纳米地质学:地学领域革命性挑战

纳米科技是研究0.1~100nm粒级范围内物质特性的科学,纳米颗粒处于纳米尺度,具有表面与界面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和量子尺寸效应等特殊的物化性质。纳米科技涉及地球科学的诸多领域,并在矿物学、岩石学、地球化学、构造地质学、能源地质学和矿床学等领域取得了重要进展。本文在总结、归纳前人的研究并结合作者最新研究结果的基础上,进一步提出了纳米地质学的概念:以纳米科学与地球科学为依托,以纳米技术与地学研究方法为手段,以固体地球物质为研究对象,对各种地质体中已知或有待探知的纳米颗粒和纳米孔隙进行深入研究,从而揭示地质过程中纳米效应与地质现象的关系及其规律的科学;系统地分析了纳米科技与地质学结合产生的各分支学科:纳米矿物学、纳米岩石学、纳米地球化学、纳米构造地质学、纳米能源地质学、纳米矿床学、纳米地震地质学和纳米环境地质学等;全面阐述了纳米地质学及纳米成藏成矿领域重大和前沿科学问题,并探讨了其发展趋势,由此指出,纳米地质学的兴起和发展将必然带来地学领域革命性的挑战。     

当前环境地质研究的一些问题

环境地质学是环境科学和地球科学之间一门新兴的边缘性学科。环境地质学基本任务是:研究地球表面地质环境变化的原因和规律;研究地质环境与人类活动的相互作用和影响;预测地质环境变化的趋势,以期达到认识,保护、控制、利用和改造地质环境的目的。环境地质学是一门综合性的地质学科,当前世界上与环境地质有关的问题主要有:     

煤地质学研究进展与前沿

煤地质学是以煤的形成、组成、煤系伴生矿产、煤层瓦斯和煤层气为主要研究内容的地质学分支。近年来随着我国和世界对煤炭资源安全开采、洁净利用的要求逐渐提高,煤及煤层气资源的勘探与开发,煤地质学的研究重点也在逐渐发生变化。通过分析2011-2015年《国际煤地质学》杂志发表的717篇学术论文,总结了近期煤地质学最新的研究热点与前沿。研究发现:煤层气资源评价以及与煤层气开发关系最为紧密的煤储层物性研究是各国煤地质科技工作者最为关注的热点;煤中的矿物质和元素地球化学一直为人们所重视;与煤的形成、开采和利用相关的煤岩学及有机地球化学,煤的自燃、燃烧与环境,沉积环境与煤炭演化,地理信息系统与矿区环境监测,矿井瓦斯,矿井构造,矿井水和煤的热解等方面的研究一直在持续开展;页岩气资源评价与开发越来越受到人们重视。      

特约主题:纳米地质学

正编者按语:地质学经过几百年的发展,在宏观和微观领域已经取得了重大进展。伴随着科技的巨大进步,地质学正向更宏观和更微观两个明显的方向发展,即天体地质学和纳米地质学。由于纳米颗粒和纳米孔隙具有显著的特有属性,研究地质作用过程中纳米结构的形成、演化和聚集具有重要的科学价值。地学领域已经引入纳米科技,并在矿物学、岩石学、地球化学、构造地质、能源地质学和矿床学等领域取得了一定的研究成果。纳米地质学因自身的特异性,比其他学科更为复杂,其尺度问题、关键难题、以及测试与表征问题尚未解决,缺乏系统和综合的纳米地质学理论。     

煤地质学研究新进展及其前景展望——基于International Journal of Coal Geology 2016~2020年文献统计

煤地质学是应用地质学与地球化学的理论和方法研究煤层、煤系及其共伴生矿产资源的物质组成、成因、物理和化学性质及其空间展布规律等的学科。在国家倡导生态文明绿色发展以及2030年前实现碳达峰的战略目标背景下,煤地质学的研究重点也在逐渐发生变化。通过对2016~2020年在International Journal of Coal Geology期刊上发表的文章进行统计分析,阐述了中国煤地质学的发展进程,重点探讨了煤地质学当前的研究热点内容,提出了煤地质学未来可能的发展方向。结果发现:中国学者在该期刊上发表论文数量最多,占27.4%,其次为美国和澳大利亚;按第一作者所属单位依次为中国矿业大学(北京)、昆士兰大学和中国地质大学(北京);按研究方向,煤岩学和有机地球化学方向的论文数量最多,占31.3%,是近5年的研究热点;其次是煤中矿物质、微量元素与地球化学和煤系气方向;预测未来煤炭洁净化利用方向的研究将逐渐增多,与煤地质学相关的交叉学科也将快速发展。     

工程地质讲座 第一讲 绪言

一、工程地质学的内容和研究方法工程地质学是地质学的一部分,是研究与工程建筑物的设计、施工和正常使用有关的地质问题的科学。地质学是研究地球的科学,是研究地球的形成、结构和发展法则,并利用这些法则为人类社会服务的科学。各种矿产与地下水的存在都有着一定的规律,掌握这些规律,利用这些规律,把地质学的知识应用在寻找和开发矿产方面的是矿床学和矿山地质学;研究地下水的分布、埋藏、化学成分、运动、变化和起     

构造地质与工程地质的基本关系

构造地质学是研究各种地质构造及其成生演化的基础地质学 ,工程地质学主要是应用地质学理论尤其是构造地质学理论解决人类工程建设活动中与构造现象和构造活动有密切关系的地质问题的应用地质学。二者的研究目的虽然不同 ,但所研究的主要对象是相同的 ,即都是地质构造 ,所研究的又都是地球变化过程中的构造变动及其各类效应。文中讨论了构造地质学与工程地质学之间的基本关系 ,主要包括地质构造对工程地质环境和工程地质条件的控制作用 ;深部构造、浅部构造以及表层构造动力学特征与区域地壳稳定性之间的关系 ;构造结构面、构造应力场与岩土体稳定性的关系 ;活动构造与工程建筑安全性的关系以及地质构造与崩滑流、地裂缝、地面沉降等地质灾害的关系等问题。     

生态地质研究进展与展望

生态地质学是研究生态系统与地质环境之间关系的一门交叉学科,对国土空间生态保护修复工作有重要理论支撑作用。我国生态地质研究工作虽然经过了多年的发展与积淀,但时至今日生态地质学仍然处于研究和探索阶段。鉴于此,基于前人的大量研究,总结了国内外生态地质研究进展: 国际上,俄罗斯建立了生态地质学研究体系,美国发起的地球关键带研究是与生态地质研究十分契合的主题; 在国内,生态地质研究主要着眼于”生态-地质”相互作用过程与机理以及地质环境影响下的系统性生态修复研究。在此基础上,提出了生态地质学涵义及其研究内容、方法技术创新及学科体系构建思路,以期为服务山水林田湖草沙整体保护、系统修复、综合治理和生态地质系统深化研究提供借鉴。     

当代水文地质学发展趋势与对策

当代水文地质学进入了生态环境水文地质学阶段。当代水文地质学的研究目标是:从可持续发展理念出发,构建人与自然协调的、良性循环的地下水系统、水文系统、地质环境系统与生态系统。以系统思想为指导,运用多学科方法,发展向生产领域延伸的地下水工程,是当代水文地质学发展的关键。     

城市地质学理论研究

本文在系统研究国内外城市地质学理论研究与工作实践基础上,系统分析并拓展了城市地质学的内涵与外延;根据城市可持续发展的需求,提出了保证城市不同发展阶段地质安全是城市地质学理论研究的根本任务和永恒主题;明确提出了城市地质学研究的三个科学问题,即城市选址安全底限问题、城市发展规模上限问题、城市发展可持续性问题;由此构建了区域地质条件适宜性评价、地质资源环境承载力评价、城市地质作用研究,三方面的城市地质学理论体系。     

测井地质学前世、今生与未来——写在《测井地质学·第二版》出版之时

测井地质学以地质学和测井学的方法理论为指导,综合运用各种测井信息,来解决基础地质和石油地质的地质问题。经过数十年发展,测井地质学在油气勘探开发各个环节得到广泛应用。非常规油气的兴起使得测井地质学正面临多重挑战和全新探索,亟需建立针对非常规油气的测井地质学综合方法理论体系。本文以《测井地质学·第二版》出版为契机,系统归纳了测井地质学的起源及发展历程、主要研究内容和研究方法流程。然后总结了测井资料与地震、地质信息的匹配性,并分析了不同探测特性测井方法纵向分辨率区间特征。在此基础上评述了测井地质学在井旁构造解析、沉积学特征研究、层序地层划分、地应力方向判别及大小计算、井壁裂缝识别与评价、烃源岩评价以及非常规油气“七性关系”综合评价当中的应用。但由于测井资料的负载能力有限性、测井与地质信息属性不对应性以及测井资料本身的多解性,使得测井地质学在测井—地质转换、非常规油气测井评价及其与人工智能融合方面还存在一定的问题。因此加强基础岩石物理研究,挖掘测井曲线中包含的地质信息,并与人工智能相结合,将拓展测井地质学研究的精度和广度,从而使其未来可更好地应用至非常规油气测井评价等实践工作中。     

测井地质学前世、今生与未来——写在《测井地质学·第二版》出版之时

测井地质学以地质学和测井学的方法理论为指导,综合运用各种测井信息,来解决基础地质和石油地质的地质问题。经过数十年发展,测井地质学在油气勘探开发各个环节得到广泛应用。非常规油气的兴起使得测井地质学正面临多重挑战和全新探索,亟需建立针对非常规油气的测井地质学综合方法理论体系。本文以《测井地质学·第二版》出版为契机,系统归纳了测井地质学的起源及发展历程、主要研究内容和研究方法流程。然后总结了测井资料与地震、地质信息的匹配性,并分析了不同探测特性测井方法纵向分辨率区间特征。在此基础上评述了测井地质学在井旁构造解析、沉积学特征研究、层序地层划分、地应力方向判别及大小计算、井壁裂缝识别与评价、烃源岩评价以及非常规油气“七性关系”综合评价当中的应用。但由于测井资料的负载能力有限性、测井与地质信息属性不对应性以及测井资料本身的多解性,使得测井地质学在测井—地质转换、非常规油气测井评价及其与人工智能融合方面还存在一定的问题。因此加强基础岩石物理研究,挖掘测井曲线中包含的地质信息,并与人工智能相结合,将拓展测井地质学研究的精度和广度,从而使其未来可更好地应用至非常规油气测井评价等实践工作中。     

论煤地质学与碳中和

煤基碳排放构成了中国碳排放总量中最重要的部分,做好煤基碳减排和煤炭高效洁净低碳化利用是实现“碳中和”国家目标的重要途径,碳中和背景下的煤地质学发展值得关注。系统评述与碳中和相关的煤地质学研究领域,分析煤地质学在碳中和研究与工程实践中的作用和应用前景,探讨碳中和背景下煤地质学的重要发展方向。取得以下认识:推进清洁煤地质研究、服务煤的高效洁净化燃烧,勘探开发煤系天然气低碳燃料、优化一次能源结构和化石能源结构,开展煤化工资源勘查与开发地质保障研究、推动煤炭的低碳能源转化和新型煤化工产业发展,深化瓦斯地质研究、提高煤矿瓦斯（井下）抽采率、控制煤矿瓦斯的大气排放和泄漏,研究煤层甲烷天然逸散和煤层自燃排放、控制煤层露头的天然排放,发展煤层CO₂地质封存与煤层气强化开发（CO₂-ECBM）技术、推动碳捕获、利用与封存（CCUS）技术发展及其在火力电厂烟气碳减排中的商业化应用,研究煤炭勘查企业的碳足迹、实现企业净零排放,是与煤地质学紧密相关的碳减排技术路径;其中煤层甲烷与煤系气高效勘探开发、深部煤层CO₂-ECBM、煤层露头气体逸散与自燃发火控制、洁净煤地质与煤炭精细勘查是碳中和背景下煤地质学优先发展的重要领域。      

发展中的边缘学科——农业地质学

以具体事实介绍了农业地质学的起源、发展与实践应用效果,论述了农业地质学的研究内容与任务(农田地貌调查、土壤地质研究、农业地球化学分析、农业水文地质勘查、农业灾害地质研究等),以及开展农业地质学研究工作的重要意义。     

地质力学基础知识讲座 第一讲 绪论

一地质力学的性质、任务及其研究方法“地质力学”是我国卓越的科学家、科技战线一面又红又专的旗帜——李四光同志创立的。它是在我国辽阔的国土上成长起来的一门自成系统的介于地质学与物理学之间的边缘学科。它是构造地质学与动力地质学之间的桥梁。它是根据力学的原理与方法,按照一定的逻辑步骤,研究地壳构造和地壳运动规律的一门科学。李四光同志说:“它的一条腿站在地质学方面,另一条腿站在力学方面。”这句话通俗形象地说明了这门学科的性质。它的出现,动摇了地质科学的某些传统观念,促使地质科学向新的阶段发展。     

比较行星地质学的研究方法、现状和展望

比较行星地质学是人类认识自然和人类本身形成与演化的前缘学科,是实现太阳系探测三大科学目标的主要手段.比较行星地质学研究主要回答3个问题:行星的现状是什么样的?行星的过去是什么样的?行星的过去、现在与太阳系其他行星的可比性如何?行星地质学的研究内容与研究地球地质相似,即撞击作用、火山(岩浆)作用、构造作用和夷平作用等,这些是塑造行星地貌最主要的地质作用,其中撞击构造是其他行星更为常见的地质作用.行星地质学的研究方法是利用遥感获得的各种影像、光波和电磁波等数据,以及在行星表面直接勘察获得的数据和取回的样品,对行星表面和地表以下的成分、结构和形成与演化过程进行研究.我国积极参与深空探测将获得第一手行星地质数据,国际深空探测计划的持续实施和数据的广泛共享为中国科学家积极参与行星地质学和比较行星学的研究提供了广阔空间,同时也为研究和认识地球提供新的和更全面的视野.     

我国煤地质学研究的进展及趋向

煤地质学作为地质科学的一个分支,由于它与能源需要的密切关联而已经成为一门应用颇广的实用学科。煤地质学的研究与发展水平,一般地说,受到来自三方面的推动:1.煤勘探、开发、利用对于煤地质当前和长远的要求;2.地质普查、勘探的高效率和有关技术方法与测试手段的日益现代化;3.作为煤地质学基础的沉积学、岩石学、构造地质学、地层古生物学以及煤化学等相关学科的新进展、新成就。美国地质调查所在莱斯顿举办的名为“煤地质学及其前景”的大型座谈会上,曾就理论与实用两个方面,着重地对成煤环境、煤化作用、煤岩学、煤中伴生元素以及对煤的勘探、开发与利用中的地质问题进行系统的讨论,提出了各个领域的研究成果[1],吸引了国际上的注意。苏联第十个五年计划期间的煤地质研究,也把同提高煤田普查、勘探效果与质量有关的地质问题列为主要方向[2]。其它重要产煤国家有关报道表明,他们的煤地质学研究也无不在各种程度上体现着以上三方面的推动力量。      

动态与信息

全国构造地质学年会暨构造地质学新理论与新方法学术研讨会在北京大学举行全国构造地质学年会暨构造地质学新理论与新方法学术研讨会于2006年1月14日至15日在北京大学召开。本次会议由中国地质学会构造地质学与地球动力学专业委员会、国家自然科学基金委员会地球科学部、造山带与地壳演化教育部重点实验室和中国地质科学院地质研究所联合发起,北京大学地球与空间科学学院主办。来自国内外近200位构造地质学及相关领域的专家、学者参加了会议,会议代表含盖了国内具有地质研究机构的科学院、研究所和高校等,共30多家单位。会议云集了国内构造…     

我国农业地质研究与发展概述

一、我国农业地质研究现状把地质科学与农业科学结合起来,促进农业的发展,已构成一门新的边缘学科—农业地质学.几年来,我国运用农业地质学原理,在小范围和国土整治、农作物栽培和禽、畜饲养中试验,已经有些初步进展.现综合简述于下:     

近70年中国变质岩石学-变质地质学的研究进展

为总结我国变质地质学的历史经验,回顾了我国从变质岩石学到变质地质学近70年的发展历程.依据大量文献,分3个阶段和8个方面总结了变质岩石学和变质地质学取得的进展.我国在超高压变质地质学、早前寒武纪变质地质学、变质作用年代学、变质作用相平衡模拟等领域处于国际先进行列,蓝片岩、变质流体和变质岩化学动力学方面与世界研究基本处于同步水平,极低级变质作用研究等领域与国际先进水平尚有较大差距.通过历史的回顾,表明变质岩的研究已经从变质岩石学转变为变质地质学,已经从单一的岩石学研究转变为以变质岩为基础,变质矿物、地球化学、同位素地质、构造地质等多学科的综合研究.在变质岩和变质地质领域我国有一些区位优势,但是只有坚持自主创新才能把区位优势转变为学科优势.各种分析实验技术的发展促进了变质地质学的发展,随着新技术的不断涌现和大数据时代的来临,变质地质学会有更大的发展.