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就矿找矿理论浅析摘要:在老矿山深部及外围开展就矿找矿,是解决危机矿山资源、增加地质储量的重要途径。阐述了就矿找矿工作的性质和特点,指出了成矿系列理论、成矿系统理论、矿床模型理论、丛聚理论、构造等距分布理论、带状分布理论、侧伏理论等是指导就矿找矿的重要理论基础,并举例对就矿找矿理论的应用进行了分析。关键词:就矿找矿;危机矿山;成矿预测;预测理论经过几十年大规模找矿,在中国东部和中部地区,大部分直接出露地表的矿产和容易识别的矿产几乎全被发现,新矿床的找矿难度极大。另一方面,地质勘查资金又严重不足。就当前这种情况而言,要提高找矿效果,自觉地实行“就矿找矿”具有重要现实意义。对1970年以来世界发现的65个金矿床所涉及的勘查理论与方法统计,其有效性顺序为:地球化学方法、地质填图、就矿找矿、地球物理方法。就矿找矿即在老矿区深部及外围找矿,在已发现的65个金矿床中有38个是就矿找矿的结果,占58%。由此可见,开展就矿找矿,发现新的矿床、矿体,增加储量,可以延长矿山企业的服务年限,并充分利用己建矿山企业的生产能力,具有重要意义。1就矿找矿工作的性质与特点就矿找矿工作的核心任务是在已知矿床的深部、外围开展矿体预测工作,即在一定预测理论指导下,利用有效的预测方法和技术,预测工业矿化地段或矿体赋存的空间位置、形态与矿化强度等特征,为勘查工程验证提供依据。其工作区范围一般在几平方公里至几十平方公里内。因此,就矿找矿是一项复杂的科学系统工程,属于大比例尺成矿预测范畴[1]。就矿找矿具有一定的科学依据。因为从成矿地质理论上分析,一个矿床的形成是多种地质因素综合作用的结果。金矿床的存在绝非是一种孤立的地质现象,而是与其周围地质环境有一定的内在的有机联系。能够形成该矿床的多种综合地质作用在地壳某一地区出现,通常在空间上有一定的广度和深度,而往往不会局限于一个极小的仅仅相当于矿床的空间范围之内,这就是相似的矿床常常在一个地区内成群出现、成带分布的原因。因此,在已知矿床,特别是在大型矿床附近类似的地质环境里,采用新理论、新技术、整合找矿手段,综合分析并综合预测,在地表和浅部附加值高的矿产大多已经发现和开采的基础上,注重寻找中深部隐伏矿体,已成为开拓地质找矿新领域的必然趋势。现代地质科学的发展进步为就矿找矿提供了不竭的思想理论源泉。日臻完善的各种找矿技术方法的应用,使其可能收到良好的效果。另外,就矿找矿有一个已知矿为基础,交通、生活一般较新区方便,更有利于地质勘查工作的组成和实施。就矿找矿要以一定的勘查找矿理论为指导,从某种意义上讲,就矿找矿是运用许多地质专家总结出的一系列反映矿床空间组合的理论,来指导找矿。下文着重就当前的就矿找矿理论进行分析讨论。2就矿找矿理论浅析2. 1矿床成矿系列理论成矿系列的核心是把成矿过程的四维空间作为一个完整体系来考虑,研究成矿作用在四维空间中的规律,其从系统论的观点出发,研究一个区域中与一定成矿事件有关的,在不同演化阶段、不同控矿条件下形成的各类型矿床之间的相互关系,研究这些矿床的总的区域地质构造背景及其发展历史,研究各种控矿因素(构造、沉积、岩浆、变质等)的相互联系和相互作用。因而将传统矿床学着重对单一类型、单一成因、单一模式的研究提高到区域的、综合的、历史过程的研究[2, 3]。成矿系列是矿床学理论研究与矿产勘查实践之间的桥梁,具有科学预见性和较高的实用价值;根据每一个成矿系列所包含的不同类型矿床在空间上或时间上相伴生的特点和相似地质背景条件下可大致重复出现的规律,当在一个地区发现某种矿床类型时,即可根据成矿系列理论寻找属于同一成矿系列的其它类型矿床;利用两个成矿系列和两个端元矿床之间的过渡性规律,可能发现过渡类型矿床;利用成矿系列,可对该区的资源潜力作出全面评价,从而提高成矿预测的综合预见性;突破单一矿种,如金、铜、铅、锌即是一个成矿系列,可互为找矿标志。如与花岗闪长岩有关的铜金矿床,因岩浆侵入就位的地层和构造条件不同,因而产出多种多样的矿床类型:围岩为碳酸盐岩时易生成矽卡岩型矿床;在硅铝质围岩中易形成斑岩型矿床;在含沉积黄铁矿层的碳酸盐建造中经岩浆-热液叠加改造形成层控-矽卡岩型矿床。而在超浅成部位,则可形成角砾岩筒型和热液脉型矿床。当具备适宜的构造时,这类中酸性岩浆和有关热液有可能喷出地表,生成海相喷流型和陆相火山岩区的铜金多金属硫化物矿床。上述各类型矿床在成因上密切相关,在时间上依序发展,在空间上共(伴)生产出,构成在浅表环境中与中酸性岩浆-热液活动有关的铜-金(多金属)成矿系列。在对成矿环境和控矿因素有基本了解的前提下,这个系列中的各矿床类型(矽卡岩型、斑岩型等)可以互为找矿标志。就矿种而言,铜、金矿也可以互为找矿标志。2. 2成矿系统理论成矿系统概念中包括了成矿的地质环境、控矿要素、成矿作用过程、成矿产物(矿床系列和异常系列)及矿床形成后的变化与保存等,几乎涵盖了有关成矿学的基本内容。体现了矿床形成有关的物质、运动、时间、空间、形成、演化的统一性、整体性和历史观[4]。其对矿产勘查的指导作用表现在:成矿系统分析从事物的联系性和整体性出发,将复杂的成矿作用以系统思路贯穿起来,将成矿的环境、背景、要素、作用、过程、产物、异常和演变等作为一个自然作用的整体加以研究,全面认识成矿动力学机制、成矿形成演变历史过程和矿床的时空分布规律。以一个成矿系统所形成的矿床系列(组合)作为找矿的总体目标,预测和发现新的矿种和矿床类型;以一个成矿系统中所形成的异常系列(组合)作为找矿的整体目标,有利于建立起区域找矿的战略眼光,这就增强了找矿工作的主动权,与“单打一”的找寻单个矿种和矿床类型相比,更有利于提高找矿命中率。从矿化网络(包括矿床、矿点和各种异常)入手逐步缩小靶区,强调异常系列在找矿勘查中的重要作用(矿化网络是进行区域找矿的总体对象)。由于矿致异常一般比矿体占有更大的空间,能显示更多的成矿信息,因此常是有效的找矿标志。充分运用地质成矿理论,全面研究矿床形成条件和保存条件,区分和筛选这些有关异常,逐步地缩小找矿靶区,可以达到发现新的矿床目的。2. 3矿床模型理论矿床模型理论是指通过一批典型矿床研究,获取或解释各种基础地质、地球化学和地球物理资料,对复杂的地质环境中矿床形成的全过程,在时间上和空间上联系起来,形成一个完整的概念,建立一套特定地质环境中特定类型矿床的识别标志,作为实际勘查过程的指导原则。矿床模型理论对就矿找矿的指导意义在于:矿床模型能为地质类比和矿床地质研究提供思路,给予启迪,帮助勘查人员把注意力集中在靶区内与矿床有联系的关键性地质特征上;矿床模型集中归纳了复杂的地质现象,在具体勘查过程中,使地质人员明白在探寻矿床的哪个部位,还能使研究人员指明典型矿床研究工作中缺少哪几部分有关内容;模型提供有关成矿作用的完整概念,有助于研究整个成矿环境并区分成矿环境和非成矿环境,发展区域成矿学和矿床学理论,为成矿预测提供地质理论依据;模型帮助领导人员增进对勘查项目的了解程度,洞察全局,把握重点,制定合理的勘查战略和最佳勘查技术方法组合,是提高勘查效益的决策依据。2. 4矿床分布的丛聚性理论矿床丛聚性理论是指矿床在空间的分布上往往在一定范围内集中出现,构成矿化集中区或特定的成矿区域。是指在一个不太大的范围内,某些矿产或矿产组合物别丰富,形成具有一套固定的标型矿产或矿床组合,有人称之为“大型矿集区”。国内外这种矿化集中区实例很多,如胶东半岛的金矿化集中区,东秦岭Mo、Au矿化集中区,长江中下游铜多金属矿化区南岭钨、锡矿化集中区等[5]。成矿区带内已知矿床、矿点的外围或深部是寻找同类或同一成矿系列的有利部位。许多矿区的勘查史都表明,矿床往往是成群出现的,在一定的范围内会集中多个矿床或矿体。例如,在加拿大诺兰达矿区已发现19个有经济价值的矿床中,有16个位于以霍恩矿床和奎蒙特矿床为圆心、半径16km的圆内,而8个矿位于以上述两矿床为圆心、半径为8km的圆内,最远的两个矿床距圆心34km。2. 5构造等距性分布理论所谓构造等距性分布,是指矿体、矿床、矿田、矿带等在空间分布上大致以相等的距离有规律地出现,这种等距性可以表现为直线等距,也可以表现为弧线等距。成矿作用的等间距分布规律为就矿找矿提供指导。成矿带的等距分布是很有特征的,如北半球的6条巨型纬向构造成矿带,每相邻两条带之间大致保持相等的距离,间距约为纬度8°左右,在中国境内存在3条巨型纬向构造成矿带。在一些矿带、矿田中,同样存在矿床等距性特征,如海南东方戈枕金矿带,矿床受控于北东向戈枕断裂带和近等距分布的东西向构造,尤其在两组构造相交的锐角区出现,致使矿床具有等距性分布特点,为进一步预测提供了依据。2. 6矿床的带状分布理论矿床的带状分布是指不同矿种、矿床类型或矿石物质组成、结构构造、矿物组合等在一定的空间范围内呈现出有规律的交替变化。矿床带状分布现象普遍存在,大至全球,小至矿床、矿体甚至微观领域。根据规模级别,矿床的带状分布可分为全球成矿带、区域分带、矿区分带和矿体分带[6]。全球成矿带中最著名的有环太平洋成矿带、特提斯—喜马拉雅成矿带;区域性成矿带如秦岭地槽褶皱带等,就矿找矿工作中主要考虑矿床或矿体的分带问题。(1)矿床类型的走向分带:如吉林小西南岔斑岩型铜金矿床,成矿与燕山期中酸性小侵入体有关,矿床具有明显的分带性,大体可分为3个带:内带,位于北山段石英闪长岩西侧,Cu、Mo矿化以浸染状为主;中带,位于北山段石英闪长岩与二叠系角岩“盖层”或斜长花岗岩接触带, Cu、Au矿化呈细脉浸染状和复脉状为主;外带,位于南山矿段,Au、Cu矿化以脉状为主,这种分带特征为区内进一步预测指明了方向。(2)矿床类型的垂直分带:在一个矿区(矿带)内同一矿种不同类型的矿床共存的情况,是就矿找矿的重要依据,实践证明,无论是对一个成矿区,还是一个成矿带、一个具体矿山,根据矿床的垂向分带特点,寻找新的盲矿体有着十分重要的意义[7]。以在招掖金矿带为例,根据玲珑式石英脉型和焦家式破碎蚀变岩型金矿,建立了“双段分带”模式,该模式指出两类金矿是同源、同期、相同地质作用条件下形成而赋存于不同深度的金矿床类型。二者在垂向上呈渐变过渡关系,自上而下可分为5种类型,中间三类为过渡型:缓倾破碎蚀变岩型(焦家式);陡倾破碎蚀变岩型;细脉密集带型;群脉过渡矿化型;石英脉矿化类型(玲珑式)。并且在空间分布上,蚀变岩型一般赋存在0m标高以下,石英脉型一般赋存在150m标高以上, 0~150m标高是两种矿床类型的过渡型,可以此标高为参照,在矿带内对矿床的相应矿化类型进行预测。望儿山金矿床被认为上部是石英脉型、下部是蚀变岩型垂直分带的典型。蚀变岩型和石英脉型互为找矿标志,且可指导深部找矿。近几年来,在郭家岭花岗岩体内发现了界河金矿,在玲珑花岗岩体内发现了孙家洼金矿,认为是花岗岩型金矿,其与另外两种类型金矿在成因和赋存空间上有着密切关系,由此可见,在招掖金矿带金矿类型变为蚀变岩型—石英脉型—花岗岩型,这不仅为找矿提供了新思考,可能导致胶东金矿找矿工作再次取得突破。小秦岭地区同样存在矿化垂直分带的特征。根据该地区金矿体形态、矿化类型、矿物组合、围岩蚀变和矿床地球化学特征,可将小秦岭地区金矿化分做三段:上段(2 000~1 500m)为多金属硫化物-石英脉型金矿化,中段(1 500~800m)为黄铁矿-石英脉型金矿化,下段(800~0m)为少黄铁矿-石英脉型金矿化。由此作出了如下结论:上部矿化地段(2 000~1 500m),是指正在勘查和开采的范围,以多金属硫化物-石英脉型金矿化为主;中、下部矿化地段(1 500~800m , 800~0m),是预测深部矿化赋存的可能范围。最近,杨砦峪金矿深部钻孔在标高900m,发现自然金-黄铁矿-石英脉型金矿化;寺范金矿钻孔在标高690m处发现金矿脉;大湖峪、竹峪两个矿山在500m标高处发现盲矿体,属少黄铁矿-石英脉型金矿化。证实该分带规律的存在,同时也为后续找矿工作指明了方向。2. 7矿体侧伏理论矿体的侧伏是指矿体随倾斜移动,其最大延伸轴逐渐偏离倾向线,与矿体走向线(矿体最大延长线)间出现夹角———侧伏角,此现象称矿体的侧伏,脉状矿体与透镜状矿体常出现这种现象。矿体侧伏特征的研究,主要是尖灭再现、尖灭侧现规律的研究,是指导矿山就矿找矿,进行深部矿体预测的重要准则。以灵山沟金矿为例。两条主矿脉5号脉和1号脉具有明显的向东北侧伏现象,并由地表向深部侧伏角变缓。基于对这一构造控矿规律的认识,对上部矿体形态、产状,特别是对矿体侧伏角作了系统分析,根据两个矿脉的侧伏方向和角度,提出了深部探矿工程布置方案,查明1号、5号矿脉在深部侧伏角变缓处形成第二富集带,同时在其两翼也发现了新矿体,新增金属量7. 8t。根据金矿体的侧伏再现规律,有关单位相继在望儿山矿床的深部,获得了明显的找矿效果。3结语经过国内外众多学者的努力探索,在就矿找矿理论研究方面已取得明显进展,积累了许多成功的范例,但在勘查工程验证前,对隐伏矿体的确切形态、位置和矿化强度的认识仍然不清楚,表明隐伏矿体定位预测研究仍然是项大风险、高难度和复杂的科学系统工程。如何做好矿山预测工作,找矿理论是基础,找矿方法技术的突破关键。进行多学科联合、不同找矿预测理论相互渗透,同时引入新的技术方法和手段,从四维空间角度进行隐伏矿体定位、定量预测,是今后就矿找矿工作的主要攻关方向。[参考文献][1]杨言辰,李绪俊,马志红.生产矿山隐伏矿体定位预测[J].大地构造与成矿, 2003, 27(1): 83-90.[2]陈毓川,裴荣富,宋天锐.中国矿床成矿系列初论[M].北京:地质出版社, 1998: 4-7.[3]杨言辰,马志红,杨宝俊.中国北方古元古代成矿带矿床成矿系列研究[M].长春:吉林人民出版社, 2002: 1-3.[4]翟裕生,彭润民,邓军,等.成矿系统分析与新类型矿床预测[J].地学前缘, 2000, 7(1): 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我也学地质的马上毕业了我给你个地质方面的范文自己看着写吧~~这是我的初稿需要修改~ 一 选题的科学依据 1 研究目的、意义 (1)研究目的: ①对已发现的金矿(化)体地表利用槽探工程进行系统的追索控制,深部利用钻探工程进行控制验证,扩大矿体规模。 ②对1/5万水系沉积物异常进行揭露验证,大致了解异常区成矿地质条件及控矿因素,以期发现新的矿(化)体。 (2)意义: ******金矿是**省有色地勘局*队近年来在动昆仑多金属成矿带新发现的一个以石英脉型为主的具有大型远景的金矿床。通过近年来的勘查,矿床规模不断扩大,**省国土资源厅已将其列入“十一五“可规模开发的矿产地。 **有色地勘局*队在该区开展的包括Au、Ag、Co沟系土壤综合异常查证及地质矿产调查和主要矿(床)点的检查,均取得了显著的效果,发现了一批矿产地。 整体来看,*****矿床地质勘查基本上已经达到了普查程度,对首采地段的工程控制程度也已经较高,此次结合导师与青海有色地勘局八队的实习实践充分收集、整理前人资料,编写《**都兰县**金矿成矿规律研究》对该金矿的成因及控矿规律进行研究,并参考邻近同类矿床,简历了成矿模式,不仅有利于知道****金矿以后的深边部的找矿勘探工作,而且对于区域找矿预测工作也具有重要的实践和经济意义。 2 研究内容所属领域、研究范围 内容所属领域为自然科学,研究范围是对于矿床的研究,主要是在野外地质调查和室内综合研究的基础上,通过典型矿床研究,并结合成矿新理论和勘查新方法,运用板块构造理论,矿床成矿系统理论及区域成矿理论,坚持以点剖析、以点带面的原则,利用测试数据资料,与前人研究成果进行对比,开展矿床地球化学特征、成矿规律及矿床成因研究工作。 3 目前国内外研究现状、水平及发展趋势 1969一1971年,**地质局在东昆仑成矿区开展了1:20万 区域地质调查1:50万航磁测量,对区内的矿床和矿点作了不同程度的地质工作,初步了解了区内成矿地质背景。 1973年,提交了“加鲁河幅”区调报告; 1989一1990年,**省地矿局化探队在东昆仑地区系统开展了1:50万低密度分散流扫面工作,涉及到本区成果尚未公开; 1999年,**有色物化探公司在沟里地区(魏日一肉早果日一带)1500kmZ范围内开展了1:5万水系沉积物测量工作,圈出综合 异常26处 2001年,**省有色地勘局*队对****Au、As、Ag、c。沟系上壤综合异常进行查证时发现了*****金矿。 近几年来,为黄金专项和省地方地勘项目,**省有色地质*队在**地区进行异常查证,通过对该区多个矿脉所进行的不同类型的工程的控制,对本区矿体的厚度、产状、品位有了一定的认识,掌握了矿体赋存的一些基本规律。同时发现了本区具有工业价值的矿石并不局限于石英脉型的矿石,黄铁矿化较强的蚀变闪长岩、千枚岩、绿泥石英千枚岩及含炭质千枚岩都含矿,局部也可以构成工业矿体。 在对矿区控矿、含矿构造的规律分析总结中,也有新的认识。发现矿体不仅仅局限于东西向构造带中,北西、北北西的以及东西向断裂的次级断裂(近南北向)构造也是含矿构造之一。 通过对矿床的成矿地质条件、矿床地质特征,成矿机理的分析和研究,认为该矿床由早期形成的热水沉积建造提供主要成矿物质来源,在后期动力挤压、变形、变质作用下,成矿物质富集,形成含金石英脉型、构造蚀变岩型,具有典型的韧性剪切带型金矿床的特点。 ***普查区位于东昆仑成矿带东段,***金矿西北约10km处,周边大小矿点多处,如果**金矿、**金矿、**金矿等,是东昆仑东段重要的金矿富集区。 1:5万、1:万水系沉积物异常、1:1土壤异常显示该区找矿前景广阔。以往异常检查工作中发现的多条金矿体处于异常区边缘,主异常区内因第四纪坡积物覆盖厚,受工作量所限,未能进行系统的查证。2008年度所开展1:万水系沉积物测量、1:1土壤测量与现有的金矿(化)体极其吻合,异常显示出较好的找矿前景,经对1:万水系沉积物S-2异常进行检查,发现AuⅠ、AuⅡ矿带,成为按纳格地区最有效的找矿方法之一。从水系异常、土壤异常的分布特征分析,存在较大的找矿空间。 从目前工作程度看,***地区所发现的5处矿群、10多条金矿体,1条含金蚀变岩带、1条金矿化蚀变岩带,只有对少数地段进行了地表和浅部控制,且控制程度很低。2007年初步对ⅡAu用硐探工程验证时,矿体向深部有一定延深,且相对稳定,2008年对主矿体进行地表追索控制,矿体在走向上也有延伸,说明在主矿区地表和深部具有较好的找矿潜力。以上地质现象表明,按纳格地区找矿空间大,前景好,具有形成中大型金矿床的潜力。 二 研究的主要内容和重点要解决的问题 (1)研究内容 结合课题研究的需要,综合前人研究的基础以及研究存在的问题,主要的研究内容有以下几点: 1、 选取一个贯穿果洛按纳格地区底层的剖面进行现场实测,采集一套具有代表性的标本进行分析,用于对矿区现在具有争议性的地层时代的确定。 2、 对果洛按纳格及其外围狂点已有坑道、探槽及钻孔岩心进行详细的地质观测,并拍摄照片,采集样品;重点分析小构造的成矿规律,查明其活动次序力学性质、充填特征及地层、岩体和其他构造的关系:研究矿体延伸规律和侧伏规律,包括矿体形态、产状、厚度在走向、倾向和延伸方向上的变化规律,脉体和矿体的端部变化和再现规律,控矿构造对于矿体特征的影响等:研究成矿富集规律,主要研究品位的变化趋势和控制因素,包括矿化类型,脉体形态变化,脉体产状变化,脉体于围岩之间、蚀变强度等对矿石品位的影响。 3、 通过对矿区采集样品的岩矿及单矿物地质地球化学、微量元素地球化学、稀土元素地球化学等综合分析,查明该区元素组合、富集规律:结合流体包裹体和稳定同位素对成矿大地构造背景、成矿物质来源、成矿机制和成矿时代进行分析。 4、 综合整理前人的资料,吧果洛按纳格矿床外围矿点的一些矿床地质特征于整个东昆仑造山带中其他矿床进行类比,总结矿床成因,分析成矿规律,建立成矿模式。 (2)重点要解决的问题 ① ***地区地质工作程度相对较低,目前工区内面积性工作仅做了1:5万、1:万水系沉积物测量,而1:万沟系次生晕测量和1:1万土壤测量范围较小,主异常还未控制全面。因此,要在本区加强面积性基础工作,提取更多的找矿信息,扩大找矿范围。 ②通过近几年的地质工作,虽然在本区取得了较好的成果,但限于投入的工作量及工作程度,对本区的矿质来源、控矿因素、找矿标志、矿体的赋存空间、找矿远景等认识不足,主要表现在: ***地区地质工作主要为地质草测和少量探矿工程,因区内构造发育、蚀变强烈,且控岩、控矿构造断裂带分布较多,依据断裂构造性质、蚀变特征及产出背景还不能确定出构造对控矿,控矿程度如何的评价。 目前区内矿体的工程控制程度很低,地质研究水平更低,在其成矿特征、找矿规律方面一直套用果洛龙洼金矿模式,因二者之间客观存在的差异,对指导本区找矿方面存在很大的局限性。 ③区内第四纪残坡积、冲洪积物相对发育,覆盖较厚,因此对发现的金矿体工程控制程度有限,对其产状、规模、形态、品位等及其变化情况了解不够,金矿体的地表控制程度及浅部和深部的变化控制不够,应加大追索控制力度。 ④***地区北接阿斯哈金矿,南邻***矿区,所处的区域成矿地质背景极为重要,经基础工作掌握的找矿信息和不断发现的金矿体已证实该区拥有较好的成矿条件和找矿潜力。应对本区加大地勘资金的投入力度,应用新理论、新方法、新技术,寻找突破口,扩大本区资源量已成地质勘查的当务之急。 三 研究方法及技术路线 1 拟采用的研究方法 (1)、1:1万地质草测 (2)、1:万水系沉物测量 (3)、1:1万土壤测量 (4)、1:2千岩石剖面 (5)、探槽工程 (6)、钻探 2 技术路线、技术措施、技术关键 (1)、1:1万地质草测以穿越法为主,追索法为辅,对含矿层、矿化蚀变带、构造、接触带等重要地质体沿走向进行了追索,掌握其形态、产状、规模等特征、采集化学样、快速分析样品了解其含矿性。 地质点描述内容主要突出重点和有意义地质特征,描述内容有岩性名称、结构构造、矿物成分、矿化蚀变、岩层产状及样品、标本等内容,对有意义的地质体进行素描和拍照。 技术关键:在每天进行地质草测工作后,均有路线地质小结,对当天的地质工作进行了归纳总结,加深对本区的找矿认识 (2)、1:万水系沉物测量主要流程为:底图—野外作业—样品加工—自检互检—数据处理及异常图件编制—室内资料整理 技术关键:在工作中严格按**省地质勘查标准《**省1/5万水系沉积物测量工作细则》执行。 (3)、1:1万土壤测量中主要对野外工作和样品加工的质量进行真实可靠的分析,并根据数据进行异常图件的编制。 技术关键:工作中严格按照中华人民共和国地质矿产行业标准GZ/T0145-94《土壤地球化学测量规范1:50000》和《设计书》要求执行。 (4)、1:2千岩石剖面主要布置于1: 5万和1:万水系沉积物测量异常浓集区,现完成地化剖面2Km。 技术关键:工作中遵照中华人民共和国地质矿产行业标准DZ/T0011—91《地球化学普查规范》。 (5)、探槽工程主要布置于1:5万、1:万水系沉积物测量异常区及地质草测区主要成矿带上。 技术关键:每个编录槽探工程起始点均用木桩留有标记,在化学样品采集点留有红油漆标志。槽探工程地质编录和图件清绘质量符合规范要求。 (6)、钻探依据设计要求,布置于AuⅡ矿体0线、4线、7线及15线。 技术关键:工程质量要求严格按《岩矿芯钻探规程》中的“六项指标”和相关规范要求执行,质量达到要求标准。 四 调研及前期准备工作 1、收集该区前人工作资料和区域地质资料 2、对野外设备工具进行校正和维修(GPS校正等) 五 预期要达到的成果和具体的学术或应用价值 预计达到的成果 2008年度内按纳格地区开展地质普查工作,对区内进行1:万水系沉积物测量、1:1万地质草测、1:2千地化剖面、1:1万土壤测量及钻探、槽探等地质工作。 应用价值 初步建立指导性强、工作方法有效的理论认识,对区内成矿条件,控矿因素、找矿标志、成矿规律等方面进行理论上探索研究,为该区实际找矿工作提供理论依据。 六 进度计划 为能按时文成对毕业论文的编写,计划如下; 1、2009年2月23日——2009年3月29日:毕业实习调研 2、2009年4月1日——2009年4月18日:外文翻译,调研报告及开题报告的编写并提交 3、2009年4月19日——2009年5月1日岩矿鉴定及地质图件的绘制 4、2009年5月2日——2009年5月20日论文初稿的编写 5、2009年5月20日——2009年6月20日论文的审核修改及毕业答辩
地球是太阳系八大行星之一,从诞生之日起,已历46亿年。按离太阳由近及远的次序是第三颗,位于水星和金星之后;在八大行星中大小排行是第五。在英语里,地球是唯一一个不是从希腊及罗马神话中得到的名字。英语的地球Earth一词来自于古英语及日耳曼语。这里当然有许多其他语言的命名。在罗马神话中,地球女神叫Tellus——肥沃的土地(希腊语:Gaia,大地母亲)。由化学组成成分及地震震测特性来看,地球本体可以分成一些层圈,以下就标示出它们的名称与范围(深度,单位为公里): 0~40地壳40~2890地幔2890~5150外地核5150~6378内地核 固态的地壳厚度变化颇大,海洋地区的地壳较薄,平均约7公里厚;而大陆地壳就厚得多,平均约40公里厚; 地幔也是固态,不过在它上部有一层极小部分熔融的区域,称为软流圈 ,其上的地幔最顶部及整个地壳则称为岩石圈 ;至于外地核是液态而内地核是固态。 这些不同的层圈都是以不连续面为界,最有名的就是在地壳与地函之间的莫氏不连续面 (Mohorovicic discontinuity)。地幔占有地球的主要质量,地核反而位居其次,至于我们生存的空间则只是整个地球极小的一部分而已 (质量,单位为10的24次方千克: 大气层 = ,海洋 = ,地壳 = ,地幔 = ,外地核= ,内地核 = ,)地核的主要成分是铁 (或铁镍质),不过也可能有一些较轻的物质存在,地心的温度约有7,500K,比太阳表面温度还高;下部地幔的主要成分可能是矽、镁、氧,再加上一些铁、钙及铝;上部地幔主要成分则是橄榄石及辉石 (铁镁矽酸盐岩石),也有钙和铝。 以上这些了解都是来自于地震震测资料,虽然上部地幔的物质有时会因著火山喷出熔岩而被带到地表来,但是我们仍无法到达固体地球的主要部分,目前的海底钻探行动连地壳都尚未挖穿。 地壳的成分则主要是石英 (二氧化硅)及硅酸盐类如长石。 整体估算,地球化学组成的重量百分比为: 铁 ,氧 ,硅 ,镁 ,镍 ,硫 , 钛 。地球是平均密度最大的主要星体。 其它类地行星也都具有和地球类似的结构与组成,但其中也有一些差异: 月球核所占比例最小; 水星核的比例最大;而火星及月球的函相对较厚;月球和水星没有化学组成明显不同的函与壳之分;地球可能是唯一可再分成内外核的。不过请留意,我们对行星内部的认识主要是来自于理论推导,就算是对地球的也是如此。 有别于其它类地行星 ,地球的最外层 (包含地壳及上部地幔的顶端)被切分为数块,「飘浮」于其下的炽热地幔之上,这就是著名的板块构造运动学说 。 这个学说主要描述两种运动:拉张与隐没,前者发生在二个板块互相远离,其下的岩浆涌出而生成新地壳之处;后者则发生在二个板块互相碰撞,其中一方潜入另一方之下,终至消灭于地函中之处。 此外,也有一些板块边界是横向错开式的相对运动或两个大陆板块硬碰硬地撞在一起。 地球的大部分表面很年轻 ,只有5亿年左右,以天文的角度来看确实很短。但也有很少的地方露出了当年地球地壳形成时的基底——花岗岩,如中国辽宁省葫芦岛市绥中县就有裸露,由于形成花岗岩时的冷却时间长,所以花岗岩内的结晶体都非常发育,边长在1-2厘米,故把其命名为绥中花岗岩。由于侵蚀作用及构造地质运动不断地破坏又重建大部分的地表,因而地表早期的地质记录不容易找到,例如撞击坑 ,所以早期地球历史大部分都已不见踪迹。 地球约有45至46亿年老,然而目前已知最老的岩石只有大约40亿年前(地球有相当长的一段时期是一个由熔化的岩浆形成的火球),而且老于30亿年的岩石非常罕见。 最老的生物化石不早于39亿年前,有关生命起源的关键时期则亳无记录。 地球表面积71%为水所覆盖,地球是太阳系唯一在表面可以拥有液态水的行星 (土卫六的表面有液态乙烷或甲烷,而藏于木卫二的表面之下则可能有液态水,不过地球表面有液态水仍是独一无二的)。 液态水是我们已知的生命型式所不可或缺的要素;而缘于水具有的大比热性质,海洋的热容积成为保持地球温度恒定的一大功臣;液态水还是陆地上侵蚀与风化作用的主要营力,这是太阳系中唯一有此作用 的地方 (也许火星早期也曾有过这些作用,但现在已无)。 地球大气组成中,77%是氮气而21%是氧气,再来就是微量的氩、二氧化碳及水气。 地球初形成时的大气很可能大部分都是二氧化碳,不过它们大多已被碳酸盐类岩石给结合,其余的则是溶入海洋及被绿色植物耗尽;如今板块构造运动及生物作用是大气中二氧化碳消长的持续主控者。 大气中存在的水气及微量二氧化碳所造成的温室效应是维持地表温度极重要的作用,温室效应使地表温度提高了大约35℃,否则地表的平均温度将是酷寒的-21℃! 若没有水气及二氧化碳,海水会冻结,而我们已知的生命型式将无从开展。 此外,水气更是地球水循环及天气变化中不可或缺的要角。 自由氧的存在也是地球化学组成的一大特征,因为氧是活性很强的气体,照理说应该很容易就和大气中其它元素相化合,地球上的氧气完全是由生物作用产生及维持,若没有生命就不会有自由氧。 地球拥有适度的磁场,推测磁场是起因于液态外地核中的电流。 由于太阳风与地球磁场及外层大气的交互作用, 极光于焉产生;而上述因素的不均衡造成磁极会在地表移动,目前磁北极位于加拿大北境。由于太阳风与地球磁场及外层大气的交互作用, 极光于焉产生; 地球磁场及其与太阳风的交互作用也造成了范艾伦辐射带 (Van Allen radiation belts),它是环绕著地球的成对环状带,外型就像是甜甜圈,由气体离子 (电浆) 组成,其外圈由海拔19,000公里延伸到41,000公里;内圈则介于海拔13,000至7,600公里之间。
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在近亿年 历史 中,地球已经历过5次物种大灭绝事件,每次都会造成整科、整目甚至整纲生物短时间内从地球上集群性消失。而现在,由于人类活动导致的植物生存环境破坏、自然资源过度开发以及污染和气候变化,物种正以比过去快千倍的速度灭绝,专家们预言称,人类正在迎来第六次物种大灭绝。研究发现,每次大灭绝事件都与大气层和海洋内正常碳循环被彻底颠覆有关,这些每隔几千到几百万年发生的碳巨变,导致全球范围内的海洋物种彻底出局。但第六次大灭绝事件具体何时发生,科学家们一直没有答案,主要原因是一直未在远古时期大规模碳异常与近百年碳变化之间找到关联点。近日,答案似乎已经浮出水面——2100年。美国麻省理工学院地球、大气与行星科学系教授丹尼尔·罗斯曼通过数学公式,对包括5次大规模灭绝事件在内的亿年间碳循环的重大变化进行了计算分析,确定了“灾难临界值”。他将这一数值与政府间气候变化专门委员会(IPCC)报告提供的预测值对照后发现,2100年海洋碳总量将接近或远超过该临界值,从而导致第六次大规模物种灭绝。“灾难临界值”浮出水面罗斯曼之前曾研究过史上最严重的一次大灭绝——二叠纪末期生物大灭绝,结果发现,当时95%以上海洋物种的灭绝与地球系统碳量的巨大波动强相关。从那时起,他决定对第六次生物大灭绝的可能性展开深入研究。罗斯曼提出两个临界点,一旦跨越其中一个,大规模物种灭绝就会发生。针对 历史 大灭绝事件中跨越数千到数百万年的长时间跨度,可用碳循环变化速率为参考临界值,如果这个速度快到地球生态系统无法适应,物种就会大面积灭绝。而对于现今较短时间跨度内,碳循环的变化速度将不再重要,变化幅度才是决定物种灭绝事件可能性的重要参数。最终,他基于物理学基本原理推导出了一个简单数学公式,将碳变化的临界速率和临界幅度与时间尺度联系起来,并假设,这个公式能预测大规模物种灭绝或其他全球性灾难。从 历史 科研数据中找答案为验证数学公式是否能经受住 历史 事件考验,罗斯曼查阅了数百份公开发表的地球化学研究论文,从中找出了过去亿年间与碳循环巨变有关的31次灾难性事件。在这些论文中,针对这31次灾难和5次大规模灭绝事件,地球化学研究人员用碳-12和碳-13两种同位素的相对丰度记录了期间的碳量变化。通过数学转换,罗斯曼将这些相对丰度换算成海洋碳增加量,最后绘制出了海洋碳增量和时间跨度之间的关系曲线
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陈国达教授的主要论著:《广东之红色岩系》(国立北平研究院院务汇报,1935年,6(1):55—78)、《广东灵山地震志》(两广地质调查研究所特刊,1939年第17号1—112)、《中国岸线问题》(中国科学,1951年1(2—4):351—373)、《中国地台“活化区”的实例并兼论“华夏古陆”问题》(地质学报,1956年36(3):239—272)、《地壳的第三基本构造单元——地洼区》(科学通报,1959年(3):94—96)、《地壳动“定”转化递进说——论地壳发展的一般规律》(地质学报,1959年39(3):227—241)、《地台活化说及其找矿意义》(地质出版社,1960年)、《地洼区的特征和性质及其所谓“准地台”的比例》(地质学报,1960年40(2):162—186)、《大地构造的哲学问题》(科学通报,1963年(2):1—17)、《地洼区——后地台阶段的一种新型活动区》(科学出版社,1965年)、《1∶400万中国大地构造图》(地图出版社,1977年)、《中国大地构造概要》(1977年)、《成矿构造研究法》(地质出版杜,1978年)、《南北地洼区及其与中国地壳演化分异及青藏高原隆起原因的关系》(大地构造与成矿学,1979年3(3))、《地洼学说及其实践意义》(中国国际交流地质学术论文集,第1册,地质出版社,1980年45—54)、《中国地洼型油田》(石油与天然气地质,1980年1(3):167—176)、《天山的中新生代大地构造性质问题》(地质论评,1983年29(1):26—30)、《古潜山油田的基本特征及形成的大地构造背景》(石油实验地质,1983年5(4):241—249)、《地洼区在国外的分布及研究现状》(湖南地质学会会讯,1984年(3—4):1—5)、《地洼学说文选》(中南工业大学出版社,1986年)。
由雪莲
( 中国科学院地质与地球物理研究所)
潘云唐
( 中国科学院研究生院)
一、世界沉积学回顾篇
沉积地质学最初只有地层学,从 1800 年左右开始起步,因用标准化石来作为划分标准的生物地层学在地层的划分中应用得非常成功,所以直到 20 世纪很长一段时间,地层古生物学都统治着沉积地质学的研究[1]。
但是,实际上沉积地质学在 19 世纪晚期其主要的进展就已出现。在 1893 ~1894 年,J. Walther 出版详细阐述岩相相关律以及比较岩石学的方法的 《现代成岩作用》 三卷巨著。英国的 H. C. Sarby 和 G. Darwin 以及美国的 G. K. Gilbert 等人在更早的时候,对流水和波浪对沉积物搬运进行了定量实验,甚至使用了不同密度和黏性的流体。
Middleton 认为,沉积地质学家们长期成功而有效地使用标准化石划分地层,所以忽视了对沉积地质学其他分支的研究。R. H. Dott. Jr 认为除了上述观点,还因为定性的和描述性的研究观点几乎主宰着沉积学界,即许多问题可以通过定性的生物地层学及地质图来解决,那人们就很少研究定量的东西。
其实在 18 世纪末到 19 世纪初,Von't Hoff 就对化学沉积作用做了比较先进的实验。但是直到几十年后,沉积学家们才开始重视物理、化学原理在沉积学中的应用。
沉积地质学的起源是来自于多方面的,像地层学源于对化石形态的研究; 沉积物成分和结构的研究源于岩石学; 沉积环境的研究源于地貌学和海洋学; 沉积过程的分析源于物理学 ( 即流体运动学) 和化学。
1900 年左右,沉积岩石学开始形成,随后就出现了粒度分析法,但是直到 20 世纪 20年代,沉积学才成为一门独立的学科。如 Middleton 在 1978 年所指出,正是由美国研究委员会资助 W. H. Twenhofel 主编的 《沉积作用论文集》,以及 1926 年成立的经济古生物学家与经济矿物学家协会,最清楚地标志着沉积地质学成为一个专门的学科。
1933 年,Wadell 提出了 “沉积学” ( Sedimentology) 这个概念, 《沉积岩石学杂志》创刊。但是沉积学研究专业化在欧洲却出现较晚,1946 年在欧洲成立了国际沉积学家协会 ( IAS) 。1962 年 《沉积学》创刊,同时,英国沉积学研究专业组成立。此后,沉积学的研究在世界各地迅速地发展壮大起来[1]。
二战后,沉积学的研究有一些重大进展: Shvetsov - Kirynin 提出的原生构造控制碎屑沉积物的理论,1949 年 Pettijohn 的 《沉积岩石学》出版; 1950 年 Shepard 和 Kuenen 编写的 《海洋地质学》两本经典教材出版; 1950 年 Kuenen - Migliorini 发表了浊流沉积的论文。1948 年 Sloss 提出了不整合界线层序的概念。70 年代层序地层学最终导致了地震地层学和 “Vail 曲线”的出现和水槽实验骤增。这些都标志着 Walther 预言的比较研究方法付诸实现。
20 世纪 60 年代即有地震地层学的产生和沉积过程研究的出现,颗粒的研究也重新活跃起来。古生态学的发展,特别是通过遗迹化石补充古环境的分析,使 60 年代沉积地质学的黄金时代随深海钻探计划和板块构造理论的出现而达到顶峰。
二、中国沉积学回顾篇
在中国,早期的研究主要是包括在岩石学的研究领域之中的沉积岩石学。三大类岩石中,与岩浆岩石学及变质岩石学相比,由于它本身的理论和方法不完善,不大受地质学家的重视。从事沉积岩石学工作的人也很少[2]。
20 世纪 50 年代以前,我国的沉积岩石学研究很薄弱,只有像关于砂金、膏盐、煤及耐火材料等的调查和描述,以及对于铁、铝、磷矿床的古地理分布规律等少数的沉积岩( 物) 和沉积矿床做过少量的研究工作。
那时基本上是对野外露头进行描述,规律性的探索主要依据地层学的原理,尤其是关于古地理的解释,基本上是地层古地理或古生物古地理学。
按照刘宝珺院士的划分,将中国的沉积学发展分为 4 个阶段[2]:
( 一) 20 世纪 50 年代的奠基阶段
50 年代,随着国民经济建设的需要,能源资源如石油、天然气、煤和固体矿产如铁、锰、铝、磷等矿产地质勘探事业的迅速发展,相关沉积学的研究也大量开展起来。
但并不是从 50 年代才开始起步,其实早在很早以前,谢家荣先生就发表了 《甘肃玉门石油报告》这一初步成果,是中国地质学家对该区最早的石油勘察活动,具有重大的历史意义。
在 50 年代初,地质部建立了 6 个直属队,其中 2 个是勘查煤和沉积铁矿的。另外在全国开展的普查工作中,也规范了有关沉积岩研究工作的要求。
古地理学的研究,除了以地层学为基础外,因为沉积岩石学和沉积学的进展,许多沉积岩石学的资料也作为编制古地理图的重要依据。像 1955 年就出版了刘鸿允先生编制的《中国古地理图》,是以沉积岩石学为重要依据的,并且又是主要以地层学为基础的第一部完整的古地理图集。
50 年代,我国全面学习苏联,沉积学和沉积岩石学领域中,学校的教材以及实际工作的参考书均取自苏联学者的著作[3 ~ 12]。但是像岩石组分等值线图[13]等也借鉴欧美的观点和方法。
( 二) 20 世纪 50 年代末和 60 年代初的总结提高阶段
自 50 年代末,为了能够从成因上更好地解释古环境,有关地质人员就开始了有关岩相及环境成因标志的沉积岩石学研究,对粒度、层理、矿物成分、古生物等的环境意义有了进一步的了解。
很多单位,特别是石油地质部门广泛开展了根据这些标志而进行的岩相古地理的研究工作。在此期间,岩相旋回分析方法在含煤岩系沉积条件分析和含煤地层对比方面已被广泛采用。淡水湖泊沉积和红层的岩相分析有一些较好的成果,海相沉积方面开始注意配合古生态进行研究[2]。固体矿产方面,叶连俊[14]关于中国磷块岩特点及形成条件的分析,都有很大的影响。
50 年代末至 60 年代中期,我国沉积岩石学发展较快,实际的工作,积累了大量的资料,有可能在一些方面进行规律性的总结并提高认识。
60 年代业治铮等人发表了 《震旦纪藻碳酸盐岩石的沉积作用》[15]。1962 年由戴东林主编的 《沉积岩石学》,由曾允孚、刘宝珺等成都地质学院主编的 《沉积相及古地理教程》[16]以及刘宝珺主编的 《沉积岩研究方法》公开出版。虽然就学科本身来说,逐渐有了比较成熟和行之有效的方法,而且沉积学方面的工作也得到很大重视,但在理论上,尚未建立起学科本身的有科学逻辑的和以一定实验数据和理论推理作为基础的完整的理论体系,仍然是以直觉的观察和感性的推理作为其认识论和地球观[2]。
( 三) 20 世纪 70 年代科学的沉积学发展阶段
60 年代,国外沉积学界有几项重大突破。沉积学家引入了泥沙运动力学的理论和方法,解释了沉积构造 ( 层理、波痕) 等的形成及水动力状态,并在红层冲积物的研究方面有了重要突破。加之在 50 年代初就出现了浊流理论,认识到了除牵引流以外的另一大类的沉积作用———非牛顿流体的沉积作用。60 年代对石油储层性质研究的需要,促进了沉积成岩作用的研究,引进了物理化学的原理和方法。50 年代末至 60 年代初有关石灰岩成因分类和碳酸盐岩机械沉积的观点得到公认。60 ~70 年代板块学说的崛起也对沉积学和岩相古地理学产生重大影响,沉积学家不得不认真考虑移动的大陆和板块对沉积作用的影响。所有这些科学成就意味着建立沉积学本身理论的条件已基本成熟,沉积动力学、成岩成矿的理论,碳酸盐岩沉积的理论以及重力流的理论都可成为沉积学的理论支柱[2]。
但是,由于受 “文化大革命”的冲击,我国刚开始与国际接轨的沉积学研究遭到中断,使我国沉积学的发展推迟了若干年。
从 1971 年起,沉积岩的研究逐渐恢复。油田的地质工作者与院校教师合作,对我国东部各含油盆地进行了系统深入的研究。这个时期我国学者做了大量有意义的工作,例如,1983 年叶德胜[17]等对我国西南晚古生代沉积 - 岩相古地理的工作; 冯增昭对于华北地区岩相古地理所做的工作[18][19],及其对碳酸盐岩沉积环境和岩相古地理的研究[20];1984 年关士聪[21]等的 《中国海陆变迁海域沉积相与油气》; 吴崇筠对中国东部含油盆地的湖泊相和三角洲相的总结; 何镜宇、孟祥化等[22]关于渤海湾黄骅盆地沉积相及指相矿物的研究; 同济大学严钦尚、项立嵩等[23][24]对长江口和现代海岸以及一些第三纪 ( 古、新近纪) 盆地做的大量工作; 曾允孚[25]关于我国西南古生代与中生代碳酸盐相、生物礁的研究; 刘宝珺关于云南红层冲积相及金属矿床的岩相控制的研究。叶连俊和孙枢[26][27]涉及从震旦纪到现代的各种岩相以及一些重要沉积矿产的形成条件的问题的研究。60 年代沉积盐类矿床作为国家重点开展研究,云南地矿局找到我国第一个钾盐矿床,袁见齐最早提出成钾理论[28][29]。
( 四) 20 世纪 80 年代之后的走向全球阶段
1979 年成立了中国矿物岩石地球化学学会沉积学 ( 分) 会,中国地质学会成立了沉积地质专业委员会,地质矿产部成立了全国性的岩相古地理研究与编图工作协作组。1982年我国首次组团参加了在加拿大召开的第 11 届国际沉积学大会,展示了我国的研究成果,会上叶连俊当选为国际沉积学家协会理事。此后,我国又有业治铮、孙枢、刘宝珺、李任伟先后在国际沉积学家协会、国际地科联沉积委员会、全球沉积地质委员会中任理事及委员等重要职务,说明我国的沉积学研究已与国际接轨,并参与了国际这一学术领域的重要发展与决策事项。《沉积学报》于 1982 年创刊,《岩相古地理》于 1981 年创刊,对于推动我国沉积学和岩相古地理学的发展起了积极的作用。80 年代以来,每 4 年一届的全国沉积学与岩相古地理学术会议团结了全国的沉积学工作者,每次会议均有三四百名代表与会,受到全国地质工作者的支持。我国还先后在北京和成都举办了国际沉积学会议的地区性国际会议,即国际沉积矿产学术会议及国际沉积学数据库讨论会,也有较好的影响[2]。
70 年代末以来,层序地层学、事件地质学等的出现,新灾变论的崛起,以及板块运动对沉积作用及古地理演化的深刻影响,给予沉积学和岩相古地理的研究以巨大推动作用。王鸿祯等 1985 年出版的 《中国古地理图集》[30]是我国新一代古地理研究的代表著作。1994 年刘宝珺、许效松[31]等编著的 《中国南方岩相古地理图集 ( 震旦纪—三叠纪) 》,1985 年出版的由刘宝珺、曾允孚主编的 《岩相古地理基础和工作方法》[32],都是有影响的著作。
80 ~ 90 年代,我国的沉积学有了飞跃的发展,已建立了完善而系统的理论,而且无论在理论上和方法上都与国际接轨,众多的成果分布于沉积学的各个研究领域,研究成果多是当代学科的热点和前沿问题,而且成果与实际相结合,解决了资源的许多重大问题,研究成果体现出中国特色,高水平的专著、论文大量出现,研究队伍日益成熟。我国的沉积学以前所未有的高速度发展起来。
当今,地质科学的发展、石油天然气和矿产资源的勘查和开发,以及水资源的开发,均对沉积学提出了许多科学问题,像孙枢先生[33]提出在陆相沉积、碳酸盐沉积、近岸和浅海硅质碎屑沉积、深海沉积等方面还有很多有意义的工作要做; 在沉积盆地和层序地层学、古气候与沉积作用、前寒武纪沉积、人类生存环境的沉积学研究、区域沉积学和全球沉积学等都是有意义的方向,所有维持生命和人类活动的地球表层的环境问题研究也正在成为沉积学研究的重要组成部分。
这篇论文的完成首先要感谢我的导师———中国科学院地质与地球物理研究所的朱井泉研究员,要感谢在中国科学院研究生院为我们讲 “古生态学”和 “地质科学史”课程的潘云唐教授,以及我的同学们,是他们的鼓励、支持、指导和帮助,本文才得以完成。
参 考 文 献
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▲学术期刊《地质科学》和中国科学院地质研究所《集刊》副主编,《地质学报》和《地质论评》编委等。 刘东生曾多次参加科学考察活动。并曾于1957年兼任《中国第四纪研究》主编,1972年兼任《环境地质与健康》主编。▲泥盆纪研究与此同时,他还对泥盆纪的划分与对比,以及恢复泥盆纪时期的古地理做出了贡献。他在这方面的论著有:《殷墟哺乳类补遗》(1948年)、《四川歌乐山哺乳动物群》(与杨钟键合作,1948年)、《山西榆社系哺乳类记述》(与杨钟键合作,1948年)、《南京五通系中鱼化石》(专著,与潘江合作,1957年)、《关于狼鳍鱼》(《科学通报》,1951年)、《中国第四纪沉积物类型分布图的拟制》(与张宗祜合作,1958年)、《气候标志及中国第四纪地层划分》(《中国地质》,1962年)、《湖南临沣鲈形类—新种》(《古脊椎动物与古人类》,1962年)等。▲金属矿产研究从1949年开始,刘东生进行了铜矿、铁矿、铜镍矿和稀有金属的找矿工作,以及水库坝址的勘探工作。他写了不少有关矿产和工程地质方面的科学报告和论文。主要有:《四川重庆白庙子煤矿地质报告》(与王朝军等合作,1946年)、《扬子江水利发电计划和三峡坝址地质工程报告》(与侯德封等合作,1947年)、《辽宁清源县水湖沟、湾垄、云家岗矿区铜镍矿》(1950年)、《三门峡水库坝址附近第四纪地质报告》(与杜恒俭等合作,1951年)、《内蒙古老哈河石门子水库坝址报告》(与周德贵等合作,1952年)等。▲黄河中游水土研究1954年,刘东生参加了关于黄河中游水土保持的科学考察工作。他领导并参与了对黄土成因及其特性的系统研究工作,写出了有关黄土的专著4册,考察报告1册,受到国内外同行的重视。他还编制了200万分之一中国黄土分布图,50万分之一黄河中游黄土分布图。他用数学方法对黄土的搬运与沉积进行模型研究,论证了黄土是一个具有独特古气候意义的地质建造,这为黄土的洲际对比和全球性黄土成因的研究工作奠定了基础。对黄土成因的探讨,还为研究黄土的力学性质、黄土的湿陷性、黄土的地下洞室、桥涵、高坝等抗压性能提供了科学依据,具有重要的实际意义。这方面的论著有:《黄河中游水土保持考察报告》(专著,科学出版社出版,1956年)、《黄河中游山西、陕西黄土分布图》(《科学记录》,1958年)、《新黄土和老黄土》(《地质月刊》,1959)、《中国的黄土》(与张宗祜合作,《地质学报》,1962年)、《黄河中游黄土》(专著,科学出版社出版,1964年)、《中国黄土分布图1:200万》(地图出版社出版,1965年)、《黄土的物质成分和结构》(专著,科学出版社出版,1966年)、《中国黄土的堆积与演化》(1979年出席26届国际地质会议论文)、《三十年来中国黄土的研究》(1979年,第三届全国第四纪会议论文,上集)等。▲黄土地貌研究20世纪50年代以后,黄土地貌研究进入蓬勃发展阶段。1953年黄秉维首次编制成1:400万黄河中游土壤侵蚀分区图,并发表相应的论文,奠定了黄土地貌研究的基础;1953~1958年,罗来兴等进行了黄土地貌分类和沟道流域侵蚀地貌制图工作,把黄土地貌研究与黄土区土壤侵蚀与水土保持工作紧密相联。50年代中期到80年代中期,刘东生等不仅在黄土地层学研究中作出了贡献,为确定黄土地貌发育年龄打下了坚实基础,而且在黄土地貌发育的历史过程、黄土性质与现代侵蚀的关系、黄土地貌类型区域分布与黄土下伏原始地面起伏的关系等方面,都做了卓有成效的工作,代表性著作有《黄河中游黄土》(1964)、《黄土与环境》(1985)。▲极地高山研究1964年,刘东生暂时放下黄土研究工作,与冰川学家施雅风共同主持青藏高原希夏邦马峰科学考察。这座山峰是当时全球8000米以上高峰中唯一的处女峰。刘东生经常注意科研中前沿性研究工作的开展,在研究黄土的同时,对全球科学家感兴趣的青藏高原广大地域、希夏邦马峰、珠穆郎玛峰、托木尔峰、南迦巴瓦峰等地区领导并参与了第四纪冰川及第四纪地质的考察研究,推动了我国高山科考探险工作,前后组织编著了14卷科考报告。与孙鸿烈院士合作关于青藏高原隆起对自然环境条件影响的报告。获中国科学院特等奖1988年,国家科委自然科学一等奖,1989年又获陈嘉庚奖。1964年以后,刘东生在继续研究第四纪地质和我国黄土的同时,开始以登山考察为主的第四纪古冰川、古气候的研究。他与施雅风等合作共同倡导并组织了两次高山考察,他自任队长和副队长,对我国第四纪冰川、冰期、间冰期的划分进行了研究,对喜马拉雅山的新构造运动、珠峰地区的第四纪地层划分、古气候等方面都进行了深入的研究。他将高山考察的成果编成论文集和图片集,这为征服险峰,探索我国的高山资源积累了丰富的资料,也填补了我国在世界、高山考察史方面的空白。他参加编写的论著有:《希夏邦、马峰地区科学考察初步报告》、《希夏邦马峰科学考察论文集》(4卷)、《珠穆朗玛峰科学考察报告》(14卷)、《希夏邦马峰科学考察图片集》、《珠穆朗玛峰科学考察图片集》等。▲地质学与医学研究1969年起,刘东生与他人合作开展环境地质学的研究,推动了地质学与医学研究的结合,对我国环境保护科学的发展和机构的建立起了积极作用。他写了《环境地质的出现》(《环境与健康》,1972年)、《环境地质展望》〈环境地质与健康》,1975年),《当前环境科学中的若干问题》、《国际环境科学的发展》、《从肿瘤看环境地质学的研究》(《环境地质与健康》,1979年)、《环境地质学》等。▲罗布泊地区研究“我是到了罗布泊新疆的,那是最难到达的,现在很多人都不敢去。有一部分是盐湖,那个盐翘起来,跟刀似的,那个厉害,那个盐一蹭皮,都崩裂了,都起来了,跟冰似的那样,都是盐的那个困难。”刘东生对在罗布泊科学考察史上第一次使用了便携式光谱仪、大地导电仪(不同深度含盐量测量仪)、卫星全球定位系统等先进设备,很感兴趣,并且说:相对于过去地质科学考察的'老三样'(铁锤、罗盘、放大镜),现在的地质科学考察工作已经进入了一个新的时代。通过考察,他们得出结论,塔里木河下游及罗布泊地区近年生态恶化的主要原因很明显是过度的农垦,以至生态用水和农业用水之间形成尖锐的矛盾。近几年,有关部门已五次通过塔里木河和孔雀河等,向罗布泊地区进行生态应急输水,但此工程亦面临一定困难。为了彻底恢复和改善塔里木河下游生态,就必须对周围水源河(特别是塔里木河和孔雀河)进行全流域的综合治理。刘东生特别提出:用管道输水的方法还是可以考虑的,虽然造价高些,但可以很大程度地减少蒸发和渗漏。例如,如果向下游输送亿立方米的水,但在途中却损失了3000万立方米,哪个更划算呢?并明确指出:罗布泊不是游移湖。他们也对罗布泊在卫星影像上的大耳朵形象作了详尽的分析和揭谜。他们还发现罗布泊西北的龙城雅丹地貌并非是以往认为的单纯的风蚀平行糟谷,而是在洪水作用基础上再经风的侵蚀作用最后形成的,也就是属于复合类型的。他们还发现红柳枯枝落叶层与沙层交替沉积形成的红柳沙包年层,以及在古楼兰遗址湖相沉积物中发现的炭屑层。刘东生认为,高分辨率测年手段和丰富环境信息载体对第四纪科学研究有其重要的意义。▲雅丹地貌研究“雅丹”一词,原是维吾尔语“雅尔”的变音,意思是陡崖。19世纪末至20世纪初,一些中外科学家在罗布泊地区见到了大面积分布的相间的土丘和沟谷,并在撰文中采用“雅丹”来形容这一特殊的地貌形态,以后就逐渐为地学界接受和采用了。中国科学院院士刘东生指出:过去,许多人认为罗布泊雅丹地貌的成因主要是风的吹蚀作用,但是根据实地考察和对航空照片等资料的分析,罗布泊地区的雅丹地貌的成因不只这一种,可以归纳为3种类型。一是由风的吹蚀作用形成的平原地区的雅丹地貌,沟谷长轴走向与当地主风向一致;二是洪水作用形成的邻近山区或湖滨的雅丹地貌,沟谷长轴走向与附近山地洪水的走向一致,并在雅丹的土丘上留有洪水的痕迹;三是在阵发性暴雨和洪水作用的基础上,再经过风的修蚀作用而成的雅丹地貌,沟谷长轴走向既与洪水走向一致,也和当地主风向一致,是二者合一的第三种成因。▲水洞沟遗址研究位于宁夏灵武市境内的水洞沟,是与北京周口店等旧石器时代遗址齐名的重要遗址之一。该遗址自1923年由两位法国学者首次发现并发掘以来,考古专家于1959年、1963年和1980年又进行过3次发掘。其中,第二次发掘是由中苏专家联合进行的,第三次是由我国著名考古学家裴文中亲自主持的。几乎每次发掘都有许多重要发现。2003年至2005年9月,中国科学院古脊椎动物与古人类研究所和宁夏文物考古研究所合作,在距前几次的发掘地点———第一地点100米以外的第二地点又进行了第五次大规模发掘。刘东生先生认为,水洞沟新的一轮考古工作标志着“中国旧石器时代考古学的文艺复兴。”水洞沟遗址是我国最早经过系统发掘的旧石器时代文化遗址,也是我区境内最早进行的考古活动,虽然是由欧洲人进行的,但它无疑是目前所知宁夏现代考古的第一次;水洞沟遗址的文化内涵又是深厚复杂的,它既具有本土特色,又具有欧洲特色,是宁夏境内最早的广义的东西方文化交流的产物;水洞沟文化所具有的文化内涵产生于荒蛮,影响于后世,引起了世界各地研究旧石器时代文化的专家、学者的广泛注意,也成为宁夏一道亮丽的文化品牌。正如著名地质学家、国家自然科学奖获得者刘东生院士在《水洞沟-1980年发掘报告》序中所说:“水洞沟不同于一般的考古遗址。它是一个东西文化交流中不断迸发出明亮火花的闪光点。从2万多年前猎人们之间的往来,到现代东西方科学家的共同工作,都体现了这种东西文化的交流与碰撞。今天,那些在20世纪初为了寻求科学真理和人类价值而到东方来,并为中国科学事业做出过贡献的西方科学家们,以及为了旧石器考古学在中国土地上生根开花倾注了毕生精力的裴文中和贾兰坡先生已经离开我们。但是,他们的精神,他们的事业,以及他们所开拓的东西文化交流与世长存,并必将发扬光大。”
从1950年德、美、英、瑞典的地球化学工作者联合发起创办第一个国际性地球化学定期刊物——《地球化学与宇宙化学学报》(Geochimica et Cosmochimica Acta)算起,地球化学进入蓬勃发展时期。这时期由于分析测试技术、电子计算机技术及高温高压实验技术的飞跃进步,同位素理论与方法以及热力学的新进展,使地球化学得到迅速发展。
(1)地球化学研究手段更加先进,研究领域不断扩大
原有的学科分支(元素地球化学、勘查地球化学等)迅速发展,新的分支(有机地球化学、实验地球化学、宇宙化学、环境地球化学等)相继出现。当前,地球化学分支学科达30多个。其中,在中国发展的较好较快的分支学科主要有矿床地球化学、环境地球化学、有机地球化学、勘查地球化学、天体化学、构造地球化学、区域地球化学、同位素地球化学、元素地球化学等等。
(2)地球化学著作大量出版
如.萨乌科夫的《地球化学》(1950),兰卡玛()和萨哈玛()的《地球化学》(1950),梅森()的《地球化学原理》(1952),缪尔()编撰的.戈尔德施密特的遗作《地球化学》(1954),A.П.维格拉多夫的《土壤中稀有分散元素地球化学》(1959),.艾贝尔森的《地球化学研究》(1959,1967),.法伊夫的《固体地球化学》(1964),.勒斯勒的《地球化学表》(1965),.曼斯卡娅的《有机地球化学》(1964),.迪更斯的《沉积物地球化学》(1965),.克罗斯科普夫的《地球化学导论》(1967),.克文沃尔登的《地球化学与生命起源》(1974),.沃尔克的《硼的地球化学》(1975),.巴恩斯的《热液矿床地球化学》(1967,1979),列文生()的《勘查地球化学导论》(1974),.福蒂斯丘的《环境地球化学》(1980),的《地球化学》(1996),.特洛菲莫夫的《金属矿床地球化学勘探》(1998),.特洛菲莫夫的《溴和碘的地球化学》(1998),Chen Zhu and Greg Anderso的《环境地球化学模型》(2002)等等。
中国也出版了不少专著。例如,《地球化学》(南京大学地质系,1961),《稀土元素地球化学》(郭承基,1963),《华南花岗岩类的地球化学》(中国科学院地球化学研究所,1979)、《铁的地球化学》(中国科学院地球化学研究所,1979),《地球化学》(武汉地质学院地球化学教研室,1979),《有机地球化学》(中国科学院地球化学研究所,1982),《西藏南部花岗岩类地球化学》(中国科学院地球化学研究所,1982),《铀地球化学》(张祖还,1984),《铀地球化学教程》(王剑锋,1984,1998),《元素地球化学》(刘英俊等,1984),《地球化学》(涂光炽等,1984),《中国层控矿床地球化学1~3卷,》(涂光炽等,1984,1987,1988),《勘查地球化学》(刘英俊等,1987a),《钨的地球化学》(刘英俊、马东升,1987),《元素地球化学导论》(刘英俊等,1987b),《天体化学》(欧阳自远,1988),《环境地球化学》(陈静生等,1990),《地球化学》(陈道公等,1994),《环境有机地球化学》(傅家谟等,1996),《矿床地球化学》(中国科学院矿床地球化学开放研究实验室,1997),《高等地球化学》(中国科学院地球化学研究所,1998),《低温地球化学》(涂光炽等,1998),《微量元素地球化学》(赵振华,1998),《稳定同位素地球化学》(郑永飞,2000),《地球的化学过程与物质演化》(欧阳自远等,2001),《地球化学》(陈骏、王鹤年,2004),《月球科学概论》(欧阳自远,2005),《地球化学进展》(张本仁、傅家谟,2005),《空间化学》(李春来、欧阳自远,2005)等等。
(3)地球化学学术刊物大幅度增加
如《Chemie der Erde》(1919年创刊,德国),《Геохимия》(1956年创刊,前苏联),《Geochimica et Cosmochimica Acta》(1950年创刊,国际刊物),《Geochemistry International》(1964年创刊,国际刊物),《Chemical Geology》(1966年创刊,国际刊物),《Journal of Geochemistry》(1966年创刊,日本),《Geochronigue》(1968年创刊,法国),《Journal of Geochemical Exploration》(1972年创刊,国际刊物),《地球化学》(1972年创刊,中国),《Organic Geochemistry》(1977年创刊,美国),《Chinese Journal of Geochemistry》(1982年创刊,中国),《Biogeochemistry》(1985年创刊,荷兰),《Applied Geochemistry》(1986年创刊,国际刊物),《Global Biogeochemistry Cycles》(1987年创刊,美国)等等。
(4)地球化学教学和研究机构、学术团体普遍建立,地球化学学术研究活动广泛开展
1949年新中国成立了,一批年青科学家从国外学成归国,推动了中国地球化学的教学和研究事业。1950年,涂光炽与“中国核弹之父”邓稼先以及地质学家张炳熹、池际尚、叶笃正等(都是中国科学院院士)一批爱国科学家乘“威尔逊总统号”轮船回国。1950年代初在侯德封、涂光炽、叶连俊等一批老科学家的带动下,中国地球化学教学和科研事业得到了长足的发展。
新中国的成立促成了中国地球化学教学事业的起步和发展。地球化学课程、专业和地球化学系在新中国逐步开始建立,为国家培养地球化学及化探方面人才。例如,1950年涂光炽自编讲义,在清华大学首次开设地球化学课程。北京大学地质地理系和南京大学地质系在1956年设置了我国第一个地球化学专业。中国科学技术大学在1958年设立了我国第一个地球化学系。北京地质学院在1958年也设立了化探专业(1985年中国地质大学地球化学专业升格为系)。20世纪70年代之后,先后有北京大学、南京大学、中国科学技术大学、中国地质大学(北京)、中国地质大学(武汉)、吉林大学(原长春地质学院)、成都理工大学(原成都地质学院)、西北大学、兰州大学、东华理工大学(原华东地质学院)、长江大学、大庆石油学院等高等院校招收地球化学专业本科生。上述12所高校,加上中国海洋大学、中国石油大学、中国矿业大学、浙江大学、中山大学、西南石油大学、桂林工学院、长安大学(原西安地质学院)等高等院校,还有中国科学院地球化学研究所、中国科学院广州地球化学研究所、中国科学院地质研究所、中国科学院兰州地质研究所等科研单位,都招收地球化学专业硕士和博士研究生,很多高校或研究所还建设有地质学一级学科(含地球化学)博士后流动站。
在科研方面,地球化学科研机构纷纷成立,科研工作也迅速发展。例如,1958年在中国科学院地质研究所内建立了地球化学研究室。1966年建立了中国科学院地球化学研究所。1961年中国科学院在中南大地构造所、兰州地质所和青海盐湖研究所内设立了地球化学研究室。1957年成立的地质部地球物理探矿研究所在60年代也开展了地球化学探矿工作(80年代改名为地球物理地球化学勘查研究所)。现已建设有4个地球化学方面的国家重点实验室。其中环境地球化学国家重点实验室(State Key Laboratory of Environmental Geochemistry)建在中国科学院地球化学研究所,矿床地球化学国家重点实验室(State Key Laboratory of Ore Deposit Geochemistry)建在中国科学院地球化学研究所,有机地球化学国家重点实验室(State Key Laboratory of Organic Geochemistry)建在中国科学院广州地球化学研究所,气体地球化学国家重点实验室(State Key Laboratory of Gas Geochemistry)建在中国科学院兰州地质研究所。
在学术交流方面,学术组织和学术交流活动也在迅速增长。例如,中国地质学会1963年底召开了全国第一届矿物岩石地球化学学术会议。1978年,中国矿物岩石地球化学学会成立,并于次年以中国国家的名义加入了国际地球化学与宇宙化学协会(IAGC)及国际矿物协会(IMA),与学会成立大会同时召开了全国第二届矿物岩石地球化学学术会议。目前,全国主要的省(市、自治区)也建立了矿物岩石地球化学学会。国际国内有关地球化学的学术会议很多。常规的国际地球化学学术会议是每年一届的“Goldschmidt Conference”,由Geochemical Society and the European Association of Geochemistry学会主办。常规的国内地球化学学术会议是每年一届的全国矿物岩石地球化学学术年会,由中国矿物岩石地球化学学会主办。
(5)近现代地球化学研究快速发展
在研究对象、研究领域、研究范畴、研究的时间尺度、研究方法、技术和手段等方面形成了以下几个特点:①研究对象从地球单一层圈内的物质组成和作用研究发展到不同层圈间及界面之间的相互作用;②研究领域由地表、地壳向地球深部扩展,由大陆向海洋扩展,由地球向月球及其他行星扩展;③研究范畴从三维空间向四维时空拓展,更加注重对时空演化规律的研究;④研究的时间尺度有长有短、有老有新(既注重对过去长时间尺度古老地质事件的研究,也关注短时间尺度地质作用的把握;既注重对过去地质事件的重建,更关注对未来的预测;⑤研究方法、技术和手段也发生了变化,从静态的半定量描述转向动态的定量模拟,从大区域范围岩石矿物样品的综合测定研究向单矿物颗粒内部的微区分析发展(国家自然科学基金指南,2008)。
中国科学院广州地球化学研究所稳定同位素地球化学学科组副研究员王志兵及合作者在国际上率先发现了地球表生系统中偏轻Mo同位素潜在的长期稳定储库,揭示了风化过程中Mo同位素分馏机理。相关研究近日发表于《地球化学与宇宙化学学报》。 准确限定陆源输入到海洋的Mo同位素组成是运用Mo同位素准确反演地质 历史 时期全球海洋氧化和缺氧事件的重要前提。然而,目前关于Mo同位素在岩石化学风化过程中的具体分馏机制仍然不清楚,同时,风化产物中偏轻的δ98Mo的长期稳定储库仍未找到。 研究人员调查了中国海南玄武岩风化剖面全岩δ98Mo组成变化特征,以及不同相态(如Fe-Mn氧化物态、残渣相态等)和母岩单矿物(钛铁矿、磁铁矿等)δ98Mo组成。全岩结果显示,δ98Mo组成在风化剖面三个阶段呈现不同特征,即剖面上部和中部具有偏重于基岩,而下部偏轻基岩。在风化剖面上部和中部的δ98Mo组成主要受雨水输入和氧化还原条件控制,δ98Mo组成较基岩偏重;剖面下部主要受控于淋滤作用影响,即偏重的δ98Mo组成被优先淋滤到水溶液中,使得残留的具有偏轻的δ98Mo。 进一步研究表明,全岩中具有偏轻δ98Mo的组份主要富集在残渣相态中的Fe-Ti氧化物(如钛铁矿)中,而这些Fe-Ti氧化物主要继承于玄武质母岩。由于Fe-Ti氧化物(如钛铁矿)具有很强的抗风化性,因此其有可能是地球表生系统中偏轻Mo同位素组份长期稳定的储库。此外,通过对比玄武岩和花岗岩化学风化过程中Mo同位素分馏程度的差异,发现相对于花岗岩风化过程中较大的Mo同位素分馏,而玄武岩风化过程中Mo同位素的分馏比较小,这种差异可能是由两种岩石中主要Mo的赋存矿物的不同而引起的。 该研究在国际上率先发现了地球表生系统中偏轻Mo同位素潜在的长期稳定的储库,即Fe-Ti氧化物(如钛铁矿),和不同岩石类型(花岗岩和玄武岩)风化过程中Mo同位素分馏的差异,对深入了解化学风化过程中Mo同位素分馏机制和地球表生过程Mo同位素循环具有重要的意义。(朱汉斌 邓土连) 相关论文信息:
美国国家航空航天局(NASA)的科学家们最近又拿出新证据,证明地球的邻居火星上的确曾有生命存在:他们在万年前落到地球上的一块火星陨石中发现了石化的简单的细菌。
据英国《泰晤士报》报道,科学家们的新证据是从一块1984年在南极洲发现的火星陨石中找到的。据介绍,这块被命名为“艾伦·希尔斯84001”的陨石是火星表面的岩石,可能受到彗星或小行星撞击后飞向地球,途中经过了1600万年的时间,降落到地球上的时间距今已经有万年。该陨石的化学构成与人类在20世纪70年代采集到的火星大气样本分析相符合,因此可以断定其来自火星。
科学家们在这块陨石中发现了蠕虫形态的结构,并推测这极可能是石化了的细菌。这些细菌是在陨石表面以下发现的,这说明它们是在陨石抵达地球时已经存在,而不是在后来的岁月中被地球上的细菌入侵生成的。此前曾有不少人持这种观点,认为这些细菌形态的物质可能是地球细菌侵蚀生成。