同位素填图与深部物质探测(Ⅱ)：揭示地壳三维架构与区域成矿规律

地球深部是大规模成矿作用的“驱动机”、“供应源”和“传输带”。深入揭示深部物质组成与分布、物质循环与能量转换、三维架构与动力过程,对理解成矿作用至关重要。岩浆岩“探针”及区域同位素(如全岩Nd、锆石Hf)填图是探索深部物质组成与演化过程的主要手段,可以探测地壳深部物质组成的三维架构,揭示新生地壳/古老地壳/再造地壳的空间分布与时空演变,从而为提升区域成矿规律认识提供深部物质制约证据,有助于成矿潜力的定量半定量评价及其区域成矿预测。文章重点总结和探讨了岩浆岩全岩Nd同位素和锆石Hf同位素区域填图在解决地壳三维架构与成矿规律方面的应用成果,深入探讨了巨量岩浆岩发育的深部驱动机制及其成矿制约,对比总结了不同类型造山带(如中亚增生造山带、青藏高原碰撞造山带、秦岭复合造山带等)和不同克拉通的地壳深部组成结构与成矿制约特色。研究显示：不论是什么造山带和克拉通,深部年轻地壳分布区制约了铜金、铜镍等矿床的形成分布;古老地壳控制了大型钼矿、铅锌矿、稀有金属等矿产;两者过渡地带常常发育铁矿等。这些研究不仅揭示了区域成矿规律,而且对成矿预测与成矿潜力评价有潜在的应用价值,有可能成为成矿规律研究特别是深部物质探测及成矿背景研究的新方向。     

锆石微量元素及其揭示的深部过程

近十年来对锆石研究已从早期的U-Pb放射性同位素定年和锆石同位素分析,发展到大量研究锆石的微量元素。锆石微量元素不仅可以作为锆石Ti温度计估算岩浆温度,也可以用来识别锆石及其母岩的岩石类型和成因,区分岩浆熔体或者流体控制的岩浆作用、变质作用、成矿作用等深部作用过程。文中在归纳总结岩浆锆石、变质锆石、热液锆石、碎屑锆石等不同类型锆石的微量元素成分基础上,以青藏高原碰撞后超钾质岩石中产出的锆石为例,系统介绍了超钾质岩石中各类锆石的结构、年龄和微量元素特征,并应用于解释超钾质岩石成因、岩浆源区成分、岩浆演化和上部地壳物质的混染、下地壳加厚和高原隆升之间的关系。     

深部开采底板隔水关键层受局部高承压水作用破坏理论分析

大量实测地质资料与防治水实践证实,深部煤层开采底板含水层存在大量的局部高承压水区域,在强开采扰动下极易诱发底板突水灾害。基于“下三带”、“关键层”理论,将局部高承压水与底板隔水关键层简化为圆筒力学模型,分析研究隔水关键层在局部高承压水作用下的屈服破坏机制,得到了隔水关键层发生屈服的4个临界水压值公式;对各临界水压值进行区间划分,分析不同区间隔水关键层的屈服状态,确定了局部高承压水致使隔水关键层屈服破坏两个阶段的水压判据平衡方程,得出了奥陶系顶部岩层作为隔水关键层剩余隔水能力的计算表达式,并反演得到了开采深度上限、下限公式。结合九龙矿深部开采实际,对所建力学模型进行了验证与应用,进而提出了防止局部高承压水致灾的相关措施,对实现深部煤层安全带压开采具有重要的理论指导意义。     

高温循环作用后大理岩裂纹扩展试验研究

利用偏光显微镜对经历不同高温循环作用后的细粒大理岩进行观测,通过统计微裂纹长度、开度、数量等参数,探讨不同加热循环次数后岩样内微裂纹的扩展规律。结果表明,（1）经历不同热循环次数作用的岩样,微裂纹的数量和长度均不同,未经热处理岩样内颗粒致密,胶结较好,内部无明显的微裂纹。经历4次热循环作用后岩样内微裂纹发育明显,以晶界裂纹为主,开度和长度均显著增加。岩样经历16次热循环作用后开度持续增大,为55 µm,是4次热循环的4倍;（2）对不同热循环处理后岩样内部发育微裂纹的方向进行了统计,发现微裂纹无明显的方向性,还表明细观切片的取样位置对微裂纹的发育影响不大;（3）线性裂纹密度随热循环次数的增加而增大,经历16次热循环作用后岩样的线性裂纹密度是没有经历热处理岩样的21倍。     

土壤类型及组分对热活化过硫酸盐氧化降解土壤中挥发性氯代烃的影响

为了探究高级氧化技术对土壤中有机氯代烃的氧化降解作用,为ISCO（in situ chemical oxidation）技术体系提供重要的理论依据和数据支撑,考察了热活化过硫酸盐（persulfate,PS）氧化降解不同类型土壤（砂类土壤、黏土类土壤）中挥发性氯代烃污染物（三氯乙烯（TCE）、三氯乙烷（TCA）、顺式-1,2-二氯乙烯（cis-1,2-DCE）、1,2-二氯乙烷（1,2-DCA））的效能;同时,通过硫酸盐与土壤相互作用过程研究,探究了不同土壤介质中有机质和无机组分在过硫酸盐消耗中所占比例。结果表明：在50℃时,热活化过硫酸盐可有效降解土壤中1,2-DCA、cis-1,2-DCE、TCA和TCE,砂类土壤介质中4种氯代烃降解效果依次为25%、89%、5%和61%,黏土类土壤介质中4种氯代烃降解效果依次为35%、86%、8%和63%;4种氯代烃的降解效果从高到低顺序依次为cis-1,2-DCE、TCE、1,2-DCA、TCA,砂类土壤中的氯代烃总体降解效果优于黏土类土壤中氯代烃的降解效果。另外,土壤中过硫酸盐氧化降解氯代烃反应研究发现,砂类和黏土类土壤介质组分中有机质消耗率分别为81.3%和72.6%,铁元素消耗率分别为80.5%和38.6%,表明土壤介质组分与过硫酸盐发生了氧化还原反应,从而导致过硫酸盐自身的大量消耗。由此可知,土壤介质中的有机质、铁元素等矿物质均参与过硫酸盐的消耗过程,且土壤有机质、铁元素与氯代烃之间在消耗过硫酸盐反应上存在竞争关系,土壤组分过多地消耗了过硫酸盐,导致了氯代烃的氧化降解效率较低。因此,针对实际有机氯代烃污染场地,采用过硫酸盐氧化技术进行修复时,过硫酸盐的实际投加量要远高于化学计量值,需充分考虑到土壤组分对过硫酸盐自身的消耗作用。     

石岛湾四种常见鱼类的热耐受性比较研究

作者分别采用动态法和静态法两种实验方法,以石岛湾4种常见鱼类(许氏平鲉(Sebastes schlegeli)、大泷六线鱼(Hexagrammos otakii)、褐菖鲉(Sebastiscus marmoratus)和矛尾虎鱼(Chaeturichthys stigmatias))为研究对象,对比研究了在4个季节基础水温(5.0~26.0℃)和9个温升速率(0.5~15.0℃/h)下这些鱼类的热耐受性。结果表明,4种鱼类的CTM(最大临界温度)和24 h UILT_(50)(24 h高起始致死温度)均与基础水温呈显著正相关,温升速率对鱼类耐热性的影响因鱼种和季节基础温度而异;相同基础水温下4种实验鱼类的CTM值均高于24 h UILT_(50)。4种鱼类的24 h UILT50依次为:矛尾虎鱼许氏平鲉褐菖鲉大泷六线鱼。     

2002-2014年间基于海平面变化的海洋增暖趋势研究

21世纪以来全球变暖进入停滞时期,研究表明,大量热量进入海洋深层是导致全球平均表面温度暂缓上升的主要原因。本文估计和研究了2002.4-2014.12间由热膨胀导致的海平面变化趋势,以此来探测海洋热含量的变化情况。研究使用GRACE重力卫星CSR RL05数据计算了全球海洋的水质量变化,并结合海平面异常数据,计算了由热量变化导致的海平面变化（Net SLA）。将Net SLA与Ishii温度数据计算的海洋热含量进行相关性分析后表明,Net SLA与海洋热含量存在高度相关性,相关系数最大值达0.95。考虑到海洋观测只能表现海洋上层2000m的热含量变化,而除去水质量变化的海平面变化则反映了整层海洋的热含量变化,是估计海洋增暖趋势快慢的有利工具。经计算得出,2002至2014年间南太平洋和南印度洋存在加速增暖趋势,而近年来南半球环状模的增强是导致其增暖的主要原因。     

热锻炼对龙须菜高温胁迫响应的影响

夏季高温是限制龙须菜(Gracilariopsis lemaneiformis)生长和发育的一个主要问题。本研究以野生龙须菜作为材料,经过28℃的热锻炼预处理72 h,再分别置于32、36、40℃高温胁迫24 h,并测定了高温胁迫条件下龙须菜的丙二醛(MDA)、过氧化氢(H2O2)和可溶性蛋白质的含量,以及超氧化物歧化酶(SOD)活性和抗坏血酸(AsA)水平等生理指标,研究了龙须菜对高温胁迫的响应。结果表明:热锻炼能维持藻体较低的MDA含量,降低H2O2的产生速率,缓解藻体的膜脂过氧化伤害;同时热锻炼缓解了可溶性蛋白质的降解,增加了SOD酶的比活力,缓解了AsA的下降速率,说明热锻炼能缓解高温胁迫对藻体的伤害,有效地提高了龙须菜对高温胁迫响应的能力。     

基于热红外光谱的干旱区土壤盐分监测研究

土壤盐渍化是新疆最常见的土地退化过程,已经严重威胁到了当地的农业生产、生态稳定和经济发展。通过对渭库绿洲土壤含盐量和土壤热红外光谱分析,探讨了土壤含盐量与热红外发射率之间的定量关系。结果表明：（1）盐渍化土壤的发射率随着含盐量的变化而发生变化,当土壤盐分增加时,发射率也随之增大。（2）土壤含盐量与热红外发射率光谱数据相关性在8.5～9.5 μm波段范围内表现尤为显著,相关系数超过0.8,最高为0.90,对应波段范围9.259～9.271 μm。（3）运用回归模型一阶导数变换形式下建模效果和预测精度都是最优的,R²达到了0.899,RMSE最小为1.734。热红外光谱技术可以反演土壤含盐量,为利用热红外遥感识别土壤盐分信息提供技术支撑。     

中国北方中新生代盆地深部砂岩铀矿成矿条件与找矿方向

受开采技术、成本和成矿理论制约,现有的砂岩型铀矿勘查主要选择在盆地边缘700m以浅的地区,对盆地深部的铀矿找矿潜力研究较少。总结中国北方重要中新生代盆地的含铀岩系、构造特征,结合近年开展的北方砂岩型铀矿深部找矿,分析了盆地深部成矿有利的沉积建造、构造与流体改造、还原条件等,指明了盆地的深部找矿潜力。同时指出,作为战略储备,当前盆地深部寻找砂岩型铀矿要优先重视2个方向:(1)在盆地边缘斜坡区,重点以发育红-黑岩系结构的含铀地层为目标,寻找与浅部成矿条件相似的深部矿床;(2)在盆地中心区,以含铀的红色岩系为重点,优先寻找延伸至盆地深部的正向构造区和砂体发育区。这些认识在松辽盆地的铀矿调查中得到验证。