3月2日,在中国地质科学院2024年科技创新工作会议上,中国地质科学院2023年度十大科技进展正式公布。

十大科技进展为:西藏陆相火山岩区发现首例高硫化浅成低温热液型金矿、大数据研究范式揭示岩浆深部物源时空演化及其成矿制约、青藏高原大型地震断裂带的变形机制、华南地壳架构控制关键金属成矿系统的形成和就位、西藏南部新生代东西向伸展作用的深部岩浆作用响应、柴达木盆地卤水钾盐迁聚规律与找矿新突破、CNX-808波长色散X射线荧光光谱仪研发与产业化、二氧化碳地质封存与利用场地多尺度精细评价方法、华北燕辽大火成岩省和哥伦比亚超大陆巨型裂谷系及其资源效应、“化学地球”大科学计划揭示全球化学元素分布循环规律。

【链接】中国地质科学院2023年度十大科技进展成果简介一、西藏陆相火山区发现首例高硫化浅成低温热液型金矿

1.创新应用斑岩-浅成低温热液成矿理论,集成遥感高光谱、化探、物探等技术方法手段,首次在西藏多旋回火山深覆盖区发现高硫化浅成低温热液型金矿-鑫龙金矿(矿体视厚度达55米,真厚度约10.5米,平均品位17.97g/t)。

2.在外围发现郎美拉中硫型金矿以及鑫龙东铜、茶仑铅银等矿点,证实了该地区存在斑岩-浅成低温热液型铜金成矿系统,为后续西藏陆相火山岩区斑岩-浅成低温热液型铜金矿找矿突破提供重要支撑。

二、大数据研究范式揭示岩浆深部物源时空演化及其成矿制约

1.创建国内首个岩浆岩数据库及研究平台,核心数据和平台功能在某些方面已优于国际已有数据库。

2.编制发布了全球岩浆岩图、亚洲岩浆岩图、深时岩浆岩图等。

3.探索创新“数据+编图+研究”三位一体的研究范式,构建了亚洲花岗岩时空演化格架,提出亚洲大陆3种方式、5阶段的聚合模式;通过全球8个典型造山带同位素数据分析与填图,揭示其深部物质架构,量化显生宙巨量地壳生长及其成矿制约,提出造山带分类和物质造山带新概念,丰富地壳生长理论。

4成果突显了新的研究范式在解决重大科学问题方面的重要作用。成果发表于 Nature旗下的 Commun. Earth Environ.及 Natl. Sci. Rev.、Geology、Earth Sci. Rev.、GRL、GR等期刊。

三、青藏高原大型地震断裂带的变形机制

1.首次发现大地震可在地壳浅部含水断层泥中发生熔融作用;确定了龙门山映秀-北川断裂带晚三叠世逆冲-左行走滑的大地震活动,揭示了汶川茂县断裂带存在大地震活动和还原性孕震环境,并确定了新生代时期存在三期不同构造变形阶段,提供了青藏高原东缘不存在下地壳流机制的新证据;发现强震频发的鲜水河断裂带具有长期蠕滑变形行为,提出深部流体促进弱断层局部强化从而诱发地震的新机制。

2.评审专家认为成果改变了传统观点,在断层动力学方面提供了新见解,为完善断裂作用理论做出有益贡献。

3.成果提高了对大型断裂带变形作用和强震发生机制的认识,为地震危险性评估提供了科学依据,服务支撑国家重大工程建设。

4.成果发表在《Geology》《Tectonics》《Earth-Science Reviews》《Geophysics》《Gondwana Research》等刊物上。四、华南地壳架构控制关键金属成矿系统的形成和就位

1.聚焦华南陆块,首次开展了大陆尺度的中酸性岩浆岩锆石Hf同位素填图,重新界定了板块及成矿带的边界和重要矿床的空间归属。结合地震波速层析成像结果,刻画了华南陆块呈现新生、古老和再造地壳并置的空间架构,认为新生地壳和再造地壳均形成于元古代和中生代多阶段的不同动力学背景下。与花岗岩相关的W–Sn–Nb–Ta和REE矿床产于再造地壳域,多阶段的地壳改造和中生代地壳高温熔融事件导致这些关键金属元素被释放到壳源岩浆中。与W–Sn矿床相比,REE矿床主要产于有较多新生幔源物质注入的强改造地壳块体中。斑岩/矽卡岩/浅成低温热液型Cu–Au矿床产于富Cu的新生地壳域,而火山岩型U矿和斑岩/层控型Ag–Pb–Zn成矿系统却更多的产于古老地壳域及其边缘。依据构造–岩浆活动史和地壳属性,研究认为江南造山带西南段和南岭以北的三角区是W–Sn–Nb–Ta矿床的勘查远景区,而云开地体是Cu–Au矿床勘查的有利靶区。

2.此项研究示范性证明,同位素填图技术方法在刻画地壳物质架构和金属矿床形成、就位等方面具有重要作用。研究成果发表在《Geology》国际地学刊物上。

五、西藏南部新生代东西向伸展作用的深部岩浆作用响应

1.发现了喜马拉雅造山带首例中新世幔源碳酸质岩浆岩;确定了最老的~30Ma钾镁煌斑岩;揭示了藏南岩石圈顺次部分熔融作用。这些新发现限定了藏南裂谷系的启动不晚于~30Ma,为检验喜马拉雅构造演化与深熔作用的耦合关系提供了关键证据,为解译世界上陆内伸展作用过程中岩石圈深部熔融的精细模式提供了典型实例。

2.研究成果发表在《Chemical Geology》《Geological Society of America Bulletin》和《Lithos》等国际主流刊物上。

六、柴达木盆地卤水钾盐迁聚规律与找矿新突破

1.通过古气候、古构造和Sr同位素物源分析,认为柴达木盆地北部上新世-早更新世古盐湖沉积的含钾盐岩,由反冲构造推至阿尔金山上,再经淋滤溶解形成的含钾卤水储集在阿尔金山麓带砂砾层中,创新完善了“承袭式”成钾理论。

2.通过地震剖面解译识别出黑北凹地深部赋存巨厚的砂砾型储卤层,资源所钾盐团队会同柴综院实施“探采一体化”柴钾1井,探获下更新统1021.95m巨厚优质松散砂砾储卤层、稳定涌水量8586m3/d、氯化钾平均含量0.53%的高产工业品位卤水钾矿。大浪滩-黑北凹地有望形成继察尔汗、罗布泊之后中国第3个亿吨级大型钾盐资源基地。

3.指挥中心西宁中心创新应用盐湖“反S型”迁聚规律,拓展了马海盐湖老矿区外围找矿新空间。

七、CNX-808波长色散X射线荧光光谱仪研发与产业化

1.创造性地提出并实现了波谱、能谱和元素分布分析一体化功能。

2.首次实现了高端X射线仪器国产化和产业化,拥有完全自主知识产权,整体性能达到国内领先水平,打破了国外高端XRF仪器的长期垄断,可完全替代进口产品,促进了中国高端分析仪器的发展。产品具有制样简单、精度高、绿色环保、能同时进行多元素快速分析等特点,可满足地质调查、钢铁、建材、矿山、新材料等分析领域的需求,实现了Be-U,0.0001%-100%的宽范围无机元素测试。现已成功实现产业化,取得了良好的社会和经济效益,提升了我国在该领域的国际影响力。

3.研究成果获中国分析测试协会2023年BCEIA金奖。

八、二氧化碳地质封存与利用场地多尺度精细评价方法

1.针对咸水层、枯竭油气藏为封存目标的场地,从封存容量及可注入性、盖层封闭性及封存安全、场地建设影响及经济性三个方面,创新了统一的、分阶段二氧化碳地质封存场地选址指标体系,兼具科学性与易操作性,牵头编制形成《二氧化碳地质封存场地评价指标体系》国家标准(报批稿)。

2.构建了场地封存性能多尺度评价方法,通过分子-孔隙-岩心-场地多尺度静态-动态综合评价技术体系,有效克服了前期评价与工程实际存在较大误差的难题,研发了自主知识产权的大规模数值模拟软件GPSFLOW,实现了千万级网格规模高效、精细评价,进一步揭示了二氧化碳多场耦合作用下的运移规律,为注入方案设计、实时监测和预测提供了强大的工具。应用于低渗油气藏驱替提高采收率工程取得显著成效。结合我国油气藏实际地质条件,在重大工程场地开展二氧化碳注入与驱替提高采收率试验,提出兼顾经济效益与环境效益的协同优化方案,有效指导实际工程,为国家碳达峰碳中和战略提供了重要的地质科技支撑。

九、华北燕辽大火成岩省和哥伦比亚超大陆巨型裂谷系及其资源效应

1.在华北克拉通新识别出一个侵位于13.2亿年并由大规模辉绿岩床群构成的燕辽大火成岩省。

2.确定华北燕辽与北澳代理姆大火成岩省是被大陆裂解分割开的同一个大火成岩省,建立了华北与北澳克拉通在哥伦比亚超大陆中18~13亿年的长期连接关系。

3.首次提出晚前寒武纪全球性黑色页岩系与大火成岩省可能有时空及成因联系,并可作为地层断代标志,为晚前寒武纪地质年代表划分及界限年龄限定提供了新思路。

4.首次厘定了哥伦比亚超大陆中形成于14~13亿年,长度>15000千米的巨型裂谷系,提出该裂谷系是哥伦比亚超大陆裂解的重要标志,并控制了世界典型超大型稀土矿床的形成,具有较好的稀土及金属成矿潜力。

5.成果发表在《EPSL》《Geology》《PR》和《科学通报》等刊物。

十、“化学地球”大科学计划揭示全球化学元素分布循环规律

1.实施“化学地球”大科学计划, 提出元素大范围迁移和循环理论,制订国际标准6 份;建立覆盖全球1/3陆地面积的地球化学基准网,制作第一张《全球地球化学基准图》,揭示全球关键化学元素分布规律;建立首个化学属性“数字地球”,实现科学数据大众化应用。

2.全球地球化学基准委员会主席 David Smith 认为“中国地球化学基准图对科学界具有持久价值,对实现戈尔德施密特厘定地球化学元素分布规律愿景具有重要贡献”。“化学地球”大数据平台受广泛关注,网站点击量达670万次。

3.成果涵盖与战略资源、生态环境、全球变化和绿色发展等有关的60个关键元素地球化学基准图,为全球战略资源成矿物质背景、全球土壤碳基准与碳循环、全球重金属风险状况、绿色土地分布等提供了权威科学数据。