针对传统反演方法存在的初始模型依赖、计算时间较长等问题,提出了一种新的基于AlexNet深度神经网络的重力异常反演方法。该方法首先借鉴经典的深度神经网络AlexNet设计了一种用于重力异常反演的Alex反演网络(AlexInvNet),接着设计大量密度异常体模型并通过正演计算得到带标签的数据集,然后用该数据集训练AlexInvNet网络,最后将重力异常数据输入训练好的AlexInvNet网络直接得到反演结果。理论模型反演结果表明,该方法相较于全连接网络深度学习反演方法,能够更好地反演出异常体的位置和密度,具有较好的泛化能力和抗噪声能力。实测数据反演结果表明,该方法能有效解决重力异常反演问题。
CO2地质封存是实现碳中和背景下难减排产业可持续发展的重要支撑技术。相较一些发达国家已经成功实现封存量为每年百万吨级CO2封存项目工业化,中国的CO2地质封存项目起步较晚,以封存量为每年十万吨级CO2封存项目为主,而针对年封存量百万吨级及以上大型CO2封存项目的选址、封存和监测尚缺乏经验。在针对世界上15个年封存量百万吨级CO2地质封存项目成功案例调研基础上,按照封存场地圈闭地质类型划分了构造型圈闭(背斜型、断层型和裂缝型)和岩性型圈闭(砂岩型和碳酸盐岩型)两大类。在统计不同类型封存场地地质特征参数基础上,从“规模性、注入性、安全性和经济性”4大指标入手,提出了“大(Big)、通(Permeable)、保(Preserved)、值(Value)” BPPV选址原则,明确了年封存量百万吨级CO2地质封存场地选址原则及参数标准。我国盆地类型多样差异大,需要采取不同的CO2封存策略。针对鄂尔多斯、大庆油田等大型坳陷型盆地,由于其构造规模大、砂体分布面广、大规模背斜和岩性圈闭发育,寻找大型整装深层盐水层或者衰竭型油气藏封存场地的潜力大;针对东部渤海湾及近海断陷型盆地,由于断层发育、断层相关圈闭多、单圈闭容量较小,封存有效性受断层影响大,宜采取圈闭群综合评价与断层活动性动态评价相结合的策略;对西部叠合盆地,盆地边缘构造冲断带一般构造应力强、地层压力高、CO2注入难度大,但盆地中央古隆起斜坡可以成为有效的封存场地,因此对西部盆地需要采取分区分带分层评价策略。
秦岭南缘勉略构造带略阳关天门地区发育有一套绿片岩相-低角闪岩相岩石组合,是勉略构造带内强烈韧性变形的变质沉积岩系,其形成时代和构造属性长期存在争议,制约区域大地构造演化的研究。为查明其形成时代与构造背景,对其中的变质细碎屑岩进行系统的岩石学、碎屑锆石U-Pb年代学和岩石地球化学研究。2件碎屑锆石U-Pb年龄样品的年龄分布特征相似,主要年龄区间为新元古代早中期(ca.880~800 Ma),并且显示出ca.830 Ma的显著峰值;最年轻的一组碎屑锆石年龄为747~736 Ma(平均年龄742±6 Ma)。地球化学研究结果表明,关天门变沉积岩原岩应为一套细碎屑岩偶夹碳酸盐岩的沉积组合,原岩经历了较低程度的化学风化和沉积物再旋回,其物源主要为大陆岛弧背景下的中-酸性岩浆岩。结合区域已有研究成果,认为关天门变沉积岩的物源主要为碧口微地块、汉南—米仓山微地块的新元古代早中期岩浆弧。通过野外地质调查,并与已有的区域碎屑锆石年龄谱系进行对比,认为关天门变沉积岩岩片的沉积时代应晚于碧口微地块横丹群形成的时间(720 Ma),即关天门变沉积岩岩片的沉积时限应晚于720 Ma,形成于新元古代中期伸展裂陷体制,是Rodinia超大陆裂解过程的响应。
科学钻探是获取地球内部信息的最直接和最重要手段,在解决“向地球深部进军”战略科技问题上起着无可替代的作用。本文简要回顾国内外大陆科学钻探的发展历程和深钻的发展现状,分析大陆科学深钻发展特点与态势;围绕中国大陆科学深钻,梳理其关键科学技术问题、面临的挑战与机遇;在此基础上提出中国大陆科学深钻发展的目标、优先发展方向与发展途径建议。大陆科学深钻能够为地球动力学过程、地质灾害、地质资源和环境变化等全球关注的地球科学前沿问题提供独特的研究途径,但是其实施深度又受超高温和超高压等恶劣井眼环境的制约;现代科学技术的进步有力促进了大陆科学深钻中各项技术的发展,为超深井和特深井科学钻探提供重要支撑。中国大陆科学深钻应以9000~15000 m特深井为目标,注重“超深”“深时”和“深观”等领域的科学问题,优先发展地球深部构造、深部生命、深时气候和深部资源探测等方向,研究超深物质、动力学过程和岩石物理等实验技术,研发超高温超高压环境下的钻井、测井和长期观测等技术与装备,促使我国深地探测能力和水平实现一次飞跃。
内蒙古那仁乌拉地区具有较大的稀有金属找矿潜力,但与成矿有关的那仁乌拉花岗岩体在年代学和成因方面仍存在较多争论。为厘定该花岗岩体成岩年龄及成因类型,对其进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和岩石地球化学分析。测年结果表明,中粗粒黑云母二长花岗岩和似斑状二长花岗岩成岩年龄分别为(142.1±1.0)Ma和(142.3±1.2)Ma,指示那仁乌拉花岗岩体为早白垩世岩浆活动的产物,与区域上晚侏罗世—早白垩世花岗岩大规模侵入时代基本吻合。岩石地球化学分析显示,岩体富硅(SiO2含量为73.69%~76.67%)、富碱(Na2O+K2O含量为8.40%~8.80%)和贫铁、镁、钙、磷等;Zr、Hf、Rb、Th等元素明显富集,Ba、Sr、P、Ti等元素强烈亏损,Nb元素相对亏损;稀土元素总量较低,显示较强烈的Eu负异常(δEu=0.20~0.36),轻、重稀土分馏明显(LREE/HREE=6.23~14.28),富集轻稀土;属于弱过铝质高钾钙碱性花岗岩。综合矿物学、岩石学和地球化学特征,判断那仁乌拉花岗岩成因类型应归为高分异I型花岗岩。结合区域构造和地质背景,认为位于华北板块北缘的那仁乌拉花岗岩体形成于早白垩世的板内伸展环境。
西昆仑造山带东段温泉—胜利达坂一带发育大量三叠纪侵入岩,岩性主要为中细粒二长花岗岩,为进一步丰富西昆仑造山带中生代地质构造演化史,对区内金、汞、锑等多金属的成矿时代提供年代学制约,对研究区内三叠纪阿塔木帕下序列花岗岩进行了详细的岩石学、岩石地球化学和锆石U-Pb年代学研究。研究结果表明,温泉—胜利达坂一带花岗岩形成时代为(203.3±1.4) Ma,为晚三叠世岩浆活动产物;岩石地球化学特征显示,区内花岗岩SiO2含量为74.41%~76.78%,Na2O为2.70%~3.81%,K2O为3.93%~5.01%,铝饱和指数(A/CNK)为1.00~1.25,表明区内花岗岩属过铝质高钾钙碱性系列花岗岩;岩石稀土元素总量较低,且富集轻稀土元素,具负Eu异常(δEu=0.39),相对富集Rb、Th、U,亏损Ba、Nb、Sr、Ti等元素,显示岩石具有壳源花岗岩特征,为S型花岗岩。结合区域构造演化,区内三叠纪阿塔木帕下序列花岗岩形成于造山作用后造山阶段,为地壳变质碎屑岩俯冲到下地壳部分熔融后形成岩浆,上升侵位形成的后碰撞型花岗岩。
对地质遗迹进行科学分类和特征描述是合理利用和保护地质遗迹的前提与基础。阿尔山世界地质公园内具有丰富的典型地质遗迹,具有较高的旅游价值,对其研究具有一定的地学意义。在地质遗迹调查的基础上,依据有关技术要求,将阿尔山地质公园地质遗迹划分为地貌景观、水体景观2大类,进一步划分为火山地貌、岩石地貌、流水地貌、构造地貌、泉水景观6类,以及火山机构、火山熔岩地貌、火山成因湖泊、花岗岩地貌、流水侵蚀地貌、流水堆积地貌、构造地貌、温泉、风景河段9亚类,共识别47处地质遗迹点,其中的火山地貌和温泉景观在全球地质遗迹对比分析中具有重要意义。本文阐明了地质公园的地质遗迹特征,并从地貌学、水文地质学以及旅游地学等方面探讨其地学意义,为公园的地质遗迹保护和旅游线路规划提供科学依据,促进公园地质科学研究、地球科学科普以及地学旅游的可持续发展。
桥古地区前中生界潜山地层是新疆塔北隆起油气勘探取得突破的重点区域。该区潜山地层埋藏深且分布复杂,储层非均质性强且受后期流体活动改造强烈,油气富集规律不清楚,严重制约区域油气勘探和靶区优选。为查明潜山储层特征和储层发育主控因素,建立储层发育模式,利用岩心、钻测井和地震等资料进行系统的储层特征和控制因素研究。研究结果表明:桥古地区前中生界储层岩性主要为晶粒白云岩、硅质白云岩及颗粒白云岩三大类;储集空间以裂缝为主,溶孔次之,局部发育溶洞。不同岩相物性差异明显,细粉晶白云岩、灰质粉晶白云岩和砂屑泥晶白云岩储集层较发育,储层基质物性好;泥晶白云岩、硅质白云岩相对致密,为非储层,物性差。基于以上研究提炼出桥古地区内幕潜山储层发育模式,即储层发育主要受控于岩相、断裂及埋藏-热液作用,其中岩相是储层发育的物质基础,断裂是储层发育的关键因素,埋藏-热液对储层发育进行叠加改造。对比目的层系储集单元特征,肖尔布拉克组上段发育5套开发小层系,其中第1、3、4套开发层系具有良好的储层物性和储盖组合,是未来油气勘探与靶区优选重点目标。
叠层石记录早期环境、蓝细菌和微生物群落的生命活动,其生长形态受到沉积环境的影响,对古环境恢复具有重要意义。豫西中元古界官道口群龙家园组二段叠层石发育形态类型丰富,分布集中,是叠层石发育的典型地区,其分布与全球性事件、海洋地球化学环境和微生物岩的发展密切相关,但尚未见对其详细研究。基于此,本文选取龙家园组二段叠层石发育剖面为研究对象,对叠层石开展野外宏观形态和室内微观特征分析,据此反演沉积环境演化过程和建立沉积模式,并与其他地区同时代叠层石进行对比研究。结果表明龙家园组二段叠层石宏观形态可分为水平纹层状、波纹状、丘状、锥状和柱状,显微表现出明暗纹层,局部含少量鲕粒、球粒、碎屑物质等。鉴于水平层状叠层石发育在潮间带,波纹状、丘状叠层石发育在潮间高能带及潮下低能带,锥状、柱状叠层石则发育在潮下带,认为龙家园组二段叠层石形成于潮坪环境,经历了潮间带-潮下带-潮间带的环境演化过程。本研究有助于揭示华北南缘中元古代早期微生物岩发育环境。另外,将本研究区与华北北缘蓟县地区同时期微生物岩沉积环境进行对比分析,发现该时期微生物岩分布广泛,叠层石结构与环境演变之间存在密切关系,为全面探索该时期华北克拉通周缘海洋环境、大气环境与微生物岩发育之间的关系提供新的证据。
松南—宝岛凹陷是琼东南盆地继崖城—陵水凹陷之后又一个具有巨大油气勘探开发潜力的重要勘探区,其构造演化、构造样式和原型盆地恢复对油气成藏规律的认识具有重要意义。在地震资料解释的基础上,运用平衡剖面与构造解析技术剖析了松南—宝岛凹陷的构造演化期次、构造样式的展布规律,并恢复了古近纪原型盆地特征。研究结果表明: 松南—宝岛凹陷的构造-沉积演化可划分为前裂谷期、同裂谷期和后裂谷期3个时期6个阶段,所形成的构造样式可归纳为同期变形样式、同期样式组合与多期样式组合3大类14小类。研究区的古近纪原型盆地可恢复出8个箕状断陷沉积,沉积厚度3000~6000 m,可识别出强烈改造区、中等改造区和弱改造区三类古近纪原型盆地的保存状况,局部剥蚀厚度超过5000 m。 松南—宝岛凹陷的油气运移特征表现为近源→高成熟→晚期成藏,其周缘的松涛凸起、陵水低凸起和松南凸起既是油气运移的指向区,又发育有与大规模生烃期相匹配的潜山-披覆构造、地层岩性以及反转背斜等有效圈闭,是油气勘探的有利区带。
襄樊—广济断裂带是分隔大别造山带和扬子板块北缘前陆褶皱逆冲带的边界断裂,其几何学、运动学及构造演化特征记录了南北两大不同性质的大地构造单元发生碰撞、拼贴及相互作用的地质过程。在野外调查、构造解析和年代学研究基础上,结合区域地质和地球物理资料分析,认为襄樊—广济断裂带东段以深部向南逆冲、浅表向北逆冲的“鳄鱼嘴式”对冲构造为特征,与西段的构造变形样式和次序存在显著差异。中扬子地区东部受控于江南—雪峰造山带和大别造山带南北两大构造体系,深部扬子板块北缘向大别造山带之下俯冲导致造山带自北向南挤出,推覆构造可影响至瑞昌一带,由南向北的浅层逆冲推覆可影响至梅川附近,二者在襄樊—广济断裂带东段的蕲春—武穴—浠水一带对接。襄樊—广济断裂带经历了印支早期同碰撞由北向南的逆冲推覆和深层次的韧性剪切变形(T2末)、燕山早—中期双向对冲构造变形(J1-3)、燕山晚期伸展正断层变形(K1-2)、喜山早期由北向南小规模逆冲变形(E1)阶段。
沂蒙山世界地质公园是岱崮地貌的命名地。作为一种新地貌类型,其成因、形成年代及演化等方面尚存在争议。基于此,本次研究通过野外崮体特征调查,总结了岱崮地貌的特征,对地层及河谷横剖面实测和光释光(OSL)测年,估算岱崮地貌开始形成的年代。研究结果表明,岱崮地貌特征与地层岩性相关。顶部寒武系张夏组厚层石灰岩,因抗风化和侵蚀能力较强,且发育垂直节理而形成“顶平”“身陡”的崮顶;下部岩性以泥岩、粉砂岩夹薄层灰岩为主,因抗风化能力较弱而形成坡缓的山麓,二者共同构成“方山”特征。利用不同时期河流阶地的年龄,计算河流侵蚀下切速率,并以此估算岱崮地貌开始形成的时间约为1.77 Ma。岱崮地貌的演化过程可划分为4个主要阶段:(1)寒武纪时期的物质基础形成阶段;(2)受构造运动抬升,地层逐渐出露地表,岱崮地貌进入地貌塑形阶段;(3)受流水、风力和重力崩塌作用影响,岱崮地貌进入发育成熟阶段;(4)最后岱崮地貌顶部灰岩坍塌而进入消亡阶段。本研究有助于加深对岱崮地貌的全面认识及其科学价值的挖掘,也有助于世界地质公园地质科学知识的普及。
南中国海位于三大板块的汇聚地带,分布范围广、地球动力学背景复杂,因此其成因及动力学模式仍然存在争议。根据南中国海的地质和重磁资料对南中国海进行平面和剖面构造特征分析,在此基础上进行了数值模拟。模拟结果表明较弱的下地壳使得壳幔脱耦,裂谷向一侧迁移,由于后续岩浆热供给不足,上涌地幔冷却而停滞;新的岩浆供给跃迁至相反方向,形成新的扩张中心,流变性弱的下地壳和区域高伸展速率共同控制了洋脊的向西迁移。结合构造解译和数值模拟结果分析,认为南中国海的形成主要受印澳板块与欧亚板块的碰撞、古南海的俯冲拖曳和深部地幔上涌3个因素的影响,印澳板块与欧亚板块的碰撞及古南海的俯冲拖曳控制了南中国海的构造应力场,深部地幔上涌控制岩浆迁移。
目前五峰—龙马溪组黑色页岩中显微组分缺乏统一的分类方案,命名也较为混乱,给页岩气勘探与评价造成了困难。为此,采用全岩光片和有机地球化学(TOC、δ13Corg)分析等方法,对四川盆地五峰—龙马溪组黑色页岩中显微组分进行有效识别与特征总结,探讨其可能成因,并判断其有机质类型。研究结果表明:五峰—龙马溪组页岩中显微组分主要由海相镜质组、腐泥组、动物有机碎屑组和次生组组成。其中,海相镜质组由无结构镜质体组成,呈浑圆状或长条状,具有强的光反射能力,但分布并不广泛;腐泥组主要由无结构腐泥体组成,为藻类遭受热降解过程而形成的无结构且无固定形态的显微组分,在富有机质页岩中广泛分布;动物有机碎屑组主要包括笔石表皮体、几丁虫和放射虫有机碎屑体;次生组由次生沥青体组成,广泛分布在页岩基质孔隙中,呈无固定形状。五峰—龙马溪组页岩中主要发育腐泥组和次生组,其次为动物有机碎屑组和海相镜质组,其有机质类型以Ⅰ-Ⅱ1型干酪根为主,且腐泥组和次生组含量越高,有机质类型越好,其生烃潜力越大。
钟腾铜矿床为位于华夏板块东南缘上杭—云霄构造-岩浆成矿带上的岩浆热液型矿床。岩石地球化学分析表明矿区3种主要花岗质岩石均属于高钾钙碱性系列岩石,具有高钾、富碱、贫硅、低钛的特征,部分岩石有过铝质的特点,轻稀土元素富集,具有弱负铕异常。微量元素以富集大离子K、Rb、Th等亲石元素,亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素为特征。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年获得矿区3种岩石年龄分别为(103.5±0.4) Ma、(102.2±0.4) Ma、(103±0.4) Ma,锆石εHf(t)值在-2.9~2.0,两阶段模式年龄(TDM2)为1.04~1.35 Ga。矿石辉钼矿的Re-Os同位素测年获得等时线年龄为(105±2.5) Ma,说明成矿主要与燕山晚期花岗岩侵入有关。综合本次研究及相关区域资料,认为钟腾铜矿区的花岗岩为I型花岗岩,花岗岩及相关矿床形成于东南沿海地区110~90 Ma期间的古太平洋板块向西俯冲的大陆边缘背景。
寒武纪是全球性磷酸盐沉积的重要时期,华北克拉通南缘寒武系辛集组是北方重要的含磷层位,但含磷地层与沉积环境的联系鲜有提及,磷酸盐的富集模式有待进一步研究。本文选取豫西宝丰地区辛集组中部的典型含磷层段为研究对象,进行野外宏观和室内微观观察,分析其沉积环境,探讨辛集组含磷层的磷质来源和富集机制。结果表明,辛集组磷结核为黑色,不规则扁平盘状,粒径在2 mm至2 cm范围内变化,沿层面分布在细砂岩中。磷结核的主要组成矿物为胶磷矿,具两种形态:(1)隐晶质圆形胶磷矿,内部无结构,部分发育龟裂纹;(2)微晶质鲕状胶磷矿,发育细微纹层。辛集组沉积环境为滨浅海过渡带,磷质来源于大洋深层富磷水以及小壳生物生命活动,经历了同沉积、成岩早期两个阶段,在动荡的浅水中大量沉积。与扬子克拉通寒武纪含磷岩系对比得知,含磷地层具穿时性且磷酸盐沉积发生在沉积间断后;寒武纪磷酸盐初始沉积以生物、化学作用为主,随后由沉积环境与古构造控制含磷地层经历再次富集。辛集组含磷层的研究确定了华北克拉通南缘寒武纪初期磷酸盐富集与沉积环境之间的关系,为磷酸盐大规模沉积的原因丰富了数据资料。
湖南郴州飞天山—高椅岭丹霞地貌是华南地区特色景点之一,以圆顶岩丘景观为特点,与目前常规丹霞地貌存在显著差异。然而,关于其地貌特色、成因机理及演变过程等依然缺乏详细的研究,这与其社会知名度及特殊地貌蕴涵的科学价值不相符。本研究通过野外实地调查,查明飞天山—高椅岭丹霞地貌由石寨、岩丘、赤壁、石柱、石墙和洞穴及线状沟槽等7种地貌亚类型组成。研究区东、西两侧丹霞景观差异大,在景区东侧,以圆顶岩丘、石寨等特色地貌占主导地位,发现其构景岩层为风成沙漠相砂岩,发育巨型交错层理、小尺度的粒流层和波纹层等典型风成沉积构造。而景区西侧则为“顶斜、陡坎和麓缓”峰林型丹霞地貌景观,岩石类型以冲积扇相块状砾岩为主。不同的岩相类型,是造成景区东、西两侧景观差异的主要因素,后来叠加喜马拉雅期多期次构造改造、水流侵蚀和风化崩塌等作用而最终形成多样化的地貌形态。面积高程积分模型(HI)分析结果表明景区丹霞地貌整体处于老年早期的残丘阶段。综合分析提出了“沉积作用孕景→构造抬升造景→地表营力雕景”的三阶段成景模式。本研究旨在解析丹霞地貌的成因,提升景区丹霞地貌品牌内涵;研究成果有助于深化对华南湿润气候区岩丘状丹霞特色景观的理解,为华南白垩纪丹霞地貌地质遗迹的开发利用提供科学指导与借鉴。
丹霞山世界地质公园发育典型的湿润气候型丹霞地貌,以往研究多集中在对单体地貌特征的描述和成因分析,而对整个丹霞盆地范围内地貌发育的控制因素较少涉及,尤其缺乏对断裂体系与丹霞山体相互关系的深入分析。本文根据丹霞盆地野外考察、岩石硬度测量、线性构造遥感解译以及岩石样品实验分析,阐明岩性、沉积相、构造抬升、断裂切割和外动力地质作用在景观塑造过程中的作用,提出丹霞地貌景观的成因和形态分类方案。丹霞盆地上白垩统由长坝组和丹霞组构成,前者出露面积更大,形成了周边低缓山丘;而后者分布区集中且发育具有绝壁陡崖的丹霞地貌。丹霞组发育冲积扇相粗粒碎屑岩和风成砂岩,单层厚度大,胶结致密,密度和硬度大,抗风化能力强。长坝组岩性主要为河湖相细粒碎屑岩,泥质含量高,抗风化能力弱,风化剥蚀后不能形成有陡崖坡的丹霞地貌。在喜马拉雅期构造运动影响下,丹霞盆地呈整体抬升,地层倾角平缓,产生一系列北东向断层及北北东向、北西向和近东西向节理,使红层形成网状断块。这些构造破裂面为随后的风化剥蚀作用提供条件,最终形成悬崖峭壁、网状沟谷和奇峰怪石。丹霞山地处亚热带湿润气候区,风化、崩塌、流水侵蚀和岩溶作用等都是塑造该区地貌的主要外营力,根据外营力的差异将丹霞地貌分为崩塌冲刷型、崩塌堆积型、风化剥蚀型、河流侵蚀型和岩溶沉淀型5种成因类型。绝壁陡崖是构成丹霞地貌景观的最基本要素,不同数量和类型的崖壁组合成山峰和峡谷,据此将丹霞山地貌形态类型划分为6大类22个类型。本文加深了对湿润气候丹霞地貌演化过程的理解,同时为丹霞山申报国家公园、打造科学名山以及开展地学研学旅行提供基本素材,具有较为重要的理论意义和实用价值。
山东省西北部齐河—禹城地区矽卡岩型富铁矿找矿工作取得了重大突破,有望成为继莱芜、金岭和济南之后又一个重要的富铁矿基地。与传统的矽卡岩型铁矿产于岩体与碳酸盐岩接触带不同的是,齐河—禹城地区李屯铁矿的矿体产于石炭系—二叠系含煤地层内,富铁矿体与围岩呈截然的接触关系,并且矿体附近的围岩发生了强烈的角岩化。针对这一现象,本文提出上覆的煤系极低的热导率使得含矿热液能够保持高温状态,发生长距离迁移而就位于远接触带的石炭系—二叠系中。李屯铁矿的形成可能是高温的岩浆流体与低温的大气降水混合,导致温度和盐度下降发生快速沉淀的结果。另外,近矿岩体普遍发生强烈的钠长石化,导致了闪长质岩石“铁的丢失”,为出溶高浓度富铁流体以及富铁矿的形成奠定了重要的物质基础。幔源“高分异”的闪长岩以及浅侵位时岩浆流体的出溶,也是邯邢式铁矿形成的先决条件。
“峡谷丹山”是内外地质营力共同作用而形成的多成因地貌组合,不仅具有非常高的景观价值,而且具有重要的科学价值。青海省化隆县拉木峡为黄河一级支流,发育典型的角度不整合和丹霞地貌,因而成为青藏高原隆升和黄河形成演化研究的良好区域。以该地貌组合类型的形态特征、成因机制及形成年代研究为目标,采用野外地质调查等方法,对组成峡谷的岩石及地层、构造背景开展研究,系统总结与分析拉木峡地貌景观的形成动力和演化过程,进而探讨其对青藏高原隆升及黄河演化的指示意义。拉木峡由约900 Ma前的新元古代化隆岩群片麻岩及角度不整合于其上的约54 Ma前的新生代古近纪西宁群红色砂砾岩层组成。约8 Ma前青藏高原快速隆升,丹霞地貌雏形开始形成。自1.1 Ma黄河贯通化隆盆地后,受拉木峡流水强烈侵蚀下切和重力崩塌的持续作用,发育“峡谷丹山”地貌组合景观。峡谷险峻幽深、丹霞栩栩如生,成为极具典型性、独特性和稀有性的国家级地质遗迹,对青藏高原隆升、黄河形成演化和新生代气候环境的研究具有重要价值。
针对传统反演方法存在的初始模型依赖、计算时间较长等问题,提出一种基于卷积神经网络的磁异常反演方法。该方法首先设计大量磁异常体模型,进行正演模拟产生样本数据集;接着借鉴经典的卷积神经网络VGG-13设计了一种全新的VGG磁异常反演网络(VGGINV);然后使用样本数据集训练该网络,并优化网络参数;最后对理论模型和实测数据进行反演实验。实验结果表明,该方法可以准确地反演出磁异常体的位置和磁化强度,具有较强的学习能力和一定的泛化能力,能有效解决磁异常数据反演问题。
黄土中蕴涵着多种古气候指标,对不同地区黄土地层中的粒度和磁化率进行测定和分析,有利于进行古气候旋回的划分和全球气候变化对比。本研究选取克什克腾世界地质公园三义乡全新世黄土剖面和土城子晚更新世黄土剖面为研究对象,对代表性黄土样品进行14C和光释光(OSL)测年以及粒度及磁化率分析,以重建研究区晚第四纪以来的古气候环境变化过程。三义乡剖面的14C测年结果为2.32 ka、9.05 ka、9.94 ka、11.27 ka,土城子剖面的光释光测年结果为21.5 ka、23.5 ka、43.9 ka、53.4 ka。分析结果显示,三义乡和土城子剖面均属于晚第四纪,后者老于前者,形成一个较为连续和完整序列的黄土剖面;黄土-古土壤沉积以粉砂(16~63 μm)为主,含量占61.45%~62.4%,其次为砂粒(>63 μm)和黏粒(<4 μm);冰期表现为较粗的粒度和较低的磁化率值,而间冰期或间冰阶磁化率值明显增高,粒度则明显变细。三义乡和土城子剖面的粒度及磁化率记录了冷-暖、干-湿的气候旋回和至少4次夏季风强化事件,其发生时限分别为60~55 ka B.P.、34~25.6 ka B.P.、11.5~10 ka B.P.、8.6~2.2 ka B.P.。该特征与黄土高原洛川剖面的结果基本相似,反映两地的古环境演化在冰期-间冰期时间尺度上均受控于东亚季风的强弱变化。本研究为季风边缘区晚更新世以来古气候重建提供了新材料和参考数据。
自然资源是人类生产、生活的物质基础,合理开发利用和保护自然资源是人类长久以来的任务。自然资源的不合理开发利用会导致生态环境的恶化,阻碍经济的发展。本文在梳理全国自然资源系统观测研究体系构建对自然资源系统研究和自然资源统一管理重要意义的基础上,详细分析业界对自然资源系统与生态系统的观测研究关系、调查监测与观测研究关系、体系构建野外观测站选址、运行机制等高度关注问题;总结了观测体系构建框架体系和试点观测研究成果,最后就体系构建面临挑战提出建议,以期为全国自然资源观测研究体系构建提供启发与思考。
为深入研究和探讨高分五号(GF-5)航天高光谱遥感技术在铀矿地质找矿中的应用效果和潜力,基于龙首山成矿带航天高光谱数据,开展高光谱数据处理和蚀变信息提取工作,创新实现了GF-5高光谱波段修复,通过构建标准光谱库和诊断光谱,运用MNF算法、PPI算法,结合SAM光谱角填图技术,完成蚀变矿物端元提取和光谱匹配,实现研究区钠长石、方解石、石英、绿泥石、赤铁矿和高岭土蚀变矿物的提取,综合区域铀矿成矿地质背景,通过开展地面波谱测量和野外调查,在验证蚀变准确度的基础上,剖析航天高光谱蚀变信息和成矿规律,构建了区域找矿定位模型,圈定找矿预测区3处,取得了较好的找矿效果,为国产GF-5高光谱遥感在地质找矿中的应用提供了参考。
页岩储层中的裂缝和微纳米级孔隙是页岩油的主要赋存空间。岩心样品高效无损洗油是页岩孔隙结构表征和页岩油赋存研究的关键,但是目前的实验方案并不统一。通过调研总结常用的洗油方法,针对现行广泛使用的浸泡抽提法、快速萃取法以及气驱+索氏抽提法对大港油田沧东凹陷孔二段页岩(块样,1 cm×1 cm×1 cm)进行洗油测试,利用Rock-Eval 热解仪和气相色谱仪对洗油前后的样品以及萃取出的可溶有机质进行了实验效果对比和三种方法之间的优劣性分析。研究结果表明,随着实验时间的延长萃取物中重烃含量逐渐增加,且低孔低渗的页岩岩心在常温常压下难以达到理想的洗油效果。升温和增压可以提高洗油效率,但长时间的高温作用会使部分重烃和吸附组分裂解,当裂解的速度大于轻烃组分被萃取的速度时,S1值会出现随着洗油时间上升的现象;合适的压力条件可以有效促进洗油速率,但如果条件控制不好会造成样品破碎或者内部孔隙被破坏。建议在洗油过程中采用较低的压力、常温或者稍微加温以加快实验速度,驱替法和抽提法结合会有更好的效果。
四川坪河晶质石墨矿床大地构造位置位于扬子古陆块内的米仓山—大巴山基底逆冲带上,是中国重要的晶质石墨矿床之一。为研究其矿床成因,通过野外地质特征调查和矿物特征研究,结合含石墨变质岩系的地球化学特征分析可知,坪河晶质石墨矿床主要赋存在中元古界火地垭群麻窝子组地层中,矿体在平面、剖面上形态呈层状到不规则透镜状,矿体产状与围岩基本一致。主要含矿岩石为含石墨片岩,次为含石墨白云质大理岩,矿石平均固定碳含量16.32%;石墨矿物多呈鳞片状,其中大鳞片石墨(>0.15 mm)占37%,中小鳞片石墨(<0.15 mm)占63%;主量元素和微量元素分析结果表明: 坪河晶质石墨矿床含石墨变质岩系原岩为泥质粉砂岩,物源为陆源;锆石SHRIMP U-Pb测年结果显示含石墨片岩变质时代为新元古代(751.6±4.5) Ma;石墨矿δ13C测试平均值为-24.17‰,表明石墨的碳质来源为有机碳。综合推测坪河晶质石墨矿床成因为有机成因的区域变质矿床。
异常地层压力预测是油气勘探和钻井工程关注的热点问题。对于勘探程度低、探井稀少的地区,压力分布特征的不明确制约油气勘探进展和钻井高效实施,因此,地层压力预测精度有待提高。在地层孔隙静力平衡原理的指导下,以准噶尔盆地腹部实际地质资料和压力测试数据为基础,建立了基于颗粒应力的地层压力预测模型。研究表明,(1)经典压力预测模型存在缺陷,特察模型并非静力平衡方程,有效应力不是骨架真正承担的力;(2)采用孔隙型介质颗粒应力参数建立了孔隙静力平衡方程,通过研究区深层侏罗系已钻井超压预测对比,发现基于颗粒应力的压力预测方法精度有所提高;(3)压力预测模型仅考虑了内动力因素即沉积增压,超压成因补偿不可忽视。研究区发现准南构造挤压应力向盆地内部传递,形成了规律性分布的超压分量,附加地应力的补偿是提高超压预测精度的有效途径。
建立国家地质公园是保护地质遗迹、促进黄河流域生态保护与高质量发展的有效途径之一,而地质遗迹的调查与评价又是地质公园规划与建设的重要基础。青海省化隆县地处青藏高原东北缘,黄河流经该县168 km,具有丰富的黄河文化遗存,但地质遗迹资源能否达到建设地质公园的要求尚不清楚。本文在地质遗迹调查的基础上,采用专家打分及层次分析法,对化隆县地质遗迹的价值进行定量评价,初步确定了拟建的化隆国家地质公园的边界范围。园区内地质遗迹共计40处,涵盖6大类,9类20亚类,其中包括2处世界级地质遗迹组合、6处国家级地质遗迹。拉脊山早寒武世缝合带、西宁群—化隆岩群角度不整合等地质遗迹,具有原特提斯洋演化、青藏高原隆升等重要的科学价值及国际对比意义。化隆县地质遗迹种类丰富、特征明显、价值极高且保存完好,具备良好的建设国家地质公园的资源禀赋,拥有申报联合国教科文组织世界地质公园的潜力。本研究不仅为化隆国家地质公园的申报及建设提供了科学依据,也为黄河流域具有国际影响力的文化旅游带的打造提供了参考。
研究区地球化学景观属于甘肃北山干旱荒漠戈壁残山区,通过1∶2.5万水系沉积物测量在北山盐池黑山一带圈定多处金弱异常。为突出成矿及指示元素的地球化学异常特征,提高找矿效果,优选水系沉积物测量金弱异常,开展1∶1万岩屑测量,利用相关性及R型聚类分析对元素组合特征进行分析、归纳,并圈定单元素异常和综合异常。对成矿前景较好的2处综合异常,采用踏勘追索、大比例尺地质填图及探槽等手段进行查证,发现了盐池黑山南金矿,实现了在水系沉积物弱异常区的找矿突破,研究成果充分证实岩屑测量在甘肃北山干旱荒漠戈壁残山区进行地质找矿的有效性,为北山水系沉积物测量弱异常区找矿提供了新的途径。
富满油田目前是塔里木盆地断控缝洞型储层油气开发热点区块,FⅠ19断裂带属于目前重点增储上产区,但断裂发育特征及形成机制尚不明确。利用相干、最大似然及储层振幅变化率等多种地震属性,对新采集处理的三维地震进行精密解释,厘定断裂平剖发育特征,表征断裂空间展布结构;基于地层垂向升降幅度及断裂破碎带宽度,反映断裂活动强度;结合断裂变形特征与周缘造山带活动规律,分析了断裂演化期次并建立了断裂发育模型;叠加储层发育特征与断裂展布规律,初步分析了断裂对储层的控制作用。研究结果表明,断裂具有显著平面分段特征,依据走向变化由北往南可大致划分为3段,北段、中段和南段;垂向上依据断裂变形特征,由下往上,可划分为下构造层(T∈3以下)、中构造层(T∈3—TO3t)以及上构造层(TO3t以上)。断裂的形成与演化具有多期性, FⅠ19断裂的演化过程可大致划分为三个阶段:加里东早期(中晚寒武世末)、加里东中期(奥陶纪)及加里东晚期(志留纪),且在该区域的主要活动阶段为加里东中期,具有多幕性。储层平面上集中分布于走滑断裂破碎带内,沿FⅠ19断裂走向储层发育强度存在显著差异,整体上由南往北逐渐减弱,与断裂活动强度相关。受加里东中期断裂发生多幕活动影响,奥陶系碳酸盐储层分布具有垂向多层分布的特征。受塔北断裂体系与塔中断裂体系的共同影响,加里东早期研究区最大主应力由南往北发生逆时针偏转,逐渐由NNE向过渡至近南北向,发育了两组X型小角度相交断裂,并奠定了研究区内FⅠ19断裂展布形态。
冕西花岗岩体位于康滇地轴北段,区内已发现铀矿点3个、铀矿化点4个以及大量铀异常(带)。收集整理了该岩体以往地质资料,开展了岩石地球化学分析及电子探针测试等工作,对其铀成矿条件进行了综合分析。结果表明: 冕西岩体SiO2含量偏高,一般为73%~78%,平均达75.09%,碱度高,K2O+Na2O平均含量大于8%,是在伸展构造环境下形成的A型花岗岩,为多期多阶段形成的复式花岗岩体,岩浆分异演化程度较高,岩体内断裂构造发育,并广泛发育以煌斑岩脉为代表的基性岩脉。区内存在煌斑岩脉型、碱交代型和碎裂蚀变岩型3种铀矿化类型,铀矿化受断裂构造、煌斑岩脉及热液蚀变的控制,并提出岩体北段具有较好的铀成矿条件,可作为下一步铀矿勘查的重点地段。
为查明山东省沂南县东部地区土壤重金属污染现状和污染源,系统采集了4 779件表层土壤样品,测试分析Cd、Hg、Pb、As、Cr、Ni、Cu、Zn元素含量及pH值,用地统计学、多元统计、空间分析等方法,探讨土壤重金属元素地球化学特征及其可能来源。结果表明,研究区土壤Hg含量均值略高于临沂市表层土壤背景值,另外7种元素含量均值与临沂市土壤背景值相当。与GB 15618—2018土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准筛选值相比,研究区土壤8种重金属元素浓度超标率低,但极大值的超标倍数较大,反映局部点式和小片污染较重。研究区8种元素含量水平总体表现出由西到东三级台阶下降的特征。研究区土壤中Cd、Pb、Zn、As高含量主要受控于自然源母岩,叠加了程度不同的工矿交通和农业活动因素;Cr、Ni几乎完全受控于成土母岩;Hg、Cu主要受控于沂南金场、铜井金矿采冶活动,其次受工业和交通排放以及农业粪肥、农药施用影响。
随着海底环境的变化以及全球变暖的加剧,天然气水合物分解释放出大量甲烷到海洋中,其中一部分甲烷会穿过海水释放到大气中,导致大气中的温室气体增加,从而加剧了全球暖化。本文从甲烷的释放和运移路径角度梳理和总结了甲烷对海洋生物的直接和间接影响。首先,水合物分解释放甲烷,在海底形成冷泉渗漏区,滋养了一批特殊的生物群落,而甲烷是其形成生命元素中不可或缺的要素,由此繁衍形成了冷泉生态系统。其次,甲烷释放到海水中会引起海水酸化,海水酸化不仅会导致钙化生物合成碳酸钙外壳受阻,还会加速已生成外壳的溶解。最后,甲烷作为强温室气体释放到大气中还会加剧全球变暖;此外,极地冻土层的融化也会使得冻土区天然气水合物分解,导致大量甲烷进入大气中,从而致使海水暖化,海水的暖化又会对海洋生物的生存、代谢、繁殖、发育和免疫应答等多种生命活动造成影响。以上认识为进一步研究甲烷对未来海洋生态系统的影响提供重要参考信息。
塔里木板块北缘额济纳旗老硐沟金矿床发育系列蚀变中基性岩脉,其形成时代与成因对制约金成矿作用及区域古亚洲洋的演化提供了研究窗口。本文在老硐沟金矿区Ⅱ矿段采集系列辉绿岩脉及与金成矿相关的蚀变闪长玢岩脉样品,进行了锆石LA-ICP-MS U-Pb定年、Hf同位素组成和全岩元素分析。结果表明,辉绿岩脉和闪长玢岩脉侵位时代分别为(286.5±1.7) Ma和(243.2±1.1) Ma,即早二叠世和中三叠世,二者年龄先后顺序与野外观察的交切关系相符。根据金矿体穿插闪长玢岩脉的特征,限定金成矿时代略晚于243 Ma。辉绿岩脉锆石εHf(t)为-3.67~0.97,全岩元素组成表现为准铝质钙碱性系列,反映岩浆源区既有新元古代新生地壳组分,又有中元古代古老地壳组分。蚀变闪长玢岩脉εHf(t)=-0.07~-4.76,全岩元素组成是过铝质钾玄岩系列(富钾特征受到矿区钾化蚀变的影响),指示其岩浆主要源于中元古代的地壳物质熔融。综合塔里木地块北缘晚古生代至早中生代构造演化史,提出晚石炭世—早二叠世北山地区古洋盆消减,洋壳俯冲导致地幔楔部分熔融,岩浆上侵至浅部断裂冷却形成辉绿岩脉;早二叠世末期北山地区进入陆内演化阶段,中三叠世产生造山后伸展作用,导致中元古代的地壳物质发生减压熔融,岩浆沿地壳断裂上侵、就位形成闪长玢岩脉。
永新金矿床是近年来多宝山矿集区外围取得的重大找矿成果之一,是嫩江—黑河地区首次发现的与构造混杂岩带有关的中大型浅成低温热液型金矿床。金矿体延长400余米,深部延伸近1600 m,倾角20°~30°,严格受构造控制。目前深部勘查显示矿体明显变薄,品位变低,为进一步明确深部成矿潜力,本次对矿区不同勘探线构造叠加晕样品进行了元素地球化学研究,以期指导下一步勘查方向。地球化学分析结果统计表明,永新金矿床元素组合为Au、Ag、Pb、Mo、W、Bi、Mn、Te,其中Au 是形成金矿体的最直接、最重要的指示元素,Ag、Te是重要伴生指示元素。综合各指示元素异常特征,揭示永新金矿单一次成矿的轴向分带序列为:Sb、As、Hg(前缘晕特征指示元素)→Ag、Au、Te、Pb、Zn、Cu(近矿晕特征指示元素)→(Bi)、Mo、Mn、Co(尾晕特征指示元素)。矿体轴向特征分析显示,矿体尾部出现尾晕与前缘晕共存特征。依据构造叠加晕预测标志和地质标志在永新金矿床金矿体水平投影图上提出了1个深部盲矿预测靶位和1个有利成矿部位,其中靶位处于205线—225线之间,有利成矿部位位于235线—245线之间,均表现为矿体中、下部出现前、尾晕共存,并且前缘元素及近矿元素异常明显强于尾晕元素异常,指示矿体向下延伸很深,深部值得继续进行勘查工作。
为查明南秦岭太白河地区中性岩体的形成时代、岩石成因、源区性质和构造背景,本研究选取该地区石英二长闪长岩进行了锆石U-Pb同位素年代学和全岩元素组成研究。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄测试结果显示,206Pb/238U加权平均年龄为(216.8±2.2) Ma(MSWD=1.15,n=20),指示石英二长闪长岩形成时代为晚三叠世。岩石元素地球化学结果表现出K、Rb等大离子亲石元素和Zr、Hf等高场强元素相对富集,Nb、Ta、P、Ti相对亏损,呈现轻稀土元素强烈富集的右倾型稀土配分模式,具轻微的负Eu异常,为准铝质高钾钙碱性系列岩石。岩浆物质来源具有壳幔混合的特点。基于区域地质构造演化特征,认为太白河地区石英二长闪长岩可能形成于碰撞-后碰撞阶段,属与邻近的西坝岩体同源岩浆活动的产物。结合区域岩浆作用、构造活动与成矿作用的研究认识,以及本文对有关年龄的修正与总结,认为区内凤太矿集区成矿作用时代为晚三叠世。
地学研学是利用地质遗迹资源开展地学科普,进而带动地学旅游的新引擎;但目前由于研学路线规划的指导思想及方法尚不明晰,地学研学普遍存在着研学对象局限、课程内容较浅、科学探究性不足、重游轻学等问题。位于黄河上游的青海省化隆县拥有丰富的地质遗迹资源,保存有罗迪尼亚超大陆聚合、原特提斯洋俯冲及闭合、青藏高原隆升和黄河演化等重要地质遗迹,具有开展地学研学得天独厚的条件。本文以化隆县为例,从指导思想、科学问题和配套设施等方面着重探讨地学研学规划的设计思路。在详细野外地质调查的基础上,对化隆县地质遗迹的特征、类型、分布及科学价值进行了系统研究和深入挖掘。以拉脊山早古生代蛇绿岩套、西宁群—化隆岩群角度不整合、丹霞地貌、红色土林地貌和古地震堰塞湖等地质遗迹为研学要点,规划出拉木峡—合什加“十亿年的相会”、阿河滩村—公伯峡“流水-大自然的雕刻家”、科巴村—金源乡“新构造运动的双刃剑”、药水泉沟—昂思多镇“沧海桑田蛇绿岩”、夏琼寺—岗山“九曲黄河,高原林海”共5条地学研学路线;并提出以地学科学问题为导向、以地球系统观和人与自然和谐共生理论为指导思想的地学研学路线规划和设计方法。可为化隆县地学旅游的发展提供科学依据,对其它地区地学研学的开展也具有一定的参考价值。
