Origin,discovery, exploration and development status and prospect of global natural hydrogen under the background of “carbon neutrality”

Global energy structure is experiencing the third transition from fossil energy to non-fossil energy, to solve future energy problems, cope with climate change, and achieve net-zero emissions targets by 2050. Hydrogen is considered to be the most potential clean energy in this century under the background of carbon neutrality. At present, the industrial methods for producing hydrogen are mainly by steam-hydrocarbon (such as coal and natural gas) reforming and by electrolysis of water, while the exploration and development of natural hydrogen had just started. According to this literature review: (1) Natural hydrogen can be divided into three categories, including free hydrogen, hydrogen in inclusions and dissolved hydrogen; (2) natural hydrogen could be mainly from abiotic origins such as by deep-seated hydrogen generation, water-rock reaction or water radiolysis; (3) natural hydrogen is widely distributed and presents great potential, and the potential natural hydrogen sources excluding deep source of hydrogen is about (254±91)×10⁹ m³/a according to a latest estimate; (4) at present, natural hydrogen has been mined in Mali, and the exploration and development of natural hydrogen has also been carried out in Australia, Brazil, the United States and some European countries, to find many favorable areas and test some technical methods for natural hydrogen exploration. Natural hydrogen is expected to be an important part of hydrogen energy production in the future energy pattern. Based on a thorough literature review, this study introduced the origin, classification, and global discovery of natural hydrogen, as well as summarized the current global status and discussed the possibility of natural hydrogen exploration and development, aiming to provide reference for the future natural hydrogen exploration and development.©2022 China Geology Editorial Office.     

曲流河扇相模式及应用

分支河流体系的讨论有助于促进各类冲积体系的分类学研究,并可促进源—汇体系分析的定量化。博茨瓦纳的奥卡万戈（Okavango）曲流河扇是分支河流体系的典型代表,具有独特的沉积学、水文学和地貌学特征,主要特点如下：①河道形态属于单线曲流河道向下游分叉型,顺流方向产生弯度不一的分支河道网络,从顶点向下游方向,河道呈放射状,由河谷内的限制性河道变为盆地内的非限制性河道;②顺斜坡向下,河道分叉作用增强,河道的尺度和规模减小,受物源控制,无论是曲流河道还是低弯度河道,皆为砂质载荷,河道宽度、水体深度和沉积物粒度虽有系统变化但不显著,且在极低的坡度控制下,随着流量的减少,河道由曲流河逐渐变为低弯度河,河道形态转化的主要影响因素是坡度、流量、沉积物粒级和河岸强度;③根据湿地和河道分布特征,可将扇体划分为补给河谷、近源扇、中部扇和远端扇4个亚环境：补给河谷以单线曲流带和不同规模的迂回坝发育为特征,近源扇主要为泥炭限制的分支河道和河间沼泽沉积,中部扇主要为曲流河和低弯度河沉积,沼泽减少,漫滩增加,远端扇为宽浅型的非限定性河道,以沙岛林地之间的漫滩沉积为主;④沉积物主要为未固结的石英砂,主要来源于卡拉哈里盆地近代风成沉积,砂质纯净,分选和磨圆俱佳,缺乏细粒杂基,粒间细粒组分主要为生物成因的硅藻、植硅石和有机物质,亦见有方解石和二氧化硅胶结物。  对现代曲流河扇体系进行调查的重要目的就是研究地下类似沉积体系的分布。通过对我国大型含油气盆地相关“内陆三角洲”沉积特征和沉积规律的重新认识,可为油气资源的勘探开发提供预测模式。鄂尔多斯盆地山西组沉积时期,沉积作用受盆地北缘物源控制,来自北部物源的碎屑物质在宽阔的湿地平原上发育了多套分支河流沉积体系,主要为曲流河扇沉积体系。顺着沉积斜坡向下,河道的尺度和规模减小,沉积物粒度变细,煤层和暗色泥岩厚度变小,缺乏明显的三角洲前缘沉积环境及稳定的前三角洲深水相。沉积组合主要表现为分支河道砂岩、漫岸细粒沉积与湿地泥岩及薄煤层的互层,为大气田的形成奠定了沉积基础。     

共生黑钨矿与石英等多种矿物中流体包裹体的红外显微测温对比研究——以江西西华山石英脉钨矿床为例

西华山钨矿床是一个产于燕山期花岗岩中的大脉型钨矿床。已有百余年的开采史。但在矿床成矿条件和成矿流体性质等方面一直存在不同认识。作者利用红外显微镜及其它相关设备,对西华山矿床不同中段样品中的黑钨矿、锡石、绿柱石、黄铁矿、闪锌矿、石英和萤石中的流体包裹体进行了详细对比研究。结果显示,蚀变花岗岩中造岩石英只见次生气液包裹体,晶洞水晶中只有原生包裹体,而云英岩石英中原生、次生包裹体均较发育。黑钨矿中以原生气液包裹体为主,在早期结晶的黑钨矿中还有较多的硅酸盐熔融包裹体,而晶洞中的黑钨矿和水晶一样——只有原生气液包裹体。绿柱石中除了硅酸盐包裹体外,主要是气液包裹体(多为次生)。其它锡石、黄铁矿、闪锌矿和萤石等都只有气液包裹体(原生或次生)。研究结果表明,西华山钨矿床的初始成矿流体是一种岩浆——热液过渡性流体,尔后才演变成单一的热水溶液,在这一过程中黑钨矿、黄铁矿、闪锌矿、萤石和石英等矿物不断晶出。矿床总的成矿温度大致为700~200℃,压力约为160~200MPa。各种气液包裹体的盐度主要为5.0%~10%Na Cleqv。文中还对这些数据的地质意义以及对脉钨矿床流体包裹体研究和数据解释中的某些问题进行了较深入的讨论。     

Expanding the Wilson Cycle Based on Worldwide Comparison of Continental Structures Revealed by Lithospheric Geophysical Investigations

Worldwide comparison of lithospheric investigation results achieved from projects of COCORP,BIRPS,DEKORP,LITHOPROBE,ICDP,ECORS and SINOPROBE enables us to expand the classical Wilson cycle,which mainly describes evolution of ocean plates,into a complete and detailed cycle that describes generation,development and evolution of both ocean and continent plates. The expanded Wilson cycle presented in this paper introduces the evolution sequences of continental lithospheric processes by adding into the classical Wilson cycle with ocean-continent transition,continental collision and accretion,as well as continental rifting and splitting in details. These mentioned continental lithospheric processes have been presented by the author in a series of recent review papers in detail,and their summary and further deduction is presented in this paper.     

钦-杭结合带在中生代构造转折事件以前的板块构造机制

钦州湾—杭州湾结合带是位于扬子与华夏两大古陆块中间的巨型构造结合带,在演化成西太平洋活动大陆边缘之前,经历了多期次的构造-岩浆事件。扬子和华夏板块于新元古代通过四堡造山运动(1 000~880 Ma)沿江山—绍兴断裂,经赣东北、湘中至钦州湾地区发生碰撞-拼合事件,拼合界线大致位于钦州湾—杭州湾结合带内,形成"两陆夹一盆"的主要格局。后碰撞过程经历了造山后岩浆活动和大陆拉张裂解两个过程,在结合带形成广阔的拉张盆地,加里东期(460~410 Ma)以及印支期(250~200 Ma)发生的碰撞-拼合事件导致扬子和华夏地块多次再造,引发强烈的构造-岩浆活动,并形成了华南统一的沉积环境。受西太平洋板块俯冲影响,华南地区中生代构造转折事件(125~140 Ma)使华南地区主要构造背景由碰撞挤压调整为岩石圈减薄,成为华南最重要的岩浆活动和成矿期。根据内部结构的不均一性和演化历史差异,钦州湾—杭州湾结合带可分为北段、中段和南段3段。其中,中段与传统南岭大体一致;北段为南岭以北地区,即绍兴—江山—萍乡一带;南段为南岭以南地区,大致与云开隆起—十万大山盆地相当。年代学和地球化学研究显示,在云开地块西缘的一系列变质基性岩、超基性岩和变质基性火山岩形成于新元古代洋中脊(MORB)或者岛弧(ITA)特征的构造环境,最近在岑溪一带发现形成于加里东期(441 Ma)的变质火山岩同样具有MORB型地球化学特征。在十万大山两侧发现早中生代的酸性火山岩和流纹岩具有典型岛弧型火山岩地球化学特征。可见结合带南段曾经存在古老洋壳,先后经历了新元古代、加里东期和印支期的碰撞造山事件,与北段演化历史具有一致性。     

煤系高岭石/醋酸钾插层复合物热相变研究

高岭石插层复合物作为新型矿物材料现已被广泛应用。然而,插层复合物热稳定性较难控制使其在聚合物中的应用一直受到限制。本文应用热分析、X射线衍射、质谱及发射红外光谱等表征技术对煤系高岭石/醋酸钾插层复合物受热分解产物及微结构变化进行了研究。结果表明,煤系高岭石/醋酸钾插层复合物热相变主要经历以下几个阶段:插层水脱嵌(约350℃),插层剂醋酸钾脱嵌(约400℃),脱羟基(约450℃),偏高岭石形成(450~550℃),KHCO3出现(约600℃),KHCO3热分解形成K2CO3和KAl Si O4出现(约700℃),热解产品K2Al2Si O4出现(约800℃),K4Al2Si2O3出现(900~1000℃),大量K3Al O3形成阶段(1100℃及以上)。此外,还发现通过控制插层率和加热温度,可实现高岭石插层复合物的可控分解、新物相合成与转变,从而有利于新材料的合成。     

Excel 在坐标法测设曲线中的应用

利用Excel软件计算带有缓和曲线的圆曲线放样数据,可有效解决坐标的计算问题,提高内业工作效率,并提出坐标法测设曲线的方法,分析了在不同的情况下,如何选择合适的坐标放样方法保证曲线测设的精度。     

Administrative hierarchy and urban land expansion in transitional China

In a growing body of literature on urbanization in China, scholars have emphasized the proactive role of the Chinese local state in urban land expansion. Drawing upon official land use change data from 1998 to 2008, this study investigates the relationship between the hierarchical structure of the Chinese urban administrative system and urban land expansion. We find that urban land expansion coincides with administrative hierarchy, and cities with higher administrative levels (ranked by central government) tend to expand more rapidly while controlling for other economic and demographic drivers of urban expansion. Spatial regime models reveal that economic and demographic drivers of urban growth are also sensitive to a city's administrative rank. By quantifying the link between a city's rank and urban land expansion, we conclude that considering the hierarchical structure of the Chinese cities will result in a fuller understanding of the rapid urban growth in China.     

城镇化背景下中国长期低碳转型路径研究

在中国经济步入新常态之际,为了研究城镇化背景下的长期碳排放趋势,构建了人口变动与能源系统互动的综合分析框架与社会经济-能源系统模型。结果显示,从2014年至2050年,预计有3亿人口从农村流向城市,并呈现从中小型城市逐步向大型和特大型城市汇集的趋势。人口流动趋势与人民生活质量改善结合,推动中国基础设施建设、工业产品生产和能源服务需求增长。基准情景下,2050年中国一次能源消费总量达到84亿tce,能源相关CO₂排放达到176亿t,比2013年增长83%;而在低碳转型情景下,通过技术创新,2050年中国一次能源消费需求可以控制在61亿tce左右,CO₂排放在2020—2025年间达峰,2050年比基准情景降低78%。低碳转型过程中,非化石能源电力和能效技术的减排潜力最大,工业和电力部门率先在2020年达峰,建筑和交通 ^①（①按照国际通行的能源系统部门划分标准和能耗概念,工业、建筑、交通均属于终端能源消费部门,其中建筑部门能耗指建筑运行能耗,而非建筑建造过程中的能耗;交通部门能耗指所有交通活动能耗,既包括交通运输业营运类运输工具的交通能耗,也包括私人、公务非营运类运输工具的交通能耗 ^[1]。）将在2030年左右达峰。实现低碳转型所需新增固定投资占GDP的1.5%,不会给国民经济带来重大负担。中国实施新型城镇化战略具有技术和经济可行性。     

因子的持续和转折对我国盛夏降水预测效果的影响

由于影响我国盛夏（7—8月）降水异常的主要因子前期（或从冬季到夏季）不同的月际演变特征对其后降水异常的影响不同,所以针对影响因子的月际“持续异常”和“转折变化”对盛夏降水异常的预测方法也应该是不同的。本文以国家气候中心整理的78项月环流特征量指数和CPC/NOAA的30项指数为因子,设计了能够反映影响因子的月指数特征量“持续异常”和“转折变化”的两套影响因子库,用“滑动相关—逐步回归—集合分析”方法分别建立预测模型,改进预测方案,这样建立的统计预测模型重点考虑了前期影响因子不同的变化特征。用距平符号一致率（PSS）与空间距平相关系数（ACC）为指标,对比分析不同因子处理方案对我国160站盛夏（7—8月）降水预测效果的影响,结果显示：两种因子选择方案均具有一定的预测能力;相比之下,“转折变化”因子选取方案的预测效果更好;用单站交叉建模序列与实测序列的相关系数为指标,挑选其中相关系数更高的因子选取方案结果作为集合方案预测结果,集合方案的预测效果有进一步提高的潜力。