伟晶质岩浆的同化混染与分离结晶(AFC)作用及铀成矿效应:以纳米比亚湖山铀矿为例

纳米比亚湖山铀矿位于达马拉造山带的中央南部地区,工业铀矿物为晶质铀矿,属于伟晶岩型铀矿床。关于不同矿石中铀元素的富集与沉淀机制还存在一定争议。为了揭示伟晶质岩浆演化与铀矿化作用的关系,本文对矿区内不同矿物组成的伟晶岩型矿石开展了岩石和矿物地球化学研究。野外及镜下鉴定结果显示,矿化伟晶岩可以分为“简单类型”矿体和“复杂类型”矿体。前者具有正常的花岗伟晶结构,晶质铀矿均匀分布于造岩矿物之间,矿化程度低到中等;后者表现出非均匀的结构特征,且矿化程度极高,晶质铀矿在成因上与大量黑云母团块有明显的空间联系。地球化学研究表明:在“简单类型”伟晶岩中,铀元素主要通过伟晶质岩浆的分离结晶作用富集;“复杂类型”伟晶质岩浆的演化则明显受控于同化混染作用,其铀矿化为岩浆同化混染与分离结晶(assimilation-fractional crystallization,AFC)作用产物。具体而言,外来基性组分(FeO,MgO,TiO₂,MnO)的混入导致“复杂类型”熔体中矿物的结晶顺序发生改变,长石类矿物的“延后”结晶为黑云母提供了更加有利的结晶空间和条件,促使黑云母以团块状聚集的形式产出。黑云母的大量析出会引发残余岩浆中UF_m^4-m络合物的水解,导致晶质铀矿在团块黑云母内部或周围沉淀。因此,本文有关“简单类型”和“复杂类型”产铀伟晶岩的研究,有效地揭示了岩浆演化过程与铀矿化机制,丰富了伟晶岩型铀矿床理论,为后期勘查开发提供了科学依据。     

基于机器学习的锆石成因分类研究

锆石是在自然界中多种温压条件下能够稳定保存,并记录原岩年龄信息的副矿物。锆石微量元素能完整记录地质演化过程信息。通过微量元素分析锆石成因的研究已久,通常利用Th-U图解和La_N-(Sm/La)_N图解等二元图解对锆石进行分类研究。然而,随着锆石研究的深入,以及二元图解无法呈现数据高维度信息的局限性,传统图解已经不能满足对锆石类型进行准确判别,且对已知类型的锆石出现判定偏差。因此,本文将地质大数据与机器学习相结合,训练出高维度锆石成因分类器。文中收集了3 498条不同成因类型的锆石微量元素数据,并通过测试和运用随机森林、支持向量机、人工神经网络和k近邻等4种机器学习算法,最终得出准确率为86.8%的线性支持向量机锆石成因分类器,用于锆石类型的判定与预测。这项工作为锆石分类研究提供了更高维度的判别手段,极大提高了微量元素分析成因结果的精度。将锆石微量元素数据与机器学习方法相结合,是大数据分析与机器学习技术在地球化学研究中的积极探索。     

考虑应力变化速率的岩石脆性评价指标

脆性作为岩石的重要的力学指标,对深部岩体性态评价以及灾害预防具有重要意义。岩石应力−应变曲线能够很好地表征岩石的脆性。考虑到现有基于应力−应变曲线的脆性指标大多都只对曲线的一部分进行分析,且少有指标能够准确地应用于岩石II类曲线中,对整体判断的缺乏可能会导致工程应用上适应性及可靠性不足的情况。针对现有脆性指标普遍存在的物理意义模糊、评估结果与岩石脆性的关系非连续等问题,综合考量岩石应力−应变曲线中峰前应力上升速率、峰后应力跌落速率以及峰值点应变值对岩石脆性的影响,提出了一种物理意义明确、计算结果与岩石脆性之间的关系是单调且连续的岩石脆性指数计算方法。选取国内外常用脆性指标对锦屏II级水电站大理岩和某铁路隧道花岗岩、变质砂岩以及片麻岩的单轴压缩试验数据进行脆性评价后进行比较,验证了指标的适用性。进一步将提出的指标应用于常规三轴试验条件下大理岩脆性分析,结果表明,该指标不仅能够量化和分类不同岩石的脆性特征,还能表征围压对岩石脆性的抑制作用。     

灼烧法中有机质与总有机碳换算关系的重建及其在页岩分析中的应用

有机质与总有机碳(TOC)的换算关系为wo=1.724×wTOC,难以满足当前页岩气开发的现场测定要求,需要作出修正。本文以鄂尔多斯盆地南部页岩样品为研究对象,在传统灼烧法基础上,采用X射线荧光光谱仪测定页岩组成,得出影响烧失量的因素;用热重-差热仪研究页岩灼烧情况,确定了无机盐不分解而有机质分解的最佳灼烧温度和时间。通过线性拟合灼烧法测得的有机质含量与仪器法测得的有机碳含量间的换算关系,建立了一种通过测定烧失量来换算总有机碳含量的新方法。在页岩最佳灼烧温度480℃,灼烧时间1.5 h条件下线性拟合建立了两种新的换算关系,获得TOC测定值与仪器法的标准值相对误差分别为1.691%、0.486%,检出限分别为0.41%、1.60%。综合它们的优缺点,可将测定页岩类样品的换算关系重建为wo=2.125×wTOC。重建的方法通过严格控制灼烧温度,解决了传统灼烧法中烧失量因无机盐高温分解造成有机质代表性不足的问题,可用于精确测定页岩中的有机质或有机碳含量。     

西秦岭温泉斑岩钼矿床岩浆-热液演化

西秦岭北缘广泛出露印支期中酸性侵入岩和相关的斑岩-矽卡岩矿床。温泉矿床位于该矿带东段,是其内已探明规模最大的斑岩钼矿床。温泉矿床发育多阶段热液脉体,黄铁矿作为其中的贯通性金属硫化物,其化学组成蕴含着岩浆-热液演化及金属沉淀过程等诸多信息,对于斑岩系统模型的厘定具有重要意义。温泉矿床热液脉体时序为:钾长石-黑云母-石英脉(A脉)、石英-黄铜矿脉、石英-辉钼矿脉(B脉)和石英-绢云母-黄铁矿脉(D脉)。A脉是斑岩系统岩浆-热液演化的最早期脉体,主要矿物组合为钾长石+黑云母+石英+黄铁矿±磁铁矿±磷灰石±黄铜矿,代表了引起早期基性岩浆矿物被蚀变为黑云母的流体通道;B脉与钾长石化蚀变关系密切,围岩中斜长石斑晶大量被蚀变为钾长石;石英-辉钼矿脉切割所有早期黑云母化-钾化蚀变阶段的石英-硫化物网脉,并形成于所有斑岩侵位之后,少量黄铁矿和黄铜矿共生于辉钼矿裂隙及边部;D脉是斑岩系统岩浆-热液成矿作用的最晚期事件,其主要被黄铁矿和石英及少量黄铜矿填充,发育晚期的绢英岩化和泥化蚀变,长石多发生破坏性蚀变。四个阶段石英网脉中黄铁矿电子探针分析显示,A脉的黄铁矿中Cu、Mo和Au含量均较低,有少量的金属硫化物(黄铁矿+黄铜矿)沉淀,但通常不能形成规模矿体;石英-黄铜矿脉的黄铁矿中Cu含量明显较高,且多与高品位Cu矿体的空间产出位置相一致,可能是斑岩系统伴随钾化蚀变作用主要的铜沉淀阶段;B脉的黄铁矿中Mo含量明显较高,与高品位钼矿体空间产出关系密切,可能代表了斑岩系统钼成矿作用的主要阶段;D脉的黄铁矿中Au含量明显升高,可能代表了金在斑岩系统岩浆-热液成矿作用的最晚期事件中的沉淀。     

云南昭通铅锌矿pH-logfo_2和pH-loga相图对铅锌共生分异的制约

云南昭通大型铅锌矿是滇东北矿集区乃至川滇黔铅锌成矿域铅锌矿床的典型代表。矿床具有明显的矿物组合分带性的特点,区别于典型的MVT型铅锌矿床。根据矿物组合特征构建、计算、绘制了该矿床的p H-logfo2、p Hloga相图,剖析了铅锌矿共生分异的形成机理。研究表明p H、氧逸度、组分浓度的协同作用造成了铅、锌的共生分异,对矿物组合分带起控制作用,且温度下降、氧逸度升高和p H升高有利于金属硫化物的沉淀,成功解释了昭通铅锌矿床独具特色的矿物分带地质特征。     

大地电磁测深反演技术有效性对比试验

设计了一个简单的三维模型:三维低阻异常体和高阻异常体位于一维层状介质模型中,以"十"字型和"米"字型观测剖面方式作为模拟方式,开展模型一维、二维、三维反演技术有效性对比试验,其中一维反演计算采用自适应正则化(ARIA)反演,二维反演计算采用非线性共轭梯度(NLCG)反演,三维反演计算采用REBOCC三维反演,将剖面下方不同的反演结果与原始模型进行对比分析,发现:在该模型条件下,一维和二维反演都能得到反映模型真实信息的结果,REBOCC三维反演更偏向重建原始模型的宏观电性特征;在一维反演结果中,对于深部的电性结构特征,通常TE极化模式的反演结果好于TM极化模式,TE/TM几何平均值反演结果介于前两者之间;在二维反演结果中,通常TM极化模式的反演结果好于TE极化模式,TE/TM联合模式反演结果与TM极化模型相当,甚至更好;模型REBOCC三维反演相比一维、二维反演更易受反演结果多解性影响,REBOCC三维反演结果偏向重建原始模型的宏观电性特征。     

网络并行电法与传统电法超前探测效果对比

网络并行电法是以分布式并行智能电极电位差信号采集方法为技术核心支撑的直流电法,其数据采集模拟地震勘探方式进行,与常规电法每次供电只能采得一个测点数据不同,并行电法每次供电可同时获得多个测点数据,是一种全电场观测技术。运用两种方法对龙岩市新罗区大弯煤矿和武平荧石矿进行超前探测试验对比研究,并经实际巷道掘进揭露验证,表明网络并行电法技术较传统电法技术效果更好,效率更高。     

鄂尔多斯盆地大牛地地区致密砂岩石英溶解作用及其对优质储集层的影响

储集层孔隙成因机制是致密砂岩储集层评价和预测必须解决的基本问题。本文以储集层微观分析为基础,对鄂尔多斯盆地大牛地气田石炭-二叠系致密砂岩储集层孔隙成因类型及其和优质储集层成因的关系进行了研究。结果表明,研究区致密砂岩储集层中碎屑石英颗粒存在明显的直接溶解现象,并形成了以石英溶解为主的储集空间类型,这种石英溶解是碱性成岩环境作用的结果,致密砂岩储集层的发育程度仍然和孔隙度以及组分的溶解作用有密切关系,碱不稳定矿物的溶蚀量一般为1%~23%,石英溶解型孔隙对储集层孔隙的贡献率一般可以达到60%~90%,碱溶蚀量达到5%以上时有利于优质储集层的形成;石英溶解作用较强的位置主要是颗粒边部的粒间孔隙周围,这种类型的溶解形成于储集层经历较强的压实成岩改造之后,所形成的溶解孔隙在后期的持续性压实过程中损失程度较低;石英溶解作用的强弱决定了储集层物性的最终发育程度以及优质储集层的形成。     

南京汤山温泉区地热水成因模式分析

汤山温泉是中国四大著名温泉疗养胜地之一,阐明其成因模式对于该温泉区的进一步开发和热水资源的可持续利用具有一定意义。基于硅-焓图解法和水文地球化学方法对其进行了系统研究,结果表明该区热储温度为90℃,岩溶热水与岩溶冷水、孔隙潜水和地表水之间在水化学和同位素组成上存在明显差异,地热井深度越大,冷水混入相对较少,地热水温度相对较高。经分析,该地热系统成因上属于中低温对流型。其补给区主要来自汤山山体(宁镇山区)及句容盆地东侧茅山山脉,循环深度为2.6~2.9 km,地热水通过汤山-东昌街断裂在浅部与区内NW向断裂、NE向断裂交汇形成温泉水。