隧道不良地质识别:方法、现状及智能化发展方向

随着隧道施工对于不良地质识别精度要求的不断提高以及人工智能技术的发展,融合多源信息的不良地质智能化识别已成为发展趋势。本文首先阐述了常见的6种隧道不良地质类型及其地质成因,回顾分析了隧道主要的不良地质识别方法及现状,详细介绍了笔者在不良地质智能化识别方面的探索性研究:基于机器学习利用图像识别技术对隧道围岩岩性与裂隙特征进行智能识别;融合图像和光谱特征进行不良地质识别;将地化分析融入到传统的超前钻探中,融合随钻参数和地化信息进行不良地质随钻识别,既可以发挥超前钻探在感知岩体质量和地层信息变化方面的优势,又可以发挥地化分析在岩性和不良地质异常识别方面的优势;基于地质与物探联合反演进行不良地质识别,旨在实现掌子面前方不良地质体“形”(位置、形态、规模)和“性”(性质和类型)的精确识别。最后,对隧道不良地质智能化识别的发展趋势进行了展望。

柴达木盆地卤水钾盐迁聚规律与找矿新突破

钾盐是我国大宗紧缺战略性“粮食”矿产,对保障国家粮食安全具有重要意义。我国钾盐资源具有需求量大、对外依存度高等特点,寻找新的钾盐矿床、形成新的大型钾盐资源基地刻不容缓。2023年,中国地质调查局组织开展青海柴达木盆地钾盐“增储保供”地质调查工作,在前期对柴达木盆地成盐聚钾规律性认识的基础上,于柴西北大浪滩—黑北凹地部署实施了“探采一体化”柴钾1井,钻获1021.95 m(井深111.54~1133.49 m)巨厚松散砂砾储卤层,全井段抽卤试验获日稳定涌水量8586 m^(3)/d、水位降深11.3 m、单位涌水量759.89 m^(3)/d·m、氯化钾平均含量为0.54%的高产工业品位“砂砾型”卤水钾矿,取得了柴达木盆地陆相深层卤水钾盐找矿新突破,为形成中国新的亿吨级大型钾盐基地夯实了资源基础。

鄂尔多斯盆地东缘奥陶纪马家沟期边界断层的新认识及其对成钾凹陷的控制

鄂尔多斯盆地陕北盐盆奥陶系马家沟组具备良好的成钾潜力,然而,当前仅勘探到薄钾石盐矿层和厚层钾石盐矿化段,大规模钾盐矿尚未发现。通过分析鄂尔多斯盆地东缘地震剖面的构造特征,认为盆地东缘晋西挠褶带西部马五6亚段沉积期存在活动边界正断层。在该断层作用下,形成东断西超的活动同沉积凹陷,富钾卤水大量汇聚于此。在持续干旱的强蒸发环境下,卤水持续浓缩,成钾窗口出现,钾石盐大规模析出,进而形成整装海相优质固体钾石盐矿床。侏罗纪末期,挤压应力导致成钾凹陷抬升,形成古凹今隆的格局,钾盐层抬升至较浅部位,有利于水溶法经济开采。

东昆仑二叠系格曲组火山岩年代学、地球化学特征及其构造意义

东昆仑古特提斯造山带经历了从洋壳俯冲到陆-陆碰撞及后碰撞伸展的造山过程,但对古特提斯洋闭合时间一直存在争议,争论的焦点集中在晚二叠世格曲组沉积盆地原型及中上二叠统之间不整合关系代表的构造事件。本文对东昆仑红石山地区格曲组火山岩开展了锆石U-Pb年代学与岩石地球化学研究,结果表明,岩石富集Rb、Th、Ba等大离子亲石元素(LILE)而亏损Nb、Ta、Ti、P等高场强元素(HFSE),具有大陆岩浆弧的地球化学特征。火山岩具有高Ba/Th比值(53.6)、Th/Ce比值(0.23)、Nb/Ta比值(18.35)及低Dy/Yb比值(1.42),表明晚二叠世火山岩由枕状玄武岩和洋底沉积物等洋壳物质俯冲至60 km左右深度时熔融所形成。锆石U-Pb定年表明,格曲组下部碎屑岩段流纹质凝灰岩和英安质沉凝灰岩206Pb/238U加权平均年龄分别为(257.5±2.5)Ma和(256.2±4.8)Ma,上部灰岩段粗安质晶屑凝灰岩206Pb/238U加权平均年龄为(251.8±2.3) Ma。结合区域上已报道的格曲组及花岗岩研究成果,认为古特提斯洋在晚二叠世开始向北俯冲消减,沉积于弧前盆地的格曲组为古特提斯洋向北初始俯冲的沉积响应,而格曲组与下伏地层之间的角度不整合关系记录了古特提斯洋晚二叠世开始向北俯冲这一构造事件。

四川盆地三叠系气田型深层富钾锂卤水勘探历程、进展与展望

四川盆地三叠系嘉陵江组和雷口坡组不仅是常规天然气的主要赋存层位,同时也形成和储存了富含钾锂等关键元素的卤水资源。本文梳理总结了四川盆地三叠系气田型深层卤水勘探进程、成因机理、富集规律方面的进展和认识,并对潜在的研究重点进行了展望。四川盆地三叠系气田型深层卤水中钾、锂等关键金属元素均达到了工业品位,随着全球对锂资源需求的增大,由起初的“气钾兼探”逐渐向“气钾锂综合勘探”过渡。四川盆地三叠系深层富钾锂卤水的成因机制大体上相同,其中干旱气候条件下古海水的蒸发浓缩致使卤水中的钾锂富集;高温高压下含钾/锂元素的杂卤石/绿豆岩与埋藏卤水发生水岩反应,进一步促进了钾锂的富集;淋滤作用也是卤水中钾元素富集的重要成因。深层卤水主要储集于各类白云岩中,其富集主要受断裂、裂缝发育带和背斜等构造控制,富集规律可归纳为“孔隙裂缝储卤、断裂运卤、背斜核部富卤”。基于目前四川盆地气田型深层卤水的勘探现状和不足,未来应该加强地球物理勘探集成新技术的研发、资源评价方法与体系的优化、含高品位伴生元素新层系的勘探以及气田型卤水有效开发利用技术的研究。未来有望在四川盆地气田型深层卤水继续取得新的找矿突破。

中国铷铯资源、提取技术与开发利用研究

铷、铯具有优异的物理化学性能,不仅在电子器件、催化剂、特种玻璃等传统领域中,在高科技新兴应用领域也有广泛的用途。我国铷、铯资源相对丰富,类型多样,不仅有固体矿,而且还有液体矿。本文介绍了国内铷铯资源、提取技术及特点、资源开发利用现状。国内铷铯资源以固体矿为主,铷、铯的储量分别为116万t(Rb_(2)O)和14万t(C_(s_(2))O)。利用酸法从固体矿提取铷铯已实现工业化,萃取法和离子交换法在液体矿上更具有应用前途。广东天堂山铷矿开发项目在近年来备受关注。指出盐湖及地下卤水中的铷铯资源更具发展潜力,建议加强国内铷铯资源调查、勘查和低品位固体矿、液体矿资源综合提取技术攻关,拓宽铷铯产品新性能和应用领域。

西藏当雄错盐湖碳酸盐沉积环境及其地质意义

西藏当雄错盐湖是一个碱性的富锂、硼资源盐湖,对其碳酸盐沉积物的研究有助于了解盐湖形成过程中沉积环境的变化以及锂、硼资源的富集过程。为此,本文从当雄错盐湖碳酸盐剖面自上而下采集了31件样品。对这些样品开展了铀系年龄、XRD、主-微量元素、碳-氧同位素测定以及介形类的鉴定分析。铀系年龄结果表明剖面沉积开始于(3788±120)a BP,结束于约2220 a BP。碳酸盐沉积的微量元素和稀土元素特征表明,其沉积水体为缺氧、还原环境下的咸水环境,沉积物形成于干旱、寒冷的气候环境,湖泊水体具有半开放-半封闭性质,但封闭程度较高。约3430 a BP时,当雄错水体盐度发生了较大改变。结合沉积物中介形类Candona gyrongensis的出现和沉积物的碳氧同位素特征,推测有地下淡水注入导致湖泊水体变淡和还原性减弱。当雄错水体的盐度在2220 a BP之前仍相对较低,湖水浓缩达到盐湖阶段的时间在2220 a BP以后。

288.15 K下硫酸盐溶液体系中章氏硼镁石转化规律研究

我国盐湖资源丰富,尤以柴达木盆地盐湖为代表,其卤水中富含硼、镁资源,但由于其结构复杂,在水溶液中存在过饱和现象,且不稳定、易转化,这使得其资源无法得到大规模、工业化的生产,严重限制了我国充沛的盐湖硼资源的开发和高值化利用。本文以288.15 K作为实验温度,对MgSO_(4)质量分数分别为5%、10%、20%、30%溶液中章氏硼镁石的转化规律进行了实验研究,有助于阐明盐湖镁硼酸盐形成过程机制,对于丰富盐湖硼酸盐化学、推动盐湖卤水合理开发利用意义重大。

不同环境下湖泊矿物和湖水性质对碳埋藏的制约——以西藏郭扎错为例

湖泊沉积物不仅记录了湖泊演化的过程,还蕴含了丰富的碳储量。本文以青藏高原西部郭扎错407 cm长的湖芯为例,探讨了8.7 ka BP以来该湖由淡水湖演变到咸水湖的过程中,有机碳和无机碳沉积通量与储量的变化及影响因素。郭扎错无机碳沉积通量范围为4.6~35.1 g·m^(-2)·a^(-1),平均值为17 g·m^(-2)·a^(-1),无机碳储量范围为2.5×10^(6)~19.1×10^(6) t/a,平均值为9.2×10^(6) t/a,无机碳总储量约为18.5×10^(9) t。有机碳沉积通量范围为1.6~7.3 g·m^(-2)·a^(-1),平均值为4.0 g·m^(-2)·a^(-1),有机碳储量范围为1.5×10^(6)~3.3×10^(6) t/a,平均值为2.2×10^(6) t/a,有机碳总储量约为1.63×10^(9) t。8.7 ka BP以来,三个不同环境演化阶段(8.7~4.0 ka BP,4.0~1.5 ka BP,以及1.5 ka BP至今)中,4.0~1.5 ka BP气候寒冷干旱,湖泊为淡水湖,但无机碳和有机碳的沉积通量和储量都表现为低值。根据碳沉积通量和储量的变化特征发现,无机碳的沉积与碳酸盐矿物成因有关,而有机碳沉积则与黏土矿物的成因有关,二者都与环境、湖水性质变化有关,其中温度对无机碳沉积通量和储量的影响大于盐度的影响,而温度对有机碳沉积通量和储量的影响小于盐度的影响。

《地球学报》继续入编《中文核心期刊要目总览》

依据文献计量学的原理和方法,经研究人员对相关文献的检索、统计和分析,以及学科专家评审,《地球学报》入编《中文核心期刊要目总览》2023年版(即第10版)之“地质学”类的核心期刊。这是《地球学报》连续第十次入编《中文核心期刊要目总览》。

《地球学报》参考文献著录规范(2024版)

1本刊采用“著者-出版年制”标注参考文献,数量一般不少于10篇,以15~35篇为宜。2参考文献著录依照《信息与文献参考文献著录规则》(GB/T 7714-2015)。3文中引用的参考文献与文后所列参考文献要完全一致。作者应对所引文献的完整性和准确性负责。

天体轨道参数调控柴达木盆地第四纪盐类资源形成的新模式

盐类资源的形成受沉积盆地、干旱气候和物源补给三个关键因素的控制,以往的研究主要关注构造、沉积环境和物源因素在成盐过程中的作用,而忽视了干旱和极端干旱气候这一关键因素及其与盆地盐层形成的耦合机制。本文以中德联合在柴达木盆地西部察汗斯拉图凹陷获取的科学深钻为例,运用磁学、元素和同位素地球化学等指标反演研究区的水文气候演化历史,并通过时间域、频率域以及系统动力学演化特征等综合分析手段探究了深时气候变化的控盐机制和规律。结果表明,柴达木盆地西部地区自2.7 Ma以来存在2.2~1.95 Ma、1.3~1.1 Ma、0.85~0.65 Ma和0.5~0.3 Ma四次关键的干旱化加剧和盐层发育期;发现在天体轨道倾角低幅和低偏心率值的同步期,会通过促进北半球冰盖扩张调控北半球中高纬西风环流的位置和强度,进而影响柴达木盆地的气候和水文循环,控制盆地内干旱事件的发生和盐层发育。在轨道-亚轨道-千年尺度上,全球冰量和北半球高纬气候变化也显著地控制了柴达木盆地的干旱事件和盐层发育。柴达木盆地多个凹陷区的盐层对比结果进一步表明,这一天体轨道特殊组合控制盆地的干旱事件和盐层发育过程的机制在全盆地具有普适性,促使柴达木盆地多个不同凹陷区尽管盐层发育存在一些差异,但其主要的盐层发育期均集中在上述四个关键时期。研究成果不仅为柴达木盆地乃至其他干旱区的成盐机制和深时发育规律提供了新的理论视角和研究思路,而且为未来结合构造-气候-物源耦合研究,对不同区域盐类资源发育类型和规律进行精细化研究,以及深入探索深时盐层发育规律提供了重要的研究基础。

西藏扎布耶盐湖锂矿开发的环境影响研究

扎布耶盐湖是世界上独一无二的自然结晶碳酸锂的盐湖,是西藏目前规模最大的运用太阳池技术工业生产碳酸锂的盐湖。开展锂矿开发对环境影响的综合研究有利于合理有序开发盐湖资源。利用野外实地调查与遥感卫星技术,对扎布耶盐湖开发的环境影响进行了系统研究。结果表明,环境影响方式主要表现为资源损毁、地质灾害和水土气等方面;影响范围主要分布在道路、生活办公区、盐田、太阳池、采土区、引、排卤渠等地方,影响面积约16 km^(2),仅占矿区面积的5.37%;扎布耶盐湖矿区对环境的破坏是局部的、可控的。提出利用本地植物进行土地复垦、采用土工膜防止渠道渗透和用黏土填补塌陷、修建墙壁隔绝土气的盐碱化、通过增加管道实现南北湖水的有效交换、建立长期监测预警等建议,为扎布耶盐湖的绿色可持续开发提供参考依据。

利用盐生植物发展“盐湖农业”研究进展

由于人口增长和全球气候变暖,次生土壤盐碱化日趋严重,淡水资源缺乏,使得人类粮食和食品供给面临严峻挑战。“盐湖农业”为解决这一问题提供了一种新的思路。本文评述了盐生植物在农业上的应用国内外研究进展,重点综述了盐生植物作为食物、饲料、工业原料等方面的研究。盐生植物生长环境比较恶劣,一些盐生植物为应对逆境环境而合成出丰富的次生代谢物,这些代谢物对预防疾病和促进健康大有益处,因此近年来市场对盐生植物的需求显著增加。我国盐湖资源丰富,利用盐生植物发展盐湖农业有得天独厚的条件,具有广阔的应用前景,本文最后提出了在我国发展盐湖农业的几点建议。

土性对工程泥浆固化强度影响规律及微观机理

本文开展了一系列不同液限高分子吸水树脂固化工程泥浆无侧限抗压强度试验,探讨了泥浆土液限对固化效率的影响规律,对比研究了掺入高岭土对泥浆固化强度的改进程度,最后基于XRD和SEM试验揭示了液限和高岭土对固化泥浆强度影响的微观机理。结果表明:随着泥浆土液限的增大,固化泥浆土强度逐渐降低,固化效率随着泥浆土液限增大显著衰减,当液限增加10%,固化泥浆土强度qu平均减少48.2%。然而高岭土的掺入则显著提升了固化泥浆土的强度,并且强度增长率随着龄期逐渐增大,对于龄期为90天时,增加40%高岭土能够提升固化泥浆土强度qu 1.17倍。微观结构试验表明泥浆土液限变化对水化产物产量的影响较小,固化泥浆土强度随泥浆土液限减小主要是由于固化泥浆土孔隙随着泥浆土液限增大而增多,使得微观结构松散从而导致强度降低。高岭土的掺入则显著提升了固化泥浆土的水化产物产量,增强了固化泥浆土胶结强度,从而提升了固化泥浆土强度。因此,在实际工程中,一方面可以通过调配泥浆土液限来提高固化效率;另一方面可以通过掺入高岭土或者一些高岭土基废弃物(如高岭土尾矿)来提高固化强度,实现“以废制废”绿色环保的理念。

华南锑矿带单锑型锑矿床“两层楼”二元成矿模型——以滇东南木利锑矿床为例

华南锑矿带是我国乃至世界上最重要的锑成矿带,分布有众多大型-超大型单锑型锑矿床。本文以滇东南木利锑矿床作为主要研究对象,并与华南锑矿带内单锑型矿床中最典型的锡矿山和独山锑矿田(床)进行详细的基础地质特征对比研究。发现对于单锑型锑矿田(床)而言,无论是矿田尺度还是矿床尺度,普遍具有“石英-辉锑矿”和“方解石-辉锑矿”两种矿石类型。同一矿田内,部分矿床(段)以“石英-辉锑矿”的矿物组合为主,部分以“方解石-辉锑矿”的矿物组合为主;而矿床(段)尺度内,又往往表现为上部“石英-辉锑矿”型矿物组合,下部为“方解石-辉锑矿”型矿物组合的两层楼模式。该模型的提出对于华南锑矿带单锑型矿床成因研究和找矿勘查具有重要意义。

西藏南部新生代东西向伸展作用的深部岩浆作用响应

随着新生代喜马拉雅山链的崛起,西藏南部经历了显著的东西向伸展作用,形成一系列近南北向展布的裂谷。伴随着增厚岩石圈的对流减薄或者拆沉,软流圈上涌,藏南岩石圈地幔和中下地壳发生顺次部分熔融作用,形成岩石学和地球化学特征各异的岩浆岩,具体表现为:1)富集岩石圈地幔部分熔融,形成碳酸质、煌斑质和超钾质岩浆岩;2)增厚基性下地壳部分熔融,形成高Sr/Y比值的花岗岩;3)中-下地壳变沉积岩发生白云母脱水/含水部分熔融,形成典型淡色花岗岩。这些新发现限定了藏南裂谷系的启动时限不晚于~30 Ma,为解译世界上造山带和陆内伸展作用过程中大陆岩石圈深部熔融的精细模式提供了典型实例。

数字岩浆岩揭示大陆聚合、地壳生长、物质架构及其成矿制约

岩浆岩是地球上最重要的地质体之一,数字岩浆岩是数字地球的重要内容。本文综述了这方面的研究进展,主要包括岩浆岩数据库创建及其应用研究取得的重要进展。研究团队创建了国内首个岩浆岩数据库及研究平台,核心数据和平台功能在某些方面已优于国际已有数据库。基于这些数据,研究团队编制并发布了一系列数字化全球岩浆岩、亚洲岩浆岩和深时岩浆岩图,取得了以下重要研究进展:1)创建了亚洲花岗岩时空演化格架,提出亚洲大陆平直、弯曲旋转、剪刀状3种方式和5个阶段的聚合模式;2)通过对比全球8个典型造山带同位素填图,确定了从典型增生到典型碰撞不同类型造山带的深部物质架构特征,鉴别出显生宙巨量地壳生长,丰富了地壳生长理论;3)定量刻画了深部物质架构及其成矿制约,构建了深部物质探测方法体系框架,提出造山带分类和物质造山带新概念,为深化认识造山带奠定了理论基础。

准噶尔盆地玛湖凹陷艾湖油田原油地球化学特征与油源对比

玛湖凹陷作为准噶尔盆地重要富油气凹陷之一,油气藏主要分布在二叠系、三叠系和侏罗系,油气性质复杂。本次研究在前人工作基础上,以玛湖凹陷风城组(P1f)、夏子街组(P2x)、下乌尔禾组(P2w)和克拉玛依组(T2k)的烃源岩样品以及艾湖油田百口泉组(T1b)的原油样品为主要研究对象。通过TOC分析、岩石热解、碳同位素、饱和烃色谱、饱和烃色谱-质谱和单井埋藏史-热史的分析,明确玛湖凹陷百口泉组的原油来源问题。研究表明,玛湖凹陷风城组烃源岩有机质丰度明显优于下乌尔禾组烃源岩,且有机质丰度高,有机质类型以Ⅱ型干酪根为主,具有较高的生油潜力。百口泉组原油已达到成熟阶段,主要来源于弱氧化-弱还原的沉积环境。通过油源对比发现,玛湖凹陷原油与风城组烃源岩的生物标志物具有良好的可比性,反映了该地区原油主要来源于风城组烃源岩的贡献。且百口泉组油藏主要存在两期原油充注,分别为侏罗纪早期和白垩纪早期的原油充注,同风城组烃源岩生、排烃具有很好的耦合性。进一步佐证百口泉组原油来自风城组烃源岩这一观点。

准噶尔盆地玛湖凹陷风城组储层致密化过程与成藏模式研究——以玛西地区风二段为例

准噶尔盆地玛湖凹陷风城组作为全油气系统的典型实例,是未来规模油藏勘探开发的潜在区域。本文以岩心、铸体薄片及生产动态等资料为基础,明确了玛湖凹陷风城组储层致密化过程与油气成藏模式。取得认识如下:1)晚二叠世压实作用起主导作用,风二段盐类矿物、结晶白云石脱玻化作用形成较多微小孔隙空间;早三叠世有机酸的溶蚀作用促进了储层空间的有效发育,早侏罗世白云化作用强烈,有机酸进一步溶蚀长石、碳酸盐矿物;2)晚二叠世风城组储层未致密,早三叠中后期部分岩相开始致密化,至早侏罗世开始大部分储层已致密,仅储层局部存在甜点区;3)晚二叠世成藏动力表现为浮力和生烃增压共同发挥作用,早三叠世以后逐渐以生烃增压为主要动力,发展成为源内—近源—源外的全油气系统成藏特点。通过上述研究,以期为玛湖凹陷风城组下一步油气勘探提供支撑。