喜马拉雅淡色花岗岩——关键金属Sn-Cs-Tl的富集机制

关键金属是全球高科技产业不可或缺的战略性资源,其富集机制和成矿作用是目前国际矿床学研究的热点之一。我们对喜马拉雅带吉隆和亚东地区淡色花岗岩开展系统的地球化学研究,发现侵入到藏南拆离系的淡色花岗岩含有较高的Sn、Cs、Tl、Be、W、B、Li和Bi。全岩元素地球化学分析表明,这些淡色花岗岩具有如下特征：（1）富集关键金属元素;（2）为原始岩浆经历斜长石、锆石、独居石、磷灰石、云母分离结晶作用后的残余熔体;（3）关键元素的富集和矿化与花岗岩高度分离结晶作用密切相关。随着分异程度的增强,岩浆变为富挥发分的高SiO₂体系,关键金属元素在残余熔体中富集,并且最后可能形成具有工业价值的矿床。由于地球化学特征的相似性,Cs和Tl呈类质同象替代钾、铷进入云母中。富集关键金属元素的花岗岩在时间上和空间上属于与藏南拆离系相关的同构造侵位花岗岩,藏南拆离系的活动促使了原始岩浆的广泛分离结晶作用,以及后期的关键金属元素（如Rb、Cs和Tl）的富集。     

藏南冈底斯岩基东段朗县杂岩早白垩世岩浆作用:新特提斯洋二次俯冲

新特提斯洋长期俯冲消减作用在早白垩世可能经历二次俯冲启动或板片俯冲几何形态的重大转换。确定西藏南部冈底斯岩基早白垩世岩浆作用的岩石地球化学特征和作用方式是甄别上述过程的关键,对理解新特提斯洋的俯冲演化过程至关重要。本文就冈底斯岩基东段朗县杂岩中保存的各类早白垩世岩浆岩,开展了锆石U-Pb地质年代学和Hf同位素、全岩元素和同位素（Sr-Nd）组成分析。数据结果表明：1）基性岩侵位时代为早白垩世晚期（103.6~100.8Ma）,为高钾钙碱性偏铝质岩石,锆石ε_Hf（t）=+0.3~+5.7,全岩ε_Nd（t）=-0.8和-0.3,暗示其岩浆源区具有大量俯冲沉积物或流体的混入,为沉积物熔体和流体交代的地幔楔物质部分熔融的产物,经历了一定程度的角闪石分离结晶作用;2）中性岩形成于99.8~97.6Ma,略晚于基性岩,其主量元素与基性岩具有较好的线性关系,全岩ε_Nd（t）=+1.1,具有较多的地幔物质参与,为基性岩浆进一步演化形成;3）酸性岩（脉体）记录了多阶段岩浆作用（124.1~95.3Ma）,根据同位素组成不同进一步划分为两类,第一类具有较低的全岩ε_Nd（t）值（-8.3~-6.0）,其岩浆源区显示富集特征,t_DM2=1385~1586Ma,由古老地壳物质的再熔融形成;第二类的锆石ε_Hf（t）值（-2.8~+3.2）变化较大,岩脉的锆石ε_Hf（t）=+0.4~+8.1,t_DM=428~906Ma,全岩ε_Nd（t）=+0.1和+0.8,表明岩浆源区具有不均一性,为古老地壳物质被富流体地幔岩浆改造形成;和4）镁铁质包体的主量元素与寄主花岗岩具有较好的线性关系,锆石的Hf同位素组成变化较大（ε_Hf（t）=-9.3~+4.1）,变化范围可达13个ε单位,为岩浆混合成因。寄主花岗岩和角闪辉长岩分别作为酸性和基性端元,是基性岩浆与其诱发古老地壳熔融形成的花岗质岩浆经混合形成。结合冈底斯岩基早白垩世岩浆岩的研究结果,朗县杂岩在早白垩世（124~97Ma）的岩浆作用具有明显的岩浆混合现象,锆石Hf和全岩Sr-Nd同位素组成变化较大,可达13个ε单位,其岩浆源区复杂且富含流体,代表了新特提斯洋在早期（240~144Ma）经历漫长的俯冲之后,在早白垩世时期（~120Ma）俯冲带发生跃迁或俯冲角度达到临界点,导致大量俯冲沉积物和流体沿俯冲带俯冲下去,与发生部分熔融的地幔楔物质混合,底侵导致上覆古老地壳物质的再熔融,形成早白垩世复杂的岩浆岩组合,很可能是新特提斯洋二次俯冲开始的标志。     

全风化花岗岩地层中高固相离析浆液灌浆机理研究

全风化花岗岩地层稳定性差、遇水易发生崩解,工程上使用常规材料防渗加固注浆时效果较差。针对这一情况,依托湖南省郴州市莽山水库防渗加固灌浆项目,通过自主设计的全风化花岗岩地层注浆室内模拟试验装置,进行模拟注浆试验,实现了浆液在整个注浆过程中的扩散情况模拟,对不同注浆压力、不同位置点所取试样开展单轴抗压、抗剪强度及渗透率测试试验,对不同注浆压力下完整结石体取样观察,研究以全风化花岗岩颗粒为配方主体材料的高固相离析浆液在全风化花岗岩地层的防渗加固效果及浆液扩散模式。结果表明:该浆液在全风化花岗岩地层扩散过程中经历了渗透扩散、挤密压缩、劈裂扩展三个阶段,是一种复合注浆形式;以全风化花岗岩颗粒为主体的高固相离析浆液在全风化花岗岩地层注浆中效果显著,随着注浆压力提升,单轴抗压强度显著提升为原土体的3.25～13.67倍,抗剪强度在不同法向压力情况下提升为原土体的1.63～2.69倍,渗透系数从10?4 cm/s下降至10?5 cm/s甚至10?6 cm/s。     

粤港澳大湾区地下水资源特征及开发潜力

粤港澳大湾区是中国开放程度最高、经济活力最强的区域之一,在国家发展大局中具有重要的战略地位,大湾区未来的发展离不开水资源的支撑和良好的水生态环境。近年来,随着大湾区经济的快速发展,人口激增,需水量上升,水资源环境问题也日益突出,水安全保障程度不足;地下水是水资源的重要组成部分,具有水量稳定、水质较好的特点,可作为重要的应急备用水源。本文从地下水资源着手,系统梳理了大湾区水资源环境条件、地下水资源状况、特征和开发利用潜力,并提出了应急后备水源地建议,得到以下认识:(1)地下水可划分为松散岩类孔隙水、碳酸盐岩岩溶水、基岩裂隙水三大类,其中松散岩类孔隙水和基岩裂隙水分布最广;(2)湾区内地下水水化学类型较为复杂,丘陵山区以HCO_3-Na型、HCO_3-Ca型及HCO_3-Na+Ca型为主,冲积平原及山间盆地以HCO_3+Cl-Na型及HCO_3+Cl-Na+Ca型为主,三角洲地区以Cl-Na型微咸-咸水为主;(3)西江、北江及东江干流构成湾区内地下水排泄的总渠道,各支流为地下水的局部排泄基准面,地下水动态变化具季节性特征;(4)地下水整体水质较好,Ⅰ-Ⅲ类水占比高达66.25%,从丘陵山区到三角洲平原,水质呈变差趋势,尤其在广州、江门、中山、东莞等城市周边水质较差,超标因子主要为氨氮、氯化物、氟化物、硫酸盐等,三角洲地区发育大量"铁质水"和"氨氮水",水质性缺水问题突出;(5)地下水开发利用程度很低,东莞及中山等城市基本未开发利用地下水,在各类地下水中,碳酸盐岩岩溶裂隙水具有规模开采的开发利用潜力;(6)综合分析相关资料,提出将广花盆地等10处富水块段作为应急水源地备选,经初步计算每年可为大湾区提供约4.18亿m~3的应急水源保障。为应对突发性水质污染及极端干旱气候等大规模供水危机,保障粤港澳大湾区用水安全,促进大湾区高质量发展,建议加强大湾区的基础水文地质调查工作,掌握地下水的水位、水质、水量的动态变化特征,精准计算可用于应急备用开采的地下水储存量。     

微生物-CMC无固相钻井液固壁作用与机理初探

松散破碎性地层孔壁失稳一直是困扰钻探工程界的难题之一,增强该类地层的胶结性,提高其力学性能是有效解决孔壁失稳的技术关键。本文将微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术与CMC无固相钻井液相结合,构建微生物-CMC无固相钻井液体系。通过岩心浸泡实验、X射线衍射实验（XRD）以及扫描电镜分析两种微观分析手段对微生物-CMC无固相钻井液的固壁作用与机理进行了初探。结果表明：微生物-CMC无固相钻井液对松散破碎性地层具有较明显的加固作用,且作用时间越长,初始菌种浓度越高,钙源浓度越大,固壁效果越好。在固壁过程中,微生物随钻井液渗透进入试样内部,在松散颗粒之间诱导生成碳酸钙晶体,填充孔隙空间,将松散颗粒胶结成整体,并具有一定的力学强度,从而达到加固孔壁的目的。本研究结果为解决松散破碎性地层孔壁失稳提供了新的钻井液技术方案。     

基于DBSCAN算法的孔深测量与地层反演理论研究

论文针对地质勘探取心工况复杂、钻进深度大、事故发生率高、岩性复杂、钻进参数难以获取、无法实时掌握钻进状态的难题,在充分调研现有工况识别技术的采集原理、功能种类、现场实测的基础上,结合钻探智能化、自动化的发展方向,运用硬件与软件结合的思想,设计了实时测量钻探参数的方案。论文首次提出使用DBSCAN（针对噪声空间基于分布密度进行聚类的算法）密度聚类法分析钻进参数,结合光电编码器增量的正负性进行工况判别,以获取钻头位置以及钻孔深度。该方案可以判别钻进状态,获取钻进工艺参数,将测量数据作为所钻地层的可钻参数来反演地层。钻机的自动化、智能化研究能获取大量地层资料,有利于推进钻进工艺学发展,实现从经验钻探到智能钻探进的突破。同时,为智能钻进系统奠定基础。     

一种稀土参数图解新方法:以内蒙古拜仁达坝-维拉斯托闪长岩成因研究为例

稀土元素的示踪作用在地质学、地球化学研究中具有重要意义,稀土参数图解可以揭示岩石的形成机理、条件和成因分类,追踪各种复杂地质作用的演化历史。利用稀土元素参数REE与SiO₂、REE与LREE/HREE、δEu与LREE/HREE图解,在内蒙古拜仁达坝-维拉斯托铅锌银多金属矿区从偏基性端元向偏酸性端元演化的闪长岩类野外岩相学观察和室内测试的基础上,发现其全岩稀土参数之间的相关关系,进而结合岩石地球化学数据、稀土参数图解新方法与微量元素聚类分析,判别其闪长岩的成因和岩浆源区。结果显示,拜仁达坝赋矿的闪长岩具有高硅、富钠及较高MgO和Al₂O₃含量的特征,属钙碱性系列,显示地幔岩浆分异与下地壳熔融岩浆混合的特点;拜仁达坝-维拉斯托闪长岩LREE/HREE-REE和δEu-LREE/HREE曲线显示,稀土高值组端元分别呈负相关和正相关关系,负Eu异常明显,相对富集Rb、Th、U、K等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、Sr、P、Ti等高场强元素,而稀土低值组端元反之。上述特征表明, 拜仁达坝-维拉斯托闪长岩为一套活动大陆边缘幔源为主、壳幔混合成因的钙碱性岩浆岩系列。实例研究初步证实,提出的稀土参数图解新方法是有效的,具有较强的普适性,适合在常规的地质科研中完善并推广。     

塔里木盆地玉尓吐斯组高频层序沉积充填演化特征及控烃作用

结合9个野外剖面和17口井,对塔里木盆地玉尔吐斯组沉积演化及其对烃源岩的制约作用进行了系统研究和分析。在精细对比后发现,塔里木盆地下寒武统玉尔吐斯组可分为2个三级层序(SQ1、SQ2)、5个四级层序(sq1—sq5),其中三级层序SQ1可分为3个四级层序,SQ2可分为2个四级层序。SQ1发生在寒武纪初期,海进速度较慢,影响范围相对局限,而SQ2的海进则相对迅速,影响范围较大。四级层序sq1发生在第一次海侵初期,水体浅,主要沉积紫红色白云岩、灰黑色砂屑白云岩,起填平补齐的作用;sq2、sq4发生在海侵—海退的转换时期,是两套深水的沉积,岩性以黑色泥岩、硅质泥岩和硅质岩为主,局部发育泥岩与条带状白云岩互层;sq3、sq5是海退过程中的浅水沉积,主要发育灰色白云岩和藻白云岩,局部有泥质夹层。利用Mn、Fe、Ti、Rb、K、Sr、Ba、Cu、U、V、Mo等元素及其比值进行沉积环境分析表明,sq2时期,水体深度大、盐度低、气候温暖湿润,有利于生物发育,并且其硫化缺氧的环境极其有利于有机质的保存;sq4时期,水体深度较大,盐度相对较小,气候相对温暖湿润,较为适合生物生存,并且其硫化缺氧夹次氧化的环境,较为适合有机质保存。高频海平面变化与沉积环境演化影响着玉尔吐斯组的烃源岩分布与品质,sq2时沉积的烃源岩品质优于sq4,但是其分布范围小于sq4。     

A Comparative Study of the Coal‐forming Characteristics of Marginal Sea Basins and Epicontinental Sea Basins

The coal-forming characteristics,as well as the similarities and differences between epicontinental sea basins and continental marginal sea basins developed during different time periods,were analyzed in this study by adopting comparative analysis thoughts and methods.The results obtained in this study revealed that epicontinental basins and marginal sea basins are both characterized by the main development of thin coal seams or extremely thin coal seams.In addition,changes in sea levels were determined to be the main controlling factors for coal formation,and there were similarities in the continent-sea interactions and coal-forming sedimentary systems of the different basins.However,there were also significant differences observed in the sea level change events,basin basement structural characteristics,coal seam stability levels,accumulation and aggregation characteristics,and the migration patterns of coal-forming materials.For example,the marginal sea basins in the South China Sea were found to be characterized by strong tectonic activities,diversity and complexity.The basin structures showed complex patterns of depressions,uplifts and concave or sag uplifts,which tended to lead to greater complexity in the paleogeographic patterns of the coal formations.This had subsequently resulted in complex coal-forming processes and paleogeographic characteristics,in which the coal-forming zones displayed bead-like distributions,and the enrichment areas and centers were scattered.The practical significance of studying the similarities and differences of the coal-forming characteristics between epicontinental basins and marginal sea basins is that the results can potentially be used to guide the predictions of coal-measure coal seam distributions in South China Sea,as well as provide valuable guidance for future explorations of natural gas reservoirs related to coal measures in the South China Sea area.     

Heat Flow Distribution and Thermal Mechanism Analysis of the Gonghe Basin based on Gravity and Magnetic Methods

Geothermal resource is indispensable as a clean, renewable, stable and cheap resource. Nowadays in China, the Gonghe Basin, located in northeastern Qinghai Province, has been thought to be a promising geothermal area. To explore geothermal energy potential in and around the Gonghe Basin, geophysical means including magnetic and gravity methods were used to plot distribution. Firstly, we inversed Moho depth and Curie point depth in and around the basin using gravity and magnetic data, respectively, through an improved Parker–Oldenburg algorithm. Secondly, seven different thermal models were established, considering radiogenic heat, basement depth, anomalous heat source and simulated corresponding temperature field and heat flow. These were analyzed numerically and we found the high heat flow in the Gonghe Basin co-acted with radiogenic heat, an anomalous heat source and conductive heat. The distribution of seismic activities indicates that the Langshan–Wuwei–Gonghe Fault might have provided channels for transporting heat effectively.