地学前缘

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“花岗伟晶岩稀有金属富集机理与找矿评价” 主题专辑目次

2023, 30(5): 0-0.

摘要 ( 148 )

PDF(477KB) ( 223 )

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湘北仁里伟晶岩型稀有金属矿田的地质特征及成矿机制概述

李建康, 李鹏, 黄志飚, 周芳春, 张立平, 黄小强

2023, 30(5): 1-25.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.24

摘要 ( 238 )

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PDF(22668KB) ( 552 )

湘北仁里稀有金属伟晶岩矿田位于江南造山带中段,由仁里铌钽铍矿床、永享-传梓源锂铍铌钽矿床和黄柏山锂铍铌钽矿床组成,是我国近年来东部新发现的特大型花岗伟晶岩型锂铍铌钽矿田。该矿田内各伟晶岩脉围绕矿田北部的幕阜山西南缘花岗岩杂岩体成群成带分布,自杂岩体向外,微斜长石型、微斜长石-钠长石型、钠长石型和钠长石-锂辉石型伟晶岩依次产出。仁里矿床5号脉是区内规模最大的铌钽矿脉,表现出岩浆和热液两阶段成矿的特征;永享-传梓源矿床206号脉是区内规模最大的锂辉石伟晶岩脉,锂辉石遭受了强烈的晚阶段热液交代作用,多转化为腐锂辉石;黄柏山矿床603号脉是区内新发现的锂辉石伟晶岩矿脉,具有交代作用弱、品位高的特点。仁里5号脉的流体包裹体特征显示该矿脉的热液阶段成矿作用较为发育,由流体包裹体显微测温结果估算5号脉核部带形成于约550 ℃、约350 MPa。综合已有资料,仁里矿田表现出:燕山期(约130 Ma)陆内造山作用成矿,陆内造山作用使高成熟度的沉积基底,即新元古代冷家溪群,深熔产生花岗质岩浆;在岩浆的多阶段侵入活动中,晚阶段二云母花岗岩浆分异出伟晶岩熔体;伟晶岩在经历热液交代作用改造后,富集铌钽,但贫化Li。因此,陆内造山过程中变泥质岩深熔作用、“体中体”式岩浆分异模式、岩浆和热液两阶段成矿作用叠加构成了仁里矿田的成矿特色。

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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

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

摘要 ( 370 )

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PDF(3044KB) ( 796 )

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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东秦岭官坡地区火炎沟伟晶岩型锡铌钽矿床矿物学和年代学特征

陈雷, 聂潇, 刘凯, 庞绪勇, 张英利

2023, 30(5): 40-58.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.13

摘要 ( 156 )

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PDF(10203KB) ( 336 )

东秦岭地区是我国重要的伟晶岩分布区和锂、铍、铌钽、铀成矿区,火炎沟伟晶岩型锡铌钽矿床发育有东秦岭地区独特的锡矿化。文章通过对火炎沟矿床的矿物学、锆石和锡石U-Pb年代学及锆石Hf同位素进行研究,查明火炎沟伟晶岩型锡铌钽矿床中稀有金属赋存状态、形成时代,并探讨含矿伟晶岩与区域内古生代花岗岩之间的成因联系,以期为研究东秦岭伟晶岩型稀有金属成矿特征和成矿机制提供依据。矿物成分显示火炎沟伟晶岩中长石主要是更长石和正长石,云母为富铁黑云母和白云母,磷灰石为氟磷灰石,电气石主要是黑电石气。伟晶岩弱分带性及云母、铌钽铁矿的成分显示相对于东秦岭地区伟晶岩型锂铍矿床,火炎沟伟晶岩具有相对低的分异程度。锆石U-Pb年龄为(424±2.5) Ma,锡石U-Pb年龄为(420.1±2.4) Ma和(420.6±3.2) Ma,显示火炎沟伟晶岩型锡铌钽矿床的成岩、成矿时代是近同期的,为424~420 Ma,与区域内伟晶岩型稀有金属矿床和铀矿床形成时代一致,是东秦岭晚志留世—早泥盆世伟晶岩型稀有金属和铀成矿作用的产物。锆石ε_Hf(t)值为-5.8~-4.16,二阶段模式年龄为2 341~2 194 Ma,显示源区为元古宙的壳源物质,与东秦岭伟晶岩及区域晚志留世过铝质岩浆岩具有相同的源区特征。火炎沟伟晶岩与东秦岭地区古生代灰池子岩体具有较大的源区差异,显示两者可能并无直接成因联系。火炎沟伟晶岩型锡铌钽矿床的发现充实了东秦岭伟晶岩型稀有金属矿化类型,并显示东秦岭地区具有寻找伟晶岩型锡矿的巨大潜力。

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纳米比亚罗辛地区白岗岩成因及铀成矿作用

陈旭, 范洪海, 陈东欢, 陈金勇, 王生云

2023, 30(5): 59-73.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.10

摘要 ( 155 )

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PDF(5353KB) ( 235 )

罗辛地区存在多期白岗岩,分为A、B、C、D、E和F 6种类型,但仅D和E类白岗岩形成了白岗岩型铀矿床。微量元素、铅同位素显示各类白岗岩具有壳源特点,两阶段Nd模式年龄与前达马拉基底大体一致表明源区为高放射性的前达马拉基底。黑云母电子探针数据显示D类白岗岩相对A、B、C和F类白岗岩黑云母具有更高的F含量,D类白岗岩Nb/Ta明显高于A、B、C和F类白岗岩,A、B、C和F类白岗岩的Ba含量与Rb/Sr值呈负相关关系,符合白云母脱水熔融的特征,D和E类白岗岩则表现为更复杂的Ba含量与Rb/Sr值的关系,为黑云母脱水熔融模式。区域上存在D1、D2、D3和D4 4期变形作用,A、B和C类白岗岩侵位与D3期变形同期或早于D3期,D和E类白岗岩则与D4期变形同期,D4期变形的应力体制转换使古老基底的深熔作用由白云母熔融模式转向了黑云母熔融模式,黑云母熔融带入了铀的矿化剂氟离子,所以古老基底熔融的不均一性是罗辛地区各期白岗岩铀含量差异的根本原因。白岗岩经历了较强的结晶分异作用,分离结晶矿物主要为钾长石、黑云母、磷灰石、钛铁矿和独居石等。黑云母的分离结晶可能带走铀元素,这对残余岩浆成矿不利;钾长石、钛铁矿和独居石的分离结晶有利于铀的富集和晶质铀矿的生成。

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藏南错那洞中新世早期淡色花岗岩岩石成因:全岩地球化学、矿物学特征约束

黄春梅, 李光明, 付建刚, 梁维, 张志, 王艺云

2023, 30(5): 74-92.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.18

摘要 ( 136 )

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PDF(15651KB) ( 386 )

为进一步揭示喜马拉雅淡色花岗岩的成因以及对稀有金属成矿的作用,本文选取了喜马拉雅东段错那洞Be-W-Sn多金属矿床内的弱定向二云母花岗岩和含石榴子石白云母花岗岩进行全岩主、微量和独居石年代学、微量元素分析,以及主要矿物原位成分分析。分析结果显示弱定向二云母花岗岩和含石榴子石白云母花岗岩为同一期次岩浆作用,形成年龄分别为(20.1±0.3) Ma和(20.7±0.2) Ma;全岩地球化学表现出富Si、富Al的特征,含石榴子石白云母花岗岩的全岩地球化学以及独居石均出现稀土四分组效应;矿物分析显示,含石榴子石白云母花岗岩斜长石An牌号更低,均为钠长石,白云母较弱定向二云母花岗岩更富FeO、MnO、F,石榴子石中锰铝榴石组分明显增高。综合以上特征分析,含石榴子石白云母花岗岩比弱定向二云母花岗岩具有更高的演化程度,其来源很可能是晶粥体分离结晶形成的粒间高演化熔体/流体,而二云母花岗岩则是高演化熔体/流体不完全抽取后的剩余晶粥体。错那洞约20 Ma的高分异淡色花岗岩促使Be、Sn等成矿元素初始富集,是后期成矿的关键。

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锂铍络合物稳定性与花岗伟晶岩中锂铍“差异跃迁”耦合关联

洪涛, 翟明国, 王岳军, 刘星成, 徐兴旺, 高俊, 胡明曦, 马靖

2023, 30(5): 93-105.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.3

摘要 ( 98 )

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PDF(3303KB) ( 271 )

伟晶岩型锂铍矿床是国家紧缺的战略性金属锂铍的重要供给矿床类型。但伟晶岩成因中深熔作用产生熔体量少、萃取锂铍效率低;岩浆结晶分异能否高度富集和高效萃取锂铍也存在争议;随着富锂铍的硅酸盐熔体、熔体-热液不混溶作用的发现,岩浆不混溶作用可能也是新的成因机制。近年来,针对伟晶岩型锂铍矿床的熔体至热液阶段成矿过程的研究主要集中在:花岗伟晶岩全岩地球化学特征解析;造岩矿物(云母、石英、长石等)与矿石矿物(绿柱石等)的精细微区元素地球化学变化规律的总结;造岩矿物、矿石矿物及副矿物(石榴石等)中熔体-热液包裹体矿物学-地球化学特征解析。但伟晶岩矿床中熔体、流体包裹体类型复杂,且与矿床形成时代也没有明显关联性。

锂铍在熔体-热液相间的分配行为和分配过程,以及运移锂铍的络合物稳定性差异是深入认识锂铍超常富集机制的关键。然而,对锂铍在熔体-热液相间分配行为的研究仍然相对薄弱,针对运移锂铍的络合物的稳定性也未开展研究。我们设计了不同矿化溶液的pH值、不同钙和铝含量影响下锂铍络合物结晶锂铍的实验,发现锂铍元素在以上3种不同条件下存在明显的差异性结晶沉淀行为:(1)pH对铍络合物的稳定性控制比锂络合物更明显;(2)在pH值不变的条件下,铝的加入促进了铍的沉淀,却影响锂的沉淀;(3)钙的加入对锂沉淀的影响没有对铍沉淀的影响大。后续将从实验地球化学角度(高温高压实验模拟)剖析锂铍各自络合物的类型、稳定性受控因素,以期建立“锂、铍络合物失稳-成矿”新机制。

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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

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

摘要 ( 120 )

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PDF(4067KB) ( 371 )

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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南秦岭中段宁陕地区绿柱石-铌铁矿型伟晶岩中磷灰石和铌铁矿族矿物的矿物地球化学研究

聂潇, 陈雷, 郭现轻, 于涛, 王宗起

2023, 30(5): 115-133.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.11

摘要 ( 107 )

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宁陕伟晶岩区分布于宁陕花岗岩基南侧的外接触带,是秦岭造山带内三大伟晶岩区之一,并分布有伟晶岩型铷-铍-铌-钽矿床。本研究利用扫描电镜和电子探针对宁陕地区的绿柱石-铌铁矿型伟晶岩进行了矿物学研究,同时对铌铁矿族矿物和晶质铀矿进行了定年工作。矿物成分和结构特征显示伟晶岩内的磷灰石和铌铁矿族矿物均可分为两类。第一类磷灰石和第二类磷灰石分别具有相对低Mn、低Cl(MnO含量为0.41%~2.27%;Cl含量为0~0.06%)和高Mn、高Cl(MnO含量为14.51%~19.12%;Cl含量为0.12%~0.16%)的特征;第一类铌铁矿族矿物在分类图上集中在铌铁矿区域,第二类铌铁矿族矿物则分散于铌铁矿和钽铁矿区域。结合矿物组成和矿物相互交代关系,本研究认为第一类磷灰石和铌铁矿族矿物为岩浆分离结晶作用的产物,而第二类磷灰石和铌铁矿族矿物的形成则均与流体活动关系密切。第一类铌铁矿族矿物的U-Pb年龄((206.3±1.5) Ma)代表伟晶岩的侵位年龄,第一类磷灰石的原位Nd同位素结果(ε_Nd值的范围为-4.3~-2.5)与宁陕岩基内晚三叠世二长花岗岩的ε_Nd值基本一致,指示了其同源性。综合两类磷灰石和铌钽铁矿族矿物的成分和结构特征,本研究认为伟晶岩内流体活动具有多阶段性,次生晶质铀矿U-Pb年龄((199.2±1.5) Ma)与岩浆铌铁矿U-Pb年龄((206.3±1.5) Ma)相接近,暗示了早阶段流体活动与岩浆演化关系密切,属于岩浆-热液过渡阶段形成的残余流体;第二类铌铁矿族矿物中局部残留的高Mn含量和第二类磷灰石中较高的Mn、Cl含量共同指示了晚阶段流体中混合了来自围岩的外来流体。

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喜马拉雅成矿带嘎波锂矿铌铁矿族矿物学特征及对岩浆-热液过程的指示

付建刚, 李光明, 郭伟康, 张海, 张林奎, 董随亮, 周利敏, 李应栩, 焦彦杰, 石洪召

2023, 30(5): 134-150.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.16

摘要 ( 90 )

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PDF(28003KB) ( 339 )

嘎波伟晶岩型锂矿位于西藏喜马拉雅成矿带东段的库拉岗日穹窿东北端,是最近新发现的稀有金属矿床。含矿伟晶岩主要赋存在库拉岗日穹窿滑脱系的大理岩中,成矿元素以锂为主,共生铍铌钽等稀有金属。本文对锂辉石伟晶岩脉中铌铁矿族矿物开展了详细的矿物学、背散射电子成像和能谱元素面扫描分析。岩相学研究表明锂辉石伟晶岩中铌铁矿族矿物内部结构十分复杂,主要包括正向条带结构、反向条带结构、韵律环带结构和复杂结构4种类型。铌铁矿族矿物的内部结构和成分特征,有效记录了锂辉石伟晶岩形成演化的3个阶段:第一阶段,对应于正岩浆阶段的末期,形成铌铁矿族矿物核部,成分相对均一,没有环带的晶体,以富Nb和Fe为特征;第二阶段,对应岩浆-热液过渡阶段的早期,形成铌铁矿族矿物的正向条带结构、反向条带结构和韵律环带结构,以Nb、Ta、Fe、Mn元素含量周期性变化为特征;第三阶段,对应于岩浆-热液过渡阶段的晚期,该阶段形成铌铁矿族矿物的复杂结构,以大量富Ta和富Mn流体交代为特征。研究结果表明,铌铁矿族矿物内部结构对揭示锂辉石伟晶岩的形成过程与岩浆-热液演化过程具有很好的指示意义。

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铌钽分异富集成矿机制及铌钽矿物测试新技术研究进展

杨双, 王瑞

2023, 30(5): 151-170.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.15

摘要 ( 181 )

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铌、钽作为稀有金属,其熔点高、密度大、耐高温、超导性等优异性能使其在人类社会多个领域具有不可替代性,也是近20年及未来全球都极为重视的战略资源。了解铌钽在不同岩浆系统中的分异富集及不同类型铌钽矿床的成矿机制是至关重要的。前人已有研究认为影响铌钽分异富集的主要因素有岩浆系统的碱性程度、熔体中水的含量、熔体温度,以及主要含铌、钽的矿物(铌钽铁矿、黑云母、多硅白云母等)的分离结晶和部分熔融过程中的结晶与熔融。此外,高浓度的助熔剂(F,Li,Be,P,H₂O)对铌钽分异富集也有不可忽视的作用。前人研究发现一些铌钽矿床表现出岩浆结晶分异成矿作用特征,但在铌钽矿化发育区域,常伴有强烈的钠长石化和锂云母化等交代作用现象,因此单一的岩浆结晶分异作用或热液交代作用都不能全面地解释复杂的铌钽成矿作用。铌钽分异富集成矿过程中,结晶分异和热液交代作用占比如何,哪个阶段更加富集铌和钽,这些问题有待进一步解决。此外,由于其高铀低普通铅的特性,铌铁矿族矿物也被广泛应用于LA-ICP-MS U-Pb定年,常用标样为Coltan139,其激光分辨率有待进一步提高以解决铌钽矿物复杂化学分带的激光原位定年问题。铌钽矿物Lu-Hf同位素工作开展较少,未来需继续开展同位素工作以示踪物源并指示铌钽分异富集成矿机制。

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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

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

摘要 ( 149 )

HTML ( 20 )

PDF(4644KB) ( 336 )

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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基于深度学习的花岗伟晶岩型锂铍矿物识别研究

蒋果, 周可法, 王金林, 白泳, 孙国庆, 汪玮

2023, 30(5): 185-196.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.20

摘要 ( 192 )

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PDF(5555KB) ( 351 )

虽然遥感技术在大宗型金属矿产资源勘查方面取得了非常卓越的成效,但将其应用于稀有金属矿物提取的成果较少,尤其是对硬岩型锂铍矿物识别,主要受光谱分辨率、含矿岩体与围岩物性差异小、锂铍矿物光谱区分差异小等因素限制。为此,本研究通过野外采集含锂铍矿物伟晶岩和围岩样品并测量其光谱数据,使用光谱增强技术凸显光谱特征,对比分析特征吸收参数相似度模型和深度神经网络模型对矿物识别精度的影响。结果表明:(1) 结合包络线去除和混合高斯模型提取的光谱吸收特征参数更简洁且具有更强的地质内涵;(2)光谱增强技术可提高模型识别精度,对比原始光谱,基于对数一阶导数光谱构建的模型的总体精度提高了0.05;(3) 从总体精度看,深度卷积神经网络(总体精度=0.78)比浅层网络模型(反向传播模型总体精度=0.55和极限学习机模型总体精度=0.73)能够取得更好的效果。因此,结合高光谱技术和深度学习能够有效快速地识别花岗伟晶岩型矿物,为航空-航天成像高光谱影像直接提取锂铍矿物提供科学依据。

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基于大数据的铌钽矿物全球时空分布特征分析

宋颜, 董少春, 胡欢, 王汝成

2023, 30(5): 197-204.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.12

摘要 ( 104 )

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铌钽是发展电子、航空、医疗、机械、原子等新型产业的关键性稀有金属,随着我国对铌钽资源的需求持续性增长,增大铌钽矿产出是当务之急,因而开展铌钽成矿机制和富集规律的研究尤为重要。前人对铀、汞、铍、硼、锂等矿物多样性和时空分布特征的研究表明,基于大数据的矿物演化研究能够为矿物的富集和成矿机制提供新的思路,为找矿预测提供新的方向。本文从全球矿物综合数据库(RRUFF)中获取了全球含铌钽矿物的大数据,对全球含铌钽矿物的种类(179种)、数量(1 488个)以及地理空间分布在地质历史时期变化的特征和规律进行了分析。研究结果表明,含铌钽矿物的种类和数量随着地球演化过程不断累积增长,且增长具有明显的阶段性,在基诺兰超大陆聚合期、潘基亚超大陆聚合期和潘基亚超大陆裂解期均存在明显的增长高峰。铌钽矿物演化的重要时期与超大陆形成、裂解的时间具有良好的耦合性,暗示了铌钽金属的富集与超大陆旋回存在内在的联系,这种内在联系还需要进一步挖掘。

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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

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

摘要 ( 117 )

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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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基于多源数据融合的喜马拉雅淡色花岗岩识别

王子烨, 左仁广

2023, 30(5): 216-226.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.22

摘要 ( 170 )

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稀有金属在新材料、新能源和信息技术等新兴产业中具有不可替代性,已成为全球争夺的关键战略性矿产资源。喜马拉雅地区广泛发育呈东西向分布的淡色花岗岩带,延绵上千千米,已被证实具有较大的稀有金属找矿潜力,有望成为我国重要的稀有金属成矿带。以往喜马拉雅淡色花岗岩识别主要依靠野外地质填图,然而该地区自然条件恶劣,地质研究工作程度较低,使得圈定的淡色花岗岩空间分布范围具有不确定性,制约了该地区进一步找寻稀有金属矿。本文围绕喜马拉雅淡色花岗岩的识别,探讨了如何利用地球化学、地球物理和遥感等多源数据,基于机器学习技术在区域尺度和矿区尺度上圈定淡色花岗岩的空间分布范围,为该区进一步稀有金属找矿工作提供参考依据。研究发现:(1)区域勘查地球化学、地球物理和遥感数据可从不同的角度为高效识别淡色花岗岩提供有效的信息;(2)多源数据融合技术通过结合同一目标的不同特征,可以吸收各种数据源的优点,实现不同类型数据的优势互补;(3)深度学习较传统的浅层机器学习算法在深层次地学数据挖掘与集成方面具有显著优势,可深入挖掘多源地学数据间的相关信息,提取与淡色花岗岩有关的高级特征,从而提高岩体识别精度。

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川西花岗细晶岩-伟晶岩型锂矿含矿性评价与示矿标志

付小方, 黄韬, 郝雪峰, 王登红, 梁斌, 杨荣, 潘蒙, 范俊波

2023, 30(5): 227-243.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.5

摘要 ( 177 )

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锂金属被誉为21世纪的绿色能源金属,是我国重要的关键金属矿产之一。寻找超大型锂矿是地学界一大难题。川西花岗细晶岩-伟晶岩型锂矿资源丰富,成矿背景优越,但地表广为第四系覆盖。针对隐伏锂矿脉含矿性评价与示矿标志,笔者以近十年来在甲基卡取得X03超大型锂矿找矿突破的实践,以成矿理论为指导,分析了“成矿地质背景-地球物理-地球化学异常”之间的内在关联,从区域远景区分析、预测和圈定找矿靶区、矿床定位等层次与流程梳理,提出了花岗细晶岩-伟晶岩型锂矿“模型指导—遥感解译—地质填图—物探定位—化探定性—钻探验证”的综合评价模式,即:针对靶区选区难的问题,采用成矿模型指导、地质填图、总结找矿标志;针对隐伏岩体采用高精度重力探测+音频电磁大地测深(ATM);针对脉体定位采用音频电磁大地测深(ATM)+激电扫面+激电测深+高密度电法等不同推测深度的方法组合;针对脉体含矿性定性,采用大比例尺土壤地球化学测量,根据地球物理与地球化学异常之间的空间关系,推断带状物探高电阻异常体是否为含锂的脉体,为钻探工程布置提供依据。将该模式拓展指导并应用于雅江县木绒超大型锂矿的深部找矿勘探和石渠县扎乌龙、雅江县仁依措等大中型锂矿找矿评价中,取得了很好的成效,为下一步战略找矿行动提供了示范。

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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

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

摘要 ( 404 )

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PDF(5404KB) ( 497 )

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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喜马拉雅成矿带嘎波伟晶岩型锂矿的找矿方法与深部背景研究

焦彦杰, 黄旭日, 李光明, 付建刚, 梁生贤, 郭镜

2023, 30(5): 255-264.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.23

摘要 ( 115 )

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锂资源为重要的稀有资源、战略资源,被广泛重视,在航空航天、原子能等领域发挥着重要作用。嘎波锂矿位于西藏洛扎县境内,北邻拉隆穹窿,南靠库拉岗日穹窿,是喜马拉雅成矿带新发现的伟晶岩型锂矿。矿区内多条含锂辉石伟晶岩脉,顺拆离带呈缓倾角产于变形带的大理岩夹片岩地层中,形成锂矿化与拆离带、大理岩密切的空间关系。针对嘎波伟晶岩型锂矿,开展了高密度电法、放射性测量、音频大地电磁测深的方法研究。结果表明,伟晶岩具有高电阻、低极化、重力低异常特征,无明显放射性异常。高密度电法成像表明云母片岩、堇青石、石榴石片岩为低电阻和高极化特征。音频大地电磁测深和高密度电法确定了伟晶岩、下拆离断层和穹窿核部花岗岩的相对空间位置。卫星重力和大地电磁资料显示,嘎波伟晶岩型锂矿位于南北向断裂或裂谷附近,其形成可能跟深部高导层、大规模岩浆分异演化结晶有关,空间结构和深部背景特征暗示,嘎波是喜马拉雅稀有金属成矿的潜力地区之一。

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伟晶岩型锂矿人工源电磁勘探可行性研究

魏新昊, 周楠楠, 张顺

2023, 30(5): 265-274.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.21

摘要 ( 107 )

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锂矿可为电动汽车、手机等可充电锂电池提供原材料,伟晶岩型锂矿约占全球锂资源的1/4。但是对于高阻伟晶岩型锂矿床电磁探测的可行性一直缺乏系统性研究。伟晶岩脉整体上呈现高阻特征,虽然围岩电阻率已普遍达到上千欧姆米,但含矿伟晶岩的电阻率接近上万欧姆米,不含矿的伟晶岩电阻率更高。如何在高阻背景中有效识别更高阻的伟晶岩脉成为电磁方法亟待解决的关键技术问题。本文提出利用人工源电磁横磁场探测方法解决高阻目标的探测问题,并开展传统人工源电磁法和新研发的横磁场探测方法的对比性研究,从响应特征、分辨率等角度对不同方法、不同分量进行系统性对比分析。通过均方根误差的计算,双线源电磁水平电场显示出相较于传统接地导线源更强的高阻目标分辨能力。

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喜马拉雅成矿带嘎波伟晶岩型锂矿成矿时代、岩浆演化及成矿指示意义

郭伟康, 李光明, 付建刚, 张海, 张林奎, 吴建阳, 董随亮, 杨玉林

2023, 30(5): 275-297.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.9

摘要 ( 157 )

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PDF(17230KB) ( 297 )

近年来,喜马拉雅淡色花岗岩带稀有金属成矿作用得到了广泛的关注。错那洞、琼嘉岗等稀有金属矿的发现,揭开了喜马拉雅地区稀有金属矿产勘查和研究的序幕。已有工作显示该带有望成为一条新的世界级的Li-Be-W-Sn稀有金属成矿带。嘎波锂矿是在喜马拉雅成矿带东段发现的具有工业价值的伟晶岩型锂矿。本研究聚焦库拉岗日穹窿北东侧的嘎波锂矿,重点研究其成矿特征、形成时代、岩浆演化特征。嘎波矿区主要发育锂辉石、锂电气石、锂云母、透锂长石、铌钽铁矿、绿柱石等锂-铍-铷-铌钽稀有金属矿物。伟晶岩内部结构分带简单,锂辉石主要产在细粒钠长石锂辉石带和块体微斜长石锂辉石带中,前者为矿体的主要组成部分。独居石U-Pb定年结果显示嘎波锂辉石伟晶岩形成于中新世早期(23~21 Ma);其成矿年龄与藏南拆离系(STDS)活动的峰期一致,两者具有密切的时空成因联系。岩石学、矿物学、地球化学研究表明嘎波锂辉石伟晶岩具有高度分异演化的特征,熔体经历了斜长石、锆石、云母等矿物的分离结晶作用。云母化学成分显示:云母类型以白云母为主;随着岩浆分异程度的增高,云母中 Fe和Mg含量降低,Li含量升高,并出现代表极高分异演化程度的锂云母。嘎波锂矿是喜马拉雅淡色花岗岩稀有金属成矿理论一项重要的找矿成果,为丰富淡色花岗岩稀有金属成矿理论提供了极为重要的地质依据。

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湘东北连云山地区上伏矿床伟晶岩地球化学特征、流体包裹体特征及其对矿床成因的约束

黄小强, 柳清琦, 李鹏, 刘翔, 曾乐, 张立平, 石威科, 黄志飚, 范鹏飞, 万海辉, 林跃, 汪宣民, 蔡偿

2023, 30(5): 298-313.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.7

摘要 ( 129 )

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湘东北连云山岩体上伏地区新发现铌钽矿化较富的3号伟晶岩脉,显示该区具有良好的找矿前景。本文选取上伏矿床伟晶岩为研究对象,开展伟晶岩地球化学、流体包裹体研究,探讨矿床成因,以丰富区域稀有金属成矿机制研究。研究表明:上伏矿床伟晶岩具硅含量较高(w(SiO₂)为65.05%~79.15%)、高铝(w(Al₂O₃)为11.38%~19.64%)、低钙镁铁、相对富碱(w(Na₂O+K₂O)为5.62%~9.87%)、(中钾)钙碱性及过铝质特征;微量元素总体富集Nb、Ta、Zr、Hf、U等高场强元素(HFSE),相对亏损Ba、Sr等大离子亲石元素(LILE);稀土元素总量(ΣREE含量)为(11.74~29.40)×10^-6,轻稀土元素富集,重稀土元素亏损,具壳源特征。包裹体类型为气液两相的盐水溶液包裹体,均一温度为159~443 ℃,盐水溶液盐度为3.06%~6.74%,包裹体捕获压力均值约为190 MPa,成矿流体为中高温低盐度流体,C、H、O同位素测试结果显示成矿流体与深部岩浆活动有关,可能混入少量建造水。稀有金属成矿受岩浆的分异演化控制,区内二云母二长花岗岩与伟晶岩具有相同的物质来源,为铌钽成矿提供成矿物质和成矿流体来源。

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青藏高原东北缘祁连造山带东段深部结构及其动力学过程

程永志, 高锐, 卢占武, 李文辉, 王光文, 陈司, 吴国炜, 蔡玉国

2023, 30(5): 314-333.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.6.35

摘要 ( 139 )

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青藏高原东北缘祁连造山带东段由临夏地块和陇中地块组成,该地区经历了祁连洋闭合、华北地块和祁连地块的拼合、印度板块和欧亚板块碰撞等多期构造事件的影响,形成了现在复杂的构造格局。为了研究该地区不同地块的拼合位置和地质构造演化过程,我们利用覆盖研究区的33个中国地震科学台站探测Ⅱ期(ChinArrayⅡ, 2013—2016)宽频带流动台站3年的观测资料,利用远震P波接收函数H-κ叠加和共转换点叠加(CCP)方法获得了33个台站下方的地壳结构、泊松比、Moho面变化形态。研究结果显示:马衔山断裂是划分临夏地块和陇中地块的重要边界断裂,马衔山断裂作为一条穿壳断裂在我们的计算结果中表现为连续陡变的西倾负震相,该断裂是临夏地块和陇中地块的缝合线。临夏地块壳内分层结构明显,中下地壳存在低速异常,可能含有含盐流体,具有日本型岛弧特征。陇中地块的上地壳层状结构显著,中下地壳层状结构较弱且呈现较弱的低速特征,具有洋-岛玄武岩地壳特征,陇中地块原来可能由马里亚纳型岛弧构成。鄂尔多斯地块西南缘康拉德界面发育,Moho面横向变形较弱,具有稳定克拉通特征。六盘山构造带下方中上地壳表现为仰冲至鄂尔多斯地块西南缘之上的构造样式,我们认为这是六盘山构造带新生代隆升的深部构造证据。

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北山-阿拉善晚新生代变形的特征与机制

张进, 张北航, 赵衡, 云龙, 曲军峰, 王振义, 杨亚琦, 赵硕

2023, 30(5): 334-357.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.8.16

摘要 ( 115 )

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北山-阿拉善地区位于中亚造山带中部,新生代晚期受控于印度-欧亚板块的碰撞,发生了不同程度的陆内变形,是青藏高原与蒙古高原应力传递区,是研究印度-欧亚碰撞远程效应的关键地区。北山-阿拉善地区晚新生代变形区别于中亚造山带西段的天山以及阿尔泰地区,表现为发育一系列近东西向的左行走滑断层及其间一系列北东向的正断层及其控制的断陷(拉分)盆地。近东西向的左行走滑断层规模较大,走向延伸很长,成为北山-阿拉善新生代晚期变形的骨干构造。整体上北山-阿拉善地区之间的晚新生代变形是在北侧北东东向南蒙古—天山左行走滑断层和南侧北东东向阿尔金断层之间阶区内的变形,在这个左行-左阶的区域内,变形表现为边界走滑断层派生出的近东西向次级走滑断层(P剪切)和北东向伸展盆地(如额济纳盆地和旧井盆地)。该区域是一个左行张剪区域,使得该区成为区别于蒙古戈壁阿尔泰的右行压剪构造,而阶区内区域性的伸展导致了本区平坦的地势并成为主要的汇水盆地区。GPS速度场以及上地幔-下地壳各向异性资料表明,塔里木克拉通在青藏高原向北的扩展过程中起重要作用,青藏高原北缘上地幔-下地壳在遇到塔里木克拉通后沿着该克拉通东南边缘转向,向北东流动,而塔里木本身则继续向北北东传递应力,导致天山的崛起并挤压准噶尔盆地,进而形成了阿尔泰山北北西走向的右行剪切变形;向北东方向流动的上地幔—下地壳则导致北山-阿拉善地区以及南蒙古地区的晚新生代左行剪切变形,该地区的变形宏观上呈现弥散性特点,区别于塔里木-天山-准噶尔地区新生代变形集中天山和阿尔泰山一带的现象。

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RF-RTM成像方法研究新疆西准噶尔地区线性台阵下方地壳结构

姜小欢, 黄荣, 朱露培, 卢占武, 罗银河, 张荣堂, 徐浩

2023, 30(5): 358-368.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.7.16

摘要 ( 82 )

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本文基于2017年7月8日至2017年8月2日在西准噶尔地区布设的一条100 km的线性台阵,从记录的三分量波形数据中计算出P波接收函数,采用接收函数逆时偏移(RF-RTM)方法获得了台阵下方地壳结构成像结果。结果表明测线下方扎伊尔山和准噶尔盆地结构差异较大:扎伊尔山下Moho界面平均深度为42 km,横向连续且起伏较小;准噶尔盆地下方地壳结构成像结果较复杂,盆地基底延伸至3 km深,盆地下方Moho界面沿着测线走向(北西-南东)深度逐渐加深,在测线最南东端达到50 km;另外,在准噶尔盆地下方35 km深处可看出一明显的速度异常界面,推测可能是由古生代大洋岩石圈残片造成。上述研究成果有助于加深对西准噶尔地区的大陆岩石圈形成和演化过程的理解。

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利用接收函数H-κ-c叠加方法约束武陵山重力梯度带地壳结构

穆青, 黄荣, 严加永, 卢占武, 罗银河, 张永谦, 姜小欢, 文宏斌, 魏鹏龙, 周万里

2023, 30(5): 369-383.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.7.31

摘要 ( 99 )

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贯穿中国大陆南北的大兴安岭—太行山—武陵山重力异常梯度带被认为是东亚重要的岩石圈分界线,本文利用布设在武陵山重力梯度带的43个国家地震局固定台站和10个流动宽频台站的观测数据,采用远震P波接收函数方法,计算并挑选了共计12 739条高质量的远震P波接收函数,综合其中7个台站H-κ叠加和46个台站H-κ-c叠加的结果,并结合前人结果获得了研究区的莫霍(Moho)界面起伏形态以及地壳平均波速比(v_P/v_S)分布和通过H-κ-c叠加方法获得相应台站下方地壳各向异性。结果表明研究区地壳厚度在30~52 km之间,其中最厚的大巴山区域超过50 km,最薄的雪峰山以东地区仅约30 km,整体特征表现为西厚东薄。Moho界面梯度变化最大的区域,北起秦岭—大巴山东侧一带,沿着江汉盆地与武陵隆起的盆山耦合处,南至江南造山带中段北侧;地壳平均波速比整体的分布特点表现为:高值(>1.81)普遍分布在武陵山重力梯度带以西地区,而低值(<1.75)分布以东地区以及江南造山带内部;地壳各向异性同样在武陵山重力梯度带两侧存在明显差异,以东地区快波最大极化方向为近E-W向, 而以西地区则表现为 NE-SW 向。最后,我们推测武陵山重力梯度带附近及以东地区存在普遍的下地壳拆沉现象。

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共和盆地干热岩形成的地球动力学过程与成因机制

张保建, 雷玉德, 赵振, 唐显春, 罗银飞, 王贵玲, 高俊, 张代磊

2023, 30(5): 384-401.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.63

摘要 ( 125 )

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共和盆地干热岩是我国首次钻获的干热岩,围绕其成因机制还存在诸多争议。基于前人资料和我们的热物性测试、地球化学及地球物理探测成果,通过综合研究,阐述了共和盆地干热岩成因机制与地球动力学过程:(1)印度与欧亚板块晚碰撞及后碰撞等一系列构造活动,导致了青藏高原北部的隆升和软流圈上涌、热侵等深部动力过程,在高原隆升蓄积的重力势能及其导致的重力浮力、青藏高原东北缘的侧向挤压应力、地幔拖曳力、软流圈热物质上侵热力等综合作用下,壳幔通道流沿岩石圈薄弱层(带)整体自西南向青藏高原东北部和共和盆地东北部流动。(2)板块(地块)缝合带、塑性流变韧性剪切带或高导低速体、深大走滑断裂带及其交汇部位等岩石圈薄弱层(带),是深部热物质自深至浅运移的壳幔通道。(3)深部地质结构的不均一使来自深部的热量在地壳浅部形成不均一性的聚集;岩石圈浅部的地下水活动、沉积/剥蚀作用与深部的岩石圈变形以及岩浆热对流等物质运动方式对热流的扰动;深部热流向热导率高的花岗岩类侧向运移等这些岩石圈热量自深至浅的不均一分配。本文突破了以往单因素和少数控热因素的共和盆地干热岩成因认识,阐明了由源(热源、力源)、通道到储、盖(层)的干热岩综合成因机制。

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地球科学研究的泛量子化问题

路来君, 曹梦雪, 谭雨蕾

2023, 30(5): 402-406.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.43

摘要 ( 147 )

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量子是微观世界能量最小单位,量子力学研究的是量子态属性行为及动力学问题。按照微观决定宏观的自然科学规律,量子地球科学研究的对象之一是宏观层次与微观量子之间具有的某种对应关系。众所周知,地球系统科学问题之一在于各圈层相互耦合关系及动力学机制,宏观运行机制应该是微观力学原理的某种自然延伸。依据量子力学原理阐述宏观地学问题是亟待突破的理论课题。本文从量子力学与宏观地学属性内涵角度提出一种表达递近关系(微观至宏观)的泛量子-量子理论体系,并给出一系列定量表达方程模型,称这种研究模式为地球科学量子化过程。旨在为建立量子地球科学奠定理论基础。同时也为地球科学的量子计算提供必要的科学依据。

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中国大陆东南缘地壳厚度与泊松比及其构造意义

李强, 吴建平

2023, 30(5): 408-419.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.9.8

摘要 ( 121 )

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自中生代以来,中国大陆东南缘经历了复杂的构造演化过程,尤其是晚中生代发生了剧烈的岩浆活动。研究该区域下方的地壳厚度和泊松比,有助于增进对壳幔相互作用及其动力学过程的理解。本文利用中国大陆东南缘90个固定地震台站(包括88个福建台站和2个中国台湾台站)的远震数据,使用P波接收函数H-κ叠加方法,获得了台站下方附近的地壳厚度和平均泊松比,并结合前人的流动观测结果,给出了高分辨率的地壳厚度和泊松比分布图像。结果表明:研究区地壳厚度为28.0~34.1 km,平均厚度31.0 km;地壳泊松比变化范围为0.22~0.29,平均值为0.26。区内莫霍面变化较为平缓,整体表现为由内陆向沿海减薄,局部地区存在一定的起伏,部分断裂带两侧差异显著。中国大陆东南缘的沿海地区不属于陆壳和洋壳的过渡区,其属性主要为减薄型的陆壳区。福安—南靖断裂带为该区域内一条极为重要的断裂带,其东侧沿海地区的泊松比与地壳厚度呈正相关,而西侧为负相关,东侧地区泊松比整体上高于西侧的内陆地区,可能与沿海地区晚中生代岩浆底侵作用及壳内低速薄层发育有关。

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南海南缘礼乐盆地在南海扩张前的位置恢复

陈雯霖, 郑求根, 黄一鸣, 张懿, 林畅松

2023, 30(5): 420-429.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.75

摘要 ( 58 )

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本文依据洋中脊两侧磁条带的对称性和同期磁条带的等时性,利用南海已有的磁异常条带资料,假定华南大陆连同南海北缘位置相对固定,南海南缘从32 Ma开始向南漂移,恢复了南海的扩张历史和礼乐盆地在不同时期的相对位置。结果表明,礼乐盆地在南海扩张前的位置紧邻珠江口盆地东南缘。这一结果从礼乐盆地与南海北缘盆地在基底性质、中生代地层的发育情况和沉积特征以及新生代构造活动和沉降沉积特征的对比得到了进一步佐证,为礼乐盆地的构造演化、沉积充填特征和沉积物源分析、石油地质条件研究提供了重要参考。

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南海中央海盆高精度地震勘探揭示的大陆漂移过程

LIANG Guanghe

2023, 30(5): 430-449.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2022.6.10-en

摘要 ( 48 )

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南海的形成和演化得到了广泛研究,前人提出了超过5种成因模式,当前流行是海底扩张模式,但它难以合理解释南海洋壳上的洋中脊跳跃和南海中央海盆上的大陆残片。本文首先基于南海中央海盆中的两条高精度地震勘探剖面,在深入剖析洋壳的分层结构基础上,对这两条地震勘探剖面进行了新的构造地质解释;然后通过伸展构造的形成过程,发展了地幔上涌和陆壳重力滑移双驱动大陆漂移模型;最后深入研究了南海的形成和演化过程。结果说明,南海的形成是一种“构造挤出+主动漂移”模式。构造挤出是印度-欧亚大陆碰撞造成的欧亚东南缘微陆块大规模被动挤出,而主动漂移是微陆块在被挤出后发生了主动裂解漂移。南海中央海盆上残留的地震反射特征,是微陆块主动漂移后造成的海底被扩张现象。并进一步恢复了南海演化过程中周边陆块的运动演化历史。所提出的新模式能够合理解释南海的洋中脊跳跃现象及大陆残片的成因机制。新大陆漂移模型为板块运动提供了一个新的动力模式。

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俄罗斯北堪察加Evevpenta金矿床玄武岩矿物次生蚀变特征及其成矿指示作用

Anastasiya SERGEEVA, Pavel ZHEGUNOV, Elena SKILSKAIA, Mariya NAZAROVA, Elena KARTASHEVA, Anna KUZMINA, Svetlana MOSKALEVA, Olesya ZOBENKO, Sharapat KUDAEVA, Ekaterina PLUTAKHINA, Kseniya SHISHKANOVA

2023, 30(5): 450-468.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.7.1

摘要 ( 147 )

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俄罗斯北堪察加地区Evevpenta金矿床玄武岩主岩青磐岩化蚀变的矿物学组成,是以英安岩中的石英、冰长石-石英、石英-碳酸岩岩脉和热液角砾岩组成的脉系为特征。脉状矿物是天然金、碲化物、硫化物、硒化物和金-银氯化物。青磐岩化蚀变发生在距浅成热液脉较远的地方。然而,它的特征矿物组合对重建成矿环境有重要研究意义。在青磐岩化带内可识别出氟磷灰石-氟铝钛矿、石英-方解石-斜绿泥石、石英-方解石-硬石-蒙脱石、方解石-丝光沸石4种不同的热液蚀变组合。最早的矿物组合形成于酸性富F的热液中。热液流体中氟化物浓度为0.2~1.2 g/L,流体温度约550 ℃。酸性热液与橄榄玄武岩寄主岩石长期相互作用,导致pH升高至接近中性并发生绿泥石化作用。绿泥石化阶段热液富集Fe和Mg,温度约175~210 ℃时形成第1阶段绿泥石, 120~140 ℃时形成第2阶段绿泥石。蚀变的最后阶段形成沸石群矿物,其在pH约为9、温度>135 ℃的热液中析出。热液流体的高pH值可能是由于碳酸氢盐和碳酸盐的存在以及溶液中铁盐的去除。根据青磐岩化带蚀变矿物组合特征,探讨了Evevpenta脉系形成的物理化学条件。在热液体系形成阶段,随着碱性氯化钠溶液的循环,贵金属Cl^-和OH^-络合物的形成导致了矿石元素的运移。高pH溶液也能转移硫。

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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

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

摘要 ( 459 )

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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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PTME后华北板块南缘生物复苏后期古环境特征:来自豫西登封中三叠统二马营组的证据

邢智峰, 张湘赟, 李婉颖, 齐永安, 郑伟, 吴盼盼, 张立军

2023, 30(5): 491-509.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.3.5

摘要 ( 75 )

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三叠纪是二叠—三叠纪生物大灭绝(PTME)之后生态系统恢复的重要时期,也是构造格局的重要转型期。中三叠世生态系统已逐渐恢复,处于生物复苏的后期,该时期的古环境特征、古生物面貌都对生态系统的恢复具有重要意义。本研究通过对豫西地区登封白坪中三叠统二马营组剖面的详细实测和样品的测试分析,运用沉积学和地球化学等方法,进行古环境特征分析。结果表明:(1)二马营组下段以黄绿色细粒长石砂岩与紫红色泥岩不等厚互层为主,发育曲流河的4个沉积旋回;中段底部以厚层黄绿色长石石英砂岩为主,上部出现频繁的砂泥互层,为滨浅湖沉积;二马营组中下段经历了由粗组分为主向细组分为主的多次转变,后期由河流相逐渐转变为滨浅湖相沉积。(2)地化样品中Mg/Ca以及Sr/Cu值(1.8~5.2,均值为3.5)均较低,显示二马营组整体处于温暖湿润的气候条件;Sr/Ba(0.15~0.42,均值为0.29)、∑LREE/∑HREE、Ce异常指数以及氧化还原敏感元素U、V、Cr、Ni、Co等的比值均显示二马营组沉积期为氧化条件为主的陆相淡水沉积环境。综上所述,豫西登封二马营组为一套典型的河湖相沉积,与下伏和尚沟组相比,在古气候方面出现明显的转变,由干旱炎热逐渐转变为温暖湿润的气候,为生态系统的恢复起到了重要的作用。

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青藏高原流域岩石风化机制及其CO₂消耗通量:以拉萨河为例

谢银财, 于奭, 缪雄谊, 李军, 何师意, 孙平安

2023, 30(5): 510-525.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.66

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摘要:为研究青藏高原流域岩石风化机制及其对CO₂消耗通量和气候变化的影响,于2019年11月至2020年10月对拉萨河流域控制断面进行一个完整水文年每月2次的监测和采样,结合水化学及δ¹³C_DIC和$\partial^{34}\mathrm{S}_{\mathrm{SO}_4}$,探讨了流域水化学特征及其主要影响因素,基于化学计量平衡与正演模型方法定量计算了河流水体主要物质来源,并对流域岩石风化速率与大气CO₂消耗通量进行了估算。结果表明:拉萨河流域水体中Ca²⁺和HCO³_-为主要的阳离子和阴离子,水化学类型为HCO₃-Ca型,大气输入、人为输入、硅酸盐岩和碳酸盐岩风化端员对河水阳离子的年平均贡献率分别为6%、4%、21%和70%;河水化学计量学、δ¹³C_DIC(-8.78‰~-1.35‰)和$\delta^{34} \mathrm{~S}_{\mathrm{SO}_{4}}$(-2.26‰~-1.10‰)变化均证明由煤系地层硫化物及矿床硫化物的氧化形成的硫酸(各占约50%)广泛参与了流域的化学侵蚀,硫酸对碳酸盐岩的风化作用旱季显著强于雨季。流域硅酸盐岩风化速率与大气CO₂消耗通量的年平均值分别为5.20 t·km^-2·a^-1和118×10³ mol·km^-2·a^-1;仅考虑碳酸风化作用时,流域碳酸盐岩风化速率与大气CO₂消耗通量分别为22.5 t·km^-2·a^-1和202×10³ mol·km^-2·a^-1;硫酸参与作用下,流域碳酸盐岩风化速率估算结果提高了31%(升至29.4 t·km^-2·a^-1),岩石(碳酸盐岩和硅酸盐岩)风化消耗大气CO₂通量则降低了35%(降至207×10³ mol·km^-2·a^-1)。硫酸参与流域碳酸盐岩的风化改变了区域碳循环,这是全球碳循环模型应该考虑的一个重要环节。

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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

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

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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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不同生态修复模式对矿业废弃地重金属-微生物影响分析

魏洪斌, 罗明, 张世文, 周鹏飞

2023, 30(5): 541-552.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.6.3

摘要 ( 218 )

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为筛选矿业废弃地最优生态修复技术模式,以广东韶关大宝山矿业废弃地为研究对象,通过在矿业废弃地布设生态修复小区试验,应用重金属污染治理和土壤基质改良材料与乔灌草配置相结合,研究不同生态修复模式对矿业废弃地重金属和微生物的影响。结果表明:矿业废弃地在乔灌草不同生态修复模式下,试验小区5种优势植物对重金属的富集和转运能力不同,富集和转移系数总体表现为Cd>Cu>Zn>Pb,不同修复模式下植物对4种重金属的滞留效应总体表现为Pb>Zn>Cu>Cd;不同植物根茎叶重金属含量具有较大的差异,5种优势植物中湿地松和紫薇属于茎叶部的Cd富集型植物,车前草和大叶女贞属于根部囤积型植物,苎麻属于重金属规避型植物;不同处理均能显著降低重金属有效态Cd、Pb的含量,降低程度均超过了50%,修复材料的添加以及立体生态修复模式的构建显著增加了土壤不同细菌种群的丰富度和多样性。不同植被组合中高耐性乔灌草立体生态修复设计为最佳修复模式,可以作为矿业废弃地生态修复的优选目标模式。

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基于数值模拟的琼州海峡东口推移质输运量估算

仝长亮, 朱钰, 吴祥柏, 莫颖明, 王雪木

2023, 30(5): 553-566.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.73

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琼州海峡东口沉积作用主要受东西向往复流的控制,并呈现涨潮东流、落潮东流、涨潮西流和落潮西流4种形式,独特的沉积动力特征使得海峡东口分布大量潮流沙脊。沉积动力研究对于该区域海砂的开发和海底稳定性评估具有重要意义。海峡东口沉积作用的数值模拟计算表明:在中央水道、海峡北岸和浅滩区,潮流流速相对较大,其垂向平均流速可达0.7~1.0 m/s,其他区域流速为0.3~0.5 m/s;东向流流速较西向流大,但在海峡北岸,粤西沿岸流的存在使得西向流显著大于东向流,该特征在大潮期间尤为明显,小潮期间的流速普遍小于大潮时段,一般大潮流速是小潮的1.5~2.0倍。底质类型显示,研究区以砂砾质沉积为主,主要分布在中央水道、浅滩区和海峡北岸海域,全区平均粒径均值为2.67Φ,总体分选较差。研究区临界起动流速范围为0.12~0.79 m/s,在中央水道至西南浅滩一带临界起动流速在0.6 m/s以上,砂质沉积区起动流速多为0.35~0.45 m/s,而东部陆架的泥质沉积区起动流速基本小于0.22 m/s。Bagnold输运率计算模型结果显示:海峡北岸的输运率最大,其次为中央水道和浅滩区;其分布大小与潮流沙脊的位置和走向具有较好的一致性,潮周期内的净输运趋势在海峡北岸为西向,其他区域多为东向;大小潮的净输运量相差一个数量级,剖面计算得出一个月内通过琼州海峡东口的推移质净通量可达10⁸ kg量级且总体方向为东向。

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