地球内部物质、能量交换与资源和灾害

研究地球内部结构、圈层耦合和深层动力过程是一系列地学前沿问题的基础。地球表面所见地球物理场异常、地质构造格局、地球化学组分无一不受到地球内部物质、能量交换过程的制约 ,如地球圈层的形成与演化 ,大陆伸展与裂谷形成 ,造山带与盆地 ,资源与能源 ,地震“孕育”、发生和发展的深部介质和构造环境 ,地球内核速度差异旋转等 ,均为深部物质运移和物理学、化学及地质构造耦合的产物。然而至今有很多要素与深层过程尚处于定性的与推断的阶段 ,对其探索的深度与本质知之甚少 ,故尚待不断深入研究和发现。文中提出的科学问题乃是当今地球科学领域中的前沿问题。文章主要讨论 3个问题 :( 1)问题的提出与思考 ;( 2 )金属矿产 ,大陆伸展与裂谷、盆地形成 ,地震“孕育” ,地球内核速度差异旋转与深部物质上涌 ;( 3 )地球内部物质、能量交换和圈层耦合与深层动力过程。当今世界上对这些科学问题的研究刚刚开始 ,有一些结果或说法也还是定性的、轮廓的或推断的。为此 ,文中对所论述的每一方面的科学内涵均提出了一系列问题 ,并给出了为解决这些问题而必须研究的主体领域。     

新疆天山石炭—二叠纪大规模岩浆成矿事件与形成机制探讨

天山地质构造演化复杂,多阶段演化中岩浆活动与成矿作用规模并不均衡。而石炭-二叠纪却是天山成矿带大规模岩浆活动和金属成矿作用的"爆发"期。本研究紧紧围绕岩浆铜镍矿床、斑岩型铜(钼)矿床及火山岩型磁铁矿矿床,从含矿岩体的岩浆起源、岩浆演化及成矿特点,系统研究地球深部相应岩浆活动的地质过程。通过典型矿床的深入剖析,建立相应矿床类型的成矿模式,破解制约找矿突破的控制因素,系统阐述了板块构造与地幔柱体制叠加并存的地质特征与成矿表现。联系塔里木地幔柱的活动特点和成矿表现,将其与天山造山带三类主要矿床类型建立关联,对比岩石学、年代学及地球化学研究,发现天山成矿带成矿类型与塔里木地幔柱及板块构造存有密切关系,可能是两种构造体制叠加并存的结果。塔里木克拉通深部熔融的地幔物质,围绕刚性塔里木克拉通边缘不断上涌,并与表壳物质发生交换,随着板块俯冲的持续和减弱,深部上涌的地幔物质不断加强,先后形成因深部地幔物质多寡而金属聚集的不同矿床类型。该地幔柱形成时深部过程与成矿作用认识模型的建立,极大地推进了板块构造、地幔柱与岩浆成矿作用的研究,同时可为天山及邻区找矿突破提供借鉴和指导。     

新疆北部晚古生代大规模岩浆作用与成矿耦合关系研究主要进展及成果

新疆北部晚古生代地质构造演化复杂,岩浆作用形式多样,造就了大规模的成矿作用。本研究紧紧围绕岩浆铜镍矿床、斑岩型铜(钼)矿床及火山岩型磁铁矿矿床,从含矿岩体的岩浆起源、岩浆演化及成矿特点,系统研究深部相应岩浆活动的地质过程。通过典型矿床的深入剖析,建立相应矿床类型的成矿模式,破解制约找矿突破的控制因素,系统阐述了板块构造与地幔柱体制叠加并存的地质特征与成矿表现。鉴于塔里木地幔柱的活动特点和成矿表现,将其与新疆北部三类主要矿床类型建立关联,对比岩石学、年代学及地球化学特点,发现其成矿类型与塔里木地幔柱及板块构造存有密切关系,可能是两种构造体制叠加并存的结果。塔里木克拉通深部熔融的地幔物质,围绕刚性塔里木克拉通边缘不断上涌,并与表壳物质发生交换,随着俯冲板块的持续和减弱,深部上涌的地幔物质不断加强,先后形成因深部地幔物质多寡而金属聚集的不同矿床类型。     

胶东地区壳-幔作用与金成矿效应

胶东矿集区的形成、演化受地幔剪切带和深部流体控制,壳-幔作用和地球动力体制转换是成矿物质活化→运移→聚集→成矿的基本动力学保障,构造应力场转换是其重要表现形式。郯庐断裂是深切地幔的成熟岩石圈断裂,是富含地幔流体的幔内剪切带,其内发生流体-热-化学-物理耦合,决定了胶东矿集区的形成与分布规律,其剪切深熔作用是成矿物质活化、运移的重要驱动力,是成岩成矿作用发生的根本原因之一。地幔流体通过壳-幔相互作用,形成碱交代热液,沿郯庐断裂带向上发散、运移,将含矿流体系统输运到更高的层位,为流体成矿作用提供了矿源。胶东金矿集中区为相对于周边的地幔隆起区,金矿床产于莫霍面的梯度变化处或变形部位,凹陷区局部隆起部位金的成矿强度明显小于其它地段。超大型矿床决定于超大型碱交代岩规模和深部流体活动强度及成矿元素的高效富集效应,在早期剪压体制下,流体组分、成岩组分和成矿组分大量交换运移;晚期剪张体制下,热液析出、交代作用和成矿作用易于发生。     

吉林东南部地幔活动与金的成矿作用

地幔活动是岩石圈构造活动的动力学基础,是上地壳发生地质作用——区域变质作用、成岩成矿作用——所需要的深源物质、能量乃至流体的主要来源形式.吉林省东南部地区的麻粒岩相区域变质作用、幔源岩浆的侵入-喷发活动以及深部构造活动等特征表明,该地区曾有太古宙末期和中生代两个地幔活动高峰期.夹皮沟大型金矿田的金矿成矿作用与地幔活动有密切的成因联系.成矿作用主期与地幔活动的高峰期相对应.稳定同位素研究显示成矿物质、成矿热液主要来源于地幔.地幔活动引起携带大量热流体和丰富的成矿元素的幔源物质上侵,并且在下地壳重熔过程中活化、萃取了围岩中成矿物质而形成成矿流体;伴随地幔活动形成的深大断裂构造、大型韧性剪切带不仅是成矿流体运移的通道,而且为成矿物质沉淀提供了有利空间.     

地球内部主要层圈相互作用研究的若干进展

20世纪90年代以来，人们正在探索建立一个统一的全球动力学体系及各圈层相互作用的热、物质运动机制。通过对地核、核幔边界、过渡带、岩石圈—软流圈地幔、地幔柱理论、壳幔边界和地壳内热、物质的交换和圈层流变运动方式等进行分析，讨论了地球各圈层之间存在的热与物质的交换机制以及底侵作用、拆沉作用和岩浆部分熔融作用等壳幔相互作用过程。认为壳幔作用过程表现为一种阶段式、递进式动力学和物理化学演化过程。壳幔相互作用不仅是大陆动力学演化的主要机制，而且与深部地幔的交代及上地壳变形、造山带、盆地形成和演化之间存在耦合过程。基于壳幔热和物质相互作用的研究可以对上地幔及更深层次的地质作用过程进行限定。     

地幔中会不会存在天然核反应堆

山脉隆升的动力来自深部,因此联想到地幔中可能存在天然核反应堆。进入地幔的地壳物质,在高温高压条件下必然发生学府南和部分溶融。由于Ｋ、Ｕ、Ｔｈ等组分与地幔环境的强不相容性,它们会被清除出来并富集在流体或溶体中。随着熔体的分异演化。Ｋ、Ｕ、Ｔｈ将不等断浓集;壳源物质中的含碳沉积物也将分异形成碳质流体,由于铀与硕的地球化学亲合性,很有可能形成一种特别富铀和碳质的流体。这些流体有可能有软流圈顶部的某些部位     

地幔流体及其成矿作用

地幔流体及其成矿作用的研究是当前地学界倍受关注的前沿课题。地幔流体是一种以CO2和H2 O为主、同时含有一定量的溶质成分、相对富集大离子等不相容元素的超临界流体 ,具有独特的溶解和输运能力 ,主要来源于俯冲板块的脱水、脱气作用和地核及地幔脱气作用。地幔流体在许多大型—超大型金属、非金属、油气矿床和矿集区形成过程中具有重要意义。地幔流体成矿作用主要表现为本身成矿、提供成矿物质、成矿流体和成矿热动力。地质构造背景、岩浆活动、矿床地质、矿床地球化学等方面的研究均可提供地幔流体成矿作用的证据。地幔流体成矿作用的主要特征是矿床具有深大断裂构造背景、伴随幔源岩浆活动、成矿物质和成矿流体具有幔源性、往往形成大型—超大型矿床和矿集区     

地幔柱的概念、分类、演化与大规模成矿——对中国西南部的探讨

自核幔边界上升的物质 ,当其汇聚成圆柱状的结合体 ,并因其相对于周围地幔环境来说具有温度更高、活动性更强、粘度更低等特点而能够上升到壳幔边界时 ,一般可以演化成为具有宽厚的冠状构造和细长的尾部构造的地幔柱。地幔柱进一步与地壳发生作用 ,可以在地表记录下一系列的热点或形成巨大的火成岩省。根据地幔柱最后出露的位置 ,可以将其分为洋壳和陆壳环境下产出的两种基本类型 ,也可以根据其演化历史分出不同的阶段 ,如初始阶段、上升阶段、成熟阶段和衰退阶段。中国西南部地区可能经历了两次以上的地幔柱冲击 ,二叠纪的峨眉山玄武岩是一个古生代晚期演化比较彻底的地幔柱留下的记录 ,而新生代以来的地幔柱活动可能正在发育 ,深部物质的大规模上隆可能是青藏高原隆升的一个原因 ,大量的散布的幔源岩浆活动和流体作用可能是中国西南部大规模成矿作用的重要原因。     

地幔地球化学:来自大洋火山作用的信息

来自地幔深部的玄武质火山作用“样品”,是由于固体对流将地幔深部物质运送到浅部熔融区而产生的。这些喷出的玄武岩的同位素和微量元素化学表明地幔内存在许多同位素和化学性质清楚的成分,这些成分反映了地幔的演化。这种演化以上地幔中许多微量元素的衰减为特征,这些衰减的微量元素可能由衰减弱的深部地幔以及洋壳和岩石圈的再循环来补充,而来自于大陆的物质却很少     

地质作用中的流体形成演化及成矿作用

许多事实已证明地壳和地球深部存在大量的流体，它在所有地质过程中都扮演了重要角色。文章围绕岩浆、伟晶岩、变质作用及沉积盆地流体的形成机制、地质过程中流体作用以及流体研究中存在的问题等方面展开了讨论，提出地壳构造、岩浆作用与流体有着密切的关系。流体研究不但可以揭示地壳乃至地球深部的各种作用，系统剖析流体形成演化与成矿关系，而且对研究地幔对流、地球不同圈层流体的交换方式等均具有重要的理论和实际意义。     

利用深地震反射剖面开展矿集区深部结构的探测:现状与实例

深地震反射剖面技术以其探测精度高的优势被作为岩石圈精细结构研究的先锋技术,并在全球典型矿集区结构探测中发挥了重要作用.为深入研究青藏高原碰撞造山成矿系统深部结构与成矿过程,本文系统总结了深地震反射技术发展现状,梳理了该技术在加拿大、澳大利亚、中国、俄罗斯、瑞典等全球多个国家的典型矿集区的应用实例,归纳总结了地壳深部结构对矿集区控矿因素的影响,阐述了地壳、上地幔深部结构与深部成矿过程的关系.从全球实例看,深地震反射剖面探测成果为大型矿集区的形成提供了深部线索,反射透明区可能是地幔流体向上运移通道,形成矿集区的成矿物质与能量来源,表明地幔物质参与了成矿作用;具有很强反射特征的断裂系统,包括大型断层、滑脱面和剪切带,是成矿流体从下地壳向上迁移的通道;矿集区深地震反射剖面中“亮点”反射可能是火山活动的深部岩浆上涌至中地壳后而形成的残余岩浆囊的反映.揭露精细的矿集区深部结构不但对矿集区构造历史演化的重建具有重要作用,还对未来成矿潜力和前景靶区的确定具有重要指导意义.     

南秦岭及邻区大陆动力成矿系统 及成矿系列特征与找矿方向

以南秦岭及邻区为例, 从大陆岩石圈地幔尺度上探讨了早古生代以来４ 种大陆动力学成矿系统及其１４ 种不同的成矿系列, 并指出了具有重要经济价值的主要成矿系列及今后的找矿方向。在早古生代大陆岩石圈地幔垂向构造扩展动力成矿系统中, 陆缘主动裂谷盆地中, 陆缘主动裂谷盆地中Ｎｉ－Ｖ－Ｍｏ－Ａｕ－Ｕ－Ｓｅ等是主要成矿系列。晚古生代岩石圈地幔俯冲收缩导生大陆壳伸展形成的伸展动力学成矿系统中, 形成的４种成矿系列是具有重大经济价值的主要成矿系列。印支期陆陆碰撞造山期形成的含金剪切型金成矿系列及燕山期－ 喜马拉雅期陆内造山期热泉型金矿成矿系列中, 常形成大型－超大型金矿矿集区。     

全球铬铁矿床成因类型、地质特征及时空分布规律初探

全球铬铁矿资源丰富,但分布极不均衡.铬铁矿的成因类型主要有层状和豆荚状2种,这2种类型的铬铁矿床地质特征、成因模式差异显著.在全球范围内铬铁矿矿床的成矿时代和空间分布具有明显的时空规律性,古元古代是铬铁矿最重要成矿期,该期形成的铬铁矿占总资源量的58.5％,以形成大型-超大型层状铬铁矿为主,中-新生代是全球铬铁矿床形成数量最多、分布范围最广的重要成矿期,该期形成的铬铁矿占总资源量的24.9％,以形成中小型豆荚状铬铁矿为主.铬铁矿在全球的分布可划分为5个重要层状铬铁矿矿田(南非布什维尔德-津巴布韦大岩墙、北美斯蒂尔沃特、南美坎坡福莫索、印度苏金达、芬兰凯米-俄罗斯普拉科夫斯科)和7个豆荚状铬铁矿带(津巴布韦舒鲁圭、东北非、乌拉尔、特提斯、西太平洋岛弧、加勒比岛弧和马达加斯加),并对各重要成矿区带的资源潜力进行了探讨.通过对全球铬铁矿成因类型、地质特征和时空分布规律的探讨,对深入了解地幔的物质组成、物理化学环境、地幔物质的运移、深部地质作用及板块运动的动力学机制、深俯冲和地球深部再循环轨迹有重要的理论意义.     

地壳中的热流体活动与油气运移

地壳中的热流体活动实际就是地壳流体作用，是最近十多年来才被认识到并发展起来的前沿科学。地壳流体起着传输能量和搬运物质的作用，是地壳中最活跃的一种营力，直接影响和控制着整个地壳的构造、沉积、成岩和成矿等作用。通过对地壳流体的研究可能产生全新的地质科学理论。油气运移是发生在沉积盆地中的热流活动，它贯穿在整个油气的生成、运移、聚集和散失过程中，直接控制着油气藏的形成并影响着盆地中的构造活动和成岩作用。研究油气运移可以为研究整个地壳流体提供一个窗口和借鉴。不连续的幕式排烃机理可以使人们联想到地壳深部的变质流体也可能呈幕式活动并产生幕式的构造运动。在深部流体活动的作用下有必要对石油的无机成因学说、热降解机理和深盆热水运移等问题重新进行评估。     

扬子地块南缘及邻区大陆动力成矿系统、成矿系列特征与找矿方向

采用大陆动力成矿系统－成矿系列－矿床组合的地球化学类型及矿石建造的系统研究与分析方法，对扬子地块南缘及邻区大陆动力成矿系统与成矿系列进行了研究，认为本区大陆动力成矿系统有震旦－寒武纪大陆伸展动力成矿系统、泥盆纪－中三叠世大陆伸展动力成矿系统、中生代（热点构造）垂向大陆动力成矿系统和大陆挤压收缩动力成矿系统，提出本区12个成矿系及其相应矿床组合的地球化学类型和矿石建造类型，指出今后的找矿方向。     

安庆-贵池矿集区及邻区深部电性结构研究

长江中下游地区经历了多期次的地质构造演化具有丰富的矿产资源,对重要矿集区及其邻区的深部电性结构进行研究具有重要意义。通过对穿过安庆—贵池矿集区的一条宽频带大地电磁测深长剖面数据进行分频段以及分区反演,构建了覆盖大别造山带至下扬子地块东缘的二维电性结构模型。发现矿集区的深部电性结构与邻区的构造单元具有显著差异,大别造山带和江南隆起带与浙赣凹陷之间的地壳整体表现为高阻特征,而下扬子坳陷和江南隆起带之间存在岩石圈上地幔尺度的高导电异常体并且与地壳浅部的高导体相连。安庆—贵池矿集区的成矿机制主要为燕山期陆内俯冲以及早白垩时期的伸展作用,矿集区下地壳加厚、拆沉和上地壳丰富的断裂系统起到了重要的控矿作用。     

栾川矿集区地学大数据挖掘和三维/四维建模的资源-环境联合预测与定量评价

21世纪地球科学的“第四范式”与第四工业时代以及5G+智能通信为矿业开发与环境防护的关联研究提供了新契机。以地球动力学背景、成矿过程、定量评价“三位一体”的地学理论为基础,以栾川矿集区为例,运用地学大数据(多维多尺度的地质、地球物理、地球化学、高光谱与高分辨率遥感(多时相)以及实时矿业等数据)的深层次人工智能挖掘和三维/四维多学科多参数多尺度建模技术平台,开展矿集区至矿床多尺度的三维地质模型、成矿过程模型和定量勘查模型构建及其资源的定量预测评价,旨在实现数字矿山的高精度三维地质(岩石、构造、水文、土壤等)环境保护和资源综合开发利用的动态评价,为研究区矿产资源与矿山环境可持续发展提供科学依据。研究结果概述如下:(1)地球科学大数据关联矿集区资源预测评价。利用三维地质建模、地质-地球物理正反演解译、地球化学与遥感等地学数据深层次挖掘,结合自主研发GeoCube2.0集成软件,实现了栾川矿集区(500 km²,深部2.5 km)的深部靶区优选和矿产资源综合评价,Mo资源量650万t,W资源量150万t, Pb-Zn-Ag累计具有500万t资源量。(2)地质、矿床与勘探的三维地学建模关联矿山环境。南泥湖—三道庄—上房矿山露采场与骆驼山深部巷道勘探与采矿的资料表明,区域NW向的斑岩夕卡岩型矿床与矿体与地下水空间关联度不高,而成矿期后通常具有张性或张扭性特征的NE向断裂是地下水运移的通道;在NW向Pb-Zn矿床地段具有显著淋滤特征的次生金属矿产出,浅表的氧化铅锌矿与锰铁矿伴生孔雀石化、铅华等水蚀作用;高海拔Pb-Zn矿区且NE向断裂构造发育的冷水、百炉沟地段存在地下水污染风险。(3)智慧矿山构建关联资源环境评价与决策。在大型矿山建立三维地质模型并关联矿区古采洞、露采场与深部巷道工程,实现矿业合理定位和可持续发展;利用高光谱数据库构建三维有用、有害元素模型实现勘探、采矿与选矿矿物学关联以便于有害元素(As、Sb、Hg等)的回收或尾矿处理;利用高分辨率Worldview2影像判别重要尾矿库的废水、矿渣泥浆含铁染分布,以便于防护地表径流水、土壤污染等。     

中国南部及邻区能源资源成矿区带数据集

能源矿产是国家安全和经济发展的战略资源,加强我国及周边地区油气和煤等能源资源的研究和开发利用意义重大。依据板块构造和大陆动力学以及油气与煤成藏地质学理论,以深部构造控制盆—山发育、盆—山耦合和热动力系统控制成矿的研究工作思路,应用70个油气田、471个煤田的基础地质资料,从沉积盆地发育的区域地质特征、成矿地质条件和成矿单元诸多方面,在地理信息系统（GIS）平台上提示了该区板块构造格局与能源资源的时空分布规律。中国南部及邻区能源资源可划分为3个成矿域,每个成矿域又可进一步划分为成矿省、含矿区（盆地）、矿田聚集区带、矿田（油气田）五个级别的成矿区域。数据集由构造带（断裂带和造山带）类型和时代、盆地类型和时代、能源矿产资源类型和丰度、成矿区带等元数据组成。该数据集是在区域大地构造研究的基础上,结合沉积盆地能源矿产（石油、天然气、煤）资源评价资料,综合分析成矿区带特征,利用地理信息系统（GIS）建立的一套完整的数据库,不仅是对中国南部及邻区区域地质认识和沉积盆地能源资源勘查工作成果的集成,而且为国家科学地引导地质找矿工作部署提供理论基础。     

大型金矿构造-成矿系统及幔-壳多层循环体成因模式-以吉林夹皮沟金矿为例

基于目前代表性金矿成因模式的局限性,以吉林夹皮沟金矿为例把金矿的形成总结为定位、流体、物源、封闭、加热和构造成矿六大系统,建立新的幔-壳多层循环体成因模式:1)以幔源流体、岩浆热液和浅-表部水来源为主,按深、中、浅构成三个层次循环体;2)金质来自多层循环流体对多类型围岩的萃取、沟通混合及多次构造应力共同作用的结果;3)断层泥、迭瓦状构造地质体等可作为成矿封闭屏障;4)中生代(隐伏)花岗岩和各类型脉岩为主要加热热源;5)矿带座落在韧性构造超壳断裂之上及附近,而矿体却主要赋存在脆性构造内,主成矿时代为燕山期,整体受构造-成矿系统控制.该模式对燕山期花岗岩中金矿是一种检验,对其它变质岩区金矿则是一种启迪.