中国化工矿产成矿规律与百年勘查成果及新一轮找矿突破行动建议——《中国矿产地质志•化工矿产卷》研编

我国化工矿产种类较齐全, 资源也较丰富, 是世界上化工矿产种类比较齐全、探明资源量较多的少数几个国家之一。100年来, 对20多种化工矿产开展了地质找矿工作, 重点勘查评价了磷、硫、钾盐、硼、萤石、重晶石、芒硝、石膏、盐矿、明矾石、天青石、天然碱、砷(雄黄、雌黄)、硝石、化工灰岩等矿种, 新发现和扩大资源规模的矿产地7 000多处, 其中大中型矿区1 700余处, 为我国化肥工业和化学工业的发展提供了资源保障。在我国几乎所有的地质时代和各种主要的地质构造单元都有化工矿产产出, 本次《中国矿产地质志?化工矿产卷》研编梳理了重要化工矿产矿床类型, 总结了其空间分布规律, 共划分了41个重要的化工矿产Ⅲ级成矿区带, 33个矿集区, 并圈定3级预测区922个。在新一轮找矿突破战略行动中, 要重点加强钾盐、硼矿、磷矿、萤石矿等4个战略性化工矿产的地质勘查工作。     

我国煤矿瓦斯抽采与利用发展历程、技术进展及展望

为加快推进煤矿瓦斯抽采与利用技术的研发与应用,通过系统梳理我国煤矿瓦斯抽放向瓦斯抽采的转变的发展历程,总结归纳我国典型煤矿瓦斯精准高效抽采技术,全面介绍煤矿瓦斯安全集输与全浓度利用技术最新应用情况,以期为加速发展煤矿瓦斯抽采与利用技术、实现甲烷减排、助力碳达峰碳中和(“双碳”)目标提供借鉴。20世纪30—50年代是我国煤矿瓦斯抽放的起步阶段,主要在辽宁抚顺、山西阳泉、重庆天府等矿区采用井下钻孔法抽放本煤层瓦斯和上邻近层瓦斯保障采掘安全;60—70年代,黑龙江鸡西、贵州水城等矿区采取边掘边抽措施防治瓦斯超限与事故,取得了良好效果,开发了邻近层瓦斯抽放技术,针对低透气性煤层试验了煤层水力割缝、控制预裂爆破、水射流扩孔等方法;自20世纪80年代开始,随着工作面瓦斯涌出量大幅度增加,有针对性地应用本煤层瓦斯预抽、邻近层瓦斯抽放和采空区瓦斯抽放等多种方法对卸压瓦斯进行了有效抽放,但瓦斯利用进展缓慢。进入21世纪后,对煤矿瓦斯的认识已由单一灾害属性向灾害与资源共生属性转变,逐步实现了变瓦斯抽放为瓦斯抽采,结合不同矿区瓦斯地质条件差异性形成了以山西晋城“四区联动”井上下联合抽采模式、安徽两淮碎软低渗煤层保护层开采模式以及重庆松藻水力强化增透模式为典型代表的瓦斯抽采模式,研发形成了水封阻火泄爆、干式阻火器、细水雾和自动喷粉抑爆等安全输送技术与装置,迄今已获得广泛应用。在瓦斯利用方面,研发应用了瓦斯发电、直流氧化、多孔介质燃烧、蓄热氧化、乏风瓦斯掺混氧化等技术,为煤矿瓦斯“全浓度”利用提供了技术支撑。煤矿瓦斯抽采仍然面临普适性差、成本高等难题,利用技术主要面临经济性差的挑战。煤矿瓦斯抽采与利用技术的发展方向,将聚焦至发展10 a规划区域瓦斯超前预抽采技术体系、扩展煤与瓦斯共采模式、源头优化瓦斯利用各环节、提升瓦斯抽采管网智能化水平、产−学−研−政联合攻关助力瓦斯利用项目落地等方面,实现煤矿瓦斯的全浓度利用,助力煤炭行业“双碳”目标的实现。     

Early Paleozoic Tectonic Evolution of the Chinese Southwest Tianshan Orogen: Implications from Detrital Zircon U-Pb Geochronology of the Biedieli Sedimentary Rocks, Northern Wushi Area, NW China

The Southwest Tianshan is the suture zone between the Central Tianshan and the Tarim Craton. To better illustrate the subduction polarity of the Southwest Tianshan Ocean, a systematic detrital zircon LA-ICP-MS U-Pb geochronology of sedimentary rocks of the Devonian Apadaerkang Formation and the Carboniferous Akeqiayi Group of the Biedieli area in the Wushi region is the focus. Detrital zircon ages indicate that the youngest grains of the targeted quartz sandstones are Late Devonian and Early Carboniferous in age, respectively. These ages also have relatively similar age spectra, indicating a similar tectonic setting and source in the Biedieli area during the Devonian to Carboniferous. The main spectrum peaks occur at 2360, 1960, 810, 640 and 440 Ma, with a principal age peak in the early Paleozoic (474–430 Ma), and the Central Tianshan Terrane is indicated as the main source. The detrital zircon geochronology and sedimentary characteristics of the Biedieli rocks indicate that the Paleozoic sedimentary rocks in the northern Wushi region were formed at an active continental margin, associated mainly with the early Paleozoic subduction of the South Tianshan Ocean.     

新疆瓦石峡南锂铍矿地质特征以及磷灰石对成矿的指示

新疆阿尔金地区近几年在稀有金属找矿方面取得了重大突破, 新发现了瓦石峡南、阿亚克、吐格曼、稀长沟等多个稀有金属矿床。瓦石峡南锂铍矿位于阿尔金成矿带的西段, 由新疆地质矿产局第三地质大队于2020年发现, 共圈定伟晶岩脉20余条, 含稀有金属花岗伟晶岩脉9条, 现阶段勘查和研究程度较低。本文以矿区ρ9号脉含锂花岗伟晶岩脉中的磷灰石为研究对象, 通过开展矿物学和地球化学特征分析, 探讨其对花岗伟晶岩成矿的指示作用。显微镜和背散射图像观察显示, 磷灰石可分为岩浆期和热液期两个期次。电子探针和LA-ICP-MS分析表明矿脉中磷灰石主要为氟-羟基磷灰石, 地球化学特征指示ρ9号脉含锂花岗伟晶岩源于地壳物质部分熔融, 是具有S型花岗岩特征的富磷花岗伟晶岩(平均P2O5＞0.42%的高分异过铝质花岗岩), 形成于低氧逸度的还原环境。通过探讨矿区花岗质岩浆的来源、成岩环境以及磷灰石对成矿的指示, 推测瓦石峡南ρ9号脉含锂花岗伟晶岩的富磷特征是因为富磷过铝质岩浆体系对稀有金属的富集起到了促进作用。     

基于机载多基线PolInSAR的森林冠层高度反演

以美国航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)、欧洲航天局(European Space Agen-cy,ESA)、加蓬航天局合作的AfriSAR项目中的Lopenp和Mondah为实验区,以L波段的多基线全极化无人驾驶飞行器合成孔径雷达(unmanned aerial vehicle synthetic aperture radar,UAVSAR)数据为数据源,分别采用高度偏差(height variance,VAR)方法、偏心率(eccentricity,ECC)方法和平均相干幅度与分离度乘积(product of average coherence magni-tude and separation,PROD)方法、原点到拟合直线距离与分离度乘积(product of fitted line distance from origin and co-herence separation,LINE)方法进行基线选择,并基于地面随机体散射模型(random volume on ground,RVoG)三阶段方法反演森林高度,以激光雷达获取的相对高度RH100对两个实验区的森林冠层高度反演结果进行验证.结果表明:在植被高度较小时,利用4种基线选择方法反演的森林冠层高度均比较合理,但森林高度较大时,ECC和VAR方法的低估较为严重;在Lopenp实验区中,采用VAR方法选择基线时,总体反演精度最低,R2 和均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为 0.36、26.27 m;采用ECC方法选择基线时,总体反演精度优于VAR方法,R2 和RMSE分别为0.50、13.94 m;LINE 方法的 R2 和 RMSE 分别为 0.72、8.71 m,PROD方法的R2 和RMSE分别为 0.72、8.55 m.4种基线选择方法中,PROD和LINE方法的总体反演精度明显优于ECC和VAR方法.Mondah实验区结果的规律与Lopenp实验区的一致,说明利用多基线极化合成孔径雷达干涉测量(polarimetric interferometric synthetic aperture ra-dar,PolInSAR)技术反演森林冠层高度时,基线选择方法对反演结果有重要影响.     

天津一次夜间极端短时强降水的中尺度特征及成因探究

为研究天津夜间极端短时强降水的中尺度特征及成因,利用加密自动气象站资料、分钟降水资料、多普勒天气雷达资料、风廓线资料及ERA5再分析资料,对2022年7月3日夜间发生在天津的一次极端短时强降水进行了分析。结果表明：此次强降水发生在500 hPa无明显低值天气系统、低层也无天气尺度低空急流背景下,主要由中小尺度天气系统强迫造成,具有明显的局地性、突发性、极端性。造成降水的β中尺度对流系统以组织性较高的多单体风暴形式呈现,其由零散回波组织合并形成,呈现出大陆强对流型回波特征。高温高湿环境下,边界层暖式切变线的增强与地面中尺度辐合线相配合,加之中层干冷空气入侵导致不稳定性增强,对流得以触发。初始对流形成的冷池与环境风构成清晰且不规则的出流边界,冷池强迫作用导致出流边界前侧有γ中尺度涡旋形成。夜间边界层惯性振荡导致的非地转风顺转以及逐渐形成的逆温层结,促使来自海上的东南暖湿气流不断加强为边界层急流,并造成0.1~2.5 km垂直风切变相应增大,低层风切变与逐渐增强的冷池之间相互作用并达到短暂平衡,因而使得出流边界前侧涡旋不断增强并自下而上发展,与涡旋相伴随的强动力辐合直接导致分钟级雨强快速增长并持续数分钟,最终导致了极端短时强降水的出现。研究结果为预测华北地区夜间局地短时强降水并探索其发生发展机制提供了一定的参考依据。     

基于加密观测的重庆暴雨预警等级标准确定

基于重庆市2011—2021年2066个加密观测自动气象站小时雨量和暴雨灾情数据,利用暴雨过程滑动抽样和百分位法确定区县暴雨预警信号发布标准及全市暴雨灾害风险预警等级标准,为重庆地方部门启动暴雨应急响应提供参考。结果表明：重庆设气象主管机构的34个区县累计发生5363次暴雨过程,平均每个区县每年出现14.3次,选取1、3、12 h作为暴雨过程预警信号发布参考历时;各历时雨量升序排列后按照30%~50%、70%~80%、90%~95%、99%~99.9%百分位区间取整,得到暴雨蓝、黄、橙、红预警等级阈值分别是：1 h-30-50-70-100 mm,3 h-50-70-100-150 mm,12 h-70-100-150-250 mm;区县不同预警信号的致灾概率随信号增强、历时增加而增大,综合各历时最高预警等级和最大致灾概率,各区县平均每年发布暴雨蓝、黄、橙、红预警5.4、4.0、1.3、0.18次,致灾概率分别是30%、60%、85%、95%;全市累计出现114次区域暴雨过程,根据暴雨过程可能受灾区县个数发布暴雨灾害风险预警等级,平均每年发布Ⅳ级5.3次、Ⅲ级3.1次、Ⅱ级1.6次、Ⅰ级0.1次,与区县预警信号发布频次基本一致,符合预警发布规律。     

浙南仙居盆地水化学特征及成因分析

仙居盆地是浙南诸河流域主要盆地和社会经济活动区域。为揭示盆地内地表水和地下水的水化学特征,综合利用数理统计、Piper三线图、主成分分析和离子比等方法对盆地内地表水及浅层地下水进行水化学统计分析及成因判别。结果表明,仙居盆地水化学类型主要为HCO3-Ca·Na型,阳离子以Ca2+、Na+为主,阴离子HCO$_3^{-}$为主。${rm{NO}}_3^{-}$、Cl−变异系数较大;地下水溶解性总固体为45.50~288.00 mg·L−1,地表水为20.10~95.80 mg·L−1。盆地内水化学特征主要受岩石风化及人类活动影响,Ca2+、Mg2+、HCO$_3^{-}$主要来源于硅酸盐岩溶解,其次为碳酸盐岩;K+、Na+、Cl−主要来源硅酸盐岩溶解,部分来自于人类活动输入;NO$_3^{-}$则主要来源于人类活动,其中地表水质量主要受工矿业的影响,地下水质量受工矿活动及农业、生活污水等多种因素影响。研究成果可为区域水资源合理开发利用及保护提供依据。     

岩溶洞穴救援体系构建研究

完善的岩溶洞穴救援体系、促进岩溶地区体育产业和旅游行业发展,对岩溶洞穴旅游具有重要现实意义。文章通过对国外洞穴救援成果及洞穴救援手册分析洞穴救援要素,结合我国救援主体和洞穴救援技能特性以及贵州实际,构建贵州洞穴救援组织架构及救援响应机制。依据贵州洞穴发育特征和洞穴事故发生概率及性质,部署贵州洞穴救援力量。根据我国救援体制和洞穴救援人员技能需求及其分布特性,建立统一指挥平台和洞穴救援专家库（消防队洞穴救援专家,洞穴协会会员洞穴救援专家）,实现指挥中心统一调度,政府与社会力量共同作战。完善的洞穴救援体系有利于合理利用资源,实现洞穴救援有序高效实施。