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主编: 王焰新
执行主编: 陈中强,蒋少涌
副主编: 蒋恕,李长冬,马瑞,孙启良,王墩,王伦澈,肖龙,赵新福,殷宗军,宗克清,左仁广,王淑华(常务)
主管: 教育部 主办: 中国地质大学
编辑出版: 《地球科学》编辑部
投稿网址: http://mc03.manuscriptcentral.com/es
ISSN: 1000-2383
CN: 42-1874/P
(目的) 探究微生物群落在岩浆热源型高温热泉的分布特征及其对环境变化响应,(方法) 选取云南腾冲3处热泉及其流径上的14个样品,对样点进行物化指标测定和16S rRNA基因扩增子测序,并分析微生物群落与环境因子之间的相关性。(结果) 3处热泉在属水平上具有不同的优势类群,蛤蟆嘴及其流径为Thermus、Hydrogenobacter、Caldimicrobium和Fervidobacterium;朗蒲及其流径为Candidatus_Caldiarchaeum、Ignavibacterium和Thermodesulfovibrio;桥泉及其流径为Candidatus_Nitrosocaldus、Chloroflexus、Meiothermus、Ralstonia和Gemmata。典范对应分析结果表明热泉中基本物化参数(T和S(-II))、主量元素(Mg、Ca和K)和微量元素(W、Al、Ba、Rb、Li和Cs)对微生物群落影响显著(P < 0.05,方差分解分析结果表明它们的解释量分别为21.07%、6.69%和6.24%,共同解释量为7.32%,环境因子解释量总计41.32%。(结论) 云南腾冲岩浆热源型热泉的水化学组成差异在一定程度上驱动了微生物优势类群发生演替。
(目的) 识别地热属性特征、准确评估地热资源潜力是实现地热能精细区划及规模化效益化开发利用的重要依据。(方法) 以我国华北平原典型的中低温地热系统—河北雄安新区为研究对象,获取雾迷山组热储物性特征,预测三维温度场展布,改进资源量评价算法,评估各热属性及地层参数在非均质条件下的地热资源潜力。(结果) 全区5000m以浅雾迷山组热储地热资源量折合标准煤为3.2195×105万吨;采灌均衡法计算地热流体可开采资源量为436.64×106m3/a、地热流体可开采热量折合标准煤508.2174万吨/年,分别为开采系数法评估结果的48.7倍和50.3倍。(结论) 地热资源丰、单位面积地热流体资源量均为容城最大;非均质条件下各资源量指标为均质条件下的2.29-2.95倍;本研究为雄安新区地热资源潜力科学合理评价提供了新模式新方法。
红层是岩石圈层具有代表性的沉积地层之一 . 其分布之广,厚度之大,沉积之典型、地貌之完整,实属罕见 . 同时又是中华文明与文化传承的重要载体 .长期以来,是地质、工程、生态与材料等领域关注的热点之一 .但是,自 1835 年英国工程师和1925 年李四光先生提出红层概念以来,至今尚未达成统一认识,缺乏较为系统的对红层判识及其科学意义的归纳总结,约束了对红层的全面认识,难以满足红层科学发展的需要(目的与意义).为此,本文较为系统地回顾了红层判识的岩表特征模糊区分、地貌颜色明确辨别、地层规律定性识别与地质基因定量判定等四个阶段的主要历程,归纳总结了不同阶段红层判识的科学意义 ,讨论了地质演化关联、对象范畴扩展与材料属性模型等红层判识趋势及其主要发展方向,在此基础上,提出红层判识的价值与展望 .
鄂尔多斯盆地延长组长73亚段发育大套厚层的富有机质泥页岩夹薄层粉细砂岩,深水环境的砂质岩类受到优质烃源岩的高强度源内充注,局部具有一定规模,是盆地深水勘探的重要目标。基于湖盆中部长73亚段的岩心、测录井、分析测试资料,结合岭页、池页水平井风险勘探实践,对长73亚段深水砂质岩类的沉积储层特征进行探讨分析。研究结果表明:长73沉积期水体较深,优质烃源岩发育,湖盆西南祁秦造山带地震火山活动频发,物源供给充足,降雨量大、湖平面上升,滑塌成因与洪水成因的重力流沉积在湖盆中部广泛发育;环绕湖盆的一级坡折带控制着深水重力流的发育范围,沉积物入湖后受古地貌与沉积微相的控制,发育滑动-滑塌、砂质碎屑流、混合事件层、浊流、异重流等沉积类型,坡折带的坡脚、古沟道相对富砂,砂质碎屑流、浊流沉积是有利的储层类型;单砂体较薄,平均厚度1m,孤立或叠置发育,空间上厚度、长度、宽度较小,较厚的块状单砂体和紧密连续叠置的薄层单砂体组合是期待钻遇的储层;高Ro、高TOC的泥页岩是砂质岩类充注油气的物质基础,高剩余压差下,储集性能较优的紧密叠置细砂岩薄储层与优质烃源岩互层的源储配置关系最易出现优质砂岩“甜点”;长73亚段深水砂质沉积勘探潜力较好,需持续攻关薄储层地球物理探测技术及砂泥一体压裂改造工艺。
高精度航磁数据分析与挖掘是揭示区域性断裂带空间展布与岩石圈热结构重要手段之一。为了揭示辽宁及其区航磁异常与区域性断裂带关系,估算其居里面深度与岩石圈厚度,本文在对航磁数据进行化极的基础上,利用功率谱法反演了研究区居里面深度;采用一维稳态热传导方程,计算了辽东-渤海湾地区岩石圈厚度。研究表明:(1)辽东、辽西与渤海湾地区存在多条北东向/北北东向航磁异常带,它们是晚中生代以来太平洋板片俯冲作用背景下,活动大陆边缘长期伸展与短暂挤压状态交替演变的产物;而辽北地区被北东向磁异常带错断的近东西/北西西向航磁异常带,则是古亚洲洋闭合后碰撞造山晚期伸展抬升至中地壳层次的构造形迹。(2)辽宁及其邻区居里面深度介于16 ~ 40 km 之间,平均深度为28 km,阜新与盘锦等居里面隆起区对应的大地热流值相对偏高;而沈阳与辽源居里面坳陷区对应的大地热流值偏低。(3)辽宁及其邻区岩石圈厚度具有空间非均匀性,变化范围为70 ~ 150 km,平均值为100 km;郯庐断裂带附近的营口-鞍山地区下方岩石圈厚度最薄,为60 ~ 80 km;辽东与渤海湾地区岩石圈厚度空间非均匀性可能是晚中生代以来太平洋板片俯冲诱导的上升流与克拉通岩石圈内部先存的构造薄弱带共同作用的结果。
泥页岩中的有机质作为石油和天然气的来源,其有机岩石学分类方案仍不明确,传统的煤岩学分类方法并不完全适用于泥页岩中的分散有机质。页岩中有机孔隙是页岩孔隙系统的重要组成部分,控制了页岩的含气量和孔隙度,但其成因及与有机质类型和热成熟度的关系仍存在争议。本文系统地总结了泥页岩中分散有机质的类型、不同类型有机质的热演化特征以及有机孔隙发育与保存的控制机理,并提出了存在问题及今后研究方向。泥页岩中的分散有机质包含5个显微组分组:镜质体、惰质体、类脂体、动物碎屑和次生有机质,每个显微组分组可再划分为多个显微组分。不同显微组分的成因和生烃潜力不同,有机孔隙发育程度也存在差异。页岩中有机孔隙包括原生孔隙和次生孔隙,后者是主要的有机孔隙类型,其形成与生油型有机质生烃密切相关,主要赋存在固体沥青或焦沥青中。有机质类型和成熟度决定了次生有机孔隙的发育程度,而热成熟度、有机质含量、矿物组成和孔隙压力控制了其保存程度。烃源岩评价中对有机质生烃潜力的研究应建立在对显微组分以及不同显微组分生烃能力充分了解的基础上。非常规油气储层表征中对有机孔隙的研究应充分考虑有机质数量、类型、成熟度以及页岩矿物学组成,准确地评价有机孔隙对页岩孔隙系统的贡献。
目的)基于像元基元、极化合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)数据和传统机器学习算法的岩性分类方法,易受SAR图像固有斑点噪声影响,精度不高。为了降低噪声的影响,(方法)本研究以大尺度像元邻域为基元,用于表征地表地质体的遥感图像特征和相应的岩性语义信息;采用高分三号双极化SAR数据,先进行极化分解,并构建3通道彩色合成影像,作为后续模型输入数据;然后采用深度卷积神经网络(Deep Convolutional Neural Network,DCNN)迁移学习的方法,提取有效的深度特征表示,从而分别实现5m和15m两种空间分辨率下岩性遥感自动分类。(结果)实验结果表明:基于不同分辨率数据和不同DCNN算法,岩性遥感自动分类的总精度均大于80%,且最高精度达到91%。(结论)总之,基于大尺度像元邻域和DCNN迁移学习方法,能够实现基于SAR数据的高精度岩性分类。论文创建的双极化SAR岩性遥感数据集,也能作为基于人工智能的岩性遥感分类基准数据集。
沉积盆地基底结构与演化是盆地动力学研究的重要内容,针对塔里木板块新元古代变质基底与裂谷盆地成因机制问题,综合新元古代年代学与地球化学资料研究其基底结构、构造环境与演化.结果表明,南、北塔里木地块拼合于1.9~1.8 Ga,早新元古代沉积岩系与古元古代火成岩系于780~750 Ma形成统一的变质基底,并经历多期构造-热事件作用形成南北差异的复杂变质基底结构.新元古代具有950~900 Ma、860~840 Ma、830~800 Ma、780~760 Ma的多期前展式俯冲作用,760~720 Ma、670~610 Ma的多期后撤俯冲作用,形成了转换期在约760 Ma的前展-后撤俯冲构造旋回.新元古代前展式俯冲控制了变质基底的演变,后撤俯冲控制了大陆裂谷盆地的演化,具有不同于经典威尔逊旋回的成盆动力学机制与演化过程.
渤海湾盆地莱州湾凹陷古近系沙河组混积岩发育的优质储层的成因机理尚不明确.采用流体包裹体测温、镜质体反射率以及岩石学观察,结合实测物性,研究了沙河街组湖相碳酸盐岩-陆源碎屑岩-火山岩所构成的复杂混积背景下的热流体活动对储层改造作用.异常高的包裹体均一温度和镜质体反射率以及包裹体的高古盐度指示深部热卤水的活动.储层广泛存在酸性溶蚀:凝灰岩和泥晶白云岩填隙物以及长石颗粒等存在大量次生溶蚀孔,且常见粒缘缝,这可能是岩浆活动驱动的高压酸性热液入侵造成的淋滤和水力破裂.流体温压下降,热液矿物沉淀导致了储层强烈致密化.总体上,热液对该区储层改造可产生建设性和破坏性两种效应,在一定程度上强化了储层物性的空间分异.
南海南、北陆缘是否发育与目前中央海盆中存在的中南-礼乐断裂有关的S-N向走滑断裂带,一直是从事南海构造演化研究者关注的焦点之一,皆因资料缺乏等原因而没有定论.通过分析南海陆缘残余中生界的分布特征与精细解释最新地质-地球物理资料破解这一难题.南海陆缘发育S-N向延伸的中南-礼乐断裂带,构造属性为大型走滑断裂,初始活动时间始于中生代.新生代南海发生海底扩张之前,发育在南、北陆缘的中南-礼乐断裂带基本相连,长约700 km.该断裂带在不同时期具有不同的构造活动特征.中生代为左旋走滑构造活动,古近纪早、中期具有走滑拉张的活动特征,晚古近纪与早新近纪以走滑活动为主,新近纪中、晚期为走滑挤压活动特征.
Melut盆地Palogue油田的发现打开了中非裂谷系古近系勘探新方向,证实了Melut盆地北部凹陷为富油气凹陷.Palogue油田以下白垩统为主力烃源岩,古近系为主力油藏的成藏组合,幔源CO2气体对油气的聚集和改造具有不可忽略的作用.通过对CO2气体、原油特征、包裹体特征进行研究,结合构造和烃源岩演化,分析CO2气体与Palogue油气成藏之间的关系.结果表明:古近纪末-新近纪发生的幔源CO2运移热事件对Palogue油田油气充注成藏具有重要影响.在构造-热事件作用下,烃源岩热演化迅速进入成熟阶段,发生强烈的生排烃作用,生成大量原油并融入超临界CO2中,饱含原油的超临界CO2快速穿层运移,发育大量高温混合烃类包裹体,即表现为异常高热事件下的快速成藏事件;饱含超临界CO2的原油进入Palogue圈闭后,因地层温压条件的变化,CO2气体开始向上逐层从原油中析出,携带轻质组分融入上层油藏中发生混合作用,由此导致垂向上原油物性发生一系列变化.
昌宁-孟连特提斯洋是古特提斯洋的主洋盆,传统观点认为它形成于泥盆纪,近期有学者提出它形成于早古生代,目前学术界对其形成时间与过程认识不一.研究的样品采自昌宁-孟连缝合带西亚带温泉组,5件样品的碎屑锆石年代学结果显示出相似的特征,表现为一个~440 Ma的主要峰值和~960 Ma的次要峰值,同时发育~600 Ma、~780 Ma、~1 100 Ma、~2 500 Ma的弱峰值.年龄~440 Ma左右的锆石颗粒较为自形、且岩浆震荡环带显著,锆石原位εHf(t)值分布在-11.9~+7.2之间.结合砂岩薄片中发现的安山岩岩屑,综合区域岩浆事件对比,该年龄物源是缝合带东部的早古生代岩浆事件.而年龄大于500 Ma的锆石颗粒磨圆较好,环带不发育,物源来自冈瓦纳.作为保山地块东缘的被动大陆边缘沉积,温泉组却接收到了东部大陆边缘的碎屑物质,这表明泥盆纪昌宁-孟连特提斯洋的沉积盆地规模较小,无法阻隔来自东部大陆边缘的碎屑物质,古特提斯处于裂谷盆地演化阶段,而不是具有较大规模的特提斯洋盆.
流量变化控制辫状河心滩形成演化进而影响心滩内部结构和叠置样式,但目前流量变化控制的辫状河心滩沉积过程与演化特征尚不明确.利用Google Earth软件在全球范围内选取了发育辫状河沉积的13个河段,并在全球径流数据中心(GRDC)中查询整理所选河段的流量数据,通过峰值流量变异系数(CVQp)对心滩演化过程进行研究.结果表明:就流量变化程度而言,(1)低流量变化辫状河(CVQp < 0.4)心滩演化以坝尾沉积和下游迁移为主,高流量变化辫状河(CVQp > 0.4)心滩演化相对快,洪水前后原有心滩易被破坏、改造形成新的心滩,心滩冲裂现象普遍;(2)单一河流内,低流量变化辫状河心滩长宽比分布相对集中,形态较为稳定,易形成相对稳定型辫状河,而高流量变化辫状河心滩长宽比分布离散,形态各异且发育规模变化较大,易形成游荡型辫状河;(3)顺流加积在低流量变化辫状河心滩演化中较常见,因此心滩经过长时间的演化易形成复合心滩,高流量变化辫状河的洪水事件对心滩演化过程影响较强,在时间尺度上心滩演化相对复杂、规律性较差.明确辫状河在不同流量条件下的心滩演化可为辫状河储层的砂体分布预测提供模式指导,也可为古环境重建和古流量恢复提供依据.
准噶尔盆地深层油气资源丰富,成藏过程复杂,深入认识控藏要素与富集规律具有重要科学及实践意义.以准噶尔盆地南缘高泉构造下组合白垩系清水河组为例,综合利用岩心观察、薄片鉴定、单井相分析、油藏解剖、地层水分析等技术手段,明确了高泉构造清水河组砂体成因、关键控藏要素及有利区带,丰富了复杂构造带沉积-成储-成藏理论认识.分析认为:(1)高泉构造白垩系清水河组砂体为扇三角洲前缘多期水下分流河道砂体叠置而成,砂体储集性能横向变化快,非均质性强.(2)清水河组油气保存条件差异大,高泉构造自燕山期以来为继承性构造,受多期构造运动影响,背斜构造受断裂切割改造严重,在挤压变形强烈的背斜翼部,深浅断层纵向对接,造成背斜构造翼部油气沿断裂调整散失,仅在构造高点富集成藏.(3)清水河组底部砂体物性受沉积期古地貌控制,古地貌相对较高的低凸起,砂体泥质含量低,分选好,物性优;古地貌相对较低的古沟槽沉积区,砂砾岩分选磨圆差,泥质含量高,储集物性差.(4)高泉构造清水河组油气成藏受优质储层及保存条件两大关键要素控制,围绕两大控藏要素,基于三维地震资料,开展古地貌恢复及敏感属性分析,预测高泉构造清水河组优质储层发育区,主要分布于三维工区西南部,呈北西-南东向条带状分布,有利面积约110 km2,为该区深层油气勘探提供有效支撑和借鉴.
莺歌海盆地中央底辟带莺歌海组广泛发育超压,超压泥岩表现为异常高声波时差、低电阻率和低密度特征.在对莺歌海盆地中央底辟带莺歌海组超压成因机制综合分析基础之上,定量化评价不同成因类型超压贡献率.结果表明:莺歌海盆地中央底辟带莺歌海组泥岩超压成因机制包括欠压实、有机质生烃和超压传递作用,粘土矿物转化对超压贡献不明显.超压贡献率定量化评价结果揭示了底辟区流体压力传递和生烃作用对泥岩超压发育具有重要贡献.莺歌盆地中央底辟带乐东区莺歌海组泥岩欠压实超压贡献率为38%~100%,随着埋藏深度的增加,欠压实超压贡献率逐渐减小.莺一段地层埋深浅,生烃能力弱,以欠压实成因机制超压为主;莺二段泥岩生烃能力显著增强,生烃增压贡献率最大可达51.53%.底辟区微裂隙和断裂发育,使深部流体运移至浅层而发生压力传递,压力传递作用对莺歌海组超压贡献率最大超过50%.
为探究珠三坳陷阳江东凹洼陷结构差异及其控制机制,利用三维地震数据精细解释了该凹陷主要断裂的发育特征并分析了其活动性,识别并总结了岩浆底辟的分布特征,系统地研究了阳江东凹早新生代不同洼陷的构造差异性.研究表明,阳江东凹特殊的构造位置影响了凹陷的形成,构造转换带控制了研究区各洼陷差异发育.西部阳江24洼呈北断南超的简单半地堑结构,中部和东部恩平19、20、21洼呈南北双断的复式半地堑结构.区域应力场下洼陷伸展方式的不同导致裂陷初始期的岩石圈地壳变形存在差异,同裂陷期岩浆运移至压力较小的转换带下方并聚集形成岩浆房,基底深大断裂沟通地壳深部,控制了岩浆上涌和侵位.岩浆的热作用使得地壳脆性变形转变为韧性变形,地壳的快速减薄及NE、NEE向先存断裂在深大断裂转折处发育的构造转换带控制了盆地构造样式.因此靠近阳江-一统暗沙断裂带的洼陷发育斜滑断裂并呈复式半地堑结构.上述分析为研究区烃源岩预测及勘探提供了理论依据.
准噶尔盆地南缘四棵树凹陷高探1井在白垩系清水河组底部砂砾岩储集层获得高产油气流,证实该套砂砾岩为优质储集层.利用岩心、岩石薄片等资料和储集物性分析、X射线衍射全岩矿物分析等测试手段,系统讨论了四棵树凹陷高泉构造带清水河组砂砾岩岩石矿物、储集物性、孔隙结构、成岩作用及其演化模式,并分析了优质砂砾岩储层的主控因素.清水河组砂砾岩的砾石成分主要为凝灰质,砂级碎屑颗粒含量普遍少于50%,根据砾石接触关系和砂级碎屑含量可将清水河组砂砾岩划分为颗粒支撑砾岩和基质(砂级颗粒)支撑砾岩两类.砂砾岩储层的主要储集空间为剩余粒间孔,孔隙均一性差;储集空间发育受多种成岩作用影响,其中,压实作用是主要的减孔因素.砂砾岩储层经历了早期长期浅埋和后期快速深埋的埋藏过程,目前处于中成岩阶段A期.清水河组砂砾岩优质储层的形成受多方面因素控制,其中,扇三角洲前缘水下分流河道砂砾岩是优质储集层形成的基础,较低的地温梯度及长期浅埋、短期深埋的埋藏方式是优质储集层形成的关键因素,先碱性、后酸性的成岩环境和异常高压是优质储集层形成的重要因素.
二连盆地马尼特坳陷西南缘陆海、准达赖是近年来新发现的大型砂岩型铀矿床,赋矿层位主要为下白垩统赛汉组上段.开展物源分析对丰富该地区砂岩型铀成矿理论具有十分重要的地质意义及找矿指示作用.对赋矿砂体进行了岩石学、重矿物、碎屑锆石U-Pb年代学研究工作.结果表明,赋矿砂岩类型以岩屑长石砂岩为主,其次为长石岩屑砂岩,指示物源主要来自再旋回碰撞造山带区,次为岛弧岩浆区,具混合特征.重矿物特征反映出赛汉组上段沉积时期存在北东-南西向和南东-北西向两条主河道在准达赖地区交汇的古地理格局.碎屑锆石年龄组成可划分出4个年龄区间,即120~140 Ma、200~240 Ma、260~360 Ma、390~510 Ma.陆海地区早古生代及中生代锆石年龄比重较高,而准达赖地区晚古生代锆石年龄比重明显增加.经与周缘岩体年龄谱对比,结合重矿物分析结果认为,陆海地区赛汉组上段物源可能来自于研究区北侧巴音宝力格隆起和南侧苏尼特隆起北部,而准达赖地区物源则主要来自苏尼特隆起南部,整体上呈南北双向供源模式.在限定物源的基础上,对蚀源区供铀能力分析认为,苏尼特隆起自早白垩世以来的隆升和高含铀岩体的剥蚀对研究区砂岩型铀成矿影响更为显著,指示了马尼特坳陷西南缘具有良好的砂岩型铀成矿前景.
然巴岩体位于北喜马拉雅带东段,主要岩石类型为二云母花岗岩,与之接触的斜长角闪岩普遍发生矽卡岩化,并伴随有白钨矿化.为限定成岩成矿年龄和成矿流体性质,采用锆石U-Pb定年、云母Ar-Ar定年、矿物地球化学等分析方法开展研究.含钨石英脉中白云母Ar-Ar年龄(6.3 Ma)与二云母花岗岩锆石U-Pb年龄(7.3 Ma)相当,表明花岗岩的侵位及相关的钨成矿作用均发生于晚中新世,为迄今区域内已知最年轻的稀有金属成矿事件.矽卡岩内石榴子石与辉石矿物对的含铁率比值(3.12~3.74)与白钨矿极低的Mo含量(12.0×10-6~56.8×10-6)显示成矿流体为还原性,与岩浆锆石氧逸度计结果(∆FMQ=-5.78~-2.08)一致.白钨矿稀土元素特征明显继承自花岗岩,指示岩浆出溶的成矿流体与富钙围岩发生反应诱发了白钨矿的沉淀.研究揭示喜马拉雅淡色花岗岩与围岩的接触变质带为稀有金属有利的成矿部位,需给予更多关注.
为了解长江三角洲地区第四纪植被与气候演化历史,通过对上海横沙岛LZK1钻孔第四纪沉积地层和孢粉的分析,揭示出该地区第四纪孢粉组合代表的植被面貌自下而上表现为:针叶阔叶混交林-灌丛草甸→针叶落叶阔叶混交林-灌丛草甸→针叶林-灌丛草甸→常绿落叶阔叶混交林→针叶落叶阔叶混交林→落叶阔叶林→针叶林→阔叶针叶混交林→针叶落叶阔叶混交林-灌丛草甸→常绿落叶阔叶混交林-灌丛草甸→常绿落叶阔叶混交林→落叶阔叶针叶混交林.受地貌、海侵、第四纪冰期/间冰期的冷暖交替事件及新构造运动等影响,研究区第四纪以来气候、环境变化频繁.钻孔岩心的沉积环境特征和孢粉组合所反映的气候变化可响应昆仑冰期、大间冰期、古乡冰期、末次间冰期等气候阶段.末次冰消期气候表现为温凉略干,晚更新世末期研究区对Oldest Dryas、IACP事件和Younger Dryas等冷事件反应敏感.进入全新世后,研究区气候整体回暖,湿度增大,海平面持续上升,其间经历了~8.2 ka和~4.2 ka的冷事件,发生了短暂的降温和干旱事件.至全新世晚期受小冰期事件影响,研究区气温和湿度有所降低,海水东退.
摩洛哥泥盆系因其丰富的化石资源,在地质学尤其是古生物学领域享有盛誉,产出三叶虫、头足类、珊瑚、腕足类、牙形石、鱼类和植物等,化石的保存通常非常完好.这些化石为厘清地层序列,分析生物群落、古环境及关键地质事件等提供了重要的依据.此外,摩洛哥具有独特的古地理位置,查明泥盆纪的岩石和生物类型及其时空分布,有助于更好地重建冈瓦纳古陆和劳俄古陆间海洋系统的演化过程.通过对已有文献资料的调研和系统梳理,回顾了摩洛哥地质调查的历史,分析了泥盆纪研究的3个主要阶段,近年来以多学科综合、跨地区合作为主要发展趋势,在古生物、古地理和古气候研究中取得了大量新发现新认识,充分利用好这座化石宝库,将有助于更好理解地球的演化历史和应对当今的生物多样性危机和环境问题.
寒武纪早期海洋氧化还原状态的变化经常被用来解释早期动物的辐射和灭绝,但该机制目前并不十分清晰.对华南盆地相渣拉沟剖面开展了总有机碳含量、铁组分、主量元素和微量元素的研究.在此基础之上,将渣拉沟剖面的海水氧化还原状态与华南和西伯利亚其他剖面已发表的研究结果进行了综合对比分析.结果表明,寒武纪第二期至第三期出现了氧化水体的扩张,而寒武纪第四期海洋变得更加缺氧.寒武纪早期海洋氧化还原状态与化石记录之间的对比研究表明,寒武纪第三期海洋氧化程度的增加可能是早期动物辐射的关键因素,而寒武纪第四期海洋缺氧程度的加剧可能是早期动物多样性降低和古杯动物灭绝的直接原因.
为了探讨产甲烷菌和甲烷氧化菌群落随土壤深度的垂直分布特征及甲烷代谢菌对环境的响应机制,于2019年4个季度采集大九湖泥炭地0 cm、10 cm、30 cm和50 cm的土壤样品.通过功能基因高通量测序获得产甲烷菌和甲烷氧化菌群落结构组成并构建分子生态网络.产甲烷菌和甲烷氧化菌的最大优势属分别为Methanoregula和Methylocapsa;产甲烷菌和甲烷氧化菌群落生态网络结构及其共现模式随深度发生变化,产甲烷菌和甲烷氧化菌群落结构随深度呈相反的变化趋势;产甲烷菌和甲烷氧化菌网络中关键物种分别有3个和4个,分别为Methanoregula、Methanocella、Methanobacterium和Methylocapsa、Candidatus Methyloumidiphilus、Methylocystis、Candidatus Methylospira.表明环境因子土壤总碳、总氮、铵态氮和亚硝态氮含量等环境因子通过影响产甲烷菌和甲烷氧化菌群落进而改变CH4排放.
黔西上二叠统发育的自然伽马(GR)高异常岩层的成分变化和韵律性分布的原因尚不清楚.分析了自然伽马高异常层的岩石学特征、地球化学特征及自然伽马高异常层的周期性.Al2O3/TiO2、REE配分模式、REE-La/Yb、La/Sc-Co/Th、Zr/TiO2-Al2O3/TiO2及Nb/Ta-Zr/Hf图解表明GR高异常岩层的物质来源包括峨眉山玄武岩、峨眉山大火成岩省衰退期火山灰及华南火山灰.自然伽马高异常层形成于相对炎热、海平面相对较低时期,并具有长偏心率和短偏心率周期.炎热的气候变化引起了海平面快速上升和冰体积的快速下降,区域上应力状态快速变化触发火山活动形成具有周期性的GR高异常层.精准识别自然伽马高异常层可用来对比划分区域地层格架,且可以分析峨眉山大火成岩省晚期的岩浆演化及关键金属富集.
河流潜流带最显著的特征是河水和地下水周期性交替导致的水化学成分的动态变化,且周期间的间隔长短不一;潜流带是脱氮热区,其硝化和反硝化微生物对这种周期性变化的响应规律决定着潜流带脱氮效率.据此,时间间隔不同多次供给不同氮素、DO等,研究多周期内硝化、反硝化动力学规律.第1周期的硝化、反硝化速率较慢,有明显迟滞期;后续的第2和第3周期,无论底物投加间隔时间长短,硝化和反硝化未观察到明显迟滞期,反应速率均加快,且功能菌数量增加,但是功能菌数量和间隔时间成反比.硝态氮起始浓度会明显影响亚硝态氮动力学过程.硝化和反硝化菌数量增加及长时间维持高反应活性,是潜流带高效脱氮机制之一.
出于精度考量,研究场地尺度水文地质特征时,采用随机模拟技术建立多个满足场地有限地质信息的情景模型,可以较为有效地表征含(隔)水层结构,并描述目标泉点的捕集区域.但通常受条件限制,场地中的实际钻孔数量可能难以满足随机建模的数据密度要求.基于地面地质分析和一定量的实际钻孔资料,同时借助详实的瞬变电磁物探数据,在物探测点处构建虚拟钻孔,进而建立若干关于地层结构的随机模型(情景模型);采用PEST参数自动识别程序筛选符合水位观测值的情景模型,并复核这些模型的地层结构,以保证情景模型的合理性.基于74个钻孔数据点(包含虚拟钻孔)的转移概率马尔科夫链(T-PORGS)共生成503个情景模型,以场地范围内9个地下水位观测点的数据为基准,通过PEST最终筛选出67个可以描述场地水文地质特征的模型,最后由筛选出的模型统计得到目标泉点的概率捕集区域.该建模流程可以在钻孔数据缺乏时,完成场地尺度的随机建模,并获得有效的场地水文地质信息.
帕米尔构造结东北缘中高温地热资源丰富,前人的研究多限于研究单个地热田,缺乏区域的系统性研究.基于帕米尔高原东北缘的地热地质特征,以地热流体地球化学研究作为认识地热资源的有效手段,根据研究区8个温泉水、1个冷泉水、11个热井水以及6个地表水的理化数据,进行了水化学成因、特征及同位素分析,揭示帕米尔北东侧区域性地热流体的热储温度特征及冷却机制的演化模式,为帕米尔北东侧地热资源勘探提供一定的地球化学依据.研究结果表明,地热水中主量离子主要受钠/钾长石、阳离子交换作用以及岩浆水的影响,热水样品B/Cl、B/Li、B/Cs、Li/Cs、Na/Cl、K/Cl的高相关性特征显示热水可能有共同的母质地热储层.氢氧同位素特征表明地热水受大气降水、雪融水及深部岩浆水补给.多种溶质温度计、硅-焓模型以及氯-焓模型重建了热水的热储温度、冷却过程及演化模式,推断出研究区下方可能存在多个热储层,其中最深部的母质热储的温度约为358~418 ℃,Cl含量约为300~400 mg/L.结合区域地质及地热地质条件分析,认为帕米尔高原东北缘地热异常为地壳中的熔融岩浆及高产热花岗岩共同作用的结果.
长江中游故道区冲湖积含水层中存在原生高碘地下水,对区域供水安全构成严重威胁.含水层沉积物中的铁矿物和有机质是碘的主要载体,从宏观地质背景和沉积演化的角度揭示晚更新世以来的气候变化对含水层中碘富集的控制机制是科学认识高碘地下水成因和保障供水安全的前提.选取长江中游故道区的第四纪沉积物作为研究对象,系统分析沉积物地球化学特征,识别含水层沉积物中碘赋存的主要载体,揭示古气候变化驱动的化学风化与沉积过程对含水层碘富集的控制机理.研究结果表明:沉积物中碘的主要赋存形态是铁氧化物结合态(IFe-ox)和有机结合态(Iorg),而且沉积物的化学风化指数CIA、K/Na比值与IFe-ox、Iorg呈显著正相关.无定型铁氧化物(Feox1)、粘土矿物及有机质是碘赋存的主要载体.晚更新世-全新世以来气候从寒冷干燥转为温暖潮湿,化学风化增强促使更多无定型铁氧化物形成,全新世以后广泛扩张的湖泊导致碘、有机质与铁氧化物在湖相沉积物中共埋藏.古气候变化对长江中游故道区含水层中碘的富集起重要控制作用.
铵吸附/解吸是控制氮转化的重要反应之一,但其在地表水-地下水相互作用影响下对氮迁移转化的影响机制尚不清晰.以江汉平原东部沙湖监测场为研究区,通过分析地下水位及其水化学指标长期监测数据,结合室内土柱实验和反应迁移数值模型解译,识别了地表水补给和地下水排泄两种模式下NH4-N的迁移转化过程,探究了水动力驱动下N的迁移转化机制.研究表明,农业活动带来的高浓度NH4-N会被表层沉积物颗粒吸附;地表水入渗会促进沉积物中NH4-N的解吸附及后续的硝化作用,引起地下水中NO3-N浓度上升;含NH4-N的地下水排泄过程会促进沉积物对NH4-N的吸附,使沉积物中NH4-N吸附量升高.阳离子交换是影响NH4-N迁移转化的关键机制,地表水-地下水相互作用引起的水文地球化学环境变化影响了NH4-N的吸附/解吸及后续生物地球化学反应.
基于重力驱动的地下水流系统理论是描述地下水系统渗流特征的主要工具,由水头差产生的重力势是地下水运移的主要驱动力.但在水热系统中,存在除大地增温以外的深部热源,会给地下水系统提供额外的能量,产生新的驱动力.对流型水热系统中,地下水在补给段温度较低而在排泄段温度较高,排泄段的高温地下水会产生密度、盐度、粘度等变化,导致地热水的压力水头发生变化,形成地热驱动力.在高温水热系统中,排泄段地下水的温度更高,可能存在液态水转变为气态水的相变过程,使地下水温度发生突变,从而引起地热驱动力的改变.以西藏羊八井地热田为例,利用SiO2地温计评估发现,热储层与地热井同一深度位置的水温存在较大差异,通过对比饱和蒸发线确定在距井口43.9 m处发生了引起温度骤降的相变过程.结合热力学第一定律,计算得出相变前后的温差约为23.6 ℃,由此造成的地热驱动力的变化值为-1.02 m.结果表明,水热系统中的地热驱动力仅存在于排泄段,排泄段地热水发生相变会引起地热驱动力的变化.
冰雪型地质灾害链是藏东南地区重大工程建设中的重要风险源,分析灾害链的演化规律可为重大灾害隐患识别和风险研判提供支撑.以直白沟为对象,通过野外调查、遥感解译和灾害监测,研究了孕灾背景的演化和1950年以来的6次灾害链事件的活动特征.结果表明:直白沟冰雪型地质灾害链是由冰川活动和高位岩崩驱动的,演进模式分为相变驱动物性变化成链和多要素级联效应成链两类,灾害链的活跃程度受地震作用显著控制.孕灾条件中的冰川和冰碛物的时空演化控制了灾害链的活动特征,地震和冰川消退驱动链首灾害由冰川跃动向高位岩体转换,物源增多和冰水相变作用增加了灾害链的演进长度和规模.现状直白沟内的则隆弄冰川退缩严重,由冰川跃动启动灾害链可能性减小,而由地震及冻融循环诱发的高位岩崩启动灾害链的可能性显著增强.
高山峡谷地区水电工程中的边坡失稳问题十分常见,对工程的建设与水库运行安全有着重要影响.以黄河上游哇让抽水蓄能电站下库进/出水口边坡为研究对象,基于平硐编录、钻孔电视等方法对岩体结构面进行统计;通过钻孔波速测试,开展边坡岩体卸荷分带;据此,对边坡潜在破坏模式进行定性分析.通过UDEC软件,建立基于DFN离散裂隙网络的边坡离散元模型,考虑天然、暴雨和地震3种工况,分别对自然边坡、无支护开挖过程以及支护开挖过程进行数值模拟,揭示边坡潜在变形主控因素.结果显示,边坡的变形破坏主要受卸荷裂隙和顺坡向缓倾裂隙两组结构面控制,潜在变形模式为台阶状滑移-拉裂破坏;稳定性研究表明,自然边坡在3种工况下,抗滑稳定性均不满足规范要求.为保证进出水口安全,结合边坡变形模式和工程经验,提出了相应的开挖支护方案.研究表明,该支护方案有效可行,可有效提高边坡稳定性且使稳定系数满足规范要求.
地表侵蚀能够对环境产生巨大的影响,强烈的地表侵蚀是崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害的诱发因素.高山峡谷地区地质地貌条件复杂、地表水动力高度发育,区内大范围存在高强度的地表侵蚀.以川西典型高山峡谷区松潘县为研究区,在详细调查区域侵蚀现状的基础上,基于MPSIAC模型建立了高山峡谷地表侵蚀能力评价体系,对松潘县全域进行地表侵蚀强度评价并利用InSAR技术对评价结果进行检验.结果表明,松潘县地表侵蚀强度较高处主要分布于县域东南部岷江乡、镇江关乡等地,较低处主要分布于北部毛儿盖镇、川主寺镇等地.MPSIAC模型经过修正后可以对高山峡谷地区地表侵蚀能力做出准确的评价.
火后泥石流是一种易发且破坏力强的灾害,是山区开展防灾减灾的重要对象.国外研究火后泥石流预测模型只针对数据库所在的区域预测效果良好,对其他地区的预测结果不理想.森林火灾会造成林下土壤斥水性显著增强,发生降雨时,极易形成大流量山洪,诱发泥石流.在山火后的第一个雨季泥石流发生的降雨阈值很低,泥石流发生概率很高.选择四川凉山州发生的山火为研究案例,提出等效前期降雨量概念,并通过野外人工降雨实验,建立等效前期降雨量计算模型,结合常规泥石流预警公式建立沟床起动类型的火后首次泥石流的预警模型,在国内凉山、甘孜地区和美国地区的火后首次泥石流案例中,验证了方法的可靠性,为火后泥石流的减灾防灾提供一种新的方法.
单一的机器学习模型往往难以满足滑坡易发性制图的需要,为提升滑坡易发性评价精度.提出了一种基于集成策略的机器学习模型组合优化的方法,以重庆市云阳县西部的12个乡镇为例进行滑坡易发性评价.首先,基于366处滑坡数据以及高程、坡度等9个指标因子构建易发性评价指标体系.然后以决策树模型(decision tree mode,DT)、逻辑回归模型(logistic regression,LR)和贝叶斯网络模型(bayesian network,BN)为基础模型,利用集成学习的三大类型,袋装法(bagging)、提升法(boosting)以及堆叠法(stacking)进行模型组合.并对各组合模型分别用粒子群算法(particle swarm optimization,PSO),贝叶斯算法(bayesian optimization,BO)进行超参数优化以及K最邻近算法(K-nearest neighbor,KNN)进行模型链接.最后采用ROC曲线与统计分析的方式来评估各集成学习模型精度.研究结果表明:与基础模型相比,三类集成学习模型精度均有提升,DT-LR-BN模型提升了3.5%~12.8%,RF模型提升了8%;BO-XGBoost模型提升了13.1%;KNN-stacking模型提升了7.4%~17%,BO-XGBoost模型的AUC值最高为0.811.集成学习能有效提升机器学习模型性能,提高滑坡易发性制图的精度,研究为机器学习模型之间的组合优化提供了新的思路与方法.
元素铁因其在地球早期环境演化和在海洋初级生产力中的重要角色, 是目前全球变化与地球化学研究的热点.铁元素的相态分析, 对于深入了解其在环境中迁移、转化及生物的吸收利用, 都具有重要意义.回顾沉积物中铁的化学相态分析方法发展过程, 从早期的简单相态分析(degree of pyritization, DOP), 元素的顺序提取法(Tesser方法), 到Raiswell和Poulton等学者提出针对Fe元素特定的相态分析法等.重点介绍较为常用的三步提取法和其在表生地球化学研究中的应用; 结合目前国际上铁地球化学循环研究进展, 提出Fe的化学相态分析的改进建议.
地质样品中卤素是反演与流体和挥发分相关的地质过程的重要示踪元素.由于卤素含量低和强挥发性,准确测定地质样品中卤素一直是分析地球化学的难点.近年来,针对地质样品卤素的样品前处理技术的开发开展了大量工作.高温热解法、碱熔(溶)法、酸性消解法和碱性提取法能够满足土壤、沉积物和岩石中高含量卤素的分析要求.针对低含量卤素,仅有中子活化法和稀有气体质谱法能够准确定量.随着分析地球化学的发展,地质样品卤素分析技术逐渐向更高效的消解方法、更简便的操作以及更高灵敏度和高精度的分析方向改进.总结了近年来国内外在地质样品卤素分析方面所取得的成果,对比了各类方法的优缺点,展望了地质样品卤素分析方法的发展前景.
通过分析时间序列的卫片资料、4 m高的露头剖面的沉积学和元素地球化学特征, 研究钱塘江涌潮河段的滩槽冲淤变化规律、涌潮沉积特征和沉积层序.涌潮河段河道宽浅, 受径流与潮流相互作用强烈, 冲淤频繁且剧烈, 滩槽演替存在约20 a的周期, 与流域年代际洪、枯期转变有关.在滩槽叠置的垂向层序中, 底部为河槽、低潮滩相的厚层块状砂质沉积, 发育各种变形沉积构造, 为典型的涌潮沉积; 顶部为高潮滩相的潮汐韵律沉积, 发育典型的潮汐成因的双黏土层、大小潮周期; 二者之间的中潮滩相呈渐变过渡.C-M图和概率累计曲线可较好地区分涌潮沉积与潮成砂、泥质沉积.涌潮沉积层Si/Al、Zr/Al、Ti/Al等元素比值较高, 而潮汐韵律层Fe/Al、Mn/Al等元素比值较高, 这与它们的赋存方式和水动力分异有关.Si、Zr和Ti主要见于石英和重矿物中, 因此在强水动力沉积层中富集; 而Fe、Mn易被黏土矿物吸附, 在水动力较弱的中高潮滩富集.
湘西寒武纪早期黑色岩系中富含源于上层海水生物体的有机质, 其稀土元素(REE)特征不被碎屑物质干扰, 能有效地反映海洋上层水体的古环境特征.样品中作为有机质主体的干酪根的重稀土富集、Ce负异常、Y正异常和Eu无明显异常等特点与现代海水一致, 其特征可能反映古海洋上层水体的氧化还原信息.扬子地台各相区沉积剖面底部可能出现滞流(或硫化)环境, 随后沉积环境逐渐氧化.全岩样品中Ce的负异常可能由有机质提供, Ce/Ce*值由剖面底部的较低值向上逐渐升高可能意味着海洋上层水体含氧量的逐渐上升, 而海水含氧量逐渐升高或许是由寒武纪早期海洋底部硫化环境的减弱所导致.