流域多尺度土壤水分监测与模拟研究进展

土壤水分调控着陆地表层系统空间格局和过程,作为地表不同圈层中物质和能量输移转化的关键纽带和驱动力,连接着一系列的水文、生态、气候和地质学过程。论文首先介绍了流土壤水分静态特征(土壤含水量和基质势时空变化)在流域范围内不同空间尺度上监测方法的优缺点,包括直接手动监测、直接自动监测、地球物理探测和遥感监测等;同时介绍了其动态特征(土壤水分运动)监测方法(径流小区法、示踪剂法和地球物理探测)的局限性和模拟模型(动力波模型、水量平衡模型和水动力模型等)的关键参数和过程。在此基础上提出了：① 加强土壤水分监测尺度与方法的集成;② 消除土壤水分运动模型不确定性;③ 耦合土壤水分与碳氮输移循环过程等3个方面的研究展望和建议,从而为高时空分辨率和高精度的土壤水分数据获取,以及土壤水分运动与分布及其驱动下的碳氮排放过程、机理的揭示和模拟提供新的研究视角与思路。     

昆仑古特提斯构造转换与镍钴锰锂关键矿产成矿作用研究

【研究目的】 特提斯构造域研究愈来愈显示为原特提斯、古特提斯和新特提斯三分的特点,其中古特提斯洋的形成演化及其成矿作用的研究较为薄弱。【研究方法】 本文根据东昆仑夏日哈木早泥盆世超大型镍钴硫化物矿床、帕米尔玛尔坎苏晚石炭世大型火山源沉积型富锰矿和西昆仑大红柳滩晚三叠世大型伟晶岩型锂铍矿床发现事实,将它们成矿的构造地质背景演化作为主线关联起来研究,提出它们分别代表了古特提斯裂解、大洋扩张和闭合后碰撞构造转换结果的认识。【研究结果】 认为与古亚洲洋同期的原特提斯洋于志留纪末碰撞闭合后,在冈瓦纳大陆北缘由于地幔柱作用改造的软流圈发生部分熔融而裂解,形成了以夏日哈木与裂解背景幔源镁铁—超镁铁岩有关的超大型岩浆镍钴硫化物矿床;随着进一步扩张,在早石炭世形成了古特提斯成熟大洋,由于大洋中脊喷发提供的成矿物质,在晚石炭纪随着大洋快速扩张向消减的转换,洋底碳酸盐岩沉积中形成了玛尔坎苏大型富菱锰矿矿床;古特提斯洋闭合后于中三叠世进入碰撞造山阶段,于晚三叠世后碰撞阶段地壳重熔形成的S型花岗岩高温热液流体,并造就了大红柳滩大型伟晶岩型锂铍矿床。早晚古生代之交是古特提斯洋裂解的开始,此时秦祁昆洋为代表的原特提斯主洋已经闭合,作为原特提斯洋弧后盆地的古亚洲洋尽管尚未闭合,但夏日哈木镍钴矿床则是原特提斯造山后陆壳再次裂解的产物,并非形成于原特提斯洋岛弧或后碰撞的环境;锰是亲石元素,岩浆作用中不富集,而在外生沉积作用中富集,说明古特提斯早石炭世新生洋壳是富锰的,淋滤出的锰离子在晚石炭世相对宁静洋底深处碱性环境中形成沉积型碳酸锰矿,代表了较为强烈的岩浆作用阶段向相对宁静的沉积环境的转换;大红柳滩S型花岗岩基及其大规模伟晶岩型锂铍矿的产出,则反映了强烈的碰撞造山作用导致的地壳重熔的地球动力学背景,应是古特提斯洋缝合造山后或后碰撞伸展的环境。【结论】 就已有的成矿事实,东昆仑康西瓦—阿尼玛卿古特提斯缝合带与南部巴颜喀拉的西金乌兰—金沙江和羌塘的龙木错—双湖古特提斯缝合带相比,更富有地质意义。     

中国关键矿产现状、研究内容与资源战略分析

关键矿产是指当前和未来相当长时间内现代社会可持续发展所必须但在稳定供给方面又存在高风险的金属矿产资源,主要包括稀土、稀有、稀散金属和部分稀贵金属矿产资源。关键金属由于具有极度耐高温、耐腐蚀、光学和电磁性质优良等物理化学特性,是航空航天、电子信息、高端制造、新能源、新材料等重点领域和新兴产业发展的重要物质基础。由于高科技和新兴产业的快速发展,未来几十年全球对关键矿产的需求将迅猛增长, 供需矛盾将日益突出,可以说,未来国际矿产资源和科技的竞争在很大程度上将集中于对关键矿产资源的博弈。过去十余年来,中国一直为矿产资源第一消费大国,在未来较长时间内对关键矿产的需求量仍将持续增长。面对国内强劲需求和严峻的国际资源竞争态势, 迫切需要加大科技创新力度, 持续开展关键矿产成矿基础理论和综合利用技术研究。中国的关键矿产种类丰富,成矿过程中关键金属元素的地球化学行为和成矿机制复杂,矿化类型多样,空间分布成群成带,资源潜力大。未来要聚焦关键金属元素超常富集基础理论,重点解决好三方面的科学问题:(1)地球多圈层相互作用对关键金属元素富集的控制作用;(2)关键金属元素富集机制与成矿规律;(3)关键金属元素赋存状态与分离技术。该文立足于国际关键矿产资源形势,提出了全面提升我国对关键矿产资源的管理、勘查、开发和综合利用水平及保障关键矿产资源安全的思考和建议。     

蒙陕深埋矿区工作面涌水量全生命周期演化规律

蒙陕深埋矿区属于新开发矿区,煤炭开采扰动下水文地质特征仍不清楚,基建和生产过程中发生了多种类型的水害问题,其中工作面回采过程中和回采结束后的涌水变化特征研究处于空白,给井下排水系统设置和防治水工作开展增加了难度。为查清工作面回采前后的全生命周期涌水量演化规律,开展顶板含水层分布、导水裂隙带发育、涌水量变化等方面的实测研究。结果表明:煤层顶板地层均属于河流/河湖相沉积,空间上呈含隔水层互层状展布,隔水层的主要岩性为泥岩、砂质泥岩;受控于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的单斜构造,含煤地层高程在蒙陕接壤区最低,其顶板侏罗纪煤系含水层属于区域性地下水滞流区。煤层顶板地层在中生代沉积旋回作用下,发育了3层直接充水含水层,其中直罗组七里镇砂岩(Ⅰ号含水层)距离3-1煤层顶板77.4~109.4 m,呈富水强、水压高的特点;导水裂隙带实测高度为103.4 m,裂采比18.8,工作面回采过程中导水裂隙带将发育至Ⅰ号含水层。工作面回采前期,随着导水裂隙带向上发育沟通不同含水层,采空区涌水量呈阶段性增加,工作面回采至300 m左右,采空区涌水出现第一个峰值;工作面回采中后期,导水裂隙带持续周期性发育,导致顶板含水层破坏范围不断扩大,采空区涌水量仍呈台阶式增加;工作面回采结束前后,采空区范围内顶板导水裂隙带发育最强烈、范围最大,出现采空区涌水量最高值;工作面回采结束后,在其顶板隔水层中泥质组分的自弥合作用下,隔水层逐渐再造,导水裂隙宽度变窄、数量变少,采空区涌水量“缓坡式”衰减(每小时几十立方米以内)。对工作面涌水量实现全生命周期演化规律掌握,可以为蒙陕深埋矿区井下工作面防治水工作提供科学依据。      

滇西北衙超大型斑岩-矽卡岩-浅成低温热液成矿系统关键金属及其成因分析

作为高新产业重要原材料的关键金属,在地壳内平均含量低和分布不均匀,使得其优势矿床类型尚不清晰,尤其是多类型多金属的共存储库—斑岩-矽卡岩-浅成低温热液成矿系统内共(伴)生的关键金属值得深入关注。北衙多金属矿是金沙江-哀牢山成矿带内与喜山期富碱斑岩有关的斑岩型铜金钼-矽卡岩型铁金铜-浅成低温热液型铅锌银金复合成矿系统。在系统梳理前人有关主体金属矿物原位微量元素研究的基础上,本次研究初步查明共伴生的关键金属包括四种：(1) Re：赋存于斑岩型和矽卡岩型矿化的辉钼矿中,含量为2.51×10^-6～62.64×10^-6;(2) Co：以类质同象替代形式赋存于矽卡岩型矿化的磁铁矿中,含量为0.13×10^-6～41.1×10^-6;(3) Bi：以铋化物形式赋存于斑岩型和矽卡岩型矿化中,包括铋铅矿、Bi-Cu硫盐、Bi-Pb硫盐、Bi-Ag硫盐、Bi-Cu-Pb硫盐、Bi-Pb-Ag硫盐和含Bi硫族化合物,其中辉铋矿是主要含铋矿物;(4) Te：赋存于斑岩型、矽卡岩型和浅成低温热液型矿化的硫化物(碲含量：80×10...     

滇中中—上二叠统峨眉山组关键金属勘查新线索及地质意义

通过1∶5万区域地质调查及典型剖面研究,在滇中禄劝地区二叠系峨眉山组顶部识别出一套厚约20~50 m不等的Nb、Co、Ga、Zr及REE超常富集层。富集层主要岩性为灰紫色泥岩、凝灰质泥岩、凝灰岩,局部夹杏仁状玄武岩。通过对禄劝万鲁布、撒角海一带的富集层刻槽分析显示,Nb2O5含量在82.4×10-6~120.1×10-6,平均值为100.3×10-6,大于风化壳型矿床一般工业指标80×10-6;Ga 含量28. 8×10-6~35.6×10-6,平均值为32.1×10-6,高于现行的Ga矿资源工业指标要求30×10-6;REE含量在360×10-6~510×10-6,平均值为440.6×10-6,接近风化壳型矿床一般工业指标500×10-6;并呈现出泥岩凝灰质泥岩凝灰岩关键金属含量依次升高,与火山灰含量呈正相关的特征,峨眉山玄武岩的风化作用可能造成了关键金属的富集;同时富集层中伴有Co、Zr、Li等关键金属矿化现象;由此,二叠系峨眉山组红顶层是一个关键金属的富集层,鉴于滇中地区二叠系峨眉山组分布范围较广,是一个极具Nb、Ga、Co、Zr及REE等多种关键金属找矿前景的地区,值得找矿工作者关注。峨眉山组各段玄武岩间富集关键金属的火山碎屑岩－沉积岩夹层（10~120 cm）、沥青杏仁体的发现,佐证了峨眉山玄武岩是地幔柱幕式喷发,为峨眉山玄武岩地幔柱演化、喷发时限及其与二叠纪生物灭绝的关系、寻找常规油气提供了新的研究方向及资料。     

吉林省大横路铜钴矿复杂的沉积-变质变形-热液作用演化过程及其对钴的赋存状态和富集成矿的制约

吉林省白山市大横路铜钴矿为国内少有的沉积-变质变形-热液等多种成因叠加改造的大型钴矿床,是综合研究古元古代造山带钴复杂成矿作用过程的理想地区。目前,有关该矿床中钴的赋存状态、富集迁移规律及复杂的成矿过程等方面的研究十分薄弱。本文采集矿床内典型钻孔样品,通过精细的矿相结构观察、扫描电镜物相分析、X射线元素面扫描和矿物成分定量分析等综合研究,发现大横路铜钴矿床经历了多期多阶段复杂的沉积-变质变形-热液作用,钴主要以Co的独立矿物(硫镍钴矿和辉砷钴矿),类质同象进入富Co黄铁矿和在磁黄铁矿中发育钴镍黄铁矿出溶体等形式存在。该矿床成矿作用分为以下5个阶段：沉积阶段以黄铁矿-磁黄铁矿-黄铜矿呈极细粒包体零星分布为特点;变质变形阶段以硫镍钴矿-磁黄铁矿-黄铜矿组合沿绢云母-黑云母-石英变质千枚理定向分布为特点,变质程度达高绿片岩相;早期热液作用主要沉淀粗大脉状磁黄铁矿及其钴镍黄铁矿出溶体;中期热液作用以条带状自形富Co黄铁矿和硫镍钴矿为标志,该阶段为Co富集成矿的主成矿期;网脉状黄铜矿沉淀对应于最晚期热液作用,同时发育极少量细粒辉砷钴矿。矿体的蚀变类型以硅化、碳酸盐化、钠长石化和绿泥石化为主,次为...     

Study on the spatial distribution,occurrence and enrichment of Co-Se-Te in the Xinqiao deposit of Tongling ore cluster,Anhui ProvinceSCIEI北大核心CSCD

新桥矿床是长江中下游成矿带铜陵矿集区内典型的大型层控矽卡岩型铜金硫多金属矿床。矿床成矿过程中除了铜、金、铁、硫等主要成矿元素富集成矿以外,钴、硒、碲等关键金属元素也以伴生形式产生了不同程度的富集。前人对新桥矿床开展了大量研究工作,但对矿床中关键金属钴、硒、碲的分布规律、赋存状态和富集机制等方面系统研究尚未开展。本次研究在新桥矿床系统采集距离成矿岩体不同位置的两条代表性剖面(3804、E601)的岩矿石样品,通过光学显微镜观察、扫描电子显微镜、全岩主微量元素化学分析和矿物原位LA-ICP-MS微量成分测试等分析技术方法,查明了矿床中钴、硒、碲等关键金属的空间分布规律和赋存状态,初步探讨了钴、硒、碲的富集机制。新桥矿床中估算伴生Co、Se、Te资源量分别为:2326t、2590t、1463t,达到大-中型规模。近成矿(热)中心3804剖面Co、Se含量自矿体底板→顶板呈逐渐降低的趋势,Te含量变化没有明显规律,Co、Se、Te均主要在黄铁矿矿石中产生富集;远成矿(热)中心E601剖面上Co、Se、Te含量自矿体底板→顶板均呈逐渐降低的趋势,且主要富集高品位黄铁矿矿石中。矿体走向上自成矿(热)中心→远端,Co含量明显降低,Se、Te含量相对增高。矿床中Co、Se主要以类质同象置换的形式赋存于黄铁矿中,Te的赋存状态以独立碲矿物为主,包括辉碲铋矿和碲银矿。Co主要在石英-硫化物阶段产生富集,成矿流体温度较高,流体中Co大部分随黄铁矿沉淀富集于近成矿(热)中心的黄铁矿矿石中,至碳酸盐-硫化物阶段,成矿流体温度降低,流体中Se、Te大部分沉淀富集于远成矿(热)中心的高品位黄铁矿矿石中,其中Se主要随黄铁矿大量沉淀富集,Te较少进入黄铁矿等硫化物中,主要以独立矿物的形式产出。     

U-Th-Pb dating of garnet based on LAICP-MS mapping technology: A case study of the Tonglvshan large-scale Cu -Fe-Au skarn depositSCIEI北大核心CSCD

矽卡岩矿床的年代学信息对研究矽卡岩矿床的矿床成因、演变过程、成矿规律和找矿勘查具有重要的指示意义。石榴子石是矽卡岩矿床中的常见矿物,它具有一定的U含量,但是由于其普通铅高以及铀分布不均一的原因,导致激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)点分析获得年龄成功率不高。针对点分析定年遇到的深度分馏和剥蚀点选取、普通铅校正等问题,本文提出一种利用LA-ICP-MS面扫描分析数据的虚拟点构建技术,在Tera-Wasserburg(TW)图中实现普通铅校正来确定含普通铅石榴子石年龄。通过理论推导、数值模拟和实验分析研究发现,利用相关联的^(208)Pb、^(232)Th、^(238)U测量数据校正生成^(208)Pb_(c)/^(238)U指标并据此对TW图中的数据进行数据分组抽样构造虚拟测量点,可以有效地把面扫描测量数据转换为与点分析测量类似但放射母子比例展布更优的数据。利用此方法对长江中下游成矿带鄂东矿区铜绿山大型Cu-Fe-Au矽卡岩矿床石榴子石进行面扫描分析。仅使用15min的样品面扫描数据,在获得了微量元素含量分布的同时,也获得了同位素比值虚拟点,交点年龄为139.2±2.9Ma(MSWD=0.7,n=126),与前人矿床研究结果相一致,验证了此方法的可行性。利用LA-ICP-MS面扫描定年技术不仅可以获得样品元素含量的二维分布图,有利于对样品期次的筛选,剔除包裹体等异常数据;还可以避免点分析中深度分馏和繁复的选点流程及二次分析等步骤,在获得样品元素含量分布的同时获得矿物年龄,为当前矽卡岩型矿床相关的关键金属研究提供了更为便捷的方法。