西藏南冈底斯叶巴火山弧的构造-地层属性及其演化

南冈底斯岩浆岩带出露的一套早—中侏罗世火山-沉积建造经历了多期构造变形,致使这套火山-沉积层序发生了强烈的面理置换,形成了典型的构造-岩石地层。依据造山带地层划分方法将叶巴火山弧厘定为叶巴岩群,并根据内部岩性组合特征和构造变形特征将其进一步划分为邦堆岩组、叶巴岩组、甲玛岩组。运用构造解析原理划分了3期构造变形事件。第一期构造变形为脆-韧性剪切变形,剪切方式为纯剪占优的一般剪切变形,透入性面理S₁普遍置换层理S₀(S₁∥S₀),伴生倾伏向85°~100°陡倾的拉伸线理,运动学指示顶面朝西运动,存在左行和右行两个方向的剪切旋转碎斑共存的现象;EBSD实验结果显示变形的温度≤380 ℃,石英颗粒细粒化明显,重结晶方式为亚颗粒旋转重结晶;⁴⁰Ar-³⁹Ar年代学结果表明该期构造变形时代约为79 Ma,其可能代表新特提斯洋板片低角度(平板式)俯冲引起在弧后挤压背景下形成的挤出构造。第二期构造变形表现为S₁面理发生纵弯褶皱变形形成的轴面劈理S₂,轴面产状倾向北或南,倾角40°~70°,枢纽向西或北西西倾伏;结合区域地质演化特征,认为其可能是在晚白垩世(79~68 Ma)南北向持续的挤压应力条件下,南冈底斯弧后盆地整体向上挤出,引发上地壳缩短、加厚进而导致褶皱作用的发生。第三期主要为浅层次膝折构造和近东西向正断层,最大主压应力方向为铅直向,最小主压应力方向(伸展方向)为近南北向;结合区域构造演化特征,认为该期变形可能代表渐新世末—中新世初期(23.74~21.1 Ma),印度岩石圈或青藏高原岩石圈或两者组合的拆沉作用引起冈底斯岩基隆升(主要动力学机制)和GCT活动并共同作用导致近南北向伸展滑覆事件发生。     

国内外基础地质数据更新现状与思考

在大数据、云计算、移动互联网等信息技术的推动下,地质科研范式正由过去的经验范式、理论范式向数据密集型范式转变。基础地质数据是国家基础性、战略性、公益性地质调查工作成果,反映了地质调查的精度和质量,是地质调查工作创新、服务和可持续发展的基点与源泉,决定了地质调查事业发展的战略制高点和竞争力。在以密集数据为基础的科学研究第四范式即将来临之际,基础地质数据的数量、质量和更新时效已成为衡量一个国家地质调查工作水准的基础标准之一。大部分国家按照严格的技术标准实现了基础地质数据库的实时更新和基础地质数据与图件的一体化表达,并面向社会需求研发出类别丰富的地质数据衍生产品。我国虽然建成了地质云平台,实现了一批数据库的汇聚和共享,但基础地质数据更新机制尚不健全,影响了宏观尺度的地质认知水平;基础地质数据更新标准与技术刚刚提上日程,制约了地质调查工作的支撑服务能力;基础地质数据研发服务能力不足,限制了数据更新的外在需求。基于此,本文提出了依托地质云平台构建基础地质数据更新体系的建议:一是建立“地质云节点一盘棋”的数据更新工作机制;二是构建全国统一的基础地质数据更新标准体系;三是构建“大数据、智能化和在线化”三位一体的数据更新技术体系;四是打造多方稳定协同的数据更新队伍体系。     

岩溶关键带水文地球化学研究进展

岩溶关键带处于岩石、水、土壤、大气、生物五圈交汇地带。正确认识岩溶关键带的结构、特点及其水文地球化学过程是当前地球关键带与岩溶水科学研究的重点问题。本文基于对国内外相关研究成果的归纳整理,剖析了岩溶关键带水文地球化学内涵、岩溶关键带水动力垂向分带、岩溶关键带框架下的水文地球化学过程与机制, 探寻变化环境下岩溶关键带水文地球化学过程演变的规律与驱动机制。指出了当前研究中存在的薄弱环节:目前工作仅停留在传统岩溶地下水科学工作范畴,未从岩溶关键带框架体系的角度考虑植物冠层至岩溶含水层之间水文地球化学过程及其耦合关系,未考虑新污染物持续输入、地球大数据科学工程深入实施、全球碳排放路径逐渐改变等时代因素对岩溶水文地球化学研究的潜在影响。进一步的研究可以从以下方面开展:基于岩溶关键带框架体系的新污染物水文地球化学研究,基于大数据框架体系的岩溶水文地球化学研究,“双碳战略”下的岩溶水文地球化学研究,岩溶关键带水文地球化学驱动的物质转化与能量迁移过程及其耦合以及高分辨率监测、评估与模拟手段的综合应用。     

祁连山地区花岗质岩浆作用及构造演化

祁连山在构造上是一条经历了多期构造旋回叠加的早古生代复合型造山带,花岗质岩浆作用研究对揭示其构造演化具有重要意义。锆石U-Pb年代学统计结果表明,祁连地区花岗质岩浆活动可以分为7个大的阶段,包括古元古代早期(2 470~2 348 Ma)、古元古代晚期(1 778~1 763 Ma)、中元古代晚期-新元古代早期(1 192~888 Ma)、新元古代中期(853~736 Ma)、中寒武世-志留纪(516~419 Ma),泥盆纪-早石炭世(418~350 Ma)以及中二叠世-晚三叠世(271~211 Ma)。其中古元古代早期发育强过铝质高钾钙碱性S型和准铝质低钾拉斑-高钾钙碱性I型花岗岩,记录了早期的陆壳增生及改造事件。古元古代晚期为准铝质-弱过铝质高钾钙碱性-钾玄质A型花岗岩,是Columbia超大陆裂解事件的产物。中元古代晚期-新元古代早期以过铝质-强过铝质钙碱性-钾玄质S型花岗岩为主,新元古代中期以准铝质-强过铝质钙碱性-高钾钙碱性A型花岗岩为主,分别对应Rodinia超大陆的汇聚和裂解事件。中寒武世-志留纪花岗岩是洋陆转换过程中的产物,约440 Ma加厚基性下地壳部分熔融形成的低Mg埃达克岩的广泛出现指示祁连地区全面进入碰撞造山阶段。泥盆纪-早石炭世花岗岩代表后碰撞伸展阶段岩浆岩组合,发育准铝质-强过铝质低钾拉斑-钾玄质等一系列花岗岩。中二叠世-晚三叠世花岗岩以准铝质-弱过铝质钙碱性-高钾钙碱性I型花岗岩为主,有少量弱过铝质高钾钙碱性A型花岗岩,是宗务隆洋俯冲消减以及碰撞后伸展过程的产物。     

泰国湾表层沉积物陆源碎屑的粒度特征及其展现的沉积动力环境

海洋碎屑沉积物的粒度特征是海底沉积动力环境的直接体现,是用来研究海洋动力环境变化的重要手段,尤其是陆架海底表层沉积物的粒度分布,对于研究沿岸和水柱底边界层现今海洋动力环境可起到重要作用。该项研究通过调查遍布泰国湾至湄公河口海底表层沉积物陆源碎屑的粒度分布特征,以期获得影响现今特定海域沉积作用的海洋动力环境过程。粒度分析的结果显示,泰国湾表层沉积物的陆源碎屑以细砂-细粉砂为主,分选总体较差,频率分布以正偏为主。其中,细砂-极细砂组分主要分布在曼谷湾和柬埔寨沿岸。湄公河岸外沉积物为细砂,且分选比泰国湾区域的沉积物要好。这些表层沉积物的粒度特征具有良好的环境变化指示作用。湄公河岸外分选较好、近于正态分布的中砂沉积物指示了波浪作用下的沉积环境。曼谷湾和柬埔寨沿岸分选较差的中砂-细砂粗粒沉积物反映了潮汐和波浪的共同作用;泰国湾东西沿岸区域分选中等、呈正偏态的极细砂-中粉砂沉积物体现了潮汐的控制作用;而泰国湾中部分选较差的沉积物则指示了表层洋流作用。研究表明,泰国湾和湄公河岸外表层沉积物陆源碎屑的粒度分布特征可用于区分不同海洋动力因素的控制作用,揭示出泰国湾的沉积动力环境主要受潮汐、波浪和洋流的共同影响,湄公河岸外的沉积动力环境主要受波浪的影响。     

深海海底边界层原位观测系统研发与应用

为进一步研究南海北部陆坡海洋动力过程对深海海底边界层的影响,研发了“深海海底边界层原位观测系统(In-situ Observation System for Bottom Boundary Layer in Abyssal Sea)”,ABBLOS。观测系统主体为坐底式深海运载平台,最大工作水深可达6 700 m(实际工作水深取决于搭载设备的耐压水深),是研究深海海底边界层问题的重要技术创新。观测平台由上下两部分框架结构组成,上部框架用于搭载和回收观测设备,下部支撑架为配重,并且用于提供距离海底1 m的观测空间;同时创新性地设计了“卡槽定位-螺栓紧固”的连接方式连接上下两部分,连接方式简单可靠,保证了平台回收成功率。ABBLOS集成了75 k-ADCP、高频ADCP、ADV、高精度压力计、海底摄像机等设备,以及甲烷、温盐深、浊度、溶解氧、氧化还原电位等传感器,首次实现了内波、中尺度涡等海洋动力过程与海底边界层物理化学参数的动态变化同步观测,特别是可以观测距离海底1 m高度范围的水体流速剖面,并且达到7 mm一层的垂向空间分辨率。研制完成后,2020年在南海北部陆坡神狐海域655 m和1 405 m水深处分别成功布放并回收,观测时间共计34天,采集到观测站位上覆海水的流速剖面结构,捕捉到了平均周期为1天1次的内波作用过程,以及海底边界层的多种物理化学参数。初步分析655 m水深处的观测数据后,发现深海海底边界层的温度、压力、溶解氧、密度和盐度等参数受控于海洋潮汐过程,尤其是温度和压力的变化基本与潮汐周期同步。海底边界层氧化环境较为稳定,甲烷浓度由高变低,但是基本在海洋溶解甲烷平均浓度范围内。与潮汐相比,内孤立波对深海海底边界层水体的影响程度较小,但是明显可以引起沉积物的再悬浮,引起的海底边界层的海水浊度从背景值的0.01 NTU增大到48 NTU,海底摄像机也记录到了内孤立波期间深海底层海水突然变浑浊的过程,说明南海内孤立波可以影响海底沉积物的输运。     

5000 m新型能源勘探智能钻探装备与技术研究

结合我国地下新型能源勘探工作的重大需求,开展了“5000 m新型能源勘探智能钻探装备与技术”的研究,取得了5000 m多功能交流变频电动钻机、多参数孔底自动监测装置、高温环保泥浆及泥浆性能自动测量装置、取心和无心钻进不提钻互换钻具等系列成果,填补了国内空白,推动了新型能源深部钻探技术向智能化方向发展。     

深部地热能开发保温管技术研究现状及发展趋势

地热能是一种清洁的可再生能源,用地热能替代高碳能源是减少碳排放的有效途径之一。井下保温管技术是影响地热能开采效率的关键技术之一。本文从保温管的结构、材料、保温材料及制作工艺方面介绍了井下保温管的发展研究现状,指出纳米保温材料与真空油管的融合将是未来的发展趋势,真空纳米保温管是用于深部地热能开采的首选,同时也指出了真空纳米保温管的基础结构因素对保温性能的影响机制是研究的重点,为优化保温管的制作工艺、降本增效提供参考。     

贯入角度对截齿破岩性能与几何排布的影响研究

截齿贯入角度是双轮铣槽机布齿系统设计中的关键因素之一。基于连续−非连续单元法（CDEM）,建立截齿不同角度冲击贯入破岩的数值模型,通过断裂能本构模型实现岩体弹性−损伤−断裂的破裂过程,开展截齿有效角度50º～90º区间内的9组冲击贯入破岩模拟,研究贯入角度对截齿破岩性能的影响规律,讨论贯入角度对截齿几何排布的影响,总结布齿系统的截齿几何排布规律。结果表明,当贯入角度从90º降低到50º时,岩体由张拉−拉剪破裂向剪切−拉剪破裂转变,截齿平均贯入力与破碎程度提高,截齿的跃进式侵入特性的显著性减低;贯入角度为75º～90º的第I类截齿与小于55º的第III类截齿在破岩中起辅助作用,贯入角度为55º～75º的第II类截齿可在岩体内部产生范围较大的水平非贯通裂隙,在布齿系统破碎岩体过程中发挥主要作用;2个第II类截齿先后贯入岩体可较好地破碎截线间的岩体,可构成一类基本破岩单元,多个基本破岩单元按照正弦线形式排布,由此形成了一种布齿系统设计方法。研究成果为完善双轮铣槽机布齿系统设计方法,打破国外在双轮铣槽机布齿系统设计方法上的技术壁垒提供了理论基础。     

基于B-DEM的颗粒聚合体应力计算和破碎路径模拟

结合边界元法和离散元法,提出一种可以进行计算颗粒内部应力和破碎路径的方法。该方法利用离散元法求解颗粒的相互作用和每个颗粒上的荷载。然后利用边界元法计算颗粒的应力分布,为了实现动态平衡,将颗粒的加速度视为恒定大小的体力。但体力导致边界积分方程中出现域积分,故采用直线积分法将域积分转化为边界积分,以保证边界元法降维的优势。为了提高边界元的计算效率,对于几何形状相似的颗粒,以其中一个颗粒作为模板颗粒,只需要计算模板颗粒在局部坐标系中的系数矩阵,其他相似颗粒可以通过局部和全局坐标系之间的映射获得。在得到应力后,基于Hoek-Brown准则来判断颗粒是否破碎。此外,将破坏路径简化为直线,并采用最小二乘法拟合得到破坏路径。