哈萨克斯坦努尔卡斯甘Cu-Au矿床成矿岩体矿物学和地球化学特征及其成矿意义

努尔卡斯甘斑岩型Cu-Au矿床位于哈萨克斯坦东北部,已探明Cu和Au资源量分别为393万吨和229吨。与成矿有关岩体为花岗闪长玢岩和石英闪长玢岩,由石英、斜长石和角闪石组成。石英闪长玢岩中的斜长石主要为中长石,基质中的角闪石以镁质普通角闪石为主。主量元素组成显示,与成矿有关岩体的成分类似于闪长岩-花岗闪长岩,与岩石学观察结果相符,岩石属高钾钙碱性系列,表现出Rb、Th、Ba、U等大离子亲石元素和轻稀土元素富集、而Nb、Ta等高场强元素亏损的特征,Sr/Y和La/Yb值与正常岛弧岩石相似。矿石中与黄铜矿伴生的辉钼矿样品的Re-Os同位素模式年龄为433±4 Ma,与前人报道的成矿岩体年龄(440~437 Ma)接近。结合前人研究成果,推断努尔卡斯甘斑岩型Cu-Au矿床是早志留世巴尔喀什-准噶尔洋壳向西北方向俯冲过程中岩浆-热液成矿作用的产物。根据与成矿有关石英闪长玢岩基质中角闪石成分确定成矿岩浆晚期温度为704~769℃,氧逸度为logfO_(2)=-13.5~-12.1、ΔFMQ=3.1~3.6,水含量为0.1%~1.9%,压力为20~250 MPa,指示基质中角闪石在岩浆侵位至0.70~7.63 km内发生结晶作用。努尔卡斯甘与成矿有关的岩浆体系具有高氧逸度和水含量,类似的岩浆环境十分有利于斑岩型矿床的形成。

青岛石老人海滩表层沉积物原位磁化率时空变化及其对重金属污染的指示

海滩沉积物常常含有一定的磁性矿物。本研究于2022年7月和12月夏冬两个季度对青岛市石老人海滩的体积磁化率进行原位测量,分析石老人海滩表层沉积物的体积磁化率时空变化,建立磁化率与重金属含量的关系。结果表明,石老人海滩不同季节表层沉积物体积磁化率值和重金属含量总体上均呈现冬季高、夏季低的特点。冬季风力较强,密度较轻的颗粒被吹走,留下密度大的磁性颗粒,增大了海滩沉积物的磁性,同时冬季排污的增多也导致了重金属含量和海滩整体磁化率值的升高。海滩的体积磁化率东西两侧高,主要是受海滩东西两侧排污口及建筑活动的影响,冬季海滩东侧排污口附近的体积磁化率最高可达9000×10^(-5)SI;而波浪作用形成了后滨高、前滨低的趋势。体积磁化率数据与重金属含量具有很好的相关性(R^(2)介于0.71~0.83),在空间分布上具有一致性,表明海滩表层沉积物体积磁化率不仅能反应海滩污染状况,而且对重金属污染和扩散路径有一定的指示意义。

含砂量和细度模数双指标在广东某回填用海砂矿区圈矿和资源量估算中的应用

海砂圈矿指标是海砂资源储量估算的核心内容,对海砂资源的勘查、出让、开采和监管等工作均有十分重要的意义。本文在总结大量海砂勘查工作实践经验的基础上,提出了在海砂勘查工作中采用含砂量和细度模数双指标进行圈矿,并以广东某海域回填用海砂矿区为例,对比了单指标(含砂量≥50%)与双指标(含砂量≥50%,细度模数≥0.7)圈矿的实际应用效果。结果表明,仅采用单指标(含砂量≥50%)圈矿,容易造成估算的资源量偏大;采用双指标(含砂量≥50%,细度模数≥0.7)圈矿,不仅要求含砂量达标,而且要求砂的粗度达标,可有效避免粒度极细的砂被大量圈矿,保证了所圈定的海砂矿体的开采价值,较单指标圈矿更加科学和具有现实意义。

深海沉积物中稀土元素浸出及LIBS光谱探测方法研究

深海稀土,是指深海盆地中富含稀土元素的沉积物,是继多金属结核、富钴结壳及多金属硫化物之后被发现的第四种深海金属矿产,具有巨大的资源潜力。目前,我国针对深海稀土资源的调查和探测技术研究十分薄弱,缺乏完备的能够实时探测深海沉积物中稀土元素(REY)的技术手段,无法从深海沉积物中准确探测到稀土元素。激光诱导击穿光谱(LIBS)具有原位、实时、连续、非接触等独特优势,近年逐渐应用到水下元素分析中。由此,提出了一种深海稀土探测新方法,即将深海沉积物中的稀土元素通过无机酸浸出,而后利用LIBS的水下分析能力对深海沉积物浸出液中的离子态稀土元素进行探测。深海沉积物经预处理后,进行了不同无机酸种类和浓度、固液比及时间条件的浸出实验,研究了各个条件对稀土元素浸出过程的影响。通过对比各浸出液中稀土元素的浸出率获得最佳浸出条件,即HNO3浓度1.5 mol·L^(-1)、液固比2∶1、浸出时间5 min。利用LIBS对浸出液中稀土元素(Y、La、Nd)进行分析,光谱经平均处理、波长位移差分算法(WASS)校正后,进行单变量回归(UVR)和偏最小二乘法(PLS)分析。UVR分析获得稀土元素(Y、La、Nd)最佳线性回归结果的回归系数分别为0.87、0.83、0.80,对应检测限为3.55、4.09和5.71μg·g^(-1);PLS获得了显著优于UVR的回归结果,且获得更好的回归系数,分别为0.97、0.99、0.97。分析结果表明,PLS较UVR更适合深海沉积物的定量分析,同时证明了LIBS具有深海原位稀土元素探测的潜能,证实了利用LIBS结合多变量回归分析对深海沉积物中稀土元素进行检测和评价是可行的,为实现LIBS深海稀土探测提供数据支持。

1984—2021年黄河口及邻近海域悬浮物锋面变化特征及影响因素研究

本研究利用Landsat卫星遥感数据提取了1984—2021年黄河口及其邻近海域的悬浮物锋面(Suspended sediment fronts,SSF),并分析了SSF位置的季节和年代际变化特征。结果表明,SSF的位置存在显著的季节变化,冬季距河口最远而夏季距河口最近,平均距离分别为45.6与24.2 km。通过黄河口海域表层悬浮物浓度的年代际变化推测SSF在1984—2021年向河口方向收缩了大约25.6%。黄河口附近气象站的风速分析结果表明,风速在近40年的减小是SSF向河口收缩的主要原因;黄河入海水沙虽然也存在显著下降的趋势,但对黄河口SSF年代际变化的直接影响很小。

南海北部东沙海域GMGS2-16站位25 ka以来水合物稳定带和流体超压变化

海平面下降和海底温度上升可以引起海底水合物分解,进而导致天然气水合物稳定带底界处沉积物孔隙形成超压,一旦超压积聚突破地层有效应力,就会在海底产生甲烷渗漏。本文通过建立与此相关的稳定带底界变化的数值模型,以分析南海北部东沙海域GMGS2-16水合物钻探站位25 ka BP以来稳定带底界的动态变化。结果显示,在海平面上升的大背景下,海底温度的波动是稳定带底界动态变化的主要因素,主导了水合物生成和分解的周期性变化。底水温度升高导致稳定带底界上移,水合物分解,造成大量甲烷气体的释放,然而这种响应呈现一定的滞后,大约滞后1~3 ka。此外,水合物钻探获取的相应层位沉积物中出现了Mo元素富集的现象,表明稳定带底界上升及水合物分解形成的气体超压可以形成海底冷泉活动。因此,天然气水合物分解可能是冷泉渗漏活动的驱动机制。

海底氢气成藏模式与全球分布

氢能是一种清洁、高效、零碳的顶极能源。天然氢的形成和运聚与板块构造活动密切相关。地球作为整个太阳系已知唯一发育有板块构造和表面存在液态水的岩质星球,具备地球脱气、蛇纹岩水岩反应、水辐射分解等独特的地质生氢路径。占据现今地球表面面积2/3的海底,发育洋壳甚至有地幔物质的直接剥露,具备蛇纹石化形成天然氢的巨大潜力。海底天然氢有沿微板块边界的大量氢气产出机制和海底裂缝导致的海底渗透型的另类机制,现今海底微板块边界、洋底高原、海底裂隙系统、沿超慢速-慢速洋中脊和非火山型被动陆缘出露的微幔块都是寻找天然氢的有利目标,南海东北陆缘的“陆壳裂洞”也十分值得关注。由于不同构造环境的天然氢的形成和储存条件存在较大差异,天然氢在生成、运移和存储等方面存在多样性和差异性,因此难以建立一套统一的氢气成藏模式,也无法精准确定潜在资源量。已有的氢气显示和预测的有利生氢场所,能否成藏、成藏机制如何以及如何开发利用,也依然是未来需要探索的问题。

巴基斯坦东部海域中生代地层发现与油气意义

巴基斯坦海域历经60余年油气勘探,长期以新生界为主要目标,对中生代地层展布、构造演化特征等认识不清。巴基斯坦东部海域中—新生代时期经历了复杂的构造—沉积演化过程,新生代受喜马拉雅隆升影响而沉积了巨量陆缘碎屑物质,因此是研究诸多重大基础科学问题的极佳场所。受白垩纪晚期区域火成岩影响,对该区中生代地层是否存在、如何展布等问题一直存在较大争议,这极大限制了区域油气勘探活动的开展。本研究基于新采集的高品质二维地震剖面,突破了火成岩层的屏蔽作用,通过地震反射界面刻画、地震波组特征分析和层速度分析等手段,揭示了中生代地层在巴基斯坦东部海域广泛分布,中生代地层受控于同期活动的强烈伸展断陷作用,被隆坳相间的构造古地理格局分割在多个规模不等的次级凹陷内部。整体厚度800~10000 m,表现为东南厚、西北薄,向北和向西超覆,最大沉积厚度位于研究区东南和西北两个区域,该套地层在陆域下印度河盆地已证实为重要烃源岩层,因此海域中生代地层的发现有效拓展了该区未来油气勘探方向和潜在价值。

青岛海洋地质研究所海岸带地质工作进展与展望

海岸带是地球多圈层交互带内地质作用最活跃、人类活动最密集的地带,是开展综合地质调查与研究、推动经济社会高质量发展的关键区域。青岛海洋地质研究所的海岸带地质工作自建所以来,一直按照支撑国家需求和服务经济社会发展为导向,主要经历了萌芽发展、快速发展、蓬勃发展3个阶段。作为中国地质调查局海岸带工作的主要牵头单位之一,组织实施了一系列海岸带地质调查工作,特别是在辽东湾、渤海湾西岸、黄河三角洲、莱州湾、山东半岛、江苏沿岸、长江三角洲、闽浙沿岸等海岸带地区开展了重大比例尺的调查,大幅提高了我国海岸带调查程度,提升了海岸带基础地质认知水平,充分发挥了地质工作基础性、公益性、战略性的作用,为国家重大战略实施和经济社会高质量发展提供了有力支撑。新时代条件下,我们应大力加强海岸带地质科技创新能力,全面提高海岸带基础地质调查程度,加快建设海岸带地质综合监测体系,快速提升海岸带工作公益服务水平,推动海岸带地质工作高质量发展。

青岛海洋地质研究所45年来海域油气资源调查进展

石油和天然气资源是重要的能源矿产和战略性资源,海洋蕴含着丰富的油气资源,青岛海洋地质研究所(简称青岛所)自1979年重建始,便开启了海域油气资源调查、研究与评价工作的序幕。45年来,青岛所持续开展了海域及邻区含油气盆地对比、黄东海新区新层系油气资源调查评价、中国海域和海丝路海域油气勘探开发形势分析,并于2019和2021年开展了2个航次的北印度洋重点海域联合地质科学考查。本文回顾了45年以来青岛所海域油气调查与研究历史,梳理了取得的主要进展,重点介绍了海域新区新层系油气资源调查技术、东部海域新区新层系油气地质新认识、印度扇近海盆地的科学考查发现与认识、海域油气资源勘探开发总体形势与战略性方向,梳理了面临的主要挑战,同时展望了油气调查主要领域和方向,这对进一步摸清海域油气资源家底、服务海域油气矿政管理和国家能源资源安全保障具有重要意义。

地形地貌变化对调水调沙期间黄河口沉积格局的影响

自2002年实施调水调沙以来,由于入海径流、沉积物的通量和组成发生变化,黄河现行河口三角洲叶瓣不断向海淤积造陆,水下三角洲坡度变陡。地形地貌变化对调水调沙期间入海泥沙沉积格局的影响成为黄河口研究的重要科学问题。本文基于Delft3D模型系统,利用岸线、水深和河流水沙数据构建三维水沙数值模型,对2002年、2008年、2014年和2019年调水调沙期间现行河口近岸海域泥沙的输运和沉积过程进行模拟。结果表明,随着水深、岸线的变化,黄河口近岸海域动力环境增强,泥沙的横向输运增强,纵向输运相应减弱;进而导致黄河入海泥沙堆积体的横向长度增加约30%,纵向长度减小约27%,厚度、形态也相应变化。本研究揭示了地形地貌变化条件下,黄河调水调沙期间入海泥沙在河口的沉积格局及动力机制,对深入理解黄河口近岸海域水动力-地貌耦合系统有重要参考价值。

海上地热能开发现状及其对中国的启示

在世界能源短缺以及实现碳减排目标的背景下,随着海洋和地热能开发技术的进步,海上地热能的潜力越来越受到人们的关注。本文分析了目前全球海上地热资源开发热点区域分布,以及海上地热资源利用的优势和劣势,梳理了国内外海洋地热资源利用现状和关键开发技术,包括海上地热利用方式、地热勘查技术、地热资源评价技术、地热利用技术和地热能开发影响评价技术等,指出了当前中国海上地热能发展利用过程中面临着基础资料薄弱、关键技术创新力不足、核心装备自主性差、激励政策不够完善等诸多挑战,并给出了相应的发展建议。

基于UNet结构生成对抗网络的海底地震勘探数据混叠噪声压制方法

本文提出一种基于UNet结构生成对抗网络(Pix2PixGAN)的海底地震勘探数据混叠噪声压制方法,该神经网络主要在于构建了一个适用于混叠噪声压制的生成器和判别器,生成器是UNet结构,可以提取和融合数据的特征映射信息,而通过加入skip-connection,可以保留更多的细节信息;判别器由两个卷积模块构成,通过PatchGAN输出多个固定大小的数据体,加入Dropout2d层,优化判别器的训练速度。通过制作的四千余个数据集对网络模型进行训练,将得到的训练参数加载到测试网络中,经过测试数据集的验证以及和常规的去噪方法相比,验证了本文采用的混叠噪声压制方法具有较高的压制精度和效率。

浙闽海域冬季悬沙锋的次中尺度现象

次中尺度运动是海洋中重要的动力过程,但是目前对浙闽海域悬沙锋的次中尺度现象及其动力特征的关注较少。本文基于高时空分辨率的GOCI卫星遥感影像、实测表层悬沙浓度数据以及海表涡流数据等,研究了悬沙锋时空分布特征及其次中尺度过程。研究结果表明,浙闽近岸的悬沙锋在冬季普遍发育,主要分布在浙闽海域20~25m等深线附近,但在浙江北部约29°N海域和台湾岛北部26~27°N海域锋面向海突出,指示了近海高浓度悬浮泥沙的向海输运;浙闽悬沙锋次中尺度现象显著,多表现相对涡度的气旋性涡旋;悬沙锋位置逐步向南移动,主要与冬季偏北风产生的西南向沿岸流有关;冬季大风事件有利于锋面次中尺度过程发育。

浅海海底浅层微小目标体高精度探测技术研究

浅海海底浅层微小目标体一般体积小、埋深较浅,且由于其材料制作上的特殊性,目前应用水声探测方法达不到较好的探测效果。本文从地声数值模拟角度出发,研究如何通过多道地震这一地声探测手段来实现对海底浅层微小目标体的高精度探测。首先,基于波动理论的高阶交错网格有限差分法实现对于微小目标体的正演模拟,探索不同激发主频、不同海底形态、不同掩埋深度情况下浅海微小目标体的地声传播响应特征,总结微小目标体在不同条件下的地声传播规律;其次,通过成像精度更高的逆时偏移技术,实现对于微小目标体的位置、形态的高精度成像。不同浅海微小目标体模型的试算结果表明,采用多道地震的地声探测手段,能够实现对于浅海微小目标体的高精度探测,探测的微小目标体成像位置准确、形态表征良好。

恒河水下三角洲表层沉积物稀土元素组成及输运模式

东北印度洋作为全球最大的沉积物“源-汇”体系,形成了世界上最大的河口三角洲——恒河三角洲,其沉积过程对东北印度洋海洋物质和能量平衡具有重要影响。本文对恒河水下三角洲84个站位表层沉积物样品进行系统的稀土元素(Rare Earth Elements,REE)测试分析,揭示了其组成特征和空间分布规律,判别了其主要物质来源,并结合水动力条件对研究区沉积物的输运方式进行了探讨。结果表明,研究区表层沉积物稀土元素总含量(∑REE)为40.89~472.38μg/g,平均值为188.98μg/g,具有轻稀土元素(Light Rare Earth Elements,LREE)富集、重稀土元素(Heavy Rare Earth Elements,HREE)相对均一的典型特征,且表现出铕(Eu)负异常、无铈(Ce)异常的明显规律。利用∑REE、轻稀土元素总含量(∑LREE)、重稀土元素总含量(∑HREE)、轻重稀土元素比值(∑LREE/∑HREE)、铕异常(δEu)及铈异常(δCe)等稀土元素特征参数空间聚类分析,可将研究区划分为3个区域:Ⅰ区位于研究区北侧近河口海域,是REE含量的高值区(平均值为376.64μg/g),研究区北部入海河流物质更易在此沉降;Ⅱ区位于研究区北侧沿岸一带,REE含量平均值为201.43μg/g,沉积物几乎全部来自喜马拉雅山陆源碎屑物质;Ⅲ区主要位于研究区南侧深水区,部分位于西北侧(接近孙德尔本斯地区),REE含量最低,平均值为135.16μg/g,该区大部分沉积物为喜马拉雅陆源碎屑物质,混有部分印度半岛陆源剥蚀物。结合研究区水动力条件,对REE指标空间分布规律进一步分析表明,研究区沉积物的输运与分布主要受潮汐、季风和羽状流的共同作用,恒河-布拉马普特拉河输运的喜马拉雅陆源碎屑物在羽状流和季风的推动下不断向南运移,REE含量随着搬运距离的增加呈降低趋势,因此研究区∑REE呈现北高南低的分布格局,而默哈纳迪河运移的印度半岛入海物质进入孟加拉湾后受西南季风驱动,对研究区南部海域沉积物REE组成造成影响。

渤海某区块浅层气对工程影响的评估

以渤海某区块项目为例,采用保压取样方法获取待评估区域海底土层样品并对所含气体开展组分测定,定性判断浅层气成因。采用静力触探孔压消散试验方法获取地层中超孔隙水压力,定量评估对含浅层气地层承载力的折减效应。结果表明,内浅层气主要组分为甲烷和二氧化碳,气体含量较低。内地层中的浅层气可能属于生物成因气。含浅层气地层的超孔隙水压力相对上覆有效压力比值约3%,承载力折减因数为1.0%~1.1%。所采取的方法能够有效评估浅层气对海上基础设施和生产安全的影响程度,具有推广价值。

深海重力流与底流交互作用的沉积响应及其勘探意义

顺坡而下的重力流(浊流)与沿坡流动的底流(等深流)之间的交互作用是当前国际沉积学研究的前沿领域与薄弱环节,交互作用沉积体系及其沉积特征相较于重力流或等深流沉积体系仍“知之甚少”。本文总结了论文作者所识别的两种典型交互作用沉积体系的形态特征、沉积特征与沉积样式,查明了交互作用成因优质储层的识别标志与分布模式。深水单向迁移水道具有不对称的剖面形态与持续稳定向陡岸一侧迁移叠加的沉积样式,可进一步分为迁移方向与参与其建造底流流向相同(顺向迁移)和相反(反向迁移)两种类型;深水单向迁移朵叶具有长轴方向与区域等深线平行的形态特征以及侧向迁移延伸方向与区域等深线一致的沉积样式。重力流(浊流)与底流(等深流)交互作用所形成的底流改造砂/交互作用砂具有与浊积砂迥异的沉积特征,如富含有孔虫和生物骨骼,无年龄倒序现象出现,突变非侵蚀接触顶界面,含有大洋水团所伴生的底栖有孔虫,可见牵引流沉积特征(如两到三段式累积概率分布特征、单峰正态的频率分布特征和位于C-M图牵引流沉积区等),这些沉积特征可作为底流改造砂的识别相标志。在剖面上,底流改造砂总是向水道迁移一侧不断迁移叠加,具有“单向叠加、有序展布”的分布模式;在平面上,底流改造砂总是沿区域等深线侧向迁移,具有“单向偏移、侧向叠置”的分布模式;时空上形成连续性好、分布范围广、面积大的超大型优质深水油气储集体。

洋口港潮滩沉积过程研究

为了研究江苏典型淤积潮滩泥沙沉积特征,于2021年7月在洋口港开展断面调查。研究结果表明,该区域潮流为正规半日潮,涨潮流向为西南向、落潮流向为东北向。观测期间,波高随风场的增强明显变大,潮流大小主要随着潮周期变化;增强的波浪有助于水体扰动和泥沙悬浮;底部切应力主要受潮流作用,受波浪作用较小;波流联合切应力大部分时间都小于临界侵蚀应力,水体中的悬沙多倾向于沉降,滩面易淤积;悬沙总体上沿岸向南和平行向岸输送。

元地球与数字孪生:思想突破、技术变革与范式转换

数字孪生在航天、工业制造领域已应用了20多年,但引入海洋科学还是首次。通过数字孪生技术,实现真实地球与虚拟地球的融合,构建一个真实地球与数字地球的虚实共同体,这里称为“元地球”。本文介绍了元地球与早期提出的数字地球、虚拟地球、玻璃地球、智慧地球的本质区别,进而突出元地球理念或思想上的巨大突破。基于现今元宇宙BIGANT技术体系,构架跨越地球各圈层的实时、全天候、立体观测感知系统,打通地球系统各圈层动力学模拟隔阂,实现超越现今地球,再现深时地球,实现时空穿越,从而集数字地球、虚拟地球、玻璃地球、智慧地球、现今地球、深时地球的特性于一个共同体,这个深时的虚实共同体就是元地球。这一理念必将催生新的技术范式变革,进而超越现实地球、虚拟地球,开启人类认识地球、探测地球、开发地球的全新方式。在实现研究范式转换的同时,推动元地球的多场景应用,这也必将催生未来的万亿新产业。