基性岩流变实验揭示出大陆下地壳流变的复杂性

基性麻粒岩流变实验研究对认识大陆下地壳流变、板内构造变形和强震孕育等具有重要意义.大量基性岩流变实验数据表明,基性麻粒岩流变实验研究集中在单相矿物和两相矿物集合体,对天然基性麻粒岩流变研究很有限.基性麻粒岩流变实验结果的影响因素众多,除了实验条件(如温度、压力、应变速率)外,实验样品的矿物组分、样品颗粒粒度、微量水、熔体、矿物反应等都会影响其流变特性,这导致实验结果的复杂性.因此,根据单相或两相矿物集合体流变讨论大陆下地壳流变结构时,存在很多不确定性,不能满足下地壳流变研究的实际需求.而根据端元组分流变参数和经验方程估计由多相矿物组成的麻粒岩的流变强度,只是一种简单近似,无法完全取代麻粒岩流变实验研究.因此,开展多相矿物基性麻粒岩的流变实验,以获得更接近真实大陆下地壳流变的实验数据,并且用于定量研究下地壳流变,是大陆下地壳流变实验未来发展的方向.在基性麻粒岩流变实验研究中存在的科学问题与技术难题是多相矿物流变、高温部分熔融的影响、矿物反应-流变相互作用,这些问题都有待通过高温高压流变实验进行深入研究.     

冀东陆壳结构的岩石学模型

冀东地区的古老变质岩系是一个出露的大陆地壳断面。根据变质岩系的变质相、亚相的研究和地质温压计计算的结果推定的深度,并结合地球物理测深资料,以及笔者测定和前人的岩石高压下波速实验资料提出了本区大陆地壳结构的岩石学模型。下地壳由麻粒岩相岩石组成,上部为角闪石麻粒岩亚相的中性成分的麻粒岩,下部为辉石麻粒岩亚相的基性成分的麻粒岩构成,底部夹有透镜状蛇纹石化橄榄岩以及紫苏花岗岩。中地壳主要由高角闪岩相的中性-中酸性成分的片麻岩、片岩构成,顶部为低角闪岩相的片麻岩、片岩,广泛发育英云闪长岩和花岗闪长岩岩体,含隙间高温流体相(fluid phase),形成高导-低速层。上地壳主要为绿片岩相(部分低角闪岩相)的板岩、千枚岩、片岩、变粒岩以及花岗岩组成,顶部为沉积盖层     

东南沿海中生代安山岩的地质意义

在中国东部大陆边缘中生代火山岩带中，东南沿海火山岩岩性岩相出露最全，火山地质调查研究程度较高。以往的研究主要集中于大面积酸性火山岩和与之共生的玄武岩，而对安山岩注意不够。作为过渡性岩类，安山岩的成因研究对于探讨中生代火山岩带物质来源、岩浆分异演化、大地构造背景等具有不可替代的作用。近年来在东南沿海新生代玄武岩中陆续发现了一些基性麻粒岩包体，为研究底侵作用与壳幔作用过程提供了珍贵的实物材料。结合基性麻粒岩印刷体的研究，进行系统的安山岩成因研究，对于研究中生代火山岩带成因、进而探讨东部大陆边缘形成演化动力学过程，具有重要意义。     

攀西微古陆块的变质演化与地壳抬升史--中基性麻粒岩的Sm-Nd,40Ar/39Ar和FT年龄证据

攀枝花-西昌(攀西)微古陆块是扬子陆块西部最古老的地体. 代表其下地壳的岩石为中基性麻粒岩, 相应的麻粒岩相变质作用发生于1186～1128 Ma. 在地质年代方面, 麻粒岩的形成可能与Rodinia超大陆中各微古陆块汇聚的碰撞造山作用有关. 麻粒岩的角闪岩相退变质作用时代为877～825 Ma, 在时间上与Rodinia超大陆裂解的时代相吻合. 40Ar/39Ar和FT年代学研究表明, 自新元古代中至中生代, 古陆块的地壳垂直运动演化历史总体上表现为一种刚性地体的缓慢抬升过程. 新生代, 印度板块向欧亚板块的俯冲碰撞作用使青藏地块迅速隆起, 后者又向东作侧向挤压运动. 受此影响, 攀西微古陆块也快速抬升, 使得麻粒岩结晶基底最终出露地表.     

华北北部下地壳的流变学特征——河北汉诺坝下地壳包体提供的信息

由玄武岩浆快速带到地表的下地壳包体可以提供有关下地壳的直接信息. 通过对华北汉诺坝玄武岩中下地壳麻粒岩相包体的详细研究探讨该地区下地壳的流变学特征. 采用适宜于麻粒岩包体的温压计计算其平衡温度和压力: 平衡温度在750~900℃之间, 平衡压力在0.8~1.2 GPa之间, 对应的来源深度为28~42 km之间. 这些数据补充和完善了原先所建立的下地壳-上地幔地温线. 采用动态重结晶颗粒粒度应力计计算出包体在下地壳条件下发生变形时的差异应力为14~20 MPa. 在综合对比了当前常用的下地壳岩石高温流变律, 认为Wilks等(1990)提出的麻粒岩流变律符合本区下地壳包体的流变特征, 由此计算的下地壳应变速率为10^-13~10^-11 s^-1, 高于该区上地幔的应变速率(10^-17~10^-13 s^-1); 其对应的等效黏滞度为10¹⁷~10¹⁹ Pa·s, 低于上地幔的等效黏滞度. 由所获数据做出的研究区下地壳流变学剖面表明, 差异应力随深度而变化的趋势不明显, 随深度增加应变速率变大而等效黏滞度变小. 研究结果支持软弱下地壳的观点.     

攀西微古陆块的变质演化与地壳抬升史

攀枝花-西昌(攀西)微古陆块是扬子陆块西部最古老的地体. 代表其下地壳的岩石为中基性麻粒岩, 相应的麻粒岩相变质作用发生于1186~1128 Ma. 在地质年代方面, 麻粒岩的形成可能与Rodinia超大陆中各微古陆块汇聚的碰撞造山作用有关. 麻粒岩的角闪岩相退变质作用时代为877~825 Ma, 在时间上与Rodinia超大陆裂解的时代相吻合. ⁴⁰Ar/³⁹Ar和FT年代学研究表明, 自新元古代中至中生代, 古陆块的地壳垂直运动演化历史总体上表现为一种刚性地体的缓慢抬升过程. 新生代, 印度板块向欧亚板块的俯冲碰撞作用使青藏地块迅速隆起, 后者又向东作侧向挤压运动. 受此影响, 攀西微古陆块也快速抬升, 使得麻粒岩结晶基底最终出露地表.     

苏鲁超高压变质带岩石圈的地震组构

苏鲁超高压变质带上地壳以片麻岩为主体, 地表出露超高压变质岩片. 近年来在此带中进行大陆科学钻探, 并进行了以反射地震为主导的地球物理调查. 通过研究地球物理资料和钻孔岩芯等直接证据的相关性, 有可能标定出现在地壳中的地震反射体, 了解它们的内部组构. 同时, 在大陆科学钻探孔区附近有两座第四纪火山, 对其中包体的成分分析和波速计算也提供了中下地壳和岩石圈地幔组构的信息. 经岩心和测井资料标定, 大陆科学钻探孔区的地震反射体可由变质带内岩性变化、韧性剪切复合岩套和现代断裂破碎带引起. 其中, 韧性剪切作用产生的侧向位移与拆离造成了上百米厚的互层带(韧性剪切复合岩套), 它们由糜棱岩化岩石和经剪切错动产生的榴辉岩片互层组成, 形成了产生区域性强反射的主要机制. 苏鲁超高压变质带的上地壳由超高压变质岩片与下方片麻岩层组成. 超高压变质岩片以高波速、高密度和高电阻率为特征, 构造复杂, 厚度一般不超过11 km; 下方片麻岩层波速渐趋于正常. 苏鲁超高压变质带的中下地壳具有正常的波速与泊松比, 由火山岩包体分析可知, 中地壳含有大量的片麻岩, 下地壳主要由酸性麻粒岩和基性麻粒岩组成. 岩石圈地幔主要由尖晶石二辉橄榄岩、方辉橄榄岩和二辉岩组成, 具有分层结构, 反映了中国东部中生代岩石圈减薄作用. 不同成因的地震组构可能是不同时代地球动力学作用的产物. 例如, 超高压变质岩片和韧性剪切复合岩套反映了三叠纪的碰撞造山作用及超高压变质作用, 而正常的中下地壳波速结构反映了中新生代地壳的拉张与伸展. 通过反射体的细致标定与火山岩包体验证了的地震组构, 可以找到地震反射体的成因及其与地球动力学作用的关系, 为地球动力学作用过程的恢复提供新的依据.     

华南沿海基性麻粒岩捕虏体的地球化学研究和下地壳组成

华南沿海新生代火山岩中的麻粒岩捕虏体都是镁铁质的, 分为岩浆麻粒岩和堆晶麻粒岩. 前者具有与大陆火山弧玄武岩相似的不相容微量元素模式; 后者亏损K₂O和P₂O₅以及大离子亲石元素. 华南麻粒岩捕虏体是晚中生代玄武质岩浆底侵于壳幔边界结晶-变质形成. Sr和Nd同位素特征显示麻粒岩母岩浆受到了陆壳物质混染, 它们的变化由AFC成岩模式控制. 微量元素和常量元素的变化主要受结晶分异控制. 捕虏体麻粒岩与研究区地表出露的晚中生代辉长岩和玄武岩的地球化学特征一致, 它们很可能是同一时期相同构造背景下岩浆活动的产物. 华南同时代花岗质岩浆的形成与这期强烈的基性岩浆活动有关. AFC模拟和现有资料显示, 华南下地壳主要由早中元古代变质岩和中生代底侵形成的基性麻粒岩构成.     

中国华南地区地壳厚度与波速比分布特征及其地质意义

本研究利用中国国家地震台网336个固定地震台站记录的远震波形资料,通过P波接收函数H-κ分析估算了中国华南地区的地壳厚度和地壳平均波速比.研究结果显示,地壳厚度约为25~46 km,整体表现西深东浅的变化特点.研究区地壳厚度变化分别与布格重力异常和地形呈现负相关和正相关.扬子块体东部显示较低地壳波速比(<1.7)可能与地表沉积岩的存在相关.四川盆地内部的平均地壳波速比(约1.71~1.8)与全球大陆地盾/克拉通地区相当.但其周围地区地壳平均波速比明显增高(1.81~1.95),推测可能是克拉通形成过程中岩浆的底侵引起下地壳组分以铁镁质麻粒岩为主.华夏块体西部表现为薄的地壳厚度和低的地壳平均波速比(1.65~1.75),暗示该区基性下地壳物质的缺失可能与增厚的地壳发生拆沉有关.华夏块体东南段呈现出较高的地壳平均波速比(约1.77~1.86),地壳组成以中基性铁镁质为主,推断可能与晚中生代铁镁质岩浆底侵作用密切相关.     

地壳主要岩石流变参数及华北地壳流变性质研究

岩石流变参数和变形机制是根据断层摩擦和岩石幂次流动本构关系建立岩石圈强度剖面的基础。近 30年来 ,高温高压实验取得了很大进展 ,获得了大量地壳矿物和岩石流变资料。本文系统总结了这些流变实验资料 ,并应用流变数据结合地震震源深度分布 ,对华北地壳流变性质进行了研究。结果表明 ,以花岗岩和低级变质岩为代表的上地壳为脆性破裂 ,其强度受断层摩擦约束 ,以长英质片麻岩为主的中地壳和以中性麻粒岩为主的下地壳上层处于塑性流变状态 ,由干的基性麻粒岩组成的下地壳下层处于脆性向塑性流变的过渡状态。华北地壳的这种物质组成和流变为地壳不同层次的解耦和强震孕育提供了力学条件 ,也构成了不同尺度块体的底边界     

INTERNATIONAL RESEARCH AND TRAINING CENTER ON EROSION AND SEDIMENTATION(IRTCES)

正Director:Shangfu Kuang,China Vice-directors:Chunhong Hu,China Duihu Ning,China Guangquan Liu,China The International Research and Training Center on Erosion and Sedimentation(IRTCES)was jointly set up by the Government of China and UNESCO on July 21,1984.It aims at the promotion of international exchange of knowledge and cooperation in the studies of erosion and     

Calendar of events

正~~     

Information for authors

正SCIENCE CHINA Earth Sciences,an academic journal cosponsored by the Chinese Academy of Sciences and the National Natural Science Foundation of China,and published by Science China Press and Springer,is committed to publishing high-quality,original results in both basic and applied research.     

Dynamic process-response model of river channel development

Feedback mechanisms, which operate upstream through drawdown and backwater effects and downstream through sediment discharge are responsible for channel evolution. By combining these mechanisms with channel processes it euables a dynamic process-response model to be developed to simulate the initial evolution of straight gravel-bed channels. When erosion commences on a land surface, sediment entrained in the headwater reach by hydraulic action is selectively transported, deposited and reworked. This produces a damped oscillation between degradation and aggradation as the channel and valley respond to spatial and temporal variations in sediment calibre and hydraulic conditions. The initial cut and fill phases are responsible for valley incision and floodplain development while secondary and subsequent activity can produce river terraces. Eventually sediment entrainment in the headwaters declines as slopes are reduced. Subsequent channel evolution is relatively insignificant because it is dependent on local weathering activity producing material that can be transported on declining slopes. Therefore landforms produced during the initial phase of development, when local weathering was non-limiting, dominate the landscape.     

Discussion on the Precise Relocation and Seismo-Tectonics of the Jiujiang-Ruichang Earthquake

Based on relocating the Jiujiang-Ruichang earthquake sequence which occurred on November 26, 2005 in Jiangxi Province with the double-difference （DD） algorithm and master event technique, the paper discusses the focal mechanism of the main shock （MsS.7） and the probable seismo-tectonics. The precise relocation results indicate that the average horizontal error is 0.31kin in a EW direction and 0.40kin in a NS direction, and the average depth error is 0.48kin. The focal depths vary from 8kin to 14kin, with the predominant distribution at 10kin - 12kin. The epicenter of the main shock is relocated to be 29.69^oN, 115.74^oE and the focal depth is about 10.Skin. Combining the predominant distribution of the earthquake sequence, the focal mechanism of the main shock and the tectonic conditions of N-E- and NW-strike faults growth in the seismic region, we infer that the main shock of the earthquake sequence was caused by a NW striking buried fault in the Rnichang basin. The nature of seismic faults needs to be further explored.     

Hydrochemical and bacteriological features of the groundwater: southern border of the Rharb basin (Morocco) / Caractérisation hydrochimique et bactériologique des eaux souterraines: bordure méridionale du bassin du Rharb (Maroc)

Abstract

The western reservoirs represent the principal groundwater system in Morocco. Demographic, industrial and agricultural developments during the last decade have markedly altered groundwater quality. The Mamora coastal aquifer system is among the Atlantic systems which are most heavily threatened by pollution. Agricultural and industrial activities, and rapid urban growth contribute to the pollution of the groundwater. Contamination transport is facilitated by a high permeability of the aquifer formations. In order to assess the actual groundwater quality of the Mamora aquifer and to understand the influence of the factors generating the pollution, an extensive multidisciplinary research programme is in progress, with hydrochemistry and microbiology playing essential roles. The present paper concerns the spatial distribution of physico-chemical parameters in the groundwater, subjected to domestic, industrial and agricultural pollution. Fifty-seven samples were analysed for several parameters (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, Cl^?, SO₄ ^2?, HCO₃ ^?, NO₃ ^?, pH, electrical conductivity and temperature). The microbiological analysis of 143 samples reveals the presence of four kinds of indicator bacteria in the groundwater resources: faecal Streptococci, faecal coliform, Escherichia coli and Clostridium. The physico-chemical results and bacteriological monitoring show that the nitrate and bacteria concentrations exceed the maximum admissible levels, notably around pumping stations in the sectors of Sidi Taibi, Sidi Ahmed Taleb and Aïn Sbaâ. Contamination is generated by uncontrolled anthropogenic activities and accentuated by the high intrinsic vulnerability of the aquifer system. Several parameters appeared to exceed admissibility standards. Measures are recommended to prevent groundwater pollution in the region.     

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