汾渭地堑中、深层地热资源较富集,但其成因机制不明。为了更有效地勘探开发这些资源,首先必须弄清楚其形成的地质背景和热聚敛成因。在前人研究成果的基础上,综合分析了汾渭地堑构造演化与动力学背景,深部热构造特征,源、通、储、盖条件,并探讨了其热聚敛机制。印度-欧亚板块碰撞的远程效应形成了汾渭地堑新生代伸展拉张作用;软流圈底辟上涌,上地幔热隆起,莫霍面和居里面抬升,中、浅层低速高导体形成,地壳拉张减薄,固态剪切脆-韧性变形是中、深层地热资源形成的基础。新生代强烈的伸展拉张和特殊的构造格局是有利的控热构造,地幔传导热是目标热储最根本的动态热源,埋藏较浅的上地幔内和壳内的低速高导层是良好的导热体和热能汇集中心,是中、深层热储的直接热源和震源层,切割较深并在新生代具有强烈活动的边山断裂和控盆断裂具有良好的导热功能,是良好的导热构造和释热构造;夹有孔隙极为发育的火山岩的厚层状新生代松散沉积物,具有良好的阻热保温效果,是优质的热盖层。发育韧性剪切变形的变质基底不仅是干热岩型地热资源(固热能)的目标层,也是浅层水热型地热资源良好的热源层。源、通、储、盖四位一体的高效热聚敛地热系统促进了优质中、深层地热资源的形成和富集。

本文基于系统收集的天山及北部中亚区域磷灰石裂变径迹年龄、 U-Th/He年龄和裂变径迹长度数据,通过频度分析和年龄分阶段插值分析,综合刻画了天山和中亚地区中新生代的岩石快速冷却事件的时空差异。结合不同阶段不同区域构造变形的表现,探讨了天山地区不同阶段不同区段岩石快速冷却事件与不同板块边界动力之间的联系。结果显示,天山地区主要经历了晚三叠世、晚侏罗世—早白垩世、晚白垩世—古新世、新生代中晚期4次快速冷却事件。晚三叠世的快速冷却主要分布于天山西段,反映逆冲断层活动引起的岩石抬升剥露,受控于西部图兰(Turan)地体与古亚洲大陆的碰撞。晚侏罗世—早白垩世的快速冷却主要分布于西部的吉尔吉斯天山和东部的东天山地区,均表现为逆冲断层活动引起的岩石抬升剥露。其中西部吉尔吉斯天山的逆冲抬升主要受控于南部的拉萨地体与古亚洲大陆碰撞的远程效应,而东天山主要受控于北部蒙古—鄂霍茨克洋主体闭合的远程效应。晚白垩世—古新世的快速冷却主要为沿大型断裂分布的热冷却事件。其中,西部吉尔吉斯天山、中国西天山和东部东天山南部的觉罗塔格地区,断裂活动引发的快速冷却事件主要发生在晚白垩世晚期—古新世,受控于Kohistan-Dras等岛弧的增生拼贴和最后的印度与欧亚大陆的碰撞,而东天山北部哈尔里克山,右旋转换伸展断裂导致的快速热冷却事件主要发生在相对较早的晚白垩世中期,与北部蒙古—鄂霍茨克造山带后碰撞伸展塌陷事件同步。新生代中晚期的快速冷却主要表现在帕米尔及其以北的天山西段,反映为印度与欧亚板块碰撞后高原崛起向北扩展导致的陆内强烈挤压的远程效应。总之,天山造山带不同区段中新生代不同阶段的岩石快速冷却事件是南部特提斯构造域多块体碰撞和北部蒙古—鄂霍茨克构造域洋盆闭合以及其后的后碰撞伸展塌陷等板块边界动力远程效应综合影响的结果。

地球化学野外样品采集是勘查地球化学工作的重要环节。然而,长期以来缺乏专门针对地球化学野外样品采集的信息化软件支持。随着信息技术的迅猛发展,传统的野外地球化学调查模式正加速向智能化、便捷化和现代化方向转型。因此,实现地球化学野外样品采集全流程的信息化已成为必然趋势。本文基于国内外地质调查信息化的最新进展,系统总结了地球化学野外调查及地质调查信息化的关键发展方向与核心技术特点,并深入探讨了未来地球化学野外调查系统的功能需求和特性。研究旨在推动地球化学野外样品采集向数字化与信息化迈进,为构建覆盖勘查地球化学全流程的信息化产品体系奠定基础,同时助力地质调查信息化服务能力的全面提升。为最终形成勘查地球化学全流程信息化的产品体系,提升地质调查信息化服务品质打下基础。

光合作用是决定农作物产量的首要关键因素,当前农作物的光合作用效率对日光能的利用率仅为2%左右,影响粮食蔬菜等作物产量。《地学前缘》面向世界科技前沿,面向经济主战场,跟踪我们系列科研成果近三十年。近年来,围绕矿物增强生物光合作用这一原创性国际前沿科研成果,及其在解决农业增产提质这一国际难题的突破性应用成果开展了连续报道。我们最近研究进一步证实植物叶绿体中锰簇物质(Mn₄CaO₅)与地表矿物膜中水钠锰矿具有起源关系和成因联系,在光催化裂解水功能上具有异曲同工之处。矿物红外发射光谱特性能够影响水功能,促进光反应裂解水的作用。植物经典光合作用仅限于叶绿体中锰簇物质对可见光部分波段的吸收转化作用,叶绿体外的矿物非经典光合作用可拓展功能水对太阳光波谱利用范围,即通过改变灌溉水功能实现对太阳能利用效率的提升,开拓了提高植物光合作用效率的崭新途径。据此提出“矿物-水-光合作用”国际原创技术,田间试验农作物普遍增产达20%~50%,显著提升多种农作物产量和品质。这是自然界矿物通过影响水功能以促进生物光合作用的创新案例。

硼是一种新兴战略矿产,在现代高新技术产业中应用广泛。近年来,硼的需求持续上升,硼矿资源勘查也日益受到重视。本文依托中国地球化学基准值计划所采集的3 380件汇水域深层土壤数据,提供了全国B元素地球化学分布和异常特征。全国汇水域土壤深层样品B平均含量为46.4 μg/g,B整体上具有南高北低、连片分布的特点,可划分为5个地球化学分区,分别为东北与内蒙古东部地区(Ⅰ)、西北部地区(Ⅱ)、华北地区(Ⅲ)、青藏地区(Ⅳ)和南方地区(Ⅴ)。以B含量70.9和52.4 μg/g(累频85%)分别作为南北方异常下限,共圈定出37个B地球化学异常,在全国圈定10个地球化学省和9个小规模异常。根据B异常空间分布,结合地质背景和硼矿床分布,进一步划分出9个成矿远景区,建议加大盐湖型硼矿的找矿勘查力度,并将硬岩(海相沉积)型硼矿作为下一步勘查目标。

“化学地球”的概念于2008年提出,2016年由联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心发起“化学地球”大科学计划倡议,2023年被联合国教科文组织正式批准。目标:将元素周期表绘制在地球上,建立化学属性数字地球,服务于全球资源环境可持续发展。科学技术问题:关键元素在地球上的时空分布和循环,全球不同地质地貌景观特点的地球化学探测技术、元素高精度分析和大数据开发技术。主要成果如下:(1)建立全球陆地1/3地球化学基准网,提供76个元素地球化学基准值,初步揭示关键元素全球分布规律,发现一批稀土元素(REE)、锂、铜和金等超常富集区,据此发现云南红河州超大规模中重稀土矿;(2)全球8个有毒重金属元素分布显示,欧洲超过风险限值的面积最大,占欧洲面积的48%,欧洲早期工业历史,没有清洁生产技术,导致大量有害物质排放;(3)中国地球化学观测网揭示镉、汞、砷和钙4个元素近30年发生显著变化,并发现汞的循环是以纳米辰砂微粒为主,而不是传统认为的气体形式迁移和循环;(4)地球化学大数据揭示我国7大粮食主产区,耕地质量总体安全,并利用大数据技术赋予绿色土地二维码标识,通过手机客户端实现绿色食品溯源。“化学地球”大科学计划入选习总书记主持的全球发展高层对话会主席声明成果清单,服务了高层决策和全球发展。

古特提斯阶段VMS矿床仅在中国三江等地区有出露,该类型矿床在特提斯带内其它位置是否发育?其成矿潜力如何?都是值得关注的重要科学和现实问题。塔吉克斯坦帕米尔地区位于青藏高原和伊朗高原之间,是特提斯域的重要组成部分。该地区因地质工作程度低,缺少系统的地质勘查和投入,还未实现重要的找矿突破。地球化学调查是研究铜铅锌等金属元素分布特征、快速定位和优选找矿远景区和靶区的有效技术方法。本文基于前期中国地质调查局和塔吉克斯坦地质调查局合作完成的帕米尔地区1∶100万和1∶25万地球化学调查数据研究基础之上,选择异常区开展1∶5万地球化学调查,并进行异常查证,对发现的矿化体进行成因分析,同时探讨区域成矿潜力。研究表明:(1)帕米尔托赫塔梅什地区主要异常元素组合为Fe、Cu、Pb、Zn、Ag、Sb、Au、As等,异常规模大,强度高,浓度分带明显,异常整体受地层和断裂构造控制明显,可划分为Z01号和Z02号两个找矿靶区,具有寻找块状硫化物铜铅锌和热液脉型金矿的潜力。(2)异常查证发现6条铁铜多金属矿化体,识别出3期成矿作用,第1期为主成矿期,二叠纪地层内形成VMS型铜铅锌矿化体(Z01号找矿靶区:Ⅰ号和Ⅱ号矿化体)。第2期为热液改造期,发生变形变质作用,形成顺层和切层产出的脉状铁铜矿化体(Ⅲ号、Ⅳ、Ⅴ号和Ⅵ矿化体),同时对已形成的VMS型铜铅锌化体进行改造。第3期为表生氧化期,经风化剥蚀对已形成的矿化体进行氧化,产生分带现象。推测Z02号找矿靶区仍然具有寻找VMS铜铅锌矿的潜力。(3)塔吉克斯坦帕米尔-中国甜水海地区具有良好的VMS铜铅锌矿的成矿潜力,预测找矿远景区9处。提出特提斯带内古特提斯阶段二叠纪地层内具有寻找VMS块状硫化物矿床的前景,是未来重要的找矿勘查方向。

土壤水的密度存在较大的变化范围,但目前还没有一个完整的理论来全面描述这种变化规律。本文利用微米直径的石英管模拟多孔介质的孔隙系统,采用质量-体积法测量了直径在50~530 μm之间的8个不同直径石英管中水的密度。结果表明:当石英管直径小于75 μm时,水的密度大于体相水的密度,最高密度为1.19 g/cm³;而直径为100~250 μm时,水的密度略小于体相水,最低为0.98 g/cm³。水密度随石英管径而变化的规律可以用类似纳兰-琼斯势的经验公式来表达。研究表明:能使水密度增大或减小的水化作用、水-固界面作用、毛细作用或空化机制均不能解释石英管中出现的水密度变化。分析认为,毛管中的复杂的水动力学和流变学,特别是管嘴的剪切增稠及其逆过程可能是不同直径石英管中水密度变化的物理机制。该机制不同于解释土壤水密度变化的传统理论,为土壤水密度变化研究提供了一个崭新的视角。如果把石英管中水密度变化规律与基于多孔介质毛管束概念的土壤含水率模型结合,可以预测不同含水率土壤中水的密度。进一步的研究应该从流变学基本理论出发,建立剪切速率与黏度和黏度与密度之间的定量关系,从理论上构建毛管水和土壤水密度变化模型。

含硫气体地球化学测量在找矿勘查中具有悠久的历史。但是由于含硫气体的高活动性和反应性、测试结果低重现性、分析测试高成本等缺点,含硫气体未能大规模应用于隐伏矿勘查。矿产勘查由近地表易发现矿转向隐伏矿以及便携式经济、高效和实时气体测量设备的成功研发,为气体地球化学勘查方法体系的完善升级和推广应用提供了一个新的契机。本文重点梳理了富硫化物隐伏矿气体地球化学测量研究进展、面临的挑战和未来发展方向。动力学平衡模拟、矿物(矿石)风化实验和矿区实例研究表明,富硫化物隐伏矿上方土壤中气体地球化学异常受多种因素影响,如矿体矿物组成、盖层特征、微生物作用、地球化学景观类型和含硫气体物理化学特征等。在土壤覆盖区可采用便携式多组分气体测量仪实现现场实时测量,若隐伏矿直接被运积层覆盖,则含硫气体异常与隐伏矿倾向于具有垂向对应关系。在基岩出露区则可采用岩石热解吸的方式测量含硫气体。隐伏矿与含硫气体异常的空间关系取决于断层和裂隙等渗透性通道的发育情况。案例研究统计表明,含硫气体地球化学测量不仅适用于半干旱-干旱地区,在半湿润-湿润地区也具有一定潜力。未来研究主要聚焦含硫气体在表生环境中的形成演化过程(查明主控因素)、不同地球化学景观区(尤其是半湿润-湿润气候区)含硫气体地球化学测量有效性以及便携式土壤气体测量设备小型化和智能化升级改造3个方面。

巴基斯坦位于青藏高原和伊朗高原之间,是特提斯域的重要组成,已发现有一些铅锌矿床和矿点。受地质工作程度低、缺少系统的地质勘查和投入等因素的影响,目前铅锌成矿规律和成矿区带延伸情况不清,成矿潜力不明。低密度地球化学调查是研究铅锌等金属元素分布特征、快速圈定成矿预测区和分析铅锌成矿潜力的有效方法。本文基于巴基斯坦1∶1 000 000低密度地球化学调查结果,阐述了巴基斯坦铅、锌元素地球化学背景和异常分布特征,结合铅锌矿床成矿地质背景、成矿类型和关键控矿要素,圈定了有利的铅锌找矿预测区,同时预测潜在的矿床类型,为铅锌找矿勘查提供依据。研究表明,巴基斯坦全境基岩出露区铅元素在水系沉积物中的含量为0.37~155.90 μg/g,平均含量为13.44 μg/g,高于地壳克拉克值。锌元素在水系沉积物中的含量为1.78~288.70 μg/g,平均含量为52.10 μg/g,低于地壳克拉克值。根据92%累频为异常下限(Pb含量为18.4 μg/g,Zn含量为76.0 μg/g)共圈定18个铅地球化学异常和24个锌地球化学异常、9处铅锌矿找矿预测区,划分3个主要成矿系列,提出巴基斯坦中南部胡兹达尔—贝拉地区和奎达地区具有寻找沉积岩容矿有关的SEDEX和MVT型铅锌矿较大潜力。该区向西与伊朗的萨南达季—锡尔詹铅锌成矿带连接,向东延伸到中国的甜水海—三江铅锌成矿带,是特提斯巨型沉积岩容矿铅锌成矿带的重要组成,特提斯带内其他成矿带和地区仍具有寻找该类型铅锌矿的较大潜力。

构成战略资源的关键元素有56个,大部分关键元素地壳丰度低,需要数十倍至上千倍的超常富集才能成矿,导致其矿产资源分布极不均匀。因此,圈定元素超常富集区是战略资源找矿预测和发现大型矿床的关键。超常富集核心是元素的富集强度,可以用成矿富集系数(m.a.i)、矿床规模吨位指数(t.a.i)和异常富集系数(a.c.i)定量刻画富集强度。对贵金属、有色金属、黑色金属、稀有金属、稀散金属、稀土和放射性等35个战略资源矿种进行统计分析,可以得出:成矿富集系数大于1 000的元素有锑、铋、铼和金,>100~1 000的元素有银、钨、锡、铬、锂、铯、碲、铟、铀和铂族元素(PGE),>10~100的元素有铜、镍、铬、铍、铷、钪、铌、钽、锆和原生稀土矿,≤10的元素有铁、铝、钛和离子吸附型稀土。富集达到大型以上矿床最低矿床规模吨位指数要达到10⁷,一般要达到10¹⁰。异常富集系数要达到2以上。元素超常富集还体现在异常空间分布面积>100~1 000 km²,具有3层以上异常结构,至少存在4个元素组合。元素富集量和潜在资源量,可以用面金属量和体金属量进行定量预测。元素超常富集导致大规模成矿效应,而且在成矿物质背景(源)、成矿过程(运)和最终就位(储)整个富集过程中留下了异常轨迹,可以从定性和定量角度刻画元素超常富集规律,为预测和发现矿床提供找矿标志。

中国已发现的150 ℃以上的高温地热资源及其成因机制研究集中分布在地中海—喜马拉雅地热带的西藏南部和云南、四川西部,环太平洋地热带的台湾省。近年来,华北中东部高温地热资源探测取得突破:2019年在河北省马头营3 965 m深钻获了151 ℃的高温花岗岩干热岩体,2020年在山西省天镇县1 586 m深钻获167 ℃的高温片麻岩裂隙热储地热流体,2023年在山东省东营市桩西地区4 283 m深钻获167.5 ℃的高温碳酸盐岩岩溶热储;因此,亟需对华北中东部高温地热资源成因机制进行系统研究。本文以上述高温地热田为例,分析华北克拉通破坏、壳幔热物质上涌对地壳浅部高温热异常作用的动力学过程,结合地球物理、地球化学和钻探成果,阐明深部地球动力地质作用对地球浅部高温地温场的塑造和高温热异常制约机制,揭示深部高温热源机制及其上涌通道,形成深部高温热源及其上涌通道和热能聚集构造部位识别技术;阐释典型地段高温地热资源成因机制及其对华北中东部高温地热探测的示范意义。(1)在印欧板块碰撞的远场效应和西太平洋板块俯冲回撤作用下,华北克拉通破坏造成岩石圈减薄、软流圈上涌和热侵蚀、伸展断陷盆地及深大走滑断裂发育等深部地球动力作用,是幔源热物质上涌至地壳浅部的主要驱动力。(2)高导低速体、地球化学证据和高温地热资源分布形成了良好的对应关系,认为幔源热物质向上侵入引起了浅层热异常,为高温地热形成提供了稳定热源;岩石圈构造薄弱带如板块边缘带和切入岩石圈的深大走滑断裂构成了幔源热物质向上侵入的主要通道。(3)凹凸相间的构造格局和地下水流场主导了地壳浅部的热量分布,在浅部岩石热导率差异驱动形成的“热折射”效应下,热流由凹陷区向凸起区聚集,形成古潜山高温热异常。

锂、铍金属是世界战略性关键金属资源,在新材料和信息技术等新兴产业具有不可替代的重大用途。巴基斯坦位于欧亚、印度和阿拉伯三大板块汇聚部位,拥有优越的锂、铍成矿条件,但由于地质工作程度偏低,目前锂、铍金属资源潜力不明。低密度地球化学调查是研究锂、铍元素空间分布和快速圈定成矿远景区的有效方法。本文利用巴基斯坦1∶1 000 000低密度地球化学调查成果,阐述了巴基斯坦锂、铍元素地球化学背景,结合已有锂、铍矿床成矿地质背景分析,圈定了锂、铍成矿远景区,为锂、铍稀有金属找矿勘查提供依据。巴基斯坦全境基岩出露区水系沉积物中锂含量为1.56 ~118.20 μg/g,平均值为20.06 μg/g。铍含量为0.07 ~7.16 μg/g,平均值为1.22 μg/g。根据92%累频共圈定18个锂地球化学异常和12个铍地球化学异常,并优选找矿远景区。其中,喀喇昆仑地块和喜马拉雅造山带作为伟晶岩型锂矿的找矿远景区,查盖火山岩浆弧东作为盐湖卤水型锂矿的找矿远景区,喀喇昆仑地块是寻找伟晶岩型锂、铍矿床最有利的地区。

中蒙边界地区成矿地质条件优越,是世界上重要的金属成矿省和全球3大斑岩型铜、金、钼成矿带之一,资源潜力巨大,是国内外地学研究和贵金属、三稀资源勘查的热点地区。文章依托中蒙边界1∶1 000 000地球化学填图数据,探讨了汇水域沉积物中金的地球化学参数和区域地球化学分布特征。中蒙边界地区汇水域沉积物金元素含量中位值和平均值分别为0.79×10^-9和1.34×10^-9;华北陆块和阿尔泰构造带金含量最高,区域浓集系数分别为1.43和1.36,是金的富集优势区。以金含量累积频率85%(1.55×10^-9)、92.5%(2.22×10^-9)和97.5%(4.03×10^-9)划分外、中和内带,共圈定28处地球化学远景区,为该区寻找金等贵金属矿床提供了重要选区。研究填补了中蒙边界地区金地球化学空间分布的空白,为两国边境地区金等贵金属矿床对比提供基础数据。

青藏高原是我国地热活动最强烈的地区,传统观点认为其东北部地区处于相对稳定的地块,地热赋存条件一般。青海省位于青藏高原东北部,地热资源种类齐全,以往研究主要集中在勘查程度较高或单个温泉温度较高的区域,而区内大部分地区研究程度较低,地热资源整体分布特征和热源机制不清。本文依据主要控热活动断裂和温泉集中区将温泉自东北向西南划分为11个区,利用水文地球化学和同位素分析手段对温泉的分布特征和成因进行了综合研究。结果表明,温泉补给来源均为其附近大气降水和冰雪融水。温泉水化学特征与热储的地层岩性相关,花岗岩热储中地热水阳离子以Na⁺为主,阴离子以 {\mathrm{SO}}_4^{2-}和Cl^-为主;灰岩热储中地热水阳离子以Ca²⁺和Mg²⁺为主,阴离子以 {\mathrm{HCO}}_3^{-}为主;砂岩热储中地热水主要阳离子有Ca²⁺、Na⁺和Mg²⁺,主要阴离子有Cl^-、 {\mathrm{SO}}_4^{2-}和 {\mathrm{HCO}}_3^{-}。温泉主要沿活动断裂展布方向呈串珠状分布,且主要密集在不同构造体系的交接复合部位和同一构造体系的转折部位;分布于一、二级断裂结合部位的热储循环深度最大,径流路径最长、水岩反应较充分;而分布于被少量小规模断裂切割的三级断裂沿线的温泉循环深度相对较小,径流路径较短,水岩反应程度较低。热储温度从东北向西南整体呈现出中部和西南部高、南部和东北部低,中高温热储主要分布于共和、贵德、乌兰和唐古拉山一带,温度在89.0~139.0 ℃,平均117.7 ℃。温泉热源主要来自大地热流传导增热、放射性元素衰变生热、岩浆余热和活动断层摩擦生热,以及低速—高导熔融体和地幔通道流传热等。此次主要聚焦于青海省水热型地热资源的分布规律和地热成因等方面的研究,可为后期青海省地热资源开发利用提供参考依据。

区域热状态代表一个地区大地热流的主要来源,解决了区域热源的基本问题,可为区域地热资源的研究提供基础背景。本文基于我国近年来开展的区域热流测量和深孔测温工作,分析了我国陆区壳幔热流比,并将我国陆区划分为壳源生热高温地热区、幔源生热中低温地热区、壳幔热源平衡低温地热区和壳幔热源平衡中高温地热区4种类型区。其中,壳源生热高温地热区位于藏南、川西、滇西,幔源生热中低温地热区主要位于松辽盆地、华北盆地、长江中下游等我国东部广大地区,壳幔热源平衡中高温地热区分布于东南沿海地区、四川盆地和云贵高原,西北广大内陆地区则属于壳幔热源平衡低温地热区。在此基础上,选择青藏高原东北部、腾冲地区、东南沿海和华北盆地等典型地热区,系统分析了区域地温场特征、热流分布、地壳热结构等盆地尺度的区域热状态和主控因素。青藏高原增厚地壳中的低速体构成了以壳源热为主的高热流异常;腾冲地区深部以局部岩浆囊形式存在的岩浆,则构成了以其为代表的近代火山区地热系统的主要控热要素;东南沿海大面积分布的高产热岩体生热构成了热流中重要的热流分量,而以华北盆地为代表的盆地基底起伏和深大断裂则控制了盆地“坳中凸”地热异常区的地温分布。最后,总结了包括壳幔架构、构造热事件、地层岩性、断裂构造等影响区域热状态的深部—浅部因素,建立了控制我国陆区区域热状态的多级要素体系,为不同地区地热资源勘查和热源条件分析提供了科学依据。

大地热流值是开展地热研究的基础关键参数。本文在分析历次汇编热流数据的基础上,对2016年以来作者实测(260组)与收集筛选(112组)的热流数据特征进行了说明与分析。新增大地热流数据共372组,在空间上有效填补了西南、西北和东北地区的大片测点空白,提高了东部地区热流测点密度,同时将高质量测点数据占比提升至86.3%,较历次汇编的热流数据在覆盖范围、测点密度、数据质量等方面均有较大提升。依托以上热流数据统计得出我国陆区大地热流平均值为63.8 mW/m²,高于第四次汇编时的全国平均值,其中大部分一级、二级构造单元热流平均值均有提高,青藏高原各构造单元热流平均值则相对降低。典型地热系统热流数据统计显示,高热流背景的存在可明显提高传导型地热资源的分布范围与对流型地热系统的显示温度,但不是两类地热资源形成的控制因素。基于最新成果,对青藏高原低热流区域范围增大、华北平原早期热流“高估”、长白山热流指示岩浆囊存在等现象与问题进行了讨论,指出我国现有热流测点仍相对较少,随着大地热流值测量技术方法的不断更新与规范以及测点数量—质量与覆盖范围的进一步提升,以往对各区域地热分布特征的定性与定量认知可能需要重新审视。以上成果加深了对全国及各区域地热背景的认识,可为区域地热基础研究及资源勘查提供更好的支撑。

水热系统中的多场耦合相互作用对水热循环过程和地热流体化学成分具有显著的影响。本文利用COMSOL-Multiphysics建立水—热—化学(同位素)多场耦合数值模拟模型,通过简化模型对锂同位素分馏模拟方法进行了验证。在此基础上,基于对羊八井地热田水热循环过程的认识,建立了羊八井典型剖面水热循环多场耦合模型;再现了羊八井地热系统的水热循环过程和水岩反应过程中的锂同位素分馏过程,并且讨论了主要的参数对热能聚敛效果的影响。结果表明:较高的断裂带渗透率将加快深部断裂带附近围岩温度的下降,而较低的渗透率则无法在近地表形成一定规模的水热活动;通过地表排泄量对断裂带渗透率进行约束后,发现当断裂带与深部熔融体直接沟通时,才可在近地表形成长期存在(近150 ka)的高温地热显示;在断裂带沟通了深部熔融体且熔融体热源温度不变的前提下,熔融体的具体埋深对水热活动强烈程度的影响不大;长期的水岩活动会使断裂带内锂元素大量消耗,只有当深部熔融体为断裂系统提供持续不断的物质来源时,才能保证地热流体中长期保持较高的锂元素浓度水平;基于锂同位素分馏过程估算出参与水岩反应的岩体中锂元素质量分数为25~35 mg/kg,δ⁷Li_rock为-2.0‰~0.5‰。研究成果有助于进一步认识典型高温地热系统成因机制模式。

煤中的战略性矿产对国家经济发展和国家安全具有重要意义。这类矿产常被称作煤型矿产,不仅仅是富集关键金属的煤层,也包含夹矸、煤层顶底板和煤系中不含煤层的其他富集层位,乃至一些富集金属的煤矿的酸性矿井水等。本文在系统查阅国内外煤型矿产文献的基础上,对中国整个地质时期战略性煤型矿产进行梳理,列出产出煤型战略性矿产的主要时期;整理得到全国主要地质时期的煤矿资源分布和战略性关键矿产的空间分布图,并以镓、锗为例,对相关典型矿床进行案例解剖,深入探讨了镓、锗矿床为代表的煤型矿床的地质背景和成矿机理,归纳了矿床中镓锗的富集部位等关键找矿信息。结果表明: 在各地质历史时期,可产出以镓、锗等为代表的“四稀”和大宗矿产为主体的战略性关键金属矿产。其中,显生宙以来则产出“四稀”矿产和大宗矿产;中国的镓锗矿床主要集中在华北地台、扬子地台的石炭—二叠纪、三叠—侏罗纪、早白垩世和新近纪等含煤盆地中;煤型锗矿床的形成与岩浆作用及其热液活动有着密切的关系;镓、锗等元素的富集在含煤岩系中有特定的产出部位,镓通常产出在成煤旋回的顶部,如华北石炭—二叠纪含煤盆地偏顶部的山西组6号煤层中的镓的富集,如黑岱沟矿床,煤系旋回底部的本溪组也有一定的贡献;而锗则通常富集在煤系旋回的初期或底部,如临沧帮卖锗矿床。中国的煤中镓锗资源很有潜力。

为探明黄河流域宁夏段最具代表性的支流清水河流域地表水水化学控制因素和高氟水成因,于2022年平水期(5月)、丰水期(7月)和枯水期(12月)对清水河流域30个点位进行3次采样。分析水化学组分和氟的时空分布特征,解析高氟水的形成机制和富集机制,基于绝对因子分析—多元线性回归受体模型定量计算不同因素对流域地表水水化学组分的贡献。结果表明:清水河流域地表水呈弱碱性,总体上阴离子质量浓度表现为 {\mathrm{SO}}_4^{2-}>Cl^-> {\mathrm{HCO}}_3^{-},阳离子质量浓度表现为Na⁺>Mg²⁺>Ca²⁺>K⁺;F^-质量浓度表现为枯水期>丰水期>平水期,支流>水库>干流;地表水水化学类型以SO₄-Cl-Na型为主,其次为SO₄-Cl-Ca-Mg型;蒸发浓缩、岩石风化、矿物溶解沉淀和阳离子交换吸附是控制高氟水形成的主要因素,气候、地形和水化学组分是控制高氟水富集的主要因素;自然因素是清水河流域地表水水化学的关键驱动因子,对研究区地表水水化学组分的贡献占77.56%,人为活动主要贡献了TP(59%)、 {\mathrm{SO}}_4^{2-}(10%)和Ca²⁺(10%);自然物源对研究区地表水水化学组分的贡献表现为硫酸盐矿物风化>硅酸盐矿物风化>碳酸盐矿物风化>岩盐风化,其中 F^-的主要贡献源是硫酸盐矿物风化(56%)。

气候变化严重影响流域内水资源的形成和水文要素之间的转化,准确量化河川径流对气候变化的响应对流域水资源的合理开发利用具有重要意义。当前非稳态条件下的水文气候弹性解析研究相对较少,本研究以白洋淀流域山区的八个子流域为研究区,使用最新提出的基于Budyko模式的非稳态径流弹性系数解析新方法,将年际径流对气候变化的响应进行分析,在中国流域验证该方法的有效性,将其适用范围进行拓展,并进一步与采用多年时间尺度稳态条件下的基于Budyko模式的弹性方法分析结果进行对比。结果表明:年际尺度下,年蒸散比和水储量变化比与年干旱指数具有良好的线性相关性;在年际和多年时间尺度下河川径流对降水变化更为敏感;而年际尺度下径流弹性系数小于多年稳态下的结果,表明流域水储量对径流气候变化的响应起到了重要的调节作用。年际弹性系数与流域面积的相关性较好。本研究验证了最新提出的基于Budyko模式的非稳态径流弹性系数新方法的有效性,并进一步将其适用性由湿润区拓展到半湿润、半干旱地区,对今后白洋淀流域和雄安新区水资源的合理利用具有重要的指导意义。

济阳坳陷太古宇已逐渐成为油气勘探重点目标之一,但储层形成机制认识不清,严重制约了勘探发现。本文通过野外地质考察、岩心观察和薄片鉴定,结合阴极发光、XRD、扫描电镜、流体包裹体等分析测试,对济阳坳陷太古宇基岩的成岩作用及其对储层发育的影响进行了系统研究。成岩作用特征通过岩心、铸体薄片、元素分析结果和流体包裹均一温度识别,其对储层发育的影响作用通过铸体薄片面孔率和物性测井数据表征。结果表明:研究区基岩岩性主要为岩浆岩和变质岩两大类,岩浆岩先后经历了冷凝固结、岩浆期后热液、风化剥蚀淋滤和埋藏成岩4个成岩阶段,其中岩浆岩先后经历了冷凝固结作用、压实作用、溶蚀作用、充填胶结作用和蚀变交代作用,最后经变质变形作用形成变质岩。冷凝固结作用可以形成少量原生基质孔隙,溶蚀作用可形成溶蚀孔和溶蚀缝,孔隙度贡献可达80%,对改善储层质量起关键性作用;压实作用和蚀变交代作用破坏孔隙,方解石和黏土矿物等次生矿物充填胶结裂缝,充填度为30%~70%,对储集空间有破坏作用。综合分析得出,片麻岩储层物性特征优于花岗岩,有利于储层主要发育在风化壳和内幕断裂带。风化壳分布于基岩潜山顶部,纵向具有分带性,主要受控于风化作用,多发育Ⅰ和Ⅱ类储层。内幕断裂带分布在潜山腹部,沿断裂发育,主要发育Ⅱ和Ⅲ类储层。该研究成果可为基岩储层成因研究提供参考。

秘鲁位于南美洲西岸,作为安第斯成矿带的重要组成部分,矿产资源丰富,铜矿资源储量和产量位居世界第二。本文首次对秘鲁开展全国范围全球尺度地球化学调查工作,获得汇水域沉积物样品共416件,秘鲁全境铜元素含量为2.38~495 μg/g,背景值(中位数)为24.0 μg/g。秘鲁全境、沿海带、安第斯山区和亚马孙平原的表层(深层)汇水域沉积物中铜元素平均含量依次为31.4(31.6)、45.6(32.2)、47.5(48.2)和21.3 μg/g(24.9 μg/g)。地球化学图显示,秘鲁铜空间分布整体呈现出西高东低的趋势,西部沿海带和中部安第斯山区含量较高,东部亚马孙平原区含量较低的特征。本文选用75%累积频率作为异常下限值,圈定出5处铜地球化学异常,其中两处达到地球化学巨省规模,两处达到地球化学域规模。同时,讨论铜地球化学异常的来源和影响因素,解析与之对应的矿产资源响应,秘鲁良好的构造演化环境,为大型、超大型铜矿床的形成提供有利条件。太平洋纳斯卡板块向南美大陆不断俯冲变换,致使洋壳发生部分熔融,产生强烈而广泛的中酸性岩浆活动,且岩浆中铜含量大规模富集,局部地区在特定环境下富集成矿。这一构造运动导致铜元素在秘鲁空间分布上呈现出多个地球化学块体,可能也是铜地球化学异常形成的原因之一。这些巨大的地球化学块体发现可用于未来寻找铜矿集区或大型、超大型铜矿床,圈定找矿远景区,并可以降低找矿风险,提高找矿效率,缩短找矿周期。研究圈定的地球化学找矿远景区,可为秘鲁铜矿勘查开发利用提供基础资料和数据。

在推进“一带一路”倡议的基础上,中老两国开展了1∶1 000 000国家尺度地球化学填图工作。本次研究是首次在老挝全国范围开展优势矿种金的地球化学研究工作。初步研究了老挝全国金地球化学背景和空间分布特征,圈定了老挝全国金的地球化学异常并划分了金的勘查远景区。本次研究共采集地球化学样品2 079件,采用高精度分析技术泡沫塑料吸附-石墨炉原子吸收光谱法和严格的质量控制,分析了金元素。研究结果表明,老挝水系沉积物金含量为0.10~913.70 ng/g,平均值和中位值(背景值)分别为2.44和1.00 ng/g。老挝金的分布相对广泛且零散,遍布全国各地,其分布主要受构造活动和岩浆作用的共同影响,沿着深大断裂带延伸分布。以累积频率85% (1.99 ng/g)为异常下限,老挝全境共圈定金元素地球化学异常17处,其中8处达地球化学省规模(面积>1 000 km²),在圈定金异常的基础上综合考虑金元素的地球化学空间分布、地质背景、区域构造和矿产分布情况,划分了7处金的成矿远景区。这为老挝金矿勘查提供了覆盖全国的基础性地球化学资料,填补了老挝全国金勘查地球化学填图工作的空白。

华北中元古界古潜山是我国北方主要规模化开发的地热储层,具有储热量大、埋藏浅和易回灌等特点。古潜山热储受物性特征、空间展布和地质构造等因素制约,控热机制多元,传热过程复杂,针对其热成因机制的研究一直受到重视。本文以雄安新区古潜山热储为研究对象,基于近年来雄安新区地热勘探井资料分析,提出了华北古潜山热储优势流传热理论,古潜山热储的热源主要来自深部幔源传热,而壳源热流低于30 mW/m²,华北克拉通破坏后,随着岩石圈拉张减薄,地幔热对流增强,形成了由深到浅的优势传热通道,地表热流通量升高。古潜山高热导率储层形成了热在垂向和水平向上向储层聚集的传导优势热流,流体在高孔渗碳酸盐岩储层中循环形成了对流优势热流,断裂加剧了传导和对流沿构造方向的聚热效应。在热量聚集作用下,古潜山不同构造部位钻孔测温曲线表现出5种类型,分别为传导型、传导—对流—传导型、传导—对流—弱对流型、传导—强对流型和传导—弱对流型等。断裂带为地下热水的循环和热的富集提供了空间优势流动通道,通过靠近容城断裂的典型钻孔温度测井结果,建立解析方程计算容城断裂地下水热对流占比为29.2%。本研究通过综合分析古潜山优势流传热的影响因素,为华北地热成因模式研究提供了新的思路。

水化学地热温度计是估算水热型地热系统热储温度的一种重要手段,为了厘清传统水化学地热温度计的局限性和有效性,此次将对水化学地热温度计展开全面分析。结果表明:部分水化学平衡体系受区域地质条件的影响,致使对应的水化学地热温度计(Na-Li地热温度计、Li-Mg地热温度计、Ca-Mg地热度计和SO₄-F地热温度计等)缺乏普适性,而Na-K-Ca地热温度计(β=1/3)可能受多种水化学因素的制约,在中低温地热系统中应谨慎使用;Na-K地热温度计、K-Mg地热温度计和SiO₂温度计更适用于水热型热储温度的计算,高温热储层(>200 ℃)中水岩相互作用强烈,Na-K地热温度计的计算结果相对准确,在估算中低温热储层温度时,K-Mg地热温度计和SiO₂温度计则更为合适,而在沉积盆地型地热系统,不建议使用水化学地热温度计直接估算地热水的平衡温度。除此之外,判识热储层的存在和地热水水岩平衡状态的分析是选取水化学地热温度计的前提条件,然而即使在水化学地热温度计的适用范围内,对水化学地热温度计计算结果的对比验证仍然必不可少;高温地热系统中地热水的混合过程可用于验证水化学地热温度计的准确性,而在中低温地热系统,随着水岩相互作用程度降低,水化学地热温度计估算结果的不确定性也随之增加,综合多种方法对热储温度值的分析验证就显得更为重要。此次研究可为合理选取水化学地热温度计提供一定的理论参考。

山东省热储类型多、分布广,资源储量丰富,但地热资源赋存规律及其富集机制尚需系统研究。本文基于地热井测温、大地热流测量、地热资源勘查、钻获地热井及抽水试验和长期动态监测资料,圈定了控热、导水地质构造和地热异常分布区,将山东省地热资源划分为鲁东隆起、沂沭断裂带、鲁西隆起和鲁西北坳陷4个地热区,分别论述了各地热区地热系统的热储类型、开放程度、热源水源及其运移和可更新能力,以及水流热流富集构造赋存位置。集成水源开放状态、热源机制和水热富集热储赋存特征等主要地热能控制要素,将地热系统划分为3种聚热富水模式:(1)开放—对流—腔管状型地热系统聚热富水模式;(2)弱开放—对流传导—带状层状型地热系统聚热富水模式;(3)封闭—对流传导—带状层状型地热系统聚热富水模式。揭示了各聚热富水模式的热源及其聚集机制、水源及其富集机理、水热可更新能力和富集热储赋存规律,为找热定井提供了靶区定位依据。

本文是贵州省锰矿“产学研用”科技创新人才团队近些年来在贵州开展基于大数据的智慧探矿新模式的探索性实验研究与总结。团队通过“产学研用”协同创新体系,对著名的中国南华纪“大塘坡式”锰矿矿集区和多个隐伏超大型锰矿床,进行大数据预测的找矿过程复盘研究,探索深部隐伏矿产资源智能预测和数字勘查方法,努力发展和培育地质矿产勘查领域的新质生产力。团队研发了基于大数据的成矿模式和找矿模型,开展地质大数据资源体系建设,完善并全面推广应用数字勘查技术系统,建成了贵州全省域三维玻璃国土, 研发出多尺度多目标递进式矿产智能预测技术,有效地推进了贵州地质矿产勘查工作的数字化转型,先后发现并提交了一批可供勘查的隐伏锰矿、磷矿、铝土矿、铅锌(锗)矿、重晶石矿和新发现的蚀变泥灰岩型锂矿等找矿靶区,支撑贵州新一轮找矿突破战略行动实现了新突破。取得的主要进展表明,团队实验研究成果既加快了贵州省地质矿产勘查工作的数字化转型,又推进了与大数据深度融合发展,培育和发展了地质矿产勘查领域的新质生产力,支撑了深部隐伏矿找矿实现新突破。为了进一步推进地质矿产勘查工作的数字化转型,发展地质矿产领域的数字经济,还需要进一步开展地质矿产勘查的“上云用数赋智”行动,加强关键技术研发并大力推广应用,在实践中不断探索、不断改进和发展。

近年来,我国在干热岩资源勘查和钻井技术方面取得一定的进展,但是对于高温干热岩压裂技术的基础研究还较薄弱。对于增强型地热系统,一般采用水力压裂的方式向干热岩储层注入高压流体使储层中的天然裂隙扩展延伸,从而达到增大储层渗透性和热交换面积的目的。因此,可靠的地应力数据对指导干热岩储层改造具有重要意义。本文以我国青海共和干热岩试采工程为例,首先,结合滞弹性应变恢复法(ASR)、直径变形分析法(DCDA)、岩心饼化法和成像测井法获得场区详细的地应力数据;其次,讨论了地应力状态对干热岩储层开发的影响;最后,为了评价现今应力状态下储层压裂改造的效果,利用离散裂隙网格(DFN)方法建立了水力压裂区的三维裂隙地质模型,通过数值模拟计算每个裂隙的滑动趋势(T_s)和膨胀趋势(T_d),并分析了在不同的注水压力下裂隙的活动性。研究表明:(1)共和干热岩场区花岗岩储层范围(3 500~4 000 m)内主要发育逆断层型地应力状态,总体以水平挤压应力为主导;(2)在3 500~4 000 m深度水平最大主应力的平均方向为39.35°±14.23°,整体上呈NE向,这与青藏高原东北缘向NE方向推挤运动有关;(3)适合共和干热岩场区的注水改造压力为46~55 MPa,且裂隙剪切活化后多为张开裂隙(高膨胀趋势),有利于增加热交换的面积,提高干热岩的开采效率;(4)地应力实测结果和微地震监测结果显示,天然裂隙在水力压裂下除了水平方向上的扩展外还有垂直方向上的扩展,最终形成水平—垂直裂隙网络。本文研究成果也可为我国未来的干热岩地应力测量及其在开发评价中的应用提供参考。

近年来,随着能源资源开发和地球系统科学研究需求的不断增长,钻探深度不断增大,施工过程中面临地层温度高、岩石硬度大、钻进效率低、成本高、事故多等问题。为了解决上述问题,国外对耐高温井下动力钻具、高效碎岩工具、随钻测量工具、降温冷却设备等钻进关键技术开展了针对性研究,相关研究成果已应用于油气钻探、高温地热等领域。国内虽也进行了研究,但与国外研究水平相比,尚有一定差距。本文分析了我国高温硬岩井钻进面临的技术难点,总结了技术需求,对钻进新方法、技术特性和示范应用情况进行了介绍,并立足国内既有装备基础,提出将高速强保径牙轮钻头、耐高温单弯螺杆钻具和耐高温MWD组合,配合耐高温钻井液、地面钻井液强制冷却系统与分段循环降温技术,实现高温硬岩受控钻探。建议后续开展长寿命固定齿钻头、全金属井下动力钻具、冲击钻具和耐高温MWD组合研究,进一步提高高温硬岩钻进施工效率。

随着中国新能源产业和新基础设施项目对镍的需求增加,镍的战略价值不断提升,确定镍的含量和分布对于寻找新的镍矿床和缓解镍资源短缺至关重要。中国地球化学基准计划(CGB)通过3 382个表层和3 380个深层汇水域/土壤样品以及11 602个岩石样品建立了镍的地球化学基准。中国岩石镍的基准值为12.1×10^-6,背景值为22.2×10^-6,与中国东部出露地壳丰度一致。超基性岩和基性岩的基准值分别为1 317×10^-6和63.4×10^-6,远高于中性岩基准值(17.5×10^-6)和酸性岩基准值(3.19×10^-6)。中国汇水域沉积物/土壤表层、深层镍基准值分别为23.6×10^-6和22.4×10^-6,略低于其他大陆(国家),与中国区域化探水系沉积物镍中位值一致。母岩类型尤其是超基性-基性岩主要控制汇水域沉积物/土壤镍高值区的分布。镍的高值区(累频>85%)主要出现在蛇绿岩带、大火成岩省等超基性-基性岩区和长江中下游沿岸等黑色岩系区。镍地球化学异常与岩浆型镍矿耦合较好。岩石和汇水域沉积物/土壤中镍基准值主要受地质背景控制,但在化学风化作用强烈和碳酸盐岩发育区域,汇水域沉积物/土壤中镍基准值将发生富集。镍地球化学基准将为后续资源评价和环境基准建立提供定量参照标尺和数据基础。

低密度地球化学填图的重现性是开展全球尺度地球化学填图的核心科学问题之一,长期以来备受地球化学填图界的密切关注。但缺乏对低密度地球化学填图重现性定量评价的有效手段,对重现性的定量化认识一直相当薄弱。本研究利用中国地球化学基准计划(CGB)和区域化探扫面计划(RGNR)两种尺度钴元素数据,基于1 546个典型汇水域局部空间相关系数分析,对低密度地球化学填图重现性进行定量评价,探讨其空间分布特征与影响因素。研究结果表明,全国尺度上,相关性受到钴含量和地球化学景观条件的共同影响。局部尺度上,受到差异剥蚀影响。贫钴背景下(沉积物钴含量<13 μg/g),填图重现性指数R在0.4附近浮动,而富钴背景下(沉积物钴含量>13 μg/g),填图重现性指数R从0.4增加至0.6以上。岩溶区、热带雨林区和半干旱中低山丘陵景观区重现性指数R高达0.58~0.74。冲积平原和森林沼泽景观区重现性指数R小于0.32。本研究为低密度地球化学填图方法研究提供了定量评价指标,总体而言,低密度地球化学填图采样方法能较好地重现元素分布特征,在全球尺度地球化学填图中具有良好的应用前景。

墨西哥是拉丁美洲经济大国和世界重要的矿业生产国。本文首次根据墨西哥全境全球尺度地球化学填图287件深层(C层)土壤组合样品铜元素含量测试结果,制作了1∶8 000 000 C层土壤铜地球化学图,从全球尺度角度研究了墨西哥C层土壤铜地球化学背景和空间分布特征,圈定了墨西哥铜主要地球化学异常,主要取得如下结论:(1)墨西哥全球尺度C层土壤铜含量为3.6~129.0 μg/g,铜含量平均值和中位值分别为20.3和15.9 μg/g,背景值为15.6 μg/g。恰帕斯高原和南马德雷岛弧带构造单元中铜的中位值显著大于其他构造单元,背景值高于全境背景值。(2)墨西哥全球尺度C层土壤铜地球化学图显示,铜含量分布不均,总体呈南高北低、西高东低的格局。(3)墨西哥全球尺度C层土壤铜地球化学异常图共圈定铜地球化学异常10处,8处达到地球化学巨省规模,两处达到地球化学省规模。从铜地球化学信息和已有矿床的套合情况来看,墨西哥南部南马德雷山脉和恰帕斯山脉可能成为墨西哥铜的重要找矿远景区。

为加强中国与秘鲁两国地学合作,推广我国优势的地球化学调查与研究方法,中国地质调查局与秘鲁地质矿产冶金研究院(INGEMMET)以秘鲁中部曼塔罗(Mantaro)盆地为研究区共同开展了多目标地球化学调查,以我国现行相关行业规范为标准,采集样品并于我国实验室进行分析测试。调查和研究表明:研究区土壤总体呈弱碱性,Au元素强烈富集,I、C、C_org、Cd和N等指标较富集;土壤养分指标N和P较丰富,K则较缺乏,土壤养分综合等级以较丰富(二等)为主,面积占比为74.1%,土壤肥力较好;土壤环境评价指标中,Zn和Pb在少量地区存在轻微—重度污染,Cd和As则有较大面积的污染,土壤环境综合等级以轻微污染和轻度污染为主,污染地区主要分布于曼塔罗河两侧5 km范围内,重度污染区则主要分布于紧邻曼塔罗河地区和人口密度最大的万卡约市周边,重金属污染较严重,污染空间分布与曼塔罗河密切相关;土壤质量综合评价等级主要为中等—劣等,面积占比达83.18%,优质和良好级土壤面积仅占16.82%。综上所述,秘鲁曼塔罗盆地地区土壤养分较丰富,土壤重金属污染较严重,土壤综合质量为中等偏差,建议秘鲁有关部门加强对曼塔罗河及上游重金属污染源的环境管理与整治。

本文首次应用巴基斯坦国家尺度水系沉积物地球化学调查数据,分析了研究区铜元素地球化学背景和大型斑岩型铜矿区域地球化学特征及地球化学异常特征,分析了该区内主要地层、岩浆岩的地球化学特征。巴基斯坦主要基岩出露区铜元素平均值为23.48×10^-6,背景值为18.6×10^-6,与我国西北地区、青藏高原的铜元素丰度相当。与成矿斑岩体有关的岩浆岩主要为新生代酸性岩和中生代酸性岩,铜元素的地球化学平均值分别为39.09×10^-6和28.28×10^-6,富铜斑岩体是主要物质来源。应用1∶1 000 000国家尺度地球化学异常信息进行建模,元素组合为Cu、Au、Mo、Ag、Pb、Zn、Co和Cr,说明国家尺度地球化学异常对大型、超大型斑岩铜矿具有指示意义。以地球化学块体理论为基础,计算了铜异常的成矿有利度和致矿物质量,对区内铜资源量进行了预测和排序。在梳理典型斑岩型铜矿地球化学模型的基础上,以Cu、Mo、Au和Ag为主要指示元素,以Pb、Zn、Co和Cr为参考指示元素,结合地质背景圈定斑岩型铜矿找矿预测区4处,并对找矿预测区进行了成矿潜力分析。

巴布亚新几内亚位于太平洋板块和印度-澳大利亚板块的汇聚边缘,由3个构造单元组成。巴布亚新几内亚主要发育两种金矿化类型,即浅成低温热液型和斑岩型。2015—2018年开展的巴布亚新几内亚国家尺度地球化学填图,在高地地区、巴布亚半岛和新几内亚群岛采集了1 399件水系沉积物样品。文章研究了巴布亚新几内亚金的地球化学背景、空间分布特征和成矿潜力。巴布亚新几内亚金含量为0.2~6 188.0 ng/g,中位数(地球化学基准值)为1.5 ng/g,高于大陆地壳金元素丰度,略低于中国和澳大利亚的金地球化学基准值。由于广泛发育中酸性侵入岩、碱性侵入岩和碱性火山岩,由巴布亚褶皱带、新几内亚逆冲带、奥罗褶皱带、东部褶皱带、东巴布亚复合地体、巴布亚群岛、伯瓦尼-托里塞利地体和菲尼斯特雷地体组成的中央弧陆碰撞带的金基准值高于美拉尼西亚岩浆弧。地球化学图中,新几内亚逆冲带的钙碱性侵入杂岩体、美拉尼西亚岩浆弧中的钙碱性侵入杂岩体和富钾火山-侵入杂岩体与高金含量的区域具有高度耦合对应关系。这次工作圈定了7处金地球化学省和9处金地球化学异常区,主要分布于新几内亚逆冲带。8处异常区均具有发育浅成低温热液型或斑岩型金矿的潜力,可作为下一阶段巴布亚新几内亚金矿找矿方向。

磷锰钠矿是一种罕见的磷酸盐矿物,国内目前尚无报道,特别是原生矿物,国内外均未发现。已有少量资料认为磷锰钠矿为磷锰锂矿经钠交代形成,为次生矿物。磷锰锂矿为伟晶岩中的常见矿物,普遍认为其为富磷伟晶岩中岩浆阶段的产物,为原生矿物。本文在茶卡北山稀有金属伟晶岩中发现有磷锰钠矿和发育在其上的磷锰锂矿,磷锰钠矿均表现为完整的矿物颗粒,不具交代残余的痕迹,并具有原生矿物特征的磷灰石蚀变;而磷锰锂矿为不规则状,发育在磷锰钠矿上,表现为典型的交代特征。同时电子探针数据显示磷锰钠矿的Mn/Fe值为1.692~1.875,磷锰锂矿的Mn/Fe值为2.519~2.548,这也指示了磷锰钠矿早于其上磷锰锂矿的形成,磷锰钠矿应为原生矿物,其上的磷锰锂矿为次生成因。而伟晶岩区成矿熔体成分更高的锰含量可能是磷锰钠矿出现的原因。磷锰钠矿上发育的磷锰锂矿和氟磷灰石蚀变特征反映了后期氧化作用和富Li、Mn、Ca、F流体的交代作用;同时结合区内锂辉石的蚀变,说明茶卡北山伟晶矿床内存在着锂的地球化学循环。

摩洛哥大阿特拉斯构造带位于特提斯成矿域西端,成矿地质条件优越,已发现大量MVT型铅锌矿床(点),但长久以来较低的地质工作程度使得铅锌成矿潜力不明。中大比例尺地球化学调查是资源勘查的有效手段,准确的地球化学异常信息能快速圈定找矿远景区,提高勘查效率和成功率。本文通过摩洛哥大阿特拉斯构造带东段万余平方千米区域的1∶100 000地球化学调查,查明该区水系沉积物中铅元素含量为5.7~43 210.0 μg/g,平均含量为45.0 μg/g;锌元素含量为12.2~75 420.0 μg/g,平均含量为86.4 μg/g,均高于地壳克拉克值。以 92% 累频为异常下限(Pb含量为36.9 μg/g,Zn含量为78.3 μg/g)共圈定73个铅地球化学异常和68个锌地球化学异常,通过铅、锌等元素的地球化学分布特征,结合区域地质背景和成矿条件分析,划出了3个主要铅锌成矿带,成矿带内进一步圈定了9处铅锌矿找矿远景区,提出该区具有寻找MVT型铅锌矿的潜力。该成果为下一步开展找矿勘查提供了重要方向。

拉萨地体位于青藏高原南部,是全球地壳厚度最大的区域之一。然而,拉萨地体地壳增厚的时间和过程仍存在一定争议。锆石的微量元素特征受控于锆石与其他微量元素载体矿物之间的共生关系,即不同矿物的分配系数不同,因此,锆石微量元素可用于定量重建地壳厚度。本研究对来自中拉萨地体当惹雍措地区的岩浆岩和沉积岩中的锆石开展了U-Pb年代学和微量元素地球化学研究。利用锆石的Eu异常对地壳厚度进行定量重建,结果显示,中拉萨地体在侏罗纪至新近纪期间,经历了两次地壳减薄(150~130和85~65 Ma)和两次地壳增厚(130~85和65~15 Ma)事件。在150~130 Ma期间,中拉萨地体地壳减薄主要与班公湖—怒江洋的板片回撤有关。在130~85 Ma期间,由于新特提斯洋向北俯冲和班公湖—怒江洋向南俯冲,中拉萨地体发生了地壳增厚。在85~65 Ma期间,新特提斯洋的板片回撤和弧后拉张导致中拉萨地体再次发生地壳减薄。在65~15 Ma,印度与亚欧板块的碰撞和后续挤压作用,导致中拉萨地体地壳再次加厚。