冈底斯南缘泽当地区林子宗群典中组火山岩年代学及地球化学特征

林子宗群是青藏高原南部的一次重大构造岩浆事件,记录了印度板块和欧亚大陆碰撞造山的关键信息;文章对冈底斯南缘泽当地区典中组火山岩年代学及地球化学特征进行了研究。典中组底部安山质凝灰岩LAICP-MS锆石U-Pb年龄为65. 79±0. 55 Ma,形成时代属于古新世,可代表泽当地区典中组火山岩成岩年龄。该区典中组火山岩具有贫碱、贫镁、过铝质特征,属于过铝钙碱性系列;轻稀土元素富集,重稀土元素亏损,轻重稀土分馏明显,具弱Eu负异常,相对富集大离子亲石元素(Rb、Ba、K、Sr),亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素;地球化学研究表明,本区典中组火山岩形成于俯冲造山的构造环境,岩浆源区主要来源于地幔组分,具有岛弧或陆缘弧特点。     

矿山安全地质学:综述

矿山安全防控是一个复杂的系统工程,涉及到多学科,而其中的地质条件和成灾机理研究是事故防控中最重要的基础工作。但是,目前还没有系统地研究安全地质的学科和工作机制。因此,提出应建立矿山安全地质学新的交叉学科。针对矿山建设和采掘安全生产的需求,介绍了矿山安全地质学的概念、内容框架、研究方法、主要矿山安全地质问题、安全地质问题风险评价等,并对矿山安全地质研究中亟待解决的关键科学问题和防控关键技术发展趋势提出了建议和展望,同时,本文还简要综述了本期深部矿山安全地质专辑收录的主要文章在矿山安全地质方面的创新性工作,期望为深部矿山安全地质理论研究与灾害防控提供科学支撑。     

岩爆和冲击地压的差异解析及深部工程地质灾害关键机理问题

岩爆和冲击地压原来在自然界并不存在,完全是由于人类进行深部地下空间利用、深部矿产资源开采等工程建设时诱发产生的,两者同属于最典型的深部工程地质灾害。由于历史原因,岩爆和冲击地压长期存在概念混用的情况。本文比较详细地综述了岩爆和冲击地压领域国内早期的研究历程,系统解析了岩爆和冲击地压之间存在的差异。在研究对象(硬岩和煤的承载强度、储能及释能能力、弹脆性)、受力条件(地应力、扰动应力)和边界条件(开挖和开采方法及工序、扰动范围和时效性等)方面,岩爆和冲击地压均存在根本区别;在表观现象、限定对象、研究对象、赋存条件、行业领域、工程建设方法、工程建设目的、要求及支护性质、诱发机理、倾向性判据、划分类型、划分等级、等级评价方法等方面,岩爆和冲击地压也存在很大差异。综上,岩爆和冲击地压是并列的两类地质体动力破坏现象,两者之间不存在隶属关系。在综合参考前人研究的基础上,分别给出了岩爆和冲击地压各自的定义和内涵。岩爆的定义为发生在深埋隧道(隧洞)、深部矿山巷道及矿柱部位的硬岩弹射、爆裂或崩落现象,伴随不同程度声响;冲击地压定义为发生在深部煤矿中煤抛出现象,释放出不同程度的动能,严重时往往伴随震动、巨响、气浪或冲击波。从煤动力冲击破坏的现象与名称统一的角度考虑,建议用“煤冲击”代替“冲击地压”概念。在此基础上,详细阐述了岩爆和冲击地压研究中的7点认识。最后,从研究对象、受力条件和边界条件等3个方面讨论了岩爆和冲击地压的关键机理问题,即从静动(或动静)组合加载力学的角度研究岩爆和冲击地压,符合深部地质体破坏的全受力路径,同时要从能量守恒的角度研究从静态到动态的转换问题。在岩爆和冲击地压的机理分析、预测预报、监测报警、调控防治中,都要科学认识各影响因素之间的逻辑关系和辩证关系(注:本文因为无法找到与冲击地压契合的英文名称,在英文摘要中同时存在“coal burst”和“coal bump”两种表达)。     

巨厚松散层下煤层开采的抗渗透性破坏和煤柱安全性研究——以口孜东矿为例

随着深部煤炭资源的枯竭,浅部煤层上巨厚松散层水体成为淮南矿区不可忽视的安全隐患,预留煤柱的安全性评价显得尤为重要。本文以口孜东井田为例,通过全面系统地收集整理口孜东矿近年来井上、下补充探查、矿井水动态长期观测、井下采掘工程揭露的地质和水文地质资料,通过数值模拟和理论分析方法得出以下几点认识。(1)以矿区经典块段的钻孔柱状图为依据,建立基于FLAC3D的力学模型,按步长模拟工作面回采,通过观察分析位移云图、最大主应力图、塑性破坏图来认识开采覆岩破坏规律并分析导水裂隙带高度约为56.6 m,导水裂隙带无法发育至含水层高度;(2)根据口孜东矿的水文地质资料,建立基于GMS(Groundwater Modeling System)的水文地质模型,采动引起的覆岩弯曲变形导致了其垂向渗透系数和水力梯度发生变化,将FLAC3D中采动对模型产生的应力影响作为依据,将应力大小转化为弯曲带的垂向渗透系数作为变量在GMS模型中体现出来,校核模型准确性并观察开采前后的渗流场变化,发现渗流场产生的变化非常微小,也保证了留设煤柱的安全性;(3)分析涌水溃砂的控制因素,结合矿区抽水试验数据,利用计算机建立迭代计算程序,计算四含与红层的临界水力梯度分别为J_cr四含=1.66、J_cr红层=1.62,得出各个点位的临界水头高度取值范围在10~25 m之间,远低于实际水头值,从抗渗透性破坏方面评价了煤柱的安全性。目前在含水层下开采煤层时防水煤柱的留设依据主要是采高、煤层倾角、顶板岩性及其力学性质等因素,而未考虑含水层的水理性质及其在渗流场发生变化后的改变,亦未考虑基岩风化层的上述性质,本文通过对巨厚松散层下开采的覆岩破坏规律、含水层渗流场变化及抗渗透性破坏的联合研究,为评价煤柱的安全性提供了科学的方法和依据。     

西南极中—新生代古地磁与板块重建研究进展

根据西南极已发表的中—新生代古地磁数据,对西南极不同地块进行了古大陆重建。识别出古太平洋板块对西南极构造演化影响广泛的两次构造事件:一是120~100 Ma古太平洋板块内翁通爪哇-马尼希基-希库朗基大火成岩省的喷发与全球板块洋壳扩张速率高峰期引起的西南极瑟斯顿岛-埃茨海岸与东玛丽·伯德地快速南向移动;二是古太平洋-凤凰板块洋中脊在~100 Ma俯冲至西南极之下导致的以罗斯海区域为主的岩石圈伸展、瑟斯顿岛-埃茨海岸与玛丽·伯德地远离东南极以及南极半岛发生南向运动与顺时针旋转。证明太平洋板块俯冲与西南极板块运动的耦合关系。未来需要在西南极获得更多具有准确年代学限制的可靠的古地磁数据,这将对西南极的构造演化模式提供更多的制约,并有助于深入理解南极大陆的构造演化过程、板块生长与裂解的地球动力学机制。      

柴北缘鱼卡地区中侏罗统石门沟组含煤层段沉积有机相分析

柴达木盆地北缘鱼卡地区中侏罗统石门沟组含煤段中发育有油页岩、煤、碳质泥岩和泥岩等富有机质细粒沉积.为了研究其沉积有机相的类型及煤和油页岩形成的控制因素,本文通过岩心观察、工业分析结合有机地球化学测试分析等方法将含煤段细粒沉积物划分为了类型A(三角洲平原沉积环境)、B(三角洲前缘-浅湖沉积环境)、C1(湖沼非油页岩亚相)及C2(湖沼油页岩亚相)四种类型,其中类型C1沉积物中发育煤,类型C2中发育油页岩,且煤较油页岩具有更高的含油率、水分、挥发分以及发热量值.有机质类型特征方面,沉积有机相类型A、B及C1沉积物有机质类型均为Ⅱ2-Ⅲ型、有机质来源均以陆源和混合来源两种有机质来源为主,而类型C2中主要为Ⅱ2型,以混合有机质来源为主;类型A及C2其沉积物有机质均处于未成熟阶段,而类型B和C1中有机质均处于未成熟-低成熟阶段;有机质保存条件方面,类型A沉积物主要形成于缺氧的淡水环境,类型B主要形成于贫氧-缺氧的淡水-半咸水环境,类型C1形成于贫氧-缺氧的淡水-半咸水环境,而类型C2则主要形成于缺氧的淡水-半咸水环境.其中类型B较类型A,类型C2较类型C1,其沉积物均形成于更为还原且盐度更高的水体环境中.石门沟组含煤段是煤和油页岩的形成层位,稳定的沉积环境、丰富的湖泊有机质来源、良好的保存条件及较少的陆源碎屑的稀释共同促进了类型C2中油页岩的形成,而丰富的陆源植物供给及良好的保存条件则促进了类型C1中煤层的形成.     

新疆尾亚—天湖地区花岗岩类剥蚀程度估算及对区域找矿的启示

尾亚—天湖地区位于新疆中亚造山带东南部的中天山地块内,晚古生代—中生代岩浆活动强烈,产出了战略性关键矿产尾亚钒铁磁铁矿。在详细岩相学观察的基础上,对尾亚、天湖和沙泉子南岩体中的角闪石和黑云母进行了电子探针(EMPA)测试分析,限定了3个岩体结晶的温压条件、氧逸度、含水量和含铁指数等要素,为解析中天山地块的岩浆-成矿物化条件及其区域找矿勘查工作提供参考。测试结果表明,该区花岗岩类中的角闪石富镁、钙、钠,贫钾,属于钙角闪石族;黑云母有高镁、钛、铝、钾和低硅、钠的特征为镁质黑云母。角闪石和黑云母的化学成分揭示其寄主岩浆为钙碱性造山带岩系,具有壳幔混源的特征,推测可能是板块俯冲背景下由地幔楔与大陆地壳物质混熔形成。根据角闪石-黑云母矿物温压计,估算出沙泉子南石英闪长岩的结晶温度为651~753 ℃,压力为31~79 MPa,尾亚二长花岗岩和钾长花岗岩的结晶温度为762~833 ℃,压力为85~215 MPa,天湖花岗闪长岩的结晶温度为668~812 ℃,压力为31~117 MPa。3个岩体岩浆结晶时的氧逸度lgf(O₂)范围为-15.7~-9.4,而且在角闪石结晶时岩浆具有较高的含水量。综合分析,认为该区的花岗岩类具有高温、低压、高氧逸度、富水和高含铁指数的特点,有利于Fe等成矿元素在流体中富集,具有良好的铁矿成矿条件。进一步利用角闪石-黑云母压力计,计算了花岗岩类岩体的侵位深度,从而估算出岩体的剥蚀程度处于2.2~5.5 km,且区域的隆升剥蚀量差异明显;结合现有的矿产地表展布特征,推测天湖岩体一带深部仍具有较好的铁矿找矿潜力。     

粤中从化地区佛冈岩基白垩纪花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学及地球化学特征

LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,粤中从化地区发育一套白垩纪花岗岩,其形成时代为～145 Ma,属佛冈岩基的一部分.地球化学研究表明,花岗岩的SiO2含量为71.9％～77.72％(平均74.89％),Al2O3含量为12.17％～14.42％(平均13.24％),A/CNK为1.31～1.49(平均1.4),ALK全碱指数7.92～9.15(平均8.5),为过铝质高钾钙碱性系列花岗岩.它们的稀土元素总量(ΣREE)为(128.8～393.8)×10-6,Eu具负异常,δEu值为0.1～0.4,LREE/HREEE值为2.2～13.3;具有富集Rb、U、La、Nd、Sm和Lu,强列亏损Ba、Nb、Sr、P和Ti等元素特点.元素地球化学特征显示其为高分异I型花岗岩,可能是在高温条件下幔源物质诱导下地壳部分熔融后引发古老地壳杂砂-泥质源岩部分熔融而形成.综合区域地质资料分析,从化地区白垩纪花岗岩可能形成于古太平洋板块向欧亚板块俯冲的陆缘弧构造环境.     

黄河北煤田10号煤煤层气储层物性及特征研究

煤层气是一种备受国家重视和开发利用的非常规清洁能源,煤层气储层物性的研究对煤层气资源的评价与开发具有重要意义。以黄河北煤田煤层气开发资料为基础,结合区域地质特征,应用煤层气地质理论对煤田内10号煤煤层气储层物性特征进行了研究。研究发现:10号煤层宏观煤岩类型以半亮煤为主,煤中有机显微组分以镜质组为主,无机显微组分以黏土为主;煤的变质程度比较高,整体进入成熟阶段;10号煤层储层孔裂隙发育、渗透率较低;10煤层对甲烷的吸附能力较强;10号煤层储层压力为2.16~4.20MPa,压力梯度为0.418~0.797MPa/100m,为低压储层至常压储层;黄河北煤田呈单斜构造,10号煤层埋藏深度较深,含水性较好,有利于煤层气保存。     

沁水煤田15号煤中氟的赋存状态及其沉积环境分析

氟是煤中有害元素之一,燃煤型氟排放造成的污染已经对人类的健康安全构成威胁。研究煤中氟赋存状态及其沉积环境,对掌握高氟煤分布规律及控制燃煤造成的氟排放具有重要意义。通过对沁水煤田内6座煤矿15号煤样品的分析发现:煤中氟含量与灰分显著相关,与黄铁矿硫、有机硫无相关关系,表明煤中氟主要以无机物形式赋存,且与含硫矿物无关;与钾、镁、硅、铝等元素含量具有显著的相关关系,表明氟有可能的主要赋存形式为金云母、氟金云母等矿物,以及以吸附存在于高岭石、勃姆石、伊蒙混层等黏土矿物中;与钙、磷元素含量无显著相关性,表明氟不以氟磷灰石、含氟羟基磷灰石等矿物大量赋存。此外,通过对沁水煤田15号煤的沉积环境分析发现,弱还原环境、较低盐度、偏酸性、较强的水动力条件有利于该区域煤中氟的富集。