中国大陆科学钻探主孔自然放射性测井及其解释

为了认识江苏东海超高压变质带上地壳岩石自然放射性的垂向分布特征, 榴辉岩退变质程度对放射性元素浓度的影响, 以及放射性产热率对地温梯度的影响, 利用中国大陆科学钻探(CCSD) 主孔100~5000m自然放射性测井(自然伽马和自然伽马能谱) 资料统计了CCSD主孔各类岩石的自然放射性强度和铀、钍、钾元素的浓度, 计算出产热率曲线.自然伽马, 铀、钍、钾浓度和产热率从蛇纹岩到榴辉岩、角闪岩、副片麻岩、正片麻岩依次增大.随着榴辉岩退变质程度的增强, 其铀、钍、钾元素的浓度值逐渐增大.CCSD主孔自然放射性的垂向分布特征主要受岩性控制, 自然放射性随深度增加有增强趋势.产热率与自然伽马测井值之间有很好的线性关系, 在高放射性岩层的上部, 地温梯度会出现较强扰动和低值异常.      

航空伽马能谱测量在浅覆盖区 地质填图单元划分中的应用

不同岩性的岩石,其放射性元素U、Th和K的含量不同,即使是同一岩性的岩石,由于成因不同,形成年代不同,地质演化过程不同,其放射性元素含量也不同.笔者根据放射性元素在岩石中分布的这个特点,利用航空伽马能谱测量数据,采用多元统计分析方法,对航空伽马能谱测量数据进行分析,并作出动态聚类图,然后再与已有的地质图对比,分析各种岩性放射性元素U、Th和K的含量,为该地区进行下一步地质工作提供依据.     

磁化率和密度对中国大陆科学钻探主孔100～2000 m岩石类型的判别

为查明磁化率和密度对于中国大陆科学钻探工程(CCSD)主孔100~2000m岩性的响应和判别特征,利用SPSS10.0统计分析软件进行了判别分析.研究结果显示,岩石的密度和体积磁化率主要受岩性的控制.采用迫入法建立全模型,对CCSD主孔100~2000m井段岩心的岩性判别率达84.8%.其中,蛇纹石化橄榄岩、正片麻岩、副片麻岩、榴辉岩、角闪岩和退变质榴辉岩的判别率分别为100%、87.1%、89.7%、89.6%、96.7%和63.7%.该研究表明,密度和磁化率可以为超高压变质岩石的岩性鉴别和区分提供定量约束,有利于地球物理探测成果和测井资料的准确解析.同时,本文也是SPSS统计分析软件在超高压变质岩石类型判别方面的一个应用实例,对于其他岩石类型的判别分析具有借鉴意义.     

中国大陆科学钻探主孔（0～2000m）地球物理测井

中国大陆科学钻探测井使用了先进的ECLIPS5700成象测井设备，20多种测井方法，原位获取了钻孔剖面岩石的各种物理化学参数、钻孔几何形态、钻孔几何形态参数和井壁图像。建立了结晶变质岩各种测井物性参数剖面。主要有：三种探测深度不同的电阻率[双侧向(RD、RS)、微球聚焦(RMSF)]、自然电位(SP)、自然伽马(GR)、自然伽马能谱(U、Th、K、SGR、CGR)、岩性密度(DEN，Pe)、中子孔隙度(CNL)、多极阵列声波(Vp、Vs、Vst)、超声成象(CBIL)、微电阻扫描成象(MFI伽马(GR)、自然伽马能谱(U、Th、K、SGR、CGR)、岩性密度(DEN，Pe)、中子孔隙度(CNL)、多极阵列声波(Vp、Vs、Vst)、声成象和微电阻扫描成象(STAR-Ⅱ)、井温(T)、磁化率(MS)、井液电阻率(Rm)、井径(CAL)和井斜(DAz、DEV)等。测井响应特征分析研究表明，测井响应变化明显，丰富多彩。可根据测井响应分析发现、识别超基性岩、榴辉岩、角闪岩和正、副片麻岩等主要岩性、分层和恢复岩心缺失井段岩性，研究变质岩源岩和变质环境。包括自然伽马、自然伽马能谱、岩性密度和中子孔隙度(含氢指数)测井的核测井系列在识别和重构变质岩剖面中扮演着举足轻重的角色。科学准确地解决了利用成象测井资料恢复岩心空间位置的难题，国内首次完成了长井段(CCSD-MH孔100～2000米)岩心深度和方位测井归位。给出了钻孔剖面岩层的面理、裂隙、断层和脉体的大小、深度和方向各种构造参数。成果为研究超高压变质带的折返等地下构造问题提供重要的基础资料。还利用测井资料探讨了地震反射体的性质、地应力的大小和方向，及地温梯度、热产率和热流值的分布等。     

大别-苏鲁造山带高级变质岩中锆石微区U，Th和Pb化学组成特征统计

对大别-苏鲁造山带27个高级变质岩(以榴辉岩和片麻岩为主)中锆石进行了337次微区离子探针U.Th和Pb测定和U-Pb年龄研究。根据测定点年龄的不同，可以把变质岩中锆石分成三种不同成因区域，一是变质岩原岩(继承)锆石区域，它遭受了不同程度的变质重结晶作用，其^206Pb/^238U年龄值大于277Ma；二是三叠纪高压.超高压变质阶段形成的变质锆石区域，其年龄限定为273-184Ma；三是碰撞造山变质作用后形成的锆石区域，其年龄小于148Ma。对三种类型锆石中U，Th和Pb特征分析发现：片麻岩锆石中U的含量是榴辉岩类锆石中U的丰度的两倍，片麻岩类和榴辉岩类锆石中Th的丰度大致相近。各类岩石变质阶段形成的变质锆石和原岩锆石区域相比，U含量有升有降，而Th含量则大幅下降，下降幅度一般在2-10倍，高者可达20-30倍以上。除石榴石橄榄岩外，各类岩石变质锆石中区域的Th/U比都小于0.1，这是判断高压-超高压变质成因锆石的极重要化学指标。大别山超高压变质阶段后形成的锆石的Th/U比多数类似于其原岩锆石，少数接近变质锆石，说明白垩纪后期热扰动对变质岩中已存在的锆石的影响如同岩浆结晶过程。各类岩石中锆石Pb的含量变化比较复杂，Pb-U正相关性表明锆石中普通铅含量很低，绝大部分为放射成因铅。     

中国大陆科学钻探主孔100～2000m岩石弹性波速度：对地震深反射的约束

在常温常压条件对中国大陆科学钻CCSD主孔岩心的700样品进行了弹性波速度测量，并建立了主孔2000m的波速(Vp和Vs)连续剖面，为检验地球物理模型的合理解释提供了岩石物理学方面的宝贵资料。主孔中新鲜榴辉岩纵波速度(Vp)最大(7.86km／s)，正副片麻岩波速最小，又分别为5.53km／s和5．71km／s，榴辉岩的波速随着退变质作用的增强而明显减小。主孔2000m总平均Vp速度为6．2km／s，它与地球物理探测方法获得的大别-苏鲁造山带上地壳具有6.2-6．3km／s高速层结论是一致的。大部分岩石具有明显地震波各向异性。水饱和度使岩石纵波(Vp)速度和剪切波速度(Vs)分别增加19％和6％，而使Vp的各向异性降低3％～4％。不同岩性界面的反射系数(Rc)是产生地震反射的主要原因。金红石榴辉岩与片麻岩之间具有很高的反射系数(0.24-0．31)。韧性剪切带中糜棱岩化片麻岩和面理化榴辉岩使岩石各向异性和反射强度明显增加。岩石微裂隙与主孔原位波速变化有密切关系。饱水岩石速度(Vp和Vs)可以代表CCSD主孔原位状态的地震波速度。上述成果为本区地震反射体成因提供了重要的岩石物理性质约束。     

中国大陆科学钻探主孔100~2000 m测井磁化率和磁三分量分析

对比分析了中国大陆科学钻探(CCSD)主孔100~2 000 m测井磁化率与岩心样本磁化率的测量结果,二者具有较好的一致性。测井磁化率统计结果表明CCSD主孔100~2 000 m超高压变质岩的磁化率从高至低依次为:蛇纹岩、石英榴辉岩、金红石榴辉岩、正片麻岩、退变质榴辉岩、多硅白云母榴辉岩、副片麻岩、绿泥石角闪岩、角闪岩。由CCSD主孔100~2 000 m磁三分量测量数据得到磁异常的△BZ、△BH和△BT值,结合前人所做的岩石学研究分析发现:主孔530~575 m的磁异常主要由岩石的金红石矿化、钛磁铁矿化和磁铁矿化引起,604~643 m和652~678 m的磁异常主要由岩石的蛇纹石化引起;钻孔中岩层的磁化率对磁三分量异常起着主要的决定作用,高磁化率岩层都表现出较大的磁三分量异常。     

中国大陆科学钻探（CCSD）主孔100-2000m区间磁化率的变异特征及其地质意义

对中国大陆科学钻探主孔100—2000m区间岩心样品磁化率与钻孔原位测井磁化率进行系统时比研究。结果表明,控制岩石磁化率的主要因素是岩性和退变质作用,其中蛇纹石化石榴石橄榄岩的磁化率最大,样品平均磁化率为86．277×10-3SI,正片麻岩,退变质榴辉岩,榴辉岩,副片麻岩次之,角闪岩的磁化率最小,样品平均磁化率为1．698×10-3SI。不同退变质程度榴辉岩的磁化率特征具有明显的差异:中-强程度退变质榴辉岩由于退变质过程所产生的磁铁矿和钛铁矿-钛磁铁矿,其磁化率最大;随着退变质作用的进一步加剧,这些磁铁矿和钛铁矿-钛磁铁矿被完全分解,导致完全退变质榴辉岩的磁化率最小;新鲜榴辉岩的磁化率介于两者之间。在该深度区间,约70％岩心样品磁化率与测井磁化率的比值小于4．0,其中以<2．0为主,相同岩性岩石(如榴辉岩,退变质榴辉岩和副片麻岩)磁化率的比值随深度变化较小。岩心样品磁化率和测井磁化率之间的欧氏距离位于3．0-6．4范围,且随深度变化不明显,如在100～600m和1500～2000m两个深度范围的欧氏距离分别为3．0-5．2和3．2～5．3,表现出相似的变化特征,显示了在此区间深度范围内,地层压力对磁化率的基本没有影响。     

超高压榴辉岩退变质作用对岩石磁化率的影响

系统测量了中国大陆科学钻探(CCSD) 主孔10 0~ 2 0 0 0m超高压榴辉岩的磁化率及其各向异性, 并进行了相应的岩石学和矿物学分析.研究结果表明, 不同退变质程度榴辉岩的磁化率特征具有明显差别: 新鲜-弱退变质榴辉岩对应超高压榴辉岩相, 平均体积磁化率κ=1.4× 10-3SI, 磁化率各向异性度Pj=1.0 9, 磁性载体主要是顺磁性矿物石榴子石和绿辉石; 中等-强退变质榴辉岩对应角闪岩相, κ =5.1× 10-3SI, Pj=1.2 0, 磁性载体主要是退变质所产生的磁铁矿和钛铁矿-钛磁铁矿; 完全退变质榴辉岩对应绿帘角闪岩相-绿片岩相, κ =1.3× 10-3SI, Pj=1.08, 磁性载体主要来自顺磁性矿物角闪石、绿帘石、黑云母等.该研究为超高压变质岩石地区磁异常的解释提供了基础数据和重要的科学约束, 同时也为大陆深俯冲峰期变质岩石和折返阶段岩石退变质程度提供了磁化率鉴别特征.      

中国大陆科学钻探主孔1200米构造柱及变形构造初步解析

在利用成象测井资料准确地恢复岩心空间位置的基础上，建立了位于江苏省东海县毛北村的中国大陆科学钻探主孔岩心1200m精细构造柱。划分了由榴辉岩与超镁铁质岩组成的第一岩性-构造单元及由副片麻岩夹榴辉岩与超镁铁质岩透镜体组成的第二岩性-构造单元，自上而下岩石的面理产状由向东陡倾变为向南东缓倾。第一岩性-构造单元的榴辉岩与超镁铁质岩是毛北榴辉岩杂岩体的组成部分，在榴辉岩中发现以南北向拉伸线理及由北往南的剪切指向为特征的超高压变质岩早期变形举止。位于第二岩性一构造单元下部(770-1130m深度)300多米厚的韧性剪切带是地表出露的毛北韧性剪切带在孔下的延伸，剪切应变及石英组构分析表明，在伴随的退变质角闪岩相一绿帘角闪岩相一绿片岩相的转换过程中，剪切应变由自SE往NW的“逆冲”转为NW向SE的正向滑移。结合钻孔围区地质，重塑了上部由毛北榴辉岩杂岩体与副片麻岩围岩组成的轴面向SE倾斜的同斜倒转褶皱系，以及下部为韧性剪切带的构造模型。钻孔验证了VSP地震反射剖面中850-1200m深度的强反射层与韧性剪切带相吻合。结合苏鲁超高压变质地体的折返构造的研究，提出该构造模型的成因与折返阶段超高压变质地体的斜向上的挤出及后折返阶段的穹隆形成有关。     

General relations in the trace-element composition of zircons from eclogites with implications for the age of eclogites in the belomorian mobile belt

Analysis of currently available data (877 individual high-precision zircon analyses) on the composition of zircons from eclogite complexes worldwide reveals general relations in the zircon composition: an anomalous decrease in the Th concentration (no higher than 3 ppm on average) and the Th/U ratio (0.33 on average), a significant decrease in the concentrations of all REE (to 22 ppm) and particularly LREE (<2 ppm), and relatively low concentrations of Y (34 ppm), U (100 ppm), and P (41 ppm) at an elevated Hf concentration (11 400 ppm on average). The REE patterns of eclogitic zircons are noted for pronounced flat HREE patterns, poorly pronounced (if any) negative Eu anomalies, strongly reduced positive Ce anomalies (Ce/Ce* = 11 on average), and U-shaped configurations of LREE patterns up to the development of negative Nd anomalies. The relations detected in the distribution of trace elements and REE in eclogitic zircons are of universal nature and occur irrespective of the rock type (metabasites, metaultrabasites, or gneisses) and the metamorphic pressure (eclogites of high and ultrahigh pressure). The application of the aforementioned criteria makes it possible to reliable distinguish eclogitic zircons from those of magmatic or metamorphic genesis (not related to high-pressure metamorphism). Eclogites in the Belomorian Mobile Belt (in the Salma and Gridino areas) were determined to contain zircons in metagabbro eclogites; the cores of these zircons have an age of 2.8?C2.9 Ga and are of magmatic genesis, whereas their outer metamorphic zones have an age of 1.9 Ga and a trace-element composition typical of eclogitic zircons. Hence, the Belomorian Mobile Belt was affected only by single (Svecofennian, at ??1.9 Ga) episode of eclogite metamorphism of Archean rocks.     

中国大陆科学钻探工程主孔及周边地区花岗质片麻岩的地球化学性质和超高压变质作用标志的识别

花岗质片麻岩是中国大陆科学钻探工程主孔0-2000m深度范围内出露的主要岩石类型之一,集中分布于1113.14-1596.22m之间,而在0-1113.14m和1596.22-2000m深度范围内主要以“夹层”形式赋存于副片麻岩和(退变)榴辉岩中,夹层的厚度为0.54-5.82m左右。花岗质片麻岩累计厚度430.98m,占2000m岩心的21.55％左右。地球化学研究结果表明,主孔中花岗质片麻岩SiO2含量普遍偏高,为71.55％-77.18％之间,Al2O3含量为11.54％-13.57％。TiO2、Fe2O3、FeO、MnO和MgO含量则明显偏低,其中Fe2O3 FeO总量为1.05％-2.94％,MgO=0.06％-0.59％。CaO含量为0.30％-2.65％。Na2O和K2O含量变化相对较大,分别为0.29％-4.06％和2.90％-6.67％之间,且大多数样品K2O含量高于Na2O含量。稀土元素配分模式具有右倾式的特点,轻稀土相对富集,而重稀土相对亏损,具有强烈的负Eu异常,Eu/Eu=0.21-0.26之间。在标准化蛛网图上,则显示Ta、Nb、P和Ti的明显亏损以及中等-强烈的负Ba异常,Ba/Ba=0.25-O.64之间,平均值为0.45左右。上述主元素、稀土元素和微量元素特征与中国大陆科学钻探预先导孔CCSD-PP1岩心以及东海及其邻区地表露头的花岗质片麻岩的化学成分十分相似,具有A型花岗岩的地球化学特征。采用激光拉曼技术,配备阴极发光测试,确认中国大陆科学钻     

西大别浒湾变质带洋壳和陆壳耦合俯冲的锆石U-Pb年龄记录及其动力学意义

西大别浒湾高压变质带是研究秦岭-大别-苏鲁造山带演化的关键区域.本文对该变质带熊店和学河两地的两个榴辉岩样品进行了LA-(MC)-ICPMS锆石U-Pb定年、微量元素分析及Hf同位素测定.熊店榴辉岩岩浆锆石得到的年龄为406±14Ma,具有高的εHf(t)值(εHf(t)=11.3±1.3),年轻的亏损地幔模式年龄(tDM=578±52Ma),其来源可能为亏损地幔,进而说明它们的原岩可能为古特提斯洋壳物质;学河榴辉岩岩浆锆石的年龄为703±8Ma,具有略低的εHf(t)值(εHf(t)=4.11±0.94),较老的亏损地幔模式年龄(tDM=1105±37Ma),其原岩可能为扬子克拉通新元古代裂谷岩浆作用产生的新生陆壳物质.这些结果表明浒湾地区存在原岩形成于新元古代和志留纪两个时期的榴辉岩.熊店榴辉岩中变质锆石的微量元素特征与岩浆锆石类似,可能为完全重结晶成因锆石,其206Ph/238U加权平均年龄为316±1Ma,代表了洋壳榴辉岩榴辉岩相峰期变质的最早时间.学河榴辉岩变质锆石以低Th/U、Nb/Ta比值为特征,其REE组成模式为不明显的Eu负异常,HREE呈平坦型.这些特征反映了这些锆石形成时出现了较大数量的石榴子石与金红石,而缺乏长石.根据锆石Ti温度计计算学河榴辉岩变质锆石形成的温度范围是704～741℃,与榴辉岩相变质温度一致.它们对应的206Pb/238U加权平均年龄为312±3Ma,可作为浒湾变质带榴辉岩相峰期变质年龄,这一结果表明浒湾变质带陆壳成因榴辉岩存在石炭纪榴辉岩相变质事件.空间上相近的古生代洋壳和新元古代陆壳具有相同的榴辉岩相变质年龄表明,浒湾变质带的洋壳和陆壳榴辉岩可能存在石炭纪的耦合俯冲作用.     

中国大陆科学钻探主孔100～2000m岩石热导率及其各向异性：对研究俯冲带热结构的启示

系统研究了中国大陆科学钻探工程主孔100～2000米岩石的热导率和生热率特征。初步研究了岩石热导率随矿物组成的变化关系、岩石热导率的各向异性及其影响因素。主孔2000米的岩心热导率介于1．873～4．062Wm^-1K^-1之间，平均热导率2．967Wm^-1K^-1。整体上热导率出现的频率主峰分布在2．8～3.0Wm^-1K^-1。榴辉岩热导率随着其退变质程度的增加而降低，新鲜榴辉岩热导率集中分布于3．6～3．7Wm^-1K^-1，角闪石化榴辉岩的热导率分布在3．1～3.2Wm^-1K^-1，强退变的榴辉岩热导率分布于2．4～2．5Wm^-1K^-1。片麻岩热导率主要分布于2．8～3.0Wm^-1K^-1。从垂向上看，主孔100～735米主要由榴辉岩组成，热导率整体比较大，平均3.265Wm^-1K^-1；1200～1600米主要以花岗质片麻岩为主，热导率比其它层位偏低，平均2．755Wm^-1K^-1。通过对面理发育的样品进行测试，东海地区各类岩石的热导率具有较明显的各向异性。榴辉岩和片麻岩热导率的各向异性平均值分别为4、66％和22．99％，超基性岩的热导率平均值为3．322Wm^-1K^-1，各向异性16．08％。岩石热导率在垂直于面理的方向上具有最小值，在平行于面理的方向上具有最大值。上述资料对超高压地体热结构特征的研究提供了重要数据基础。     

Devonian to Carboniferous collision in the Greenland Caledonides: U-Pb zircon and Sm-Nd ages of high-pressure and ultrahigh-pressure metamorphism

A variety of eclogites from an east-west transect across the North-East Greenland eclogite province have been studied to establish the timing of high pressure (HP) and ultrahigh-pressure (UHP) metamorphism in this northern segment of the Laurentian margin. Garnet + omphacite ± amphibole + whole rock Sm-Nd isochrons from a quartz eclogite, a garnet + omphacite + rutile eclogite and a partially melted zoisite eclogite in the western HP belt are 401±2, 402±9 and 414±18 Ma, respectively. Corresponding sensitive high-resolution ion microprobe (SHRIMP) ²⁰⁶Pb/²³⁸U ages of metamorphic zircon in the same samples are 401±7, 414±13, and 393 ±10 Ma. Metamorphic zircon domains were identified using morphology, cathodoluminescence (CL) imaging, U, Th, Th/U and trace element contents. Zircon from the quartz eclogite and the garnet + omphacite + rutile eclogite are typical of eclogite facies zircon with rounded to subhedral shapes, patchy to homogenous CL domains, low U, and very low Th and Th/U. The partially melted eclogite contains euhedral zircons with dark, sector-zoned, higher U, Th and Th/U inherited cores. Three cores give a Paleoproterozoic ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb age of 1,962±27 Ma, interpreted as the age of the leucogabbroic protolith. CL images of the bright overgrowths show faint oscillatory zoning next to homogenous areas that indicate zircon growth in the presence of a HP melt and later recrystallization. Additional evidence that zircon grew during eclogite facies conditions is the lack of a Eu anomaly in the trace element data for all the samples. These results, combined with additional less precise Sm-Nd ages and our earlier work, point to a Devonian age of HP metamorphism in the western and central portions of the eclogite province. An UHP kyanite eclogite from the eastern part of the transect contains equant metamorphic zircon with homogeneous to patchy zoning in CL and HP inclusions of garnet, omphacite and kyanite. These zircons have slightly higher U, Th and Th/U values than the HP ones, no Eu anomaly, and are thus comparable to UHP zircons in the literature. The ²⁰⁶Pb/²³⁸U age of these zircons is 360±5 Ma, much younger than the HP eclogites. The same sample gives a Sm-Nd age of 342±6 Ma. Unlike the HP eclogites, the Sm-Nd age of the UHP rock is ca. 20 Ma younger than the U-Pb zircon age and most likely records slow cooling through the closure temperature, since peak temperatures were in excess of 900°C. Widespread HP metamorphism of both the Laurentian and Baltica continental margins marks the culmination of this continent–continent collision in the Devonian. Carboniferous UHP conditions, though localized in the east, suggest a prolonged collisional history rather than a short-lived Scandian orogeny. The traditional Silurian Scandian orogeny should thus be extended through the Devonian.     

阿尔金江尕勒萨依榴辉岩和围岩锆石LA ICP MS微区原位定年及其地质意义

阿尔金江尕勒萨依榴辉岩及其直接围岩——石榴子石黑云母片麻岩锆石的阴极发光图像、微区原位LA-ICP-MS微量元素分析研究表明,榴辉岩锆石内部结构比较均匀,少数颗粒保留斑杂状残核;位于锆石斑杂状残核测点的重稀土相对富集,Th/U比值多大于0.4,为岩浆锆石的特征;位于锆石边部与内部结构均匀颗粒上的测点显示HREE近平坦型或弱亏损型的稀土配分模式,显示了与石榴石平衡共生的变质锆石特征;而石榴子石黑云母片麻岩的锆石具有核-幔-边结构,核部为碎屑锆石,幔部则为与石榴石平衡共生的变质锆石。LA-ICP-MS微区定年获得榴辉岩的变质年龄为(493±4.3)Ma,其原岩形成年龄为(754±9)Ma;石榴子石黑云母片麻岩的变质年龄为(499±27)Ma。榴辉岩的变质年龄滞后于其原岩的形成年龄约250Ma,并且榴辉岩与其直接围岩副片麻岩的变质年龄几乎完全一致,充分表明该超高压榴辉岩的形成是陆壳深俯冲作用的产物。