从平衡-封闭-静态转向非平衡-开放-动力学研究-热液矿床成因的若干新概念概述

热液金属矿床成因研究过程中,观测与实验始终是密切结合的。上世纪70年代,平衡热力学的实验数据的快速积累,使人们用热力学理论计算可以预测和反演矿石和岩石的成因。但是,没有矿物-水溶液的反应速率数据,又没有与流体力学的结合,搞清楚矿石成因是困难的。七、八十年代,开始研究矿物与水溶液的反应动力学实验。科学家们开始瞄准了从平衡-封闭-静态转向非平衡-开放-动力学研究的这个大方向。1992年我们建立地球化学动力学开放研究实验室。研究高温高压矿物与水反应速率,发现固液的开放体系的自组织现象。实验发现温度影响矿物的各个元素反应速率改变,发现在跨越水临界态时矿物与水反应速率涨落、在近临界的气-液两相不混溶区一些金属进入气相、超临界流体的氧化作用及特别的溶剂性能影响矿物溶解性质。实验证实:临界态区流体与矿石成因有关。水岩相互作用的反应动力学实验温度从低温到550度,揭示矿石的金属来源、迁移、金属与蚀变分带机制。一大批大于300度的矿物与水反应动力学实验在国际界是少有报道的。九十年代,超高压的科学发展,与同步辐射光源的技术进步的结合,使固体地球科学又迈向了地球深内部。我们发展了高温高压流体性质的原位直测(测量850℃水溶液)红外谱,发现深部流体的新性质:气液两相流体的新结构,在临界温度区(300~400℃),水分子氢键网络的破坏受压力影响不大(23MPa~3GPa),同时,出现水的高电导率。研发新仪器为开放-流动-非平衡的反应动力学实验与极端条件下物质性质的直接观测结合,在科学前沿领域开辟了创新道路。     

华南大规模低温成矿的主要科学问题

大面积低温成矿是全球独特的重要成矿事件。华南地区扬子地块西南部面积约50万平方千米的广大范围,低温矿床广泛发育,包括卡林型金矿床、MVT型Pb-Zn矿床和脉型锑、汞、砷等矿床,构成华南低温成矿域。该成矿域由川滇黔接壤区的Pb-Zn、右江盆地Au-Sb-As-Hg和湘中盆地Sb-Au等三个矿集区组成。其中的矿床主要赋存于沉积岩中,受断裂构造控制,形成于100~250℃的低温条件下。以往的研究取得了重要进展,但成矿时代、成矿动力学背景、成矿物质基础和成矿过程等关键科学问题一直悬而未决。近年的研究表明,这些矿床可能形成于200~230Ma(印支期)和130~160Ma(燕山期)两个时期,除川滇黔Pb-Zn矿集区由盆地卤水演化成矿外,其余两个矿集区的形成可能均受印支期和燕山期的深部岩浆活动驱动,尽管成矿流体中的水主要是大气成因地下水。本专题报道了近年来这些方面的最新研究进展,包括20篇文章,主要涉及这些低温矿床的地质地球化学特征、成矿时代、矿床成因和成矿动力学背景等。     

“深地资源勘查开采”重点专项“燕山期重大地质事件的深部过程与资源效应”项目正式启动

正国家重点研发计划"深地资源勘查开采"重点专项"燕山期重大地质事件的深部过程与资源效应"项目于2016年7月正式启动。该项目由中国科学院广州地球化学研究所牵头的20家单位共同承担,包括8个国家重点实验室和12个省部级重点实验室,6个基金委创新群体。项目成员中有8位杰青,7位Essential Science Indicator     

山东东部早白垩世青山期穿地壳岩浆系统与热隆滑脱成盆

穿地壳岩浆系统模型是近年新提出的一个全新的岩浆系统概念.聚焦山东东部早白垩世青山期穿地壳岩浆系统,在野外地质踏勘的基础上,结合火成岩年代学、断裂体系分布、大地构造学与地球化学的相关研究成果,系统探讨了不同性质火山岩浆的时空演化与分布特征.首先,在时间序列上,早白垩世青山期穿地壳岩浆系统,表现为酸性岩浆侵位-基性岩浆侵入-中性岩浆喷发的特征;其次,在不同的地壳深度,穿地壳岩浆系统有不同的表现,由深到浅,呈现岩基/岩株-岩脉岩墙-火山机构的变化;空间分布上,酸性岩体多位于古隆起区,火山机构沿深大断裂呈现串珠状分布.穿地壳岩浆系统的发育特征指示了青山期岩石圈的构造特征:岩体自身近E-W向展布,说明岩体侵入时的中上地壳的断裂体系主要为近E-W向,而岩体整体上沿着NE-SW向分布,说明了更深部断裂体系主要为NE-SW向,控制了整个区域构造的发育.早白垩世早期（莱阳期）区域发育的浅层构造断裂系统为早白垩世晚期（青山期）的穿地壳岩浆系统的发育提供了通道.早白垩世青山期穿地壳岩浆系统的发育伴随着区域热隆-伸展-滑脱作用,在此过程中山东东部青山期盆地格局形成.花岗岩抬升速率初步计算的结果表明山东东部地区早白垩世青山期的热隆速率略快于2.7~4.1 mm/a,强烈的"热隆-伸展-滑脱"作用是同期沉积盆地形成的主要动力学机制.      

深部地质钻探钻柱失效行为分析

国家的“三深一土”规划确定全面开展深地探测,而在深地探测中钻柱是最重要的连接纽带,其长期在充满钻井液的井眼内工作,受力十分复杂,且受腐蚀、磨损、温度等影响,极易发生钻柱失效事故,造成重大经济损失。研究发现,振动是引起钻柱失效的主要原因,但是深部地质钻探中除了振动引起钻柱失效外,还包括钻柱质量因素、人为因素、钻井质量、套管下入因素、测斜因素以及钻井液因素引起的钻柱失效,本文针对这些影响因素提出了对应的预防措施。同时随着地质钻探井深的不断加深,地质钻探钻柱动力学研究会变得越来越重要,这就需要地质钻探人员在充分考虑地质钻探钻柱失效影响因素的前提下,加大对地质钻探钻柱动力学的研究,以更好地保证深部地质钻探的顺利进行。     

高亚洲地区冰崩灾害的研究进展

在全球气候变化的背景下,冰崩灾害极有可能成为人类面临的新常态。特别是在高亚洲地区,冰崩灾害事件严重威胁"亚洲水塔"的命运和"第三极"的生态安全。因此,研究冰崩灾害事件对于保障"一带一路"国家战略的顺利实施和保护"一带一路"沿线国家的生产与生存环境具有重要的现实意义。通过梳理历史上有记录的几次冰崩灾害事件,系统介绍冰崩的发生过程;再从冰崩体的物质组成、冰崩体的运动特征、冰崩发生的可能原因以及冰崩的影响等方面总结了冰崩的研究内容;重点阐述了冰崩的研究方法;最后讨论了当前冰崩研究存在的问题,并从冰崩研究方法等角度展望了未来冰崩灾害事件的研究方向。     

基于等时界面识别的浅水三角洲-河流沉积体系研究--以高邮凹陷黄珏地区古近系垛一段为例

利用岩芯观察、粒度统计、古生物对比、测井分析及地震沉积学方法研究了苏北盆地高邮凹陷黄珏地区始新世三垛组一段浅水三角洲-河流沉积体系。研究结果表明:坡缓浅水沉积背景下除了发育传统认识中由构造控制的长期基准面旋回特征转换面,还可形成另一类由气候控制的、浅水三角洲与河流沉积之间稳定的浅水-陆上沉积环境变化界面。以气候主控等时界面为基础,借助地层切片直观分析了浅水三角洲与河流相的沉积演化特征及砂体展布规律,并验证了该界面的可靠性。两类等时界面的综合约束为浅水三角洲-河流沉积体系油气勘探提供了新思路。     

浅水三角洲沉积体系与储层岩石学特征

浅水三角洲已经成为当前沉积学研究和油气勘探的重点领域,浅水三角洲常规和非常规砂岩储层中发现了丰富的油气资源。鄂尔多斯盆地中—古生界发育大型浅水三角洲沉积,结合岩芯、测井、分析化验等资料,对盆地西部地区山1—盒8段浅水三角洲的母岩特征、沉积充填、砂体展布与储层岩石学特征进行研究,为研究区常规砂岩储层和致密砂岩油气勘探提供地质依据。分析表明,研究区南部和北部砂岩重矿物组合相似,以锆石和白钛矿为主。综合La/Yb-REE与Dickinson三角图解、稀土元素配分模式和碎屑锆石定年分析认为,北部物源主要来自盆地西北部阿拉善古陆太古界和元古界花岗岩、片麻岩、石英砂岩,向南影响到陇东地区北部;南部物源主要来自盆地南部北秦岭地区太古界、元古界花岗岩、片麻岩和片岩,向北影响陇东地区中南部。山1段发育曲流河三角洲,盒8段发育辫状河三角洲,孤立型与垂向叠置型水下分支河道砂体是主要的砂体类型。盒8段沉积时期,古湖泊可能萎缩;南北物源形成的三角洲在研究区中部环县东南一带交汇混合。砂岩类型主要为岩屑质石英砂岩、石英砂岩和岩屑砂岩,结构成熟度中等—较差。砂岩成岩改造强烈,水—岩反应复杂,压实作用是储层致密化的主因,多期胶结作用使砂岩的孔喉结构变得十分复杂。孔隙类型以微米—纳米级的岩屑溶蚀孔、剩余粒间孔和高岭石晶间孔为主,整体上属于非常规致密砂岩储层。砂体分布与“甜点”预测是研究区致密油气勘探的关键。     

辫状河流演变过程与机理的研究进展

辫状河流属于冲积河流的主要类型,对流水地貌景观、水生栖息地和河流开发与生态保护具有重要科学意义。根据辫状河流演变过程与机理的国内外研究进展,对定义与形态特征进行综合描述,并给出常用的形态表征方法与参数。总结辫状河流的4种野外地形观测方法以及水槽试验和数值模型的应用,比较它们的适合范围;描述辫状河流的不同形态单元的组成,列举沙洲形成、汊道调整与横向迁移、岸滩侵蚀、河漫滩淤积等基本演变规律;对比分析水流功率、床沙粒径、泥沙补给、滨河植被、河谷宽度等影响辫状河流形态动力学过程的主要控制因素;指出青藏高原不同空间尺度辫状河流的形成原因、形态特征和演变规律是河流动力学的重要研究方向。