数字地质与数字矿产勘查

矿产勘探的理念,在西方国家被称为“勘探哲学”,是指导矿产勘探的思想、方法、技术、目标和组织。矿产勘查的3个基本要素是“找什么”、“哪里找”和“如何找”。随着“三要素”的发展,矿产勘查的概念正在逐渐变化,“三要素”为改变矿产勘探的概念、方法和技术提供了强大的动力。矿产勘查概念的创新是持续的勘查和开发与时俱进的结果。“数学地质学”和“信息技术”的结合被称为“数字地质学”。数字地质学是地质科学的数据分析的组成部分。地质数据科学是一种根据地质数据的特征和地质工作的需要,利用数据科学的一般方法来研究地质学的科学。数字矿产勘查是数字地质学在矿产勘查中的应用,以减少找矿的不确定性。     

国土整治生态修复中的农业景观生物多样性保护策略

随着生态文明建设成为国家发展战略,国土整治修复需要更多生态科学和技术的支撑。农业景观生物多样性是重要的自然资源,为人类可持续发展提供了重要的生态系统服务,并提供了应对气候变化等风险的途径。本文分析了我国农业景观生物多样性保护及其对国土整治生态修复的重要性,国土整治生态修复中农业景观生物多样性保护面临的挑战,并总结了欧盟在农业景观生物多样性保护方面的经验和方法。最后,文章提出了将农业景观生物多样性保护整合到国土整治生态修复的四项策略,包括生态空间的“生态修复和管护-生态补偿-民生改善”策略、农业空间的“生态基础设施-生态系统服务提升-绿色发展”策略、城乡生活空间的“多功能景观-绿色宜居空间营造”策略、国土全域“生物多样性保护网络”策略,为生态文明背景下的国土整治生态修复提供参考。     

东北印度洋源汇过程及古环境与古季风演化

东北印度洋地理位置独特,其沉积物记录了青藏高原隆升及孟加拉扇的“源-汇”过程、印度季风与东亚季风的“海-气”交互作用、印-太暖池热传输的演变与高纬气候之间的相位关系等关键信息,是喜马拉雅地区“构造-气候-沉积”耦合演化的良好记录载体,是探讨多圈层相互作用、探索古气候与古环境演化的理想“窗口”。本文系统总结了近年来有关东北印度洋季风与表层环流特征、沉积物组成及物源、气候环境演化以及环境磁学记录等方面的研究进展。分析表明,东北印度洋为典型的季风风场,表层环流受季风影响强烈,夏季和冬季环流差异明显。沉积物类型丰富,包括河流输运而来的陆源碎屑、钙质和硅质为主的生物沉积以及火山物质等。但目前对于该区域的沉积物的具体组成、“源-汇”过程、迁移历史、季风演化与青藏高原隆升、高纬气候变化之间相互关系等方面的认识尚存在较大的分歧。同时,受样品获取难度大、磁学信号稀释严重等因素的限制,环境磁学作为一种在示踪沉积物物质来源、恢复古气候和古环境等方面被普遍认可的技术手段,在东北印度洋区并没有得到充分的发挥与应用。因此,未来需要在前人研究的基础上,将目光向东北印度洋更南、更深处延伸,对其“源-汇”过程进行全面分析。在研究方法上进一步拓展,采用更高精度的技术手段提取磁学信号,加大环境磁学的应用,寻找有效的替代性指标,解决该地区季风演化、古海洋环境变化等气候环境问题,为该地区环境气候研究提供新认识。并尝试开展地磁场长期变化(paleosecular variation, PSV)研究,建立东北印度洋的PSV记录,辅助修正全球地磁场模型,探究地球深部动力过程。     

多源遥感技术在地质灾害早期识别应用中的问题探讨——以西南山区为例

在对滑坡、崩塌等地质灾害的早期识别工作中,基于InSAR、光学遥感、机载LiDAR等多源遥感技术发挥了重要作用。针对应用中出现的一些问题,基于多个项目实践,总结了多源遥感技术在西南山区地质灾害早期识别领域的适用条件,提出了相应的应用建议。主要认识如下: ①InSAR对地质灾害隐患的识别效果受植被覆盖程度、地形条件和数据源类型的制约; 广域InSAR应用中,需注意数据处理关键参数的取舍问题,尽快建立InSAR识别效果的野外判定方法,统一地表形变区“变形程度”和地质灾害InSAR识别效果的评价标准; ②地质灾害光学遥感早期识别适用于“斜坡区域具有明显变形特征”、“历史斜坡灾害”、“泥石流灾害和潜在泥石流沟”这3种类型,在具体应用中应根据不同工作任务要求,选取适合的数据源,注意对地质环境背景条件的分析,不挑战“微变形”探测短板; ③相比较InSAR和光学遥感,机载LiDAR在高密度植被覆盖区地质灾害早期识别方面优势明显,在具体应用中,建议激光点云密度不少于30~50处/m²; ④贴近摄影测量技术适用于高位崩塌(危岩体)早期识别,该技术属于光学遥感范畴,识别效果同样受植被覆盖程度影响,在具体应用中应设置合理探测距离,其具体数值需根据危岩壁分布情况进行调整,建议不小于30 m; ⑤提出了“多源遥感技术手段综合应用,优势互补”“工作部署多层次布置”“注重交叉学科应用及解译人员综合培养”“尽快开展地质灾害信息化获取能力建设”等应用建议。     

地基InSAR技术及其典型边坡监测应用

为了开展边坡活动实时监测,研究以IBIS-L地基InSAR系统为代表的地基InSAR形变时序分析关键技术,进行针对不同变形特征的观测方案和数据处理方法的优化,并开展了奉节大树场镇灾后滑坡、神农架林区人工不稳定斜坡和备战铁矿露天采矿边坡等边坡活动的监测应用,以及备战铁矿隧道南口冰川运动的监测试验。4种类型边坡地基InSAR监测结果表明,在复杂工作情况下,地基InSAR设备具有较高的观测稳定性,在满足观测条件的情况下,地基InSAR测量精度能达到亚mm级,已成为监测边坡微小形变的重要技术手段。这扩展了形变监测模式从星载InSAR技术的“大尺度、宽覆盖”走向地基InSAR技术的“小尺度、局部精细测量”,进一步丰富了科研人员对边坡变形现象的动力学过程认识,为“星-地”联合InSAR技术监测地表形变过程奠定了技术基础。     

国土空间生态修复若干重大问题研究

国土空间生态保护与修复是实现美丽中国、关系中华民族永续发展的根本大计。本文采用文献资料综合分析法、系统回顾法、实证分析法、类比分析法、趋势外推法、政策环评等相结合的方法开展了一系列工作:从国家方略、顶层设计两个方面,梳理了国土空间生态保护与修复的脉络;从国土空间生态修复规划、技术路经与方法、野外台站和科研样地等角度,阐明了国土空间生态保护与修复研究的方法论;举例辨析了国土空间生态保护与修复的若干“伪生态”和“假技术问题”;指出了国土空间生态保护与修复发展的战略方针、战略目标、战略方向、战略原则、战略重点、战略对策;从生态保护与修复的重大科学问题和热点、语境分析、分区分类、差异化、生态补偿机制等5个方面,提出了助推中国国土空间生态保护与修复需要的科技支撑;讨论了“两屏三带”、科学推进生态修复,以及管理逻辑与技术逻辑融合问题。研究结果为破解国土空间“整体保护、系统修复与综合治理”过程中生态要素的综合性与管理事权的部门化、生态空间的连续性与区域的政区化、生态工程的长期性与行政管理的届次化三大矛盾,提供了科学依据。     

1:5万比例尺区域地质调查系列成果图件修编方法探讨——以安徽省39幅区调成果图件修编为例

地质图是基础地质工作成果展示的核心载体,但不同时期完成的地质成果图件编制标准不统一,同时还存在相邻图幅接边等问题,难以及时更新升级,给使用者带来诸多不便。为此,安徽省采用了统一地层划分、图面表达及标注,对本省1:5万比例尺区域地质调查成果进行了数字化系统整理修编。提出了“尊重原著、遵循规范、不漏信息、表达统一、清晰易读、美观和谐”的修编原则,分析了修编过程中常见的问题,创建了“数字化→整理校验与问题处理→说明书更新”的修编流程,解决了地质图修编过程中缺少行业规范指导的难题。修编后的地质图得到了升级,集成了最新地质成果,消除了错漏,实现了规范统一且美观易读,提升了“地质云”基础地质数据共享平台的服务能力,满足了成果资料系统化管理、使用、共享的需求。     

地表“矿物膜”半导体矿物光电子调控微生物群落结构演化特性研究

矿物-微生物交互作用广泛参与地球表层系统物质循环与能量流动过程,深刻地影响着一系列重要的地表生物地球化学进程。近年来地表半导体矿物的相关研究,为矿物-微生物交互作用提供了崭新研究方向,揭示地表“日光-半导体矿物-微生物”系统电子传递过程及其环境效应,是地质微生物学交叉领域研究的核心科学问题之一。本研究从地表不同生境“矿物膜”出发,以光电化学技术证实喀斯特、红壤、岩石漆“矿物膜”在1 000 min长时间循环实验中平均光电流值约为5.4、3.4、3.2 μA/cm²,证实“矿物膜”良好日光响应特性且铁锰氧化物矿物在其中发挥核心作用。基于笔者前期研究所发现的“矿物膜”电活性菌富集且与半导体矿物分布呈正相关性这一现象,本文进一步构建模拟光电子红壤细菌群落系统,20天后细菌群落α多样性显著提升,研究证实细菌群落具有模拟光电子响应活性,且电极与溶液群落均具有演化方向性;16S rRNA测序分析表明模拟光电子作用下Shewanella、Pseudomonas、Streptococcus、Lactobacillus、Acinetobacter等电活性菌显著富集。综上,本文研究结果间接证实地表半导体矿物光电子可有效调控微生物群落结构并促进电活性菌在“矿物膜”中富集。     

地热水氢氧同位素控制因素识别与定量计算:以青海贵德盆地为例

氢氧同位素在地热水研究中得到了广泛应用,但由于影响因素较多,对地热水氢氧同位素组成的控制过程通常缺少全面认识。本文以贵德盆地周边两条断裂带上五处温泉为例,通过对比不同地热水之间的水化学差异和热储温度差异,建立了不同地热水的水岩反应程度与氢氧同位素是否偏离大气降水线的关系。在前人识别并定量出扎仓寺地热水存在冷水混合作用的基础上,借助冷水混合比例估算了冷水混合和水汽分离引起的氢氧同位素的变化幅度,在此基础上通过“氧漂移”规律恢复了扎仓寺地热水在发生水岩反应前的氢氧同位素组成。本文关于三个过程对氢氧同位素影响程度的计算方法可以用于分析其他地区地热水的氢氧同位素成因,从而加深对地热水循环过程的认识。     

内陆湖盆"深水成盐"形成条件和识别标志:以东濮凹陷与现代盐湖为例

位于我国东部的许多新生代盆地,在地质历史时期发育了巨厚的岩盐沉积。尽管这些盆地的成盐模式研究已经历了40多年,但由于缺乏“深水成盐”的现代沉积模式,到底是“深盆-深水”还是“深盆-浅水”成盐,一直难以定论。为了理解“深水成盐”的控制因素,很多现代盐湖开展了水文学和水化学调查,然而这些湖盆的矿物组合各不相同,“深水成盐”的形成条件和控制因素尚不清楚。本文对死海、佛瑞湖等“深水成盐”的现代盐湖以及我国东濮凹陷沙三段的成盐特征进行了解剖,从盐度、水深、湖平面波动以及卤水分层等角度探讨了“深水成盐”的形成条件,对比分析了“深水成盐”的相对位置以及沉积物特征,总结了“深水成盐”的识别标志。研究表明,盐岩层系在岩心和测井资料上显示出多尺度的旋回性。“深水成盐”为水深较大的洼陷中心成盐,与盆缘的“浅水成盐”同盆共存。沉积相对岩盐层系的结构和组成有明显的控制作用,其中洼陷带的“深水成盐”,主要在洼陷带的卤水-湖底沉积物界面附近,析出和增生粗晶的盐类矿物,常与富含有机质和黄铁矿的暗色泥岩共存;而湖滨附近的“浅水成盐”,单层厚度薄,结晶粒度细小,通常含有较多的陆源碎屑。死海为代表的现代盐湖以及东濮凹陷等古代成盐盆地的沉积特征表明,“深水成盐”发生于湖平面的下降期,而且卤水剖面的厚度对蒸发岩的形成分布有明显的控制作用,同时具有“深水”和“深盆”特征的内陆盐湖更容易形成单层厚度大、横向稳定的岩盐沉积。本研究有助于改变人们以往对内陆湖盆成盐机理的认知,尤其是现代盐湖的卤水分层析盐特征,对解读地质历史中的其他成盐事件具有重要启示。基于现代沉积实例的“深水成盐”识别标志,可以为古代岩盐沉积模式的建立提供限定条件。     

Ba同位素分析方法综述

随着实验技术的进步以及多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）和热电离质谱仪（TIMS）的发展,近年来Ba 同位素的分析方法取得了显著进展。分析精度（δ^138/134Ba,2SD）从之前的1 ‰ 提高到好于0.05 ‰。文章综述了近年来高精度Ba 同位素分析方法（溶液法）的发展历程,总结了国内外实验室关于不同类型样品的消解、Ba 元素化学纯化流程以及Ba 同位素质谱测定等方法,并对国内外多个实验室已发表的各类标准物质的Ba 同位素组成进行统计。研究结果可为Ba 同位素激光原位分析提供参考,为后续分馏机理解析和应用研究提供技术支撑。     

多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICPMS)测量铜、锌、铁的同位素组成及其地质意义

Cu、Zn、Fe同位素示踪是近年来发展起来的一项新兴的同位素地球化学方法。本文介绍了用多接收电感耦合等离子体质谱 (MC ICPMS)精确测量铜、锌、铁同位素比值的方法 ,发现这些元素的同位素组成在不同地质与成矿环境中有明显变异 ,因而它们在矿床学、古海洋学和生物学等诸多领域具有广泛的应用前景。     

An Review of the Strontium Isotopic Vomposition of Phanerozoic Seawater

Strontium isotopic evolution of the Phanerozoic seawater is an emerging research field of the material cycle in the Earth’s outer-spheres. It is greatly significant for the research of the environmental change on the Earth’s surface during the geological history. The researches of the strontium isotopic evolution of the Phanerozoic seawater have gone through three stages: The early stage, the accumulated stage, and the integrated stage. In the early stage, the primitive evaluation of the diagenetic alteration and the low precision of the analytical instruments resulted in most strontium isotope data without stratigraphic significance. Most researches were only at the initially exploratory stage. In the accumulated stage, the gradually mature evaluation of the diagenetic alteration and higher precision of the analytical instruments made ongoing progress in the researches, especially the establishment and development of the high-resolution strontium isotopic evolution curves of the Cenozoic seawater had spawned a new interdisciplinary branch: Strontium isotope stratigraphy. In the integrated stage, the accumulated high-quality strontium isotope data had been integrated into some strontium isotope database of Phanerozoic seawater. These databases are becoming one of the effective tools to solve the problems in the stratigraphy, petrology, ore deposit, hydrology, and other related applications. Currently, many problems still have not been satisfactorily resolved in the researches of the strontium isotopic evolution of the Phanerozoic seawater, such as the preservation differences of the original seawater information in a sample, the age of uncertainty of samples, lower dating accuracy of more ancient samples, the materials and stratigraphic questions of the Cambrian samples, trace rubidium contamination of samples, the isotope fractionation between ⁸⁶Sr and ⁸⁸Sr, the interlaboratory bias, the uncertainty of the data fitting, etc. These problems are the difficulties to possess more practicability and applicability of strontium isotope stratigraphy. Based on the summary of the research progress, we attempted to systematically summarize the stages and differences of the researches of strontium isotopic composition of Phanerozoic seawater at different periods. We wish this paper offer some perspective to the researches of strontium isotopic composition of Phanerozoic seawater in future.     

GGR Biennial Critical Review: Analytical Developments Since 2014

This GGR biennial critical review covers developments and innovations in key analytical methods published since January 2014, relevant to the chemical, isotopic and crystallographic characterisation of geological and environmental materials. In nine selected analytical fields, publications considered to be of wide significance are summarised, background information is provided and their importance evaluated. In addition to instrumental technologies, this review also presents a summary of new developments in the preparation and characterisation of rock, microanalytical and isotopic reference materials, including a précis of recent changes and revisions to ISO guidelines for reference material characterisation and reporting. Selected reports are provided of isotope ratio determinations by both solution nebulisation MC‐ICP‐MS and laser ablation‐ICP‐MS, as well as of radioactive isotope geochronology by LA‐ICP‐MS. Most of the analytical techniques elaborated continue to provide new applications for geochemical analysis; however, it is noted that instrumental neutron activation analysis has become less popular in recent years, mostly due to the reduced availability of nuclear reactors to act as a neutron source. Many of the newer applications reported here provide analysis at increasingly finer resolution. Examples include atom probe tomography, a very sensitive method providing atomic scale information, nanoscale SIMS, for isotopic imaging of geological and biological samples, and micro‐XRF, which has a spatial resolution many orders of magnitude smaller than conventional XRF.     

碳还原法分析硫酸盐的氧同位素组成

硫酸盐矿物是自然界最常见矿物,也是自然界少数具有氧同位素非质量分馏效应的矿物之一.硫酸盐矿物的氧同位素组成可以为研究其形成过程和生成条件提供大量信息.目前,在国内外分析硫酸盐氧同位素的3种方法中,碳还原方法乃是分析硫酸盐中氧同位素组成的最精准方法.本次研究建立了分析硫酸盐中氧同位素组成的碳还原方法,介绍了硫酸钡的分析流...     

Li同位素在矿床学中的应用:现状与展望

矿床的形成受制于多种复杂的地质作用,包括全球尺度的板块构造运动、岩浆活动、变质沉积改造等过程,并普遍伴随热液活动、流体迁移、水-岩相互作用、元素分异及同位素分馏等一系列局部区域地质和地球化学过程.在过去的矿床学研究中,地球化学方法主要围绕在主、微量元素和传统的稳定同位素等手段,解决了很多矿床成因问题.但仍存在不少的多解和难解问题,比如许多矿床在矿化类型、蚀变分带与金属矿物组合方面具有诸多相似之处,常规地球化学指标难以区分.随着测试精度的提高和自然储库组成的完善,Li同位素近些年来已成为新兴的稳定同位素体系.Li同位素在自然界过程中高达80‰的同位素分馏使其具有更好的辨识能力,同时兼有直接和间接指示作用,有潜力成为研究各种复杂成矿过程的良好示踪剂.本文总结了近年来有关矿床学中Li同位素的研究和应用进展,以俯冲带成矿为主,阐述了斑岩型-热液矿床、伟晶岩型矿床和沉积矿床等类型矿床的Li同位素地球化学特征,并探究新的Li同位素方法在矿床中的应用前景.基于Li同位素体系在各类矿床的应用实例,我们认为Li同位素体系将为矿床学研究提供更多的指示信息和依据.      

铊同位素分析技术及其在地学中的应用

应用多接收电感耦合等离子质谱(MC-ICP-MS)等分析技术进行铊(Tl)同位素分析已成为非传统稳定同位素地球化学研究的重要内容之一.对近年来Tl同位素的实验测试方法及其地质应用的有关研究进展做了详细论述,包括Tl的地球化学行为、Tl同位素分析测试技术、同位素分馏机理、在各地质储库中的组成特征以及Tl同位素的地质应用等多个方面.这些研究表明该分析技术为行星科学、古海洋学、地幔地球化学、岩石成因以及矿床学等领域的研究提供了其他同位素分析方法难以获得的重要信息,充分展示了该分析技术在地球科学和环境科学领域的应用前景.      

硝酸盐氮氧同位素反硝化细菌法测试研究

进入21世纪,硝酸盐氮氧同位素测试技术的显著进展是反硝化细菌法测试技术的建立。反硝化细菌法具有可同时分析浓度低至μg/L的硝酸盐氮氧同位素组成、免去复杂的样品预处理、分析时间大大缩短以及从复杂溶液中只转化NO3-为N2O等优点。实验过程由细菌挑选和培养、样品NO3-转化为N2O、N2O提取纯化、同位素测试以及同位素测试结果校正等几个关键步骤组成。国外研究结果显示该技术不仅可用于海水和淡水中硝酸盐同位素测试,而且还可用于土壤样品,并得到不断的完善和应用;国内建立了这一技术,在包气带和地下水硝酸盐污染研究中取得重要进展。由于该技术诸多优点,建议大力促进这一技术在我国的研究和应用,希望有关部门加大支持力度,进一步完善该技术并推广应用。     

镉同位素体系及其在地球科学和环境科学中的应用

镉是典型的亲硫元素,常赋存于各种硫化物矿床中.在环境体系中,镉是微生物所需的营养物质,其元素的循环受生物活动的影响.已有研究表明蒸发/冷凝过程、生物及无机过程都会导致镉同位素发生分馏,因此镉同位素研究在地球科学、环境科学具有独特的应用前景.与此同时,多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)技术的应用成功地实现了地质样品中镉同位素组成的高精度测量,使得镉同位素地球化学研究获得了蓬勃发展.本文基于当前最新研究成果,对镉同位素体系进行了详细综述,重点探讨镉的地球化学行为及同位素分馏机制,镉同位素在各物质储库中的分布特征及其在地球科学、环境科学中的应用,镉同位素测试技术.镉同位素地球化学的研究尚处于起步阶段,深入开展镉同位素分馏机理、完善镉同位素在各物质储库中的分布、建立统一的同位素标准体系的研究,将推动镉同位素在地球科学和环境科学领域的广泛应用.     

Strategies towards robust interpretations of in situ zircon oxygen isotopes

Oxygen isotopes are a versatile tool to address a wide range of questions in the Earth sciences. Applications include geothermometry, paleoclimatology, tracing of geochemical reservoirs, fluid-rock interaction, magmatic petrogenesis, and identification of extra-terrestrial materials. Zircon arguably provides one of the most robust records of primary magmatic O isotope ratio due to low diffusion rates in crystalline grains. The ability to correlate zircon O isotopes with temporal and petrogenetic information (e.g. U-Pb geochronology, Lu-Hf isotopes, and trace elements) makes this mineral a key archive for understanding Earth’s crustal evolution. Consequently, zircon O isotope geochemistry has found widespread usage to address fundamental questions across the earth and planetary sciences. The general apparent ease of O isotopic acquisition through the advancement of rapid in situ techniques (i.e. secondary ion mass spectrometry; SIMS) and associated dedicated national laboratories has led to the generation of large O isotopic data sets of variable quality, highlighting the importance of a coherent workflow for data collection, reduction, and presentation. This paper presents a set of approaches for measurement, assessment, and reporting of zircon O isotope data. The focus in this contribution is on in situ analysis via secondary ion mass spectrometry using large geometry instruments, but other commonly used techniques are briefly reviewed for context. This work aims to provide an analytical framework necessary for geologically meaningful interpretation of O isotope data. In addition, we describe inherent geological (e.g. radiation-induced disturbance of the zircon O isotopic system) and analytical (e.g. fractionation due to sample topography effects) challenges and outline means to identify and avoid such issues as a prerequisite to the generation of robust primary O isotopic signatures for geological interpretation.