海底硬岩钻探的现状与前景分析

海底硬岩是世界大洋钻探实现“莫霍钻”目标必然钻遇的地层。世界大洋钻探实施的航次中已多次钻遇海底硬岩,不仅采获了岩心样品,也在钻进施工中发现了诸多问题。本文搜集了近年来世界大洋钻探实施的309、312、335、360和384等有关海底硬岩钻探航次的资料,在对航次情况简要介绍的基础上,重点阐述了目前海底硬岩钻探在钻头、井壁稳定以及取心工具等方面遇到的挑战以及采取的应对措施,并对今后海底硬岩钻探的发展进行了展望。     

天然气水合物样品带压转移装置的抓捕机构设计

在天然气水合物岩心样品的带压转移过程中,岩心衬管抓捕装置是实现样品转移的关键。岩心抓取是在岩心管内进行,属于非可视化操作过程,同时岩心样品和抓捕器都处于高压液体中,岩心衬管与岩心管之间的间隙非常小,要保证岩心样品的原位状态,对岩心抓捕装置的结构设计、精准定位、快速抓取和释放都有很高的要求。根据该装置所需实现的抓取、拖动、定位和释放功能,设计挂盘自锁和触碰解锁机构,探针抓取衬管,经过室内抓捕实验,该机构可以顺利抓捕和解卡,其结构简单,能在压力状态下进行岩心转移,加快了天然气水合物样品的带压转移装置的研究进展。     

洗砂泥浆压滤脱水性能及快速检测方法

工程渣土在水洗砂过程中产生的洗砂泥浆存在脱水效果差、不稳定的问题,这与泥浆的脱水性能密切相关。通过模拟现场洗砂工艺获得不同脱水性能的洗砂泥浆,开展了改进滤失试验及模拟压滤试验,研究了洗砂泥浆脱水性能受洗砂工艺的影响规律,获得了一种能够快速表征泥浆脱水性能的指标,用以指导优化渣土洗砂工艺。结果表明：洗砂泥浆脱水性能受洗砂粒径和加水量影响明显,滤失量及渗透系数与脱水性能有较好的相关关系;而30 min滤失量与最终滤失量、最终泥饼含水率呈现较好的相关性,能够较准确地反映泥浆脱水性能;经模拟压滤试验进一步验证,30 min滤失量可以作为洗砂泥浆脱水性能的快速表征指标。基于此提出了一套洗砂泥浆脱水性能的快速检测及工程渣土洗砂工艺优化方法,能够及时为洗砂工艺参数调整提供指导,以获得脱水性能较优的洗砂泥浆,最终使脱水效果得以改善和稳定。     

钙质砂一维蠕变分形破碎特性宏微观试验研究

钙质砂是远洋地区港口、机场和民用建筑等构筑物的天然地基材料。通过钙质砂一维压缩蠕变试验和微观结构测试,发现了蠕变前后表面孔隙面积减小且呈分散分布的规律以及试验过程中试样瞬时变形、快速变形和衰减变形特征与粒径的高度相关性;利用基于分形理论改进的相对颗粒破碎率和质量分形维数描述了蠕变前后颗粒破碎程度,得到了分形维数和蠕变与时间的衰减形态曲线关系以及宏观质量分形维数和微观表面分形维数的线性关系,并在此基础上对单一粒径组钙质砂蠕变过程中的分形破碎行为进行了多尺度分析和宏微观跨尺度关联性研究,获得了蠕变过程中颗粒破碎发展以及微观孔隙变化规律,证明了钙质砂蠕变过程中的颗粒重组排列、破碎和研磨行为,揭示了钙质砂蠕变机制。     

描述饱和黏性土应变软化的弹塑性双面模型

常规三轴压缩试验中具有较强结构性的黏性土在围压较低时其应力−应变关系会呈现应变软化现象,一般还伴有塑性变形,通常土体内部结构损伤是应变软化产生的主要原因。考虑到采用经典塑性理论描述材料的应变软化不仅会违背 Drucker 的稳定性假设,而且也不能描述卸载塑性。因此,基于修正剑桥模型及 Li 和 Meissner 提出的塑性硬化准则,建立了一个描述饱和黏性土不排水应变软化的弹塑性双面模型。该模型以应力−应变曲线的峰值点分界,将应变硬化和应变软化分别作为独立的加载事件进行分析,同时引入新的结构性参数表征剪切过程中土体结构损伤导致的塑性刚度衰退。对不同固结状态饱和结构性黏土的三轴固结不排水压缩试验结果的模拟表明,所建模型能够较好地描述饱和黏性土的不排水应变软化特性。     

滇东南都龙Sn-Zn多金属矿床交生硫化物微区主量元素、硫同位素特征及成因研究

都龙Sn-Zn多金属矿床位于滇东南老君山锡锌钨多金属成矿区南部,是中国3大锡石硫化物矿床之一。该矿床发育闪锌矿-黄铜矿-磁黄铁矿密切共生结构,即硫化物交生结构。文章利用电子探针和LA-MC-ICP-MS对具有交生结构的闪锌矿-黄铜矿-磁黄铁矿和毒砂进行了微区主量元素和硫同位素测试,以期明确其成因及硫的来源。主量元素测试结果显示,闪锌矿中的w(Zn)为52.23%~57.22%,w(S)为33.06%~36.10%,w(Fe)为9.92%~12.24%,w(Cu)为0.11%~0.30%;黄铜矿中的w(Cu)为33.95%~35.08%,w(S)为33.49%~35.27%,w(Fe)为30.74%~31.41%,w(Zn)为0.04%~1.50%;磁黄铁矿中的w(Fe)为49.30%~51.94%,w(S)为38.36%~39.69%,w(Zn)为9.35%~11.01%,w(Cu)为0.05%~0.15%。磁黄铁矿和黄铜矿包裹体边部和核部成分均一,且投影点全部落在固溶体出溶区域,说明都龙矿床交生闪锌矿-黄铜矿-磁黄铁矿是固溶体分离成因。原位S同位素分析结果显示,闪锌矿的δ³⁴S为0.9‰~3.2‰,磁黄铁矿的δ³⁴S为0.6‰~2.1‰,毒砂的δ³⁴S为2.9‰~4.2‰,黄铜矿的δ³⁴S为0.6‰~2.8‰,均显示为岩浆来源特征。主量元素温度计估算的闪锌矿-黄铜矿的形成温度介于285~394℃,指示该矿床主要硫化物形成于中高温阶段。     

云南广南早泥盆世新发现文山鱼及相关地层问题讨论

迄今为止,纸厂文山鱼（Wenshanaspis zhichangensis Zhao,Zhu et Jia,2002）仅在文山古木地区发现唯一一件较为完整的头甲;笔者等通过全面系统的古生物化石调查,在云南文山广南珠街一带下泥盆统坡松冲组首次采获了一件较为完整的纸厂文山鱼化石标本,这一发现拓宽了纸厂文山鱼的分布范围,丰富了化石层段层序地层的研究,对早泥盆世古地理面貌恢复提供了有力的化石证据。通过与正型标本的对比,新发现一个连接眶上管与侧背管的椭圆形开孔,并对其功能作了分析讨论。     

人类活动影响下伶仃洋沉积格局演变特征

根据2016年伶仃洋128个表层沉积物粒度参数以及前人对伶仃洋表层沉积物的研究成果,结合Flemming沉积动力判别图解和粒径趋势分析模型（GSTA）,分析伶仃洋40年来的沉积格局演变特征,并探讨了人类活动在伶仃洋沉积格局演变中的作用。结果显示:1）2016年,伶仃洋表层沉积物中粉砂组分含量最多（56.67%）,黏土组分含量其次（26.08%）,砂含量最少（17.23%）,湾内表层沉积物总体较细,主要有砂、砂—粉砂—黏土、砂质粉砂、粉砂质砂和黏土质粉砂5种类型,各类型沉积物呈现斑块状分布。2）近40年来,伶仃洋表层沉积物的平均粒径、粒级组分的空间格局发生了显著变化,从之前的条带状分布变为斑块状分布,但沉积格局的剧烈演变主要集中于2004—2016年这十多年间,Flemming三角图分区变化显示出40年来伶仃洋沉积环境整体表现出动力增强的趋势。3）受人类大规模采砂影响,中滩区域原有的完整沉积中心被分散,分别向北和向南形成“两格局、三中心”的新型沉积模式,从而改变伶仃洋的沉积物源—汇过程。4）伶仃洋沉积物空间分布、沉积动力环境、运移趋势等特征的变化与采砂、航道浚深等人类活动有着密切的联系,反映出人类工程活动已成为影响伶仃洋沉积格局演变的重要因素。     

Petrogenesis of Late Ordovician intrusive rocks in the West Kunlun orogenic belt: Constraints on the subduction process of the Proto-Tethys OceanSCIEI北大核心CSCD

西昆仑造山带发育有大量的早古生代岩浆岩,它们的形成与原特提斯洋俯冲-碰撞密切相关,然而,对于这些岩浆岩的岩石成因和形成的构造背景仍然存在较大的争议。本文对西昆仑造山带早古生代阿喀孜二长岩和赛图拉石英闪长岩岩体开展了详细的矿物学、锆石U-Pb年代学、全岩地球化学和Sr-Nd-Hf-O同位素研究,以探讨这些侵入岩的岩浆源区与成因,揭示原特提斯洋在这一时期的构造演化过程。这两个岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为456±2Ma和452±2Ma,指示它们形成于晚奥陶世。阿喀孜二长岩具有富碱(K_(2)O+Na_(2)O=10.5%~11.8%)、富钾(K_(2)O/Na_(2)O=1.20~1.44)特征,相对低MgO(0.89%~0.97%)、TiO_(2)(0.42%~0.45%)含量,富集Rb、Th、U等大离子亲石元素,且具有较高的全岩锆饱和温度(T_(Zr)=814~862℃),属于钾质碱性岩石。该岩体具有较高的(^(87)Sr/^(86)Sr)_(i)值(0.72057~0.72186),负的全岩ε_(Nd)(t)值(-5.1~-4.5)和负的锆石ε_(Hf)(t)值(-7.6~-3.4),以及较高的锆石δ^(18) O值(5.39‰~7.94‰),表明其源区可能为伸展环境下古老基性下地壳部分熔融。赛图拉石英闪长岩SiO_(2)含量为56.8%~58.6%,全碱(Na_(2)O+K_(2)O)含量为5.75%~6.39%,具有较低的铝饱和指数(A/CNK=0.85~0.89),相对高的MgO含量(2.93%~3.41%)以及Mg^(#)值(~45),为高钾钙碱性系列岩石。它们富集大离子亲石元素(Rb、Ba、Th)和亏损高场强元素(Nb、Ta、Ti),且具有微弱的Eu异常(δEu=0.72~0.77),类似于俯冲带岩浆岩地球化学特征。这些石英闪长岩具有相对高的(^(87)Sr/^(86)Sr)_(i)比值(0.71317~0.71322),负的全岩ε_(Nd)(t)值(-5.6~-5.1)和负的锆石ε_(Hf)(t)值(-7.8~-2.9),与同时期来源于富集地幔的基性岩同位素特征相似,表明赛图拉石英闪长岩岩浆可能是由俯冲板片流体交代的富集地幔楔部分熔融形成,并在岩浆演化的过程中经历了橄榄石、辉石、角闪石、磷灰石和Fe-Ti氧化物等矿物的分离结晶作用。结合同位素和数字模拟计算(Rhyolite-MELTS)结果表明,赛图拉石英闪长岩可能由塔里木克拉通南缘玄武质岩浆的分离结晶而成。综合前人研究,本文提出晚奥陶世阿喀孜二长岩和赛图拉石英闪长岩形成于原特提斯洋向北俯冲相关的活动大陆边缘环境,该时期原特提斯洋板片回撤,诱发软流圈地幔的上涌,从而产生了大量的弧岩浆岩。     

基于机器学习的表层土壤成矿元素空间预测: 以稀有金属铷元素为例

近些年随着土地质量地球化学调查工作的开展,获取了大量表层土壤样品数据。然而,这些数据也存在一个明显的缺陷,即1∶50 000大比例尺表层土壤数据往往缺少成矿元素。鉴于土壤成矿元素含量对于矿产资源勘查的重要指示作用,尝试基于现有数据对大比例尺表层土壤成矿元素含量提供一个补全方案。以稀有金属铷元素为例,采用随机森林算法把同一区域2 548组1∶250 000小比例尺表层土壤数据按照8∶2的比例随机分为两组,用80%的数据进行训练建模,20%的数据对模型进行验证。采用变量重要性度量排序和构建学习曲线的组合方法优选了8种元素(K、B、Ni、V、Zn、As、Co、Cu)作为预测变量,模型对训练数据和测试数据的拟合优度R²分别达到0.983 2和0.895 6,说明预测变量的优选方法是有效的。随后将1∶50 000表层土壤的上述预测变量数据作为输入变量导入模型中,得到预测的Rb元素含量,预测结果比较符合实际特征。本研究表明将大数据机器学习随机森林算法引入表层土壤地球化学元素含量空间定量预测具有可行性,可进一步拓展土地质量地球化学数据的服务应用维度。