大数据时代背景下“地球化学多元统计分析”课程混合式教学改革与实践

“地球化学多元统计分析”是面向地球化学专业本科四年级开设的专业核心课程。在大数据时代背景下,原有的课程教学模式面临内容相对陈旧、课时严重不足、实践操作教学效果不理想等问题。笔者尝试开展了线上线下混合式课程教学改革并实践,包括更新教学内容体系和教材、整合网上教材和教学资源、扩充相关软件的操作训练、理论授课与实验课交叉进行、课堂授课与课后作业有机融合等,同时融入了教学思政内容,教学效果明显提高。

能源类专业周口店地质实习教学内容改革与实践

为了激发能源类专业学生对周口店地质实习的兴趣,文章初步探讨了如何在沉积、构造、岩浆岩等实习路线增补油气地质与成藏方面的教学内容,给地质实习增加点“油气味”。研究认为在现有周口店地质实习大纲中增加油气方面的教学内容是可行的,如在沉积地层路线找“油气源岩”和“油气储集层”、在岩浆岩路线找“油气源岩加热器”和“特殊油气储集层”、在构造路线找“油气运移通道”和“有效圈闭”等授课内容的增加有望在地质实习教学中得到检验并进一步完善。

大吉山钨矿控矿断裂系统复杂性

为了解大吉山钨矿控矿断裂系统发展演化的复杂性,对采自江西省全南县大吉山钨矿不同深度的样品进行岩石声发射实验,表明岩石声发射事件序列特征明显,一般经历发生、平静和突发3个过程;矿区断裂系统的发生与发展演化具有崩塌-间断平衡的分形谱系结构,是极不连续的,其断裂过程的能量释放也是不连续的,随深度增加而变小,反映成矿作用发展过程。运用复杂性理论研究认为,断裂系统的发生与发展和成矿系统的演化具有相似的动力学特征,通过随机行为耦合而发生自组织、系统之间相互作用产生相干行为,进而达到协同同步化,跨越临界转变点,走向自组织临界性,二者均为成矿物质运动与时间、空间三者耦合与相互作用的结果。大吉山脉状钨矿的形成与控矿断裂系统的临界破裂及其串级崩塌-间歇平衡的分形生长有着紧密的联系,即大吉山脉状钨矿床成矿模式遵循广义的"五层楼"成矿模式。

周口店地质实践教学中的逻辑思维认知过程

逻辑思维是人脑的一种理性活动,是一种高级思维形式,有助于我们正确认识客观事物、准确表达思想。本文以周口店地质实践教学中地层路线信手剖面图绘制为例,从实证出发探讨地质实践教学中的逻辑思维认知过程,并从理论层面剖析其重要性,认为教学不仅是知识的传授过程,更重要的应为知识的逻辑思维认知过程的再现。

化探方法技术之取样粒度研究——以豫西牛头沟金矿1∶5万化探普查为例

水系沉积物测量在我国是一门比较成熟的技术,但在不同的表生环境条件下开展水系沉积物测量的最佳采样粒度也不尽相同。通过对豫西熊儿山金矿田牛头沟矿区不同粒度土壤和水系沉积物样品风化过程中元素行为的研究,发现土壤和水系沉积物样品随粒度变细其风化程度增强,且这一特征在水系沉积物样品中表现更为明显。当样品粒度为4～100目时,元素含量逐渐升高或降低,变化趋势较为稳定;当粒度小于100目时,样品中元素含量发生显著变化,其主导风化机制可能发生了改变。热液成矿元素在土壤样品中相对富集在60～100目的粒度,在水系沉积物样品中相对富集在80～100目的粒度,参考各粒级样品在全粒级样品中的质量分数,建议选择60～100目作为水系沉积物测量的最佳采样粒度。这一粒级样品既可继承原岩在连续风化过程中的元素行为,又不受后期新的风化机制的明显影响,同时可最大限度地风化而分散以达到降低采样密度的需要。选择60～100目粒级样品在牛头沟金矿区开展了1∶5万化探普查,结果发现元素浓集中心与各矿段空间位置吻合较好,为豫西熊儿山地区开展1∶5万化探普查提供了技术参考。

化探技术之成矿指示元素组合研究——以豫西牛头沟金矿为例

确定成矿指示元素组合是建立典型矿床地球化学找矿模型的关键步骤。豫西牛头沟金矿床是熊耳山地区近年来发现的大型金矿床之一,矿区矿体及蚀变带在地表出露,并严格受NW向断裂控制,属破碎蚀变岩型金矿。本文利用原生晕基岩和区域水系沉积物的化探数据分析,确定成(或找)矿指示元素组合,并提出利用中国水系沉积物元素含量中位值来确定指示元素的异常下限。基于矿区原生晕基岩元素含量分析,牛头沟金矿成矿指示元素组合为Au、W、Mo、Bi、Cu、Pb、Zn、Cd、Ag、As、Sb、Hg、Co、Y、F,总计15项;根据矿区1∶5万水系沉积物化探普查得到的元素异常特征,该区找矿指示元素组合也为上述15项元素;而根据1∶20万区域化探元素异常特征,牛头沟金矿区找矿指示元素组合为Au、W、Mo、Bi、Pb、Zn、Cd、Ag、F、Co、Y,共11项。

2011~2020中国应用地球化学研究进展与展望

在分析应用地球化学发展历程的基础上总结了应用地球化学的研究内容,着重介绍了勘查地球化学在调查、评价、开发和修复四个阶段近十年的研究进展。调查方法可分为传统化探和非传统化探方法,传统化探方法日趋成熟、规范并得以持续推广应用,非传统化探方法在覆盖区勘查备受重视;评价主要集中在确定元素组合、圈定异常和评价异常方面,除持续应用外,其方法技术仍以对比为主导,但知识驱动技术初露端倪;在开发方面则主要体现在地浸法铀矿采选方面;修复主要是针对矿山环境的修复,由此产生了地球化学工程学这一新兴领域。

地球化学基因的构建与检验

地球化学基因是近年来提出的新技术。在分析地球化学基因构建方法的基础上提出了一种新的岩性地球化学基因LG01,并将早先提出的岩性地球化学基因命名为LG02,同时提出了两种稀土元素地球化学基因REEG01和REEG02。选择分别发育在广东连阳花岗岩体、广东佛冈花岗岩体、海南海口玄武岩、北京房山花岗闪长岩体上的4条风化剖面对岩性地球化学基因和稀土元素地球化学基因进行检验,结果发现岩石风化产物中的岩性基因和稀土元素基因均具有一定的稳定性,表现为稳定的遗传性和继承性;LG01岩性基因相对于LG02岩性基因具有更好的稳定性,REEG01稀土元素基因较REEG02稀土元素基因更稳定。建议将样品相对于中国酸性岩(由中国酸性岩元素丰度值代表的虚拟样品)的基因相似度称为酸性相似度,依据样品在LG01岩性基因方面的酸性相似度可将铝硅酸盐地质样品划分为类酸性成分、类基性成分和类中性成分3类(或类中酸性成分和类中基性成分两类)。从4个风化剖面样品及其表层土壤样品验证了LG01岩性基因的酸性相似度在物源示踪方面具有潜在应用价值。基于全国区域地球化学调查数据库和目标样品在不同地球化学基因中的相似度空间分析有可能实现对目标样品的溯源定位。

安徽铜陵冬瓜山铜矿矽卡岩形成过程中元素质量迁移——与凌其聪等同行探讨

质量平衡法是研究岩石蚀变过程中元素迁移的有效方法之一,其关键环节是确定蚀变过程中的不活动元素。凌其聪和刘丛强(2003)《层控矽卡岩型矿床成矿系统的元素活动性及质量迁移——以铜陵冬瓜山铜矿为例》一文中认为在安徽铜陵冬瓜山铜矿矽卡岩形成过程中Zr、Hf、Y、Nb为不活动元素的结论欠妥,证据不足,从而导致提出采用不同不活动元素为标准计算的结果有所差异的错误认识。本文采用龚庆杰等(2006)提出的新改进方法对其岩石分析数据重新进行研究,结果表明安徽铜陵冬瓜山铜矿矽卡岩形成过程中Zr、Th、P2O5在系统中可视为不活动元素,由此确定的岩石质量迁移率为-0.7326,这与凌其聪和刘丛强(2003)一文中采用Zr的计算结果相一致。

地质路线信手剖面的绘制与教学——以周口店八角寨-拴马桩中-新元古代地层观察路线为例

信手剖面的绘制是地质路线穿越工作中必不可少的环节之一,在地质工作和教学中具有重要的意义。然而,在本科生实践教学中发现学生存在行进距离的判断及地形线勾绘、地质内容的充填和充填花纹欠规范化等诸多方面的问题和困难。本文结合多年来的教学经验,针对学生遇到的问题,从包络线的布置、地形效应的处理和垂直投影方法等细节入手,以周口店八角寨-栓马桩中-新元古代地层观察路线为例,探讨信手剖面的绘制技巧,为本科生地质实践教学的顺利进行提出一些教学方法的改进措施。

真实自回避行走中晶体生长界面结构的分形行为

晶体生长过程实际上就是生长基元从周围环境中不断地通过界面而进入晶格座位的过程。一般认为,研究生长基元以何种方式以及如何通过界面进入晶格座位是晶体生长界面结构研究中的关键。在生长基元以分子或者原子的微粒子形式在生长环境中进行无规游走的前提下,本文运用真实自回避行走(TSAW)模型,通过重整化群思想来研究晶体生长界面结构的分形行为。研究发现:晶体生长界面结构的分形行为与生长基元的游走路径形态密切相关,并且在理想状况下真实自回避行走与标准Koch曲线的分形维极为接近。

南阳市高新区光电产业集聚区调查研究

光电产业是南阳市重要的产业类型,南阳市发展光电产业有优势,也有一些不足。通过对南阳高新区光电产业集群区的实地调查,提出发展对策。

安山岩风化过程中元素行为——以豫西熊耳山地区为例

在风化过程中主量元素的风化行为可用风化指数来表征,但对在地球化学中更重要的微量元素的风化行为还缺少研究。本文研究了豫西熊耳山地区—安山岩风化剖面,发现花岗岩风化指数(WIG)也适用于安山岩风化过程的定量表征。基于上陆壳作标准绘制风化剖面样品稀土元素配分曲线时,发现风化过程稀土元素出现分馏现象,表现为富集中稀土;但基于球粒陨石作标准时,风化壳样品均具有相似的稀土配分曲线形态,即上陆壳是一种比球粒陨石更为敏感的稀土元素标准化标尺。牛头沟金矿区安山岩风化过程中部分微量表现出随风化程度增强而显著富集的特征,Au、Ag含量变化可达两个数量级以上,Pb、As、Hg可达一个数量级以上。

广东汕头市内海湾沉积物重金属环境质量调查与评价

内海湾底泥沉积物的环境质量状况与水生生物的生存和人体健康关系密切。在广东汕头市内海湾两岸23个点位采集了表层(0~20 cm)和深层(100~120 cm)底泥沉积物样品46件,对其pH值和Cd、Hg、As、Pb、Cr、Cu、Zn计7项重金属及K含量进行测试分析,调查底泥中这些重金属的含量特征,并参照农用地水田土壤污染风险管控标准对重金属环境污染质量进行评价。结果表明汕头内海湾底泥沉积物的pH介于7.00~8.82之间,平均值为7.83,在46件样品中41件样品的pH值大于7.5。内海湾底泥中7项重金属元素的含量均明显低于环境污染风险管制值,即对该区底泥重金属环境污染不需要管制。Cd、As、Pb、Cr这4项重金属含量均低于污染风险筛选值,其污染风险可以忽略。2件表层样品的Hg含量值高于污染风险筛选值,18件样品的Cu和Zn含量值高于污染风险筛选值,因此建议对底泥中Cu、Zn、Hg含量进行环境质量监测。K含量介于0.70%~2.59%,平均值为1.54%。基于表层底泥和深层底泥元素含量对比分析,认为该区Hg污染来源应为人为源;Cu、Zn的污染来源一部分为人为源,另一部分可能为人为源、自然源或二者的混合源。

改性MCM-22分子筛吸附脱除油品中二氯甲烷的研究

采用离子交换法制备了不同金属离子(Ni2+、Co2+、Fe3+)改性的MCM-22分子筛。采用XRD、NH3-TPD和BET对吸附剂进行了表征,同时,考察了MCM-22分子筛经不同金属离子改性后作为吸附剂对模型化合物的脱氯性能,优化了吸附剂的活化条件,并在吸附试验中研究了最优吸附剂吸附二氯甲烷的动力学和吸附活化能。结果表明,吸附剂的最优活化温度及时间分别为450℃和4 h。脱氯效果顺序为:Ni MCM-22>Co MCM-22>Fe MCM-22>MCM-22,最优吸附剂Ni MCM-22分子筛上吸附动力学可用拟二级动力学进行较好的描述,吸附过程以化学吸附为主。

兰坪盆地区域地球化学异常特征及找矿方向

西南三江中段兰坪盆地是著名的金属成矿区,区内矿产资源丰富,以铜、铅、锌、银为主。2012—2016年云南省地质调查院完成了1∶25万丽江市幅水系沉积物测量工作,平均采样密度为1. 02个/km^2,采样介质为代表汇水域基岩成分的岩屑,样品粒级为-10^+60目。以兰坪盆地内的1∶25万水系沉积物测量成果为基础,首先分析了盆地内微量元素的地球化学特征,指出仅从元素富集系数的大小来判断研究区内有利矿种的方法欠妥;进而为消除元素的风化富集效应而采用变值七级异常划分方案绘制了该区地球化学异常图,并对区内的主要成矿元素进行异常圈定和分级评价。结果表明所圈定的异常区不仅与该区典型矿床在空间上相吻合,而且单元素异常级别或平均异常强度也与矿床的规模相一致,已知矿床均位于平均异常强度达3级以上的异常区。除典型已知矿区外,区域地球化学异常特征显示兰坪盆地东北部老君山地区和盆地中南部白洋厂南部地区是盆地内寻找多金属矿床的有利地段。

基于微量元素岩性地球化学基因的构建与检验

地球化学基因是近年来提出的新技术。在分析地球化学基因构建方法的基础上提出一种基于微量元素的岩性地球化学基因,并将其编号为LG03,其基因链元素序列为Nb→Ti→Zr→Cr→La→V→Pb→Co→U→Ni→Th。分别选择发育在广东连阳花岗岩与佛冈花岗岩的2个花岗岩风化剖面、海南文昌3个玄武岩风化剖面、北京房山1个花岗闪长岩风化剖面、胶东2个花岗岩风化剖面与1个玄武岩风化剖面及1个花岗闪长岩风化剖面共计10个风化剖面对新构建的LG03基因以及以前基于主量和微量元素混合构建的LG01岩性基因进行检验。采用基因相似度≥80%作为样品之间具有相似基因的判别标准来检验地球化学基因在风化过程中的稳定性时,发现基于微量元素的LG03岩性基因与基于主量和微量元素混合的LG01岩性基因在遗传性与继承性方面基本相似,但LG03基因相对于LG01基因更稳定。采用酸性相似度20%和80%作为划分类基性成分、类中性成分和类酸性成分的标准时,发现LG03和LG01岩性基因在成分分类与物源示踪等方面也基本相似。在物源示踪方面LG03基因相对于LG01基因更稳定;在成分分类方面当二者划分结果不一致时应以LG01基因的酸性相似度划分结果为准,可进一步以LG03基因的划分结果加以约束。在风化、搬运与沉积过程中,地质样品的主量成分可能会受到风成沙、生物体等介质的加入而发生明显改变,进而导致LG01基因发生改变。但这些较单一成分物质的加入并不影响相对不活动微量元素之间的相互关系,从而可使LG03基因保持较好的稳定性。因此相对于LG01基因而言,LG03基因由于消除了受风成沙、生物体等介质的影响而可能具有更广泛的应用领域。

花岗闪长岩风化层土壤及其盐水与酸不溶物元素变化行为研究:以热液成矿指示元素为例

从土壤到水系沉积物风化过程中微量元素含量的变化行为对化探异常的圈定和解释具有重要参考价值。以北京西南房山花岗闪长岩体发育的土壤为研究对象,通过盐水及盐酸溶液去除土壤中的活动态微量元素,以模拟含盐水系及酸性水系,实验查明从土壤到水系沉积物风化过程中微量元素的变化行为。实验结果发现从土壤到盐水不溶物再到酸不溶物,花岗岩风化指数（WIG值）逐渐降低,表明WIG是表征其风化程度的良好地球化学指标。样品粒度越细其风化程度越高,热液成矿元素含量从粗粒级到细粒级含量逐渐升高,建议采样粒度为80-100目。

胶东玲珑金矿区煌斑岩及其蚀变岩地球化学特征

煌斑岩与金矿化在时间、空间和成因方面关系密切。选择胶东玲珑矿区煌斑岩及其蚀变岩开展56项元素地球化学研究,结果发现胶东玲珑金矿区煌斑岩在成分上相当于高钾玄武质粗面安山岩,相对中国基性岩富K2O、Fe2O3、P2O5、轻稀土、Th、U、Pb、Be、Sr、Ba、Li、Rb、F、Cr,贫Na2O、Ti2O、CaO、MnO、重稀土、Nb、Ta、Sc、W、Bi、Zn、Cd、As、Co、V、B。玲珑金矿区蚀变煌斑岩相对新鲜煌斑岩贫Na2O,富MnO、Pb、Zn、As、W、Sb、Cd、Au、Ag,这表明引起煌斑岩蚀变的这期热液流体富含W、Pb、Zn、Cd、Au、Ag、As、Sb等热液成矿元素。花岗岩风化指数WIG可较好地适用于煌斑岩蚀变过程的研究,且较蚀变指数CIA在反映蚀变程度上更灵敏。

北京怀柔地区白云岩蚀变过程中的元素含量两端元混合模型

蚀变岩是研究热液成矿作用的重要对象。北京怀柔杨树底下金矿区白云岩蚀变特征清晰,选择矿区一条白云岩蚀变剖面开展元素地球化学特征研究。在蚀变剖面两端采集白云岩样品2件,剖面中部采集不同蚀变程度的蚀变岩样品2件,针对剖面中的石英脉采集样品2件,分析6件样品的11项主量元素(或氧化物)和39项微量元素的含量。测试结果表明位于剖面两端的2件白云岩样品具有相似的化学组成,2件邻近的石英脉样品的元素含量也相一致,而2件不同蚀变程度的蚀变岩的化学组成存在显著差异。基于两端元混合模型,首先确定白云岩和石英脉两个端元的化学组成,进而依据11项主量成分分别采用正比例函数法和坪台法计算两端元的混合比例。结果显示正比例函数法计算结果受元素含量单位影响显著,即具有拟合结果受最大值控制的技术缺陷,而坪台法采用元素比值的中位值克服了正比例函数法的技术缺陷。基于坪台法计算的端元混合比例,分别计算2件蚀变岩样品中39项微量元素的理论含量值,结果表明在可靠的测试数据基础上微量元素的理论计算值与实测值在实验误差范围内相一致,说明两端元混合模型可以很好地刻画杨树底下金矿区白云岩蚀变产物的地球化学特征。研究结果这为揭示该区白云岩蚀变的形成机制提供了地球化学依据。