内蒙古孟恩陶勒盖银铅锌铟矿床的微量元素地球化学

孟恩陶勒盖银铅锌铟多金属矿床位于内蒙古东部，是产于海西期酸性岩浆岩体内部的热液脉状矿床，40多个矿体分布于东西长6km、南北宽200～1000m的范围内，成矿温度西高东低。矿床有用组分以Pb、Zn为主，伴生有Ag、Sn、In和Ga，其中Ag 1800t，Sn2000多t，In 400多t，Ga 100多t，构成一个典型的多金属矿床。一部分Ag以银矿物形式存在，另一部分Ag存在于方铅矿和闪锌矿中。除锡石和黄锡矿外，方铅矿也含有较高的锡。In和Ga主要存在于闪锌矿中。矿石中w(Ag)=82×10^-6～516×10^-6，w(Cd)=94×10^-6～1430×10^-6，w(In)=12×10^-6～295×10^-6，w(Ga)=3×10^-6～82×10^-6；方铅矿中w(Ag)=1580×10^-6～4995×10^-6，w(Sn)=735×10^-6～2785×10^-6，In和Ga很低；闪锌矿中w(Ag)=280×10^-6～2030×10^-6，w(Cd)=0．18％～0．44％，w(In)=85×10^-6～2660×10^-6，w(Ga)=11×10^-6～155×10^-6。从西向东，Sn和In含量降低，Ag和Ga含量增高。这一变化与成矿温度由西向东的降低一致。

长江中下游湖泊的环境演化：沉积物的碳、氮同位素记录研究

本项研究以长江中下游地区的浅水湖泊（太湖、巢湖、龙感湖）为研究对象，碳、氮同位素为研究手段，结合210Pb和14C年代学，以及沉积物中TOC、TN、C/N比值、TP等多种地球化学参数，对近代沉积环境演化过程，沉积物有机质来源以及西太湖形成演化的古环境进行分析研究。通过研究，得到以下主要认识： 1. 太湖沉积物剖面上δ13Corg和C/N比值分布范围指示太湖沉积物的有机物质来源主要是水生藻类。竺山湾T3点基本没有陆源物质输入；梅梁湾T2点有部分陆源物质输入；湖心T4点沉积物有机质来源还可能是不同于梅梁湾和竺山湾的水生植物。沉积物的地球化学参数剖面指示太湖从1920s始，沉积环境受人为因素的影响而逐渐营养化。 2. 巢湖沉积物δ13Corg和δ15N的研究结果，不仅指示沉积物有机质来源主要是水生藻类，受城市污染和农业面源污染输入的一定影响，而且指示了在沉积历史上因为巢湖闸的建成，湖泊生产力和浮游植物物种也发生了改变，湖泊富营养化。 3. 龙感湖沉积物δ13Corg和δ15N的研究分析，表明湖泊有机沉积以自身有机物源为主，受陆源输入影响小。1960s围垦造成营养盐输入量的增加，因为草型湖泊这一特征有利于营养盐的积累，缓解水体的富营养化程度，龙感湖始终处于中营养程度。 4. 太湖、巢湖和龙感湖表层沉积物孔隙水中NO3－和SO42-含量的差异，主要受水域污染状况、底泥有机质的丰富情况、环境水动力条件的变化、泥沙沉积和再悬浮过程引起的元素累积和释放影响，也是藻型湖泊与草型湖泊生产力大小、有机质沉积通量以及微生物丰度和活性等差异的表征。 5. 沉积物表层吸附态NH4+-N含量，体现了水域环境受污染的严重程度是：龙感湖<巢湖<太湖梅梁湾。三个湖泊中底泥有机质丰度差异和生物参与的氨化作用差别都非常显著。三个湖泊的沉积物表层铵态氮的含量，均表明了沉积物表层向上覆水体可能具有潜在的铵态氮迁移趋势。 6. 太湖古环境分析研究中，竺山湾和梅梁湾沉积物剖面的粒度分析、δ13Corg、δ15N、TOC、TN、C/N比值和TP都随沉积深度，对应14C定年结果，指示了西太湖沉积演化历程的三个阶段及其有机质来源。6870~6670 a B.P.，研究区被咸水覆盖，有机质来源是典型的水体自生来源，在竺山湾有逐渐增加的C4植物的输入。6670~5140 a B.P.，可能形成瀉湖并出现沉积间断。5140 a B.P.至今，形成淡水湖泊，沉积有机质主要来自湖泊自生物源，存在沉积间断。 7. 长江中下游的浅水湖泊沉积物中的有机质来源主要以湖泊自生来源为主，因为水体初级生产力的升高受陆源物质输入增加的影响，流域内人类活动引起的陆源物质输入不容忽视。长江中下游湖泊的近代沉积环境演化过程因为近岸距离、水动力强度和发育不同的水生植物等因素存在区域性差异，导致湖泊富营养化的最大根源是人为因素的影响发生的环境演变。

月表热参数模型与月壤厚度的被动微波遥感理论分析

利用被动微波遥感亮度温度数据反演月壤厚度是“嫦娥”探月工程的科学目标之一，也是人类探测月壤厚度的一种新的尝试。深入研究月表太阳辐射、月球内部热流以及月表温度的分布和变化规律，是解译遥感数据，反演月壤厚度的前提条件，也为进一步开展月球探测、开发利用月球资源乃至建立月球基地相关研究工作提供必要的参考。 本文根据月表有效太阳辐照度与太阳常数、日月距离和太阳辐射入射角的关系，建立了月表有效太阳辐照度的实时模型如下： (1) 其中， (2) (3) 通过对月表有效太阳辐照度实时模型的各个参数分析发现，影响月表有效太阳辐照度变化的主要因素是日地距离和太阳辐射入射角的变化。对模型的误差分析表明，从1950年到2050年的100年内，月表有效太阳辐照度计算结果的误差百分比小于0.28％，能更准确地反映月表有效太阳辐照度的变化情况。从2007年月表有效太阳辐照度的计算结果发现，该年内的月表有效太阳辐照度变化在1321.5～1416.6 W•m-2之间，平均为1368.0 W•m-2，一个月内的变化最小幅度为6.0 W•m-2，最大幅度为23.6 W•m-2。 在月表有效太阳辐照度的实时模型基础上，根据能量守恒和Stefan-Boltzmann定律，本文还得出了月表温度分布模型如下： (4) 其中，初始条件由下式决定， (5) 通过与月表温度实际观测结果的比较发现，当月表反射率、热发射率和热惯量分别取0.127、0.94和125 J•m-2•s-1/2•K-1时，模型的计算结果与实际观测值比较符合，能较好地预测理想条件下的月表温度。 月表热参数研究的一个重要应用就是解译对月被动微波遥感的亮度温度数据。在对月被动微波遥感探测中，辐射计获得的亮度温度反映了月球表层的热辐射特性。月球表层的热辐射与其自身的热状况紧密相关，结合文中建立的月表热参数模型，根据辐射传播理论进一步分析了对月微波遥感探测中，月球表层在不同情况下对亮度温度的贡献，确定了亮度温度随月表温度和月壤厚度的变化关系，对被动微波遥感探测月壤厚度的可能性和可能达到的精度进行了估算。 对月球表层的热辐射传播的分析发现，对月被动微波遥感探测获得的亮度温度受月球表层热辐射的控制，与月壤厚度具有指数相关性，并受到月表温度的影响。当月壤和月岩的复介电常数分别为2 + 0.005 j和9 + 1 j、相对磁导率均为1时，对应3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz和37.0GHz四个频率的亮度温度与月壤厚度及月表温度的关系可分别近似表示为， 3.0GHz亮度温度： (6) 7.8GHz亮度温度： (7) 19.35GHz亮度温度： (8) 37.0GHz亮度温度： (9) 当月壤厚度和月表温度分别在0.5m~30m和100K~400K之间变化时，上述四个频率的亮度温度变化范围分别在212.5K～252.8K、207.4 K～266.7K、193.8 K～288.6K和174.0 K～310.9K之间。对于较低频率的被动微波遥感，亮度温度随月壤厚度的增大逐渐增大并趋于稳定；对较高频率的被动微波遥感，亮度温度随月壤厚度的增大会产生起伏波动，不利于用单波段反演月壤厚度。亮度温度梯度在频率较高时梯度较大，在很小的月壤厚度范围内很快就趋于0，不利于厚度较大时的月壤厚度反演，但对于厚度较小时的月壤厚度反演精度较高；同时，除3.0GHz外，7.8GHz、19.35GHz和37.0GHz三个频率的亮度温度梯度随月表温度的升高降幅较大，尤其是19.35GHz，适合在夜间对月壤厚度较小的地区进行更精确的探测。对于3.0GHz，其亮度温度梯度受月表温度变化的影响很小，能反映出较深层月壤厚度的信息，可以对月球进行全球全天时探测。若辐射计的分辨率为0.02K，3.0GHz频率对10m厚月壤的判别精度达到0.07m；对于20m厚月壤的精度为1.4m。当月壤厚度小于0.5m时，随着月壤厚度从0到0.5m增加，月球表层的亮度温度贡献呈先减小后增大的趋势，从而使某一亮度温度值可能对应存在两种不同的月壤厚度。因此，对于月壤厚度小于0.5m的区域，利用单波段被动微波遥感亮度温度反演月壤厚度是比较困难的。 在对月被动微波遥感探测中，可以利用月球夜晚时段的亮度温度数据判别月壤厚度是否小于0.5m。当月表温度为100K时，3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz和37.0GHz四个频率的亮度温度判别参考值分别为212.9K、207.4K、193.5K和174.1K；月表温度为240K时，上述四个频率的亮度温度判别参考值分别为220.8K、226.8K、234.1K和237.2K。当亮度温度小于参考值时表示月壤厚度小于0.5m，反之，表示月壤厚度大于0.5m。更进一步地，可以根据月表温度的影响系数对月岩是否裸露于月表进行判断。当3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz和37.0GHz四个频率的月表温度影响系数接近0.77、0.82、0.84和0.85时，可以认为月岩直接暴露于月表。

云南兰坪金顶超大型铅锌矿区镉的环境地球化学研究

矿产资源开采利用过程中导致的重金属环境污染问题日益严重。我国铅锌矿资源丰富，其开采利用过程中镉的环境污染也日益突出。本文通过对云南兰坪金顶Pb-Zn矿区矿床开采利用过程中镉等重金属元素的环境地球化学行为及矿区生态环境的研究，得出如下主要结论。 1. 矿石淋滤实验表明矿区部分氧化铅锌矿石可以很快被再次氧化或者被溶解并释放出大量镉等有害元素，滤出元素可以迅速发生沉淀或被沉淀物包裹，其释放能力表现为Zn>Pb>Cd。铅锌氧化矿石中菱锌矿组分含量是影响镉淋失的主要因素。在开放体系的水-岩作用下，矿区岩石、矿物的自然风化极易造成当地水系统中镉污染。 2. 矿区不同岩（矿）石中镉含量分布差异比较大，围岩中镉含量为50-650 ppm，平均310 ppm，原生矿中镉含量为14-2800 ppm，平均767 ppm，氧化矿中镉含量为110-8200 ppm，平均1661 ppm，其平均值最高。Zn、Cd地球化学性质的差异导致了二者在原生矿和氧化矿中的不同地球化学分配特点，原生矿Zn/Cd高于氧化矿Zn/Cd，表明氧化环境中镉更容易在氧化矿中富集，而锌更容易被氧化析出到环境中。氧化矿中Cd与Ca呈负相关，这表明Cd的富集和Ca的氧化淋失是同时进行的，并且还可能有Cd对Ca的类质同像代替存在。 3. 矿区上游对照区土壤中的高含量Cd浓度是因土壤母质层重金属高背景值造成的，而非人为污染。矿区中心区土壤受到严重Cd污染，可能与选厂、采场废石堆、尾矿库和露采矿山大范围暴露有关。矿区沿沘江下游两岸土壤中Cd含量远远超出上游土壤背景值和金顶全区土壤背景值，这可能是与污水灌溉有关。通过加权综合污染指数评价法发现矿区土壤污染的主要因子是Cd，其次是Zn和Pb，矿区土壤重金属污染贡献顺序为：Cd>Zn>Pb。矿区土壤污染主要表现为：矿区土壤污染有从中心区向沘江下游扩散区土壤中蔓延的趋势。 4. 矿区水体中出现较高含量的镉，高出天然河流中镉含量的50-100倍。矿区架崖山、北厂和跑马坪等采矿区水体中镉浓度范围在15-30 µg/L之间。矿区水体中镉含量水平表现为：矿山浅层地下水>矿山溪流水>沘江河水。研究结果表明，矿区沘江下游河段水体明显受镉污染，其中水体中镉的平均含量为15.7 µg/L，悬浮物中镉含量为49.3 mg/kg，沉积物中镉含量为203.7 mg/kg。矿区载镉岩石和矿物的自然风化是造成矿区水环境中镉污染的直接原因。 5. 跑马坪采场的废弃石具有较低的Cd含量，而北厂、架崖山采场的废弃石具有较高的Cd浓度，可能与废弃矿石类型本身差异有关。尾矿剖面中的Cd含量，在表层中随剖面深度呈递减趋势，在中层随剖面深度变化不明显，而在底层中明显富集。尾矿库表层尾矿样品中弱酸提取态和可还原态Cd高于底层尾矿样品，相比之下，表层尾矿中Cd等重金属元素易于释放到环境中，对环境的潜在危害大。老尾矿库尾矿砂中Cd金属总量高于新尾矿库尾矿砂，可能还是因为选矿工艺、技术的差异造成的。 6. 矿区污染段水体中硫同位素值较低，远远低于上游非污染区硫同位素值。矿区水体中δ34S值保持了金顶铅锌矿山源区矿山物质硫同位素的特征，显示了矿山来源物质的影响。根据水体硫酸盐中硫同位素稀释原理，研究发现沘江下游水体SO42-中85 %的硫来源于矿山物质。 7. 从矿区筛选出Cd、Zn、Pb的超富集植物共有4种：其中Cd超富集植物有2种，分别是本地生条裂萎陵菜（Potentilla lancinata Card. In Lecomte）和辣子草（Galinsoga parviflora Cav.）；Zn超富集植物仅发现有1种植物，为节节草（Equisetum ramosissmum Desf.）；Pb超富集植物发现了1种植物，为毛莲菜（Picris hieracioides L.）。这些植物均具备了超富集植物的基本特征，在污染土壤治理与修复方面具有一定的实践意义。 8. 建立了金顶铅锌矿山（床）地质环境模型。Cd的释放、迁移扩散模式为：雨水淋滤时，矿山固体废弃物产生富Cd的酸性或弱酸性矿山排水，通过下渗淋滤发生测向和垂向迁移，进入周边水体和土壤，然后被水系沉积物中针铁矿、方解石等吸附，并在沉降物中沉淀富集，导致矿区主要河流沘江水体的自净能力下降，加速水体的进一步恶化，破坏生物生存环境。矿区受污染水体、土壤和大气中的有害物质通过生物链进入动植物体内，进而危害人类健康。

河南小秦岭大湖金－钼矿床地球化学及其矿床成因

秦岭造山带是华北与扬子两大古板块的接合带，在空间上，自北而南，秦岭造山带可分为华北板块南缘（华熊地块）、北秦岭造山带、南秦岭造山带和扬子板块北缘等4个构造单元。小秦岭金矿田位于华熊地块北缘，是国内外学者共识的造山型金矿田，河南灵宝大湖金－钼矿床位于小秦岭金矿田，属断控脉状矿床。大湖金－钼矿床最先正是以金矿床进行勘查的，其黄金储量28t，平均品位8.7g/t。随着开采深度的加大，部分含金石英脉向深部转变为辉钼矿－石英脉，目前探明钼资源量已达中型规模。 本论文主要从区域地质背景、矿床地质特征、元素地球化学、同位素地球化学、流体包裹体地球化学、矿床年代学及成矿机理等角度对大湖金－钼矿床进行了较为系统的研究，主要获得如下认识： 成矿过程经历3个阶段：早阶段为黄铁矿-石英脉，遭受变形、破碎，应形成于挤压或压剪过程；中阶段为细粒的辉钼矿-黄铁矿-石英网脉，贯入到早阶段黄铁矿或石英矿物的裂隙（可呈共轭状），应形成于剪切环境；晚阶段石英-碳酸盐细脉具梳状构造，充填于张性或张扭性裂隙。 大湖金-钼矿床的金属硫化物ISr=0.70470-0.71312，平均0.70854；(143Nd/144Nd)i=0.51143-0.51215，平均0.51162；(206Pb/204Pb)i=17.033-17.285，(207Pb/204Pb)i=15.358-15.438，(208Pb/204Pb)i = 37.307-37.582。其围岩太华群样品平均值ISr＝0.72294，(143Nd/144Nd)i=0.51107，(206Pb/204Pb)i=17.127-18.392，(207Pb/204Pb)i =15.416-15.604，(208Pb/204Pb)i=37.498-37.814，它们的平均值分别是17.547，15.470，37.616。通过金属硫化物及围岩太华群的对比，可以看出，成矿物质具有太华群和深部地幔混合的特征。 通过对不同阶段的含矿石英脉中的流体包裹体特征研究表明，早阶段只发育CO2-H2O型流体包裹体；中阶段流体包裹体类型复杂，有纯CO2型、CO2-H2O型、H2O-NaCl型和含子晶包裹体，指示流体沸腾作用强烈；而晚阶段只发育水溶液包裹体。早、中、晚3个阶段的流体包裹体均一温度分别集中在400-500℃、290-470℃、220-260℃；估计的早、中阶段流体的最低捕获压力分别为138-331MPa和78-237MPa，对应于成矿深度分别为13.8-11.0km和7.8-8.0km。早、中阶段的压力反应出静岩压力到静水压力的转变。成矿温度和压力明显高于浅部含金石英脉的成矿温度120-310℃，成矿压力100-150MPa。与野外观察到的“上金下钼”的空间关系一致。 大湖金－钼矿床辉钼矿－石英脉Re-Os同位素模式年龄较集中，介于215.4±5.4－255.6±9.6Ma，Re-0s等时线年龄为218±41Ma(MSWD=38，2σ误差)，表明大湖金－钼矿的辉矿化形成于印支期。 三叠纪末，随着古秦岭洋的逐渐封闭，处在弧后转换带的深部岩石在挤压作用下发生变质脱水而形成初始成矿流体，成矿流体沿断裂带（韧性剪切带）向上迁移而引起大湖钼矿床成矿系统的发育。随着区域构造环境由挤压转为伸展，区域的变质脱水更强，形成大量成矿流体，变质流体上侵为浅层流体循环提供了的热能，而浅层构造也因减压扩容而为流体循环提供了通道，这无疑有利于浅层流体循环和混入成矿系统。同时，增温和减压也有利于成矿流体发生沸腾。因此，充足的流体、热以及强烈的流体沸腾等，势必导致发生最为强烈的成矿物质快速沉淀作用。随着挤压作用的减弱，伸展作用的增强，区域热异常消失，地壳深部组分发生亏损，流体以浅源大气降水占主导，成矿作用迅速衰竭，形成石英-碳酸盐网脉，对成矿作用贡献减弱。总之，通过对大湖金钼矿床研究表明，大湖金钼矿床形成于由挤压转向伸展的构造背景，这与矿床地质的特征一致。