高校地质学报

脱水对Ca-Mg-Ba-CO3 无定形相前驱体相变控制的分子模拟研究：白云石与钡白云石的对比探究

陈䶮, 朱翔宇, 滕辉

2024, 30(02): 119-132. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023019

摘要 ( 174 )

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白云石为地表分布最广泛的碳酸盐矿物之一，大量发育于古老地层中，现代海洋环境中鲜有出露。经过几十年的研究发现，低温条件下很难成功合成有序白云石，其成因问题仍悬而未决，因此“白云石问题”无疑是地质学上最长久的难题之一。主流观点认为原因是Mg²⁺的水合作用阻碍了Mg²⁺进入碳酸盐矿物晶格，然而最新研究提出，白云石结晶最大的限制因素可能在于无定形相前驱体的结构约束。溶液中无定形前驱体转化结晶为白云石时，脱水作用对结晶方式起着举足轻重的影响。文章采用分子动力学模拟的方法，研究Ca-Mg-Ba-CO₃系统中含水无定形前驱体的相变脱水过程。结果表明，脱水过程中系统密度显著上升，但金属阳离子与其他离子的距离受脱水影响小，且总配位数不变。动力学方面，含水无定形Ca-Mg-CO₃和Ba-Mg-CO₃前驱体（即ACMC和ABMC）具有相似的扩散行为，前者的粒子移动性较低，对成核团簇的聚集产生阻碍作用。热力学方面，二者的脱水焓有显著差异，ACMC的脱水焓更高，且脱去结构中最后的H₂O十分困难，而这部分H₂O会为了结构稳定干扰脱水过程，进而影响结晶进行。因此，限制白云石结晶的主要原因可能为低水合态时难以脱去维持结构稳定性的H₂O。该研究系统地探讨了脱水作用对白云石和钡白云石结晶的控制作用，为“白云石问题”的解决提供新的思考。

NaOH 碱熔法在硅酸盐硼同位素测试中的应用

李正辉, 蔡悦, 魏海珍, 李烨, 张微微, 李百蝉

2024, 30(02): 133-141. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023004

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硼同位素是地球与行星科学研究中的一个重要工具，但是精确测量硅酸盐的硼同位素还存在一定的挑战，其主要原因源于样品消解。碱熔法是一种适合于硅酸盐样品的熔样方法。目前用于测量硅酸盐硼同位素的碱熔法采用昂贵的铂金或者玻璃碳坩埚和较高的助熔剂比例，容易在前处理过程中造成硼损失。为了实现硅酸盐样品的完全消解并避免硼的损失，文章报道一种使用银坩埚的NaOH碱熔法。该方法采用5：1的助熔剂与样品质量比，以及改进的溶样方法，实现了样品的完全消解并有效地避免了硼的流失。结合改进的硼特效树脂分离提纯技术和多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）测量流程，文章报道了五个硅酸盐国际标样的硼同位素组成和硼含量数据。实验结果与国内外发表的数据在误差范围内一致。这个绿色且高效的方法对硅酸盐硼同位素研究具有重要意义。

俯冲带榴辉岩中水的赋存机制及其溶解度的控制因素

殷常鑫, 康磊, 刘良

2024, 30(02): 142-156. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2022098

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榴辉岩是俯冲带重要的高压—超高压变质岩石类型之一，其主要组成矿物为石榴子石和绿辉石，是名义上无水矿物(NAMs）。随着板片俯冲过程中温度压力的升高，富水流体被释放，但榴辉岩中的石榴子石和绿辉石仍然可以携带一定量的水，成为水向地球内部传输的重要载体。在超高压岩石折返过程中，由于压力的降低，石榴子石和绿辉石中的水以羟基出溶的方式释放，能够引起高压变质岩石的退变质甚至同折返岩浆等一系列重要地球动力学过程。文章论述了矿物含水性的研究方法、石榴子石和绿辉石中水的赋存机制、水溶解度的控制因素（例如化学组成、压力、温度、水逸度、氧逸度等）以及板片俯冲/折返过程中榴辉岩水的行为，在此基础上凝炼当前研究中面临的科学问题展望了未来的研究方向。

铜陵地区晚泥盆世五通组叶腊石的发现及其资源意义

刘童, 谢巧勤, 徐亮, 王家宇, 周跃飞, 陈天虎, 徐晓春

2024, 30(02): 157-164. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023002

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叶山铁矿是铜陵新桥矿田一小型沉积—热液叠加改造型铁矿床。文章采用粉晶X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等研究手段，对叶山铁矿区内晚泥盆世五通组沉积岩进行系统矿物学研究。结果发现，五通组碎屑岩中除了常见的碎屑矿物石英、长石、伊利石和高岭石，还含有大量叶腊石，伴生一定量赤铁矿和针铁矿。XRD定量显示叶腊石含量介于7.54%~70%，且沉积层中部为叶腊石富集层位，其含量皆高于50%。微结构观察发现叶腊石多呈自形—半自形的块状、板条状形态，多环绕石英颗粒生长，甚至有的颗粒已经完全由片状叶腊石组成，但是仍具有石英棱柱状形态的假象结构。化学成分分析显示，岩石样品SiO2含量较高，介于44.47%~80.23%，Al2O3含量介于10.49%~28.75%。根据矿物组成和化学成分特征，铜陵叶山矿区五通组沉积岩已经具有叶腊石矿石品质，矿石类型属于硅铝质叶腊石，这种叶腊石矿石是陶瓷原料、耐火材料、无碱玻璃等重要原料。矿石微结构观察和矿区地质背景综合研究显示，五通组叶腊石可能为区域中生代岩浆热作用下高岭石和石英再活化产物。该研究成果为铜陵乃至长江中下游成矿带内具备类似地质条件、寻找非金属叶腊石粘土矿物资源提供基础矿物学理论支撑。

月球内部水和月表水冰资源的评估研究

吴言蔚, 贺佳峰, 王国光

2024, 30(02): 165-177. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023013

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水是地球上的生命之源，也是未来星际旅行重要的推进剂材料，因此在人类对月球和其他地外天体的探测过程中，水是最受关注的战略资源之一。美国Apollo和前苏联Luna登月计划之后二十多年间，月球“无水”的观点曾被广泛接受。文章系统阐述了月球内部水和月表水研究进展、月球水成因、水资源量评估和开发利用方法。近年对月表水资源的探测和月球样品中水含量的深入研究，揭示出月球并非“无水”，月球内部含有较为丰富的水，月表的极区可能有可观的水资源，月表中低纬度地区也广泛存在太阳风成因的水。月球的水成因主要包括自身来源的水、小行星和彗星来源水、太阳风成因水等。据估测，月表极区水冰的资源量约为142.8亿吨，月表太阳风成因水含量约为34万吨，为未来月球基地的建设和深空探测提供了重要的资源保障。并就月球水资源利用的提出多种开发利用方案，包括热能采矿法、月球极地推进剂开采前哨战、钻取一体化开发利用系统等。

桂东南岑溪—陆川地区斜长角闪岩的年代学、地球化学特征及其地质意义

梁任鑫, 时毓, 庞超伟, 刘希军

2024, 30(02): 178-195. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2022093

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文章对桂东南岑溪—陆川地区的斜长角闪岩进行了锆石U-Pb年代学和全岩地球化学分析，研究结果表明，研究区斜长角闪岩的形成时代不早于早古生代（487~428 Ma）。中—新太古代的古老锆石揭示该地区深部可能存在未暴露的太古代结晶基底。全岩地球化学分析显示，样品相对于原始地幔富集大离子亲石元素（LILE）如K、Rb、Ba、Sr等和轻稀土元素，明显亏损高场强元素（HFSE）如Nb、Ta、Ti等，类似于岛弧玄武岩（IAB）的特征。研究区斜长角闪岩由古老俯冲交代的地幔楔熔融而成，可能形成于早古生代碰撞后的岩石圈伸展阶段。

基于离散元模拟的小行星微重力撞击采样研究

耿焕, 朱遥, 刘春, 张宸玮

2024, 30(02): 196-206. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2022094

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撞击采样是适用于小行星表面微重力环境的采样方式，目前已成功应用于Hayabusa 1和Hayabusa 2小行星探测任务。文章基于国产高性能离散元软件MatDEM，建立小行星微重力撞击采样模型，探索初始撞击速度和弹体形状对撞击后风化层内部特征和溅射颗粒的影响。结果表明，增加初始撞击速度能够增大风化层相同区域内部应力和密实度，提高溅射颗粒数量和来自风化层深部的颗粒数量。在风化层相同区域，锥头弹体能够产生最大的应力峰值，平头弹体产生的应力峰值最小。圆形和平头弹体产生的溅射颗粒数量最多，且具有最好的深部采样能力。锥头弹体产生的溅射颗粒数量最少，深部采样能力最弱。结论有助于理解撞击过程内部机理，为深空探测中的撞击采样方案设计提供参考。

边坡全维度监测技术与模型试验研究

程刚, 张昊宇, 朱鸿鹄, 施斌, 吴静红

2024, 30(02): 207-217. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023005

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中国是世界上地质灾害最严重的国家之一，其中滑坡常年位于各类地质灾害首位，因此对滑坡灾害进行深层次的研究至关重要。边坡工程常常会受到人类工程活动与自然地质作用叠加效应的影响，从而增加了对边坡变形失稳机理的科学认知难度。为精准掌握边坡状态信息与变形失稳过程，可通过建立全维度的监测体系以实现边坡状态信息的动态解译与表征，据此获得更加精准、可靠、直观的边坡稳定性评价依据。文章围绕边坡破坏模式及典型边坡监测技术，在厘清边坡变形演化过程的基础上，对边坡“天—空—地—体”一体化监测技术体系进行了全面分析；概述性总结了基于DFOS的边坡监测技术，重点阐述了基于DFOS的边坡多源多场监测研究思路与实施路径；系统性梳理了基于典型监测技术与DFOS技术的边坡物理模型试验研究过程与结果，以期为开展边坡加固方案设计与防灾减灾控灾提供重要的参考依据。

准噶尔盆地东道海子凹陷及周缘上古生界原油成因来源

尹晟宇, 龚德瑜, 苏静, 胡正舟, 吴卫安, 王瑞菊

2024, 30(02): 218-230. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2022095

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东道海子凹陷的钻探工作始于20世纪90年代，但由于复杂的构造演化和沉积特征，该区勘探长期停滞不前。直到近期，部署在东道海子凹陷的探井中屡屡发现良好油气显示，使该区的油气勘探重燃希望。目前，对该区油气成因来源的认识还很薄弱，给勘探方向的选择造成了较大的困难。文章对东道海子凹陷及周缘石炭系和二叠系储层中原油的稳定碳同位素组成、类异戊二烯烷烃和甾萜类生物标志化合物等地球化学特征进行了系统分析，划分了原油的成因类型，再结合研究区主力烃源岩的地球化学特征，最终厘清了各类原油的来源。结果表明，研究区原油总体已进入主生油窗，属于成熟原油，分为三种不同类型。第一类原油稳定碳同位素组成重，Pr/Ph值较高，含有丰富的C₁₉三环萜烷、C20三环萜烷和C₂₄四环萜烷，伽马蜡烷指数低，来自下石炭统松喀尔苏组b段的淡水腐殖型烃源岩。第二类原油稳定碳同位素组成轻，Pr/Ph值相对较低，含有丰富的β-胡萝卜烷和伽马蜡烷，但C₁₉三环萜烷、C₂₀三环萜烷和C24四环萜烷的丰度较低，来自中二叠统平地泉组咸水湖相烃源岩。第三类原油的地化特征介于上述两类原油之间，表现出混源特征。上述认识提供了一个在多源叠置区开展油源对比的典型案例，同时也为东道海子凹陷及周缘下一步油气勘探指明了方向。

四川盆地及其周缘五峰组—龙马溪组页岩物源及构造环境分析

彭浩, 陈雷, 胡云鹏, 卢畅, 恒德, 文冉, 谭秀成, 秦何星

2024, 30(02): 231-240. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2022097

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四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组页岩在沉积学特征、矿物学特征和地球化学特征等方面均具有较大差异性。而物质来源是决定页岩物质组分、矿物学、脆性等的基础，因此文章基于主量元素、微量元素和稀土元素等数据，对四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组页岩的地球化学特征、源岩属性和构造背景进行了分析。结果表明，四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组页岩的地球化学组成主要为SiO₂、CaO和Al₂O₃。从川西南—川南—川东南—川东北地区，五峰组—龙马溪组页岩的SiO₂含量逐渐增大，CaO含量逐渐减小。La/Yb—ΣREE 图解分析表明，四川盆地及周缘不同地区五峰组—龙马溪组页岩的源岩具有一定的差异性。其中川西南和川南地区五峰组—龙马溪组页岩的源岩属性较为相似，主要为碱性玄武岩、沉积岩和花岗岩，川东南地区以花岗岩和碱性玄武岩为主，川东北地区主要为沉积岩和花岗岩。ICV指数分析显示川西南和川南地区五峰组—龙马溪组页岩均为构造活动的首次沉积，而川东南和川东北地区五峰组—龙马溪组页岩则经历了再循环作用或遭受了强烈的化学风化作用。Sc/Cr-La/Y图解及其他相关参数分析表明四川盆地及周缘五峰组—龙马溪组页岩沉积时期的构造背景均为被动大陆边缘。

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