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    地球科学2019年第12期

    主编: 赖旭龙

    副主编: 张宏飞,章军锋,李建威,王淑华(常务)

    主管: 教育部

    主办: 中国地质大学

    编辑出版: 《地球科学》编辑部

    投稿网址: http://mc03.manuscriptcentral.com/es

    ISSN: 1000-2383

    CN: 42-1874/P

    优先发表栏目展示本刊经同行评议确定正式录用的文章,这些文章目前处在编校过程,尚未确定卷期及页码,但可以根据DOI进行引用。
    显示方式:
    西藏德明顶铜钼矿床短波红外光谱特征及勘查指示意义
    任欢,郑有业 ,吴松,张心,叶吉文,陈雪冬
    当前状态:  doi: 10.3799/dqkx.2019.983
    摘要(102) PDF 3080KB(16)
    摘要:
    德明顶矿区因交通不便、高寒缺氧、物理风化强烈、倒石堆覆盖严重等原因,致使找矿效果不理想。为进一步指导野外矿产勘查,我们在详细的野外观察的基础上,系统开展了短波红外光谱分析测试工作。结果显示:绢云母族矿物短波红外光谱标量在空间上呈现规律性变化,由浓集中心向外Al-OH吸收峰波长(Pos2200)逐渐变长、Al-OH吸收峰深度(Dep2200)逐渐降低、SWIR-IC值逐渐变小,且套合较好,表明该区域流体温度、压力明显高于外围,为热液蚀变矿化中心。结合蚀变规律、成矿岩体中锆石U-Pb年龄与辉钼矿Re-Os同位素年龄结果,在矿区内圈定了1处重点勘查靶区,为晚期铜矿化与早期(铜)钼矿化叠加的区域。该技术可以快速、有效地指导野外矿产评价、降低勘查成本,是西部特殊景观区找矿勘查评价的重要有效方法之一。
    目次
    目录
    2019, 44(12).  
    摘要(31) PDF 311KB(15)
    摘要:
    大陆俯冲带壳幔相互作用专辑
    大陆俯冲带壳幔相互作用
    郑永飞, 陈伊翔
    2019, 44(12): 3961-3983.   doi: 10.3799/dqkx.2019.982
    摘要(133) HTML全文(196) PDF 1370KB(86)
    摘要:
    由板块俯冲引发的深部物质循环过程是地球内部的一级运行机制,主宰了地球从内到外的演化进程,是地球科学研究的重要前沿.俯冲带化学地球动力学研究不仅需要确定俯冲带地壳物质再循环的机制和形式,而且需要确定俯冲带动力来源和热体制及其随时间的变化.为了识别不同类型壳源熔/流体对地幔楔的交代作用、寻求板片-地幔界面反应的岩石学和地球化学证据、理解汇聚板块边缘地壳俯冲和拆沉对地幔不均一性的贡献,我们必须将俯冲带变质作用、交代作用和岩浆作用作为一个地球科学系统来考虑.板块俯冲带变质过程中发生一系列物理化学变化,这些变化不但是导致板块进一步俯冲的主要驱动力,同时也控制着释放的熔/流体组成和俯冲到地球深部的物质组成,对俯冲带化学地球动力学过程产生重要影响.地幔楔作为俯冲系统中连接俯冲盘和仰冲盘的关键构造单元,在地球层圈之间物质循环和能量交换等方面起着重要作用.造山带地幔楔橄榄岩直接记录了俯冲带多种性质的熔/流体交代作用,以及复杂的壳幔物质循环过程.俯冲带岩浆岩是大洋/大陆板块俯冲物质再循环的表现形式,这些岩石样品记录了俯冲带从深部地幔到浅部地壳的过程,也为认识地球深部物质循环提供了理想的天然样品.尽管国际上在俯冲带岩石学和地球化学领域针对地球深部过程的研究方面取得了多项重要进展,但由于研究工作缺乏密切的协同配合,包括俯冲带熔/流体的物理化学性质、俯冲带壳幔相互作用的机制和过程、俯冲带幔源岩浆活动的物质来源和启动机制以及深部地幔过程对地表环境的影响等许多关键科学问题尚未得到根本解决.将来的研究需要聚焦俯冲带物质循环这一核心科学问题,进一步查明俯冲带变质作用、交代作用、岩浆作用等过程的各自特征和相互联系,包括挥发性组分在地球深部的迁移过程及其资源和环境效应,着力考察研究相对薄弱的古俯冲带,阐明板块俯冲与地球深部物质循环之间的耦合机制.
    板块俯冲带水流体活动及其效应的定量化数值模拟
    李忠海, 杨舒婷, 刘明启, 皇甫鹏鹏
    2019, 44(12): 3984-3992.   doi: 10.3799/dqkx.2019.232
    摘要(46) HTML全文(61) PDF 3119KB(41)
    摘要:
    为探讨水流体活动对板块俯冲隧道过程及大陆碰撞造山的制约作用,采用热力学和动力学耦合的数值模拟方法,建立了系统的数值模型.结果显示俯冲隧道内的混杂岩存在两种不同的折返路径:(1)平行于俯冲隧道斜向上折返,形成靠近缝合带的高压-超高压变质岩;(2)近垂直穿过上覆地幔楔侵入地壳深度.这两种差异性的模式主要受控于俯冲带热结构.俯冲带的温度结构控制俯冲隧道内水流体和熔体活动,从而影响上覆地幔楔的弱化程度,最终导致俯冲带内物质的不同运移过程和折返路径.同时,大陆俯冲碰撞带的岩石圈变形和拆沉作用均与俯冲带的流体-熔体活动所导致的岩石圈弱化息息相关.数值模拟结果极大促进了对于板块俯冲带流体-熔体活动及其动力学过程的理解.
    大陆俯冲带热结构的数值模拟
    冷伟, 孙郁东
    2019, 44(12): 3993-3997.   doi: 10.3799/dqkx.2019.253
    摘要(32) HTML全文(50) PDF 702KB(34)
    摘要:
    俯冲带热结构是控制俯冲板块演化的最主要因素之一.前人通过建立解析模型和数值模型对大洋俯冲带热结构进行了一系列研究,发现俯冲板块年龄和俯冲速度是影响俯冲带热结构的关键因素.为了认识大陆俯冲带热结构,特别是理解数值模型结果与岩石学结果之间的差异,我们建立了二维大陆俯冲带运动学和动力学数值模型研究其热结构演化.模型结果显示,如果大陆俯冲板块的俯冲速度与角度和大洋板块一致的话,较低的大陆俯冲带初始温度导致其板块温度比大洋俯冲带低.但是,当大陆俯冲板块的初始温度较高,俯冲速度超慢并且考虑大陆地壳中的放射性元素生热时,模型得到的大陆俯冲带热结构能够解释通过高压和超高压变质岩得到的较热的俯冲板块温度.另一方面,如果俯冲板块与上覆板块存在动力学解耦作用,也能够得到较热的俯冲温压数据.
    陆壳超深俯冲到斯石英稳定域地幔深度(~300 km)的新证据
    刘良, 陈丹玲, 章军锋, 康磊, 王超, 杨文强, 廖小莹, 任云飞, 盖永升
    2019, 44(12): 3998-4003.   doi: 10.3799/dqkx.2019.275
    摘要(43) HTML全文(47) PDF 1316KB(34)
    摘要:
    南阿尔金高压-超高压变质岩带泥质片麻岩中发现先存斯石英出溶蓝晶石+尖晶石的显微结构证据,将陆壳深俯冲的深度推进到了斯石英稳定域的地幔深度(≥ 300 km).然而,该类岩石是局部出现的还是具有一定的普遍性以及又是如何折返出露地表的?十多年来一直困惑着地球科学界.针对这一科学问题,通过系统的岩石学研究,在南阿尔金榴辉岩中首次发现了斯石英副象,重新厘定南阿尔金英格利萨依石榴辉石岩中石榴子石出溶单斜辉石和北秦岭松树沟长英质片麻岩中石榴石出溶石英棒状体岩石的峰期变质压力为9~10 GPa的斯石英稳定域,结合先期南阿尔金泥质片麻岩中发现先存斯石英出溶显微结构的研究成果,论证提出陆壳俯冲到斯石英稳定域的地幔深度(~300 km),然后再折返回地表的地质现象可能更为普遍,其岩石类型也可能具有多样性.通过高温高压实验研究,明确SiO2饱和岩石体系中石榴子石超硅的最小稳定条件为≥ 9~10 GPa斯石英稳定域,为识别辨认陆壳岩石俯冲到斯石英稳定域地幔深度的研究提供了新的借鉴和思路.
    南阿尔金高压-超高温麻粒岩变质作用:大陆地壳超深俯冲与折返过程的记录
    董杰, 魏春景, 张建新
    2019, 44(12): 4004-4008.   doi: 10.3799/dqkx.2019.233
    摘要(46) HTML全文(50) PDF 4541KB(34)
    摘要:
    南阿尔金造山带是目前报道的具有最深俯冲记录的大陆超高压变质带,其内出露有高压-超高温麻粒岩,它们对深入理解大陆地壳岩石超深俯冲与折返过程具有重要意义.介绍了对南阿尔金巴什瓦克地区长英质麻粒岩和基性麻粒岩的岩相学、矿物化学、相平衡模拟及锆石U-Pb年代学研究成果.其中基性麻粒岩主要记录了深俯冲大陆地壳折返过程的变质演化:包括高压榴辉岩相、高压-超高温麻粒岩相、低压-超高温麻粒岩相及随后的近等压降温演化阶段;长英质麻粒岩除了记录与基性麻粒岩相似的折返过程外,还记录了从角闪岩相到超高压榴辉岩相的进变质演化过程.结合已有研究资料,确定超高压榴辉岩阶段峰期条件> 7~9 GPa和>1 000℃,可达到斯石英稳定域.锆石年代学显示两种岩石类型的原岩和变质年龄均分别在900 Ma和500 Ma左右.变质作用与年代学研究表明,南阿尔金大陆地壳岩石在早古生代发生超深俯冲至200~300 km后,折返至加厚地壳底部发生高压-超高温变质作用,随后被快速抬升至地壳浅部发生低压-超高温变质作用并经历迅速冷却.
    柴北缘鱼卡含硬柱石假象榴辉岩的发现、P-T-t轨迹及控制硬柱石形成的主要因素
    任云飞, 陈丹玲, 宫相宽, 刘良
    2019, 44(12): 4009-4016.   doi: 10.3799/dqkx.2019.251
    摘要(34) HTML全文(32) PDF 1401KB(23)
    摘要:
    硬柱石是大洋冷俯冲带的代表性矿物之一,富含水和Sr、Pb及稀土等微量元素,其形成和分解对于俯冲带流体活动、壳幔水和微量元素循环、地幔楔交代和熔融及岛弧岩浆作用等具有重要影响.但由于硬柱石对温度和压力的改变非常敏感,在板片折返过程中很容易分解,因此目前全球出露的硬柱石榴辉岩极为稀少.总结了榴辉岩中早期硬柱石存在的识别标志,并据此确定柴北缘超高压带西段鱼卡地区的含蓝晶石榴辉岩和斜黝帘石榴辉岩是峰期硬柱石榴辉岩退变质改造的结果.该发现说明柴北缘成为继大别造山带之后全球第二例出露硬柱石榴辉岩的大陆俯冲型造山带.利用相平衡计算方法恢复了这两种榴辉岩的变质演化过程,其中含蓝晶石榴辉岩的P-T轨迹和峰期变质条件均与区内大陆俯冲型含柯石英多硅白云母榴辉岩相似,而斜黝帘石榴辉岩峰期变质温压则略低.锆石定年获得含蓝晶石榴辉岩和斜黝帘石榴辉岩的变质时代分别为437 Ma和436 Ma,与带内已有超高压榴辉岩相变质时代相同,同时获得含蓝晶石榴辉岩的原岩结晶时代为1 273 Ma.相似的变质P-T轨迹和变质时代表明含蓝晶石榴辉岩与同剖面含柯石英多硅白云母榴辉岩共同经历了大陆深俯冲作用.这一结果表明,硬柱石榴辉岩并非大洋冷俯冲带特有,决定榴辉岩中是否出现硬柱石的主要因素是原岩成分和变质条件.在鱼卡地区,榴辉岩的矿物组合中能否出现硬柱石的最主要控制因素是原岩中的Mg含量,由高Mg#的基性岩变质形成的榴辉岩峰期矿物组合中易出现硬柱石.
    北秦岭高压-超高压岩石的时空分布、P-T-t演化及其形成机制
    陈丹玲, 刘良, 廖小莹, 任云飞, 宫相宽
    2019, 44(12): 4017-4027.   doi: 10.3799/dqkx.2019.256
    摘要(34) HTML全文(36) PDF 1587KB(33)
    摘要:
    北秦岭构造带早古生代的构造格局和演化过程一直是地学界比较关注也是存在较大争议的问题之一.在已有研究基础上,系统总结了本课题组近年来在北秦岭早古生代高压-超高压变质作用研究方面的进展,从变质作用角度对北秦岭早古生代的构造演化提供重要限定.丹凤斜长角闪岩中柯石英的发现为区内超高压变质作用的存在提供了最直接的矿物学证据;东秦岭秦岭杂岩中的斜长角闪岩普遍经历了高压-超高压榴辉岩相变质,具面状分布的特征,是陆壳俯冲/深俯冲作用的产物;高压-超高压榴辉岩和围岩片麻岩都记录了顺时针的P-T-t轨迹,峰期变质时代为500~490 Ma,之后主体又经历约470~450 Ma和约420~400 Ma两期抬升退变质叠加和部分熔融作用;高压-超高压岩石两期退变质和部分熔融发生的时代与北秦岭460~440Ma和~420Ma的两期岩浆事件的时代一致,说明北秦岭早古生代岩浆作用是深俯冲陆壳板片断离和碰撞造山结束后地壳伸展作用的岩浆响应;高压-超高压榴辉岩原岩形成时代约800 Ma,具有与南秦岭新元古代中晚期岩浆岩一致的地球化学特征,北秦岭超高压岩石的形成可能是商丹洋关闭后洋壳拖曳着南秦岭陆壳物质向北发生大陆深俯冲的结果,商丹洋在500 Ma主体应该已经关闭;秦岭岩群是部分而不是整体经历了大陆的深俯冲,现今的秦岭岩群是一个俯冲碰撞杂岩带而不是一个岩石地层单元或微陆块;北秦岭早古生代造山作用在中泥盆世已经结束,整体处于构造隆升后的剥蚀阶段,是南秦岭刘岭群碎屑岩的主要蚀源区,刘岭群沉积盆地形成于碰撞造山后的伸展构造背景而非弧前环境.
    超高压变质岩中柯石英的产出和保存机制
    刘鹏雷, 章军锋, 金振民
    2019, 44(12): 4028-4033.   doi: 10.3799/dqkx.2019.231
    摘要(29) HTML全文(24) PDF 1688KB(29)
    摘要:
    了解柯石英的产出并制约其保存机制对于深入认识超高压变质岩的形成和演化具有重要的启示意义.早期的研究发现超高压变质岩中的柯石英主要以包裹体的形式产在刚性寄主矿物中,而粒间柯石英之前仅在苏鲁仰口的超高压双矿物榴辉岩中有过发现.目前提出的柯石英保存机制主要包括以下两种:涉及"构造超压"的"高压釜"模型和较干的变质演化环境.新近报道的大别山甘家岭超高压变沉积岩中的粒间柯石英和白云石中的大量柯石英包裹体肯定了较干的变质演化环境而削弱了传统的"高压釜"模型在保存柯石英方面所起的作用.
    低温高压榴辉岩锆石Ti温度计的有效性
    蔺梦, 张贵宾, 宋述光, 李慧娟, 张丽娟
    2019, 44(12): 4034-4041.   doi: 10.3799/dqkx.2019.268
    摘要(38) HTML全文(32) PDF 658KB(29)
    摘要:
    为了探讨锆石的Ti温度计对于低温高压(超高压)榴辉岩的适用性,利用前人版本的温度计对北祁连和西天山4个典型低温高压(超高压)榴辉岩中的锆石进行了温度计算.结合其他地区高压/超高压榴辉岩锆石文献数据,发现对于低温变质锆石,Ti温度计得到的结果普遍高于其他温度计算方法,最高可达到58%.虽然温度是控制锆石中Ti含量的主要因素,但是其他因素(例如压力、SiO2和TiO2的活度,锆石中的晶格缺陷、其他微量元素替代、锆石的不平衡生长和变质流体活动)也会影响锆石Ti温度计的计算结果.研究认为,在锆石重结晶和再生长过程中,流体活动可能是造成锆石Ti温度计计算结果偏高的主要原因.
    高压-超高压变质岩石中不同成因的石榴石
    夏琼霞
    2019, 44(12): 4042-4049.   doi: 10.3799/dqkx.2019.235
    摘要(38) HTML全文(30) PDF 3414KB(29)
    摘要:
    石榴石是高压-超高压变质岩石中最重要的变质矿物之一,是研究俯冲带深部变质和熔融过程的理想研究对象.通过对俯冲带内不同条件下形成的石榴石进行详细研究,确定了岩浆成因、变质成因和转熔成因石榴石.岩浆石榴石是岩浆熔体在冷却过程中结晶形成,成分主要为锰铝榴石-铁铝榴石,通常含有石英、长石、磷灰石等晶体包裹体.变质石榴石是在亚固相条件下通过变质反应形成,包裹体为参与变质反应的矿物组合;进变质生长的石榴石通常显示核部到边部锰铝榴石降低的特征.转熔石榴石是在超固相条件下通过转熔反应形成,通常含有晶体包裹体,其中既有从转熔熔体结晶的矿物包裹体,也有转熔反应残留的矿物包裹体.对超高压变质岩石中转熔石榴石的识别,可以为深俯冲陆壳岩石的部分熔融提供重要的岩石学证据,是大陆俯冲带部分熔融研究的重要进展之一.
    蚀变洋壳和俯冲带变质流体的Fe-Mg同位素组成
    黄建, 黄方, 肖益林
    2019, 44(12): 4050-4056.   doi: 10.3799/dqkx.2019.234
    摘要(34) HTML全文(23) PDF 544KB(30)
    摘要:
    贫碳酸盐的蚀变洋壳具有与新鲜洋中脊玄武岩一致的Mg同位素组成,说明低温和高温洋壳蚀变不会导致Mg同位素分馏.大别山港河和花凉亭的早期变质脉比榴辉岩具有偏高的δ56Fe-δ26Mg值,而且早期到晚期变质脉的δ56Fe-δ26Mg值逐渐降低.这些结果说明,在流体-岩石反应和流体演化过程中,Fe-Mg同位素发生了显著的分馏,且矿物溶解-再沉淀是同位素分馏的控制因素.相比洋中脊玄武岩,蚀变洋壳和变质脉具有相似或偏高的δ56Fe-δ26Mg值,说明蚀变洋壳脱水产生的流体富集重Fe-Mg同位素,不能解释弧岩浆岩的轻Fe/重Mg同位素组成.因此,弧岩浆岩异常的Fe-Mg同位素组成是熔体提取和富集54Fe-26Mg的蛇纹岩流体交代地幔楔两个过程共同作用的结果.
    大陆俯冲隧道板片-地幔楔界面反向流体交代作用:西阿尔卑斯造山带超高压变质白片岩的地球化学证据
    陈伊翔
    2019, 44(12): 4057-4063.   doi: 10.3799/dqkx.2019.241
    摘要(31) HTML全文(128) PDF 975KB(29)
    摘要:
    前人对深俯冲板片释放熔/流体交代地幔楔形成弧岩浆源区的过程和机制已得到充分认识,然而对地幔楔岩石能否脱水交代深俯冲地壳并不清楚.在对欧洲西阿尔卑斯造山带Dora-Maira地体白片岩的地球化学研究中,首次发现地幔楔交代岩能够脱水反向交代深俯冲地壳岩石,从而极大影响俯冲地壳的地球化学组成.结合白片岩和围岩的全岩地球化学特征以及锆石学结果,查明了白片岩的原岩为S型花岗岩,澄清了关于Dora-Maira白片岩原岩属性的长期争议.在此基础上,发现白片岩中变质锆石相对残留岩浆锆石δ18O值显著降低,指示原岩形成后受到低δ18O变质流体的交代作用.白片岩具有高温岩石中最高的δ26Mg值达0.75‰,显著高于围岩变花岗岩,指示交代流体具有重Mg同位素组成.基于地球主要岩石储库的Mg同位素组成,推测交代流体来自俯冲隧道中富滑石地幔楔蛇纹岩在弧下深度的脱水分解,而这些地幔楔蛇纹岩是新特提斯洋壳在弧前深度变质脱水产生的流体与地幔楔浅部橄榄岩反应形成.这些结果不仅提供了利用Mg-O同位素示踪俯冲隧道中流体来源的新思路,也提供了地幔楔蛇纹岩来源流体反向交代深俯冲地壳岩石的首个典型实例.这种反向交代不仅极大改变了深俯冲地壳的地球化学组成,而且对弧岩浆岩重Mg同位素成因具有重要意义.
    大陆俯冲带大规模的变质流体活动:来自大别造山带超高压硬玉石英岩的记录
    高晓英
    2019, 44(12): 4064-4071.   doi: 10.3799/dqkx.2019.242
    摘要(28) HTML全文(16) PDF 3572KB(26)
    摘要:
    硬玉石英岩是一种稀少且与流体作用相关的变质岩,同时出露于高压或超高压洋壳和陆壳俯冲带中.通过对中国东部大别造山带中出露达50 km2的含柯石英的超高压硬玉石英岩进行研究,综合全岩主微量元素、矿物Mg-O同位素和锆石学研究.结果表明,硬玉石英岩的原岩为古元古代TTG岩石,经历过弱化学风化和强物理风化作用,然后在三叠纪时期受到围岩富黑云母片麻岩分解脱水而产生的大量重Mg同位素流体交代,从而形成硬玉石英岩.考虑到这种受流体交代成因的硬玉石英岩在大别山广泛出露,表明其在三叠纪大陆深俯冲过程中存在着大规模的变质流体活动,这项研究首次报道了大陆俯冲带有大规模的流体活动存在,同时也挑战了传统观点认为的大陆俯冲带缺乏岛弧岩浆作用主要原因是缺乏足够量的流体活动.
    超高压榴辉岩-脉体体系成因和俯冲带变质流体演化
    郭顺, 唐盼, 陈意
    2019, 44(12): 4072-4080.   doi: 10.3799/dqkx.2019.238
    摘要(26) HTML全文(18) PDF 1863KB(25)
    摘要:
    超高压岩石-脉体体系是认识俯冲带流体性质和行为的天然实验室.通过总结大别超高压变质带3个榴辉岩(角闪岩)-脉体体系的研究成果,探讨了大陆俯冲带变质流体的溶解-结晶过程和氧逸度变化规律以及流体对轻元素硼的迁移过程.对榴辉岩-复合高压脉体的研究发现超高压流体通过溶解矿物富集溶质组分,流体随后经历3期结晶过程,分别形成绿辉石-绿帘石脉、绿帘石-石英脉和蓝晶石-绿帘石-石英脉.绿帘石La、Cr和δEu值是判断结晶次序的关键指标.对榴辉岩-角闪岩-低压脉体研究表明大陆俯冲带低压变质流体的氧逸度明显高于高压-超高压变质流体.高氧逸度条件也导致一些反常矿物(如退变金红石)的生长.对含电气石榴辉岩-脉体研究揭示变质碳酸盐岩是大陆俯冲板片中重硼同位素的重要储库,其在汇聚板块边界的脱硼作用显著影响深部硼循环.上述研究成果为理解俯冲带变质流体演化和物质循环提供重要科学依据.
    板块俯冲过程中的Mg-Li-Fe-Cr同位素分馏
    李东永, 肖益林, 王洋洋, 沈骥, 刘海洋
    2019, 44(12): 4081-4085.   doi: 10.3799/dqkx.2019.255
    摘要(38) HTML全文(28) PDF 626KB(31)
    摘要:
    金属稳定同位素体系是示踪板块俯冲对壳幔物质再循环影响的全新工具,因此其在俯冲带的地球化学行为备受关注.Mg同位素在俯冲过程中不发生显著分馏,但大陆玄武岩具有低于洋中脊玄武岩的Mg同位素,这可能是碳酸岩的俯冲再循环导致的.与角闪岩继承原岩的Li同位素组成不同,榴辉岩具有轻于原岩的Li同位素组成,可归因于俯冲折返过程中的动力学扩散、脱水反应或低Li同位素的流体交代.作为变价元素,Fe和Cr的同位素在榴辉岩的形成过程中均不发生显著分馏,但是蛇纹岩的Fe同位素和Cr同位素与氧逸度指标具有相关性,指示氧化还原条件变化时脱水过程或流体交代会导致同位素分馏.
    造山带橄榄岩起源和大陆俯冲带壳幔相互作用
    陈意, 苏斌, 郭顺
    2019, 44(12): 4086-4094.   doi: 10.3799/dqkx.2019.262
    摘要(30) HTML全文(24) PDF 6080KB(38)
    摘要:
    俯冲地壳衍生流体交代地幔楔,是产生俯冲带岩浆作用的重要机制.但是,目前人们对俯冲大陆物质改造地幔楔的岩石学过程和机理仍缺乏深入认识,造山带橄榄岩是解析这一问题的直接样品.通过对大别-苏鲁造山带橄榄岩进行系统的矿物学、岩石学和地球化学研究,发现橄榄石Ni/Co比值可有效区分幔源和壳源造山带橄榄岩,揭示幔源造山带橄榄岩起源于华北岩石圈地幔.苏鲁李家屯纯橄岩在进入俯冲带之前就已在地幔内部经历了碳酸盐熔体交代.大别毛屋和苏鲁蒋庄橄榄岩及其交代脉体记录了约170~200 km深度的俯冲带壳幔相互作用过程.深俯冲陆壳释放的富Si-Al质熔体可不同程度地改造地幔楔底部,形成富石榴石和富辉石的交代岩,并引发强烈的Os同位素分馏效应.该过程不仅改变地幔楔岩性和化学组成,还能够改变交代介质成分,为俯冲带各类深部地幔岩浆提供源区物质.因此,大陆深俯冲是导致上地幔不均一的重要途径.
    造山带橄榄岩记录的大陆俯冲带多期壳幔相互作用
    陈仁旭, 郑永飞
    2019, 44(12): 4095-4101.   doi: 10.3799/dqkx.2019.254
    摘要(28) HTML全文(22) PDF 592KB(36)
    摘要:
    俯冲带是地壳与地幔之间物质交换的主要场所.前人对大洋俯冲带壳幔相互作用进行了大量研究,但是对俯冲带壳幔相互作用的物理化学过程和机理仍缺乏明确认识.在大陆俯冲带出露有造山带橄榄岩,它们来自俯冲板片之上的地幔楔,是解决这个问题的理想样品.通过对大别-苏鲁和柴北缘造山带橄榄岩进行系统的岩石学和地球化学研究,发现地幔楔橄榄岩由于俯冲地壳的交代作用而含有新生锆石和残留锆石,它们能为地壳交代作用时间、交代介质来源、性质和组成提供制约.地幔楔橄榄岩在大陆碰撞过程的不同阶段受到了俯冲大陆地壳衍生的多期不同性质流体的交代作用.地幔楔橄榄岩还受到了陆壳俯冲之前古俯冲洋壳衍生流体的交代作用.深俯冲陆壳衍生熔体与橄榄岩反应形成的石榴辉石岩具有高的水含量,能提供高水含量的地幔源区.
    俯冲隧道内不同深度的壳幔相互作用:地幔楔超镁铁质岩的镁同位素记录
    沈骥, 李王晔, 李曙光, 肖益林
    2019, 44(12): 4102-4111.   doi: 10.3799/dqkx.2019.286
    摘要(31) HTML全文(22) PDF 1818KB(25)
    摘要:
    在不同的俯冲深度,俯冲板片会释放出不同来源和组成的熔/流体进入俯冲隧道中,并进而影响上覆地幔楔及衍生岛弧岩浆的地球化学组成.然而,如何识别俯冲隧道中不同深度熔/流体组分的来源一直是俯冲带研究中的难点.对不同深度来源的地幔楔超基性岩进行了Mg同位素研究,发现了Mg同位素具有示踪俯冲板块熔/流体来源的能力.首先,研究了美国加州Franciscan杂岩中一套经历了多期次流体交代作用的浅部来源(< ~60 km)的变质超基性岩.这些部分蛇纹石化的地幔楔超基性岩在蛇纹石脱水形成滑石的过程中会释放轻Mg同位素进入流体,而重Mg同位素更多地残留在滑石相中;随后进一步受俯冲板块来源流体的交代形成具有高CaO和轻Mg同位素组成的透闪石化变橄榄岩,暗示流体中含有源自俯冲板片的、富集轻Mg同位素的碳酸盐,说明在弧前~60 km深度,部分含Mg碳酸盐(方解石)可以在俯冲隧道中发生溶解并迁移交代上覆地幔楔橄榄岩.对深部地幔楔来源(~160 km)的大别造山带毛屋地区超镁铁质岩体岩相学和元素地球化学研究结果证实了其交代成因.结合多相包裹体、元素地球化学以及前人估计的温-压条件,推测交代介质更接近超临界流体.锆石U-Pb年代学研究揭示,交代作用主要发生在古生代洋壳俯冲阶段(454±58 Ma),超高压变质作用则发生在三叠纪陆壳俯冲阶段(232.8±7.9 Ma).古生代锆石中大量的碳酸盐矿物包裹体和重O同位素特征说明古生代洋壳俯冲交代过程中有沉积碳酸盐组分加入.全岩和单矿物的Mg同位素组成均显著低于地幔值以及大别新元古代榴辉岩,说明交代的碳酸盐组分来源应为循环的沉积富Mg碳酸盐,暗示了在俯冲带深部富Mg沉积碳酸盐在超临界流体中会发生溶解迁移.由于沉积碳酸盐具有独特的、显著富集轻Mg同位素组成的特征,这种交代作用会造成地幔楔局部具有异常的Mg同位素组成,从而解释目前观察到的岛弧火山岩的Mg同位素特征.因此,Mg同位素是示踪俯冲碳酸盐与上覆地幔楔相互作用的有效工具.
    俯冲带壳-幔相互作用的高温高压实验:对地幔不均一性成因的启示
    王春光, 许文良
    2019, 44(12): 4112-4118.   doi: 10.3799/dqkx.2019.230
    摘要(27) HTML全文(26) PDF 2615KB(29)
    摘要:
    使用活塞-圆筒式高温高压装置进行一系列榴辉岩部分熔融熔体与橄榄岩反应实验,可以为深入了解俯冲带壳-幔相互作用的影响因素及地幔不均一性的成因提供重要信息.实验使用反应偶的方法,并在0.8~3.0 GPa和1 200~1 425℃条件下进行.实验结果表明,榴辉岩部分熔融熔体-橄榄岩反应的动力学和结果受控于熔体主量元素成分、熔体中的H2O、温度、压力和橄榄岩的物理状态等因素.大陆俯冲带地幔岩石中斜方辉石的富集是再循环陆壳熔体与上覆地幔反应的结果,地幔岩石中斜方辉石岩脉的形成与含水熔体交代有关,地幔岩石中的石榴辉石岩和石榴石岩可能形成于高压、低温条件下的熔体-橄榄岩反应.
    大陆板片-地幔相互作用:来自大别造山带碰撞后安山质火山岩的地球化学证据
    赵子福, 代富强, 陈启
    2019, 44(12): 4119-4127.   doi: 10.3799/dqkx.2019.244
    摘要(30) HTML全文(25) PDF 607KB(35)
    摘要:
    俯冲到地幔深度的地壳物质不可避免地在板片-地幔界面与地幔楔发生相互作用,由此形成的超镁铁质交代岩就是造山带镁铁质火成岩的地幔源区.因此,造山带镁铁质火成岩为研究俯冲地壳物质再循环和壳-幔相互作用提供了重要研究对象.为了揭示俯冲陆壳物质再循环的机制和过程,对大别造山带碰撞后安山质火山岩开展了元素和同位素地球化学研究.这些安山质火山岩的SIMS锆石U-Pb年龄为124±3~130±2 Ma,表明其形成于早白垩世.此外,残留锆石的U-Pb年龄为中新元古代和三叠纪,分别对应于大别-苏鲁造山带超高压变火成岩的原岩年龄和变质年龄.它们具有岛弧型微量元素特征、富集的Sr-Nd-Hf同位素组成,以及变化的且大多不同于正常地幔的锆石δ18O值.这些元素和同位素特征指示,这些安山质火山岩是交代富集的造山带岩石圈地幔部分熔融的产物.在三叠纪华南陆块俯冲于华北陆块之下的过程中,俯冲华南陆壳来源的长英质熔体交代了上覆华北岩石圈地幔楔橄榄岩,大陆俯冲隧道内的熔体-橄榄岩反应产生了富沃、富集的镁铁质地幔交代岩.这种地幔交代岩在早白垩世发生部分熔融,就形成了所观察到的安山质火山岩.因此,碰撞造山带镁铁质岩浆岩的地幔源区是通过大陆俯冲隧道内板片-地幔相互作用形成的,而加入地幔楔中长英质熔体的比例决定了这些镁铁质岩浆岩的岩石化学和地球化学成分.
    大陆碰撞造山带镁铁质岩浆岩记录俯冲古洋壳物质再循环
    戴立群, 赵子福
    2019, 44(12): 4128-4134.   doi: 10.3799/dqkx.2019.240
    摘要(37) HTML全文(24) PDF 507KB(39)
    摘要:
    在大陆碰撞造山带中寻找消失的古洋壳再循环及其壳幔相互作用的证据,对理解从洋壳俯冲到陆壳俯冲化学地球动力学过程的转变,以及板块构造理论的发展具有重要意义.通过对桐柏-红安造山带晚古生代和晚中生代镁铁质岩浆岩的岩石地球化学特征进行总结,可以识别出俯冲古洋壳再循环的岩石学和地球化学记录.晚古生代岛弧型镁铁质岩石具有弧型微量元素特征和相对亏损的放射成因同位素组成,记录了俯冲古洋壳在弧下深度(80~160 km)的流体交代作用;而晚中生代洋岛型镁铁质岩石OIB型微量元素特征和亏损-弱富集的放射成因同位素组成,记录了俯冲古洋壳在弧后深度(>200 km)的熔体交代作用.这一定性的解释也进一步得到了定量计算的证实,其结果表明镁铁质岩浆岩中的不相容元素的含量以及放射性成因同位素的富集程度,主要受控于地幔源区中所加入的地壳组分的性质和比例.因此,碰撞造山带中的岛弧型和洋岛型镁铁质岩浆岩,分别记录了弧下和弧后深度的俯冲古洋壳物质再循环.
    中国东部新生代玄武岩记录古太平洋俯冲带壳幔相互作用
    徐峥, 郑永飞
    2019, 44(12): 4135-4143.   doi: 10.3799/dqkx.2019.273
    摘要(37) HTML全文(31) PDF 652KB(42)
    摘要:
    大陆玄武岩通常具有与洋岛玄武岩相似的地球化学成分,其中含有显著的壳源组分.对于洋岛玄武岩来说,虽然其中的壳源组分归咎于深俯冲大洋板片的再循环,但是对板片俯冲过程中的壳幔相互作用缺乏研究.对于大陆玄武岩来说,由于其形成与特定大洋板片在大陆边缘之下的俯冲有关,可以用来确定古大洋板片俯冲的地壳物质再循环.本文总结了我们对中国东部新生代玄武岩所进行的一系列地球化学研究,结果记录了古太平洋板片俯冲析出流体对地幔楔的化学交代作用.这些大陆玄武岩普遍具有与洋岛玄武岩类似的地球化学成分,在微量元素组成上表现为富集LILE和LREE、亏损HREE,但是不亏损HFSE的分布特点,在放射成因同位素组成上表现为亏损至弱富集的Sr-Nd同位素组成.在排除地壳混染效应之后,这些玄武岩的地球化学特征可以由其地幔源区中壳源组分的性质来解释.俯冲大洋地壳部分熔融产生的熔体提供了地幔源区中的壳源组分,其中包括洋壳镁铁质火成岩、海底沉积物和大陆下地壳三种组分.华北和华南新生代大陆玄武岩在Pb同位素组成上存在显著差异,反映它们地幔源区中的壳源组分有所区别.中国东部新生代玄武岩的地幔源区是古太平洋板片于中生代俯冲至亚欧大陆东部之下时,在>200 km的俯冲带深度发生壳幔相互作用的产物.在新生代期间,随着俯冲太平洋板片的回卷引起的中国东部大陆岩石圈拉张和软流圈地幔上涌,那些交代成因的地幔源区发生部分熔融,形成了现今所见的新生代玄武岩.
    长江中下游中生代安山质火山岩记录的新元古代大洋板片-地幔相互作用
    陈龙, 郑永飞
    2019, 44(12): 4144-4151.   doi: 10.3799/dqkx.2019.243
    摘要(27) HTML全文(27) PDF 662KB(23)
    摘要:
    大陆弧安山岩的形成是大洋板片向大陆边缘之下俯冲的结果,但是在具体形成机制上存在很大争议.针对这个问题,对长江中下游地区中生代安山质火山岩及其伴生的玄武质和英安质火山岩进行了系统的岩石地球化学研究,结果对大陆弧安山质火成岩的成因提出了新的机制.分析表明,这些岩石形成于早白垩世,它们不仅表现出典型的岛弧型微量元素分布特征,而且具有高度富集的Sr-Nd-Hf同位素和高的放射成因Pb以及高的氧同位素组成.通过全岩和矿物地球化学成分变化检查发现,地壳混染和岩浆混合作用对其成分的富集特征贡献有限,而其岩浆源区含有丰富的俯冲地壳衍生物质才是其成分富集的根本原因.虽然这些火山岩的喷发年龄为中生代,但是其岩浆源区形成于新元古代早期的华夏洋壳俯冲对扬子克拉通边缘之下地幔楔的交代作用.大陆弧安山岩地幔源区中含有大量俯冲洋壳沉积物部分熔融产生的含水熔体,显著区别于大洋弧玄武岩的地幔源区,其中只含有少量俯冲洋壳来源的富水溶液和含水熔体.正是这些含水熔体交代上覆地幔楔橄榄岩,形成了不同程度富集的超镁铁质-镁铁质地幔源区.在早白垩纪时期,古太平洋俯冲过程的远弧后拉张导致中国东部岩石圈发生部分熔融,其中超镁铁质地幔源区熔融形成玄武质火山岩,镁铁质地幔源区则熔融形成安山质火山岩.因此,大陆弧安山岩成因与大洋弧玄武岩一样,可分为源区形成和源区熔融两个阶段,其中第一阶段对应于俯冲带壳幔相互作用.
    碰撞造山带地壳深熔作用:来自纳米花岗岩包裹体的观测与实验约束
    李鑫, 刘强, 樊燏, 章军锋
    2019, 44(12): 4152-4156.   doi: 10.3799/dqkx.2019.223
    摘要(29) HTML全文(28) PDF 4073KB(30)
    摘要:
    在碰撞造山带构造演化过程中,中下地壳深熔作用对于深部地壳物理性质与化学成分具有重要控制作用.作为深熔作用的"见证者",纳米花岗岩包裹体是寄主岩石部分熔融作用的产物,能够为确定陆壳岩石中天然熔体特征及分析熔融机制提供关键信息.在喜马拉雅东构造结南迦巴瓦岩群的代表性岩石单元(泥质片麻岩与长英质片麻岩)中,石榴石与锆石中常包含有典型的纳米花岗岩包裹体,其代表性子矿物组合为钾长石+斜长石+石英±黑云母,这是在黑云母脱水熔融过程中、寄主片麻岩中熔体被主要转熔矿物(如石榴石等)捕获所形成一类特殊包裹体.在观测基础上,采用高温高压与高温常压手段,对纳米花岗岩包裹体进行均一化实验并获得均一化玻璃质熔体.成分分析表明,均一化熔体成分以过铝质花岗岩为主,其主/微量元素特征能够有效反演部分熔融作用的演化过程.因此,纳米花岗岩包裹体的天然观测与实验研究对于确定天然熔体特征与深入剖析碰撞造山带的地壳深熔作用具有重要启示意义.
    罗迪尼亚超大陆聚合在华南陆块北缘的镁铁质岩浆岩记录
    张少兵, 吴鹏, 郑永飞
    2019, 44(12): 4157-4166.   doi: 10.3799/dqkx.2019.252
    摘要(30) HTML全文(30) PDF 581KB(31)
    摘要:
    超大陆的聚合必然伴随着从大洋俯冲、弧陆碰撞到陆陆碰撞等一系列板块汇聚和造山过程,这些不同阶段的俯冲和汇聚过程会产生不同特征的岩浆岩记录.华南陆块是新元古代罗迪尼亚超大陆的重要组成部分,在这个超大陆聚合过程中有格林维尔期洋壳俯冲及其伴随的壳幔相互作用.总结了华南陆块北缘记录的罗迪尼亚超大陆聚合不同阶段发生的岩浆活动,比较了其产物的地球化学特征,探讨了它们对应的构造环境.华南陆块北缘900~950 Ma的岩浆活动产物以镁铁质岩浆岩为主,伴随有少量斜长花岗岩,为洋壳俯冲作用的产物.当洋壳俯冲到大陆边缘之下形成安第斯型俯冲带,古老陆源沉积物也被携带进入俯冲带,由此部分熔融产生的含水熔体交代上覆地幔楔形成极度富集的造山带岩石圈地幔,其在新元古代中期发生部分熔融形成具有极负锆石εHft)值的镁铁质岩浆岩.因此,在罗迪尼亚超大陆聚合过程中地幔楔被交代形成镁铁质-超镁铁质交代岩,其中一部分在俯冲阶段就发生部分熔融形成大洋弧或大陆弧镁铁质岩浆岩,另一部分在俯冲之后由于大陆裂断引起造山带岩石圈拉张使其与上覆地壳一起部分熔融形成双峰式岩浆岩.
    IBM型洋内弧的形成机制:以祁秦增生杂岩带为例
    宋述光, 杨立明
    2019, 44(12): 4167-4172.   doi: 10.3799/dqkx.2019.276
    摘要(37) HTML全文(25) PDF 2713KB(36)
    摘要:
    岛弧的形成和演化对于理解板块构造和大陆生长有重要意义.祁连山-西秦岭一带发育两条不同类型的弧岩浆岩带,其北侧为北祁连增生杂岩带,由蛇绿岩、高压变质岩和大陆型弧岩浆岩带组成,形成时代为520~440 Ma.岩浆岩以中酸性火山岩-侵入岩为主,部分地区发育典型双峰式火山岩.南侧为祁秦增生杂岩带,由寒武纪蛇绿岩(525~490 Ma)和奥陶纪IBM型洋内弧岩浆岩(470~440 Ma)组成,蛇绿岩以拉脊山-永靖洋底高原型蛇绿岩为代表,蛇绿岩的上部熔岩部分由夏威夷型苦橄岩、板内碱性玄武岩和板内拉斑玄武岩组成,为大洋板块内部地幔柱活动产物.洋内弧岩浆岩以高镁玄武岩、玄武安山岩、高铝安山岩、玻安岩为主,局部发育赞岐岩.祁秦增生杂岩带的蛇绿岩和弧火山岩组合很好地说明洋底高原与海沟碰撞和俯冲带阻塞是造成俯冲带起始和新的洋内弧形成和发展主要因素.
    秦岭造山带古生代岩浆作用及地球动力学意义
    吴元保
    2019, 44(12): 4173-4177.   doi: 10.3799/dqkx.2019.266
    摘要(41) HTML全文(33) PDF 845KB(42)
    摘要:
    秦岭造山带记录了华南华北板块聚合的完整过程.古生代岩浆岩记录了造山过程中的壳幔相互作用和造山带演化的动力学过程.古生代的中基性岩浆岩揭示了俯冲隧道内变质脱水交代岩石圈地幔过程,其中富水基性杂岩为富钾基性岩,地球化学特征显示其地幔源区经历了洋壳沉积物的交代;看丰沟岩体为高镁闪长岩,地球化学特征显示其来自经历俯冲流体交代的地幔源区.通过对古生代岩浆岩的研究发现,其具有明显的时空分布规律,它们对应于原特提斯洋俯冲、后撤、前进和回转等过程.所以壳幔相互作用发生在原特提斯洋俯冲过程中.
    南秦岭佛坪片麻岩穹隆变质作用及与岩浆作用的关系
    陈龙耀, 刘志慧, 刘晓春, 刘树文
    2019, 44(12): 4178-4185.   doi: 10.3799/dqkx.2019.236
    摘要(27) HTML全文(23) PDF 619KB(22)
    摘要:
    南秦岭佛坪片麻岩穹隆是国内片麻岩穹隆的典型代表之一,记录了碰撞造山到后造山伸展等多阶段构造演化信息,对揭示秦岭造山带早中生代构造演化具有重要的意义.岩石组合、岩相学、矿物化学和传统温压计研究表明,佛坪片麻岩穹隆具有明显的变质分带特征,以穹隆核部为中心,向南北两侧的盖层变质温度逐渐降低,压力并没有出现随地温梯度的相应变化.不同类型岩石的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年和变泥质岩的独居石SHRIMP U-Pb定年给出了一致的变质时代,为206~196 Ma.结合南秦岭早中生代岩浆作用研究,认为佛坪片麻岩穹隆递增变质作用与三叠纪末期的岩浆底辟有关,片麻岩穹隆形成于后碰撞伸展环境.
    华南陆块北缘大陆裂断带高温低压变质作用
    贺强, 郑永飞
    2019, 44(12): 4186-4194.   doi: 10.3799/dqkx.2019.267
    摘要(38) HTML全文(51) PDF 1406KB(30)
    摘要:
    高温低压变质岩的形成要求高的热梯度(>30℃/km),所对应的构造环境一直受到地质学界的关注.本文总结了我们对华南陆块北缘新元古代Rodinia超大陆裂解(breakup)时期形成的变质花岗岩和变质玄武岩所进行的岩石学和地球化学研究成果,强调大陆裂断(rift)带是形成高温低压变质岩最可能的构造环境.高温低压变质作用主要记录在含铝硅酸盐矿物的变质花岗岩中,其中所含的红柱石和夕线石为变质成因,由白云母脱水反应产生.根据含铝硅酸盐矿物的峰期矿物组合和视剖面计算,得到变质温压条件为560~660℃/1.0~3.5 kbar.变质红柱石具有非常负的δ18O值,并且与岩浆锆石处于氧同位素不平衡状态,进一步证明它是岩浆结晶后变质作用的产物.变质榍石U-Pb定年得到高温低压变质作用的年龄为751±11 Ma,与Rodinia超大陆裂解峰期年龄一致.变质玄武岩显示岛弧型微量元素分布特征,指示其源区为受俯冲大洋地壳来源流体交代的地幔楔,因此地幔源区形成于格林威尔期Rodinia超大陆聚合过程中.由此可见,导致超大陆裂解的大陆裂断是在古俯冲带基础上发育的.通过对比形成变质峰期矿物组合所需的热流值和变质花岗岩中产热元素提供的热流值,得知大陆裂断带确实存在来自软流圈地幔的异常高热流,这使得超大陆裂解过程可以发育高温低压变质作用.
    大别造山带在大陆裂解、地壳的俯冲-折返及山根垮塌期间的多期部分熔融作用
    刘贻灿, 杨阳, 姜为佳, 李远
    2019, 44(12): 4195-4202.   doi: 10.3799/dqkx.2019.237
    摘要(38) HTML全文(33) PDF 1827KB(28)
    摘要:
    大别造山带发育了与大陆俯冲-折返和碰撞造山等相关的不同构造岩石单位.针对存在的问题,本项研究开展了宿松变质带、中大别超高压带和北大别杂岩带等不同俯冲岩片花岗质岩石的野外地质调查以及岩石学、元素-同位素地球化学和锆石年代学等方面系统研究.研究结果表明:(1)宿松变质带花岗片麻岩的原岩时代包括晚太古代(2.5~2.7 Ga)和新元古代(770~830 Ma)两大类,其中新元古代花岗片麻岩的原岩是由经历了~2.0 Ga变质作用的晚太古代岩石在新元古代大陆裂解过程中发生重熔作用形成的;(2)首次揭示中大别花岗片麻岩至少包含两种不同的原岩时代(~750 Ma和780~800 Ma)与岩石成因,并在三叠纪俯冲-折返期间经历了~230 Ma和~220 Ma两期部分熔融作用;(3)北大别混合岩中发育折返早期(209±2 Ma)因高温减压而引起的黑云母脱水熔融以及山根垮塌期间(110~145 Ma)有水加入的加热熔融(水致熔融)形成的多种浅色体;(4)发现并限定了北大别变质闪长岩是在燕山期山根垮塌期间,由三叠纪深俯冲的新元古代镁铁质下地壳岩石发生部分熔融作用而形成的.因此,这为大别造山带在新元古代大陆裂解、印支期地壳的俯冲-折返及燕山期山根垮塌期间发生的多种部分熔融作用提供了新的制约.
    非主题来稿
    西秦岭印支早期铁堂峡石英正长斑岩的地球化学特征及其地质意义
    赵东辉, 平先权, 郑建平, 艾磊, 邓昊
    2019, 44(12): 4203-4221.   doi: 10.3799/dqkx.2019.225
    摘要(21) HTML全文(19) PDF 20776KB(12)
    摘要:
    西秦岭东部发育大量小规模中酸性脉岩,但对这些脉岩的研究相对缺乏.在详细的野外观察和岩相学研究的基础上,对西秦岭天水铁堂峡石英正长斑岩进行了地球化学、锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素研究.石英正长斑岩的锆石U-Pb定年结果表明它们的形成时代为~250 Ma,属印支早期岩浆产物.地球化学研究显示它们属于弱过铝质的高钾钙碱性岩系列,高Mg#,以富集Ba、Sr、K,强烈亏损Nb、Ta,且Eu异常不明显为特征.这些特征与埃达克岩的性质相似.铁堂峡石英正长斑岩的锆石εHft)值介于-1.44~+3.17,一阶段Hf模式年龄(tDM1)在765~945 Ma之间.铁堂峡石英正长斑岩形成于阿尼玛卿洋北向俯冲的大陆边缘弧环境,是俯冲洋壳及大洋沉积物熔体与上覆地幔楔作用的产物,并在浅部岩浆房中经历了轻微的分离结晶作用.
    巴里坤盆地地层展布规律和构造格架的综合地球物理认识
    杨小鹏, 梅岩辉, 李世超, 姜鹍鹏, 赵庆英
    2019, 44(12): 4222-4234.   doi: 10.3799/dqkx.2019.169
    摘要(29) HTML全文(20) PDF 4967KB(4)
    摘要:
    巴里坤盆地夹持于麦钦乌拉岛弧和哈尔里克岛弧之间,其地层展布、断裂构造、油气成藏、盆山关系均不明确.使用大地电磁测深、航磁、地震等方法对其开展综合研究.研究表明:新生界沉积较薄,中生界及上二叠统地层从盆地中心向四周逐渐减薄,下二叠统和石炭系地层山前沉积略厚、向南逐渐变薄;盆地内部存在12条断裂,大多数为近东西走向的逆冲断裂,这些断裂构成研究区的基本构造格架;盆地可划分为北部斜坡、哈尔里克逆冲带、巴里坤坳陷三个二级构造单元;巴里坤坳陷大河构造为油气成藏的有利区域;南边哈尔里克山呈北西向向盆地内逆冲推覆,与盆地以哈尔里克断裂为界,盆地与北边麦钦乌拉山与以麦钦乌拉断裂为界,与西边博格达山以冬屋断裂为界.
    松辽盆地南部钱家店铀矿床姚家组砂岩地球化学特征及地质意义
    夏飞勇, 焦养泉, 荣辉, 吴立群, 朱强, 万璐璐
    2019, 44(12): 4235-4251.   doi: 10.3799/dqkx.2019.045
    摘要(27) HTML全文(23) PDF 2228KB(5)
    摘要:
    沉积物的地球化学成分在沉积岩物源分析及构造背景的研究中具有重要的作用.对研究区4口钻孔中的姚家组砂岩进行了详细的岩石学和地球化学研究,结果显示,砂岩碎屑颗粒石英含量最高,长石次之,岩屑含量最低,平均值分别为42%、37%和21%,具有锆石+钛磁铁矿+石榴子石的重矿物组合,反映源岩以酸性岩浆岩或变质岩为主,Dickinson判别图解表明物源主要来自于大陆物源区;姚家组砂岩的稀土元素以轻稀土富集、重稀土平坦、中度铕负异常为特征.砂岩CIA值为52.02~60.16,平均值为56.69,反映了干燥气候背景下弱的化学风化作用.源岩属性判别图解表明源岩为再旋回的古老沉积物及长英质火山岩.主量、微量和稀土元素的构造背景判别图解综合表明姚家组砂岩物源区为被动大陆边缘构造环境,结合区域构造演化,认为姚家组砂岩的物源为华北克拉通北缘燕山陆内造山带发育的火山-沉积岩系.
    长石粒内孔流体充注规律及分形特征:以鄂尔多斯盆地延长组致密砂岩储层为例
    杜书恒, 师永民, 关平
    2019, 44(12): 4252-4263.   doi: 10.3799/dqkx.2018.199
    摘要(32) HTML全文(29) PDF 14675KB(9)
    摘要:
    鄂尔多斯盆地延长组致密砂岩储层长石含量较高且脆性破裂发育广泛,目前对该类储层长石粒内孔流体充注规律及分形特征等了解仍然十分匮乏.综合铸体薄片、场发射扫描电镜、图像处理、分形维数计算等手段,提出"粒内充注"概念并对延长组储层长石粒内孔开展了微观充注过程定量模拟,指出长石粒内孔相对于粒间孔的特殊性.从时间上将粒内充注过程划分为前期非稳态充注和后期稳态充注两大阶段,转折点为充注关键时刻.依据充注速率值分布特点,将长石粒内孔某一时刻发生充注的所有空间位置划分为高速充注区、中速充注区、低速充注区三大充注区域,并建立了粒内充注波及系数幂函数变化曲线,厘清了流动轨迹分形维数的物理意义.研究成果可为鄂尔多斯盆地延长组储层油气成藏过程恢复提供较为重要的启示.
    渤海湾盆地埕北断层新生代分段特征及其对凹陷演化的控制
    张晓庆, 任健, 刘一鸣, 张强, 刘丽芳, 王永诗, 吴智平
    2019, 44(12): 4264-4274.   doi: 10.3799/dqkx.2019.002
    摘要(16) HTML全文(16) PDF 10919KB(5)
    摘要:
    形成于中生代、NW走向的埕北断层位于渤海湾盆地中部,为明确其新生代分段发育特征及对埕北凹陷演化的差异控制作用,在整合渤海油田和胜利油田探区三维地震勘探资料、测井资料基础上,对断层几何学、运动学特征和断层控制下的地层展布特征进行综合分析.结果表明:埕北断层新生代呈NW走向展布的"M"形,由2段NWW走向和2段NNW走向的断层分段相间排列、首尾相连而成;经历Ek-Es4(~65~42 Ma)分段复活,Es3-Ed(~42~23 Ma)连通拉张,N-Q(~23~0 Ma)走滑改造3个演化阶段;4个分段在新生代的差异演化控制了埕北凹陷内新生界基底形态、地层超覆、横向背斜发育以及次洼的差异演化,断层分段控制下的凹陷演化可分为3个阶段:Ek-Es4的横向扩张阶段,Es3-Ed的垂向加深阶段以及N-Q的走滑改造阶段.
    三峡水库运行前后洞庭湖洲滩面积变化遥感认识
    余姝辰, 余德清, 王伦澈, 李长安, 贺秋华, 向菲菲
    2019, 44(12): 4275-4283.   doi: 10.3799/dqkx.2019.182
    摘要(23) HTML全文(14) PDF 36064KB(6)
    摘要:
    为研究三峡水库运行前后洞庭湖洲滩面积的变化特征及原因,利用1994-2016年128个时相的多平台卫星遥感数据,结合城陵矶多年水位观测资料、洞庭湖的多年泥沙出入资料,建立水位与洲滩面积的关系曲线.结果表明,三峡水库运行后,洞庭湖水位和洲滩面积的变化幅度小于运行前,二者呈线性关系.洞庭湖洲滩面积在不同时间段线性趋势不同,总体呈先扩张后萎缩的特征.与三峡水库运行前相比,三峡水库运行后同一水位下洞庭湖洲滩面积更大;且水位越高,增幅越大.三峡水库运行前,洞庭湖泥沙处于不断淤积的状态;运行后,泥沙淤积量降低直至负数,洲滩高程以1.59 mm/a的速率降低.三峡水库的运行和湖砂开采,是影响洞庭湖洲滩面积变化的重要原因.
    时序InSAR技术三峡库区藕塘滑坡稳定性监测与状态更新
    史绪国, 徐金虎, 蒋厚军, 张路, 廖明生
    2019, 44(12): 4284-4292.   doi: 10.3799/dqkx.2019.180
    摘要(31) HTML全文(19) PDF 3569KB(3)
    摘要:
    坡体表面形变是表征坡体稳定性的重要信息,因此,非常有必要对滑坡多发区域进行时序常规变形监测.近年来,星载合成孔径雷达数据由于其覆盖范围大、形变监测精度高的特点,被越来越多的用于山区滑坡识别与探测.首先介绍了联合分布式目标与点目标的时序InSAR方法,并将该方法应用于分析覆盖三峡藕塘滑坡的2007年至2011年的19景ALOS PALSAR数据和2015年至2018年的47景Sentinel-1数据,提取了数据覆盖时间段内的藕塘地区的变形速率.发现相比于2007年至2011年,2015年至2018年新增三处不稳定斜坡.进一步对滑坡的时序变形分析表明,降雨和水位变化是坡体稳定性最大的两个影响因素.实验证明时序InSAR方法可以作为常规形变手段来识别与监测三峡库区等地区潜在的滑坡,为防灾减灾提供支持与依据.
    基于土压盾构的城市地铁隧道构筑过程地表沉降规律
    王晓睿, 姜洪建, 朱坤, 张丰尧, 刘晓南
    2019, 44(12): 4293-4298.   doi: 10.3799/dqkx.2019.269
    摘要(18) HTML全文(9) PDF 1004KB(1)
    摘要:
    通过经验、理论分析和数值模拟等预测方法,并结合实测数据研究分析土压盾构施工引起的地表沉降问题.分析结果表明:预测方法估算的最大沉降值总高于实测的沉降值;Oteo方法的曲线形态更优化;当隧道埋深较浅时,Loganathan-Poulos、Sagaseta、Peck和Verruijt-Booker方法均过高估算了最大沉降量,且Loganathan-Poulos、Sagaseta和Verruijt-Booker方法给出的沉降槽偏宽;数值模拟方法比分析和经验方法更有效,可以有效模拟施工过程.根据研究结果,经验、理论分析和数值模拟方法具有一定的安全储备空间,可用于软土地层中土压盾构施工引起的地面沉降预测.
    基于GIS与WOE-BP模型的滑坡易发性评价
    郭子正, 殷坤龙, 付圣, 黄发明, 桂蕾, 夏辉
    2019, 44(12): 4299-4312.   doi: 10.3799/dqkx.2018.555
    摘要(32) HTML全文(26) PDF 1615KB(5)
    摘要:
    区域滑坡易发性研究对地质灾害风险管理具有重要意义.以往研究中,将多元统计模型与机器学习方法相结合用于滑坡易发性评价的研究较少.以三峡库区万州区为例,首先选取9种指标因子(坡度、坡向、剖面曲率、地表纹理、地层岩性、斜坡结构、地质构造、水系分布及土地利用类型)作为滑坡易发性评价指标.基于证据权模型(weights of evidence,WOE)计算得到的对比度和滑坡面积比与分级面积比的相对大小,对各指标因子进行状态分级;再利用粒子群法优化的BP神经网络模型(PSO-BP)得到各指标因子权重.综合两种模型确定的状态分级权重和指标因子权重(WOE-BP)计算滑坡易发性指数(landslide susceptibility index,LSI),基于GIS平台得到全区滑坡易发性分区图.结果表明:水系、地层岩性和地质构造是影响万州区滑坡发育的主要指标因子;WOE-BP模型的预测精度为80.8%,优于WOE模型的73.1%和BP神经网络模型的71.6%,可为定量计算指标因子权重和优化滑坡易发性评价提供有效途径.
    总目次
    《地球科学》2019年第44卷总目录
    2019, 44(12).  
    摘要(32) PDF 588KB(9)
    摘要:
    钱塘江河口涌潮河段滩槽演替与沉积层序
    涂俊彪, 范代读, 尚帅, 陈玲玲, 张悦
    摘要(10091) PDF 2581KB(2554)
    摘要:
    通过分析时间序列的卫片资料、4m高的露头剖面的沉积学和元素地球化学特征,研究钱塘江涌潮河段的滩槽冲淤变化规律、涌潮沉积特征和沉积层序.涌潮河段河道宽浅,受径流与潮流相互作用强烈,冲淤频繁且剧烈,滩槽演替存在约20a的周期,与流域年代际洪、枯期转变有关.在滩槽叠置的垂向层序中,底部为河槽、低潮滩相的厚层块状砂质沉积,发育各种变形沉积构造,为典型的涌潮沉积;顶部为高潮滩相的潮汐韵律沉积,发育典型的潮汐成因的双黏土层、大小潮周期;二者之间的中潮滩相呈渐变过渡.犆犕图和概率累计曲线可较好地区分涌潮沉积与潮成砂、泥质沉积.涌潮沉积层Si/Al、Zr/Al、Ti/Al等元素比值较高,而潮汐韵律层Fe/Al、Mn/Al等元素比值较高,这与它们的赋存方式和水动力分异有关.Si、Zr和Ti主要见于石英和重矿物中,因此在强水动力沉积层中富集;而Fe、Mn易被黏土矿物吸附,在水动力较弱的中高潮滩富集.
    达西定律成立吗
    万军伟, 黄琨, 陈崇希
    摘要(10237) PDF 400KB(2087)
    摘要:
    目前在地下水渗流研究领域公认的是:当雷诺数Re<(1~10)时,达西线性定律是描述地下水渗流运动的最基本方程,地下水流动的数学问题都可以基于该线性方程而导出.通过对当年达西实验数据的再分析以及利用透水石孔隙介质进行的渗流实验发现:即使在雷诺数Re<(1~10)的条件下,地下水渗流也不服从达西线性定律,而是呈现出随着雷诺数的增大,水流阻力也在逐渐增大,孔隙介质中的地下水渗流服从非线性渗流规律.达西线性渗流定律只是对斜率变化不大的非线性渗流规律的近似表征.
    沉积物中铁的化学相态分析进展
    李超, 舒劲松, 许斐, 杨守业
    摘要(9545) PDF 425KB(1991)
    摘要:
    元素铁因其在地球早期环境演化和在海洋初级生产力中的重要角色,是目前全球变化与地球化学研究的热点.铁元素的相态分析,对于深入了解其在环境中迁移、转化及生物的吸收利用,都具有重要意义.回顾沉积物中铁的化学相态分析方法发展过程,从早期的简单相态分析(degreeof pyritization,DOP),元素的顺序提取法(Tesser方法),到Raiswell和Poulton等学者提出针对Fe元素特定的相态分析法等.重点介绍较为常用的三步提取法和其在表生地球化学研究中的应用;结合目前国际上铁地球化学循环研究进展,提出Fe的化学相态分析的改进建议.
    阿拉善北部地区石炭纪火山岩岩石成因及构造意义
    党犇, 赵虹, 林广春, 赫海洋, 吴元伟, 周广法, 曾现虎, 吴文奎
    摘要(10895) PDF 1060KB(1918)
    摘要:
    阿拉善北部地区石炭纪火山岩分布广泛,目前对其成因和构造环境研究还很薄弱.通过对该区石炭纪火山岩岩石学和地球化学特征的分析,探讨其岩石成因和形成时的构造背景,为判定石炭纪盆地性质与古构造环境提供岩石地球化学约束.研究区内石炭纪火山岩主要为中-酸性火山岩,少量基性火山岩.玄武岩、玄武安山岩的大多数样品显示亚碱性系列特征,Mg#介于0.29~0.69之间,高场强元素Nb、Ta、Ti明显亏损,岩石轻度富集轻稀土元素(LREE),(La/Yb)N=2.19~10.10,Eu异常不明显(δEu=0.81~1.08),稀土配分曲线右倾较缓,εNd(t)值较高(+1.10~+6.35).总体上既显示板内构造环境特征,又携带俯冲带地球化学印记.综合区域地质特征及前人研究结果,认为阿拉善北部及其邻区石炭纪火山岩形成于板内裂谷环境,且可能与地幔柱事件有关,岩浆在上升过程中受到地壳物质不同程度的混染.
    湘西寒武纪早期黑色岩系中干酪根的 稀土元素地球化学特征
    邓义楠, 郭庆军, 朱茂炎, 张俊明
    摘要(9284) PDF 959KB(1760)
    摘要:
    湘西寒武纪早期黑色岩系中富含源于上层海水生物体的有机质,其稀土元素(REE)特征不被碎屑物质干扰,能有效地反映海洋上层水体的古环境特征.样品中作为有机质主体的干酪根的重稀土富集、Ce负异常、Y正异常和Eu无明显异常等特点与现代海水一致,其特征可能反映古海洋上层水体的氧化还原信息.扬子地台各相区沉积剖面底部可能出现滞流(或硫化)环境,随后沉积环境逐渐氧化.全岩样品中Ce的负异常可能由有机质提供,Ce/Ce*值由剖面底部的较低值向上逐渐升高可能意味着海洋上层水体含氧量的逐渐上升,而海水含氧量逐渐升高或许是由寒武纪早期海洋底部硫化环境的减弱所导致.