺激效应,其中,蚯蚓在不同性质土壤中最大刺激效应为102%~108%,小白菜为105%~112%,相对来说,土壤中Cr对微生物的低剂量刺激效应较小,最大刺激效应为104%;pH、黏土含量和土壤阳离子交换量(CEC)可以较好预测不同性质土壤中Cr的毒性阈值。研究结果对土壤中Cr的生态风险评价及土壤中Cr环境质量标准制、修订提供了科学依据。

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8. 海底氢能探测与开采技术展望

姜兆霞, 李三忠, 索艳慧, 吴立新

地学前缘 2024, 31 (4): 183-190. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.6.10

摘要（584）

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在目前双碳政策背景下,国家对氢能等清洁能源的需求日益增长。橄榄岩蛇纹石化是海底广泛存在的水岩相互作用之一,氢气是该过程的主要产物,是海底氢气能源(简称海底氢能)的主要形成途径。因此,深海洋壳储存了极具前景的氢能,是缓解当前双碳压力的重要突破口,是发展新质生产力的重要引擎。但是目前全球对海底氢能的探测与开采技术仍处空白,是未来海底能源探测的突破口和生长点。本文基于海底氢能的形成原理与分布特征,系统梳理了可用于海底氢能的探测技术和开采方法,提出通过海底多波束测深、磁力测量、重力测量、多分量地震勘探等综合地球物理探测方法,有望对海底可能的氢能储层进行探测。同时,借助水力压裂和微波加热等方法可对储层中的氢气进行开采。但是,囿于人们对海底氢能认知的匮乏和氢气自身储存和运移的特殊性,仍需要开发专门针对海底氢能的探测和开采技术,在该方向提前布局,为海底氢能开采利用提供技术支撑,同时也会带动和促进不同领域技术创新的革命性突破。

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9. 安哥拉地块北部Dondo地区古元古代花岗岩岩石成因:Columbia超大陆聚合的响应

刘伟, 张洪瑞, 罗迪柯, 贾鹏飞, 靳立杰, 周永刚, 梁云汉, 王子圣, 李春稼

地学前缘 2024, 31 (4): 237-257. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.2.15

摘要（859）

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安哥拉西部地区广泛发育古元古代Eburnean造山期花岗岩,是研究安哥拉地块构造岩浆作用特征的理想场所。本文对安哥拉地块北部Dondo地区大面积出露的花岗岩开展系统的岩相学、岩石地球化学和锆石U-Pb年代学研究。结果显示:Dondo地区斑状黑云母二长花岗岩与黑云母二长花岗岩的侵位年龄分别为(1 983.3±7.7) Ma和(1 956.6±7.5) Ma,均为古元古代中期岩浆活动的产物。全岩样品具有高SiO₂含量、富碱、高10⁴Ga/Al值、高FeO^T/(FeO^T+MgO)值和Zr+Nb+Ce+Y含量,低MgO、TiO₂、CaO和P₂O₅含量的特征;微量元素富集Rb、K、Th、U、Zr和Hf,亏损Sr、Nb、Ta、P和Ti;稀土元素总量较高,轻稀土富集,重稀土亏损,整体不具有显著的负Eu异常;锆饱和温度计算所有花岗岩的结晶温度为757~889 ℃;以上这些岩石地球化学特征与A2型花岗岩一致。岩相学及地球化学的数据表明,两种花岗岩可能由来源于下地壳物质与地幔来源基性岩浆混合所形成。两种花岗岩具有相似的形成时代、矿物组成和连续的主微量元素变化趋势,这些特征表明它们的原始岩浆来自同一岩浆房,而二者之间特征的差别是由岩浆房内的晶体-熔体分异所主导。据此,本文认为:产生钾长石斑晶的岩浆曾经在地壳深部作过长时间滞留,导致钾长石稳定结晶,增加了岩浆的黏度和密度,使岩浆处于冻结状态;随后在幔源岩浆注入带来的热扰动和富集挥发分的作用下,冻结岩浆房迅速活化,从而发生晶体-熔体的分离,抽离的熔体形成了黑云母二长花岗岩,而混有先存晶体的岩浆则形成了斑状黑云母二长花岗岩。综合区域和全球构造演化历史,本次研究认为Dondo地区花岗岩形成于巴西São Francisco克拉通和Congo克拉通后碰撞的构造环境,该期岩浆活动可能是Columbia超大陆的碰撞造山事件在安哥拉地块的响应。

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10. 面向地质封存及其泄漏风险评价的CO₂物联网在线监测

马建华, 刘金锋, 周永章, 郑益军, 陆可飞, 林星雨, 王汉雨, 张灿

地学前缘 2024, 31 (4): 139-146. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.15

摘要（934）

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CO₂地质封存可以在控制CO₂排放的同时兼顾社会经济发展,已成为实现双碳战略目标必不可少的技术途径。然而,在CO₂地质封存过程中,由于封存的CO₂存在向封存区外泄漏或渗漏的风险,这可能对环境以及周围生物造成严重影响。因此,CO₂地质封存的安全性和有效性风险需要得到持续的监测,对于潜在泄漏的监测与识别是碳封存系统安全保障的关键环节。物联网在线监测技术具有的大范围、连续监测和智能分析等特征,较好地契合了地质封存场地的监测需求,但目前还没有在封存监测领域进行大规模应用。为了建立面向地质封存场地的物联网在线监测系统,首先介绍了传感器选择和传感器节点部署的依据,并提出了底层传感技术的设计思路,展示了已完成的碳排放在线监测系统。在传感器选择方面,采用红外CO₂传感器为主、激光CO₂传感器为辅、FT-IR巡逻监测的设计思路。在传感器节点部署方面,采用随机部署与固定部署结合,可移动部署实时优化的设计思路。在网络拓扑结构设计方面,在高泄漏风险的重点区域采用簇状拓扑和网状拓扑混合的方式,在边缘区域则采用星状拓扑、树状拓扑结构与主体区域相连的设计思路。未来伴随着传感器批量化和微型化生产的不断推进,传感器节点的分布组网将逐渐形成规模,物联网在线监测技术将在CO₂地质封存场地的监测领域发挥更为重要的作用。

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11. 锂同位素地球化学研究新进展

陈瑜, 徐飞, 程宏飞, 陈贤哲, 温汉捷

地学前缘 2023, 30 (5): 469-490. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.51

摘要（825）

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锂(Li)作为新兴产业发展不可或缺的战略性关键金属,其两种同位素⁶Li和⁷Li相对质量差可达17%,在构造演化等过程中因物理化学条件的变化会发生显著的同位素质量分馏,地球上不同储库δ⁷Li差异可达60‰,具有极大的地球化学示踪潜力。亲石性和强流体活动性使Li广泛分布于地壳,在随流体迁移过程中,⁷Li更易于以四配位键的形式进入液相,使得自然储库流体中的δ⁷Li普遍更高。在低温条件下,Li同位素发生较大分馏,次生黏土矿物的生成是影响Li同位素分馏的重要因素;高温环境中,Li同位素分馏程度较低,主要受扩散作用和不同矿物的分配系数控制。多接收电感耦合等离子体质谱(Multi-collector Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry,MC-ICP-MS)和原位微区分析等Li同位素检测技术的快速发展与应用有效提高了Li同位素的分析精度(可达0.2‰),极大地推进了Li同位素在地学领域的应用。Li同位素很好地记录了板块俯冲阶段的脱水和交代作用,⁷Li随流体脱出并影响地幔楔与岛弧岩浆Li同位素组成,深部高温环境下,Li的不分馏现象使得深部流体也具有与俯冲板块类似的低δ⁷Li值的特征,幔源捕虏体的Li同位素差异也反映了不同程度的交代作用。同时,Li同位素有效地应用于成矿和找矿研究,盐湖卤水中Li的来源主要以富Li母岩风化和底部热液携带为主,沉积物的溶解进一步促进Li的富集。低δ⁷Li的花岗伟晶岩型锂矿主要形成于岩浆分异后期。河流、雨水、气溶胶及黏土矿物形成等共同影响着表生作用下的Li同位素分馏。基于Li地球化学的特殊性和作为战略资源的重要性,本文介绍了Li及其同位素的地球化学性质和分布特征、分析技术及分馏机制,并全面综述了Li同位素在板块俯冲和壳-幔物质演化、成矿机制、地表风化、碳循环与人类活动等地学领域中的最新研究应用,以期为Li同位素在地球化学中的应用提供借鉴。若能在今后研究中提高Li同位素的测试精度,进一步明晰复杂条件下的Li同位素分离机制,必将发挥其在地学应用中的更多潜力。

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12. 基于地理探测器的滏阳河流域植被覆盖时空变化与驱动力分析

陈康, 丁永康, 张笑晨

地学前缘 2023, 30 (5): 526-540. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.79

摘要（219）

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滏阳河位于河北省境内,作为子牙河系两大支流之一,流经多座城市和乡村,对流域内的生态环境和经济发展起着重要作用。文章基于2000—2020年月尺度MOD13A1(500 m)遥感数据,采用一元线性回归和Hurst指数法分析了区内植被时空变化趋势,借助Person相关分析方法对降水量和温度与归一化植被指数(NDVI)进行相关性分析,利用地理探测器模型将区内降水量、温度、植被类型、土壤类型和海拔等自然因子,土地利用类型、人口密度和GDP等人为因子进行统计划分,探讨了各驱动因子对NDVI变化的影响程度,利用模型进行了因子探测、交互作用探测和风险区探测,明确了驱动因子与NDVI间的驱动力大小以及利于植被生长的最适因子数值范围或类型,为生态保护和可持续发展提供参考和依据。结果表明:(1)2000—2020年,区内植被覆盖度总体呈现增长的趋势,每年NDVI平均值为0.76,Slope指数平均值为0.000 5,Hurst指数平均值为0.48,据指数空间叠加结果,区内植被覆盖变化以未来改善为主;(2)区内NDVI与降水量之间整体呈现正相关关系,NDVI与温度之间相关性不强,相对而言,NDVI年际变化与降水量关系更密切;(3)区内单个驱动因子对NDVI的影响程度由大到小排序为:降水量>人口密度>GDP>土地利用类型>土壤类型>温度>海拔>植被类型,其中前3个因子的q值均大于0.2,作为影响区内的主要驱动因子;(4)区内双因子组合驱动力明显高于单因子驱动力,因子间的交互作用以双因子增强关系为主,其中NDVI变化受降水量和人口密度的交互作用影响最大,q值为0.59,降水量同其他因子间的交互作用处于主导地位;(5)根据区内风险区探测结果,以降水量464.73~500.03 mm、温度15.14~15.23 ℃、海拔3~133 m、人口密度551.36~2 059.96人·km^-2、GDP 1 756.77~7 507.15元·km^-2的数值范围和以栽培植被、初育土、耕地为主要类型的区域,有利于植被的生长。

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13. 热液成矿系统构造控矿理论

杨立强, 杨伟, 张良, 高雪, 申世龙, 王偲瑞, 徐瀚涛, 贾晓晨, 邓军

地学前缘 2024, 31 (1): 239-266. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.1.40

摘要（1432）

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构造对成矿的控制是热液成矿系统的典型特征之一,系统剖析多重尺度控矿构造的几何学、运动学、动力学、流变学和热力学对认识矿床成因和预测找矿至关重要;而如何实现控矿构造格架、渗透性结构、成矿流体通道和矿化变形网络由静态到多尺度时-空四维动态的转变,查明流体通道和矿床增量生长过程与控制因素,揭示热液成矿系统的构造-流体耦合成矿机制和定位规律是亟待解决的关键科学难题。为此,我们在对已有相关成果系统梳理的基础上,提出了科学构建热液成矿系统构造控矿理论的基本要点与对应方法及应用范畴:(1)流体而非构造是构造控矿理论的中心,热液系统的流体流动与成矿作用受控于断裂带格架及其渗透性结构,其中渗透率是将流体流动与流体压力变化联系起来理解控矿构造的核心;(2)不同控矿构造组合的关键控制是构造差应力和流体压力的大小,而矿化类型的变化可能是由于构造应力场引起的容矿构造方位的不同和赋矿围岩之间的强度差异所致;(3)流体通道的生长始于超压流体储库上游围岩中孤立的微裂隙沿流体压力梯度最大的方向、随裂隙发育且相互连结而形成新的长裂隙,并最终连通形成断裂网络内的流体通道,矿床的增量生长发生在高流体通量的短爆发期,断层反复滑动驱动其内流体压力、流速和应力快速变化,当由此诱发的流体通道生长破坏了流体系统的动态平衡时,随之而来的流体快速降压就成为金属沉淀成矿的关键驱动因素;(4)以热液裂隙-脉系统野外地质观测和构造-蚀变-矿化网络三维填图为基础,通过宏观与微观各级控矿构造相结合、地质历史与构造应力分析相结合、局部与区域点-线-面相结合、浅部与深部相结合、时间与空间相结合、定性和定量相结合,对各种控矿因素开展多学科、多尺度、多层次、全方位综合研究,是应遵循的基本原则;(5)通过构造-蚀变-矿化网络填图,将蚀变-矿化体与控矿构造的类型、形态、规模、产状和间距等几何学特征联系起来,利用热液裂隙-脉系统和断裂网络拓扑学及矿体三维几何结构分析等定量方法查明控矿构造格架和渗透性结构并揭示矿化变形网络的连通性与成矿潜力;(6)合理构建地质模型,选取合适的热力学参数和动力学边界条件,利用HCh和COMSOL等方法,定量模拟成矿过程中的流体流动、热-质传递、应力变形和化学反应等的时-空变化,是揭示构造-流体耦合成矿机理和定位规律、预测矿化中心和确定找矿目标的有效途径。进而提出了构造控矿理论的研究流程:聚焦构造-流体耦合成矿机制和定位规律这一关键科学问题,选择热液裂隙-脉系统和构造-蚀变-矿化网络为重点研究对象;通过几何学描述、运动学判断、流变学分析、动力学解析和热力学综合,厘定控矿构造格架,定位矿化中心,示踪成矿流体通道和多种矿化样式的增量生长过程及其关键控制,揭示渗透性结构的时-空演变规律及构造再活化与成矿定位的成因关联,建立构造-流体耦合成矿模式,服务新一轮战略找矿突破。以胶东焦家金矿田为例,开展控矿构造理论研究和成矿预测应用实践,证实了其科学性和有效性。

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14. 新疆镜儿泉伟晶岩型锂矿岩矿光谱特征分析

王珊珊, 周可法, 白泳, 鲁雪晨, 蒋果

地学前缘 2023, 30 (5): 205-215. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.19

摘要（189）

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伟晶岩型锂矿分布广且资源量大,是我国当前主要工业应用类型。新疆镜儿泉锂矿是东天山造山带最大的伟晶岩矿床,具有巨大的稀有金属找矿潜力。本文以镜儿泉锂矿为例,利用便携式地物光谱仪采集光谱反射率数据,对典型岩石及矿物样品进行波谱测试与分析,揭示花岗岩、含矿伟晶岩、不含矿伟晶岩、锂辉石和锂云母等岩石矿物的光谱特征,分析典型手标本及其镜下显微特征,并对国内典型矿床岩矿光谱开展对比分析研究。结果表明:1 913 nm波谱可以作为含矿伟晶岩、不含矿伟晶岩、花岗岩和白云母、锂云母和锂辉石光谱特征的区分特征关键波段,是含矿和不含矿的一个光谱指示波段。通过对比分析新疆阿尔金地区、西昆仑大红柳滩地区和四川甲基卡地区的伟晶岩型锂矿光谱特征,其光谱特征大致相同,吸收位置有1~4 nm的差异。本研究为今后开展伟晶岩型锂矿的遥感调查评价奠定了理论基础。

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15. 管窥人工智能与大数据地球科学研究新进展

周永章, 肖凡

地学前缘 2024, 31 (4): 1-6. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.6.99

摘要（1269）

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本期是《地学前缘》组织出版的“人工智能与大数据地质”主题专辑。它由17篇学术论文组成，涵盖了知识图谱、基于深度学习的图像识别、非结构化地质信息的机器可读表达、图形大数据与社区发现、关联规则算法、三维地质模拟与成矿预测、物联网与在线监测系统等不同主题，提供了极其有价值的应用场景和研究案例，在一定程度上反映了中国人工智能与大数据地球科学领域研究的最新进展，值得同行关注。

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16. 恶臭污染的测定方法与预测模型研究进展

祝富杰, 曲龙泽, 李平, 魏文侠, 李培中, 王立夫, 李本行, 王姣, 任更波, 吴志能, 马小东

地学前缘 2024, 31 (2): 13-19. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.10

摘要（619）

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随着人们对环境问题的认识,恶臭污染已经成为一类典型的环境公害。我国的恶臭污染来源广泛,臭气浓度的测定成本昂贵,构建基于简易输入参数的臭气预测模型降低恶臭污染判定与控制的难度,是目前恶臭污染研究的热点问题。本研究从臭气定义的基本概念入手,总结对比了不同的臭气标准和测定方法。综述了目前常用的臭气预测模型,包括基于污染物浓度的多元线性回归法和不同的臭气浓度/强度预测模型,发现不同研究或者不同模型得到的结果差异较大。其中,为预测模型提供准确的嗅觉阈值是优化模型的关键。另外,作为一种环境问题,本研究也对臭气的大气扩散以及排放速率进行了综述研究,研究中使用不同的大气扩散模型对臭气的大气扩散过程进行预测。但不同模型需要的基础数据和知识背景不同,因此需要根据实际的应用场景选择合适的模型。排放速率作为大气扩散模型中的重要输入参数,可以通过不同的方法和装置进行测定,不同方法的测定结果存在差异,后续研究中需要依据更多的现场数据对预测结果进行验证。基于以上综述,本研究将为恶臭污染的识别和控制提供科学指导。

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17. 松辽盆地国际大陆科学钻探:白垩纪恐龙时代陆相地质记录

王成善, 高远, 王璞珺, 吴怀春, 吕庆田, 朱永宜, 万晓樵, 邹长春, 黄永建, 高有峰, 席党鹏, 王稳石, 贺怀宇, 冯子辉, 杨光, 邓成龙, 张来明, 王天天, 胡滨, 崔立伟, 彭诚, 余恩晓, 黄何, 杨柳, 毋正轩

地学前缘 2024, 31 (1): 412-430. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.1.4

摘要（1259）

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过去一百年地球的气候持续变暖,未来地球可能进入两极无冰的温室气候状态。白垩纪是深时典型的温室气候时期,认识白垩纪气候对于理解过去和预测未来气候变化均有重要意义。松辽盆地国际大陆科学钻探以研究白垩纪陆地气候与环境演变、探索大规模陆相有机质富集机理为科学目标,在国际大陆科学钻探计划ICDP框架下,成为全球第一口钻穿白垩纪陆相地层的大陆科学钻探井。项目历时16年,以超97%的取心率获得连续完整的8 187 m岩心,建立了松辽盆地陆相白垩系高精度年代地层框架,重建了松辽盆地白垩纪多时间尺度陆地气候旋回与气候事件,揭示了白垩纪湖-海平面波动机理,确认了松辽盆地发生过海侵事件。松辽盆地国际大陆科学钻探推动了全球地质学家合作研究白垩纪温室气候,带动了一系列高水平学术成果的产出,为松辽盆地油气勘探可持续发展提供了重要科学支撑,产生了显著的社会效益和重大的国际与国内影响。松辽盆地国际大陆科学钻探代表了探索深时的一个具有里程碑意义的阶段。可以预见,未来借助科学钻探,人类会不断增强对深时气候环境演化等方面的认识。

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18. 中国东部中生代上叠造山系

任纪舜, 刘建辉, 朱俊宾

地学前缘 2024, 31 (1): 142-153. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.7.15

摘要（1241）

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印支运动和燕山运动是中国东部中生代时期两次十分重要的造山运动。由这两次造山运动形成的构造带,既不是陈国达所说的地壳演化第三阶段的产物,也不是一些学者所谓的由板块内部动力产生的陆内(或板内)造山带。它们是在古太平洋动力体系作用下,在中国东部先成大陆地壳之上形成的上叠造山系,过去我们曾称其为中国东部滨太平洋大陆边缘活动(活化)带。中生代时期,在古太平洋动力体系作用下,于俄罗斯东北部—锡霍特阿林—日本—琉球—中国台湾—巴拉望一带形成亚洲东缘造山系,在邻接亚洲东部陆缘的中国东部大陆地壳之上形成中国东部上叠造山系。二者在同一动力体系作用下,同步发展,共同组成亚洲东部太平洋构造域规模宏大的巨型中生代造山系,彻底改变了亚洲东部印支造山前的构造面貌。

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19. 基于数据增强和集成学习的矿物图像识别

王琳, 季晓慧, 杨眉, 何明跃, 张招崇, 曾姗, 王玉柱

地学前缘 2024, 31 (4): 87-94. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.6

摘要（703）

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矿物识别是地质学研究的一个重要部分,对于资源勘探、岩石分类和地质环境监测都有着重要的意义。然而,传统方法通常依赖人的经验进行主观判断,并且效率低下。近年来,已有许多研究将深度学习的图像分类技术应用于矿物识别,以客观快速地识别矿物,这些研究都取得了一定的成果,但可识别矿物种类有限且精度需要进一步提升。为此本文首先解决了矿物数据集图像数据样本分布不平衡问题,对数据集中矿物图像较少的11个矿物类别采用DCGAN生成矿物图像进行数据增强,对比选择效果更好的方案对数据集进行扩充。其次,为了得到更可靠、精确度更高的识别模型,将ImageNet上表现较好的ResNet、RegNet、EfficientNet和Vision Transformer模型迁移到本文使用的矿物数据集上。针对训练好的基模型排列组合得到11个子模型,分别使用平均软投票法和加权软投票法两种方法进行集成,得到22个集成模型并对其训练得到识别结果,对比22个集成模型的结果选择出精度最高的集成模型。实验结果表明:使用DCGAN进行数据增强,在不同的模型上平均提升了3.12%的准确率,充分证明了DCGAN数据增强的有效性;在所有集成模型中,使用加权软投票法的模型表现较好,其中精度最高的是利用4个基分类模型进行加权软投票得到的集成模型,在扩充后的36种常见矿物数据集上达到了87.47%的准确率。

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20. “化学地球”大科学计划:全球关键元素分布与循环

王学求

地学前缘 2025, 32 (1): 1-10. DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.10.33

摘要（298）

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“化学地球”的概念于2008年提出,2016年由联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心发起“化学地球”大科学计划倡议,2023年被联合国教科文组织正式批准。目标:将元素周期表绘制在地球上,建立化学属性数字地球,服务于全球资源环境可持续发展。科学技术问题:关键元素在地球上的时空分布和循环,全球不同地质地貌景观特点的地球化学探测技术、元素高精度分析和大数据开发技术。主要成果如下:(1)建立全球陆地1/3地球化学基准网,提供76个元素地球化学基准值,初步揭示关键元素全球分布规律,发现一批稀土元素(REE)、锂、铜和金等超常富集区,据此发现云南红河州超大规模中重稀土矿;(2)全球8个有毒重金属元素分布显示,欧洲超过风险限值的面积最大,占欧洲面积的48%,欧洲早期工业历史,没有清洁生产技术,导致大量有害物质排放;(3)中国地球化学观测网揭示镉、汞、砷和钙4个元素近30年发生显著变化,并发现汞的循环是以纳米辰砂微粒为主,而不是传统认为的气体形式迁移和循环;(4)地球化学大数据揭示我国7大粮食主产区,耕地质量总体安全,并利用大数据技术赋予绿色土地二维码标识,通过手机客户端实现绿色食品溯源。“化学地球”大科学计划入选习总书记主持的全球发展高层对话会主席声明成果清单,服务了高层决策和全球发展。

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