同位素技术地质应用专辑——纪念中国地质科学院和中国地质调查局武汉地质调查中心同位素地球化学学科成立65周年
特邀主编 朱祥坤 牛志军 蒋少涌 王磊
华北克拉通鞍山‒本溪地区太古宙地壳形成演化：综述
◼ 万渝生, 董春艳, 颉颃强, 刘守偈, 马铭株, 李鹏川, 李源, 王宇晴, 王堃力, 刘敦一
◼ 鞍山‒本溪（鞍本）位于华北克拉通东北部，以发育条带状铁建造和存在3.8 Ga岩石而闻名。鞍本地区的重要性不仅是3.8 Ga岩石发现，还在于具有长期的太古宙地壳形成演化历史. 3.8 Ga岩石存在于鞍山地区古老杂岩中。迄今已发现6个杂岩.杂岩主要由奥长花岗质岩石组成，存在变质辉长‒闪长岩.它们具有类似的岩石组合和3.1~3.8 Ga锆石年龄记录，是同一巨型杂岩的不同残余部分.除古老杂岩外，鞍本地区重要的地质体还包括古太古代陈台沟表壳岩和新太古代晚期鞍山群、3.1~3.3 Ga陈台沟花岗岩、3.1 Ga立山奥长花岗岩、3.0 Ga东鞍山花岗岩、2.95~3.0 Ga铁架山‒弓长岭花岗岩和2.5 Ga齐大山花岗岩，后两者大规模分布。
146Sm⁃142Nd同位素制约早期地球的地壳起源
◼ 王达
◼ 地球形成最早10亿年的岩石记录稀缺，严重阻碍了地质学家对地球早期地壳起源的认识.短寿命放射性衰变的146Sm-142Nd同位素体系，由于其较短的半衰期（103 Ma），可以示踪地球早期的不相容元素分异过程，是制约早期地壳起源机制的重要手段.当前已有地球化学证据显示早期地球可能有多次地幔不相容元素亏损事件，而导致早期地球地幔亏损的原因很可能是冥古宙大规模原始地壳的形成。大规模的冥古宙原始地壳不仅是地球上多数现存最古老的始太古代岩浆岩的前身，也为新太古代大陆的形成提供了重要的物质来源.首先简述146Sm-142Nd体系定年和示踪的基本原理，并介绍142Nd同位素异常的分析方法.在此基础上，系统总结了全球有始太古代岩石出露的地块的142Nd同位素异常特征，探讨早期地球地壳的起源模式。
微区原位硫同位素新技术研究进展
◼ 张文, 胡远, 卢山松, 胡兆初, 曾显丽, 杨盛均, 刘振严
◼ 综述了十余年来激光剥蚀等离子体质谱（LA-MC-ICP-MS）和二次离子质谱（SIMS）测定硫化物硫同位素的新进展，着重介绍了质谱干扰和同位素质量分馏效应的关键技术难点和校正方案.LA-MC-ICP-MS和SIMS都可实现黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿、磁黄铁矿、镍黄铁矿、辉钼矿的微区δ34S准确测定，测试准确度和传统的整体分析测试技术相当，测试精密度（重现性）在0.17‰~0.45‰.目前硫化物硫同位素标准物质主要是黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿、闪锌矿等矿物，缺乏其他硫化物类型的标准物质.改进仪器设备硬件或关键部件，系统深入调查仪器中的同位素质量分馏和基体效应，开发新的高质量硫化物硫同位素标准物质将是未来微区原位硫化物硫同位素测试主要发展方向。
改进的法拉第杯结构及其在富稀土元素磷灰石激光原位Sr同位素分析中的应用
◼ 童喜润, 李小丹, 邱啸飞, 蔺洁, 卢山松
◼ 稀土元素二价离子（REE2+）干扰校正是激光原位Sr同位素分析的难点.本研究将一种改进的MC-ICP-MS法拉第杯结构（能同步接收REE2+）与常规的干扰信号扣除法（RPSM）相结合，创新性实现了REE2+干扰的准确校正。
江汉平原地下水中甲基砷的富集过程：碳同位素与溶解性有机质三维荧光光谱的指示
◼ 袁晓芳, 李林倩, 张彦鹏, 邓娅敏
◼ 高砷地下水造成的砷中毒对人体健康产生巨大威胁，砷甲基化过程可将毒性更高的无机砷转化为毒性低的甲基砷，在一定程度上可以降低砷的环境风险从而减轻对人体的毒害，有望成为调控地下水砷污染问题的有效途径.然而目前高砷地下水的研究主要侧重于无机砷的迁移转化，对于甲基砷富集的关键过程与控制因素研究还十分有限。
俯冲沉积物交代造山带岩石圈地幔：来自三江地区煌斑岩钾同位素的约束
◼ 刘嘉文, 田世洪, 耿显雷, 梁正伟, 陈露
◼ 以三江地区煌斑岩为例，在主微量元素和常规同位素的基础上，开展了钾同位素研究，以探究三江地区岩石圈地幔源区特征。本研究发现剑川、北衙、盐源和姚安4个地区的煌斑岩样品均能代表地幔源区特征，与风化蚀变、分离结晶、地壳混染和动力学分馏过程无关，样品总体呈现较正常地幔偏轻的钾同位素特征（（-0.61±0.02）‰~（-0.31±0.01）‰），表明可能与俯冲沉积物交代有关，而与通常富集重钾同位素的流体无关.进一步通过蒙特卡洛模型端元混合模拟计算表明，4个地区表现出不同程度的俯冲沉积物混入，且姚安地区的沉积物比例可达到10%.这一结论进一步证实了钾同位素作为一种敏感的示踪剂，能够有效示踪地幔中再循环的俯冲沉积物组分。
洪湖湿地-地下水系统中氮来源与转化过程的水化学和多同位素解析
◼ 张彦鹏, 严克涛, 陈晨
◼ 为研究地表水-地下水相互作用如何影响湿地-地下水系统中氮的赋存形态与来源，以洪湖湿地为研究区，基于地下水流场、水化学和稳定同位素手段，对湿地-地下水系统中氮的赋存形态、来源与转化过程进行分析。
◼ 邱啸飞, 彭练红, 孔令耀, 邓新, 王达, 陈伟雄, 吴年文, 童喜润, 田洋, 牛志军
◼ 始太古代岩石因其稀缺性，对于理解最早期陆壳形成和演化具有重要意义.报道了大别造山带北大别构造带内新识别出的一套英云闪长片麻岩和斜长角闪片麻岩组合的锆石年龄，并将其命名为“木子店片麻杂岩”。定年结果显示，斜长角闪片岩和英云闪长片麻岩的锆石年龄分别为（3 653±43）Ma和（3 701±29）Ma，为目前扬子克拉通已发现的最古老岩石，说明扬子克拉通之下可能存在极为古老的基底岩石.与崆岭杂岩基底岩石的对比研究显示，木子店片麻杂岩在岩石类型以及时代上与崆岭杂岩均存在明显差异，说明崆岭杂岩和木子店片麻杂岩可能代表了扬子克拉通内相互独立的微陆块古陆核。
◼ 曹亮, 胡鹏, 姜军胜, 陈鑫, 向鹏, 李乐广, 卢山松, 赵凯, 童喜润, 王建青
◼ 卡马花岗伟晶岩型稀有金属矿床位于尼日利亚锂铌钽锡多金属成矿带的中部，是新发现的以锂为主，伴生铌钽矿的大型矿床，为限定其成矿年龄，探讨其矿化过程的来源及演化，对含矿伟晶岩脉开展了岩石学、矿物学、锆石及锡石U-Pb年代学、锆石微量元素和Lu-Hf同位素等研究.锆石和锡石的U-Pb年代测定结果表明，锆石U-Pb定年为（577.3±2.5）Ma（n=18，MSWD=6.4），锡石U-Pb定年为（582.6±8.6）Ma（n=25，MSWD=0.72），推断马锂矿床伟晶岩形成于577~583 Ma，矿床成矿作用主要发生在新元古代晚期。
其他
长江流域洞庭湖区出入湖磷通量模拟及水质预测：机器学习与传统水文模型耦合方法
◼ 刘杰, 陈前, 许妍, 查悉妮, 张美一, 辛小康, 唐文忠, 张洪
◼ 磷通量的波动对出入湖河流生态系统的稳定有直接影响.在水质波动显著的洞庭湖区，使用SWAT模型模拟该区域的出入湖磷通量，并分析各水系区间的磷滞留情况.基于水文物理过程搭建耦合模型，再利用SWAT模型的模拟结果进行训练，并利用该模型对湖区近期水质进行情景预测。
新疆东部平原区地下水无机污染物空间分布、源解析及健康风险评价
◼ 丁启振, 周殷竹, 周金龙, 曾妍妍, 孙英, 韩双宝, 刘江涛
◼ 地下水是新疆东部平原区主要的、甚至唯一的饮用水源，地下水中无机组分的污染情况及其对人体健康的负面影响尚不明晰。对该区域183组地下水样品中常见无机组分浓度进行测定，运用GIS技术揭示污染物空间分布特征，以正定矩阵分解模型（PMF）进行源解析，基于USEPA健康风险评价模型的蒙特卡洛模拟（MCS）和PMF耦合量化潜在来源的健康风险。
不同水环境条件下辉锑矿的溶解及其产物中锑的形态分布
◼ 李鑫, 郭清海, 赵倩
◼ 辉锑矿（Sb2S3）的溶解是水环境中锑的重要来源，水中溶解态锑的毒性、迁移性及生物可利用性与其形态密切相关，但当前学界对辉锑矿溶解产物中锑的形态分布的认识并不一致，对于其中锑的特殊形态——硫代锑酸盐的认识的争议尤为突出。鉴于此，我们在不同水环境条件下系统研究了辉锑矿的溶解过程及其对硫代锑酸盐形成的影响，以期为准确评价辉锑矿溶解的环境效应提供依据.结果表明：单一辉锑矿在酸性‒弱碱性条件下的溶解不能形成硫代锑酸盐，在碱性条件下则可形成三硫代锑酸盐和四硫代锑酸盐；在反应系统中总锑含量与天然水中总锑含量相当的情况下，辉锑矿的溶解不可能形成硫代锑酸盐的多聚物。此外，不同类型还原态硫或适量雌黄的共存以及水中离子强度的增加均可促进硫代锑酸盐的形成，过量的雌黄则会抑制其形成.水中S（-Ⅱ）/Sb摩尔比是控制硫代锑酸盐形成的重要因素.在考察天然水环境中辉锑矿淋滤的环境影响以及淋滤过程中硫代锑酸盐的形成潜力时，S（-Ⅱ）/Sb摩尔比是应重点参考的关键指标。
沅水流域历史时期旱涝特征的新记录：古建筑的古水文价值
◼ 郑丹丹, 杨乃, 旷健
◼ 在古代，作为水神信仰的水神庙依水而建，以祈求水上交通安全、指引航道为主.解读古建筑的古水文价值，探讨沅水流域历史时期旱涝特征，为研究区域气候变化提供参考.由于水神庙等古建筑依水而建的特殊性，所以它的遗址标记了古代沅水的岸线；另一方面，古建筑的建造基座高于当年水位高度.用古建筑的位置和基座高程等数据重建历史上沅水下游河道变迁和旱涝特征。水神庙为代表的古建筑集中于沅水下游流域平原区和丘陵与平原过渡带，与历史时期河道变迁和旱涝特征等古水文环境有较好的对应性。镇龙阁水神庙实证了当地水域为古河道；武陵区石柜指示了在五代十国时期为极度干旱期，康熙年间为洪水期，通过计算得出古建筑40 m为干湿气候平均值，高于40 m为洪水泛滥期，即气候温暖期，低于40 m则为干旱期，即气候寒冷期，为古气候研究提供重要价值。
喜马拉雅高海拔山区冰湖溃决时空分异特征
◼ 邹强, 周斌, 杨涛, 陈思谕, 姚鸿坤, 蒋虎, 周文韬
◼ 全球气候变暖导致了喜马拉雅高海拔山区的环境变化，冰湖溃决频繁发生，给下游人民和设施造成了巨大的损失。为了解喜马拉雅高海拔山区冰湖溃决时空分异特征，利用地貌分析、时序分析和气候扰动分析方法，分析了喜马拉雅高海拔山区冰川冰湖变化及环境特征，阐明了喜马拉雅高海拔山区冰湖溃决时空格局和演化规律。
多年冻土过渡带研究进展与展望
◼ 罗栋梁, 刘佳, 陈方方, 李世珍
◼ 通过系统梳理已有研究发现：（1）过渡带是多年冻土区内成冰和过剩冰的主要分布带，广泛分布于粉黏土中及部分细粒多孔且冻结敏感性强的风化基岩地带，地下冰多为分凝冰、脉冰和大块冰，冷生构造主要为透镜状、层状、网状和斑杂状等，其变化与热融沉陷和斜坡地带热融滑塌、融冻泥流和活动层滑脱等现象密切相关；（2）其蕴含的丰富有机质和腐殖质常与多年冻土的加积和重复分凝成冰过程伴生，是重建冻土形成时气候与环境的可靠替代性指标；（3）多年冻土退化的程度和幅度与过渡带的厚度、冷生构造、地下冰和有机质含量等内在性质密不可分，呈现极强的时空异质性，其因地下冰巨大相变潜热效应而减缓甚至阻抗多年冻土退化，但一旦融化即产生临界点效应，由此多年冻土退化加速，热喀斯特现象激增，并造成上覆工程构筑物失稳。
鄂尔多斯盆地南部地区断裂构造与油气成藏关系再认识：以彬长地区为例
◼ 何发岐, 齐荣, 袁春艳, 杨飞, 黎小伟
◼ 鄂尔多斯盆地南部断裂构造发育特征及其与油气成藏的关系是被关注了很久然而未得到充分理解的问题。一种观点认为是一个断裂构造不发育的地区，致使该区油气勘探以地层‒岩性油气藏为主.随着3D地震勘探展开，发现研究区发育大量的倾角大、垂直断距小、分期活动的走滑断裂。以鄂尔多斯盆地西南缘彬长地区断裂为研究对象，通过地震资料分析了断裂几何学和运动学特征，探讨了断裂构造与油气成藏关系。
◼ 周珂锐, 郑明明, 王凯, 李可赛, 王晓宇, 陈禺树, 刘天乐, 吴祖锐
◼ 以墨西哥湾水合物联合工业计划中的Keathley Canyon井151-3井段水合物储层作为研究对象，首先利用压制胶结法制备了物性参数贴近实际的人造地层骨架，然后通过实验研究了原位储层地质与钻井工艺条件下钻井液侵入过程中近井壁地层的物性响应规律，分析了传质传热行为对地层温度、压力和电阻率的影响，得出了温差和压差的影响机理，建立了侵入深度与时间的函数关系。
◼ 郭春涛, 高剑, 李忠
◼ 古生代塔里木盆地多期构造格局变迁的动力来源一直是众多学者争议的焦点，特别是早古生代中晚期盆地构造格局发生急剧转变的原因。在重矿物组合分析基础上，针对塔里木盆地西北缘柯坪地区的芙蓉统至下二叠统砂岩样品进行了详细的碎屑锆石U-Pb年代学研究，以此厘定了柯坪地区物源体系，并刻画了该地区的沉积构造演化过程。
有机质(镜质体和沥青)反射率化学动力学模型：回顾与进展
◼ 李志强, 张如才, 梁雪梅, 裴小刚, 陈彰进
◼ 在回顾化学动力学模型研究历程的基础上，报道了相关研究新进展. Vitrimat 1989模型和经典的Easy%Ro模型基于3个原理：(1)Ro与H/C和O/C有关；(2)镜质体热降解产物为残余镜质体和4种产物(H2O、CO2、CHn、CH4)的总和；(3)热降解反应遵循Arrhenius方程. Easy%Ro模型存在设计缺陷：(1)使用的频率因子(1×1013)过低；(2)优化活化能分布时缺少过成熟度(Ro > 2.0%)样品。
傅里叶变换离子回旋共振质谱在溶解性有机质分子表征中的应用：基于文献计量学可视化研究
◼ 杨伦, 吴仕希, 付庆龙
◼ 溶解性有机质(Dissolved organic matter，DOM)是广泛分布于各类环境介质中的复杂有机混合物，对污染物和营养元素的环境行为以及全球碳循环具有深远影响。傅里叶变换离子回旋共振质谱(Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry，FT-ICR MS)是当今研究有机混合物分子组成最为先进的质谱技术，对DOM的生态环境效应研究具有重要意义。为了解FT-ICR MS在环境科学、地球科学领域的研究现状、热点、趋势以及典型应用，基于Web of Science数据库并结合VOSviewer软件进行文献计量学可视化分析。
高寒山区土壤溶解性有机质特征及其对河流溶解性有机质输出的影响
◼ 熊净, 孙自永, 胡雅璐, 马瑞
◼ 为了解高寒山区土壤中溶解性有机质的分布规律、成分特征及对水体中DOM输出特征的控制作用，本研究采集青藏高原东北部葫芦沟小流域中多年冻土区和季节冻土区不同深度（< 1 m）土壤样品，对土壤中总有机碳（soil organic carbon，SOC）和溶解性有机碳（dissolved organic carbon，DOC）含量、DOM的光谱特征、DOC的生物可降解性（biodegradable dissolved organic matter，BDOC）进行分析，并将其与不同水体中DOM特征的季节性变化进行对比。
地外有机物种类与分布及其天体生物学启示
◼ 邱梦凡, 薛皓中, 胡森
◼ 回顾了地外有机物的探测历程和地外样品中有机物的研究进展，探讨了星际介质和地外天体与地外样品中有机物的种类、结构、化学成分、同位素组成等特征，旨在梳理地外有机物的成因及其相关的科学问题，并探究其天体生物学的启示.星际介质普遍存在有机分子，指示宇宙空间中的有机物具有普遍性，并非地球或太阳系独有.碳质球粒陨石中发现羧酸、氨基酸、醇醛酮等有机物种类.随着深空探测技术的发展，火星大气中检测到甲烷的波动，土卫六表面广泛覆盖的液态碳氢化合物，彗星上探测到甘氨酸，小行星返回样品中发现存在氨基酸，这些研究指示太阳系可能广泛分布着有机物，为探寻地外生命和揭示生命起源提供了重要线索。
◼ 吴波, 丘伟兴, 徐世祥, 蔡俊华, 李贻材, 张耀
◼ 超前预测隧道坍塌失效概率已成为隧道工程建设的关键问题.为了超前评估隧道坍塌失效概率并及时预警，本研究提出了一种多数据融合方法.该方法将云模型（CM）、多输出高斯过程回归（MOGPR）和改进的D-S理论相结合.通过融合多项监测数据（拱顶位移、水平收敛位移），减少数据的不确定性，提高评估结果的准确性和鲁棒性。
◼ 邓子昊, 张黎明, 徐兴华, 吕庆
◼ 基于随机生成的大量折线型边坡样本，通过极限平衡法（LEM）求解安全系数，从而构建边坡安全系数数据库，通过集成神经网络模型建立LEM代理模型.分别采用Bagging和AdaBoost.R2两种算法构建集成神经网络，建立折线型边坡安全系数预测模型，通过实际边坡工程案例进行了验证，并与单神经网络进行了对比。通过ROC曲线分析法评价各个模型性能，确定合理的安全系数阈值.结果表明两种集成模型性能显著优于单神经网络模型，其中单神经网络模型的AUC值为0.826，AdaBoost.R2模型为0.893，Bagging模型为0.929，更能准确辨别边坡的稳定性情况.提出的方法能快速、准确地评价折线型边坡稳定性，为区域性大量边坡的稳定性快速评价提供工具。
◼ 张岩, 陈国兴, 赵凯, 方怡, 彭艳菊
◼ 地层及其剪切波速（Vs）结构的空间变异性对场地地震反应有显著影响。基于渤海湾海床钻孔资料，采用与耦合马尔可夫链相比对随机地层模拟范围更广、对地层界限模拟效果更光滑的嵌入式马尔可夫链模型模拟钻孔深度h以浅地层的变异性，模拟结果具有较高的精度。采用点估计法给出了以幂函数和线性函数描述海床Vs随h变化的趋势时相应Vs的均值和标准差随h的变化.基于实测钻孔的Vs剖面，采用非平稳条件随机场模拟随机Vs-结构的空间变异性。 发现考虑地层的变异性以及忽略Vs沿h变化的非线性趋势均显著增大随机Vs-结构模拟结果的标准差。采用隶属函数和模糊马尔可夫链模型，建立海域钻孔深度外延的未知地层和近岸陆地相应深度已知地层的相关性和转移概率，给出了钻孔深度以深的海床随机地层及其Vs-结构的可能空间分布。为开展海洋工程场地地震反应分析提供了合理的随机地层和Vs-结构资料。
◼ 王锦怡, 孙启良
◼ 本研究基于高精度三维地震资料，刻画了新西兰大南盆地中多边形断层系统的特征，剖析了其生长过程，并建立其生长模式。根据研究区多边形断层的几何特征，新西兰大南盆地中多边形断层可以划分为Tier1和Tier2两个层段.多边形断层落差剖面主要为“C”型、双“C”型和“B”型.结合断层的几何及生长特征，本研究提出了跨层段多边形断层的生长模式：多边形断层首先在下部层段的中心成核，并向各个方向生长；经过一段平静期后，多边形断层在新（上部）层段的中心成核；上覆层段中的多边形断层与下伏层段中的多边形断层逐渐联通，形成中继结构和跨层的“大断层”。
◼ 周翠英, 廖进, 刘镇
◼ 较为系统地回顾了红层判识的岩表特征模糊区分、地貌颜色明确辨别、地层规律定性识别与地质基因定量判定等4个阶段的主要历程，归纳总结了不同阶段红层判识的科学意义，讨论了地质演化关联、对象范畴扩展与材料属性模型等红层判识趋势及其主要发展方向，在此基础上，提出红层判识的价值与展望。
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往期回顾
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→地壳生长及深部物质架构研究与问题：以中亚造山带（北疆地区）为例
☞构造地质学
→中条山地区涑水杂岩新太古代烟庄正长花岗岩年龄及成因：对华北克拉通地壳演化的制约
☞地学与健康
☞古生物学
☞沉积和盆地动力学
☞石油地质学
☞地球物理学
《地球科学》
青年学者论坛回放
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→Dionatan Ferri Padilha|巴西南部Dom Feliciano带后碰撞玄粗质和超钾质岩浆作用
→王选策|地球系统中的挥发分和物质循环——对非俯冲带岩浆的新观点
→陈 印|中国北方砂岩型铀成矿作用及其与构造演化和油气藏的联系
→荣 辉|基性岩侵入对铀储层成岩-成矿作用的影响：以松辽盆地钱家店铀矿床为例
→余文超|贵州遵义下石炭统九架炉组铝土矿物源：来自地球化学与锆石U-Pb同位素年代学的证据
→岳 汉|从2021年青海玛多地震到松潘-甘孜块体的长期形变模式
→王 墩|2021年Mw7.4青海玛多地震的震级、地震动场及破裂过程
→邓阳凡|华北东南缘综合地球物理特征及其对徐淮弧形构造带的启示
→谢国治|胶东半岛高Ba-Sr牙山侵入体的成因及其与华北克拉通破坏的关系
→白江昊|长江中下游地区A型花岗岩成因：放射性成因Ca-Nd同位素制约
→柳保军，雷超，郑金云 | 专题十：南海陆缘盆地动力学及其能源效应
→施小清，杨晓帆，戴恒 | 专题十一：地下水环境的刻画与模拟
→Alexander Humphreys ，Johann Hohenegger | 专题十四：热带大型底栖有孔虫
→ 付伟 ，李登峰，李占轲，等 | 专题十五：战略性矿产资源研究与勘查进展
→李博 ，吴琼，李严严 | 专题十八：强震区滑坡崩塌灾害防治技术方法研究
→郑义，虞鹏鹏 | 专题二十一：华南大地构造演化与关键金属成矿
→黄发明，李为乐，谭道远 | 专题二十二：地质灾害风险智能评价
→陈红汉，罗群，李文正，王海学，唐大卿 | 专题二十三：走滑断裂与油气
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