地球科学与环境学报

砂岩型铀矿微区原位定年研究进展

2025年12月10 00:00

砂岩型铀矿是我国北方最重要的铀矿床类型之一,其成矿年代学研究对于揭示成矿规律具有关键意义。近年来,砂岩型铀矿的定年技术经历了从矿石全岩U-Pb等时线法、同位素稀释-热电离质谱(ID-TIMS)法到电子探针微区原位化学法,再到铀矿物微区原位同位素精确定年方法(LA-ICP-MS、SIMS)的发展,精度不断提升。然而,砂岩型铀矿的复杂性,尤其是铀矿物颗粒细小以及矿床本身不封闭的特征,使得传统定年方法面临诸多挑战。微区原位定年技术能够克服这些困难,提高定年精度,未来有望成为砂岩型铀矿定年的重要方法。目前,微区原位定年标准物质匮乏问题制约了该定年技术的广泛应用,尤其是GBW04420标准物质逐渐耗尽,开发新的定年标准物质已迫在眉睫。在综述砂岩型铀矿微区原位定年研究进展的基础上,调查评价了陕西丹凤地区陈家庄铀矿床产出的晶质铀矿成为新标准物质的潜力,并评述了与铀矿物共生的黄铁矿和钙质胶结物等原位定年方法。结果表明:陈家庄伟晶岩型铀矿中的晶质铀矿具有作为定年标准物质的潜在可能,但其是否适用于砂岩型铀矿定年还需进一步研究和验证; 开发铀矿物共生其他矿物(如黄铁矿、钙质胶结物等)的微区原位定年技术,间接确定铀成矿年龄,以及选择更加精密的设备开展微区定年,也将成为砂岩型铀矿定年技术突破的重要方向。

内蒙古呼伦湖北岸软沉积物中微生物与无机碳的相互作用及其生物地球化学意义

2025年12月10 00:00

微生物作为湖泊沉积物碳矿化的核心驱动力,主导有机质降解、无机碳转化与碳酸盐沉淀等关键生物地球化学过程,但其在湖泊碳汇形成中的作用研究仍不充分。以内蒙古呼伦湖为研究区域,综合运用16S rRNA测序、碳组分分析、水化学分析,并结合扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)及拉曼光谱等多种技术手段对沉积物与水样进行系统分析,最后基于分子动力学模拟探讨微生物驱动无机碳沉淀的路径机制。结果表明:内蒙古呼伦湖属于淡水湖泊,其沉积物中存在丰富的微生物群落,主要包括BD2-11_terrestrial_group、Halomonas和Nitrolancea等菌属及藻类微生物; 沉积物中无机碳(IC)含量、总碳(TC)和总有机碳(TOC)随深度的增加而增加,表现出明显的垂向分布趋势; 无机碳的碳同位素组成(δ¹³C)为-19.16‰～-11.39‰,整体偏负,暗示沉积碳酸盐矿物可能源自生物代谢产生的CO₂; 矿物学分析均识别出典型的碳酸盐矿物特征峰,如方解石和白云石; 在含有富里酸的有机矿化体系中,CO^2-₃与Ca²⁺、Mg²⁺更易形成尺寸更大的团簇,且聚集过程明显快于无机矿化体系。

川南地区龙潭组泥页岩地球化学特征及其古环境意义——以兴文地区玉屏剖面为例

2025年12月10 00:00

中国南方二叠系龙潭组是海陆过渡相沉积的典型代表,广泛发育于四川盆地及周缘地区,其岩性以泥页岩、粉砂岩与煤层为主。前人对该层系的研究多集中于有机质丰度测定、类型划分及区域沉积相带刻画,但是对于控制其有机质富集的关键古环境参数(如古气候、古盐度、氧化-还原条件等)的动态协同作用机制,以及在此背景下陆源有机质如何高效埋藏与保存,尚未形成系统性认识。为揭示川南地区上二叠统龙潭组泥页岩的源区属性、有机质富集机制及古环境演化特征,以四川兴文地区玉屏剖面为例,通过系统的野外地质调查和样品采集,结合有机地球化学、有机岩石学以及主量、微量和稀土元素等分析,系统表征了龙潭组沉积时期的源岩类型、古气候、古盐度和氧化-还原条件等关键古环境参数,揭示了龙潭组富有机质泥页岩的有机质特征与古环境演化过程,明确影响其有机质富集的关键地球化学控制因素。结果表明:四川兴文地区玉屏剖面龙潭组泥页岩总有机碳(TOC)较高(平均值为3.80%),有机显微组分以镜质组为主,干酪根类型为Ⅲ型,指示以陆源高等植物为主的倾气型烃源岩; 源区以峨眉山高钛玄武岩为主,兼具花岗岩组分,其构造背景属于被动陆缘环境; 化学蚀变指数(CIA)平均值为83.90,指示龙潭组泥页岩属于中等—高强度风化; Sr/Cu平均值为1.89,MgO/CaO平均值为1.99,反映兴文地区整体处于温暖湿润的古气候环境; Sr/Ba平均值为1.05,100MgO/Al₂O₃平均值为3.76,指示湖泊水体为半咸水环境,Zr/Al值(平均值为8.25×10^-3)与100Mn/Fe值(平均值为0.66)进一步证实近源浅水的沉积特征; V/(V+Ni)平均值(0.83)、Ni/Co平均值(4.77)与Ce_anom平均值(0.04)共同指示弱还原—还原环境。综上所述,川南地区龙潭组富有机质泥页岩形成于温暖湿润气候下的半咸水海陆过渡环境; 康滇古陆大火成岩省背景下,峨眉山高钛玄武岩经历强烈化学风化,产生大量细粒碎屑,同时高等植物繁茂,其残体得以快速搬运并埋藏于沉积盆地中; 高沉积速率缩短了有机质与含氧水体的接触时间,弱还原—还原环境抑制有机质氧化分解,最终形成倾气型优质泥页岩。

铁锰改性生物炭联合水泥稳定化-固化As（Ⅲ）污染土的修复机理

2025年12月10 00:00

稳定化-固化是治理重金属污染土最常用的方法,但使用传统药剂治理砷(As)效果不佳。使用铁锰改性生物炭(FMBC)作为稳定剂,通过氧化、吸附和共沉淀作用对污染土中的As进行稳定化,再使用水泥进行固化处理; 通过毒性浸出试验、无侧限抗压强度和pH测试、微观形貌及光谱分析研究了修复效果和机理。结果表明:在相同稳定剂和水泥掺量下,使用铁锰改性生物炭的修复效果明显优于单独使用铁锰氧化物(FMO)和生物炭(BC),对于As含量为2 000×10^-6的污染土,7%铁锰改性生物炭和10%水泥掺量下的As浸出浓度降至1.7 mg·L^-1,固定效率达98.18%; 铁锰改性生物炭中Fe(Ⅲ)充分水解释放出大量H⁺,降低了As在高碱性环境下的浸出风险; 铁锰改性生物炭促进了土中可交换态砷向铁锰氧化物结合态砷、残渣态砷的转化; 铁锰改性生物炭中的锰氧化物可将86.6%的As(Ⅲ)氧化为毒性和迁移性较低的As(Ⅴ),而铁氧化物/氢氧化物则具有强烈吸附和沉淀As的能力; 生物炭有效减少了铁锰氧化物的团聚,提供了更多的界面活性位点,从而提高了稳定化效果; 此外,铁锰改性生物炭促进了水泥水化产物的生成,增强了水合硅酸钙和钙矾石对As的吸附包封和离子交换。

土壤有机质在石英-水界面吸附与团聚行为的分子动力学模拟

2025年12月10 00:00

作为土壤中最丰富的原生矿物,石英界面对有机质的吸附行为是调控土壤有机碳循环与稳定性的关键地球化学过程。采用分子动力学模拟方法,探究不同石英表面((100)-α、(100)-β、(001)和(101))纳米孔中有机质的界面微观结构、团聚迁移行为及其构象动态变化特征等关键分子机制,阐明离子类型对有机质稳定性的调控作用。模拟过程为:基于CLAYFF力场(描述石英)和Amber99SB力场(描述有机质及离子),在Ca²⁺和Mg²⁺浓度为0.06 mol·L^-1环境下开展了时间为300 ns的模拟。结果表明:范德华力虽然有助于有机质在石英界面的吸附和沉积,但是同时受到不稳定的氢键作用和静电排斥效应的影响; 此外,Ca²⁺通过内球配位作用形成致密且稳定的团聚体,以显著抑制有机质的扩散,而Mg²⁺则通过外球配位形成松散团聚结构,导致有机质具有更高的迁移能力。

2000～2023年长株潭城市群生境质量对土地利用的响应

2025年12月10 00:00

城市群已成为建设用地扩张高度活跃的区域,研究生境质量格局演变并分析其对土地利用的响应规律,对推动区域新型城镇化和构建生态安全格局具有重要意义。以长株潭城市群为研究区,采用InVEST模型对2000～2023年城市群生境质量进行评估,通过双变量空间自相关分析土地利用强度和生境质量的空间集聚特征。结果表明:①2000～2023年长株潭城市群土地利用强度持续上升,土地利用变化速率呈缓慢增长→加速扩张→增速放缓→二次加速→逐渐稳定的趋势,建设用地共增加1 087.34 km²,其中2005～2010年转移速率最大,土地利用动态度为9.65%,增加379.39 km²; ②生境质量水平总体呈退化后趋于稳定的趋势,空间格局呈边缘较高、市域中心城区较低,生境退化集中在市县城区边缘和交通干道沿线; ③土地利用强度和生境质量持续成高度负相关关系,且2015年后相关性有小幅增强。

秦巴山区土壤侵蚀时空演变格局及其多因子交互驱动机制

2025年12月10 00:00

秦巴山区作为我国关键生态屏障,阐明其土壤侵蚀时空演变规律对生态高地建设至关重要,尤其是在解析土壤侵蚀的驱动机制、自然与人为因子的交互作用及其时空异质性方面有待深入讨论。结合土壤侵蚀强度转移矩阵和地理探测器,基于修正通用土壤流失方程(RUSLE)模型,揭示2002～2022年秦巴山区土壤侵蚀时空格局及多因子驱动机制。结果表明:①秦巴山区年均侵蚀模数呈“先升后降”趋势,土壤侵蚀以微度、轻度侵蚀为主,面积占比超过81%,各等级侵蚀均呈现转移特征,微度与轻度侵蚀转移面积占比最高,为关键转入类型,轻度侵蚀转出面积最大,为23 163.63 km²(占全区总面积的7.72%)。②驱动因子分析显示自然因子主导侵蚀格局(坡度q值为0.69,降雨侵蚀力q值为0.68),早期人类活动通过土地利用转型加剧侵蚀,后期植被恢复抑制侵蚀; 关键因子交互效应中,坡度与降雨侵蚀力的交互驱动力最大(q值为0.87); 坡度与土地利用类型交互驱动力q值为0.80,坡度与其他因子的交互表现出极强的增强效应。③2002～2022年秦巴山区土壤侵蚀热点集中于林地、草地、水域及15°～25°坡度带。

基于多源数据的中国省域电力碳排放动态追踪与成因

2025年12月10 00:00

在全球气候变化与能源转型的共同驱动下,电力行业碳排放已成为应对气候变暖的关键问题之一。现有研究虽然在全球及部分国家层面开展了多角度的探索,但针对中国省级尺度,尤其是近实时碳排放核算与驱动因素分析仍相对不足。构建了覆盖中国31个省(自治区、直辖市)的电力生产近实时数据体系,并对2019～2024年日尺度碳排放时间序列进行了系统分析; 采用Kaya恒等式、对数平均迪氏指数(LMDI)分解模型、归一化季节指数构建及时间序列分析等方法,深入探讨了宏观社会经济因素、气候因素和重大突发公共卫生事件对各省级行政单位电力碳排放的影响。结果表明:2019～2024年全国日均电力碳排放量整体呈上升趋势。虽然2020年初受重大突发公共卫生事件的影响出现短暂下降,但随后迅速反弹并持续增长; 各省级行政单位电力碳排放量在时间上呈现波动性,在空间分布上表现出显著差异; 经济规模增长是多数地区电力碳排放量增加的主要驱动因素,而能源强度与碳强度的持续改善在一定程度上减缓了电力碳排放量的增长,部分地区甚至出现下降; 从时间特征来看,电力碳排放量存在明显的季节性波动,受夏季空调制冷与冬季采暖需求共同作用,大多数省级行政单位在夏季和冬季均出现电力碳排放高峰; 此外,法定节假日和重大突发公共卫生事件等对日尺度电力碳排放量曲线也产生了显著扰动。本研究建立的电力碳排放量估算体系与分析方法,有助于更全面地识别和理解电力碳排放量的动态变化特征,并为区域差异化碳减排政策的制定提供科学支撑。

鄂西南地区岩溶槽谷地质构造对地下水动态的影响

2025年12月10 00:00

鄂西南地区岩溶区地下水资源丰富,但高度发育的岩溶地质地貌导致地下水动态变化过程极为复杂。选取湖北省秭归县泗溪流域鱼泉洞和迷宫泉两处相邻地下水系统为研究对象,综合利用水文时间序列分析与流量衰减分析方法,分析了典型降雨事件中鱼泉洞和迷宫泉的流量动态特征,揭示了岩溶槽谷地貌及地下含水介质对其动态过程的影响规律。结果表明:①鱼泉洞—迷宫泉含水介质表现为较大裂隙与孔隙-较小裂隙共存的二元结构,均表现出显著的快速流与慢速流过程; 鱼泉洞峰值流量对强、弱降雨事件响应的滞后时间分别为4和9 h,迷宫泉峰值流量对强、弱降雨事件响应的滞后时间分别为3和6 h。②在岩溶槽谷地表地貌和地质结构共同作用下,强降雨事件中鱼泉洞和迷宫泉的流量衰减均存在坡面径流-落水洞释水、宽裂隙-管道释水、中宽裂隙释水、孔隙-微小裂隙释水等4个不同过程,其中槽谷地貌加强了地表产流过程; 弱降雨事件中鱼泉洞和迷宫泉的流量衰减仅有一个过程,均为中宽裂隙释水、孔隙-微小裂隙释水。③鱼泉洞、迷宫泉地质结构的差异性导致其水文动态过程存在不同。迷宫泉发育于较纯的厚层白云岩中,垂向裂隙相对发育,而鱼泉洞发育于中薄层泥质灰岩中,而且上下相邻地层均含有较多泥质成分,导致鱼泉洞上覆较厚土层,下伏岩层垂向裂隙发育较弱; 强降雨事件中,迷宫泉的快速流占比(52.4%)比鱼泉洞的快速流占比(7.8%)更高; 弱降雨事件中,鱼泉洞水流会在降雨入渗后的土-岩界面上形成临时饱水层并发生横向水流,再通过较大的垂向管道快速运输到地下水含水层,表现为鱼泉洞的快速流占比(33.6%)略高于迷宫泉的快速流占比(29.4%)。

基于高速铁路列车震源信号的地震面波干涉方法

2025年12月10 00:00

高速铁路列车震源信号绿色环保、重复稳定,在近地表探测和城市地下空间监测中具有重要应用潜力,但是使用传统地震干涉方法处理时易受串扰噪声严重干扰。为此,提出了一种适用于高速铁路列车震源数据的处理流程,以提高干涉结果的信噪比和反演成像的可靠性。首先,将高速铁路列车视为移动线源,并将轮组作用力等效为点源,构建震源时间函数; 通过对比分析不同干涉方法对高速铁路列车震源数据的适用性,构建了一套包含谱白化、互相干干涉、多趟列车事件叠加及FK滤波变换的数据处理流程。基于该数据处理流程,分别对模拟和实测的高速铁路列车震源数据进行面波信号提取,并利用提取的面波信号开展地下介质速度反演。结果表明:本文提出的数据处理流程能有效抑制串扰噪声,获得高信噪比的虚拟源面波记录,谱白化可提升面波信噪比,互相干干涉方法具有较强的抗串扰能力,多趟列车事件叠加能够重建高频段的面波频散能量,FK滤波变换可凸显面波信号特征; 最终的反演结果与实际地层信息吻合良好,验证了本文提出的数据处理流程的可靠性和有效性。