地学前缘

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2024年第3期目次

2024, 31(3): 0-0.

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雅鲁藏布江中段日喀则地区却顶布—路曲地幔橄榄岩岩石地球化学特征、成因及其地质意义

陈国超, 张晓飞, 裴先治, 裴磊, 李佐臣, 刘成军, 李瑞保

2024, 31(3): 1-19.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.42

摘要 ( 678 )

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日喀则蛇绿岩是雅鲁藏布江缝合带的重要组成部分,但是对该蛇绿岩的成因和构造背景还存在较大的争议。本文以日喀则地区却顶布—路曲蛇绿岩为研究对象,通过详细的野外地质、岩石学、矿物化学及岩石地球化学研究,显示该蛇绿岩主要由方辉橄榄岩组成,另有少量辉长岩、辉绿岩和玄武岩。与路曲方辉橄榄岩相比,却顶布方辉橄榄岩中橄榄石的Fo值较低,斜方辉石Al₂O₃和Cr₂O₃含量较高,单斜辉石Al₂O₃含量和Cr^#值较高,尖晶石Cr^#值和TiO₂含量较低。却顶布—路曲方辉橄榄岩具有较高的MgO含量和较低的Al₂O₃、CaO、TiO₂含量,稀土元素总量为(0.17~1.63)×10^-6,低于原始地幔和亏损地幔。路曲方辉橄榄岩的LREE/HREE和(La/Yb)_N比值较高,分别为1.34~9.22和0.56~12.14;却顶布方辉橄榄岩与其相反,LREE/HREE和(La/Yb)_N比值分别为0.29~0.81和0.11~0.25。路曲方辉橄榄岩呈轻稀土富集型的U型稀土元素配分模式;却顶布方辉橄榄岩为轻稀土亏损型的左倾型稀土元素配分模式。路曲方辉橄榄岩和却顶布方辉橄榄岩具有近似的微量元素分布特征,但是又有一定区别,路曲方辉橄榄岩大离子亲石元素Rb、Ba高于却顶布方辉橄榄岩,但K、Sr低于却顶布方辉橄榄岩。却顶布—路曲方辉橄榄岩的源区可能来源于地幔中的尖晶石相二辉橄榄岩。却顶布—路曲方辉橄榄岩矿物化学和全岩地球化学特征与深海地幔橄榄岩相似。矿物学和全岩岩石地球化学特征显示却顶布方辉橄榄岩为经历了10%~15%部分熔融的残余,路曲方辉橄榄岩为经历了20%~25%部分熔融的残余。却顶布—路曲方辉橄榄岩形成于慢速-超慢速拉张的洋中脊环境。日喀则蛇绿岩的多样性与源区部分熔融程度和后期流体交代密切相关。

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扬子地块西缘峨山新元古代高分异I型花岗岩地球化学特征及岩石成因

李光洁, 陈永清, 尚志, 刘世博

2024, 31(3): 20-39.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.6.18

摘要 ( 656 )

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峨山高分异I型花岗岩位于扬子地块西缘,是扬子地块新元古代岩浆岩带的重要组成部分,对其源区、成因及其构造背景进行系统研究能够揭示新元古代地壳演化历史。本文对峨山高分异I型花岗岩开展了LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年及岩石地球化学研究。研究结果表明,峨山花岗岩主要由肉红色中粗粒花岗岩和灰白色中粗粒花岗岩组成,它们的形成年龄分别为(746±34) Ma (MSWD=4.2)和(732±30) Ma (MSWD=3.3)。全岩地球化学显示峨山花岗岩具有高SiO₂(70.32%~78.41%)、Na₂O(3.09%~3.94%)、K₂O(5.13%~7.35%)含量,低CaO(0.52%~0.90%)、TiO₂(0.001%~0.025%)、P₂O₅(0.061%~0.097%)含量,富集K、Rb、Th等元素,亏损Nb、P、Ti等元素的特征,与高分异I型花岗岩特征一致。全岩Sr-Nd同位素结果显示,ε_Nd(t)=-10.8~-7.5,两阶段Nd模式年龄(T_DM2)为2.3~2.0 Ga。结合区域地质研究,本次研究认为峨山高分异I型花岗岩是在伸展的构造背景下,地幔或年轻下地壳熔融形成的岩浆底侵由中-高钾玄武质岩和黑云母片麻岩组成的古元古代上地壳,经部分熔融产生母岩浆,后经高程度的分离结晶作用而形成的。

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西准噶尔南部晚石炭世中-酸性火山岩成因机制及其对准噶尔洋闭合时限的约束

支倩, 任蕊, 段丰浩, 黄家瑄, 朱钊, 张新远, 李永军

2024, 31(3): 40-58.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.30

摘要 ( 648 )

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西准噶尔地区广泛分布石炭纪岩浆岩类,了解它们的成因和形成机制可为揭示准噶尔洋盆晚古生代构造格局和发展演化以及约束古大洋闭合时限提供重要依据。本文报道了西准噶尔南部哈拉阿拉特山地区晚石炭世中-酸性火山岩的岩石学、锆石U-Pb年代学以及地球化学特征。岩石学研究表明其岩性主要为安山岩、英安质安山岩、流纹英安斑岩和流纹岩。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明哈拉阿拉特山地区中-酸性火山岩年龄为308~305 Ma,为晚石炭世中-晚期。中-酸性火山岩均相对富集轻稀土和大离子亲石元素,亏损Nb、Ta等高场强元素,富钠贫钾,属于低钾拉斑-中钾钙碱性系列岛弧火山岩。其中安山岩和英安质安山岩具有较高SiO₂(56.15%~66.13%)、Al₂O₃(16.03%~17.94%)、Na₂O(3.44%~5.59%)、Sr((364~576)×10^-6)含量和Na₂O/K₂O(3.20~6.40)、Sr/Y(33.5~55.6)比值,贫MgO(1.59%~2.68%)、Y((10.0~16.0)×10^-6)和Yb((1.08~1.83)×10^-6)的特征,并且具有Eu正异常(δEu=1.09~1.22),属于典型的埃达克岩,是经俯冲的洋壳板片在石榴角闪岩相发生部分熔融而成,且熔融产生的埃达克质熔体在上升过程中未与上覆地幔橄榄岩发生明显交代作用;流纹岩和流纹英安斑岩具有高的SiO₂(69.59%~75.03%)和全碱(w(Na₂O+K₂O)=7.81%~8.89%)、极低的TFe₂O₃(0.94%~1.57%)和MgO(0.12%~0.97%)含量以及弱负Eu异常(δEu=0.63~1.00)等特征,为准铝质I型流纹岩,是下地壳镁铁质岩石部分熔融的产物,很可能有少量幔源岩浆混入。综合本文数据并结合研究区大量前人已发表的岩浆岩类研究成果,认为西准噶尔南部地区在晚石炭世中晚期仍处于岛弧-弧后盆地演化体系,准噶尔洋的闭合时限可能至少推迟至早二叠世早期之后。

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不同胶结度的多孔介质中溶质横向弥散的孔隙尺度模拟研究

侯玉松, 胡晓农, 吴吉春

2024, 31(3): 59-67.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.32

摘要 ( 589 )

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深入理解、精确刻画溶质孔隙尺度横向弥散行为是揭示溶质运移现象内在机制、提高溶质运移模拟精度的关键。基于孔隙尺度模拟方法研究了不同胶结度的多孔介质中溶质横向弥散特征。结果表明:当胶结度增大时,溶质横向弥散程度有所增强,但与纵向弥散相比增强幅度较小,且在模拟的胶结度范围内横向弥散未展现显著的尺度效应。研究还发现多孔介质中横向弥散系数D_T与纵向弥散系数D_L间的差异程度不是固定不变的,而是随着溶质运移距离逐渐增大最终达到稳态的过程,并且D_L/D_T的渐进值及达到渐进值所需时间均受胶结度的影响。因此,将D_T视为比D_L小一个数量级的值与溶质实际弥散行为存在较大偏差。同时,通过对比不同介质中流体流速横向、纵向分量概率密度及溶质对流速率概率密度的差异,揭示了以上溶质横向弥散特征变化及其与纵向弥散特征变化不同的内在机制。

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白云石晶体结构和地球化学特征对沉积环境响应:以扬子地台晚埃迪卡拉纪灯影组白云岩为例

杨志波, 季汉成, 鲍志东, 史燕青, 赵雅静, 向鹏飞

2024, 31(3): 68-79.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.6.16

摘要 ( 647 )

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受沉积环境的影响,在白云石形成过程中,其晶体结构与地球化学记录着相应的环境信息。本文以扬子地台晚埃迪卡拉纪灯影组杨坝剖面为例,通过系统采样研究了白云石的晶体结构和地球化学特征,明晰了基于岩石学和地球化学特征的灯影组沉积环境演化,归纳出了白云石晶体结构、地球化学特征与形成环境的耦合关系。结果表明:(1)杨坝剖面灯影组主要发育叠层石、核形石、泡沫棉石及凝块石等4种微生物白云岩和少量的晶粒、颗粒及角砾白云岩,垂向发育多期的微生物白云岩叠置韵律层,主要为局限台地潮坪相-颗粒滩相。(2)地球化学分析表明,灯影组沉积演化过程为:一段主要为干旱气候、较高盐度的较浅水体,发育泥、粉晶白云岩沉积;二段下部水体加深、潮湿、低盐度,微生物白云岩最为发育;二段中上部水体总体相对较浅,湿度降低,盐度略增高;四段时水体先加深后迅速变浅,湿度逐渐降低,盐度亦逐渐增大。(3)研究区白云石晶体结构特征突显出典型的高Mg/Ca环境下流体参与形成,在干旱、高盐度的环境下,a/c值负偏,潮湿、低盐度的环境会导致晶胞参数a/c值正偏。有序度分布表明,随有序度的增加,a/c值逐渐靠近理想白云石。该结果不仅阐明准同生白云石晶体结构与形成环境关联,还揭示元古宇灯影组古海水环境特征。

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鄂尔多斯盆地西北部下白垩统物源定量分析研究

刘持恒, 李子颖, 贺锋, 张字龙, 李振成, 凌明星, 刘瑞萍

2024, 31(3): 80-99.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.6.22

摘要 ( 686 )

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下白垩统是鄂尔多斯盆地晚中生代的一个重要构造层,同时也是近年来新发现砂岩型铀矿的重要层位。恢复该时期的源-汇系统对认识燕山运动晚期在华北克拉通西部的构造-沉积响应、古气候转变和盆地内砂岩铀矿的富集规律均有较大的帮助。本文通过对鄂尔多斯盆地西北部下白垩统进行古流向测量、不同层位碎屑锆石U-Pb测年,优化周缘潜在物源区锆石U-Pb年龄数据集的汇编方案,定量计算出各物源区对盆内的碎屑贡献比例,恢复了鄂尔多斯盆地西北部早白垩世的源-汇系统。研究结果表明,鄂尔多斯盆地西北部下白垩统中碎屑锆石具有1.79~1.64 Ga、2.02~1.82 Ga和2.58~2.45 Ga 3个稳定的前寒武纪年龄峰值,以及336~257 Ma和476~425 Ma两个稳定的显生宙年龄峰值。定量的物源分析结果表明,阴山、狼山、桌子山-贺兰山和阿拉善地区以不同的贡献比例为研究区提供物源,具多物源同时供给的特征。阴山在整个早白垩世一直是主要的物源供给区,与狼山共同向盆地内部提供河流相沉积。阿拉善地区则通过原地风蚀将物质从桌子山北部和贺兰山顶以风沙搬运的方式带入鄂尔多斯盆地,在洛河-罗汉洞沉积期共同构成了研究区风成与水成交替的沉积特征。

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琼州海峡第四纪层序格架及其沉积演化

陈飞, 曾维特, 仝长亮, 张从伟, 付标, 陈旸, 陈波

2024, 31(3): 100-112.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.2.2

摘要 ( 609 )

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为探讨琼州海峡地区第四纪地层结构及其沉积演化过程,对琼州海峡1 140 km高分辨率单道地震剖面和5个钻孔岩心资料进行解译,结合粒度分析、¹⁴C测年、光释光测年以及微体古生物分析等测试数据,描述地震相特征及沉积环境,并进行地层划分和对比,分析沉积环境变化规律。结果表明:单道地震剖面上共识别出8个地震反射界面,划分为6套地震层序。琼州海峡第四纪沉积整体表现为“西厚东薄”,主要分布在海峡东、西口海域及海峡南北两侧边坡,海峡中部深水区几乎被强劲海流冲蚀殆尽。琼州海峡受海平面频繁升降、新构造运动及强劲水动力影响,第四纪沉积环境变化复杂:早、中更新世时期出现多次海陆交互沉积;晚更新世时期海峡西部海陆交互沉积明显,东部则以浅海沉积为主;全新世时期海侵过程中也出现数次沉积间断。

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滇西保山地块陡崖铁铜多金属矿床石榴子石年代学及其地球化学特征

李方兰, 刘学龙, 周云满, 赵成峰, 李守奎, 王基元, 陆波德, 李庆锐, 张卫文, 王海, 曹振梁, 周杰虎

2024, 31(3): 113-132.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.6.17

摘要 ( 604 )

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陡崖夕卡岩型铁铜多金属矿床位于保山—镇康铅锌多金属矿带北段。区内矿体产于寒武系上统核桃坪组和沙河厂组中,岩性主要为大理岩化灰岩和夹泥质灰岩。目前,矿区内尚未揭露中酸性岩体。为厘清该矿床的成矿时代、成矿的物理化学条件和成矿流体的性质,我们对该矿床的石榴子石开展了细致的岩相学工作、地球化学分析以及LA-SF-ICP-MS U-Pb定年测试。结合野外调查与岩相学工作,主量元素特征表明:保山陡崖矿床产出的石榴子石属于钙铝榴石-钙铁榴石固溶体系列,且该矿区的石榴子石可划分为两类(GrtⅠ和GrtⅡ)。微量元素特征表明:在陡崖矿床,随着温度、氧逸度的变化,流体体系的pH值经历了早期的中性—晚期的酸性的转变。通过应用石榴子石LA-SF-ICP-MS U-Pb定年方法,获得468~461 Ma的可靠年龄数据,表明滇西保山地块陡崖矿床成矿作用发生于中奥陶世。结合双脉地、清水河花岗岩与之相似的稀土配分曲线以及形成时代,推测该矿床可能与岩石圈地幔的拆沉作用有关,其源区主要为古老大陆地壳部分熔融,并有幔源物质的加入。

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赣北彭山还原性S型花岗岩成因及其对Sn富集的启示:来自锆石微量元素的证据

尹青青, 唐菊兴, 项新葵, 赵晓彦, 汪方跃, 徐裕敏, 郭虎, 余振东, 谢金玲, 代晶晶, 彭勃

2024, 31(3): 133-149.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.3

摘要 ( 645 )

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摘要:彭山锡多金属矿集区成矿区划位于长江中下游成矿带与江南钨多金属成矿带的过渡部位。以前研究认为与锡大规模成矿有关的花岗岩通常为高分异的过铝质岩浆,但是关于Sn在还原性岩浆中与矿物相的分配和迁移的氧逸度阈值犹未可知,锡与钨在赣北地区成矿的分带分区(解耦)究竟是受岩浆源区特征的控制还是为氧逸度所制约,目前尚不清楚。本文对区内花岗岩岩石成因、锡的来源、岩浆演化早期的氧化还原条件,及其对锡在岩浆中的分配、萃取和迁移的控制过程开展了研究,即对彭山岩体进行了精细的锆石原位微区分析测试。结果显示,锆石P含量普遍较高,结合P-(∑REE+Y)拟合的3条趋势线的斜率分别为0.91、0.85和0.81,与S型花岗岩(∑REE+Y)<1.15×P演变规律相符。在Eu/Eu^*-Yb_N/Gd_N关系图解中未显示出与Ti分离曲线的同步协变关系,相反,各组岩石均显示为负相关关系,说明3组锆石Eu/Eu^*的比值受榍石与斜长石的共结晶的影响较为有限。依据Hf-Ce⁴⁺/ $Ce z i r c o n 3 +$ 和Ti-Ce⁴⁺/ $Ce z i r c o n 3 +$ 关系图,白云母花岗岩数据区域均位于趋势线末端,与黑云母二长花岗岩和花岗斑岩相比,显示出更低的氧逸度特点。Eu/Eu^*与Ce⁴⁺/ $Ce z i r c o n 3 +$ 比值在各岩石单元中所表现出的还原程度是相耦合的,即组成彭山岩体的3个岩石单元——成矿后花岗斑岩岩脉、黑云母二长花岗岩岩基和白云母花岗岩成矿岩株,其锆石Eu异常(Eu/Eu^*)和Ce⁴⁺与Ce³⁺比值(Ce⁴⁺/ $Ce z i r c o n 3 +$ )呈逐渐递减趋势。双桥山群中1.5~1.3 Ga砂泥质沉积岩与细碧-角斑岩系组成的海相古火山喷发沉积建造,可能提供了本区Sn的初始来源。白云母花岗岩成矿岩株的氧逸度显著低于大湖塘石门寺矿床的花岗岩,锆石微量元素揭示了富锡岩浆演化比富钨岩浆具有更低的氧逸度。

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埃达克岩与热液成矿过程中钾镁同位素分馏及其指示意义:以驱龙斑岩铜矿床为例

字艳梅, 田世洪, 陈欣阳, 侯增谦, 杨志明, 龚迎莉, 唐清雨

2024, 31(3): 150-169.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.4.22

摘要 ( 668 )

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为研究后碰撞埃达克质岩岩浆分异和热液过程中的钾镁同位素分馏行为及其对斑岩铜矿床岩石成因的指示意义,本文对藏南驱龙斑岩铜矿床的一套埃达克质岩石开展了钾镁同位素分析。该套岩石包括闪长质包体、花岗闪长岩和花岗斑岩,后者是超大型斑岩铜矿床的成矿母岩。已有研究结果证实,这3套岩石很可能是由同一来源的不同程度的部分熔融和分离结晶作用形成的。研究结果表明,闪长质包体、花岗闪长岩和花岗斑岩的δ⁴¹K组成分别为-0.38‰~-0.22‰、-0.43‰~-0.34‰和-0.59‰~-0.36‰。尽管3类岩石各自变化范围较小,但整体上δ⁴¹K与K₂O和SiO₂含量呈现明显负相关趋势,表明全岩钾元素迁移和钾同位素发生了解耦,钾同位素产生了分馏。在闪长质包体-花岗闪长岩演化期间,δ⁴¹K与Sc和Y含量呈明显正相关关系,这指示了在该演化期间可能主要是角闪石分离结晶导致了钾同位素分馏。相比之下,花岗斑岩中具有明显的钾同位素组成变化,在花岗斑岩演化期间,δ⁴¹K与Eu/Eu^*和Sr含量呈正相关关系,表明在岩石演化晚期钾同位素的分馏可能主要跟斜长石分离结晶有关。然而,通过瑞利分馏模拟表明仅矿物分离结晶难以实现如此大的钾同位素分馏,花岗斑岩中的钾同位素分馏是岩浆热液共同作用的结果。值得注意的是,闪长质包体具有比地幔更重的钾同位素组成,导致这种现象的原因可能是复杂多样的:一方面,下地壳可能具有比地幔更重的钾同位素组成,岩浆混合机制下导致源区具有重钾同位素组成;另一方面,驱龙斑岩铜矿床的岩浆源区受到俯冲板片来源的富重钾流体/熔体所交代,导致其源区的钾同位素组成偏重。相比之下,这3类岩石的镁同位素组成比较类似(闪长质包体:-0.36‰~-0.19‰;花岗闪长岩:-0.28‰~-0.13‰;花岗斑岩:-0.44‰~-0.13‰),并且落在了地幔和下地壳范围内。这3类岩石的δ²⁶Mg跟MgO和SiO₂含量之间不存在相关性,表明埃达克质岩浆分异过程中(角闪石和黑云母)也不产生镁同位素分馏,与前人对花岗岩中镁同位素分馏行为的结论相一致。作为典型的热液型矿床,藏南驱龙斑岩铜矿床和江西德兴斑岩铜矿床在热液蚀变过程中均产生了钾镁同位素分馏。德兴斑岩铜矿床大部分蚀变岩的钾镁同位素值都高于新鲜岩浆岩,具有显著的钾镁同位素组成变化;相比之下,驱龙斑岩铜矿床埃达克质岩岩石的钾镁同位素组成大部分位于岩浆岩基线值范围内,受热液蚀变作用影响不显著。此外,驱龙斑岩铜矿床花岗斑岩中铜大量富集,岩浆热液流体出溶是导致铜大量富集的主要原因,可能至少有两种不同性质(温度、盐度)的热液流体导致花岗斑岩中钾镁同位素组成局部波动变化,这些流体不仅改变了花岗岩斑岩的钾镁同位素组成,并且从高度演化的岩浆中提取金属元素,最终导致铜成矿。

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试论中亚造山带东部多宝山矿田斑岩铜-浅成低温金系统成矿特征与矿床模型

柏铖璘, 谢桂青, 赵俊康, 李伟, 朱乔乔

2024, 31(3): 170-198.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.78

摘要 ( 655 )

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多宝山矿田位于中亚造山带东段,是目前我国东北地区规模最大、成矿时代最老(477~470 Ma)的斑岩铜钼-浅成低温热液金成矿系统,已探明铜、钼、金储量分别可达5 Mt、0.16 Mt和130 t。从成矿系统角度,其成矿特征和矿床模型尚不清晰。本文系统分析了矿床的地质地球化学特征和成矿时代,发现该成矿系统存在两期成矿事件,以第一期为主,发生在早奥陶世;第二期为叠加成矿,发生在晚三叠世。成矿作用具有下部为隐爆角砾状铜矿化、中部为脉状铜矿化、上部为金矿化的空间结构特征,围岩蚀变从中心向两侧依次为钾化-黑云母化带、青磐岩化带、黏土化带、碳酸盐化带、绢英岩化带和硅化带。成矿流体主要来源于岩浆水,从多宝山斑岩铜矿到争光浅成热液金矿床呈现大气水加入比例增大的趋势。根据第一期成矿斑岩具有高Ce⁴⁺/Ce³⁺(174~461;均值约290)、高 $f O 2$ 埃达克质岩浆特征,进一步得出主成矿期与古生代古亚洲洋俯冲作用相关的壳幔混源岩浆作用有关。成矿受古火山机构所制约,其北西到南东成矿深度增大与剥蚀程度相关,受铜山逆断层作用效应,暗示铜山断层以南为较好的找矿靶区。最后,本文建立了该区古生代斑岩铜-浅成低温热液金成矿系统的矿床模型,以期为该区进一步矿产勘探提供借鉴。

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岩浆因素对中国东部铜陵矿集区差异性矿化的控制作用:来自角闪石、斜长石矿物学证据

陈可, 邵拥军, 刘忠法, 张俊柯, 李永顺, 陈雨莹

2024, 31(3): 199-217.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.12.60

摘要 ( 624 )

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冬瓜山铜(金)矿床和新桥硫铁铜金矿床是铜陵矿集区内两个大型夕卡岩型矿床,二者成矿地质背景相似,矿体产于同一地层层位,冬瓜山矿床以黄铜矿和磁黄铁矿为主,新桥矿床以黄铁矿和磁铁矿为主,二者矿物组合差异性非常明显,但造成二者矿物组合差异的关键控制因素还不清楚。针对这一科学问题,本文以二者成矿岩体中的角闪石和斜长石为研究对象,拟揭示岩浆因素对二者差异性矿化的控制作用。冬瓜山矿床青山脚石英二长闪长岩和新桥矿床矶头石英闪长岩角闪石和斜长石岩相学和电子探针(EPMA)主量元素和LA-ICP-MS微量元素分析结果显示,青山脚岩体中的角闪石大部分属于镁角闪石系列;矶头岩体中的角闪石大部分属于镁角闪石和浅闪石系列。青山脚岩体和矶头岩体的角闪石结晶压力、结晶温度、结晶深度、氧逸度和含水量分别为41~306 MPa和23~225 MPa,691~916 ℃和634~918 ℃,1.6~11.6 km和0.9~8.5 km,ΔNNO=0~2.3和ΔNNO=-0.4~2.4,3.7%~5.5%和3.1%~5.4%,青山脚和矶头岩体内角闪石以地壳型为主,少部分为壳幔混合型。两个岩体中斜长石多为中长石,根据斜长石结构和成分剖面特征,推测青山脚和矶头岩体晶体群分别来自5个和4个不同的岩浆子系统,都经历了镁铁质岩浆的注入和混合作用。我们认为镁铁质岩浆中氧逸度和元素含量的差异控制了冬瓜山和新桥的差异性矿化。

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甘肃西秦岭矿床成矿系列及其量化评价

何进忠, 丁振举, 朱永新, 甄红旭, 张万仁, 刘杰

2024, 31(3): 218-234.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.68

摘要 ( 602 )

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本文以中国矿产地质志项目规定的矿种为基本因素,厘定甘肃西秦岭矿床成矿系列及其各种归并形式,并通过量化评价结果反映其找矿意义。基于39种既有矿产的分布特征,按照矿床成矿系列厘定原则,在甘肃西秦岭厘定了21个矿床成矿系列和84个矿床式。根据矿床成矿系列对应的成矿作用、成矿地质环境和构造旋回,将该区域的矿床成矿系列归并为5个矿床成矿系列组合、12个矿床成矿系列类型和4个矿床成矿系列组;针对华力西—燕山期构造旋回中存在构造亚旋回的特点,在其中划分出了矿床成矿系列亚组;探讨了矿床成矿系列在构造旋回中的演化规律。提出了资源当量和当量密度概念,结合其他成矿广度指数和成矿强度指数,有效地进行了矿床成矿系列及其3种归并形式的量化评价。结果表明:矿床成矿系列的成矿多样性与中酸性岩浆活动强度正相关;优势矿床成矿系列是中秦岭华力西—印支期岩浆相关矿床成矿系列、中秦岭晚古生代沉积矿床成矿系列、中秦岭华力西—印支期含矿流体矿床成矿系列、南秦岭印支—燕山期岩浆相关矿床成矿系列、南秦岭古生代—三叠纪沉积矿床成矿系列和南秦岭华力西—印支期含矿流体矿床成矿系列;优势矿床成矿系列类型是前陆盆地叠加后碰撞矿床成矿系列类型和岩浆弧叠加后碰撞矿床成矿系列类型。

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东北地区金矿成矿规律及找矿方向

王岩, 秦燕, 黎华, 王登红, 孙赫, 王成辉, 黄凡

2024, 31(3): 235-244.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.83

摘要 ( 692 )

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PDF(2668KB) ( 232 )

金矿是一种重要的贵金属矿产,也是东北地区优势矿产之一。东北地区金矿资源丰富,分布具有明显的区域性集中趋势,是我国岩金尤其是砂金的重要产区。本文系统收集和整理了已有东北地区金矿地质资料,全面总结了东北地区金矿资源禀赋、矿床类型、时空分布规律、成矿演化,指出了进一步的找矿方向。综合金矿床的工业类型和成因类型,将东北地区金矿床分为砂矿型、岩浆热液型、陆相火山岩型、变成型和受变质型、斑岩型、叠加型及成因暂时未查明的流体型等类型。岩金主要分布于华北成矿省辽东成矿带、华北陆块北缘东段成矿带,吉黑成矿省小兴安岭—张广才岭成矿带、吉中—延边成矿带,大兴安岭成矿省东乌珠穆沁旗—嫩江成矿带等;而砂金主要分布于黑龙江省三江沿岸,大兴安岭成矿省东乌珠穆沁旗—嫩江成矿带、吉黑成矿省佳木斯—兴凯成矿带、小兴安岭—张广才岭成矿带等。东北金矿具有多旋回、多期次成矿的特点,按其规律可划为太古宙、元古宙、加里东期、华力西期、印支期、燕山期、喜马拉雅期等7个成矿期。划分了13个成矿系列,22个成矿亚系列,22个三级预测区,显示出良好的成矿条件和找矿前景。

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河南围山城金银矿集区三维地质建模与成矿预测

谷浩, 杨泽强, 高猛, 唐相伟, 王东晓, 刘奎松, 杨树人, 郭跃闪, 王云, 王功文

2024, 31(3): 245-259.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.6.8

摘要 ( 681 )

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PDF(10295KB) ( 158 )

三维建模与成矿预测已成为当前国内外十分流行且较成熟的技术方法。通过研究银洞坡金矿和破山银矿成矿地质特征,对围山城矿集区开展三维可视化模型构建及深部成矿预测。利用82条地质剖面建立了地质体(地层、岩体、矿体)、构造模型,利用1:5万重磁数据和63条电测深数据建立了密度、磁化率、电阻率等地球物理模型,利用52条岩石剖面、614个钻孔、117个探槽、56个浅井及94个平硐数据建立了地球化学模型,实现了地、物、化数据的综合集成。以“三位一体”找矿预测理论为指导,建立了研究区岩浆热液型Au、Ag矿床三维定量预测模型,确定了Au、Ag矿床成矿有利信息变量;采用证据权法提取了预测变量的权重值和相关程度,选择合适的变量进行成矿预测,利用C-V分形确定阈值,圈定了6个找矿靶区,选择新庄预测靶区(A₁)进行钻孔验证,发现金矿体6条,充分证明了利用证据权法进行三维成矿预测具有可行性与科学性,圈定的靶区对矿山进行深边部隐伏矿体找矿具有重要的实践意义。

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柴达木盆地周缘战略性金属矿产成矿规律与勘查方向

张爱奎, 袁万明, 刘光莲, 张勇, 汪周鑫, 孙非非, 刘智刚

2024, 31(3): 260-283.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.86

摘要 ( 880 )

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战略性矿产资源是国民经济发展的重要基础,也是国家安全的根本保障。柴达木盆地周缘战略性矿产资源丰富,成矿条件有利,提升成矿规律认识和明确勘查方向,对于实现找矿突破,为国家提供战略性矿产资源保障基地具有重要意义。笔者在全面收集区内已有资料的基础上,通过系统梳理柴达木盆地周缘战略性矿产种类,分析其成矿类型及成矿特点,结合地球物理及地球化学资料,提出进一步勘查方向。主要取得如下成果:①柴达木盆地周缘金、镍、钴是具有地域优势的战略性矿产,奥陶纪、志留纪末—泥盆纪和三叠纪是金、镍和钴矿最重要的3个成矿期。②镍矿床类型为与镁铁-超镁铁岩有关的同生岩浆矿床,主要形成于志留纪末—泥盆纪后碰撞-后造山环境,铁质超镁铁岩愈加发育,原生岩浆MgO含量和部分熔融程度高,Fo值和En值高且数值接近,橄榄石Ni含量较低有利于形成大矿。③钴矿分为岩浆型、(变)沉积岩容矿型及热液型三大类:岩浆型钴矿伴生在与镁铁-超镁铁岩有关的岩浆铜镍钴硫化物矿床中,Co与Ni品位及资源储量近乎成正比;(变)沉积岩容矿型包括奥陶纪锰钴矿和中元古代氧化铁钴矿,前者是东昆仑成矿带较为特色且具有较大找矿潜力的一种新类型钴矿;热液型以热水喷流沉积型和夕卡岩型较为重要,前者往往形成独立矿床或与铜矿共生,成矿时代以奥陶纪为主,其次是石炭纪,形成于奥陶纪增生造山作用和石炭纪古特提斯洋扩张环境,夕卡岩型钴矿多与铁或铜矿共(伴)生,主要产在三叠纪花岗岩与围岩接触带或远离接触带的夕卡岩中,矿石品位一般较高。④金矿有造山型、夕卡岩型、斑岩型、浅成低温热液或岩浆期后中低温热液型4个类型,存在425.5~401 Ma、383~349 Ma、284~263.21 Ma和242.2~202.7 Ma共4期成矿事件,以第一和第四期最为重要,分别响应原特提斯洋构造旋回后碰撞伸展及古特提斯洋构造旋回后碰撞-后造山伸展,志留纪末—泥盆纪和中—晚三叠世两次大规模壳-幔相互作用是控制金矿形成的深部因素。⑤志留纪末—泥盆纪岩浆铜镍钴硫化物矿床、奥陶纪沉积岩容矿型锰钴矿和热水喷流沉积型钴矿、志留纪末—泥盆纪和中—晚三叠世造山型金矿、中二叠世—三叠纪斑岩型铜钼钨锡矿、三叠纪伟晶岩型锂(铍铌钽铷铯)矿、三叠纪夕卡岩型铁-多种战略性金属复合矿及寒武纪岩浆型铬矿是今后勘查的重要类型,需关注区内中—低地磁异常区和地球化学综合异常区,加强矿床深边部和半隐伏矿床的勘查。

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朝阳盆地白垩系九佛堂组火山沉积作用及其对有机质富集的影响

张家志, 姜在兴, 徐杰, 魏思源, 宋立舟, 刘桐, 沈志晗, 姜晓龙, 李永飞, 张玺

2024, 31(3): 284-297.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.22

摘要 ( 715 )

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辽西朝阳盆地位于燕山构造带东段,属于松辽外围中生代的断陷盆地,勘探认识程度不高。前人研究认为,朝阳盆地下白垩统九佛堂组为湖相沉积,而忽略了火山事件对于湖盆沉积的重要影响。对此笔者通过区域地质资料调查、钻井岩心描述、岩心薄片资料观察以及分析测试资料等手段,在火山碎屑岩分类基础上,根据火山碎屑含量划分出沉积-火山碎屑岩以及火山碎屑沉积岩,并结合粒度、组分、沉积构造等特征细分出11种岩相类型以及9种岩相组合,进而提出火山碎屑流、火山异重流、火山灰异轻流、热液侵入和微生物诱导5种成因机制。结合钻井岩心观察识别出火山沉积序列及沉积特征,建立了朝阳盆地九佛堂组火山-湖泊沉积模式,为研究区油气资源的勘探开发提供理论依据。研究发现,火山物质对湖盆内有机质富集起到积极的影响。朝阳盆地九佛堂组烃源岩地化测试显示:含有火山细粒物质参与沉积的样品有机质丰度指标更好,有机质更富集。由于燕山构造带内其他盆地同样具有相似的火山活动地质背景,研究结果也为这些地区沉积学及油气资源研究起到良好的对比参照作用。

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川东南永川地区龙马溪组页岩储层构造裂缝特征及期次演化研究

何建华, 李勇, 邓虎成, 王园园, 马若龙, 唐建明

2024, 31(3): 298-311.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.3.2

摘要 ( 636 )

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天然裂缝发育特征和形成期次对川东南复杂构造区页岩气成藏具有重要意义,且对页岩储层压裂改造效果及高产的控制作用明显。目前对川东南远离盆缘的深层页岩气区块内不同力学成因天然裂缝的特征及形成演化尚缺乏系统研究,制约了盆内深层页岩气的高效勘探开发。基于野外露头、钻井岩心、薄片、地球化学测试及磷灰石定年等资料对永川地区龙马溪组页岩储层构造裂缝特征及形成期次开展了研究。结果表明,龙马溪组页岩主要发育构造成因的中高角度剪切缝,低角度顺层滑脱裂缝和垂直张性缝,此外岩心上可见有非构造成因的层理缝、生烃超压缝以及位于主干断裂部位的热液溶蚀缝。纵向上受矿物组成影响裂缝发育程度由深至浅逐渐降低,平面上受构造影响,在背斜核部或翼部陡坡区裂缝密集发育高角度、组系优势明显且纵向贯穿程度大的裂缝,而平缓区发育低角度、小尺度且组系杂乱的裂缝。研究区裂缝先后经历了燕山晚期—喜马拉雅早期(86~47 Ma)、喜马拉雅中期(47~24 Ma)、喜马拉雅晚期至现今(24 Ma至现今)3期构造运动而形成,不同演化阶段的裂缝发育和充填特征差异明显。第一期,构造裂缝主要为NWW-NNW向共轭剪切裂缝,裂缝多被纤维状方解石和少量石英脉体充填,均一温度介于220~250 ℃;第二期构造裂缝为NW-NNW向共轭剪切裂缝,同时背斜区形成NE向垂直张性裂缝与高角度剖面剪切缝,裂缝被拉长块状方解石或石英脉体充填,均一温度介于180~210 ℃;第三期构造裂缝为单独的NE-NEE向压扭性裂缝,同时改造前期形成的裂缝主要被块状方解石、石英脉体充填,均一温度介于140~180 ℃,这一时期地层抬升导致温度下降明显,裂缝充填性变弱,形成的裂缝不利于页岩气保存。与裂缝形成的地质力学环境进行匹配,构建了永川地区页岩储层3期构造裂缝发育演化模式。该研究有利于深化川东南地区龙马溪组深层页岩储层裂缝演化规律的认识,为页岩气富集和保存条件研究提供借鉴。

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成岩流体对超深致密砂岩储层构造裂缝充填及溶蚀改造的影响:以塔里木盆地克拉苏油气田为例

王俊鹏, 曾联波, 徐振平, 王珂, 曾庆鲁, 张知源, 张荣虎, 蒋俊

2024, 31(3): 312-323.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.1.51

摘要 ( 632 )

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塔里木盆地克拉苏油气区是我国“西气东输”的重要气源地,也是我国已建成的最大超深油气田。该区主要目的层组白垩系巴什基奇克组为一套中厚层细-中砂岩夹薄层泥岩建造,埋深主要介于6 000~8 000 m,储层基质孔隙度普遍低于10%,孔喉结构复杂,构造裂缝普遍发育,且有效裂缝网络对该类气藏高产稳产至关重要。同时,深埋高温压条件下,成岩流体沿裂缝快速活动,对储层裂缝有效性产生了差异影响。本文针对井下大量岩心构造裂缝开展CT扫描、主体薄片、阴极发光、激光共聚焦、扫描电镜等实验分析,系统研究了成岩流体在微裂缝尺度、岩心裂缝尺度、圈闭尺度、油气田尺度上对构造裂缝的成岩类型、配置关系、裂缝有效开度及影响分布范围。认为成岩流体对克拉苏油气田白垩系巴什基奇克组构造裂缝有效性的影响主要表现为裂缝面本身及周围储层孔喉的胶结充填及溶蚀作用,主体裂缝(超60%)胶结充填率不足5%,有效开度介于0.2~2 mm,成岩流体沿微裂缝胶结沉淀或溶蚀改造,但仅影响裂缝周围约4 mm~20 m范围,在岩石的差异矿物之间(一般为石英颗粒及长石颗粒)更易发生溶蚀;成岩流体垂向上沿背斜储层中上部50~150 m内的裂缝网络发生胶结、溶蚀作用,整体充填率约为60%~80%,在底水层中裂缝胶结充填率达60%~90%;平面上,成岩流体沿先期沉积水系迹线、顺构造裂缝活动,南北向影响距离为20~40 km,主要为方解石充填与胶结。由于高效沟通的裂缝网络位于目的层中-上部,应考虑在中部或中上部地层中钻完井,避开顶部的“基底式胶结”层,在北部区块针对裂缝中的方解石充填物大开度裂缝实施酸化压裂措施,提升储层整体渗流能力。

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东营凹陷北带基岩风化壳储层发育特征及控制因素

朱茂林, 刘震, 刘惠民, 张鹏飞, 赵振

2024, 31(3): 324-336.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.65

摘要 ( 649 )

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东营凹陷北带西段王庄潜山油藏的发现,揭示了太古宙基岩储层极大的油气勘探潜力。本文基于露头、岩心、薄片、测井、成像测井、孔渗数据以及试油资料,对东营凹陷北带太古宙基岩风化壳储层发育特征进行了总结,对其主控因素进行了深入探索,取得了以下主要认识:(1)太古宙基岩主要为二长花岗岩和花岗闪长岩,局部发育花岗片麻岩,岩石脆性较强,容易产生裂缝,具备形成优质储层的岩性基础。(2)基岩风化壳储层纵向上可划分为崩解型储层、溶蚀-崩解型储层以及残积-崩解型储层三类。(3)崩解型储层主要以构造缝、溶蚀缝和节理缝为主,储层物性较差,平均孔隙度为2.2%,平均渗透率为0.25 mD,主要分布在构造高部位;溶蚀-崩解型储层表现为明显的双层结构,上覆溶蚀层发育厚度为50~150 m,储层物性好,平均孔隙度为4.7%,平均渗透率为1.3 mD,储集空间以溶蚀孔、溶蚀增强缝为主,下伏的崩解层物性差,储集空间以裂缝为主,主要分布在构造中低部位;残积-崩解型储层表现为上薄下厚特点,上覆残积层厚度分布在10~43 m,岩体松散破碎,储集空间以溶蚀孔为主,平均孔隙度为4.5%,平均渗透率为1.7 mD,下伏崩解层致密,块状结构明显,储集空间以各种成因的裂缝为主,主要分布在研究区临近构造高部位的缓坡带。(4)基岩风化壳储层物性及分布主要受控于4个因素:富含高脆性矿物含量的岩石影响裂缝的发育程度,构造应力控制裂缝的形成及产状分布,发达的断裂体系加速了基岩风化壳有效储层的形成,古海拔高程最终控制了基岩风化壳储层分布。研究成果对于东营凹陷以及其他断陷盆地基岩风化壳储层评价和油气勘探具有重要的借鉴意义。

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峨眉山大火成岩省成都-简阳地区火山碎屑岩格架的新类别划分、成因及其油气储集效应

刘冉, 朱贝, 邱楠生, 李亚, 王尉, 裴森奇

2024, 31(3): 337-351.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.80

摘要 ( 626 )

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二叠纪峨眉山大火成岩省岩浆喷发是我国显生宙最大的岩浆喷溢事件。四川盆地中二叠世最新油气勘探成果显示,在峨眉山大火成岩省北缘成都-简阳地区,发育大量以火山碎屑岩为主的全新岩性格架。本文首次对该区域岩性格架展开了详细的火山学解译。在优势储集层段中识别出熔结凝灰岩、自碎裂角砾岩和溅积集块岩三类关键岩性,分别形成于溢气爆发-陆上火山碎屑流机制、溢流喷发-自碎裂角砾化机制以及斯通博利-夏威夷涌溅式喷发机制。这是首次对峨眉山大火成岩省中上述岩性的成因机制进行正式确认。在这些岩性中,储集空间以溶蚀孔和交代孔为主。上述岩性的喷发机制,对其储集空间的发育提供了全方位的关键制约因素:(1)有利于产生大量浆源碎屑;(2)堆积方式有利于维持大量相互连通的原生孔隙,使热液流体得以广泛接触碎屑堆积骨架;(3)堆积于火口近源区域,受异常热流值作用强,有助于维持流体的高效活性。上述三方面最终导致流体对岩石骨架进行深刻的溶蚀交代改造,为规模性储集体发育奠定前提。

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中非Muglad盆地晚白垩世海侵及其对油气勘探的意义

肖洪, 李美俊, 程顶胜, 刘计国, 李晋, 邢向荣

2024, 31(3): 352-359.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.6.19

摘要 ( 631 )

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晚白垩世全球大规模海侵被认为仅淹没了非洲大陆北部地区,而位于非洲中部的Muglad盆地则未遭受海侵的影响,且盆地内仅发育一套富有机质的烃源岩,即下白垩统Abu Gabra组湖相泥岩。本次研究采集了下白垩统Abu Gabra组湖相泥岩和上白垩统Darfur群泥岩样品,在上白垩统Darfur群泥岩中检测到完全不同于下白垩统Abu Gabra组湖相泥岩的甲藻甾烷和三环萜烷组成,主要表现为高丰度的甲藻甾烷异构体和C₂₃三环萜烷丰度优势,认为其是海侵作用的产物。依据分析结果,本文首次提出上白垩统Darfur群沉积期可能受到新特提斯洋海水的影响,进一步揭示了晚白垩世全球海侵在非洲大陆的海水淹没范围已抵达中非大陆Muglad盆地。此外,上白垩统Darfur群海相富有机质泥岩的存在,揭示研究区不仅发育下白垩统Abu Gabra组湖相烃源岩,还发育一套潜在的海相烃源岩。而K-1井海相原油的发现进一步证实了上白垩统Darfur群海相烃源岩的生烃潜力,海相原油可能是研究区未来油气勘探的新领域。

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赣抚平原东北部地下水硝酸盐浓度变化特征及成因

何佳汇, 毛海如, 薛洋, 廖福, 高柏, 饶志, 杨扬, 刘媛媛, 王广才

2024, 31(3): 360-370.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.84

摘要 ( 657 )

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赣抚平原地下水硝酸盐含量较高,但目前对地下水水化学组分(特别是硝酸盐)浓度的季节变化特征及其影响因素的研究还较少。本文通过采集赣抚平原东北部枯、丰水期地下水样品,运用水化学图解法、自组织神经网络(SOM)、空间自相关分析及反向水文地球化学模拟等方法,对研究区地下水化学组分(特别是硝酸盐)浓度的时空变化及硝酸盐来源进行研究。研究结果表明,研究区地下水化学类型以Cl·NO₃-Ca型、HCO₃-Ca型为主,人类活动的输入是引起地下水化学空间分布差异的主要因素。NO₃^-浓度较高以及季节变化较大的地区均集中于南昌下游。NO₃^-浓度低值区和季节变化的低值区主要分布在西部、东南部的山区以及赣江三角洲下游。地下水NO₃^-浓度的空间分布特征和季节变化特征与地下水径流特征、氧化还原环境和土地利用类型有关。地下水中NO₃^-主要来源于工业、生活污水,农业化肥对地下水NO₃^-的影响也不可忽视。反向水文地球化学模拟结果定量揭示了地下水径流过程中所受水-岩作用和人类活动的影响。

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基于集成学习优化的河套盆地地下水砷风险评估

付宇, 曹文庚, 张春菊, 翟文华, 任宇, 南天, 李泽岩

2024, 31(3): 371-380.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.40

摘要 ( 621 )

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河套盆地浅层地下水砷污染严重超标,其潜在的高砷风险对当地居民健康造成严重威胁。当前宏观尺度的高砷地下水风险分布认识仍显不足。本研究以605个浅层地下水样数据以及沉积环境、气候、人类活动、土壤理化特征、水文地质条件等环境因子为数据源,构建了以随机森林(RF)、极端梯度提升(XGBoost)、支持向量机(SVM)为基学习器,线性判别分析(LDA)为元学习器的高砷地下水Stacking集成学习模型,预测了研究区地下水砷风险分布,并对影响该地区地下水砷风险分布的关键环境因子进行识别。研究表明:研究区地下水砷浓度超标(>10 μg/L)率为49.59%,多集中在改道形成的古河道影响带和黄河决口扇;构建的Stacking集成模型比单一模型中性能最优的RF模型具有更高的可靠性,ROC曲线下的面积(AUC)和准确率分别提高了1.1%和3.2%;高风险区面积达到5 257 km²,占研究区总面积的38.44%;沉积环境是影响高砷地下水风险分布的关键环境因素,对模型准确性贡献度高达25.06%。研究结果能够为地下水砷风险分布制图提供方法及参考,对地区饮水安全和人类健康具有重要意义。

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基于K_d的某酸法地浸铀矿山地下水铀运移模拟

杨冰, 孟童, 郭华明, 连国玺, 陈帅瑶, 杨曦

2024, 31(3): 381-391.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.69

摘要 ( 593 )

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地浸铀矿山地下水U污染问题是国际社会广泛关注的环境地质问题,准确预测地浸铀矿山采区外围地下水中U的运移范围对辐射风险评估至关重要。本文以我国某酸法地浸铀矿山为研究对象,利用数值模拟方法定量模拟和预测了不同生产时间地下水中U的运移范围。数值模拟结果表明,地浸生产会明显改变采区流场形态,形成指向采区内部的水力梯度,生产井的抽注是改变流场形态的主控因素。在流场模拟的基础上,建立了不考虑吸附作用的地下水U运移模型与基于K_d值的U阻滞运移模型。根据采区内生产井及采区外围不同距离处监测井地下水pH情况,对阻滞运移模型中的K_d进行了分区赋值。对比两个模型的模拟结果可以发现,当考虑含水介质对地下水中U的吸附阻滞作用后,模拟结果能够跟现场监测数据更好拟合,表明地浸采区外围地下水中U的运移范围受含水介质的吸附阻滞作用明显;这种情况下,U在地下水中的运移距离缩短了53%,运移范围缩小了41%;阻滞运移模型预测的投产5年后采区外围地下水中U迁移距离为50 m。该结果与现场监测结果基本一致,证明数值模拟手段可以为地浸铀矿山地下水U分布范围预测提供科学依据。

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福建沿海地区地热异常热源成因的地球物理分析

张健, 何雨蓓, 范艳霞

2024, 31(3): 392-401.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.6.15

摘要 ( 648 )

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福建沿海地区是我国东南丘陵-沿海地带重要的地热异常区,其成因机制、热源构成一直是我国地热学界关注的重要课题。本文利用热、震、磁、重资料分析了该区地热异常的成因及热量来源。结果表明:福建沿海地区剪切波“低速走廊”与政和—大埔断裂带和滨海断裂带在深部形成的铲形逆冲断层相关,其东端向下至环太平洋地热带高温热源区,西端向上至漳州、福州地表地热异常区。居里面至莫霍面之间,地温增温平缓,不具备形成现代侵入岩体异常热源的条件。花岗岩放射性生热是地表热异常的重要组成部分,放射性元素热源深度小于5 km,地下水沿导热构造“汲取”围岩放射性生热量,向热田中心汇集形成高温区。我们认为:福建沿海地热异常区的热能由深、浅两种来源组成,深部热能来源于环太平洋高温岩浆,浅部热能来源于花岗岩放射性元素生热。深部热源的热量顺铲形逆冲断层向上传输到地表,浅部热源的热量由地下水汇集到地热田中心。

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耦合CO₂脱气的岩溶地热水结垢趋势定量分析

吕良华, 王水

2024, 31(3): 402-409.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.82

摘要 ( 606 )

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岩溶地热系统是最具开发潜力的水热型地热系统之一,在水热型地热资源利用中,地热水结垢(尤其是井下结垢)是目前面临的最普遍、最重要的问题之一,制约着地热水资源可持续利用。针对岩溶地热水结垢趋势分析方法存在的不足,在重点考虑CO₂脱气这一重要过程对结垢趋势影响的基础上,利用化学热力学模拟技术构建了一种耦合CO₂脱气过程的结垢趋势定量分析的改进方法,并将其应用于南京汤山岩溶地热区。结果表明汤山地区地热水不具有发生SiO₂结垢的趋势;在井口有发生碳酸盐结垢趋势,主要成分为CaCO₃;井筒中下部有发生不同程度的硫酸盐结垢趋势,主要成分为CaSO₄,SrSO₄,BaSO₄。本研究在改进结垢趋势分析方法不足的同时,为防垢除垢工作提供了理论基础和方法指导,可有力促进地热水资源的可持续利用。

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珠江流域沉积物重金属污染特征、生态风险及来源解析

涂春霖, 和成忠, 马一奇, 尹林虎, 陶兰初, 杨明花

2024, 31(3): 410-419.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.47

摘要 ( 894 )

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沉积物中重金属的富集威胁着珠江流域水环境的安全。研究珠江流域沉积物中重金属污染状况可以为流域沉积物重金属污染防治和水环境科学管理提供支撑。收集了2009—2022 年发表的珠江流域沉积物中重金属(As、Cd、Pb、Cr、Cu和Zn)含量的数据,运用数理统计分析、相关性分析和正交矩阵分解模型(PMF)探讨了珠江流域沉积物中重金属的分布特征和污染来源,采用地累积指数和潜在生态风险指数法对重金属污染程度和生态风险进行了评价。结果表明,珠江流域沉积物中As、Cd、Pb、Cr、Cu和Zn平均含量分别为49.29、2.76、63.97、67.44、48.72和186.60 mg·kg^-1,其中As、Cd、Pb和Zn超过了中国南方水系沉积物均值,而Cu和Cr接近中国南方水系沉积物均值。珠江流域沉积物中Cd和As污染最为严重,其中Cd主要为偏中度-中度污染,As主要为轻度-偏中度污染,其余重金属主要为轻度-无污染。沉积物重金属单因子危害指数排序为:Cd>As>Pb>Cu>Zn>Cr。Cd在整个珠江流域内都表现出较为严重的危害程度,贡献了生态风险指数的70.73%~93.73%;As在西江、南北盘江和珠江三角洲危害程度均为中等;其余重金属Pb、Cr、Cu和Zn危害程度均为轻微。PMF解析结果表明,沉积物中重金属主要来源为矿业活动和农业活动的复合污染源、燃煤和工业活动污染源、大气沉降和交通污染源以及自然源,贡献分别为21%、17%、35%和27%,其中前三者均属于人为来源,贡献累计可达73%。Cd和As主要受到矿业活动、工业活动和农业活动的影响,Pb主要来源于交通污染和矿业活动,Cr主要为自然源,而Cu和Zn来源比较复杂,受到4种来源的综合影响。

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霍邱县城湖泊沉积物重金属污染特征、潜在生态风险及来源

刘海, 魏伟, 宋阳, 潘杨, 李迎春

2024, 31(3): 420-431.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.2.77

摘要 ( 769 )

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为了解霍邱县城西湖和城东湖表层沉积物重金属的污染特征、空间分布、潜在来源和生态风险,对城西湖和城东湖表层沉积物重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn)含量进行了分析,采用地累积指数法、污染负荷指数法、潜在生态危害指数法和沉积物质量基准法对重金属污染程度及潜在生态危害进行了评价,并利用相关性分析、聚类分析及主成分解析了重金属来源。结果表明,除城东湖的Cd、Hg、Pb和城西湖的Hg外,其余元素均值超过背景值,重金属含量存在显著的空间变异性,大致呈北向南递减趋势。地累积指数表明城西湖沉积物中Ni和Zn处于未受污染-中度污染状态,污染负荷指数显示城西湖为中度污染状态,城西湖和城东湖处于轻度生态风险状态。重金属溯源分析结果显示城西湖和城东湖沉积物中Cr、Zn、Ni和Cu主要来源成土母质、矿产开采和水产养殖,As、Pb、Hg和Cd主要来源于农业污染和生活污水。研究结果可为城西湖和城东湖重金属污染防治提供科学依据。

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有机污染场地原位修复过程的地球物理动态监测与分析

夏腾, 张家铭, 李书鹏, 郭丽莉, 王祺, 毛德强

2024, 31(3): 432-442.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.3.1

摘要 ( 699 )

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有机污染场地原位修复过程的动态监测是评估修复进程和效果的重要环节,监测方法的选择直接影响修复效率及费用。本研究利用高密度电阻率法,结合常规监测井数据,全面刻画了原位热强化氧化耦合修复过程。结果显示,场地内电阻率与水化学、地下水位、污染物含量和温度数据相互验证,实现了点面信息结合。研究发现,在原位热修复过程中,场地内地层电阻率会随温度升高而降低。基于温度与电阻率的经验关系,本文提出了污染物含量变化对电阻率的影响系数,得出影响系数随污染物含量的不断减小而增加。本研究还推算出原位热修复过程中温度及污染物含量的分布,即浓度随温度的不断升高而降低。针对原位氧化修复过程,电阻率变化有效刻画了原位氧化修复中过硫酸钠及水的动态注入过程。研究充分体现了地球物理方法在原位修复监测中的优势,可为有机污染场地原位修复过程精准、高效及低成本的动态监测提供重要参考。

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锡林郭勒盟大型露天煤矿区地质环境时空演化评价

何辉, 穆文平, 张晓, 宋煜冰, 吕远洋, 武雄, 叶宝莹, 白中科

2024, 31(3): 443-457.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.6.28

摘要 ( 644 )

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内蒙古锡林郭勒盟大型露天煤矿区经过20多年的开发,产生了一系列矿山地质环境问题,矿区地质环境在一定程度上遭到破坏,因此,开展大型露天煤矿区地质环境时空演化评价可为矿区生态地质环境修复提供参考。本文对锡林郭勒盟3个大型矿区进行地质环境时空演化评价。首先通过现场调查,明确了研究区主要的矿山地质环境问题,包括植被覆盖度下降、土地压占(排土场和工业场地)、地形地貌景观破坏(露天采坑)和含水层破坏等4类;其次利用遥感影像定量获取了2000—2020年之间的矿山地质环境问题信息,并建立了矿山地质环境评价指标体系;然后应用层次分析法确定了矿山地质环境评价指标的权重,并通过基于GIS的影响指数模型对矿山地质环境影响进行了评价和区划,探讨了矿山地质环境时空演化规律。研究结果表明:(1)3个大型矿区植被覆盖度下降区域的面积、排土场压占土地面积和露天采坑破坏地形地貌景观面积随时间不断增加;(2)大型矿区采矿对地质环境的影响划分为无影响区、轻微影响区、一般影响区、较强影响区和强烈影响区5个等级分区;(3)3个大型矿区地质环境时空演化规律基本相同,不同影响区的空间分布特征和面积随时间变化的规律不同。

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基于地质和自然环境背景的国家公园生态产品价值实现路径研究

马俊杰, 程捷, 刘晓鸿, 孙洪艳

2024, 31(3): 458-469.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.1.50

摘要 ( 718 )

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中国设立国家公园是在生物多样保护方面做出的重要举措。如何使国家公园高质量、稳步发展,其中重要的途径是充分发挥国家公园内的生态产品价值,服务社会,促进自然资源保护-利用的良性循环,因此对生态产品价值实现路径的研究具有重要意义。本文通过分析第一批5个国家公园(三江源国家公园、大熊猫国家公园、东北虎豹国家公园、武夷山国家公园和海南热带雨林国家公园)地质和自然背景的特征以及自然资源的构成,探讨自然资源与生态产品的密切关系。根据人工的干扰程度,本文把生态产品分为自然生态产品、半自然生态产品和人工生态产品。以陆地水资源为例,分析了影响生态产品价值的主要因素以及自然资源转换为不同的生态产品类型。依据生态产品的特性,提出了其价值实现的三级路径和方式,分析了具有不同地质和自然背景的国家公园的生态产品价值实现路径的差异。

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郯庐断裂转换段新沂地裂缝成生机理及构造意义

徐继山, 彭建兵, 隋旺华, 安海波, 李作栋, 徐文杰, 董培杰

2024, 31(3): 470-481.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.10.36

摘要 ( 706 )

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新沂地区处于郯庐断裂带转换段的关键部位,自20世纪70年代以来在新沂地区共发现地裂缝灾害点28处。这些地裂缝以群发的形式发育在南马陵山以西、沂河—骆马湖以东的区域内,地裂灾害影响区面积达100 km²。新沂地裂缝与地层结构、地震活动、地下水开采等因素有着千丝万缕的联系,对其研究形成了多种观点。利用实地调查与勘探手段,新近查明了新沂地裂缝的基本特征,它们具有走向一致性、纵向尖灭性、局部群发性等特点,且与邻近断裂(郯庐断裂带次级断裂F3)具有高度一致性,属于区域构造控制型地裂缝。以新沂地区地质构造为原型,构建了逆断层作用下地裂缝成生物理试验模型。试验结果表明,随着逆断层断距加大而依次呈剪裂段、离层段、弯裂段等发展过程。结合新沂地区“地堑-地垒-地堑”组合结构,新沂地裂缝的成因机制可概括为“跷跷板”构造模型,在构造应力、自重应力、地下水波动等作用下,下沉段受挤压,上升段因抬升而弯裂,从而形成地裂缝。研究新沂地区地裂缝,对揭示郯庐断裂带“北-中-南”段构造变化和“深-浅-表”部结构联系具有重要的指示意义。

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基于开源GemPy的城市地下空间三维隐式势场建模方法研究

廖舟, 李梅

2024, 31(3): 482-497.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.2.30

摘要 ( 703 )

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三维地质建模是城市地下空间规划和管理的重要基础工作。在地质科学大数据时代,当前三维建模逐渐转向三维隐式建模。常见的三维地质建模软件如GeoModeller、Surpac等都提供了隐式建模技术,但是上述商业软件均封装完好、并不开源。本文基于开源GemPy建模平台,重点实现了三维隐式势场建模技术与针对地层尖灭的建模方案,将算法方案加入GemPy底层建模架构,并以某城市地下空间为例,对三维地质精细化建模工程流程进行了验证。论文构建了基于研究区钻孔数据的建模数据集,采用势场法和泛克立格插值法建立城市三维地质模型,并针对城市地质中常见的地层尖灭进行了单独的布尔运算处理。为细致直观展示研究区三维地质模型地层界面的拟合情况,对共计18个工程地质层分别进行可视化。最后,对模型的精度采用分层K折交叉验证方法进行验证,并用皮尔逊相关系数(CC)等4种指标对建模效果进行衡量。对研究区的实验结果表明,基于开源GemPy的三维隐式势场地质建模方法针对城市地质构造具有一定通用性,并在精度上具有较好效果,可以为城市地下空间开发利用提供决策依据。

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基于深度学习的镜下岩石、矿物薄片识别

张利军, 鲁文豪, 张建东, 彭光雄, 卜建财, 唐凯, 谢渐成, 徐质彬, 杨海燕

2024, 31(3): 498-510.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.6.7

摘要 ( 781 )

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岩石、矿物显微图像的识别是岩矿鉴定的基础手段之一,对地质资源勘探有着重要意义。薄片显微图像一般情况下是在实验室中进行的,这项工作繁琐费时,需要大量的人力资源,并且准确性受限于鉴定者的经验。深度学习智能图像识别算法可以通过卷积神经网络提取显微图像的深层特征,从而达到对显微图像进行快速、准确分类识别的目的。本研究以PyCharm平台为深度学习框架,以中国科学数据网上的南京大学教学岩石薄片数据集、南华北石炭纪灰岩显微图像数据集等6个数据集为基础制作了可以应用于岩石-矿物显微图像分类识别训练的数据集,搭建具有针对性的VGG卷积神经网络模型,该模型具有对整个岩石薄片图像与单个矿物图像分别提取其深层中的特征信息的能力,从而达到识别岩石薄片的目的。实验结果显示,随着模型训练迭代的进行,预测值与真实值之间的损失函数在不断减小,识别准确率在不断增加,在分别经过50个和30个循环训练之后,模型的损失函数与识别准确率已经基本收敛。模型对显微图像测试集的识别成功率均高于90%,说明搭建的模型对于图像有很好的特征提取效果,可以完成岩石-矿物显微图像识别的任务。通过本文的研究,可以认识到,深度学习对于处理岩矿鉴定这样的任务有着高超的效率与准确度,开发相关的模型并运用到前端软件上,可以加快矿产资源勘探工作的速度,对于生产实践有着重要的应用意义。

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基于集成量子神经网络的大地构造环境判别与分析

张佳文, 李明超, 韩帅, 张敬宜

2024, 31(3): 511-519.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.3.3

摘要 ( 662 )

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量子地球科学是一门崭新的跨学科前缘专业,量子计算和量子机器学习算法为地学大数据的深度挖掘与分析带来了新的契机。其中,量子神经网络是目前最具代表性的研究方向之一,在复杂多源数据处理方面的效率与准确率尤为突出。本文以大地构造环境判别这一关键问题为切入点,利用堆叠集成算法对量子神经网络(Stacking Quantum Neural Network, S-QNN)进行了改进,并分别实现了玄武岩、辉长岩和尖晶石的构造环境智能判别;同时与四种传统算法(SVM、RF、KNN和NB)、经典神经网络(ANN)和传统量子神经网络(QNN)进行对比。结果表明,集成后的S-QNN模型在3类情况下的准确率较最优的传统算法分别提升5.67%、6.19%和13.34%,较普通的QNN模型提升3.11%、4.99%和3.84%,且更具鲁棒性和通用性。该研究反映了所提出的S-QNN在数据处理中的优势,更证实了量子机器学习算法在地球科学研究中的适用性与潜力,为量子科学与地球科学的交叉融合提供了新思路。

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机器学习:海底矿产资源智能勘探的新途径

刘洋, 李三忠, 钟世华, 郭广慧, 刘嘉情, 牛警徽, 薛梓萌, 周建平, 董昊, 索艳慧

2024, 31(3): 520-529.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.5.90

摘要 ( 765 )

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海底蕴藏着丰富的关键矿产资源,是当前研究的热点,也是未来产业新领域。随着海洋探测技术的不断进步,海底矿产勘探的数据量和数据维数急剧增加,给数据处理与解释带来了巨大困难和挑战。面对海量数据,传统的数据解释与分析方法暴露出许多问题。机器学习以其强大的自学能力,为无法解决或难以解决的问题提供了一系列智能分析决策方案,提高了数据分析的效率,是海底矿产资源智能勘探的新途径。近年来,机器学习在地球科学领域获得了广泛的关注和研究。为此,围绕机器学习技术应用于海底资源勘探技术,本文首先简要介绍了机器学习中经典的模型算法,然后详细阐述了机器学习在海底能源矿产和金属矿产两个方面的应用现状,最后总结了机器学习在海底矿产智能勘探领域的应用前景,指出了现有研究中存在的问题,提出了解决方案和未来的发展方向。

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鄂尔多斯盆地延长组多油源贡献比例与分布规律:基于机器学习与可解释性研究

苏恺明, 徐耀辉, 徐旺林, 张月巧, 白斌, 李阳, 严刚

2024, 31(3): 530-540.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2023.9.56

摘要 ( 774 )

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鄂尔多斯盆地延长组发育多套潜在的烃源岩,但不同烃源岩之间生物标志物特征相似,常规油源对比方法效果不佳,相关认识长期存在争议。基于这样的问题,本文提出了一种基于深度学习的油源对比方案,将人工智能方法应用于油源对比研究,所开展的工作和认识有:(1)以延长组不同层位大量泥岩、页岩样品的42种生物标志物参数作为学习数据,构建了一种识别未知样品油源类别的深度神经网络模型,对长7泥页岩、长8—长10泥页岩的判别正确率分别达到了79.6%和83.0%,实现了延长组主要烃源岩生烃产物的有效区分;(2)通过模型分析了大量砂岩、原油样品的油源分类,统计了不同烃源岩对于延长组各个油层组原油的贡献比例,总结了它们的分布规律;(3)基于目前较为先进的置换特征重要性(PFI)算法,对所得模型进行了敏感性分析,初步揭示了延长组两类主要烃源岩的生物标志物差异。本文对于人工智能方法、技术在石油分子地球化学领域的发展具有积极的参考价值。

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