喜马拉雅造山带地壳深熔作用: 来自聂拉木群混合岩的地球化学和年代学证据

高喜马拉雅结晶岩系中存在的混合岩化现象是地壳深熔作用的结果. 广泛发育于高喜马拉雅结晶岩系中的混合岩(称为高喜马拉雅混合岩)为研究地壳深熔过程及其与喜马拉雅淡色花岗岩(简称为淡色花岗岩)的成因联系, 为探讨地壳深熔在碰撞造山后地壳演化中的作用提供了重要的线索. 目前对于混合岩与淡色花岗岩的形成是否存在成因关联, 混合岩与深部断裂构造的形成和发展之间的关系问题, 在认识上存在分歧. 缺乏该混合岩形成的直接年代学资料是产生分歧的重要原因之一. 对高喜马拉雅结晶岩系中的混合岩的3个基本组成单元——中色体、浅色体和暗色体进行了详细的地球化学研究; 对其中的浅色体进行了K-Ar年代学研究. 结果表明Ⅰ-类浅色体的形成年龄约为23 Ma. 该年龄与喜马拉雅主中央断层开始活动的时代一致或略早于其形成时代, 显示地壳深熔在主中央断层的形成中可能起着关键的作用. Ⅱ-类浅色体的形成年龄与淡色花岗岩的形成时代一致, 从年代学上为淡色花岗岩与混合岩中浅色体的成因联系提供了新的约束. 本次研究在聂拉木地区获得了6.23 Ma浅色体形成年龄, 这是目前在高喜马拉雅中段获得的最年轻的淡色花岗岩岩浆活动的证据.     

混合岩化的发生与发展

本文提出混合岩化作用是指地壳深部的深熔作用,在地壳褶皱带中引起一般岩石的深熔和分异;再由熔融物质侵入到地壳上部,与围岩发生混合和交代所成。混合岩化的全过程都按矿物组合的反应式,分为两个不同阶段表示出来。这样的混合岩化演变过程,可能在地壳褶皱带中是一般岩石变化的普遍规律。本文并证明了混合岩化作用的矿物组合变化范围和形成的温度、压力,最后讨论混合岩化的原岩问题     

冀东太古宙奥长花岗质岩石的成因模拟

作为TTG质岩石的一个重要组成部分,一般认为奥长花岗质岩石是基性岩部分熔融的产物,但在很多TTG片麻岩地体中,如在冀东麻粒岩相区的奥长花岗岩呈较小的岩脉、侵入体,或者呈英云闪长质片麻岩中的浅色体产出,显示近原地熔融成因.本文以冀东地区英云闪长质片麻岩样品J13为基础,并结合锆石定年研究,探讨该区奥长花岗质岩石的成因,模拟在不同压力(0.7、1.0和2.0GPa)下发生的变质熔融反应以及熔体的常量、微量元素成分特征.结果表明,英云闪长质片麻岩在石榴二辉麻粒岩相条件下,如0.9~1.1GPa/800~850℃,发生角闪石脱水熔融,熔融程度为5~10wt.%,残余物中石榴石含量为5~10wt.%时,产生的熔体的成分与冀东奥长花岗质岩石有很大的相似性,如La/Yb值高,Yb含量低等,但模拟熔体的常量元素成分相对高K2O、低CaO、Mg~#偏低,表明冀东奥长花岗岩脉体和浅色体可能包含了部分残余矿物并受到结晶分异的影响.锆石定年结果表明,研究区英云闪长质片麻岩原岩结晶年龄为(2518±12)Ma,变质年龄为(2505±19)Ma,奥长花岗质岩脉的结晶年龄为(2506±6)Ma,二者之间存在密切成因联系.     

花岗岩稀土元素四分组效应形成机理探讨--以千里山和巴尔哲花岗岩为例

采用ICP AES和ICP MS系统分析了千里山黑云母钾长花岗岩和巴尔哲钠闪石花岗岩的全岩、主要造岩矿物和稀土副矿物的稀土元素组成 .结果表明 ,主要造岩矿物和稀土副矿物均具有与全岩一致的M型稀土元素四分组效应和强烈的Eu亏损特征 .造岩矿物和稀土副矿物的这一“整体”行为 ,表明了形成这些矿物的花岗质熔体是一种具有M型稀土四分组效应的熔体 .高程度演化的花岗质岩浆结晶晚期流体 /熔体相互作用可能是花岗质岩浆稀土四分组效应形成的重要控制因素 .     

富锂氟花岗岩成因: 高温高压实验证据

为模拟富锂氟花岗岩的形成过程并解释其形成机制, 进行了一系列熔化-结晶实验. 在1×10⁸ Pa和570~700℃的浅色花岗岩-HF-H₂O体系中发现了石英+碱性长石+萤石+锂白云母(铁白云母)±锡石的矿物组合, 从而证明了: (1) 从富锂氟花岗质熔体中可以结晶出萤石、锡石和浅色云母, 石英+碱性长石+萤石+锂白云母/铁白云母+锡石的组合可以是岩浆环境下形成的稳定矿物组合; (2) 暗色的黑云母与浅色的铁白云母和锂白云母的同时出现说明岩浆条件下可以形成白云母花岗岩和二云母花岗岩, 环带状云母的发现说明云母的环带状结构不是热液成因云母所独有; (3) 随着结晶作用的进行, 残余熔体中SiO₂含量降低, Al₂O₃和F含量以及A/CNK和NKA/Si比值升高, 这些结果与富锂氟花岗岩中常见的垂直分带现象一致, 并为富锂氟花岗岩岩浆成因提供了非常有说服力的实验证据.     

西秦岭造山带北部早古生代麻粒岩相变质作用及深熔作用:锆石和独居石U-Pb年代学的制约

西秦岭造山带北部的秦岭杂岩中新识别出麻粒岩相岩石,它们由角闪二辉麻粒岩和石榴夕线黑云片麻岩组成,并具有强烈的混合岩化特征.本文选择3个麻粒岩相岩石和1个深熔浅色体样品进行SHRIMP、LA-ICPMS锆石和独居石的U-Pb年代学分析,一个麻粒岩相变泥质岩样品中的锆石给出了加权平均年龄为(430±4)Ma(MSWD=0.88),另一个麻粒岩相变泥质岩的独居石给出了(433±4)Ma(MSWD=0.27)的加权平均年龄,两者在误差范围内一致,结合岩相学观察及锆石特征,认为其代表了变泥质岩麻粒岩相变质时代;角闪二辉麻粒岩中的变质锆石分别给出了(424±3)Ma(MSWD=0.45)和(402±3)Ma(MSWD=1.4)的2个加权平均年龄值,结合岩相学特征,认为前者代表麻粒岩相的变质年龄,而后者可能为麻粒岩相变质作用之后的退变质作用改造的时代;混合岩中浅色体中的锆石给出了(426±2)Ma(MSWD=0.3)加权平均年龄,代表了深熔脉体的结晶年龄.因此,与东秦岭造山带相似,西秦岭造山带北部同样记录了早古生代晚期麻粒岩相变质作用及深熔作用,其形成于商丹洋向北俯冲的岩浆弧背景还是与早古生代的碰撞造山有关仍需进一步确定.     

二云母花岗岩与含硼流体反应的实验研究:对电气石花岗岩成因的启示

了解不同类型花岗岩的成因联系是认识花岗质岩浆形成和演化过程的关键.文章报道了在600～700℃、200MPa条件下,含硼(B)流体与二云母花岗岩的交代反应实验,重点研究了温度和流体B含量对交代反应产物的影响.实验结果表明,富B流体与二云母花岗岩反应可以形成电气石花岗岩.在700℃条件下,富B流体的加入会使二云母花岗岩发生部分熔融(包括黑云母和白云母含水部分熔融),电气石从部分熔融熔体中结晶.对比实验显示,增加流体的B含量能够明显促进二云母花岗岩的部分熔融以及电石气的生长. 600℃实验中未产生熔体,富B流体使黑云母发生分解,形成磁铁矿,其余Fe、Mg和Al与流体中的B结合形成电气石,黑云母分解产生的K与斜长石中Na发生Na/K离子交换,为电气石结晶提供了Na.实验产生的电气石普遍具有核-边结构,显示矿物结晶过程伴随熔体或者流体成分的改变.由实验结果可以推断,含B花岗质岩浆房结晶晚期脱挥发分作用产生的富B流体在上升运移过程中,可能与岩浆房边缘相的二云母花岗岩发生反应,形成电气石花岗岩岩株或岩脉.本研究表明,岩浆演化晚期富B流体参与的自交代反应可能是电气石花岗岩的重要成因之一.     

南岭及邻区中生代含锡花岗岩的多样性:显著的矿物特征差异

南岭及邻区分布一系列与中生代花岗岩有关的锡矿床,这些岩石可以是含角闪石黑云母花岗岩,或是(黄玉)钠长石-(铁)锂云母花岗岩,其岩石化学特征指示它们分别对应于准铝质和过铝质花岗岩.细致的矿物学研究表明它们具有完全不同的矿物学特征.准铝质含锡花岗岩的矿物学特征表现为:(1)角闪石、黑云母、条纹长石等组成特征性的造岩矿物组合:(2)标志性副矿物榍石、磁铁矿等显示其原始岩浆具有较高的氧逸度;(3)含锡矿物为锡石、黑云母、榍石等;(4)锡石的成分比较纯,微量元素含量低.过铝质含锡花岗岩的矿物学特征主要表现为:(1)铁锂云母-锂云母、钾长石、钠长石为典型造岩矿物;(2)富铝矿物黄玉是较常见的副矿物,与花岗岩铝过饱和特征相符;(3)锡石是重要的锡矿物,且富含Nb、Ta.造成两类含锡花岗岩显著矿物学差异的原因可能包括熔体的氧逸度、挥发组分和岩浆分异程度的差异.氧化型准铝质花岗岩熔体中锡以四价为主,这导致锡容易富集在含钛的造岩矿物或副矿物中,在岩浆结晶分异阶段形成富锡矿物;这些富锡矿物可成为含锡花岗岩的标志性矿物.相对还原的过铝质花岗岩熔体中锡以二价为主,不易进入造岩矿物和副矿物,常常在岩浆结晶分异阶段形成岩浆成因的锡石;因此,岩浆成因锡石成为这类花岗岩的重要成矿和找矿标志.岩浆性质和锡在两类花岗岩岩浆中地球化学行为的差异,导致形成的矿床类型有所不同.准铝质花岗岩主要形成岩体浸染型、绿泥石-石英脉型、云英岩型、矽卡岩型等矿床,而过铝质花岗岩除形成云英岩型、矽卡岩型、石英脉型等矿床外,更易形成岩体浸染型锡矿化.     

湖南印支期过铝质花岗岩的形成: 岩浆底侵与地壳加厚热效应的数值模拟

在合理构建华南印支期地质-物理模型的基础上, 利用FLAC软件, 模拟了该区印支期过铝质富钾花岗岩形成与基性岩浆底侵, 及陆壳变形叠置加厚两种动力学背景的可能联系. 模拟结果表明, 220 Ma±的基性岩浆底侵能导致地壳含水矿物相岩石的深熔, 但除非印支期存在大规模基性岩浆的底侵作用, 否则其热效应持续时间和热效应波及范围难以形成具大岩基规模的湖南印支期花岗岩. 在陆壳叠置加厚模型中, 地壳的叠置加厚可导致中下地壳界面温度升高到700℃以上, 引起片麻质岩石熔融, 当加厚因子达1.3, 白云母矿物脱水熔融产生的熔体达到熔体流动临界比例(≥20%), 从而形成花岗岩基; 结合印支期挤压逆冲推覆构造和同期基性火山岩极少出露的地质事实, 认为陆壳变形加厚可能是湖南印支期构造岩浆作用形成的主导因素.     

华南早古生代花岗岩的地球化学、年代学及其成因研究——以赣中南为例

在大量野外地质调查和前人资料分析的基础上,选择赣中南四个有代表性的早古生代花岗质岩进行了重点解剖,内容包括岩相学特征、锆石U-Pb定年、原位Hf同位素成分测试、岩石地球化学特征等.野外观察表明,岩体和围岩成分呈渐变关系,两者的片理产状基本一致,岩体边缘可见不规则状砂质板岩残留体,残留体中的片理产状也与岩体和围岩的相近,具有原地花岗岩化的成因特征.显微镜下观测显示,岩体中石英含量高,含有白云母、矽线石等富铝矿物,应属S型花岗岩类;长石和石英矿物被强烈压扁拉长,呈线状定向排列,反映岩体曾经受到过强烈的挤压剪切作用.四个花岗岩体的主量元素成分显示,A/CNK值在1.03~1.37之间（13组平均值为1.16）,属于强过铝质花岗岩;硅-碱图解表明,它们都属于偏碱性花岗岩,源岩主要由砂屑质岩石组成.四个岩体均富集Rb,Th和U,亏损Ba,Sr,Nb和Ti,属于低Ba-Sr花岗岩范畴,它们的微量元素蛛网曲线接近重合,反映同源成因特征.其稀土总量较高,轻稀土富集,铕负异常明显,具有陆壳物质部分熔融的特征.锆石U-Pb定年结果表明,赣中南四个花岗岩体的结晶年龄基本一致：（436.1±5.7）Ma（贵溪塘湾,N=22）,（440.6±4）Ma（宜黄界口,N=32）,（435.9±6.2）Ma（黎川,N=21）,（441.9±3.1）Ma（金溪,N=27）,相当于志留纪兰多维列世.另有少量捕获锆石,测年值700Ma左右,推测是其基底岩石记录到的华南古陆块裂解信息.锆石Th/U比值大,在0.52~1.54之间,平均值为1.08,具有岩浆结晶锆石的特征.锆石原位Hf同位素成分数据表明,赣中南志留纪花岗岩的εHf（t）值呈现明显负值,表明研究区花岗岩浆基本上来自地壳的部分熔融,没有受到幔源岩浆成分的影响.诸多证据表明,赣中南在早古生代曾经发生过陆块聚合作用.强烈的挤压使地壳缩短变厚,因地温增高以及高产热元素在加厚带的浓聚,遂使地壳逐渐软化并部分熔融,形成铝过饱和花岗岩浆;然后,在后造山伸展-减压背景下上升侵位,形成花岗岩体.     

SCIENCE CHINA Earth Sciences SUBJECT INDEX TO VOLUME 57(2014)

正~~     

Distribution of throughfall and stemflow in multi‐strata agroforestry,perennial monoculture,fallow and primary forest in central Amazonia,Brazil

The partitioning of rain water into throughfall, stemflow and interception loss when passing through plant canopies depends on properties of the respective plant species, such as leaf area and branch angles. In heterogeneous vegetation, such as tropical forest or polycultural systems, the presence of different plant species may consequently result in a mosaic of situations with respect to quantity and quality of water inputs into the soil. As these processes influence not only the water availability for the plants, but also water infiltration and nutrient leaching, the understanding of plant effects on the repartitioning of rain water may help in the optimization of land use systems and management practices. We measured throughfall and stemflow in a perennial polyculture (multi‐strata agroforestry), monocultures of peach palm (Bactris gasipaes) for fruit and for palmito, a monoculture of cupuaçu (Theobroma grandiflorum), spontaneous fallow and primary forest during one year in central Amazonia, Brazil. The effect on rain water partitioning was measured separately for four useful tree species in the polyculture and for two tree species in the primary forest. Throughfall at two stem distances, and stemflow, differed significantly between tree species, resulting in pronounced spatial patterns of water input into the soil in the polyculture system. For two tree species, peach palm for fruit (Bactris gasipaes) and Brazil nut trees (Bertholletia excelsa), the water input into the soil near the stem was significantly higher than the open‐area rainfall. This could lead to increased nutrient leaching when fertilizer is applied close to the stem of these trees. In the primary forest, such spatial patterns could also be detected, with significantly higher water input near a palm (Oenocarpus bacaba) than near a dicotyledonous tree species (Eschweilera sp.). Interception losses were 6·4% in the polyculture, 13·9 and 12·3% in the peach palm monocultures for fruit and for palmito, respectively, 0·5% in the cupuaçu monoculture and 3·1% in the fallow. With more than 20% of the open‐area rainfall, the highest stemflow contributions to the water input into the soil were measured in the palm monocultures and in the fallow. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

A Monte Carlo study of rainfall forecasting with a stochastic model

A procedure for short-term rainfall forecasting in real-time is developed and a study of the role of sampling on forecast ability is conducted. Ground level rainfall fields are forecasted using a stochastic space-time rainfall model in state-space form. Updating of the rainfall field in real-time is accomplished using a distributed parameter Kalman filter to optimally combine measurement information and forecast model estimates. The influence of sampling density on forecast accuracy is evaluated using a series of a simulated rainfall events generated with the same stochastic rainfall model. Sampling was conducted at five different network spatial densities. The results quantify the influence of sampling network density on real-time rainfall field forecasting. Statistical analyses of the rainfall field residuals illustrate improvement in one hour lead time forecasts at higher measurement densities.     

Anthropogenic Eutrophication and Red Tide Outbreak in Lacustrine Systems of the Kashmir Himalaya

Red tide, a recurrent phenomenon has become conspicuous in several Kashmir lake ecosystems since 1991. The responsible organism (Euglena pedunculata), a rare flagellate rediscovered in the Kashmir Himalaya (Khan 1993) caused first and unprecedented red tide outbreak, constituting a maximum of 96% of resident numerical phytoplankton density in Dal Lake. At present, conflicting hypotheses exist on the generation of causal assemblage(s) imparting redness to waters: Jeeji Bai (1991) linked its origin to acid precipitation – a fallout of burning oil‐fields during the Gulf War – whilst Khan (1993) holds local factor(s) responsible. Field/experimental studies support the latter contention that the influx of untreated sewage, in unison with warm temperatures, high levels of PhAR, iron and interruption to hydrological flow‐pattern together with absence/or reduction in grazing activity created conducive environmental milieu for red tide outbreak. Dal Lake “red tide” drifted the bloom‐inoculum to other waters, including Lake Wular, where additional ecological niches were carved out, threatening the aesthetic value and biological diversity of Kashmir lakes. Ecological monitoring indicates frequent seasonal red tide occurrence in Dal Lake (including summer‐autumn event of 1998) which testifies its unabated eutrophication status. Further studies are needed on ecological adaptability and biogeographic distribution of this rare and unique red tide‐causing flagellate.