当期目录

2024年 第43卷  第1期

资源地质与工程
全球钴矿资源时空分布及成因类型
付浩, 王加昇, 李金龙, 王博, 叶彬, 李梦玲
2024, 43(1): 1-22. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220431
摘要:
钴是重要的战略性矿产资源,在航空航天、电动车电池制造等工业领域具有不可替代的作用。钴矿是我国紧缺的矿种之一,可被工业利用的钴资源主要集中在全球少数几个国家,我国钴矿资源严重依赖进口。因此,加强钴矿资源研究,降低被"卡脖子"风险,事关我国经济可持续发展大计。系统综述了钴的地球化学性质和矿物类型,对钴矿床的类型及形成机制进行了细致总结,对全球和我国钴矿床的时空分布规律进行了全面梳理,此外,还对钴矿床研究中存在的问题进行了深入分析,并对钴矿床成矿时代及其动力学背景、钴的来源、钴元素迁移富集机制和钴的赋存状态等未来研究方向进行了展望,旨在为我国钴矿床的研究提供参考,同时也为国内钴矿资源的勘探开发提供新的思路。
碱性花岗岩型稀有稀土矿床类型及成矿作用研究进展
季浩, 李艳军, 李一鸣, 冷双梁, 杨紫文
2024, 43(1): 23-38. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220397
摘要:
碱性花岗岩因富集稀有稀土元素而成为一种重要的成矿岩体。近年来碱性花岗岩型稀有稀土矿床在矿床类型分类、成矿流体和成矿物质来源及成矿机制等方面取得一些重要的研究进展。碱性花岗岩通常富集高场强元素(HFSEs)和稀土元素(REEs),根据暗色矿物与主矿种之间的关系该类型矿床可分为富Nb-Zr-REEs钠(铁)闪石碱性花岗岩型、富Nb-U-HREEs碱性杂岩型和富Nb-Sn黑云母碱性花岗岩型3种类型。碱性花岗岩型稀有稀土矿床成矿时代主要集中于古生代-新生代,与大陆、超大陆的裂解和聚合后期伸展构造背景有关。成矿流体经历了早期岩浆分异与晚期热液交代2个演化阶段。研究表明从岩浆中出溶的成矿流体具有低温、高盐度、富F等特征,可导致HFSEs和REEs等元素在碱性花岗岩中超常富集。母岩浆中不相容元素浓集到出溶流体中,并随着后期含F流体结晶或交代原岩而形成稀有稀土矿物。成矿物质通常来源于地幔岩浆或地幔与地壳的混合,但也可能来源于俯冲洋壳。岩浆结晶分异与热液交代为碱性花岗岩型稀有稀土矿床的2种主要成矿机制,但该类矿床大多为2种机制的复合形成。
湖北来凤革勒车地区铅锌-萤石矿流体包裹体与C-H-O-S-Pb同位素特征及其地质意义
罗华, 郭盼, 刘力, 潘龙克, 段先锋, 毛启曦, 廖明芳
2024, 43(1): 39-50. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220242
摘要:
鄂西南地区铅锌矿化分布广泛,但至今未发现大型矿床,对成矿系统的研究亦存在不足。对来凤革勒车地区铅锌-萤石矿流体包裹体进行了显微测温及C-H-O-S-Pb同位素测试分析。结果表明:区内萤石、方解石流体包裹体均一温度集中在137~170℃之间,盐度变化范围为11.46%~16.89%,属低温度、中低盐度NaCl-H2O体系流体,主要来源可能为含沉积硫酸盐(海相沉积物)的岩石建造变质脱水;δ34S值介于9.5‰~11.8‰之间,均值为10.92‰;206Pb/204Pb<18.20,207Pb/204Pb>15.60,208Pb/204Pb<39.00,铅同位素具有比值变化小,具有高μ和高ω的特征。硫源和铅源均主要来自于上地壳古生代沉积盆地奥陶纪和寒武纪容矿地层,同生沉积成岩后生中低温热液改造作用是革勒车地区铅锌-萤石矿床的主导成因类型。与鄂湘西扬子地台区典型铅锌矿床进行对比发现,它们具有较大的相似性,同时在成矿流体、古生代沉积环境、构造背景3个方面具有明显的差异性。
山东省微山县郗山稀土矿床成矿年代学新进展
张鹏, 刘珊珊, 兰君, 李衣鑫, 邢楠, 刘敬杰, 刘袁坤, 康志强, 杨锋
2024, 43(1): 51-62. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0265
摘要:
山东省微山县郗山稀土矿床位于华北板块东南缘,是一个以轻稀土为主的岩浆热液型稀土矿床,目前为我国第三大轻稀土矿床,对其成矿年龄还存在争议。为此,以郗山稀土矿最新勘探钻孔矿石样品为研究对象,通过野外调查、矿物学和年代学研究,采用氟碳铈矿Th-Pb同位素定年精确厘定了郗山稀土矿的成矿年代。5件氟碳铈矿Th-Pb同位素定年结果表明,郗山稀土矿床成矿时代可分为2期:早期为(125.5±0.5)~(122.2±0.5)Ma,晚期为(112.3±0.6)Ma,其中早期年龄与前人得出的矿床成矿年龄基本一致,而晚期成矿年龄则是首次报道,表明郗山稀土矿床可能存在2期成矿活动,值得关注并开展进一步工作。
内蒙古白云鄂博矿床年代学特征及其地质意义
陈彪, 贾晓琪, 魏威, 金海龙
2024, 43(1): 63-73. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230255
摘要:
内蒙古白云鄂博矿床是世界罕见的特大型REE-Nb-Fe多金属共生矿床,由于经历了复杂的区域地质演化历史,至今仍对稀土成矿时代认识不一。基于前人的同位素年代学研究成果,结合矿床地质特征对稀土成矿时代进行讨论。研究表明,白云鄂博矿区经历了华北克拉通2.5~1.8 Ga的前寒武纪构造演化过程;哥伦比亚超大陆裂解的最后阶段,约1.3 Ga在白云鄂博裂谷形成了巨型稀土矿床,与同期碳酸岩墙形成时代一致;受后期华北克拉通北缘古亚洲洋俯冲碰撞造山的影响,白云鄂博地区引发热液交代活动,形成了晚期稀土矿脉和原有稀土矿物的重结晶,导致H8赋矿白云岩同位素系统受到扰动,呈现出多期次(1.0~0.2 Ga)的同位素年龄结果。总之,白云鄂博是一个在约1.3 Ga裂谷成矿并叠加了加里东和海西2期热扰动事件的巨型稀土矿床。
高精度层序格架与源-汇系统约束下的沉积体系分析方法:以涠西南凹陷始新统流一段为例
王浩, 邹明生, 崔钦宇, 高梦天, 张靖宇, 陆永潮
2024, 43(1): 74-88. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220338
摘要:
北部湾盆地涠西南凹陷的勘探方向已经从构造圈闭转移到岩性圈闭上,寻找岩性油气藏的核心问题就是明确砂体的展布。以涠西南凹陷流沙港组一段为研究对象,综合利用碎屑锆石U-Pb年龄、测井、录井、岩心及地震等资料,对研究区目的层进行了高精度层序划分和沉积体系时空展布研究,明确了涠西南凹陷流沙港组一段沉积相类型及分布规律。研究表明,目的层流沙港组一段可以划分为1个三级层序、3个体系域以及8个准层序组。通过对研究区源-汇体系与沉积相分析,表明涠西南凹陷的沉积物主要来自西北部万山物源、东部企西物源、东南部涠西南物源以及西南部物源。涠西南凹陷流沙港组一段主要发育三角洲、湖泊和湖底扇等3种沉积相类型。低位期主要发育中深湖和湖底扇沉积,发育浊积水道、天然堤和席状朵体等沉积微相;湖扩期主要以深湖泥沉积微相为主;高位期则主要发育三角洲前缘沉积,其中水下分流河道、水下分流河道间较为发育,河口坝、席状砂等沉积微相发育较少。B洼主要发育西部三角洲进积滑塌型、南部近源断坡带型和东部远源缓坡型等3种类型湖底扇,其中,南部物源体系规模大、成藏条件好,是下一步勘探最具潜力的目标。
深时源-汇系统要素的常用定量分析方法
陈星渝, 张志杰, 万力, 袁选俊, 周川闽, 成大伟, 刘银河
2024, 43(1): 89-107. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220277
摘要:
源-汇系统研究是构造地质学、沉积学和层序地层学的综合,因其整体性、动态化和半定量-定量的特点受到了广泛关注。首先阐述了目前深时(前第四纪)源-汇系统的关键问题是物质平衡的定量表征及搬运过程对沉积物的控制,由于地层记录缺失和参数获取困难等原因,研究仍极具挑战。随后综述了深时源-汇系统定量分析方法,可分为地质年代学法、将今论古法和沉积学法。各方法通过获取地貌要素、水力学参数、侵蚀速率、沉积通量等信息,建立"源""汇"之间的定量关系,进而重建盆地沉积充填演化史。通过系统介绍不同方法的基本原理、相关参数,对比其优越性及局限性,认为地质年代学法应用较广,核心在于物源示踪;将今论古法关键是地质背景的类比及地质参数的选择;沉积学法受多变量控制,需兼顾构造-气候背景及研究尺度。最后对深时源-汇系统定量分析的发展进行了展望,在"将今论古"这一重要思想指导下,需着眼于物源体系、沉积物搬运路径、沉积物分配关系、系统内的各要素及其耦合作用,需注重多时间尺度的定量表征、多学科交叉的动态研究。而相较于大陆边缘源-汇系统,陆相湖盆源-汇系统模式与预测模型有待进一步完善。
鄂尔多斯盆地南缘泾河油田长7段烃源岩生、排烃期与油气成藏期对比
张新乐, 平宏伟, 杨鑫, 陈红汉, 李纯泉, 何发岐, 齐荣
2024, 43(1): 108-121. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220409
摘要:
泾河油田位于鄂尔多斯盆地西南部,目前已发现的油气主要位于研究区东北部,前人研究表明原油主要来自延长组长7段油页岩,然而原油到底来自研究区还是其东北部盆地中心的烃源岩还未有定论,从而制约了泾河油田的下一步勘探。利用盆地模拟方法,模拟了研究区和盆地中心长7段烃源岩生、排烃史,确定了泾河油田不同构造部位长7段烃源岩的生、排烃时间,并结合流体包裹体技术厘定了延长组储层原油成藏期次。烃源岩生、排烃时间和储层原油成藏时间以及生、排烃量的计算结果显示,泾河油田长7段烃源岩对本区油气成藏贡献有限,而盆地中心烃源岩生、排烃时间与研究区油气成藏时间具有很好的对应关系,并且本区油气明显具有由东北部向西南部运移的特点。因此与普遍认为的延长组储层以近源短距离垂向运移为主的成藏特征不同,本区已发现油藏可能主要来源于其东北部盆地中心优势生、排烃区,沿走滑断裂带经历了一定距离的侧向运移后聚集成藏。研究结果可为下一步研究区有利运聚方向及成藏区带预测提供重要参考。
高斯混合模型在水系沉积物地球化学异常圈定中的应用:以湖南省溆浦地区为例
刘旭洋, 赵玉岩
2024, 43(1): 122-134. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220423
摘要:
化探数据的正确处理和解译对于区域矿产勘查工作具有重要意义。然而,由于不同类型的岩石具有不同的元素丰度,在处理复杂岩性区化探数据时如果采用统一的异常下限,会导致高背景区被误判为异常区,而部分低弱地球化学异常被忽略。所以复杂岩性区的化探数据需按岩性分类后再划分地球化学背景与异常,从而更准确地圈定化探异常。提出了基于因子得分高斯混合模型的化探异常圈定方法,首先将化探数据做对数比转换后进行因子分析,然后利用因子得分完成高斯混合模型岩性分类,再进行分类标准化处理以消除岩性背景的影响,最后使用处理后的数据圈定化探异常。利用该方法对湖南溆浦地区1:20万水系沉积物化探数据进行研究,结果表明,成矿元素在研究区不同岩性中的含量存在一定差异,若采用统一的异常下限是不合理的;而本研究提出的方法能准确地进行岩性分类、消除不同岩性的背景和强化低弱异常,且异常位置与已知矿点相吻合。因此,高斯混合模型方法可以准确地圈定复杂岩性区的化探异常,并为研究区下一步的矿产勘查工作提供一些参考依据。
塔里木盆地塔河油田塔深5井震旦系原油地球化学特征及地质意义
罗明霞, 曹自成, 徐勤琪, 刘永立, 尚凯
2024, 43(1): 135-149. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230194
摘要:
塔深5(TS5)井于2021年完钻,井深9 017 m,是目前亚洲第一深井,同时也是塔里木盆地台盆区第一口在8 780~8 840 m的上震旦统白云岩段获得油气突破的钻井,也是继轮探1井寒武系盐下突破后,超深层白云岩领域的又一重大发现。为了探究其油气成因,分别对TS5井震旦系凝析油和上部奥陶系重质油,及其邻区寒武系挥发油和奥陶系凝析油进行了有机地球化学特征对比。结果表明,TS5井震旦系凝析油和白云岩储层氯仿抽提物的正构烷烃系列均分布完整,指示了其生烃母质形成于强还原环境;其与奥陶系正常油-超重质油和雅克拉地区凝析油总体具有相似的生物标志化合物和碳同位素分布特征,反映均具有相似的油源;其等效镜质体反射率(Rc)值为1.7%,成熟度高于奥陶系重质油、寒武系挥发油,与邻区凝析油相当,处于高成熟阶段。综合生物标志化合物和碳同位素证据,推测TS5井震旦系油气源来自下寒武统玉尔吐斯组,其与上覆玉尔吐斯组泥页岩构成良好的储盖组合,喜马拉雅晚期来自周边较低部位玉尔吐斯组生成的高成熟凝析油气,沿斜坡运移至震旦系白云岩构造圈闭内形成了一定规模的凝析气藏。TS5井震旦系油气突破,发现了新的含油气层系,丰富了超深层油气成藏过程,为塔里木盆地超深层勘探指明了新的探索方向。
试论河流地貌学的新进展和趋势
王先彦, 于洋
2024, 43(1): 150-159. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220259
摘要:
河流地貌学研究河流动力的侵蚀-搬运-堆积过程(源-汇系统)、河流地貌的时空演化,及其与地球内部构造活动和地球表层气候和环境之间的相互关系。介绍了河流地貌学与表层地球系统科学的关系、研究内容和发展趋势、前沿问题和研究机遇。河流侵蚀、搬运和堆积在构造-气候相互作用中起着重要的媒介作用,是地球内部和外部相互作用的重要纽带。随着高精度数字地形模型定量分析、地表侵蚀速率的定量测定、沉积物测年以及地貌演化数值模拟等新技术和新方法的应用,促进了不同时间和空间尺度流域地形、水系发育、河流地貌动力过程、河流地貌空间分布特征及其对构造、气候和人类活动等的响应和反馈的研究。未来除了更深入地理解流域尺度物质和形态的变化规律和机制外,加强河流地貌过程的定量表达,将流域地貌研究与表层地球系统的热点科学问题相联系,进一步开展学科交叉,服务于国家战略,才能提高河流地貌学、乃至地貌学科的竞争力。
长乐-诏安断裂带东支东山段晚更新世活动的年代学证据及其意义
郭纪盛, 乔岳强, 汤勇, 余松, 查雁鸿, 胡庆, 雷东宁, 蔡永建
2024, 43(1): 160-172. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230434
摘要:
长乐-诏安断裂带是福建沿海的主要活动断裂之一,沿断裂带曾发生多次破坏性地震,是福建省陆域上的主要发震构造。中国东部地区破坏性地震的发生与晚更新世活动断裂有密切联系,因此研究长乐-诏安断裂带在晚更新世的活动具有重要意义。在对福建省东山县最新发现的长乐-诏安断裂东支东山段剖面的野外详细调查的基础上,通过对断层下盘地层和断层上断点以上地层中钾长石光释光测年,确定了长乐-诏安断裂带东支东山段的具体活动时间在(34.8±8.3)~(48.0±3.5)ka之间,显示该断裂至晚更新世晚期仍有活动,属晚更新世活动断裂;通过震级(M)与地震断层位错量(D)经验关系拟合法估算,该断裂的最大发震能力为6.5~7.0级地震。该晚更新世活动断裂的确定和最大震级估算,为长乐-诏安断裂带的活动性提供了确切年代学证据,为东山县地区城市安全评价提供了依据。
川西高原毛垭坝盆地全新世气候变化
邹司雅, 季军良, 徐亚东, 朱宁
2024, 43(1): 173-183. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220278
摘要:
在西风带、东亚季风和印度季风的共同影响下,青藏高原不同区域全新世气候变化过程存在显著差异,加强不同区域古气候变化研究对重建青藏高原全新世气候变化过程及理解其变化机制具有重要意义。以青藏高原东部川西高原理塘县毛垭坝盆地全新世地层为研究对象,在14C测年的基础上,通过沉积环境和多个古气候代用指标的分析,重建了全新世气候变化过程。毛垭坝盆地早-中全新世冰水湖沉积物覆盖在末次冰期冰碛物之上,晚全新世为冲洪积物。全新世沉积物在筛除砾石(粒径>2 mm)后的粒度组成以中粉砂以下粒级(粒径<32 μm)为主,占比多>80%,是冰川磨蚀作用的产物。磁化率在古土壤层明显增大,结合粒径<1 μm粒度组分的出现,可能说明成壤作用生成的强磁性矿物是磁化率值增大的原因。在冰水湖还原环境中磁化率值显著减小,可能与磁性矿物溶解有关。结合总有机碳(TOC)和色度参数的综合分析表明,毛垭坝盆地早全新世气候温干,中全新世暖湿,晚全新世温干,这一变化过程与青藏高原东部全新世气候变化总的趋势相符。在晚全新世气候温干的趋势下,毛垭坝盆地在2 700 a BP古土壤发育,气候温湿。
工程地质与地质灾害
土工格室加筋正常固结粉质黏土应力应变响应
宋飞, 石磊, 樊明尊
2024, 43(1): 184-193. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220428
摘要:
土工格室加筋正常固结粉质黏土对工程建设意义重大。基于土工格室与填土的相互作用机制和增量法,采用弹塑性理论、邓肯-张双曲线模型、修正剑桥屈服函数以及剪胀方程,推导了土工格室加筋正常固结黏土的应力应变响应计算模型,进行了土工格室加筋正常固结黏土的三轴固结排水剪切试验,实测不同围压下的应力应变关系,采用三轴试验结果验证了所提理论模型的正确性和可靠性。此外,采用所提理论模型进行了参数敏感分析,研究了填土的力学性质参数、格室的网格尺寸和力学性质参数对于加筋土应力应变响应的影响。研究结论表明,与砂砾料相似,土工格室约束作用对于正常固结黏土的内摩擦角影响较小,而黏聚力有所增加;随着轴向应变的增加或围压的减小,加筋效果逐渐明显;加筋正常固结黏土的强度和刚度随着非线性弹性常数k的增加、强度参数φ的增加和Rf的减小而增大,常数n对于加筋土应力应变响应影响较小。本研究成果可为工程建设提供理论借鉴。
基于超细材料的全风化花岗岩防渗注浆研究
李永丰, 高宇豪, 陈天乐, 钟聚光, 胡岳, 李建中
2024, 43(1): 194-203. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220298
摘要:
针对全风化花岗岩地层注浆过程中存在"吃水不吃浆"、可灌性差以及浆液的稳定性问题,提出了一种新的复合注浆材料,以提高完全风化花岗岩的防渗和力学性能。通过一系列室内试验研究了不同水固比、超细膨润土含量和超细硅酸盐水泥含量对注浆材料工程性能和浆液形成机制的影响,确定了水泥浆的最佳配方,采用微观形貌试验揭示了2种超细材料对浆液流动性、稳定性和结石体强度的作用机理,最后通过现场试验验证了注浆材料的可注性和有效性。结果表明,水固比为1.2、超细膨润土和超细硅酸盐水泥掺量分别为10%、普通硅酸盐水泥掺量80%配方的复合浆液具有很好的流动性、稳定性和抗压强度,漏斗黏度为35.5 s,析水率为2.4%,7 d和28 d的抗压强度均大于5 MPa;复合材料中的超细膨润土的掺量对浆液性能起主导作用,超细膨润土含量及其水化胶体的形态与分布决定浆液稳定性,而适量的超细硅酸盐水泥增加了细颗粒含量,使得胶结体更易填充颗粒间隙,改善了浆液可注性和结石体强度;该复合注浆材料在现场试验中表现优异,具有良好的注浆性能,注浆后形成的墙体在防渗效果和加固性能上均满足设计要求。
基于FLAC3D与无人机航测的全部垮落法采煤塌陷分析
王志民, 秦越强, 柴晨晖, 孙宇飞, 李朋伟, 岳喜能
2024, 43(1): 204-215. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220250
摘要:
内蒙古串草圪旦煤矿位于黄河中游上段,其全部垮落法采煤导致大面积塌陷,地表生态和环境问题频发。为研究采空区地表裂缝发育规律及塌陷应力与位移场演化特征以串草圪旦煤矿6102工作面为研究对象,利用无人机航测查清了地表裂缝分布范围及规律,构建了FLAC3D数值模型并计算分析了采空区围岩应力及位移变化,将分析结果与无人机航测结果进行了相互验证。结果表明:(1)塌陷主要以地裂缝为表现形式,主要分布于矿区西北部及中西部。工作面发育2类地裂缝,一类为弧形阶梯式裂缝群,呈平行分布且以间隔5~20 m出现,大部分形成阶梯式高度为15~130 cm的错台,裂缝以3°~5°的偏角垂直工作面推进方向发育;另一类为直线型边缘裂缝带,拉张破坏严重,平行工作面外围呈带状发育,少数可展布于工作面内部,最外围裂缝至工作面的距离分别为38,53 m。(2)由于地下煤层开挖,采空区顶板出现明显的"马鞍状"拉应力集中区,且随着开挖的推进地表集中区拉应力先增大后减小,最大值为0.181 MPa;(3)采空区顶部完全垮塌,地表垂直位移最大值在采空区正中间,最大值约5.5 m;地表水平位移最大值位于采空区煤柱正上方,最大值1.93 m。(4)数值模拟计算的沉降量、裂缝角与无人机航测数据基本一致。研究成果可为煤层开采带来的生态环境问题解决方案提供参考依据。
库水位下降叠加降雨作用时堆积层滑坡渗流-变形机制
许艺林, 李远耀, 李思德, 石浩
2024, 43(1): 216-228. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220417
摘要:
随着水库工程的兴建,库区堆积层滑坡变形失稳的问题日益突出。该类滑坡变形往往发生在库水位下降期,且在降雨作用下更加明显,库水位下降与降雨共同作用下滑坡的渗流-变形机制是其中的关键科学问题。以三峡库区万州石龙门滑坡为原型,通过设计物理模型试验,分析在库水位下降叠加不同强度降雨作用时,坡体的宏观现象及坡内的压力变化,揭示了堆积层滑坡在复杂水文条件下的渗流-变形机制。库水位下降对坡体前缘渗流的控制作用更加明显,而降雨会显著抬升坡体中后部水头,两者联合会增大坡内水力梯度从而诱发坡体变形。此类滑坡在库水位下降时的渗流-变形机制为:无降雨作用时,受坡体内外水头差影响仅出现浅层的坡表冲刷型作用,在联合降雨作用下,则转为动水压力型作用,在百年一遇暴雨条件下,坡体在高水位附近出现裂缝,进而发生整体变形,最大位移量可达58.3 mm。本研究成果可为复杂水文条件下堆积层滑坡风险防控提供理论依据。
南天山大龙池堰塞体形成演化过程分析
高旭
2024, 43(1): 229-240. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230322
摘要:
堰塞体是高山峡谷区开展工程建设重点关注的地质体,本研究以南天山大龙池堰塞体为研究对象,探索南天山高山峡谷地区堰塞体的成因及演化过程。基于大龙池区域卫星遥感影像、区域地质资料,依托现场调查和地质钻探等方法,结合理论计算与有限元-离散元模拟技术,对南天山高山峡谷地区堰塞体的成因及演化过程进行了系统研究。结果表明:(1)大龙池堰塞体北侧山体陡峭,山体表面可见多处滑坡擦痕和刻槽,堰塞体堆积结构具有明显的反粒序和拼图结构特征,提出了大龙池堰塞体为高速远程古滑坡堆积的成因机理;(2)通过复原大龙池北面山体滑坡原始坡面,对其运动学特征进行理论计算与数值仿真模拟,结果表明大龙池北侧山体曾发生高速远程滑坡;(3)大龙池堰塞体的形成演化过程可分为古滑坡孕育、古滑坡堵河形成堰塞体以及堰塞体溃决3个阶段。研究结论可为南天山地区类似堰塞体的成因分析提供参考。
不同栅格尺寸下输电线路地质灾害易发性评价
邬礼扬, 殷坤龙, 曾韬睿, 刘书豪, 刘真意
2024, 43(1): 241-252. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220307
摘要:
输电线路的安全运行对国家经济建设与发展具有重要意义,而针对输电线路进行地质灾害易发性评价的研究较少。以京津冀地区的输电线路为例,选取高程、坡度、坡向、地形起伏度、地层岩性、距断层距离、距水系距离、土地利用类型8个指标因子,采用频率比法对各指标因子进行分级,构建易发性评价体系。再利用不同的机器学习模型,使用不同尺寸的栅格单元作为评价单元对研究区进行易发性评价。最后,选取精度最高的机器学习模型与传统的层次分析法完成研究区易发性区划图。研究结果表明:贝叶斯网络模型在区域输电线路易发性评价中的应用效果最好,模型性能最强,最高AUC值为0.876。与传统的层次分析法相比,BN模型在研究区易发性制图中的效果更好,精度更高。此外,采用50 m的栅格作为评价单元在研究区易发性评价中取得了最好的应用效果,研究成果为输电线路地质灾害易发性评价以及栅格尺寸的选用提供了思路以及参考。
干湿循环作用下嵊州-新昌地区红层软岩崩解及强度弱化特性
杜志祥, 白丁伟, 时步炯, 徐锐, 黄生根
2024, 43(1): 253-261. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220314
摘要:
红层软岩遇水易崩解并造成其强度弱化,在边坡工程建设中易造成其稳定性弱,导致经济损失,甚至人员伤亡。揭示红层软岩干湿循环作用下黏聚力与内摩擦角的变化特征对于针对性设计边坡处理措施具有重要意义。以浙江嵊州-新昌地区下白垩统朝川组3组红层软岩为研究对象,通过干湿循环试验、崩解岩块点荷载强度试验和崩解颗粒直剪试验研究了红层软岩崩解及强度弱化特性。结果表明:试样在干湿循环作用下呈碎块状-粒渣状-泥糊状依次崩解的形态,其主要崩解过程可分为初始崩解、快速崩解、细微再崩解和崩解稳定4个阶段;试样的点荷载强度Is(50)随干湿循环次数的增加而降低,耐崩解指数Idn与点荷载强度Is(50)呈正指数关系,试样的点荷载强度Is(50)在耐崩解指数Idn为80%~100%之间急速弱化,在耐崩解指数Idn为50%~80%之间表现缓慢弱化特性;试样的峰值抗剪强度介于0.567~1.219 MPa之间,其多发生在剪切位移3 mm前后,同组试样在相同轴压下,峰值抗剪强度随循环次数的增加而减小,试样崩解颗粒内摩擦角在22.28°~33.03°之间,黏聚力在0.46~0.74 MPa之间。试样的摩擦角和黏聚力随着干湿循环次数增加,都呈负指数关系。试验结果表明砂质比泥质胶结的耐崩解性更好,黏土矿物高的岩石更容易崩解,而"白色矿物"钠长石的吸水膨胀能力远不及黏土矿物,其含量差异对耐崩解性的影响不及黏土矿物。
基于I-D阈值的滑坡气象预警双指标模型
龚泉冰, 殷坤龙, 肖常贵, 陈丽霞, 严亮轩, 曾韬睿, 刘谢攀
2024, 43(1): 262-274. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220254
摘要:
确定降雨阈值对于管控降雨型滑坡灾害风险具有重要意义。以浙江衢州市98处降雨型滑坡为例进行降雨阈值研究。在统计分析1970-2019年梅汛期间诱发滑坡降雨特征的基础上,首先对比分析I-DE-DE-I曲线建立的降雨阈值模型,然后基于I-D阈值建立以当日降雨量R0和5 d有效降雨量R5为预警指标的滑坡气象预警双指标模型,最后采用历史降雨和滑坡数据检验模型的合理性和可靠性。结果表明:(1)I-D模型对于降雨型滑坡的预测能力优于E-DE-I模型;(2)按双指标模型反演衢州市历史50 a滑坡气象预警情况,红色、橙色和黄色预警的年均预警次数为1.5,3.2,9.3次,具有较高的合理性;20处验证滑坡点被双指标模型准确预警,其中15处为红色和橙色预警,此外模型成功预警了2014年全部8处降雨型滑坡;(3)用于检验模型预测能力的7处滞后性滑坡全部成功预警,其中3处橙色预警、3处黄色预警和1处蓝色预警。本研究提出的预警模型有助于衢州市滑坡气象预警发布,为政府部门开展风险评价和管理提供新思路与方法。
基于RSIV-RF模型的凉山州泥石流易发性评价
饶姗姗, 冷小鹏
2024, 43(1): 275-287. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220267
摘要:
针对随机森林(RF)模型进行泥石流易发性评价过程中存在连续型因子依靠主观意识分级、随机选取的非泥石流样本准确度较低等问题,以位于四川西南部的凉山彝族自治州为研究区,提出基于统计学先验模型抽样的随机森林对研究区进行泥石流易发性评价分区。利用累计灾害频率等曲线的相对变化对连续型因子进行分级处理;采用粗糙集理论(RS)和信息量法(IV)计算加权信息量值,划定极低和低易发性区并从中选择负样本数据。通过袋外误差(OOB)变化曲线确定RF模型的最佳树棵数n_estimators和分裂特征数max_features,随后构建加权信息量-随机森林(RSIV-RF)模型预测凉山州泥石流易发性。进一步地,与从全区随机选择非泥石流样本的RF模型开展对比研究。结果表明,训练集和测试集下RSIV-RF模型的准确度分别为0.89,0.83,且对应的ROC曲线的AUC值分别为0.920,0.895,均高于单独的RF模型;RSIV-RF绘制的泥石流易发性评价图与历史灾害分布较为一致,较高和高易发性等级区域占研究区面积比为18.625%,包含了78.57%的泥石流点。性能评估和易发性统计结果均表明基于RSIV-RF能够解决单独模型存在的非泥石样本采样不准确的问题,其泥石流易发性预测精度更高,在凉山州地区泥石流易发性评价研究中具有较好的适应性。
地下水科学与工程
不同类型地热水硼的地球化学特征及对地热系统成因机制的指示
尚建波, 卫兴, 曹园园, 师红杰, 刘明亮
2024, 43(1): 288-297. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230156
摘要:
硼是地热流体中较为保守的元素,经常伴随地热系统出现,研究其来源对揭示不同类型地热系统成因机制有重要作用。分别选取了我国高温与中低温地热系统中较为典型且具有异常高硼浓度的西藏搭格架和宁夏银川盆地地热系统,研究了不同类型地热系统地热水中硼的来源及其相关的地球化学过程。结果表明搭格架中性和弱碱性地热水中硼主要来源于围岩的溶滤与岩浆流体的贡献,搭格架酸性地热水中的硼则主要来源于地下浅层冷水的输入;而银川地热水中硼则主要来源于深层古沉积水的补给。在此基础上,结合区域地质背景及地热水的水化学特征,讨论了不同类型地热系统的成因机制。研究结果表明,地热水中硼的地球化学特征具有识别不同类型地热系统成因机制的潜力。
环境地质与工程
Cr(Ⅲ)对锰氧化菌P.putida MnB1活性及功能的影响规律与机制
尹元雪, 赵雨溪, 孙群群, 童曼
2024, 43(1): 298-305. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220351
摘要:
三价铬(Cr(Ⅲ))与锰氧化菌在环境中通常伴同存在,锰氧化菌介导生成的锰氧化物是Cr(Ⅲ)的主要天然氧化剂,探究Cr(Ⅲ)对锰氧化菌活性和功能的影响对于阐明环境中的锰循环和铬的迁移转化行为具有重要意义。以锰氧化模式菌Pseudomonas putida MnB1为研究对象,通过批实验探究了Cr(Ⅲ)对MnB1活性与功能的影响及其机制。结果表明,Cr(Ⅲ)浓度高于0.05 mmol/L时会造成MnB1的显著死亡,且Cr(Ⅲ)浓度越高杀菌作用越显著,当Cr(Ⅲ)高于0.02 mmol/L 时会推迟锰的生物氧化,当Cr(Ⅲ)浓度高于0.2 mmol/L时完全抑制锰的生物氧化。机制研究表明,Cr(Ⅲ)诱导产生的胞内活性氧和Cr(Ⅲ)颗粒引起的细胞膜通透性改变共同影响了MnB1的生长代谢和功能。研究结果为认识锰的生物地球化学循环和铬的迁移转化行为提供了新的理论依据。
典型喀斯特白云岩小流域土壤-表层岩溶带厚度空间异质性特征
王发, 聂云鹏, 陈洪松, 付智勇, 连晋姣
2024, 43(1): 306-314. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220399
摘要:
土壤-表层岩溶带厚度是喀斯特地球关键带的关键指标,明确其空间异质性特征对于理解地球关键带结构演化机理以及评估水源涵养功能具有重要意义。在广西环江木连小流域1.4 km2范围内,通过高密度电法(ERT)探测45条样线,共获取1 731个样点的土壤-表层岩溶带厚度及环境因子数据资料,研究了土壤和表层岩溶带厚度的空间分布格局及其影响因素。结果表明,土壤和表层岩溶带厚度平均值分别为1.15 m和6.44 m,且分别呈现强变异程度和中等变异程度。地统计分析结果表明球状模型和指数模型分别可以反映土壤和表层岩溶带的空间结构特征。土壤厚度呈现中等空间自相关性,变程长,空间连续性好;而表层岩溶带呈现强烈的空间自相关性,变程短,空间依赖性强。土壤厚度受到环境因子(地形湿度指数、垂直曲率、曲率、坡向、坡度、高程、覆盖度、出露基岩率和植被归一化指数)的多重影响,而表层岩溶带厚度受部分环境因子影响的同时,与土壤厚度和植被类型的相关性更高。研究结果有助于喀斯特区土壤-表层岩溶带演化机理认识,并为土壤-表层岩溶带厚度的空间预测提供科学依据。
喀斯特地区水生光合生物群落结构组成及其对微量元素的影响
郎蕤, 赵敏, 李栋, 鲍乾, 蔡冠霞, 陈波, 杨海全
2024, 43(1): 315-325. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220347
摘要:
微量元素是影响喀斯特地表水体水质的重要因素,水生光合生物在光合代谢过程中能够吸收并去除部分有害元素,然而关于不同水生光合生物群落结构组成对微量元素的吸收效果和去除潜力如何目前则少有研究。基于普定喀斯特生态系统国家野外观测站的野外监测、系统采样和实验测定以及统计分析,构建了由裸岩地、裸土地、耕地、草地和灌丛地5种土地利用组成的植被-土壤-地下水-地表水模拟生态系统,并以其中的地表水生生态系统为研究对象,开展了水生光合生物群落结构组成对微量元素去除潜力及控制机制的研究。结果表明:①地表水水化学和水生光合生物量受季节变化与土地利用类型影响显著;②Cr,Mn,Co,Ni,Fe和Zn 6种微量元素浓度在不同喀斯特水生光合生物系统中存在显著差异,浮游-沉水共存系统对Mn,Co,Ni,Fe和Zn的吸收和去除能力优于单一浮游系统;③喀斯特地区的自然植被恢复(灌丛地和草地)促使地表水体形成的高溶解性无机碳(DIC)环境,有利于沉水植物生长,从而提高了对地表水体中Mn,Co,Ni,Fe和Zn等微量元素的去除潜力。这些认识将有助于岩溶区地表水体水生光合生物群落结构对地表水体微量元素调控机制的研究。
遥感信息技术与地学应用
基于多源遥感卫星数据的青海东昆仑沟里地区线性构造识别及找矿预测
王晓云, 井国正, 李文君, 何俊江, 王艺龙, 刘晓阳, 谭俊, 石文杰
2024, 43(1): 326-342. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.2022.0268
摘要:
沟里地区是青海东昆仑金及多金属成矿带重要组成部分之一,矿产资源丰富,具有良好的找矿前景,目前区内尚无大面积基于多源遥感卫星数据的线性构造识别及找矿应用方面的研究。选取Landsat8 OLI、GF-2不同空间分辨率遥感数据,运用最佳波段选择、主成分分析、图像融合、线性拉伸、定向滤波等遥感图像处理技术,结合DEM衍生产品和多元地学信息综合研究方法,实现了沟里地区线性构造识别和找矿预测。结果表明:(1)研究区构造格架以卡可特尔-色日德一线为界,可分为南部、北部2个区域,北部区域线性构造以NNE向最为发育,近EW向次之,NW、NE向分布较少,南部区域受昆中断裂带控制作用,线性构造主要发育近EW向和少量NW向、NE向;(2)已知矿床(点)全部位于线性构造内及其附近,构造控矿作用明显;(3)线性构造密集分布和交汇处以及遥感影像上不同色调连接区是寻找金矿化的有利地区。最后根据多元地学信息与遥感解译构造信息综合对比分析,在研究区圈定找矿靶区4处并进行了野外验证。研究结果表明,基于多源遥感卫星数据能够较好地识别地表构造空间结构特征,结果较为客观和准确,能够为该地区和外围找矿预测提供参考和依据。
地球物理探测技术与应用
地面瞬变电磁法对低阻薄层的分辨能力
胡俭, 杨帆, 张池, 庞少东, 姚伟华, 张文波, 李建慧
2024, 43(1): 343-351. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220436
摘要:
瞬变电磁法现阶段的资料处理解释仍以一维反演为主,因此分析瞬变电磁法对薄层的分辨能力对于更好地发挥瞬变电磁法优势仍具有重要意义。采用基于Occam算法的一维反演,以100 m深度内10 m层厚的低阻薄层为例,开展了地面回线源瞬变电磁法对低阻薄层分辨能力的定性和定量研究。数值结果表明:低阻薄层电阻率与背景电阻率差异越大,薄层反演电阻率和层厚越接近于真实值;反演电阻率极小值位置始终对应于薄层位置。低阻薄层电阻率与背景电阻率比值为1:5,1:10,1:20,背景电阻率小于100 Ω·m时,瞬变电磁法能够良好探测10 m薄层的最大埋深依次为40,50,80 m;背景电阻率为200 Ω·m时,上述3个最大埋深依次为30,30,60 m。上述研究成果有助于优化瞬变电磁法野外工作参数设计和提高资料处理解释精度。
综合地球物理在内蒙古多伦县核桃坝地区铀矿勘查中的应用
李英宾, 张伟, 邱崇涛
2024, 43(1): 352-359. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20230281
摘要:
核桃坝地区铀成矿条件优越,在该区东部已取得较好的找矿成果,西部尚未取得找矿突破。研究区铀矿化受断裂构造、破碎带控制明显,查明该区断裂构造格架和构造破碎、蚀变带的分布,推断成矿有利区,为进一步挖掘该地区的铀成矿潜力提供地球物理资料。通过音频大地电磁测量、土壤氡测量和地面高精度磁测3种物探方法的联合应用,圈定了土壤氡异常;查明断裂F13北西部断裂呈现NE向和NW向 "田"字格排列,断裂F12南东部断裂呈现NE向。断裂F13、F12夹持部位断裂呈现近SN向和NW向;推断构造蚀变、破碎带6处。结合该区铀矿化特征,构造蚀变、破碎带S1、S2、S3、S4,处于断裂交汇、夹持部位,规模较大,且周围分布多个土壤氡异常,异常幅值可达35 000 Bq/m3,为成矿有利地段。经钻探验证,钻孔ZKH24深部发现了构造蚀变、破碎带和富厚铀矿体,后续在S2构造蚀变带内发现了多个工业铀矿孔,并发现了矿体较好的钻孔ZKH7-1,落实了铀矿产地,说明此3种物探方法联合应用在该地区铀矿找矿工作中具有较好的效果,可在该类型铀矿勘查工作中推广应用。
基于正交匹配追踪的深度波数谱分解及其在含油气储层预测中的应用
唐甜, 巴素玉, 时瑞坤, 王楠, 田媛, 顾汉明
2024, 43(1): 360-370. doi: 10.19509/j.cnki.dzkq.tb20220237
摘要:
常规时间域地震属性分析是利用由叠前深度偏移数据转换至时间域的数据,这种转换将造成有效高频信息的损失,为了充分利用深度域资料成像精度高的优势,有必要开展深度域资料属性分析工作。由于深度域波数与频率和波速有关,如何获得高分辨率深度波数谱是深度域地震属性分析的关键。采用基于稀疏反演的谱分解方法,通过建立深度域过完备子波库,利用正交匹配追踪算法提高深度波数谱计算分辨率,通过理论模型的深度波数谱属性计算,并与时频谱属性进行对比,分析含油气储层的深度波数谱变化特征,通过实际资料的深度波数谱属性分析应用,验证利用深度波数谱进行含油气性预测的实用性。结果表明,基于正交匹配追踪算法的深度波数谱分解方法具有较高分辨率,可作为深度域含油气储层预测的高精度手段之一。实际数据应用表明,深度波数谱含油气储层下方出现低波数伴影现象,可作为深度域指示油气储层存在的标志,基于正交匹配追踪的深度波数谱分解方法可有效识别低波数伴影异常,对深度域地震资料进行含油气储层预测。