李四光地质科学奖获奖者研究成果专辑(第三辑)

本期为李四光地质科学奖获奖者研究成果专辑(第三辑),共刊登了8篇论文,其中6篇是关于稀土、金、油气资源研究与勘查成果和相关基础地质研究成果;另外2篇是关于重要经济区带区域稳定性以及高山峡谷区重大滑坡灾害问题。何宏平等的《风化壳型稀土矿床中稀土元素的活化与迁移》,以稀土元素的活化和迁移这两个关键过程为切入点,总结近年来取得的最新研究成果,并对未来的研究方向提出展望,以加深对风化壳型稀土矿床形成机制的认识和理解。文章明确指出,风化壳型稀土矿床中稀土元素的活化和迁移机制主要受化学风化和生物风化过程控制,是无机和有机共同作用的结果,但其对该类矿床形成的贡献尚待定量评估。

青藏高原构造混杂岩带的孕灾地质基因与重大工程地质问题研究

孕灾地质基因是指一定区域所具有的促进地质灾害孕生的内在关键因素。板块构造混杂岩带所处的特殊构造部位决定了其复杂的演化过程和特殊的地质基因。本文在梳理青藏高原构造混杂岩带地质特征的基础上,总结分析了其孕灾地质基因,包括活跃的地质构造、复杂的水热条件、混杂的岩性组合、特殊的蚀变软岩和构造岩溶导水通道等,是引发重大地质灾害和工程地质安全风险的根源。结合典型案例,剖析了构造混杂岩带大型滑坡的成因类型主要有三大类:构造控制型、泥质软岩控制型和蚀变蛇绿岩带控制型,其中蚀变蛇绿岩带是构造混杂岩带最具特色的易滑地质结构,具有典型的地质构造与特殊岩性联合控制特征。构造混杂岩带隧道工程变形破坏主要有塌方、水平收敛、环向收敛、底鼓和错断等五种模式,黏土化蚀变软岩的不良工程特性是制约构造混杂岩带隧道围岩稳定性的重要因素。针对传统的工程地质理论和灾害风险防控技术难以适应构造混杂岩带大规模工程建设面临的挑战,提出了有待深入研究的关键问题和防灾减灾策略。

川西泸定昔格达地层黏土岩工程地质特性研究

昔格达地层作为一类特殊的半成岩,具有“见风成粉,遇水成泥”的特性,是工程地质问题与地质灾害的良好孕生载体。以川西泸定海子坪昔格达地层黏土岩为研究对象,通过X射线衍射、电镜扫描、现场与室内岩土测试,分析了其物质组成、微观结构及力学特性,重点研究水作用下其物理力学性质的变化规律,并与其他地区昔格达地层工程地质特性进行比较分析。研究表明:①海子坪昔格达地层黏土岩主要成分为粉细砂、黏土等细粒物质,由薄层黄色和灰色的黏土岩互层产出,具有近水平层理构造。②黄色和灰色黏土岩的物质组成相同,但占比不同,黄色黏土岩的黏粒含量比灰色黏土岩高约12%,方解石含量少约10%,黄色黏土岩的结构更为致密,黏粒间胶结作用更强。③海子坪昔格达地层黏土岩现场实测渗透系数为3.62×10^(−4)~7.34×10^(−4)cm/s,介于其他地区昔格达地层的黏土岩类–砂岩类之间,这与其天然节理发育、受扰动极易开裂的特性密切相关。④黄、灰色黏土岩的黏聚力均随含水率增加而降低,且含水率越高,降幅越大,内摩擦角与含水率的关系则表现有所不同。⑤不同地区昔格达地层的力学特性对含水率变化的敏感性具有明显差异,其中泸定海子坪昔格达地层黏土岩的水敏性最为显著。

江西丘陵山区公路地质灾害危险性评价多耦合模型对比研究

山区公路沿线地质灾害发育,影响山区城镇居民交通出行和生命财产安全。危险性评价可以综合分析地质灾害孕灾环境和致灾因子的贡献特征,对于公路防灾减灾具有重要的指导作用。以江西省S223省道竹头坑子—渠坎下段为例,基于频率比(frequency ratio,FR),耦合熵指数(entropy index,EI)、层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)及二者组合权(EI-AHP),构建4种地质灾害危险性评价模型;针对公路沿线地质环境与地质灾害发育特征,选取自然坡度、坡向、地形起伏度、坡面形态、切坡高度、切坡坡度、地层岩性、断层与斜坡的关系等8个评价因子作为危险性评价指标,以斜坡单元作为评价单元,采用FR量化评价因子,结合AHP、EI计算评价因子的主客观权重,依托ArcGIS平台得到基于FR的多耦合模型,绘制不同评价模型的公路沿线地质灾害危险性分区图。结果表明:FR、EI-FR、AHP-FR及EI-AHP-FR 4个评价模型的AUC值分别为0.746,0.811,0.836,0.833,表明AHP-FR评价模型的预测精度最高,能有效对公路沿线地质灾害进行危险性评价;最终划分江西省S223省道竹头坑子—渠坎下段高危险区、较高危险区、中危险区、较低危险区、低危险区的面积依次为0.295,0.570,1.509,0.354,1.732 km^(2),分别占全区总面积的6.66%、12.79%、33.86%、7.97%、38.71%。研究结果可为公路的安全建设和正常运营提供科学的地质参考依据。

地质力学理论对中国深层油气勘查的作用

地质力学是我国著名地质科学家李四光创立的一门以系统论为基础,以构造体系为核心内容、跨学科的系统构造地质学理论。七十多年来,在区域地质、地震地质、地热勘查、第四纪地质、地壳稳定性评价等方面得到广泛的应用发展;在固体矿产、油气资源战略选区预测,指导部署勘探方面硕果累累。文章回顾了中国油气勘探历程,总结了地质力学理论在中国常规油气勘查思路和方法的成功经验,在松辽、塔里木及江汉等多个重要含油气盆地的发现中,地质力学理论起到了实用效果,并认为地质力学理论将一如既往,在我国深层油气勘查中继续发挥引领作用。

地质力学矿田构造研究思路、步骤与实践

简要介绍了地质力学矿田构造研究的基本思路、步骤和方法,总结了构造体系控矿规律特征,并以江西相山铀矿为例,简述了矿田构造研究的基本过程,旨在为隐伏矿产找矿预测提供理论指导。

遥感构造解析与地壳表层结构构造型式——拓展地质力学学科研究的一个方面

遥感构造解析是以遥感信息为依据,结合地质调查和地球物理资料进行大地构造研究的一种有效方法。研究结果表明:中国大陆壳表层广泛发生过不同程度的水平滑动,剪切-推覆构造系统和推覆-拉伸构造岩片是大陆壳表层的两种基本构造型式。中国大陆壳表层构造格局及山川地貌都是新生代地壳运动形成的,对现今地质环境、地质灾害和不同时期形成的矿产资源都有控制和改造制约作用。

自然科学基本概念的进步和学科的发展——地质力学三重基本概念的探讨

地质力学是本世纪初由李四光教授提出并逐步创立起来的地学边缘学科,也是在认识地壳运动及探讨其成因方面的一个大地构造学派。值李四光诞辰100周年之际,本文主要以作者在地质力学领域实际地质研究工作为据,试图探讨自然科学的一般进程和学科评价,地质力学的基本概念和学科的发展问题。

中国石油普查勘探中的地质力学理论与实践

本文概略叙述了李四光教授自1953年至1971年任地质部部长期间,运用地质力学理论,指导中国石油普查勘探的实践及其重大贡献,以此纪念他百岁诞辰。

地质力学在矿田构造研究中的应用与进展

本文介绍了地质力学在矿田构造研究中的应用成果和进展,内容主要包括八个方面:(一)构造动力作用下岩石矿物形变相变与元素聚散的关系;(二)构造动力成岩成矿;(三)同成矿构造体系及其控岩控矿作用;(四)构造体系控岩控矿规律;(五)构造地球化学;(六)构造应力场控矿规律及模拟实验;(七)控矿构造模式;(八)成矿预测。实践证明,地质力学理论和方法在矿田构造中有所创新和发展,在许多应用领域取得了良好的效果,进一步显示出地质力学在矿田构造研究中的旺盛生命力。

地质力学研究中的构造地球化学问题

本文概略地阐述了构造地球化学体系,构造地球化学成矿,成矿带构造地球化学特征以及成矿带和矿田构造地球化学的主要研究内容等地质力学研究中的某些构造地球化学问题。地质力学与地球化学的结合,不仅会促进构造地球化学的发展,而且也必然会丰富和提高地质力学的理论水平。

基于岩石CT扫描的冻融作用对花岗岩细观结构及力学强度影响研究

近年来随着西部地区的基础工程建设数量及规模不断增加,西部高原地区的季节性冻融循环效应的影响也随之增强,开展冻融循环作用下岩石细观特性及强度劣化性质研究对指导西部寒区基础工程建设至关重要。首先在偏光显微镜下对岩石薄片进行观察,获取岩石的矿物成分和微结构;接着利用CT扫描技术,对冻融后的花岗岩进行扫描,对扫描图层利用阈值分割进行二值化处理,堆叠得到样品内外结构的高分辨3D数据及影像;结合分形理论计算图像计盒维数并由此对图像复杂度做出量化判断,由此对冻融循环对花岗岩内部结构演化分布特点进行分析;进而揭示其强度演化规律,探究结构演化与强度之间的关系。偏光显微镜下,岩石呈块状构造,具有似斑状粗粒不等粒花岗结构,局部见交代蠕虫结构。似斑晶矿物主要为碱性长石;其他矿物粒径0.25~4.0 mm为主,矿物成分主要为石英、斜长石、碱性长石,次要矿物为黑云母、绿帘石,副矿物有磷灰石、锆石、黄铁矿等,镜下鉴定为似斑状粗粒不等粒黑云二长花岗岩。CT扫描显示,冻融循环效应在影响花岗岩细观结构时,会导致花岗岩内部孔隙率的整体上升,但岩石渗透性变化不大,岩石渗透率仅上升0.003×10^(-3)μm^(2);内部孔隙发育不均匀,试样整体结构改变以萌生较多新的微孔隙为主。冻融循环后岩石内部结构复杂度有所下降,但岩石整体完整性仍然较好,分形维数仍保持在较高水平。分形研究显示,20次冻融循环并未导致花岗岩的结构复杂度发生较大变化,同时试样整体力学特性出现下降,黏性增加以及长期强度出现较大幅度的衰减,进入蠕变试验阶段的应变阈值提高。在评价此类原生结构较致密的岩石的安全性时,仅从结构上进行考量与实际情况往往会出现偏差,应结合必要的强度指标综合评估。岩石在经历冻融循环后,在强度更低的同时会发生更大的变形。该研究可为分形理论在岩石细观结构演化方面的应用及岩石细观结构与强度演化相关研究提供借鉴,并对高寒地区工程施工有指导意义。

川西藏东交通廊道区域工程地质条件评价

区域工程地质条件是重大工程规划建设地质安全的重要保障。川西藏东交通廊道位于青藏高原东部,穿越世界上地形地貌和地质构造最复杂的地区,区域工程地质环境复杂。响应重大工程规划建设的地质安全需求,以川西藏东交通廊道重大线性工程沿线为研究区,在分析区域工程地质环境的基础上,选取9个地质环境因子指标,采用基于GIS的层次分析法,完成了区域工程地质条件评价,将研究区划分为工程地质条件好、较好、中等和差4个等级。结果显示,活动断裂是最不利的工程地质条件因素,其次是地形起伏度和地质灾害易发程度。工程地质条件好的地区远离活动断裂带和深切峡谷,呈块状、条带状分布于活动断裂带及深切峡谷之间。工程地质条件差的地区主要分布于活动断裂带和高山峡谷区,突出表现为距活动断裂较近,尤其是多条断裂相交或近于相交的地区。研究结果能够为川西藏东交通廊道重大工程规划建设地质安全提供科学支撑。

积石山Ms6.2级和泸定Ms6.8级地震地质灾害发育规律对比

2023年积石山Ms6.2级地震是继2022年泸定Ms6.8级地震后在青藏高原东缘—东北缘地区发生的又一次强震事件。2次地震均诱发大量地震地质灾害,但由于发震断层类型、地质和地貌等条件的差异,2次地震地质灾害发育分布规律呈现显著的差异性。为揭示不同震区地震地质灾害发育规律,本研究采用地面调查、遥感解译和空间叠加统计等方法,对比分析了积石山和泸定地震地质灾害发育分布特征和控灾因子。结果表明:断层类型控制了同震地质灾害的发育优势坡向和垂向空间展布,即“背向坡效应”和“上下盘效应”;地貌条件是影响同震地质空间分布的主要因子,即川西高山峡谷地貌中“线状”分布和陇西黄土地貌中“面状”分布;特殊土体类型、气候、植被覆盖等差异性是同震地质灾害调查与应急处置中需要重点关注的因子。本次研究可为不同断层类型和不同地貌区同震地质灾害重点防范区范围划定、趋势预测和灾后重建提供科学参考。

甘肃积石山县M_(S)6.2地震同震地质灾害发育特征与易发性评价

2023年12月18日,甘肃积石山县发生M_(S)6.2地震,诱发的同震地质灾害严重威胁到人民生命和财产安全,因此及时总结分析同震地质灾害发育规律并进行县域易发性评价,对支撑震后恢复重建至关重要。通过应急排查、野外调查与结果分析,对同震地质灾害发育特征进行分析总结;以震后排查的同震新增和加剧隐患点为分析样本,采用Pearson相关性系数与随机森林Gini系数分析方法,筛选了15个影响因子,并运用机器学习-随机森林模型对积石山县进行同震地质灾害易发性评价。结果表明,震区同震地质灾害总体发育程度不强,规模以小型为主,崩滑流地质灾害隐患可分为3大类、8个亚类,绝大部分分布在黄土丘陵区;积石山县同震地质灾害随机森林模型易发性评价(AUC=0.961)结果显示,极高易发区面积占比约8.67%,主要分布在胡林家乡、徐扈家乡、柳沟乡等乡镇,且县域及各乡镇易发性分级结构与隐患点密度分布吻合程度高。评价结果对已有排查隐患点以外的震裂山体或潜在崩滑流灾害具有重要指示作用,可为积石山县灾后恢复重建规划提供决策支撑,同时将Pearson相关性系数与随机森林Gini系数的影响因子筛选方法及机器学习模型——随机森林应用于易发性评价中,可为其他山地丘陵区地质灾害易发性评价提供参考。

内蒙古赤峰柴胡栏子金矿田遥感地质解译和蚀变信息提取与找矿预测

内蒙古柴胡栏子金矿田位于赤峰—朝阳金成矿带的最西北侧,是我国重要的黄金产地,但其自然条件恶劣,遥感地质研究程度较低,对于最主要的控矿因素(地层、构造、岩浆岩)分布特征以及与本区金成矿相关的围岩蚀变信息研究相对较少,利用遥感技术对该矿田进行找矿勘查具有重要意义。本文利用Landsat 8和GF-2遥感影像,结合“主成分分析+最佳指数因子”的方法组合,对柴胡栏子金矿田进行遥感地质解译。根据蚀变矿物的波谱特征,设计去除干扰信息-异常信息提取-异常分级-异常信息处理的蚀变信息提取方案,对Landsat 8和Sentinel-2A遥感影像进行蚀变信息提取;在前人区域地质、矿田地质研究的基础上,依据蚀变信息特征,结合地质解译成果圈定3个找矿靶区。研究表明,利用多源遥感卫星影像对研究区进行地质解译与蚀变信息提取,基本能够满足辅助中比例尺找矿预测及地质综合调查的需要,并提升找矿效率。研究成果对柴胡栏子金矿田未来找矿勘查具有基础性指导意义。

中国北方造山区显生宙地质历史重建与成矿地质背景研究进展

简要概述了近3年对中国北方造山区地壳基本构造格局开展综合调查与研究取得的主要进展,包括重新厘定该区前南华纪古陆碎块的时空分布,获得与该区重大地质构造问题相关的新资料,提出对该区地壳构造格局、造山过程和成矿地质背景的最新认识,介绍了与该区地壳构造格局和成矿地质背景有关的需要进一步研究的重大地质构造问题。

柴北缘西段嗷唠山地区三叠系碎屑锆石U-Pb年代学特征及其地质意义

柴达木盆地三叠纪有无沉积过程及其后期演化等关键地质问题一直存有争议。文章针对柴北缘西段嗷唠山三叠系沉积岩进行了系统的碎屑锆石年代学研究,结合岩石组合分析和区域地层对比,尝试为理清柴北缘三叠纪地层框架提供依据。根据嗷唠山Tb段下部碎屑锆石中获得年轻锆石年龄平均值248 Ma,结合前人从下伏Ta段中获得的古生物资料,可以将嗷唠山三叠系的形成时代限定在早—中三叠世。文章所采集的嗷唠山样品碎屑锆石年龄谱系可分为5组,分布在(243~260 Ma)、(414~538 Ma)、(678~857 Ma)、(1064~1642 Ma)和(1700~2836 Ma),其主要物源分别对应于柴北缘地区分布的印支期岩浆岩、上泥盆统再旋回物质、柴北缘超高压变质带、柳河群以及达肯达坂群。研究区与柴北缘东段怀头他拉地区三叠系具有相同的沉积特征,并且在岩性组合及碎屑锆石年龄谱系上明显区别于周缘祁连和西秦岭三叠纪地层分区,暗示柴北缘地区在三叠纪曾经发育一系列连续或断续分布的沉积地层。早三叠世,受宗务隆洋向南俯冲影响,柴北缘地区开始快速隆升,先期的多套沉积地层与结晶基底被迅速剥蚀,在近源断陷处形成了冲/洪积相为主的沉积地层。中三叠世,周缘构造带的活动强度总体趋于稳定,柴北缘地区处于浅海陆棚-台地相沉积体系,发育厚层灰岩为主的沉积。至晚三叠世,伴随东昆仑—柴达木地体强烈的陆陆碰撞,柴达木盆地整体被迅速抬升,盆地内弱固结的三叠系被大面积剥蚀,部分向东搬运至共和盆地,仅在部分洼陷得以保存。

巴彦淖尔国家地质公园汉代黄河古河道与临戎古城位置的考证

黄河流域古河道的变迁对文化遗址形成的影响,是黄河文化研究的重要科学问题之一。内蒙古巴彦淖尔国家地质公园位于黄河中上游的河套盆地,公园内汉代临戎古城遗址的位置一直存在争论,确定黄河古河道与其相对位置关系是关键。通过对临戎古城遗址周边10 km范围进行网格化槽型钻取心,利用钻孔数据构建三维粒度属性模型与沉积结构模型,对隐伏的古河道位置进行了较为精准地确定;并通过钻孔岩心沉积相分析与年代学测试,对古河道的沉积结构与年代进行了验证。结果表明,临戎古城遗址西3 km处存在(2.39±0.24) ka~(1.36±0.05) Cal ka BP的黄河古河道,自南向北流经临戎城西。以此确定的黄河与朔方郡各属县治城的相对位置符合史料的记载。本研究从沉积学角度为巴彦淖尔国家地质公园临戎古城遗址位置的考证提供了地质科学依据。