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当期目录

    2023年 第29卷 第4期    刊出日期:2023-08-15
    上一期   
    岩石·矿物·地球化学
    粤北下庄地区白水寨岩体的成因及其对铀成矿作用的意义
    李 坤, 陈卫锋, 高 爽, 沈渭洲, 黄国龙, 刘文泉, 伏顺成, 凌洪飞
    2023, 29(4):  497-513.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021117
    摘要 ( 341 )   PDF (2375KB) ( 535 )  
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    白水寨岩体是下庄花岗岩型铀矿田西北部竹筒尖特富型铀矿床的主要赋矿围岩之一,目前其成因及其与铀成矿作用之间的关系还不清楚,为此,文章对该岩体进行了年代学、全岩和矿物地球化学研究。白水寨岩体侵入于下庄大型岩基内,主要由细粒二云母花岗岩和白云母花岗岩构成,单颗粒锆石SHRIMP定年结果显示,两类花岗岩均形成于印支期,年龄分别为229.4 Ma和231.8 Ma;显示了高硅、富碱(Na2O+K2O)、低FeOt+MgO+TiO2含量,低P2O5含量,Rb、Th和U等相对富集,Ba、Sr、P和Ti相对亏损,ACNK≥1.1,富铝矿物含量高等特征,属于强过铝质S型花岗岩。与下庄花岗岩相比,白水寨岩体的两类花岗岩中均富继承锆石,且具有更高的SiO2、Rb/Sr和更低的(FeOt+MgO+TiO2)、Zr/Hf、P2O5和黑云母的Fe2+/(Fe2++Mg)值,指示该岩体源自华南富还原组分的富长英质变泥质岩经低度部分熔融,而并不是源自富镁铁质变泥质岩的下庄花岗岩的母岩浆经分异演化的产物。此外,与二云母花岗岩相比,白水寨白云母花岗岩具有显著的稀土元素四分组效应,更低的稀土总量、Zr/Hf比值和Eu/Eu*值,表明白云母花岗岩在形成的过程中存在富F的流体与岩浆相互作用。白水寨岩体的两类花岗岩均富铀,可成为区内形成热液型铀矿床的铀源岩,其中的白云母花岗岩更富铀,更有利于成为铀成矿作用的铀源岩。
    铜陵矿集区上石炭统碳酸盐岩矿物学与地球化学的区域对比研究
    王家宇, 徐 亮, 谢巧勤, 刘 童, 周跃飞, 李振生, 徐晓春, 陈天虎
    2023, 29(4):  514-526.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2022008
    摘要 ( 122 )   PDF (3286KB) ( 157 )  
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    通过对安徽铜陵和巢湖上石炭统黄龙—船山组剖面碳酸盐岩矿物学和微量元素进行对比研究,结果表明:铜陵黄龙组底部为一套含草莓黄铁矿的白云岩,中、下部和船山组均是灰岩,矿物组合为:黄龙组底部的白云石+高岭石+黄铁矿+石英(黄龙组底部)→方解石+高岭石+石英(黄龙组中下部)→方解石+伊利石+石英(黄龙组上部和船山组)。而巢湖黄龙—船山组碳酸盐岩为一套含高岭石、石英的灰岩,但从黄龙组底部至船山组顶部剖面中高岭石有增加趋势。微量元素显示,铜陵黄龙—船山组碳酸盐(特别是黄龙组底部白云岩)的V/Cr、Ni/Co、V/Sc比值显著高于巢湖,且Ce与Fe、Mn的无相关性,显著不同于巢湖碳酸盐的正相关特征。矿物学和地球化学特征表明,铜陵黄龙组底部碳酸盐沉积于偏还原的环境,黄龙组中上部和船山组碳酸盐沉积于相对贫氧的环境,而巢湖碳酸盐则形成于更加氧化的环境。结合前人研究成果认为,早石炭世铜陵古岛的存在可能是导致铜陵沉积环境有别于巢湖的主要原因,该沉积环境为铜陵地区胶状黄铁矿形成的有利地质条件。
    特提斯喜马拉雅然巴地区早白垩世变基性岩的岩浆源区和成因机制
    俞有志, 刘志超
    2023, 29(4):  527-542.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2022007
    摘要 ( 136 )   PDF (4128KB) ( 198 )  
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    藏南特提斯喜马拉雅构造单元中出露有大量的早白垩世基性岩,记录了印度大陆北缘在新生代碰撞造山前的深部构造—岩浆过程,其成因机制是研究印度被动大陆边缘形成演化历史的关键。文章对特提斯喜马拉雅东部然巴地区出露的早白垩世变基性岩进行了较为系统的岩相学和地球化学研究。这些变基性岩主要包括角闪石岩和斜长角闪岩,以脉体或透镜体形式出露于然巴穹窿周边的变沉积岩地层中。地球化学结果显示,它们的原岩为拉斑玄武岩系列岩石,具有较低的SiO2含量(44.78~47.42 wt%),TiO2含量变化较大(0.73~2.16 wt%),较为富MgO(7.31~9.60 wt%)和FeOt(9.68~15.87wt%),Mg#值中等偏高(46.4~63.9)。在同位素组成上,这些变基性岩的εNd(t)值主要变化于5.7~6.5之间,落入印度洋MORB范围内,指示亏损地幔源区的贡献。另一方面,这些变基性岩具有类似于E-MORB的稀土和微量元素配分特征,指示岩浆中应存在富集组分的物质贡献。由于然巴变基性岩并未表现出明显的高场强元素亏损特征,同时它们的Nb/U比值与地幔系列岩石相近,因此推测这些基性岩在成岩过程中受陆壳混染的程度不高,其富集组分主要应是来自富集地幔源区的贡献。综上,然巴早白垩世基性岩可能是来自亏损的软流圈地幔与富集的印度大陆岩石圈地幔相互作用的产物,该岩浆作用发生在东冈瓦纳大陆的裂解早期(约140 Ma),是凯尔盖朗地幔柱活动早期阶段引发软流圈地幔上涌的结果。
    花岗质岩浆侵位的构造物理模拟研究进展
    李盈莹, 王 博, 曹婷婷
    2023, 29(4):  543-558.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2022055
    摘要 ( 184 )   PDF (7635KB) ( 181 )  
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    构造作用产生的变形空间是花岗质岩浆上升和侵位的重要通道,岩体就位后的最终几何形态也会受到构造变形的控制。构造物理模拟实验是研究岩浆侵位过程的重要方法,文章梳理了前人在岩浆侵位物理模拟实验中常用的实验装置、实验材料和实验相似性原则,总结了不同构造环境下各构造要素对岩体几何形态的影响并指出:(1)构造平静期(前构造静态条件下)岩体形态主要受控于围岩的性质;(2)在构造活动期(同构造动态条件下),围岩厚度与流变学分层、变形速率与总变形量、岩浆注射速率与总注射量、岩浆注射通道的位置、岩体侵位与构造活动的相对先后关系等因素都会影响到岩体的最终形态和浅部围岩的构造变形样式,同时浅部构造变形又会反过来影响岩体的几何特征;(3)在不同构造环境下,变形速率与注射速率、围岩流变学分层等因素对岩体形态的影响总体一致。此外,文章还介绍了岩浆侵位物理模拟研究的若干局限性,并提出工业CT扫描技术和数值模拟方法可以作为岩浆侵位物理模拟实验研究的有益补充。
    西秦岭造山带印支期凤县岩体成因及其构造意义
    倪春雨, 姜耀辉
    2023, 29(4):  559-570.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021121
    摘要 ( 146 )   PDF (1868KB) ( 199 )  
    相关文章 | 计量指标
    文章对西秦岭造山带东段印支期凤县岩体开展了岩相学,锆石SHRIMP U-Pb年代学及原位Hf同位素地球化学和全岩主微量及Sr-Nd同位素地球化学研究,并探讨了岩石成因及其构造意义。结果表明,凤县岩体由花岗闪长岩和石英二长闪长岩组成,侵位于中三叠世(~237.5 Ma);岩石SiO2含量为61.7~66.7 wt%,属准铝质岩石和高钾钙碱性系列,并具有较高的Mg#值(0.53~0.58),富集轻稀土,无Eu负异常,同时富集大离子亲石元素,亏损高场强元素;岩石显示埃达克岩地球化学特征:高Sr(474×10-6~629×10-6>400×10-6 ),低 Y (6.85×10-6~7.60×10-6<18×10-6 )和Yb(0.57×10-6~0.72×10-6<1.9×10-6 ),高的Sr/Y和La/Yb 比值;全岩初始87Sr/86Sr比值为0.7072~0.7077,εNd(t)值为-4.2~-5.8,锆石原位εHf(t)值为-1.1~-4.3。通过综合研究认为凤县花岗质岩石形成于阿尼玛卿—勉略洋洋壳北向俯冲环境,是由俯冲洋壳上覆沉积物发生部分熔融并伴随熔体上侵过程中与地幔楔相互作用而形成的;凤县花岗岩成因暗示阿尼玛卿—勉略洋洋壳在237.5 Ma之前已经向西秦岭之下俯冲,西秦岭东段至少在中三叠世仍处于陆缘弧环境。
    水文地质学
    高盐废水深部地质封存反应运移数值模拟
    杜卓然, 杜 松, 杨 蕴, 宋 健, 吴剑锋, 吴吉春
    2023, 29(4):  571-579.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021110
    摘要 ( 1852 )   PDF (2212KB) ( 206 )  
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    高盐废水深井灌注在中国尚处于准入论证阶段,废液组分在深部封存体中的运移涉及变密度驱动、水岩化学反应和变参数协同物理—化学作用过程,定量刻画这些复杂过程是深井灌注亟需解决的关键科学难题之一。文章选择鄂尔多斯盆地某灌注储层为模拟原型,采用PFLOTRAN程序构建适用于高盐废水深井灌注的变密度变参数多组分反应运移模型,以预测和评价高盐废水灌注深部地质体后的迁移转化、储层矿物演变及储层性质的改变。模拟结果表明,高盐废水注入灌注层产生硬石膏、方解石、萤石等次生矿物沉淀;模拟期100年内地质储存能力下降约1.51%,污染羽扩散范围为2.57 km2。所建模型可为定量刻画高盐废水深井灌注组分迁移转化过程提供模拟工具。
    降雨引起的非饱和带压力波传播过程及其对地下水快速排泄的影响研究
    党 磊, 谢月清, 汪 钏, 常 勇, 曾献奎, 吴吉春
    2023, 29(4):  580-589.  DOI: 10.16108/j.issn1006- 7493.2021104
    摘要 ( 1777 )   PDF (1977KB) ( 131 )  
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    大量基于河流水化学与同位素的研究表明,降雨引起的河流流量增量很大一部分来源于流域内储存的“旧水”,这一现象被称为“旧水悖论”,降雨引起的非饱和带压力波可能是造成这一现象的一个原因。本研究构建了四种不同土壤类型(砂土、壤质砂土、砂质壤土、壤土)的土柱数值实验,重点探讨非饱和带压力波传播过程及其推动地下水快速排泄的可能性,分析“旧水悖论”发生的原因。模拟结果显示,所有土壤中均能观测到压力波现象,第一次强降雨发生后,四种土柱中压力波传播时间分别为1.86、2.84、5.24和7.46天。压力波现象本质上是水力信号的快速传递,并不表示本次降雨的快速流动,实验中当土柱底部对降雨产生响应时,水化学特征还没有同时发生改变,而是分别滞后到6.12、10.33、18.05和30.00天,引起不同土柱压力波波速和土壤水流速的差分别为74.71、51.05、27.08和20.13 cm/d。 研究表明,压力波波速和土壤水流速与土壤特征曲线和饱和渗透系数紧密相关,在所有土壤中砂土中形成的压力波更容易快速传递到地下水。由于流域中非饱和带厚度一般与河流垂直距离成正比,河滨带压力波能够快速传递到地下水,并能够推动土壤水向地下水和河流排泄,这种现象在渗透性较好的土壤中更为明显。本研究为更准确地认识流域水文过程和更好地揭示“旧水悖论”机理提供了重要理论支撑。
    北京南部沉降区黏土层变形特征和参数分析
    尤斌昊, 叶淑君, 田 芳, 罗 勇
    2023, 29(4):  590-599.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021083
    摘要 ( 2529 )   PDF (2292KB) ( 275 )  
    相关文章 | 计量指标
    北京地面沉降分南北两个大区,南部沉降区主要为礼贤—榆垡沉降区,近年该区沉降速率加快,2017~2019年沉降速率达50~75 mm/a,沉降呈现新的特征。文章基于该沉降区唯一的沉降观测站(榆垡沉降监测站)2011~2017年7年长时间序列的沉降和水位观测资料,首先系统分析了该地区地面沉降监测孔监测地层尤其是黏土层的变形特征,然后运用应力—应变图解法和配线法计算该区黏土层的弹性贮水率、非弹性贮水率、垂向渗透系数和变形滞后时间。结果表明,各土层既有弹性变形又存在塑性变形,变形均以塑性变形为主,有明显的变形滞后性;但各土层在变形速率上呈现不同特征。图解法结果表明,第一和第二黏土层非弹性贮水率在1.49×10-5~2.10×10-5之间,弹性贮水率在3.93×10-5~8.38×10-5之间,非弹性贮水率为弹性贮水率的2~4倍,垂向渗透系数在6.20×10-6~4.39×10-5 m/d之间,土层变形滞后时间为2.1~12.8年。配线法估算出研究区浅部土层的贮水率在4.8×10-4左右,深部土层的贮水率在1.08×10-4~2.05×10-4之间,浅部土层的贮水率是深部土层的2~4倍,浅部土层垂向渗透系数比深部土层大1~2个数量级。
    活化过硫酸钠体系降解三氯乙烯效能研究
    郝 天, 张 云
    2023, 29(4):  600-607.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021076
    摘要 ( 1771 )   PDF (1110KB) ( 132 )  
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    以三氯乙烯(TCE)为目标污染物,研究柠檬酸钠(TCD)、柠檬酸(CA)作为螯合剂,螯合Fe2+催化过硫酸钠(Na2S2O8)降解水溶液中TCE的效果,研究氧化剂投加量、螯合剂投加量、pH值等对TCE降解效果的影响,得出Na2S2O8降解TCE时各组分的最佳投加比例和适宜的pH值。结果表明,TCD和CA两种螯合剂均能有效螯合Fe2+催化过硫酸钠体系降解TCE,且TCE的降解符合一级动力学过程,Na2S2O8/TCD/Fe2+/TCE的最佳摩尔比为20:10:10:1, Na2S2O8/CA/Fe2+/TCE的最佳摩尔比为20:5:10:1,这时两种体系降解率和TCE的一级反应动力学常数都达到最大,两种体系降解率分别为96.7%、97.6%,TCE一级反应动力学常数分别为2.48×10-2 、2.68×10-2 min-1,达到最佳投加量时CA的用量仅为TCD用量的一半。在投加量较小时,随TCD和CA及Na2S2O8投加量增加,TCE的降解率增大,一级反应动力学常数也增大,但过量螯合剂会与Fe2+形成过于稳定的螯合物,影响Fe2+的催化效果,削弱Na2S2O8的氧化能力,过量Na2S2O8会产生过多的硫酸根自由基SO4-·,SO4-·会相互消耗抑制反应的进行。在Na2S2O8/Fe2+/TCE的摩尔比为20:10:1的体系中,若加入TCD的摩尔比大于10或加入CA的摩尔比大于5,对Fe2+的催化效果将减弱。在TCD/Fe2+/TCE的摩尔比为10:10:1的反应体系或CA/Fe2+/TCE的摩尔比为5:10:1的反应体系中,Na2S2O8摩尔数比大于20时,会抑制反应的进行。过硫酸钠体系降解TCE需要维持在一定的pH范围内,碱性条件不利于反应的进行,中性和酸性条件有利于反应的进行。
    燃油污染对多孔介质水文地质参数的影响研究
    杨鹏飞, 陈余道, 蒋亚萍, 闫嘉宁, 郑 杲, 邹志坤, 刘 权, 覃佳肖
    2023, 29(4):  608-616.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021108
    摘要 ( 1724 )   PDF (1695KB) ( 269 )  
    相关文章 | 计量指标
    燃油污染对地下水环境造成的影响不容忽视,调查污染场地的水文地质参数,有助于更好地认识污染前后水文地质参数的变化,以及污染物在地下水中迁移行为的变化。文章通过3个阶段的定量示踪实验,对实验室砂槽开展了污染前和污染后水文地质参数估测,对比了汽油污染前后参数的差异,评价汽油污染对水文地质参数的影响。结果表明:(1)汽油污染的积累会导致生物堵塞发生,生物堵塞程度随着渗流距离的增加有减缓趋势;多孔介质中不同区域溶质弥散作用存在差异,中央线上优势流的溶质通量增加,质量回收率提高;溶质穿透曲线峰型呈现瘦高型,并出现明显的拖尾。(2)通过监测长达6年的汽油污染实验,传统汽油砂槽(TG-tank)和乙醇汽油砂槽(EG-tank)的渗透系数分别为25.4、20.5 m/d,降低为砂槽被污染前初始渗透系数KⅡ的61%、49%;TG-tank和EG-tank的有效孔隙度由初始值0.30分别减小为0.28、0.26;与未污染时比,污染后水动力弥散系数也会减小。乙醇汽油污染对多孔介质渗透性的削弱更显著,有机污染的积累会改变污染场地的水文地质参数,加强污染后水文地质参数的估测,能够为评价污染风险提供合理依据。
    其他学科
    龙门山断裂带与龙日坝断裂带相互关系的物理模拟实验
    葛家成, 贾 东, 尹宏伟, 闫 兵, 陈竹新, 范小根, 杨 双, 崔 键, 钟 城
    2023, 29(4):  617-629.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021119
    摘要 ( 645 )   PDF (13611KB) ( 72 )  
    相关文章 | 计量指标
    在青藏高原东缘北东向龙门山断裂带西北约150 km的松潘—甘孜块体东部,存在一条北东向,具有右旋逆冲活动特征的龙日坝断裂带,由于其特殊的地理位置,目前已引起广泛关注。为了研究这两条性质相似断层带间的相互关系,文章根据该区域实际地质情况和相似性原理设计三组物理模拟实验,重点考虑碧口块体和底部滑脱层的影响,并运用粒子速度场成像技术监测表面变形。实验模型显示,在东西向挤压应力下发育了北东走向以逆冲为主兼右行走滑分量的龙门山断裂带和龙日坝断裂带以及南北走向的岷山隆起带。根据实验结果得出认识:只有在碧口块体的作用下,才会沿滑脱层边界发育断层,而不是在滑脱层内部形成弧形断层;龙门山断裂带与龙日坝断裂带在深部滑脱层相连,可能是一组同期发育的倾向相反的断层。该研究结果显示,在碧口块体影响下断裂带的发育过程,为理解龙门山断裂带和龙日坝断裂带相互关系提供了一种可能的构造模式。
    西湖凹陷深层有效储层形成机理及深度下限研究
    肖晓光
    2023, 29(4):  630-643.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2022004
    摘要 ( 92 )   PDF (4237KB) ( 132 )  
    相关文章 | 计量指标
    为了明确西湖凹陷有效储层形成机理,实施海上经济有效勘探开发战略,文章综合运用铸体薄片、扫描电镜、恒速压汞、X衍射和DST测试等技术方法,从源—汇—岩三方面分析了西湖凹陷有效储层的成因、发育规律,并探讨了其发育的深度下限。结果表明,有效储层的形成受控于物源、沉积和成岩的共同作用,西湖凹陷周边以岩浆岩(特别是花岗岩)、变质岩为主的母岩来源,大型辫状河、三角洲—潮坪的强水动力沉积背景,为西湖凹陷深层低渗背景下有效储层的发育提供了有利的先天条件,后期成岩作用对储层孔喉结构的改造决定了有效储层纵向分布。有利沉积微相、溶蚀强度大和早期绿泥石发育是控制西湖凹陷有效储层发育的主控因素,低地温、超压发育背景下的洁净的中、粗和含砾中粗砂岩储层决定了有效储层发育的下限。
    煤层气井储层地质工程特征对产能的控制研究
    李全中, 申 建, 胡海洋, 吉小峰
    2023, 29(4):  644-656.  DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2021118
    摘要 ( 131 )   PDF (711KB) ( 481 )  
    相关文章 | 计量指标
    为了提高煤层气井的单井产气效果,从煤层气开发的地质静态参数和工程动态参数出发,研究煤层气井产气效果的影响因素。文章基于山西沁水盆地某区块12口典型煤层气井的储层参数、地质特征和开发数据,从地质控制因素和工程控制因素出发,详细剖析了煤层气资源特征、煤储层渗流、构造、能量特征、钻井、压裂、排采工程等七个方面的24种因素,研究各因素对煤层气井产气效果的控制程度。结果表明:同一区块煤层气井的产气效果存在差异,受地质因素和工程因素共同影响;煤层气资源及煤储层渗流、构造和能量特征对煤层气井的产气影响较显著,且当研究区煤储层渗透率大于0.7 mD时,有利于煤层气井获得较好的产气效果;断层影响煤储层的含气性和排采过程中的流体运移,煤层气开发应避开断层,保持400 m的安全距离;煤层气井的见套压力及放气压力越高,越有利于扩大煤储层的解吸半径,有利于煤层气井高产稳产;煤储层的压裂施工规模对产气量影响较大,研究区加液规模比加砂规模对煤层气井的产气影响更显著;煤层气井应合理控制各个阶段的压降速率和产气提升速率,在控压提产阶段的压降速率宜控制在10 kPa/d以内,扩大煤储层的压降漏斗半径。通过对研究区煤层气井的地质及工程因素进行分析,为煤层气地质选区、选点提供理论支撑,为煤层气工程开发提供技术指导。