高校地质学报

张逍姬, 胡修棉, 李娟, 许艺炜

2024, 30(04): 379-396. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023030

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华南板块在早二叠世时期位于赤道附近，发育了以栖霞组为代表的浅海碳酸盐岩，随后被孤峰组黑色页岩和硅质岩所取代，代表一次碳酸盐台地死亡事件。文章对下扬子区安徽巢湖平顶山剖面和江苏句容正盘山剖面上栖霞组与孤峰组进行了系统的沉积微相、碳同位素地层学等研究，试图探讨早二叠世末期栖霞组碳酸盐台地死亡的机制。分析表明，栖霞组顶部可划分为9种微相，属于碳酸盐内缓坡—中缓坡沉积环境；孤峰组底部可划分为5种岩相，属于深水盆地环境。栖霞组与孤峰组界处沉积环境和古水深发生突变，代表了下扬子地区早二叠世末期的碳酸盐台地死亡。栖霞组与孤峰组之间的碳酸钙含量突然降低、碳酸盐碳同位素快速负偏、有机质碳同位素明显正偏，指示碳酸盐台地死亡的突发性和事件性。观察显示，无机碳δ13Ccarb与有机质δ13Corg存在镜像关系。文章认为，导致有机和无机碳解耦的原因可能与陆源有机质输入有关，而碳酸盐台地死亡可能为相对海平面上升所导致。

柴北缘西段嗷唠山地区三叠系碎屑锆石U-Pb 年代学特征及其地质意义

王波, 吴志雄, 胡俊杰, 马立成, 马寅生, 施辉

2024, 30(04): 397-408. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023038

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柴达木盆地三叠纪有无沉积过程及其后期演化等关键地质问题一直存有争议。文章针对柴北缘西段嗷唠山三叠系沉积岩进行了系统的碎屑锆石年代学研究，结合岩石组合分析和区域地层对比，尝试为理清柴北缘三叠纪地层框架提供依据。根据嗷唠山Tb段下部碎屑锆石中获得年轻锆石年龄平均值248 Ma，结合前人从下伏Ta段中获得的古生物资料，可以将嗷唠山三叠系的形成时代限定在早—中三叠世。文章所采集的嗷唠山样品碎屑锆石年龄谱系可分为5组，分布在（243~260 Ma）、（414~538 Ma）、（678~857 Ma）、（1064~1642 Ma）和（1700~2836 Ma），其主要物源分别对应于柴北缘地区分布的印支期岩浆岩、上泥盆统再旋回物质、柴北缘超高压变质带、柳河群以及达肯达坂群。研究区与柴北缘东段怀头他拉地区三叠系具有相同的沉积特征，并且在岩性组合及碎屑锆石年龄谱系上明显区别于周缘祁连和西秦岭三叠纪地层分区，暗示柴北缘地区在三叠纪曾经发育一系列连续或断续分布的沉积地层。早三叠世，受宗务隆洋向南俯冲影响，柴北缘地区开始快速隆升，先期的多套沉积地层与结晶基底被迅速剥蚀，在近源断陷处形成了冲/洪积相为主的沉积地层。中三叠世，周缘构造带的活动强度总体趋于稳定，柴北缘地区处于浅海陆棚－台地相沉积体系，发育厚层灰岩为主的沉积。至晚三叠世，伴随东昆仑—柴达木地体强烈的陆陆碰撞，柴达木盆地整体被迅速抬升，盆地内弱固结的三叠系被大面积剥蚀，部分向东搬运至共和盆地，仅在部分洼陷得以保存。

东南沿海火山岩地区火山黏土型锂矿的发现

邵小阳, 邓飞, 张忠进, 王汝成, 陆现彩, 车旭东

2024, 30(04): 409-417. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2024031

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广东省东北部石人背盆地上白垩统叶塘组中存在锂元素超常富集现象（Li2O含量可达0.2%以上），具有寻找黏土型锂矿的良好前景。石人背盆地综合剖面测量、全岩地球化学分析及岩相学观察表明，锂的富集层位位于叶塘组中—上部页岩、泥岩和粉砂岩中，黏土矿物是锂的主要载体矿物，其成因与火山活动密切相关，初步判断为火山活动相关的黏土型锂矿。盆地构造为锂矿形成提供了有利的沉积环境，富锂沉积层的厚度可观，连续富矿的层位厚度可达226 m，找矿潜力较大。该矿的发现为中国东南沿海火山岩地区寻找超大型火山岩相关沉积型锂矿提供了重要的找矿线索。

黔西恰西地区晚二叠世富稀土岩系地球化学特征及物源分析

罗香建, 覃英, 卢树藩, 张嘉玮, 黄庆, 王彪, 龚大兴, 田恩源, 刘国栋

2024, 30(04): 418-430. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023035

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黔西地区晚二叠世宣威组一段底部富稀土岩系不同岩性段地球化学特征及成矿物质来源还不清楚。文章通过对黔西恰西地区典型剖面开展主量、微量及稀土元素地球化学分析，对富稀土岩系不同岩性段地球化学特征及成矿物质来源进行了探讨。结果显示，富稀土岩系由下往上可划分为铁质岩段、铝质岩段及碎屑岩段，其中，铝质粘土岩段稀土含量最高，最高可达0.76%。富稀土岩系以SiO2、Al2O3、FexOy、TiO2为主，四者含量之和在83.93%~87.24%之间；Cs、Rb、Ba、V等大离子亲石元素亏损，Zr、Hf、Nb、Ta等高场强元素稳定；稀土配分模式均显示为右倾型，不同岩性段具体表现为：铁质岩段轻、重稀土分异中等，δCe无异常，δEu显示弱负异常；铝质岩段轻、重稀土分异程度大，δCe、δEu均显示负异常；碎屑岩段轻、重稀土分馏中等、δCe为弱正异常、δEu为负异常。根据样品ICV值、La/Sc-Co/Th 图解及稀土配分模式综合判断，铝质粘土岩段与碎屑岩段物源主体为剥蚀—搬运—沉积的中酸性火山岩（并非火山灰），铁质岩段物源为近源玄武岩。

早期成岩条件下有孔虫壳体矿物稳定性：模拟实验的启示

阚立波, 周跃飞, 李晓松, 王家宇, 徐亮, 谢巧勤, 陈天虎

2024, 30(04): 431-441. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023024

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为了模拟早期成岩条件下钙质壳有孔虫壳体中碳酸盐矿物的稳定性及分解转化，文章对浙江台州大港湾滩涂沉积物中的优美小九字虫（Nonionella decora，CF1）、奥茅卷转虫（Ammonia aomoriensis，CF2）和暖水卷转虫（Ammonia tepida，CF3）壳体在硫离子、异化铁还原菌（dissimilatory iron-reducing bacterium，DIRB）和硫酸盐还原菌（sulfate-reducing bacterium，SRB）作用下的形貌、结构和成分变化进行了分析。结果表明，初始S^2-≥64 mmol/L时，S^2-可以显著促进CF1和CF3壳体中方解石的溶解；对CF2，初始S^2-≥128 mmol/L时溶蚀现象明显；溶蚀作用主要发生在壳体表面锯齿构造位置。DIRB对三种有孔虫壳体中的方解石均产生强烈溶解作用，SRB对方解石的溶解无明显促进作用。S^2-作用不改变方解石Raman光谱特征，DIRB和SRB作用导致其Raman光谱整体发生5~7 cm-1的移动。S^2-、DIRB及SRB作用均可促进壳体内部矿物的溶解和Mg的均一化，DIRB和SRB的代谢产物同时可以促进壳体中次生富Mg碳酸盐矿物的生成。研究认为，早期成岩环境中的DIRB对有孔虫壳体成分和结构的改变强于S^2-和SRB，但在长时间尺度上，SRB的作用也不可忽略。

含水层厚度突变型地裂缝控制因子敏感性分析

张火链, 贺圣淋, 张永伟, 于德杰, 龚绪龙, 叶淑君

2024, 30(04): 442-450. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023041

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过量开采地下水引发的 “采水型”地裂缝灾害在国内外广泛存在。采水型地裂缝的发育是过量开采地下水与复杂的地质、水文地质条件共同作用的结果。含水层厚度突变型地裂缝是常见的一类采水型地裂缝。为了深入理解含水层厚度突变型地裂缝发育机制，文章基于这类地裂缝的概念模型设计了一个理想的地裂缝发育数值试验算例，应用有限元方法计算含水层连续性介质的应力应变分布，应用界面元方法计算非连续裂缝的发育。在此理想算例基础上，进一步应用Sobol全局敏感性分析方法评估含水层厚度比、孔隙水压力变化、压缩系数以及内聚力四个控制因子对地裂缝发育深度的影响。研究结果表明：开采地下水过程中，由于孔隙水压力降低，差异性沉降和剪切应力在含水层厚度突变处集中并不断增大，导致地面产生地裂缝，并进一步向下扩展。含水层厚度比是地裂缝发育最敏感的控制因子，孔隙水压力变化的敏感性次之，压缩系数敏感性弱，内聚力是不敏感控制因子。含水层厚度比和孔隙水压力变化之间有明显的交互作用，含水层厚度差异越大且孔隙水压力降低越大则地裂缝发育越深。

基于PSYPRO 露点水势的土体吸力测量方法研究

张大展, 唐朝生, 徐金鉴

2024, 30(04): 451-459. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023020

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土体吸力测量对岩土工程稳定性评估至关重要，实时准确量测土体从饱和状态到干燥状态的吸力变化一直是非饱和土力学领域的研究热点和难点。露点水势技术是一种新型土体吸力测量方法。详细介绍了PSYPRO露点水势仪的工作原理以及所需要调试参数的意义，并结合标定试验和蒸发试验给出了PSYPRO露点水势仪测量土体不同吸力区间的最优参数设置推荐。先利用不同浓度NaCl溶液对PST-55湿度计进行标定试验并得到了校正系数，随后开展室内土体蒸发试验，并使用PST-55湿度计和ML3土体含水率传感器分别测量干燥过程中土体吸力和含水率变化，验证了露点水势技术用于土体吸力实时连续监测的可行性和准确。

库车前陆盆地的热流与深部温度分布特征

冯冠中, 刘绍文, 朱传庆, 李香兰

2024, 30(04): 460-475. DOI: 10.16108/j.issn1006- 7493.2023021

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沉积盆地热体制对理解盆地的成因演化过程以及油气和地热能源资源评估等具有关键作用，备受学术界和工业界关注。库车前陆盆地是中国重要的天然气产区，其热体制的准确厘定对于该区油气潜力评估具有重要意义。文章利用系统连续测温与试油温度数据，结合地层热物性数据，详细研究了库车前陆盆地的现今热状态特征。库车前陆盆地的现今地温梯度介于17.3~25.7 ℃/km之间，平均值为21.5±2.6 ℃/km；大地热流范围为27.4~57.9 mW/m2之间，平均值为40.9±7.2 mW/m2。区域内1000~6000 m埋深处的估算温度范围及均值分别为26~49 ℃（36±4.6 ℃）、42~82 ℃（59±7.5 ℃）、64~113℃（82±10.3 ℃）、85~127 ℃（102±11.6 ℃）、98~140 ℃（119±12.8 ℃）与110~155 ℃（133±13.9 ℃）。库车前陆盆地现今热状态整体偏低，分布上表现出“北高南低、东高西低”的空间格局。盆地西部沉积物厚度大，沉积层因其低热导率形成
热屏蔽效应，阻碍深部热量向地表运输。同时，盆地东部新构造变形强度更大，断层运动生热效应明显。盆地沉积物厚度差异以及印度—欧亚大陆碰撞远距离效应作用下活动构造的强度差异联合造就了观测到的区域地热格局。

pH 摆动—钢渣矿化固碳工艺经济潜力评估

谢奎, 赵良, 朱辰, 冯鹤男, 孙佳佳, 周伊杨

2024, 30(04): 476-484. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023034

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基于CO2矿物封存的钢渣铵盐循环固碳工艺具有前景广阔的经济潜力和CO2减排效益，有助于帮助钢铁企业实现钢渣固废和含CO2烟气的废弃资源高价值综合利用。原料损失、反应时长、杂质离子行为直接影响工艺的运行成本与产品品质，最终决定其应用价值。文章通过小试实验研究对钢渣铵盐循环固碳工艺进行经济潜力评估，并从成本控制角度为工艺参数确定及优化方向提出建议。结果显示浸取液在10次循环过程中溶液新鲜度基本保持不变，造成的氯化铵损失的主要原因是溶液体积损失；沉淀过程CO2流速达到15~20 L/min时沉淀时间下降到20~30 min，此时沉淀过程不是工艺运行速率的限制因素；循环溶液中未见杂质离子明显富集，十轮反应的沉淀碳酸钙产品均符合行业标准；该工艺生产沉淀碳酸钙的CO2减排因子为1.543；该工艺吸收1吨CO2的利润为1325.25元，通过减少溶液损耗，利润可达1654.74元，具有显著的经济性。

融合空间及环境要素机器学习模型的重金属含量预测：以硇洲岛为例

贾黎黎, 胡飞跃, 李婷婷, 朱鑫, 易隆科

2024, 30(04): 485-495. DOI: 10.16108/j.issn1006-7493.2023033

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传统的土壤重金属污染评价方法通常只依赖于有限采样点数据进行空间插值分析，忽略了如地质背景、人类活动、地理要素等环境协变量对重金属分布的影响，而仅考虑环境协变量的预测又难以反映重金属元素分布的空间聚集效应。因此，该文章提出了一种新的方法，即融合空间及环境要素作为协变量，基于随机森林（RF）、极致梯度提升树（XGboost）、深度学习神经网络（DNN）三种模型对硇洲岛重金属空间分布进行预测。结果表明，将空间要素融入模型后，预测性能得到显著提升。文章另外还采用了数据分割和外部数据验证等方法验证改进模型的稳健性，并选择最优模型进行预测。基于预测结果，从数据特征层面对重金属元素进行相关分析、聚类分析，并从空间分布层面对重金属元素进行LISA空间聚类分析的研究表明，控制岛内Cu、Ni、Cr、Zn元素分布的关键因素是地质因素，而Pb、As、Hg的分布主要由人类活动控制，Cd元素的分布由人类活动及地质背景共同影响。

准噶尔盆地玛中地区砂砾岩储层特征及非线性反演方法的应用

张小栓, 张欣, 廖启平, 樊亚飞, 刘谨铭, 魏东涛

2024, 30(04): 496-504. DOI: 10.16108/j.issn1006- 7493.2023042

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随着近年来在玛湖凹陷斜坡区下三叠统百口泉组砂砾岩储层中发现越来越多的油气藏，有关砂砾岩优质储层的预测技术也受到很多学者的关注。文章分析了研究区砂砾岩储层的岩石铸体薄片、矿物成分分析和氦气孔隙度测量结果，发现塑性碎屑含量对该类岩石的物性有较大的影响，随着岩石中塑性碎屑含量的增加，岩石的孔隙度和渗透率都会降低。同时，利用测井数据开展了优质储层的敏感参数优选，优质储层在常规测井曲线上表现为低自然伽马和高电阻率的特征，并构建了可以表征塑性碎屑含量的特征曲线，该曲线可以有效识别研究区的优质储层。利用人工智能反演技术在研究区开展了基于该特征曲线的非线性反演，结合敏感曲线交会分析认为，当特征曲线小于0.3的地区是研究区优质砂砾岩储层的发育区。

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