南华系莲沱组与南沱组的古气候与氧化还原环境演化新证据

新元古代是冰川作用发育的重要时期,其中有2个重要的全球性冰期,即Sturtian和Marinoan冰期,对全球古环境、古气候、古海洋演化具有重要意义。中国宜昌地区分布的莲沱组和南沱组分别代表了在扬子板块发育的与Sturtian冰期前和Marinoan冰期相对应的沉积地层。随着地球化学分析方法的进步,新的地球化学手段,包括新的地球化学指标和Fe同位素等,可以为进一步探讨莲沱组与南沱组的沉积环境提供新的思路和证据。本研究对宜昌九龙湾剖面南沱组冰碛岩进行系统采样,并和莲沱组以砂岩为主的碎屑沉积岩进行对比分析,利用化学蚀变指数(CIA)、氧化还原敏感元素Mo、V、U和Fe同位素对比探讨二者古气候与氧化还原环境的演化。CIA的变化(53～78)表明,莲沱组沉积主体处于温暖的古气候下(CIA平均值约为78),直到Sturtian冰期前,莲沱组顶部出现气候转冷特征(CIA平均值为53);随着Marinoan冰期到来,南沱组沉积持续处于寒冷的古气候环境(CIA平均值为58)。莲沱组与南沱组样品均具有较低的Mo/Al、V/Al和U/Al值,表明二者沉积均处于氧化环境,但莲沱组主体比南沱组和莲沱组顶部样品...     

鄂西走马地区南华纪古城期-南沱早期古气候和古氧相演化：来自细碎屑岩元素地球化学的证据

新元古代后期地球经历了至少两次全球规模的冰川期,分别为Sturtian冰期和Marinoan冰期。鄂西走马地区南华系古城组与南沱组分别属于Sturtian和Marinoan冰期沉积,大塘坡组代表间冰期沉积,同时,大塘坡期是我国重要的成锰时期。本文通过对走马地区ZK702钻孔岩心古城组、大塘坡组、南沱组底部细碎屑岩样品元素地球化学的研究,计算了CIA、CIW、PIA、Al/Ca、Rb/Sr、V/Cr、U/Th等特征值,探讨了该区南华纪冰期至间冰期的古气候和古氧相演化过程,结合岩石学证据认为：古城冰期气候寒冷干燥(CIA值从底部的69. 2过渡至57. 8,均值为62. 2),大塘坡间冰期早期气候依然寒冷(CIA值介于54. 3～62. 7,均值59. 7),大塘坡中晚期气候恢复温暖湿润并趋于稳定(CIA值介于70. 2～81. 1,均值75. 8),南沱冰期气候又转向寒冷干燥(CIA值由78. 6降低至61. 9),CIW、PIA、Rb/Sr值等指标反映的古气候演化过程与CIA值反映一致,Al/Ca值的变化也反映了陆源碎屑输入量随着古气候波动;V/Cr、U/Th、Ni/Co等比值反映出研究区古海洋古城期-南沱早期总体处于氧化环境,其中大塘坡早期处于弱氧化环境,古城期、大塘坡中晚期和南沱早期处于氧化环境;研究区大塘坡锰矿形成于间冰期早期寒冷气候下的弱氧化环境,气候转暖后锰矿停止沉积,锰矿成矿与古气候和古氧相具有耦合关系。     

南极布兰斯菲尔德海峡表层沉积物中元素的地球化学相关性与影响因素初探

通过对南极布兰斯菲尔德海峡26个站位表层沉积物的地球化学组成的因子分析和相关分析,探讨了影响表层沉积物地球化学特征的主要因素。揭示了控制沉积物特征的地球化学作用。结果表明,岛（陆）架－－岛坡区表层沉积物地球化学特征较复杂,受到多种因素的影响,最主要的是受沉积区离岸远近和水深大小等因素控制的钙质生物、硅质生物和陆源碎屑的沉积作用,其次为中酸性火山碎屑沉积作用与基性火山碎屑的沉积作用;海槽－－陆坡区有层沉积物地球化学特征主要由硅质碎屑沉积和粘土质陆源、火山碎屑在时空旧的交替沉积所控制,宇宙源沉积、自生沉积、碱性火山碎屑沉积、热液作用等的影响较小。     

氧化还原敏感微量元素对古海洋沉积环境的指示意义

海洋的氧化还原条件控制着U、V和Mo等氧化还原敏感微量元素在沉积物或沉积岩中的富集程度,所以可以利用沉积物或沉积岩中这些微量元素的含量来重建古海洋的氧化还原状态和沉积环境。海洋沉积物或沉积岩中U、V和Mo的来源少,除了海水提供外,还有陆源碎屑,不过陆源碎屑提供的那部分含量能够被估计。沉积物埋藏之后这些元素（几乎）不发生迁移,保存了沉积时的组成和含量,能较好地反映沉积环境的特征,是古海洋环境的理想指示。在氧化—次氧化的海水环境中U、V和Mo不会富集,缺氧的条件下U和V富集,而在硫化（含溶解的硫化氢）的沉积环境中U、V和Mo在沉积物中都会强烈地富集。利用这种差异,可以根据沉积物或沉积岩中各种微量元素的含量变化来判别沉积时海水的氧化还原状态。但是,必须注意沉积环境的开放与否、成岩作用及重新氧化作用等对微量元素含量的影响。在利用氧化还原敏感元素进行古环境重建时,应首先评估沉积物或沉积岩中特定元素的来源和贡献,剔除非自生部分的影响,然后利用多元素指标综合判别古环境的氧化还原条件,才能获得可靠的结论。     

澳大利亚大堡礁海域近15万年沉积记录及古气候演化

对IODP325航次M0058A沉积岩心柱的矿物学和地球化学特征进行了详细研究,并将其与南极Vostok冰心各古气候阶段进行对比。结果表明,澳大利亚大堡礁海域海平面变化对南极冰盖增加或消融变化响应敏感。末次冰期发生之前为暖期,即Vostok冰心G阶段(140~116ka BP),冰川融化,海平面较高。沉积物红度增高,说明该时期大堡礁海域及沿岸温度较高,降雨量及其导致的入海径流较大,随之入海的石英等矿物也增多,形成较低的碳酸盐/石英含量比值;随着全球气候进入末次冰期(对应于Vostok冰心F、E、D、C和B阶段),尽管也有冷暖变化,但整体上,大堡礁海域海平面较低。在F和E阶段(116~73ka BP),沉积物红度较低,陆源输入较少,大堡礁海域海洋古生产力较低,导致沉积物有机质含量较低;在D阶段(73~58ka BP),大堡礁海域沿岸为冷干期,海平面也较低,该时期M0058A沉积岩心主要由砂构成;在C阶段(58~30ka BP),大堡礁海域降雨转多、气候较为湿润,但碳酸盐/石英含量比值较低,陆源输入物质较多,或导致了较高的海洋古生产力,从而形成沉积物高有机碳含量;在B阶段(30~13ka BP),沉积物红度较高,陆源的营养物质较多,导致总有机碳水平较高。但大量的陆源砂质物质输入,导致了碳酸盐/石英比值较低;在A阶段,末次冰期结束,全球进入末次冰后期,气温逐渐增高,冰川融化,降水增多,海平面增高,陆源营养物质增多,导致沉积红度增高、有机质含量增加。同时海平面增高,大堡礁海域水深增加,岩心M0058A所在的位置远离海岸,水动力水平较低,利于碳酸盐沉淀、不利于石英等陆源物质运移,导致该处的碳酸盐/石英比值增高。上述研究结果为全面评价末次冰期以来大堡礁海域气候环境变化提供了数据基础。     

云南兰坪盆地云龙组上段稀土、微量元素地球化学特征及其环境意义

沉积岩的地球化学特征蕴含了大量的地质信息,对于沉积环境的重塑及物源研究具有重要意义。云南兰坪盆地云龙组上段由一层碳酸盐岩及其上覆的碎屑岩组成。通过对碳酸盐岩和碎屑岩的主、微量及稀土元素含量等地球化学特征的研究表明:碳酸盐岩和碎屑岩∑REE总量分别为142.65×10-6~186.85×10-6和217.2×10-6~483.7×10-6,均值分别为167.44×10-6和358.7×10-6,(La/Yb)N值分别介于8.22~10.96和9.07~15.01之间,标准化曲线右倾,表明轻稀土相对重稀土富集。负Eu异常程度中等,3个泥岩样品负Ce异常强烈,其他样品无明显负异常。利用对氧化还原环境最敏感的Ce/Ce*判断,云龙组上段沉积时期主要为氧化环境,碳酸盐岩沉积时期呈弱氧化性,部分层位为还原环境,氧化性:泥岩粉砂岩碳酸盐岩。Sr/Ba比值0.75,表明当时为淡水沉积。根据∑REE和(La/Yb)n,结合Fe2O3/MnO、EFMn、CaCO3(%)和Al(%)等其他特征值判断,碎屑岩沉积时期以温暖湿润为主、碳酸盐岩沉积时期以干旱炎热为主的古气候条件,并且存在干湿交替的气候变化。沉积物源来自于上地壳,原始物质主要为长英质岩石,还有部分的中基性岩。     

华南地区南沱冰期海洋氧化还原环境研究

新元古代晚期地球经历了两次“雪球地球”事件,对冰期后埃迪卡拉纪的海洋氧化和多细胞生物的多样化产生了重大影响。然而由于冰期化学沉积岩的缺乏,迄今为止对南沱冰期海洋氧化还原条件了解不多。碳酸盐岩稀土元素地球化学特征能有效地反映其形成时的环境条件,已广泛用于恢复地质历史时期古环境条件。在贵州省松桃地区发现了一套南沱组自生沉积的碳酸盐岩,为探讨华南地区南沱冰期海洋古环境提供了理想的地质材料。该白云岩产于南沱组下部,厚约1.6 m,夹于两套冰碛砾岩中间。采用微钻技术钻取白云岩粉末,稀醋酸溶样,利用等离子体质谱仪（ICP?MS）进行稀土和其他微量元素分析。分析结果显示稀土元素含量较高,ΣREE为（23.0~46.6）×10-6,PAAS标准化后稀土元素显示Ce的弱负异常或无异常（平均值0.90）,可变的Eu和La异常,中稀土富集,Y/Ho比值平均为34.6。白云岩稀土配分特征与现代氧化的海水明显不同,结合样品中高的Fe、Mn含量特征,反映了南沱冰期华南地区表层海水整体处于缺氧富铁的环境,可能制约了冰期后的海洋氧化和多细胞真核生物的演化。     

渝东北奥陶-志留纪之交沉积地球化学及其环境演化--以城口地区燕麦剖面临湘组-龙马溪组为例

通过沉积及元素地球化学分析,重庆城口地区燕麦剖面临湘组自底部小瘤状灰岩向上沉积岩性依次为褐黄色泥灰岩、暗灰绿色泥岩,逐渐过渡为五峰组-龙马溪组深灰色硅质泥岩。水体深度呈现出由深变浅再变深的特征,向上总体水体还原性增强、氧化性减弱,在临湘组中上部存在微弱的氧化性增强的特征,指示区域构造短暂抬升,水体变浅,为宜昌上升运动的早期响应。古生产力指标显示氧化条件较好的观音桥段以及临湘组下部（层5）具有更高的生物生产率,与冰期气候变冷海平面下降导致上升洋流盛行以及水体氧化还原条件改善有关。燕麦剖面临湘组-五峰组-龙马溪组倾向于活动型大陆岛弧环境沉积,自下向上陆源组分含量逐渐降低,火山碎屑组分含量逐渐升高。剖面上部五峰组和龙马溪组底部硅质泥岩热水沉积地球化学特征较为明显,可能受到深部热液活动的影响。     

燕山地区中元古界高于庄组和杨庄组地球化学特征及环境意义

在燕山地区中元古界高于庄组与杨庄组地层野外露头沉积特征研究的基础上,结合区域地质背景,根据26件碳酸盐岩样品的常量元素和微量元素相关关系、组分含量及某些元素的比值对特征,探讨了研究区元素的沉积地球化学特征与古环境意义。研究表明,（1）碳酸盐岩中Sr与CaO呈明显正相关;Al2O3、K2O与TiO2之间呈明显的正相关;SiO2与CaO、MgO呈负相关;Na2O与MgO呈弱正相关;MnO仅与FeO有弱正相关关系。（2）Sr主要赋存于方解石晶格中,Sr和1000×Sr/Ca值随沉积水体的加深而增大,可作为判断古水深的标志。（3）据Sr/Ba、镁铝比值（m=100×MgO/Al2O3）、MgO/CaO值及Ti等元素特征分析,高于庄组与杨庄组的沉积环境有较大差异,高于庄组为潮湿气候下陆源碎屑供应匮乏的远岸陆表海沉积,以高于庄组三段沉积时水体最深;而杨庄组为干热气候下的近岸陆表海沉积,有较多的陆源碎屑物质供应。总之,元素地球化学特征反映的沉积环境与宏观岩性特征所得出的结论是一致的,这表明地球化学特征与沉积环境关系密切,地球化学特征可作为沉积相分析的重要标志。     

化学蚀变指数(CIA)及其在新元古代碎屑岩中的应用

化学蚀变指数(CIA)首先是作为一个判断源区化学风化程度的化学指标被广泛应用的,它的表达式通常表示为:CIA={x(Al_2O_3)/[x(Al_2O_3)+x(CaO~*)+x(Na_2O)+x(K_2O)]}×100,主成分均指摩尔分数,caO~*仅为硅酸盐中的caO。利用CIA分析湖南石门杨家坪剖面的新元古代地层,发现冰期沉积物(南沱组、东山峰组)的CIA值(60～70)和间冰期沉积物(湘锰组)CIA值(70～75)分别反映了冰期和间冰期的化学风化特点,并且根据渫水河组CIA值(55～70)可以判断渫水河组可能也是冰期的沉积产物。另一方面,可以利用A-CN-K图解判断沉积岩源岩成分,因为样品点在三角图解中投影点的趋势线与Pl—Ksp连线的交点代表的是源岩斜长石和钾长石的比率。据此初步判断渫水河组源岩成分是南秦岭—扬子地区元古宙TTG岩石。此外,钾交代作用在前寒武纪普遍发育,在A-CN-K图解中表现为样品点的趋势线向右偏离预测的风化趋势线,渫水河组的样品点就表现出这样的特征,可以判断渫水河组钾交代作用发育。样品的选取是进行CIA研究的一个重要的步骤。首先样品的岩性最好是细屑岩,这样可以排除分选作用对源岩成分的改造;其次,需要考虑去除成岩作用过程中加入的K_2O;再次,利用ICV这个化学指标来判断沉积再循环作用对沉积物成分的改造,ICV大于1意味着沉积再循环作     

单轴应力下带钻孔花岗岩注入高温蒸汽破坏特征研究

大型水力压裂是干热岩地热能开发中人工储留层建造的最有效手段,其核心力学问题为高温、高压下岩石的水力破岩机制。通过单轴应力下带钻孔花岗岩注入高温蒸汽破坏试验,研究固-热耦合作用下花岗岩的水力破岩机制。结果表明:高温对花岗岩破裂有很大的促进作用,热效应导致强度弱化,降低破裂压力。高速率注入430℃和350℃蒸汽破坏试验中,破裂压力比常温水压裂至少降低58%;低速率注入400℃和450℃蒸汽破坏试验中,花岗岩破裂压力比常温水压裂降低75%。注蒸汽破坏过程可分为热破裂损伤和宏观裂缝扩展两个阶段。高温蒸汽产生的热应力在钻孔周围随机发生热破裂,随着注入蒸汽时间的增加,热破裂范围由钻孔附近逐渐向远处扩展,热破裂分布密度增大,为宏观裂缝的产生提供便利条件。初始宏观裂缝首先出现在钻孔两侧,沿着最终形成的宏观裂缝轨迹扩展,直到试样破坏。与常温水压裂相比,低速率注蒸汽破坏是一个缓慢的延性拉破坏过程,裂缝相对钻孔不对称扩展,宽度小于水力压裂裂缝宽度。     

某煤矿采空区对输电铁塔地基影响数值研究

基于某采空区对坐落于其上的输电铁塔塔基稳定性影响的数值分析结果,定量分析受开采影响的地表移动变形在时间和空间上的分布规律,用来判别建筑物是否受开采影响和受开采影响的程度,作为受影响建筑物进行维修、加固、重建或采取地下开采措施的重要依据,所得的结果与常用计算方法所得结果基本一致。     

满洲里小尖山盆地构造、蚀变特征与铀矿化

小尖山盆地发育断裂、火山构造及热液蚀变,已发现铀矿化、铀异常,是满洲里地区重要的火山岩型铀成矿远景区。依据区域重力资料,结合遥感、 CSAMT测量及地质勘查成果,明确盆地早期以NE向断裂构造为主,晚期NW向发育,属火山断陷盆地,具有阶梯状断陷特征。铀矿化与高岭石化、钾长石化及硅化关系密切,局部垂向上显示分带特性,且铀钼共生。成矿作用受NE、 NW向断裂构造控制,与区域成矿规律具有一致性。     

库车坳陷大北-克深地区深层致密砂岩气地球化学特征及成因

为探讨库车坳陷大北-克深地区深层致密砂岩气的地球化学特征及成因,对采集的天然气样品进行了组分定量和碳同位素组成分析。结果显示,库车坳陷大北-克深地区深层致密砂岩气中甲烷占绝对优势,为87.30%～98.33%,平均为96.18%;其重烃气含量较低,为0%～3.41%,为明显的干气;天然气的δ¹³C_1为-31.9‰～-26.5‰,δ¹³C_2为-24.2‰～-16.1‰,δ¹³C_3为-31.1‰～-15.7‰;烷烃气碳同位素偏重,主体呈正碳同位素序列,局部出现倒转;天然气成熟度为1.50%～3.62%,平均为2.39%,为高-过成熟天然气;δ¹³C_CO2主要为-19‰～-10.3‰。研究表明,大北-克深地区深层致密砂岩气中烷烃气属于煤成气成因,同型不同源气或煤成气与油型气的混合是烷烃气碳同位素倒转的主要原因,同时也与深层高温高压条件下烷烃气的形成与成藏过程有关;深层致密砂岩气中CO_2主要为有机成因。     

沁水盆地东部Y井煤系页岩元素地球化学及其沉积-构造环境

为探讨沁水盆地东部Y井煤系页岩的元素地球化学特征,对下二叠统山西组、太原组的煤系页岩进行了系统采样,并应用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对18个煤系页岩样品的微量及稀土元素进行了分析测试。结果表明,煤系页岩的Sr、Sr/Ba、V/(V+Ni)、Ce_anom等地球化学指标的垂向变化,反映了从太原组到山西组沉积时期,水体古盐度整体逐渐降低的还原环境;物源主要来自盆地北邻阴山古陆前寒武纪花岗岩、麻粒岩及各时代侵入岩,源区构造背景主要为与大陆岛弧相关的活动大陆边缘。     

不同粗糙度和隙宽贯通充填裂隙渗流特性试验研究

利用3D打印技术制作出30个含10级粗糙度(JRC=1~20)、3种厚度(1.5、3.0、5.0mm)的裂隙插片,通过模具浇筑成贯通充填裂隙类岩石试件,并对所制备的试件开展渗透性试验,研究在不同围压水平下不同粗糙度、不同隙宽贯通充填裂隙的渗流特性。试验结果表明:(1)不同粗糙度和隙宽贯通充填裂隙渗透率均随围压增加而减小,且在围压加载初期,裂隙渗透率的降低速度明显要高于围压加载中后期,最大渗透率降差达到78%。(2)围压加载初期,隙宽较小时,裂隙渗透率有随粗糙度增加而减小的趋势,且离散性较大;随着围压和隙宽的增加,粗糙度对裂隙渗透性的影响迅速减小。(3)对于10级不同粗糙度贯通充填裂隙,围压加载过程中,均有隙宽越大,裂隙渗透率越大的规律;且在围压较小时,粗糙度越大,不同隙宽贯通充填裂隙渗透率的差值越大,但随着围压的升高,这种影响逐渐被消除。(4)围压对贯通充填裂隙渗透率的影响处于主导地位,两者之间的关系可用幂函数进行描述。     

方沸石-白榴石系列矿物的制备与应用

方沸石属小孔沸石,既是天然矿物,又可人工合成。在Na2O-Al2O3-SiO2-H2O水热体系,方沸石结构稳定,其生成受热力学因素控制,多种含SiO2、Al2O3组分的原料均可合成方沸石,且易于实现。方沸石通过离子替代可形成多种方沸石-白榴石系列矿物,离子交换反应存在2种形式,与交换离子尺寸相关。在农业上,负载有K、N等营养元素的方沸石兼具土壤调理和养分缓释/控释功能,是一种新型生态型肥料;在废水处理方面,方沸石可吸附多种金属离子,并对放射性元素封存有独特效果;在石油化工领域,方沸石限于对特定小分子的催化氧化作用。从绿色生态角度考虑,水热处理固体废弃物并用于有害离子处理、利用富钾岩石在制取钾盐的同时制备方沸石并用作土壤调理剂及新型缓释肥料是此类矿物资源综合利用的有效途径。     

喀斯特漏斗坡地土壤有机碳特征、风化侵蚀及稀土元素分析

以西南喀斯特地区喀斯特漏斗坡地2个土壤剖面为研究对象,通过测定土壤部分物理化学属性、土壤有机碳含量分布特征、δ^13C值、几种土壤化学风化指标及稀土元素参数特征,探讨土壤侵蚀和沉积过程中土壤有机碳及其稳定碳同位素的动态变化及分布特征,同时利用土壤δ^13C值反演了C3/C4植被的变化历史。结果显示,山腰和山脚2个土壤剖面样品的土壤有机碳含量范围分别为4.17%~8.91%和2.37%~6.33%,山腰含量较高;δ^13C值变化范围分别为.18.9‰^-15.6‰和.22.1‰^-17.0‰,均随土壤深度的增加先增大后减小;利用土壤δ^13C值反演C3/C4植被的变化历史,2个剖面表现出相似的变化趋势;Na/K比值与ICIA的变化特征呈显著的负相关关系,R^2分别为0.67和0.98,表明该类红土中Na/K比值不仅能代表风化强度,且可能与侵蚀大小有关;常用的土壤风化发育指标表现为很好的协同作用,显示剖面土壤的形成是由基岩化学风化而成;稀土元素球粒陨石标准化之后显示Ce异常,Eu负异常,2个剖面δCe变化趋势基本一致,表明2个剖面经历了相似的风化迁移过程。     

粤北花岗岩型铀矿矿集区糜棱岩带特征及其与铀成矿的关系

笔者通过对粤北花岗岩型铀矿矿集区内糜棱岩岩性、显微构造及岩石组构等要素的鉴定及测量,系统研究了糜棱岩带的力学性质和运动学特点,以及其形成的地质环境;根据相关年代学资料,探讨糜棱岩的形成时代及与铀成矿年龄的关系;结合构造地球化学研究,探索岩石组分活化转移与应力、应变的内在联系,揭示了韧性剪切环境下的铀成矿机制。这对该区糜棱岩成因认识的提升和指导找矿实践都具有重要意义。