地球物理方法在矿产资源探查中的运用

地球物理方法作为一种重要的找矿手段,反映了地质异常体与周围环境在物质和结构方面的差异性。随着信息以及空间分析技术的发展,地质体的异常可以通过地球物理数据资料的处理分析获得,并在资源评价、成矿预测等方面有着重要的应用。

奇异性理论在钦杭成矿带(南段)庞西垌银金矿产资源预测中的应用

以广东与广西交界处的钦州湾—杭州湾成矿带(南段)庞西垌银金矿预测为研究对象,探讨奇异性理论在矿产资源预测中的应用。针对地球化学异常阀值选择较难的实际情况,应用奇异性分析法进行地球化学奇异值制图。为了解庞西垌地区浅部与深部矿化类型的变化规律,进一步采用S-A广义自相似法分解复合异常,并结合空间主成分分析法圈定微量元素Ag,Au,Cu,Pb和Zn等组合异常。研究结果表明:奇异性分析法不仅强调数据在统计上的特征,而且重视数据在空间域的特征,通过奇异值估计来确定异常,从地球化学数据集的多种类群的角度来识别和圈定异常;该方法避免了采用同一浓度阀值用于不同地球化学数据区域且该法直接处理原始数据,相对传统方法而言保留了原始数据特征;采用S-A法提取出的异常与研究区已知矿点吻合程度较高,且主要集中在研究区的塘蓬幅内,位于研究区石角幅区域已知矿床(点)较少,异常较弱;而通过S-A法分解出来的异常显示该区域可能存在隐伏矿床,可通过野外工作进一步查证。

矿产资源定量预测的研究进展

找矿是一个投资大、投资周期长、回报丰厚,但风险高的一项经济地质行为。矿产资源定量预测的目的就是要降低找矿的肓目性和风险性,提高找矿效率,节约找矿成本,因而引起研究者的广泛关注。上个世纪中叶,世界许多国家为了更合理的利用矿产资源和摸清本国矿产资源的潜力,先后开始了矿产资源定量化预测。Allais(1957)提出把预测区分成等面积的许多小单元。

珠江三角洲平原广东省佛山市顺德区土壤-蔬菜系统中Pb的健康安全预测预警

分析珠江三角洲顺德区208个蔬菜地表层土样、114个蔬菜样Pb的全量和38个表层土样Pb的形态含量,结果表明,土壤Pb平均值为44.3mg/kg,77.5%的土壤Pb含量超过广东省土壤背景值,蔬菜Pb超标率为74.6%。用2007年蔬菜土壤Pb的累积速率(1.02mg/kg),预测未来10年土壤Pb含量变化趋势,并分别以150、270、300和8580(mg/kg)为阈值对土壤中Pb进行预警,2007—2017年超过150mg/kg的土壤面积比例有所增加,而超过270mg/kg、300mg/kg的土壤面积比例不变。蔬菜Pb与土壤Pb的全量或有效量之间均存在"高原模式"。蔬菜Pb的空间分布表明,3种蔬菜Pb的高浓度主要位于工业比较发达的城镇,这与土壤Pb的空间分布大体一致。经蔬菜途径吸收Pb的THQ靶标危害系数不超过0.4。不同区域、家庭经济收入水平的THQ排序:THQ高>THQ城市>THQ中>THQ农村>THQ低,表明经济收入水平高的家庭经蔬菜途径摄入Pb的健康风险最高。

广东西淋岗花岗岩原地重熔成因的地质地球化学证据

广东西淋岗岩体出露的地质剖面为研究花岗岩成因提供了大量信息。对该岩体的野外地质调查发现:下白垩统白鹤洞组红层(K1bh)与下伏花岗岩体呈突变接触关系,接触界面之下的花岗岩中含大量红岩碎屑,且红岩碎屑往下逐渐减少。岩石地球化学及矿物学测试结果表明:西淋岗花岗岩的成岩物质,应来自盖层之下包括下白垩统白鹤洞组下部红层在内的岩石地层。岩石熔融和岩浆结晶过程中,分异作用导致元素分布具有明显分带性;花岗岩中的石英是在比较稳定的条件下结晶而成,且在石英结晶过程中,SiO2过饱和度逐渐降低。上述研究结果表明,西淋岗花岗岩应是上地壳岩石原地熔融固结形成,而不是远道而来的"侵入体"。

钦-杭成矿带南段(广东廉江)南和地区区域地质特征及构造演化分析

南和地区位于钦-杭成矿带南段的广东廉江幅范围内,该地区的地质特征记录了钦-杭结合带南段的构造演化过程。根据对地层沉积建造的统计,发现研究区沉积地层形成的水动力环境主要为滨海相、浅海相和深海相3种海相沉积以及少量河流相与沼泽相沉积。研究区的岩浆活动具有明显的多期多阶段特征,总体可划分为加里东期和燕山期两个大的构造岩浆旋回。从研究区的岩性变化可以得到南和地区的变质作用规律,岩浆的参与程度因迁移距离的增加而降低,导致距离越远的变质作用与岩浆的关系越低,形成了变质程度逐级降低的混合岩→片岩→千枚岩(图幅外)→变质砂岩。上述区域地质特征反映南和地区主体经历了伸展-挤压地质演化过程,也指示了钦-杭成矿带南段与北段、中段具有类似的大地构造演化历史,即整体"两开、三合"历程。

云开地区庞西垌-金山银金矿田元素迁移特征及成矿地质过程

粤西‒桂东交界的庞西垌‒金山矿田位于扬子和华夏地块构造结合的钦-杭成矿带内。矿田主要包括庞西垌、金山、中苏、竹根坡、高村等银金矿床,已探明银储量超过1400 t,平均品位195 g/t,金储量超过10 t,是我国重要的银金成矿基地。该矿田中,庞西垌‒金山断裂带是主要的控矿和含矿构造;矿体与该断裂韧脆性特征密切相关。本文对庞西垌断裂带与围岩的接触带做了详细的野外地质剖面测量,发现断裂中心部位为糜棱岩往北西及南东是对称的碎裂岩、花岗片麻质压碎岩(或压碎状花岗片麻岩),接触带两侧为未经蚀变和变形的花岗片麻岩和花岗岩。蚀变带岩石成分迁移结果表明,庞西垌矿区Th、Al、U、Hf、Na和Nb相对迁出、Fe相对迁入,其余元素如Ca、Mg、Y、Ba和K在压碎岩中相对迁入,碎裂岩中相对迁出;金山矿区Si、Ca、Fe、Mg、Y、Nb、Ta和Mn均相对未蚀变岩迁出,Th、Al和Rb则相对迁入,U、Hf、Na和Ba的迁入迁出状态取决于何种蚀变岩性。前人研究表明,庞西垌矿床主成矿期包裹体具有富CO2特点,表现为中低温、低盐度特点,与典型造山型金矿一致。庞西垌和金山矿床矿体产出位置与花岗片麻岩关系密切,矿体稀土元素特征与花岗片麻岩相近,硫化物的硫同位素组成与围岩花岗片麻岩类似,表明矿质可能来源于断裂带接触的花岗片麻岩。结合庞西垌‒金山矿田矿床地质、地球化学特征,本文认为矿体就位与断裂带燕山期韧脆性剪切带形成的破裂面密切相关,高孔隙度的压碎岩、碎裂岩为流体的迁移和沉淀提供了极佳的路径。

基于CiteSpace的地质大数据与人工智能研究热点及前沿分析

为研究地质学领域的大数据和人工智能研究现状、热点和前沿,在中国知网(CNKI)核心期刊和Web of Science(WoS)核心数据库收集了2000—2022年相关中文文献3600篇、英文文献1803篇,利用社区结构分析软件CiteSpace,从合作作者、研究国家、研究机构、关键词聚类、关键词时空分布图谱等进行可视化分析,并统计了2021—2022年间,地质学领域国际顶级期刊(综合影响因子10以上)的文献进行前沿分析。分析结果表明,近10年内该研究领域全球累计发文量激增,以中国为代表的亚洲国家和以美国为代表的欧美国家研究为主,双方累计发文量相差不大,论文中介中心性欧美国家普遍较高。我国研究机构之间的交流合作居多,与国外的研究机构交流合作较少,国外研究机构则与之相反。该领域以应用机器学习类方法、知识图谱构建等,在地质灾害防治、地震解释、石油与天然气勘查、固体矿产资源预测等方向进行的科学研究为研究热点,以深度学习、集成学习、智能平台搭建等为手段的地球演化过程中的重大地质事件研究、全球性气候变化、极地及海洋地质研究、数字地质建模及定量分析、地震预报、地灾易发性精准评估等为研究前沿。

面向地质封存及其泄漏风险评价的CO_(2)物联网在线监测

CO_(2)地质封存可以在控制CO_(2)排放的同时兼顾社会经济发展,已成为实现双碳战略目标必不可少的技术途径。然而,在CO_(2)地质封存过程中,由于封存的CO_(2)存在向封存区外泄漏或渗漏的风险,这可能对环境以及周围生物造成严重影响。因此,CO_(2)地质封存的安全性和有效性风险需要得到持续的监测,对于潜在泄漏的监测与识别是碳封存系统安全保障的关键环节。物联网在线监测技术具有的大范围、连续监测和智能分析等特征,较好地契合了地质封存场地的监测需求,但目前还没有在封存监测领域进行大规模应用。为了建立面向地质封存场地的物联网在线监测系统,首先介绍了传感器选择和传感器节点部署的依据,并提出了底层传感技术的设计思路,展示了已完成的碳排放在线监测系统。在传感器选择方面,采用红外CO_(2)传感器为主、激光CO_(2)传感器为辅、FT-IR巡逻监测的设计思路。在传感器节点部署方面,采用随机部署与固定部署结合,可移动部署实时优化的设计思路。在网络拓扑结构设计方面,在高泄漏风险的重点区域采用簇状拓扑和网状拓扑混合的方式,在边缘区域则采用星状拓扑、树状拓扑结构与主体区域相连的设计思路。未来伴随着传感器批量化和微型化生产的不断推进,传感器节点的分布组网将逐渐形成规模,物联网在线监测技术将在CO_(2)地质封存场地的监测领域发挥更为重要的作用。

广东省石英质“台山玉”矿物谱学及其标型特征研究

石英质玉分布广泛,在我国十几个省区均有产出,是国内市场上重要的特色玉石品种,其使用历史悠久,是岭南先秦时期重要的玉石材料。石英质玉石的产地区分具有重要的宝石学和考古学意义。然而,由于石英质玉产地众多,外观、成分特征相似,尚缺乏有效的产地判别方法,其产地来源标型特征的研究仍然非常薄弱。"台山玉"是产于广东台山的一种石英质玉石,因其颜色质感酷似田黄而日益受到重视。该研究在常规的宝石学测试基础上,采用X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、显微激光拉曼光谱(Raman)等分析方法,对6件具有代表性不同类型的台山玉的谱学特征及矿物组成进行了测试分析。实验结果显示,台山玉主要矿物为石英,次要矿物为地开石或高岭石;地开石、高岭石在台山玉中以其中一种为主,二者不共存;利用XRD-Rietveld法定量计算出台山玉中石英含量低于85 Wt%,高岭石族矿物含量介于17 Wt%~36 Wt%。台山玉的拉曼光谱缺失斜硅石的502 cm^-1特征峰,暗示了台山玉的主要矿物石英与玉髓、玛瑙类低温石英相比具有较高的结晶度;台山玉可分为地开石石英岩玉和高岭石石英岩玉两种类型,其中地开石型石英质台山玉红外光谱羟基振动区出现3 622, 3 653和3 703 cm^-1三个谱带,而拉曼光谱相应地出现3 622, 3 644和3 706 cm^-1三个谱带,二者均有谱带分裂明显,峰强向高频方向递减的特点,台山玉多为此类型;高岭石型台山玉红外光谱羟基振动区出现3 620, 3 652, 3 670和3 695 cm^-1四个谱带,而拉曼光谱出现3 620, 3 651, 3 670和3 687 cm^-1四个谱带,其中3 670 cm^-1带强度很弱,不易识别,该类型台山玉比例相对较少。台山玉中高有序度地开石、高岭石的出现指示其原岩中富Al质矿物经历了中温酸性热液交代蚀变作用,成矿条件与黄龙玉、金丝玉、霍山玉等石英岩玉存在差异。可以确定,地开石、高岭石是台山玉区别于其他产地石英岩玉的标型矿物。结果为台山玉的产地鉴定提供了科学依据,并为国内石英质玉的源区鉴定和古代石英质玉器的产地溯源提供了重要的参考。

三维复杂地质结构模型的InterfaceGrid表达方法

三维地质结构模型是地质空间内地质构造和地质体对象边界的数字化表征模型。随着地质数据矢量栅格一体化集成和地质数据空间查询分析需求增多,构建统一表达地质结构的一体化空间数据模型成为三维地质信息科学领域需要解决的基础性问题之一。针对规则网格、PillarGrid和SBRT模型等难以实现复杂地质结构的精细表达问题,本研究提出InterfaceGrid数据模型,充分考虑地质结构和属性的地下分布具有极强的非均匀性、不连续性和空间多尺度性,且表现出纵向分层特性和多属性场耦合的相关性。基于InterfaceGrid设计理论模型和数据结构,构建统一描述三维地质结构的InterfaceGrid数据模型,实现复杂地质结构的矢量栅格一体化表达。基于GeoAtom地原子理论构建InterfaceGrid的形式化表达框架,提出InterfaceGrid的构建流程,以及基于InterfaceGrid模型设计数据更新和空间查询算法。采用GPU光线投射和自适应采样策略实现地质网格的体可视化和在线浏览,结果显示,与SBRT模型相比较,InterfaceGrid能够更加真实地描述地质边界情况,提高了三维地质结构模型的准确性。在全球岩石圈三维网格化构建应用InterfaceGrid,验证了InterfaceGrid在大规模地质数据组织管理中的适用性,相比较PillarGrid数据量减少约1/3,更加适合基于大数据量的网络地学应用服务。

1960-2014年广东省干旱时空演变特征

利用1960-2014年广东省24个气象站点的逐日降水资料,采用下次降水平均等待时间(Average Waiting Time for Precipitation,AWTP)计算得到的相当干期(Equivalent Dry Period,EDP)指数分析了广东省1960-2014年的干旱时空特性,重点分析其自21世纪以来的干旱时空演变趋势。结果表明:EDP指数能够较好地适用于本研究区。从空间分布上看,广东省干旱大致呈现自西向东、自北向南逐渐加重的空间分布格局,东南部沿海地区干旱程度较粤北和粤西地区更为严重。1960-2014年广东省干旱有明显的年代际的变化特征,且干旱程度存在显著的逐年加重趋势。此外,广东省存在典型的季节性干旱,秋旱和冬旱频发,其次是春旱;各季的干旱中心位置有所不同。21世纪以来广东省干旱的发生频率、强度和影响面积都远超20世纪后半叶。具体而言,进入21世纪,珠三角东部东源站和粤西云浮市罗定站的EDP值明显增高,成为广东省新的干旱中心。从季节性干旱的角度分析,21世纪以来,秋季与冬季的旱情加剧最为严重并向全省蔓延,秋、冬季EDP值在21世纪初期相对20世纪后半叶的增幅都为23%。春旱则是逐年缓慢加重,夏旱在1960-2014年较少,但进入21世纪后广东省夏旱也呈现频发的态势。

广东省河源断裂带碳酸泉水化学特征及形成机制

为了解广东省河源断裂带碳酸泉的形成机理,全面认识碳酸泉形成过程,为碳酸泉的开发与管理提供科学依据,在河源断裂带地区采集了5组碳酸泉样品及18组非碳酸泉样品,开展了水化学特征分析及δD、δ^(18)O、^(14)C、δ^(13)C和~3He/~4He多种同位素分析。结果表明,碳酸泉主要水化学类型为Na-Ca-HCO_3型。δD、δ^(18)O同位素分别介于-43.32‰^-41.72‰和-7.06‰^-6.55‰,位于大气降水线附近,表明其补给来源于大气降水,补给高程在1 000~1 300 m。通过^(14)C法测年及修正后的δ^(13)C年龄校正模型计算得到碳酸泉的年龄在21~26 ka。碳酸泉点δ^(13)C的变化范围在-1‰~2‰之间,R/Ra(样品~3He/~4He与大气~3He/~4He之比)比值介于0~2.5,表明河源断裂带碳酸泉中的CO_2为幔源与变质混合成因,并以变质作用为主。

粤西庞西垌地区非结构化地质信息机器可读表达与致矿异常区域智能预测

大数据挖掘与机器学习算法应用已成为成矿预测研究的重要趋势,但如何使非结构化地质数据进行机器可读表达成为需要克服的难点。本研究针对粤西庞西垌矿集区开展地层、岩性、断裂等非结构化地质信息面向机器可读的转换处理,并进而应用机器学习算法对水系沉积物地球化学测试数据和构造、地层等综合地质信息进行挖掘,提取致矿异常特征,最终实现智能圈定致矿异常找矿靶区。独热编码算法与空间加权主成分分析中的权重变量方法组合应用,实现了地层、岩性和断裂构造等非结构化地质信息的结构化转化,并最大限度地保留其所包含的地质信息。单分类支持向量机和自编码网络异常检测算法的应用,解决了研究区已知矿点与非矿点数据不平衡问题。对多源地质数据的集成和综合生成的预测结果与研究区铅锌矿床的空间分布和实际的地质构造情况相对一致,表明上述算法能够有效识别找矿潜力区并寻找潜在的矿床。与传统的勘查地球化学方法相比,本研究中的分析方法能够处理和集成多源的地质致矿信息,可应用于尚未发现矿床的找矿潜力区,提高发现矿床的可能性和找矿工作的效率。

微观尺度多孔岩石压实带形成与围压关系的数值模拟实验

不同于典型的拉张和剪切破坏,多孔岩石的非弹性压实行为是岩石变形的另一种重要表现。在压应力的作用下,高孔隙率沉积岩形成局部孔隙度和渗透率显著降低的压实带,这不仅与多孔岩石脆-韧性转变过程的中间状态有关,还会对储层流体输运性能产生重要影响。为了探究围压及岩石初始孔隙结构对局部压实的影响,本文基于莱塔灰岩样品三轴压缩实验的原位动态同步加速器X射线CT图像,建立了具有岩石真实孔隙结构的有限元模型并进行了不同围压下的弹塑性数值模拟实验。结果表明,在20~60 MPa围压下样品均发生非均匀变形;随着围压的增加,样品内部的轴向局部压缩将被抑制,同时径向局部压缩开始增强,并使得压实带内大部分的节点脱离准单轴压缩状态,不利于压实带的发展。

钦杭结合带成矿地质背景及成矿规律

钦杭成矿带是钦州湾-杭州湾成矿带的简称,具有矿床规模大、矿床分布密集、矿床类型齐全、伴生组分多样的显著特点,是中国地质调查局规划的全国重点成矿区带。钦杭成矿带又称为钦杭(构造)结合带,大地构造位置对应于扬子板块和华夏板块的接合带。研究显示,钦杭带是一条古老俯冲带。它在古生代仍存在洋壳,属于洋陆俯冲体系。中生代构造转换是一个重要的地质事件,它使钦杭带由特提斯构造域卷入到西太平洋构造域中,大地构造性质从华夏和扬子板块之间的板块构造机制为主,转为陆内岩石圈拉张伸展构造环境,并产生巨大的地质效应,最突出的是燕山期岩浆的大规模活动以及成矿作用的大爆发。燕山期花岗岩存在确切的幔源端元信息,幔源物质参与了许多矿床的形成,并为最近钨多金属矿床北拓找矿所验证。钦杭结合带是重要的斑岩铜(钼)矿带,斑岩铜(钼)矿在钦杭结合带北、中、南三段均有产出,它们的主成岩成矿年龄是燕山期,但带有古老俯冲带岛弧体系的基因。钦杭带也是一条古海洋喷流热水沉积矿床密集分布带,VMS型铜多金属矿床和SEDEX型铅锌多金属矿床发育。钦杭带是一条古老俯冲带改造成矿带,古老俯冲带经燕山期改造/叠加成矿是钦杭成矿带的重要成矿机制。

钦州湾-杭州湾构造结合带(南段)地质演化和找矿方向

钦州湾-杭州湾结合带是位于扬子与华夏两大古陆块中间的巨型构造结合带。根据内部结构不均一性和演化历史的差异,钦-杭结合带可划分为3段:北(东)段、中段和南(西)段,分界线大致为北纬24°和北纬27°。中段与南岭带大体一致;北段指南岭以北地区,即绍兴-江山-萍乡一带;南段位于南岭以南区域,大致与云开-十万大山带相当。钦-杭结合带南段是华南大陆壳再造和矿产资源寻找的重要研究课题。它的地质演化与钦-杭结合带具有整体一致性,特别是具有一致的开-合历史。震旦系底部的粤西云浮大降坪块状硫化物矿床是海底喷流沉积的产物,它与信宜和陆川新元古代蛇绿岩等是南段洋壳存在的重要证据。在进一步的矿床勘查中,要重视斑岩型铜(钼)矿床的寻找。中酸性斑岩体来自于元古宙岛弧底部玄武质岩石(下地壳)在中生代时期的部分熔融,本质上该类矿床带有岛弧俯冲环境的基因。

地质领域机器学习、深度学习及实现语言

地质大数据正在以指数形式增长。只有发展智能数据处理方法才有可能追上大数据的超常增长。机器学习是人工智能的核心,是使计算机具有智能的根本途径。机器学习已成为地质大数据研究的前沿热点,它将让地质大数据插上翅膀,并因此改变地质。机器学习是一个源于数据的模型的训练过程,最终给出一个面向某种性能度量的决策。深度学习是机器学习研究中的一个重要子类,它通过构建具有很多隐层的机器学习模型和海量的训练数据,来学习更有用的特征,从而最终提升分类或预测的准确性。卷积神经网络算法是最为常用的一种深度学习算法之一,它广泛用于图像识别和语音分析等。Python语言在科学领域的地位占据着越来越重要。其下的Scikit-Learn是一个机器学习相关的库,提供有数据预处理、分类、回归、聚类、预测、模型分析等算法。Keras是一个基于Theano/Tensorflow的深度学习库,可以应用来搭建简洁的人工神经网络。

钦-杭结合带斑岩型铜矿的基本地质特征及成因分析

钦-杭结合带是重要的斑岩铜矿带。斑岩铜矿在北、中、南三段均有产出,主成岩成矿年龄主要集中燕山期。钦-杭结合带与成矿有关的斑岩主要为钙碱性岩浆系列的中酸性岩,岩石类型主要为花岗闪长斑岩、花岗斑岩和次英安斑岩等,具有与新元古代岛弧火成岩类似微量元素特征。它们来源于软流圈的岩浆与中下地壳物质混合后部分熔融的结果,与受到过早期俯冲作用影响的岩石圈地幔有关,存在壳幔混染现象。钦-杭结合带燕山期的斑岩铜矿成岩成矿的动力学背景与太平洋板块俯冲关系密切,但斑岩和铜矿体在地球化学特征上显示出的具有弧岩浆作用特点,这与华南地区中生代构造转折事件发生以前的地质演化有关。钦-杭结合带的中酸性斑岩体来自于元古代岛弧底部玄武质岩石(下地壳)在中生代时期的部分熔融,本质上该类矿床带有岛弧俯冲环境的特征遗传。

基于模糊数学的广东大宝山矿横石河下游土壤重金属元素污染评价

对广东大宝山矿横石河下游地势平坦的农耕区上坝村表层土壤中6种重金属元素进行测试分析,并构建模糊数学污染评价模型对重金属的污染程度进行评价。结果显示,研究区土壤受到重金属Cd、Cu、As的复合污染,显示为重度污染,Cd污染最为严重,Cu、As为轻度污染,传统的综合污染指数和内梅罗综合污染指数评价显示为轻度和重度污染。模糊数学污染评价法有多个影响因子引入,更加符合矿区及周围地区重金属污染的现状,因而能够在矿区及周边地区土壤重金属的污染评价中得到应用,该方法基于传统的污染评价法进行优化和改良,因此具备良好的可操作性和广泛的适用性。