地学前缘

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“大地构造-岩石成因-成矿系统前沿研究”主题专辑目次

2025, 32(6): 0.

摘要 ( 15 )

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邓晋福教授的主要学术成就与贡献

莫宣学, 罗照华, 刘翠

2025, 32(6): 1-8.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.7.13

摘要 ( 38 )

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PDF(1603KB) ( 37 )

邓晋福教授是著名的岩石学家和岩石大地构造学家,在火成岩成因、壳幔深部过程、岩浆作用与成矿领域和我国地学领域高层次科技人才的培养方面做出了系统的杰出的贡献。他将岩石学,特别是岩浆岩石学,与基础学科结合,形成发展岩石物理化学,推动岩石学科从描述到理论的飞跃;准确判定各种岩石构造组合与大地构造环境的关系,在此基础上剖析我国大地构造及其时间演化,推动岩石大地构造学的发展。邓晋福教授领导编制完成我国第一幅1∶250万侵入岩大地构造图,为全国矿产资源潜力评价工作作出重要贡献;运用岩石学探针的理论方法,揭示壳幔结构与深部过程,对中国东部中—新生代岩石圈减薄研究作出开创性贡献;提出亚洲和中国大陆动力学研究的新思路,以及中国“大陆根柱构造”理论模型,首次从岩石圈尺度进行中国大地构造域分区,提出中国大陆具有三层式壳幔动力学系统;创新地提出岩石圈软流圈系统的大灾变是成矿“大爆发”的根本动力源,岩石圈尺度三维不连续的再活化是大陆内大尺度成矿带的有利储矿空间。

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中国东部陆缘中、新生代洋板块深地质作用追踪

肖庆辉, 刘勇, 李廷栋, 潘桂棠, 陆松年, 丁孝忠, 张克信, 庞建峰, 邱瑞照, 赵国春, 张恒, 程扬, 范玉须, 付利

2025, 32(6): 9-28.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.8.62

摘要 ( 23 )

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中国东亚大陆中、新生代陆缘构造成因至今没有统一认识,分歧仍然很大。本文依据洋板块地质思维重新研究中国东亚大陆中、新生代陆缘构造成因后发现:中国东亚大陆中、新生代陆缘洋板块俯冲作用不仅普遍存在,而且一直俯冲到400~660 km深的地幔过渡带,并在那里滞留堆积构成具有造壳成陆功能的新的热动力学系统,或称第二大陆动力学系统,有人称之为第二大陆。它控制了中国中、新生代大陆的形成与演变。另一个发现是在中国大陆俯冲增生杂岩带内发现很多洋岛、海山、洋底高原等大洋遗迹,它们与表征洋板块俯冲作用的岛弧等共存在同一个俯冲带上,表明中国大陆的形成与演变普遍经受过曾存在过的五大古洋(古亚洲洋、特提斯洋、古太平洋、鄂霍茨克洋、华南洋)洋板块俯冲作用制约。第三个发现是,在内蒙古西拉木伦地区俯冲增生杂岩带中发现了与3种不同成因体制——“地幔柱”型、洋中脊型和岛弧型有关的洋岛、海山,表明古大洋演化过程中的构造背景多样而复杂,包括岛弧、热点、地幔柱、弧后盆地及洋中脊等各种构造背景。岛弧环境明显与板块俯冲有关,而热点、海山明显与地幔柱有关。这说明古大洋在演化过程中,洋内俯冲作用和软流圈地幔(柱)上涌两种完全对立的构造体制同时共存并相互作用。据此,我们提出东亚中、新生代造山带可能是东亚中、新生代造山带之下的地幔过渡带或所谓第二大陆引发的洋内俯冲+板内软流圈地幔(柱)上涌复合作用而形成的系统。因此,岛弧型洋岛、海山的发现为中国洋板块地质建立东亚中、新生代造山带洋内俯冲+板内软流圈地幔(柱)上涌同时共存的理论模型提供了重要科学依据。东亚中新生代造山带之下的地幔过渡带或所谓第二大陆的存在使中国大陆形成与演化、成矿作用潜力评价和战略找矿预测都可能要被重新认识。

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岩浆弧系统概述

$\boxed{\hbox{邓晋福}}$

2025, 32(6): 29-60.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.7.80

摘要 ( 31 )

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经典的板块构造理论认为大洋板块俯冲形成的沟-弧之间没有岩浆活动发生,且岩浆主要来源于洋俯冲带上面的幔楔。上世纪埃达克岩的提出,证实俯冲洋壳可以产生局部熔融。最近陆续发现洋高原(无震洋脊)和活动洋中脊等大洋板片的不同部位亦可发生俯冲,产生部分熔融形成岩浆弧。由此,本文讨论和分析了全球典型地区大洋不同部位俯冲形成的岩浆弧实例,提出了6种岩浆弧系统的类型:(1)老洋壳俯冲形成的岩浆弧系统;(2)洋高原俯冲形成的岩浆弧系统;(3)活动洋中脊俯冲形成的岩浆弧系统;(4)年轻洋壳俯冲形成的岩浆弧系统;(5)最年轻洋壳俯冲形成的岩浆弧系统;(6)经典板块形成的岩浆弧系统。并对这6种岩浆弧系统形成的机制,火成岩构造组合及其特征随时空的演变等进行了讨论和总结。这些研究可看作进一步研究封存在中国大陆内的岩浆弧系统的一种导向。对于限定大洋板片的性质,反演已湮灭的古代大洋板块组成提供了新的视角和途径,为洋板块地质学的研究提供了新的思路。

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洋板地质学研究展望:聚焦中国及邻区大洋俯冲消减带地质重建

潘桂棠, 任飞, 张克信, 肖庆辉, 陆松年, 任光明, 庞维华, 崔晓庄, 彭智敏, 张向飞

2025, 32(6): 61-88.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.7.7

摘要 ( 16 )

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自板块构造理论提出后,经过近60年的地质实践,针对“板块构造登陆”难题的问题根源及“洋板块地层(Oceanic Plate Stratigraphy,OPS)研究”的局限性,李廷栋院士团队提出“洋板块地质学”(Oceanic Plate Geology,OPG)的概念。这是运用板块构造学的原理和方法,研究大陆中已消亡的大洋和弧后洋盆中的洋岩石圈板块地质遗迹的学科,主要是研究洋壳俯冲消减增生杂岩带的岩石构造组合和时空结构,重建洋壳从扩张到俯冲消亡及洋陆转换演化历史及其与相邻地壳构造单元的演化关系和动力学过程,为创新构建超大陆汇聚-裂解不可逆演化论、洋-陆构造体制转换论提供了切入点,具有重大科学意义。本文基于全国矿产资源潜力评价——成矿地质背景综合集成项目及其中国大地构造系列编图和综合研究成果,以及近年来特提斯构造域及邻区地质-大地构造系列编图和集成研究工作,聚焦已识别出的中国及邻区存在五条大洋俯冲消减对接带的地质重建:①斋桑—额尔齐斯—南蒙古比基—索伦山—西拉木伦—长春—开山屯对接带;②乌拉尔—突厥斯坦—南天山—牛圈子—洗肠井—恩格尔乌苏—索伦山对接带;③班公湖—双湖—怒江—昌宁—孟连—清迈—劳勿—文东对接带;④宽坪—佛子岭对接带;⑤凭祥—鹰扬关—萍乡—江绍对接带。在大陆中识别已消亡的大洋(对接带)的地质遗迹,应是区域、全国乃至全球大地构造之研究的前沿和热点。

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深部物质探测及其成矿预测:方法、应用与展望

王涛, 侯增谦, 黄河, 杨立强, 郑远川, 孙剑, 鲍学伟, 侯通, 范润龙, 许博, 张建军, 朱小三, 尹继元, 苏玉平

2025, 32(6): 89-130.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.8.61

摘要 ( 16 )

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深部物质探测是地球深部探测的软肋,主要是由于欠缺有效且可靠的技术方法,制约了对地球深部物质组成、演变及其动力学的认识。本文总结了近年在深部物质架构探测的理论与方法体系及其应用方面的进展。该方法体系主要包括:(1)岩浆岩岩石学、矿物学研究,获取深部组成的物质类型等信息;(2)包体(如捕虏体)研究,直接探测深部物质类型;(3)元素地球化学示踪与填图,了解岩浆成因与源区物质成分特征;(4)放射性成因同位素(如Nd、Hf同位素体系)示踪与填图,确定深部物质时间(新、老)属性;(5)稳定同位素(如O、Mg、Ca等)示踪与填图,了解深部物质来源与循环;(6)捕获/继承锆石示踪与填图,获得深部物质时间和物质属性;(7)地球物理探测,获得深部物质地球物理参数并推测深部岩石类型和物质组成;(8)实验模拟,提供多元同位素和元素地球化学联合示踪的依据,为深部物质探测与地球物理探测结果的对标提供理论支撑;(9)多学科数据集成、综合分析方法。这些方法的有机结合,在厘定造山带与克拉通边界、探测典型构造单元三维架构到四维演变、揭示覆盖区及大型盆地的基底属性、阐明深部物质成矿制约等方面取得了新进展。本文还指出了目前在同位素填图与应用方面存在的和值得注意的问题,展望了未来发展方向和前景。

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中国中央造山系洋板块地层分布与演化

张克信, 骆满生, 寇晓虎, 何卫红, 徐亚东, 宋博文, 王丽君, 王嘉轩, 王盛栋, 陈奋宁, 陈锐明, 李承东

2025, 32(6): 131-155.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.4.91

摘要 ( 13 )

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中国中央造山系从西向东横亘在中国中部,从北向南、从西向东由祁连、阿尔金、柴北缘、西昆仑、东昆仑和秦岭(含桐柏—大别、苏鲁)6个造山带组成。大地构造位于特提斯构造域北部,经历了罗迪尼亚超大陆裂解以来的原特提斯和古特提斯多岛洋演化历程。本文系统梳理整合了中央造山系各时代约185个出露点的蛇绿混杂岩等洋壳残迹的物质组成、393个蛇绿岩等洋壳残块的测年数据,依据构造环境和时代分布,区划出7个OPS构造-地层区和15个分区。阐述了各区和分区的OPS的岩石组合与时空分布特征。在系统收集同位素测年和OPS年代序列划分对比的基础上,构建了中央造山系首个显生宙OPS地层格架和时空演化模式,并对中央造山系特提斯演化历程进行了讨论。

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我们为什么要钻穿完整的洋壳?

牛耀龄

2025, 32(6): 156-178.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.8.63

摘要 ( 17 )

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我们只有钻穿完整洋壳,回答长期被忽略的基本科学问题,才能完善板块构造理论。这些问题包括:洋壳由哪些岩石组成,它的厚度变化幅度有多大,洋壳-地幔地震波速不连续莫霍面(即Mohorovičić或Moho面)究竟反映什么样的岩石学变化?这些问题似乎都是众所周知的事实,但事实并非如此。准确地讲,我们目前的认知远不完整,一些流行的误解来自对方便假设的选择性解读。最流行的假设之一是,从地震波速推断的洋壳(即莫霍面之上的岩石)是岩浆成因的。检验这一假设是当年“莫霍面计划”(Project Mohole:1957—1966)的核心动机:钻透完整洋壳,钻穿莫霍面,钻入地幔。“莫霍面计划”因技术挑战和造船预算成本不断飙升等因素而终结,但所研发的技术使随后的大洋科学钻探取得了成功。因此,对初始的假说一直未能检验,只是人们一直简单地认为莫霍面之上的洋壳是在洋中脊由岩浆冷凝形成的。因为全球莫霍面的深度(即,洋壳厚度)很均一,为(6.0±1.0) km,所以整个固体地球科学界,被误导30多年,误认为地震波速揭示的洋壳(“地震洋壳”)是岩浆成因的“岩浆洋壳”,在全球厚度均匀一致,与洋脊扩张速率无关。然而在许多慢速、超慢速扩张洋脊地段有一致厚度的“地震洋壳”,却裸露有大量蛇纹岩化地幔橄榄岩。因此,我们必须客观严谨地审视关于洋脊岩浆作用的流行观点,这需要钻穿完整洋壳,钻入地幔。因为只有快速扩张洋脊有可能形成完整的岩浆洋壳,所以只有在太平洋海底地质简单的理想部位打钻才有可能实现钻穿岩浆洋壳的目标。美国引领全球大洋科学钻探的“决心号”(D/V JOIDES Resolution)已于2024年底退役。目前公认中国建造的“梦想号”(D/V Meng Xiang)大洋钻探船是当今唯一具备钻穿洋壳能力的钻井船,其先进的钻探能力和较低的运行成本使钻穿洋壳的科学梦想成为可能。

亮点:

• 我们必须钻穿完整洋壳,圆满回答基本科学问题,完善板块构造理论。

• “地震洋壳”等于“岩浆洋壳”的流行观点误导多年,必须结束。

• “地震洋壳”,至少是慢速扩张洋脊形成的洋壳,是岩浆岩和蛇纹岩化的地幔橄榄岩的无序混合。

• 只有快速扩张洋脊能形成完整岩浆洋壳,所以钻穿完整太平洋洋壳才能准确认知莫霍面的岩石学性质。

• 中国的“梦想号”是目前唯一能钻穿洋壳的科学钻探船。

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大陆碰撞成矿作用:新认识与新进展

侯增谦, 杨志明, 张洪瑞, 王瑞, 宋玉财, 刘琰, 郑远川, 许博, 王庆飞, 刘英超

2025, 32(6): 179-209.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.4.49

摘要 ( 22 )

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大陆碰撞成矿理论框架已经初步构建,但在碰撞带岩石圈结构与深部致矿过程、碰撞带热状态与成矿差异控制、关键成矿过程与矿床成因机理等方面仍认识不足。近年来,通过地球物理-地球化学-岩石学-成矿学等多学科交叉研究和实验模拟,大陆碰撞成矿作用研究取得了诸多新认识和新进展。研究表明,碰撞带可以分为冷碰撞和热碰撞两种基本类型。其中,比利牛斯、阿尔卑斯和加里东造山带为冷碰撞演化序列代表,扎格罗斯、喜马拉雅和华力西造山带为热碰撞演化序列代表。冷/热结构受控于碰撞带深部过程和地幔热扰动强度。碰撞前大洋俯冲对上覆岩石圈的改造,导致岩石圈地幔交代富集、新生下地壳形成和古老地壳活化再造,为碰撞期含铜、金、稀土等岩浆系统形成提供了重要物源。碰撞期软流圈上涌交代、改造、吞噬上覆岩石圈,导致强烈的壳幔物质能量交换,为碰撞成矿提供了深部动力机制。碰撞成矿作用主要形成斑岩铜金矿床、MVT铅锌矿床、碳酸岩型稀土矿床、造山型金矿床以及淡色花岗岩有关的稀有金属矿床等。碰撞型大型斑岩铜矿床的形成要求:大陆板片中缓角度俯冲、俯冲板片垂向撕裂、新生下地壳部分熔融和壳内硫化物分解;MVT超大型铅锌矿的形成要求:褶冲系和前陆带环境、压/张构造转换、盆地卤水沿拆离带的迁移汇聚和前锋带的构造圈闭;碳酸岩型稀土矿床的形成要求:富稀土沉积物俯冲循环、碳酸岩化地幔根部分熔融、富REE碳酸岩浆壳内演化、高密度盐熔体与围岩交代反应;造山型金矿床的形成要求:岩石圈立交桥结构与壳/幔解耦变形、富水幔源超钾质岩浆集聚与去气、流体沿超壳断裂迁移与交代;与淡色花岗岩有关的稀有金属矿床的形成要求:活化改造地壳的部分熔融、拆离构造驱动的岩浆分异或者热驱动的岩浆高度分异。基于上述要素,结合典型矿床对比,建立和完善了大陆碰撞带4种典型矿床的成矿模型。

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流体超压作用及与金属矿床成因

苏尚国, 张雅南, 陈学根, 王文博, 鲁鑫, 刘翠, 王鹏, 王跃, 郝金华, 杨宗锋, 薛松, 陈震, 张鑫炎, 刘应天, 李梦瞳, 王诚瑞, 崔晓亮, 蒋校, 张波, 崔莹, 李小伟, 赵志丹

2025, 32(6): 210-223.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.7.26

摘要 ( 14 )

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流体超压作用在金属矿床形成过程中发挥了关键控制作用。本文首次对流体超压的定义和类型进行总结,并报道了与流体超压密切相关的内蒙古欧布拉格斑岩型铜金矿床、金川岩浆铜镍(铂)硫化物矿床及武安南洺河铁矿床3个典型矿床。欧布拉格斑岩型铜金矿床中存在流体超压作用的主要证据包括非均质石榴石的冲击诱导纹理结构以及与硫化物共生且形成压力为14.5 kbar的多硅白云母存在;金川岩浆铜镍(铂)硫化物矿床中流体超压存在的证据包括橄榄石及早阶段形成的硫化物中大量存在的致密放射状裂隙;武安南洺河铁矿床存在的流体超压作用证据包括早阶段形成磁铁矿中放射状裂隙以及具多斑斑状结构的斜长斑岩的存在。同时这些矿床中都存在较多的隐爆角砾岩。本文还提出了根据流体超压作用进行成矿预测的模型,根据这一模型预计将大幅节约找矿勘探成本。本文还就流体超压作用研究面临的关键科学问题及今后发展方向进行了探讨。

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中国甘肃金川铜镍(铂)硫化物矿床中金云母类型、成因及其意义

于祥惠, 刘翠, 苏尚国, 刘继旭, 王淼, 郭旭, 周成号, 高亚林

2025, 32(6): 224-244.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.7.12

摘要 ( 8 )

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中国金川铜镍(铂)硫化物矿床是世界第三、亚洲第一的铜镍硫化物矿床,是重要的战略性资源宝库。关于该矿床的成因、机制等目前还存在很多的争议。金云母是金川岩石、矿石中常见的含水矿物,其与造岩矿物、金属矿物的关系可以指示岩浆作用、成矿作用以及流体作用的相互关系。本文通过对金云母的系统镜下观察,结合元素地球化学特征,划分了金川矿床中金云母的2种类型:A型金云母和B型金云母。A型金云母多呈半自形-自形结构,深黄褐色-无色的多色性明显,多产出于贫矿或无矿的岩石中,与橄榄石、辉石等颗粒呈共结结构,应为同时从幔源超基性岩浆中结晶的产物。元素分析显示,其与美国、南非等金伯利岩、煌斑岩中的金云母类似,属于重平衡金云母,不属于岩浆型金云母,表明其受到了幔源熔体-流体流的轻微改造;B型金云母亦多呈半自形-自形,但无多色性,产于较富的矿石和蚀变较重的岩石中,发育于造岩矿物之间,有时呈共结结构,常与金属矿物共生或被金属矿物穿切交代,与其周围的橄榄石、辉石呈共结结构,这些橄榄石、辉石通常已发生蛇纹石化或绿泥石化,推测B型金云母亦为岩浆结晶生成。元素分析显示其与南非的部分橄榄岩中的金云母类似,属于新生金云母,受幔源熔体-流体流改造较强,与成矿主期相关。A型金云母形成于相对贫硅、贫镁、贫钠,富铁、富铝的高温、高钛、高氧逸度的环境,利于Fe等金属元素的富集。B型金云母是A型金云母经改造后形成的,其元素特点可能说明改造B型金云母的是来自幔源的富含(Cl)挥发分的富镁、富硅、富钠,贫钛、贫铁、贫铝的熔体-流体流,在此过程中,造岩矿物吸收Mg,析出Fe,形成矿床。利用Ti计算了金云母的结晶温度,其温度的连续性垂直变化可能代表了长期持续的熔体-流体作用,说明金川超基性岩体更可能是熔体-流体的长期通道,这可能是导致金属元素不断富集从而成矿的原因。

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中国大陆地貌特征及其成因探讨

李廷栋, 刘勇, 王淼, 刘彩云

2025, 32(6): 245-255.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.9.32

摘要 ( 25 )

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中国是世界上地势、地貌最复杂又最具特色的国家。山川纵横,湖泊与沼泽、湿地星罗棋布,山水林田湖草沙冰(冰川)一应俱全。地势的阶梯状展布、高大的青藏高原、西北地区的盆岭地貌和广袤的沙漠与戈壁、北方的黄土高原、横断山系的高山峡谷、云桂黔川多彩多姿的岩溶地貌等,都是世界上罕见的地貌景象。本文主要论述了中国地势4个阶梯的展布特点及其与地壳、岩石圈厚度之间的契合,并从地质作用成因与自然地理的耦合上将中国山脉划分为6大山脉群,讨论了中国山脉、河流、湖泊、湿地的类型、分布与特征,探讨了中国大陆及其自然地理格局、地貌景观和生态系统形成的地质背景。

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青藏高原东南缘营盘-金顶-北衙-盘龙剖面地壳结构与化学成分

赵志丹, 雷杭山, 白志明, 刘栋, 王珍珍, 许博, 苗壮, 侯增谦, 莫宣学

2025, 32(6): 256-275.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.10.50

摘要 ( 17 )

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大陆地壳的结构、组成和演化是地球区别于其他星球的独一无二的重要特征和现今地球科学中最重要的科学问题之一。大陆地壳在地球系统各圈层中扮演着极为重要的角色,是岩石圈与地表圈层相互作用的纽带,也是揭示壳-幔物质与能量交换、岩浆作用和成矿作用等地质过程的重要场所。研究地壳结构、组成和演化的方法主要包括深部物理探测、岩浆携带的深源包体、古老变质岩基底和岩浆作用反演等方法。本文选择青藏高原东南缘呈北西-南东向横穿西南三江造山带-扬子克拉通西缘的主要地质单元,西起云南兰坪县营盘,经过兰坪县金顶、鹤庆县北衙,东至昆明盘龙的地壳剖面(简称营盘-盘龙),开展了剖面宽度50 km走廊带及其邻区的地壳结构和化学成分研究。从构造上穿越了兰坪-思茅地块,横跨金顶矿区、北衙矿区,东至扬子地台西缘。本文基于已有地球物理测深剖面、古老变质岩系、岩浆岩及深源地壳包体和沉积岩盖层的地球化学和年代学数据,应用地球物理、实验岩石学和岩石地球化学资料的联合限制,尝试建立了营盘—盘龙走廊带内各构造单元的地壳岩石组成模型,估算了上、中和下地壳的元素地球化学成分,并探讨了走廊带和邻区各构造单元的地壳演化、构造-岩浆-成矿作用过程。

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榴辉岩石榴子石反应边的震击成因初探

杨建军

2025, 32(6): 276-285.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.8.64

摘要 ( 15 )

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造山带高压变质岩分布于古地震断裂内及其附近。一般认为高压变质作用是在俯冲地壳中沿断裂浸入的流体作用下进行的。但是关于榴辉岩石榴子石反应边的研究表明它们是缺乏流体参与的变质反应的特征结构。山东青岛仰口榴辉岩中高压矿物的星射状生长结构,富含原岩矿物包裹体的筛状结构,以及斜长石假象和镁铁矿物之间的反应边结构,均反映出榴辉岩的不平衡结晶性质。这类结构指示岩石是在快速过程中形成的,具有动力变质作用的时长特点。斜长石假象的相图也表明,仰口榴辉岩是由缺乏自由流体的辉长岩转变而来的,矿物生长过程涉及的元素扩散必然是在固态介质中进行的。鉴于仰口的各种榴辉岩(反应边榴辉岩,榴辉岩角砾岩及碎裂岩脉)记录了冲击波挤压和释放波解压的过程,可以认为高压相变是受地震波冲击作用的驱动而不是俯冲过程中压力和温度缓慢升高所致。在冲击应力作用下,水不饱和岩石中元素扩散速率相对静态热驱动的固态扩散高出多个甚至十多个数量级,使高压矿物瞬时生长。

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四川矿山梁子苦橄玢岩成因:来自橄榄石成分剖面的约束

罗照华

2025, 32(6): 286-302.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.7.27

摘要 ( 13 )

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苦橄岩通常作为地幔柱活动的证据之一,得到了众多学者的关注。然而,许多苦橄岩中含有不同结晶习性的橄榄石晶体,暗示了外来橄榄石晶体的加入。因此,阐明苦橄岩中橄榄石晶体的性质是理解苦橄岩成因及其地质意义的关键环节。本文报道了川西矿山梁子苦橄玢岩岩席中代表性橄榄石颗粒的成分剖面分析结果,发现苦橄玢岩含有4类橄榄石晶体,分别将其称为粗晶橄榄石、聚斑状橄榄石、包裹体橄榄石和鬣刺状橄榄石。统计分析表明粗晶橄榄石具有一个Fo₈₄的主要峰值和一个Fo₇₇的次要峰值;聚斑状橄榄石具有一个Fo₉₂的主要峰值和一个Fo₇₇的次要峰值;包裹体橄榄石(Fo₈₂)和鬣刺状橄榄石(Fo₇₇)只有一个峰值,其中包裹体橄榄石具有均一的成分,而鬣刺状橄榄石具有陡的成分梯度。将成分相近的粗晶橄榄石和包裹体橄榄石合并,则矿山梁子苦橄玢岩中包含3种Fo分布范围明显不同的橄榄石晶体群。这3种晶体群也产于峨眉山玄武岩和大板山辉长岩中,因而可以认为岩浆混合作用是峨眉山大火成岩省岩浆系统的遍在性岩浆过程。热力学和流体动力学分析揭示,聚斑状橄榄石形成于约4 GPa和约1 600 ℃,粗晶橄榄石(及包裹体橄榄石)主要形成于约2~2.5 GPa和约1 450~1 550 ℃,而鬣刺状橄榄石形成于约0.1 GPa和约1 200 ℃。据此,可以认为鬣刺状橄榄石形成于携带岩浆的结晶作用,另两类橄榄石则是携带岩浆从深部岩浆房中捕获的循环晶(antecryst)。橄榄石的NiO含量总体随Fo增加而增加,但存在4个不同的次级变异趋势,其特点是Fo值增加不大的背景下NiO含量急剧升高,暗示岩浆为挥发分流体过饱和系统。此外,样品的橄榄石体积分数随高程强烈变化,与聚斑状橄榄石的产出一起,暗示了岩浆的快速运动。据此,本文认为矿山梁子岩浆系统为至少具有3个深部岩浆房的系统,苦橄玢岩是熔体、晶体和流体的混合物,而不是原生苦橄质岩浆固结的产物。

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扬子板块西南缘新元古代中—晚期中-基性岩成因及深部动力学意义

蒋修未, 赖绍聪, 朱毓, 秦江锋, 朱韧之, 刘敏, 杨航, 杨振, 薛文斌

2025, 32(6): 303-322.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.8.99

摘要 ( 12 )

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扬子板块西缘和西南缘新元古代早—中期(ca. 937~820 Ma)中-基性侵入岩普遍被认为起源于俯冲带交代地幔,然而,新元古代中—晚期(ca. 820~710 Ma)中-基性岩的地幔源区属性和深部动力学背景存在争议。基于此,本文选择扬子板块西南缘新识别的太阳寨变基性岩和刘家寨角闪辉长岩为主要研究对象,通过系统的地质年代学、全岩主微量地球化学和同位素地球化学,分析两组中-基性岩的成因机制、地幔交代作用和深部动力学背景。锆石U-Pb结果表明,太阳寨变基性岩形成于(713±6.3)Ma,刘家寨角闪辉长岩形成于(712±3.6)Ma。太阳寨变基性岩具有变化的MgO(3.3%~7.2%)、Fe₂O_3T(8.3%~15.5%)、CaO(11.3%~12.7%),高的TiO₂(1.2%~2.6%)含量和低的K₂O(0.26%~0.33%)含量,属于拉斑玄武质系列。这些岩石轻微富集LREEs,亏损HREEs,富集LILEs和Ti,亏损HFSEs。并且具有变化的锆石ε_Hf(t)(-1.9~+1.4)值和正的全岩ε_Nd(t)(+1.5~+3.9)值,指示了Nd-Hf同位素的解耦特征。结合较高的TiO₂、Nb含量,Nb/Y(0.40~0.77)和Nb/Zr(0.13~0.18)比值,表明太阳寨变基性岩起源于俯冲板片熔体交代的地幔源区。刘家寨角闪辉长岩具有较高的MgO(5.4%~7.2%)、Fe₂O_3T(14.5%~16.2%)和TiO₂(2.8%~3.4%)含量,较低的Mg^#值(40.0~49.6)和不均一的K₂O(0.5%~2.3%)含量。这些角闪辉长岩富集LREEs,亏损HREEs,富集LILEs(Rb、Pb和Sr)和Ti,亏损HFSEs(Nb、Ta、Zr和Hf)。样品具有变化的锆石ε_Hf(t)(-0.7~+5.9)和负的全岩ε_Nd(t)(-1.8~-1.3)值。结合较高的K₂O、Nb((3.4~6.2)×10^-6)和Th((0.4~1.2)×10^-6)含量,较高的Nb/Y(0.23~0.33)和Nb/Zr(0.08~0.11)比值,表明刘家寨角闪辉长岩起源于板片熔体和沉积物熔体交代的地幔源区。这些中-基性岩形成于区域伸展的弧后背景,标志着扬子板块西缘和西南缘在新元古代时期经历了从早—中期俯冲到中—晚期弧后伸展的构造转变。

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火山喷发对飞行安全的影响

马琳, 袁洁燕, 郭正府

2025, 32(6): 323-337.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.7.8

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火山喷发不仅对地球历史气候变化产生重要影响,也对现代航空安全构成严重威胁。爆炸式喷发产生的火山灰可通过大气环流扩散至平流层,直接影响航空飞行器的飞行安全。在国产大飞机成功交付并将火山活动频繁的东南亚国家纳入潜在的出口对象的新形势下,深入研究火山喷发对航空安全的影响对提升国产大飞机国际市场竞争力,保障国际航空安全具有重要的现实意义。为此,本文在前人研究的基础上,系统总结了火山灰的物理化学性质及其与航空发动机的相互作用机制,并且以印度尼西亚火山活动(火山爆发指数VEI≥3,2010—2018年)为例,评估了火山活动对该地区飞行安全的潜在影响。得出的主要结论如下:(1)为防止火山灰进入飞机发动机,火山灰云的监测和预测对航线的设计和选择至关重要,遥感监测的精度受火山灰成分、密度、形状和光学性质等因素的影响。(2)当火山灰被发动机吸入后,颗粒的沉积行为影响其对发动机的破坏程度,该行为受颗粒成分、密度、形状、玻璃化转变温度和黏度等因素的影响。(3)沉积后的火山灰对发动机内热障涂层(TBCs)的腐蚀作用是影响其使用寿命的关键,相关的破坏机制可概括为熔融的火山灰渗透至TBCs内部并与其反应,析出新晶相的过程。目前主要的防护策略包括:物理隔离防渗、化学牺牲层防护、熔体结晶防护和表面特殊微纳结构构筑。(4)在空间上,印度尼西亚2010—2018年VEI≥3的火山灰在1 200 ℃,无挥发分情况下的黏度值近似(仅有1~2个数量级差异),暗示其相似的铺展潜力;在时间上,该地区2010—2018年的火山活动对飞行安全的威胁程度尽管波动较小,但持续存在。未来亟需深化的方面应包括:(1)加强火山灰实时监测技术;(2)改进分散模型的算法和精度;(3)建立火山灰性质依赖的沉积模型;(4)完善TBCs防护策略;(5)推动火山灰与飞行安全综合实验平台建设,以保障国产大飞机在全球范围内特别是火山活跃区域的安全运行,从而提升其国际市场竞争力。

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中国东北地区侏罗纪—白垩纪侵入(岩)弧大地构造环境与成矿关系探讨

冯艳芳, 李济泽, 金霄, $\boxed{\hbox{邓晋福}}$, 解雅麟, 牛露, 熊银洪

2025, 32(6): 338-349.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.9.1

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侏罗纪—白垩纪(J-K),中国东北复合侵入(岩)弧可划分为南北两个侵入(岩)弧,北部为大兴安岭-小兴安岭侵入(岩)弧,南部为张广才岭-燕辽侵入(岩)弧,侵入(岩)弧岩石组合与矿床分布时空关系密切。大兴安岭-小兴安岭侵入(岩)弧呈NE向马蹄形展布,分外、中、内三个环圈,随时间早→中→晚推移,侵入(岩)弧由外及内的岩石组合依次为:西大翁-大锅盔顶子TTG(γδο-γο-γδ)组合→满洲里-小兴安岭-黑河GG(γδ-γ)组合→牙克石G(γ-ξ)组合。张广才岭-燕辽侵入(岩)弧随时间早→中→晚推移,其岩石组合依次为临江-抚松-绥芬河TTG(γδο-γο-γδ)组合→乌兰浩特-林西-赤峰-承德-镶黄旗GG(γδ-γ)组合→西乌珠穆沁旗-多伦G(γ-ξ)组合。相对应的构造环境依次为洋俯冲带外带→洋俯冲带主带→洋俯冲带内带,矿种组合依次为金-铜→金、铜-钼→钼。由此可知,随时间由老变新、空间由洋至陆,岩浆弧的成熟度逐渐升高,相对应的大地构造环境与矿种组合也发生变化,揭示了岩浆弧的时空组成极性与对应矿种的密切联系。西侧蒙古-鄂霍茨克洋与东侧饶河-蛤蟆通洋、伊佐奈崎洋相向俯冲作用所形成的洋-洋会聚格局,以及南缘索伦-西拉沐沦-长春-开山屯蛇绿岩(οφ)代表之洋闭合形成的岩石圈不连续面的再活化作用,导致了东北地区燕山期成矿大爆发。经本文探索研究,预测东北地区可能成为未来铜、金、钼矿产资源大型基地。

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沉积层序中的时空分形结构及其地质意义

阮壮, 王玥蕴, 常秋红, 于炳松

2025, 32(6): 350-366.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.8.67

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沉积层序的形成受控于构造活动、海(湖)平面变化及气候演化等多种地质过程,其时空结构复杂且具有多尺度性。传统方法难以揭示其内在规律,而分形理论为研究沉积层序提供了新的视角。本研究基于分形理论,以济阳坳陷沙河街组为例,系统分析了沉积层序的时空分形结构及其地质意义。首先,利用Hurst指数量化沉积层序的时间分形特征,并探讨其在沉积环境演化过程中的应用。其次,通过功率谱分析,揭示储层沉积系统的自组织临界性,并提出基于滤波方法的长程时-空关联结构提取技术。最后,研究了孔隙结构的分形特征,并量化评价其对储层渗透性的影响。研究结果表明,Hurst指数可用于定量刻画沉积环境的长期演化趋势,储层自组织临界性可用于优化储层参数分析,而分形理论在储层孔喉结构评价中具有重要应用价值。本研究不仅深化了对沉积层序复杂性的理解,也为油气资源的勘探和储层评价提供了新的理论支持和方法。

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地聚合物材料开发中碳循环的矿物学印记:以雄安绿色新材料为例

董国臣, 王辉, 张以河, 张娜, 刘艳宾, 谢冰晶, 经轶, 莫钧

2025, 32(6): 367-376.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.8.68

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近年来碳循环和碳排放已广受关注,体现在人们日常生活各项活动中。本文针对雄安新区新材料生产过程,对矿山尾矿和建筑固废等原材料,以及3D打印新材料固结过程3天、7天和28天等阶段性产品中的碳成分、含量及其赋存形式等进行了调研和测试分析,研究了不同阶段产品中碳含量变化及其转换特点,估算了不同阶段的碳排放量和吸收量,发现尾矿和建筑固废处理过程释放C的气态成分CO₂,固态和液态C基本不变;而新材料砂浆固结过程则体现吸收CO₂,整个生产过程总体上碳排放少碳吸收量大,呈现碳汇过程,初步计算表明,生产每立方米新材料要吸收21.87 kg(11.05 m³)的CO₂气体,真正实现了新材料的绿色功能,其应用将具有良好的经济效益和社会效应。

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青藏高原南部日喀则地区中新世脉岩地球化学和岩石成因

李丽婵, 赵志丹, 唐演, 刘栋, 王珍珍, 王青, 朱弟成, 莫宣学

2025, 32(6): 377-395.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.10.57

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脉岩是与同期岩浆作用具有相似矿物成分的小型侵入体,在冈底斯南部发育的中新世脉岩具有不同的产状、年龄,蕴含了岩浆作用和构造作用的双重信息。本文选择了日喀则谢通门县的脉岩为研究对象,开展地球化学、年代学以及Lu-Hf同位素研究,对脉岩的成因,构造特征、源区特性和地球动力学意义进行了详细讨论。识别出脉岩的锆石U-Pb年龄为15.2~14.5 Ma,为中新世后碰撞脉岩。脉岩具有较高的MgO含量、Mg^#和不相容元素含量,同时表现出高Sr、低Y和Yb、较高的Sr/Y值、富集轻稀土元素和大离子亲石元素、亏损重稀土元素和高场强元素的埃达克质岩石地球化学特征。综合地球化学特征和构造特征推测成因模式为下地壳的拆沉引发了南拉萨地体的重力垮塌,导致南北向与东西向叠加的构造伸展。拆沉至软流圈的下地壳发生部分熔融并混入地幔组分,熔体沿伸展形成的正断裂和裂谷上侵,构成时空相近的两种方向的日喀则闪长玢岩脉。

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Earth Science in the Era of Foundation Models: How AlphaEarth is Reshaping Quantitative Geoscience

CHENG Qiuming, YANG Yilin, ZHOU Yuanzhi, ZHANG Yuanzhi

2025, 32(6): 396-410.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.9.68-en

摘要 ( 16 )

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Since the beginning of the 21st century, advances in big data and artificial intelligence have driven a paradigm shift in the geosciences, moving the field from qualitative descriptions toward quantitative analysis, from observing phenomena to uncovering underlying mechanisms, from regional-scale investigations to global perspectives, and from experience-based inference toward data- and model-enabled intelligent prediction.

AlphaEarth Foundations (AEF) is a next-generation geospatial intelligence platform that addresses these changes by introducing a unified 64-dimensional shared embedding space, enabling—for the first time—standardized representation and seamless integration of 12 distinct types of Earth observation data, including optical, radar, and lidar. This framework significantly improves data assimilation efficiency and resolves the persistent problem of “data silos” in geoscience research. AEF is helping redefine research methodologies and fostering breakthroughs, particularly in quantitative Earth system science. This paper systematically examines how AEF’s innovative architecture—featuring multi-source data fusion, high-dimensional feature representation learning, and a scalable computational framework—facilitates intelligent, precise, and real-time data-driven geoscientific research. Using case studies from resource and environmental applications, we demonstrate AEF’s broad potential and identify emerging innovation needs. Our findings show that AEF not only enhances the efficiency of solving traditional geoscientific problems but also stimulates novel research directions and methodological approaches.

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初论矿产勘查系统理论:热液矿床控制-映射勘查系统架构

韩润生, 张艳

2025, 32(6): 411-437.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.4.6

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随着全球矿产资源需求的持续增长,高效勘查已成为保障资源安全的必然选择。当前,矿产资源需求不断攀升,深地探测和物化探技术快速进步,人工智能与信息技术迅猛发展,亟待建立高效的矿产勘查系统理论,尤其是对于广泛分布但难以定位的热液型矿床。热液型矿床具有构造控制显著、流体来源多元、成矿过程复杂、矿体形态多样、热液蚀变明显、经济价值突出和找矿难度大等特点,其形成与构造作用、岩浆活动或地热系统密切相关,明显受构造环境、流体性质及其物理化学条件控制,在本质上是热液运移-沉淀的动力学过程,是构造驱动矿质活化、流体运移和构造“末端”与流体“末端”耦合成矿作用的产物。数十年来,矿床模型在找矿实践中发挥着重要作用,但以此驱动的矿产勘查理论和技术在满足深部找矿勘查需求方面仍面临挑战。为此,本研究综合国内外矿产勘查研究成果和团队大量找矿实践,从矿产勘查系统的内涵出发,引入“映射”(mapping)概念,探讨了成矿构造系统(MTS)、热液成矿系统(HMS)和勘查信息系统(EIS)之间的控制-映射关系,初建了热液矿床三元协同的控制-映射勘查系统论的基本架构(HD-CMSA)。从时间-空间-物质-能量4个维度,论证了其理论(TFCMS)和技术框架(MFCMS)中需解决的关键科学技术问题和研究内容,以阐明成矿构造系统对热液成矿系统多层次成矿空间的控制作用,勘查信息系统对成矿构造系统和热液成矿系统的多尺度映射关系,并通过实例验证多尺度(矿集区、矿田和矿床)找矿勘查技术方法组合“三部曲”的有效性。本研究为深部隐伏矿床(体)预测和矿产勘查提供了新的理论视角,有望推动矿产资源高效勘查与评价,助力新一轮找矿突破行动。

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准噶尔盆地古城凹陷石炭系烃源岩形成环境与生烃潜力

龚德瑜, 韩琰, 杨斌, 张华, 周川闽, 王绍清, 王瑞菊, 苗一豪

2025, 32(6): 438-456.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.7.5

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石炭系含油气系统是准噶尔盆地最重要的天然气勘探领域之一。近年来,在盆地东南部的阜康凹陷东部发现了上石炭统巴山组规模烃源岩和来自该套烃源岩的天然气。石炭纪,同样位于盆地东南部的古城凹陷与阜康凹陷东部总体具有相似的构造和古地理背景,目前对其石炭系烃源岩的认识程度还很低。本文基于年代地层学、沉积岩石学、有机地球化学和盆地模拟等手段,厘定了古城凹陷石炭系烃源岩的时代,分析了其沉积环境和生烃潜力,刻画了规模有效烃源灶的分布,并与阜康凹陷东部地区开展了对比研究。结果表明:古城凹陷与阜康凹陷东部石炭系烃源岩均沉积于晚石炭世早期(莫斯科期—巴什基尔期),对应巴山组;尽管与阜康凹陷东部地区同属扇三角洲沉积,古城凹陷巴山组沉积相带较窄,坡度更陡,平原相带沼泽不发育,前缘相带则广泛发育滑塌体或重力流沉积;古城凹陷巴山组烃源为III型干酪根,以中等烃源岩为主,在晚二叠世晚期进入生烃门限,现今进入主生油窗的面积达727 km²,而阜康凹陷东部地区巴山组烃源岩的类型和丰度变化较大,成熟度较低;古城凹陷巴山组烃源岩主要形成于还原环境,水体具备一定盐度,有机质生源以水生生物和高等植物混合输入为主,而阜康凹陷东部巴山组烃源岩沉积水体的氧化还原环境、盐度和生源变化较大,总体以陆源输入为主;古城凹陷巴山组烃源岩厚度普遍大于50 m,在南北各发育一个厚度中心(>100 m),凹陷生烃强度整体大于200×10⁴ t/km²,面积达890 km²。研究成果丰富了对准噶尔盆地石炭系含油气系统的认识,为加快研究区的油气勘探奠定了基础。

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壳-幔混源氦气成因机制与富集因素:以松辽盆地深层天然气中氦气为例

陈悦, 陶士振, 杨怡青, 刘祥柏, 罗霞, 王颖, 刘国东, 陈燕燕, 高建荣, 李春柏, 付丽, 王磊

2025, 32(6): 457-472.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2024.5.28

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本文基于中国东部的大地构造动力学背景和成盆、成烃、成藏、共伴生资源形成的特殊地质条件开展研究。以松辽盆地深层徐家围子断陷和长岭断陷天然气为例,分析了中、新生代在太平洋板块俯冲作用下,在古生代褶皱基底上发展起来的大型陆内裂谷盆地,所发育的沟通地幔的深大断裂和岩浆活动,以及沉积盆地基底及盖层中发育的富U、Th岩浆岩。盆地深层天然气及伴生氦气成因及分布异常复杂,天然气载体具有不同程度的有机-无机复合成因特征,存在无机成因烷烃气和CO₂气藏(井)。基于前人数据、本文天然气组分和稀有气体同位素测试结果、单井数据资料等综合分析了氦气成因机制和富集因素,结果表明松辽盆地深层气田(藏/井)天然气中的氦气具如下特征:(1)氦气同位素地球化学揭示其具有壳幔混源氦特征,CO₂与幔源氦混入比例成正相关揭示了无机成因CO₂是幔源氦二次运移的载体气;(2)松辽盆地深层下白垩统营城组和火石岭组发育的火山岩和花岗岩是潜在的氦源岩,氦气主要赋存在下白垩统登库娄组和营城组;(3)断陷内主干断裂附近的天然气井氦气含量高于远离主干断裂的天然气井;(4)泉一、二段泥岩等优质区域性盖层及登库娄组二段、营城组四段以及沙河子组一、二段盖层都为氦气的保存提供了有利条件。本文研究揭示了松辽盆地有机-无机复合成因天然气中壳幔混源氦气的富集因素与分布规律,为寻找和发现氦气富集区提供了理论支撑。

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全球豆荚状铬铁矿资源特征与我国找矿潜力分析

袁建国, 张万益, 庞振山, 李广旭, 陈刚, 郭灵俊, 翟庆国, 滕学建, 万阈, 史淳元

2025, 32(6): 473-496.
DOI: 10.13745/j.esf.sf.2025.5.32

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铬铁矿是一种重要的战略性关键金属矿产,具有层状和豆荚状两种成因类型。研究表明,全球豆荚状铬铁矿主要分布在特提斯、古亚洲洋、环太平洋成矿域和冈瓦纳成矿域中,尤其是特提斯、古亚洲洋两大成矿域占主导地位。在该两大成矿域,境外已发现多处大型超大型豆荚状铬铁矿矿床,而在相同构造带的我国范围内,发现的铬铁矿矿床小而散。比较分析认为,我国铬铁矿资源潜力尚未充分挖掘,应增强我国铬铁矿找矿信心,聚焦在新疆萨尔托海、西藏雅鲁藏布江和班公湖—怒江、内蒙古二连—贺根山、甘肃大道尔吉等地区,改进找矿思路,优化找矿技术方法,加快钻探验证工作,尽快改变我国铬铁矿长期接近百分百依靠进口的局面。

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