扬子地块东段大陆岩石圈地幔的物质成分

根据苏皖地区新生代碱性玄武岩中的尖晶石二辉橄榄岩包体的化学成分，讨论了扬子地块东段大陆岩石圈地幔的物质成分。以包体的平均成分代表该区岩石圈地幔的平均成分，依照地幔地球化学演化趋势，估计了该区岩石圈地幔的原始组成。采用最近提出的二辉石地质温度计，计算了包体的平衡温度，讨论了该区岩石圈地幔物质成分在垂向上的分布和变化，上地幔橄榄岩中的玄武质组分在垂向上由上而下亏损程度逐渐减小。包体中稀土元素丰度模式反映了该区岩石圈地幔演化的多阶段性。除了程度不同的部分熔融作用外，局部地段曾有隐性地幔交代作用发生，造成了地幔橄榄岩中主量成分和稀土元素的解耦现象。     

青藏东缘马关地幔岩包体的岩石学与矿物学研究

对青藏东缘新生代马关地区高钾岩系中地幔岩包体的岩石学和矿物化学成分的研究表明:马关地幔岩包体属尖晶石相橄榄岩,岩石类型主要为尖晶石二辉橄榄岩,矿物组合为橄榄石(O l) 斜方辉石(O px) 单斜辉石(Cpx) 尖晶石(Sp l),含极少量金云母和角闪石。橄榄石以贵橄榄石为主,部分为镁橄榄石,其Fo值为89.72~90.47,M g#值为89.75~90.51;斜方辉石的En分子为88.00~89.59,M g#值为90.21~91.16,C r#值为3.31~6.23;单斜辉石主要为透辉石,少量为顽透辉石,成分上表现为高C a(wC aO=18.71%~20.78%)、高A l(wA l2O3=6.00%~7.30%)、高M g#值(89.93~91.57)和低C r#值(5.13~8.74);尖晶石为铬尖晶石,其w(C r2O3)为7.62%~12.88%。矿物化学成分指示:马关尖晶石二辉橄榄岩包体属A型包体,为低度熔融后的大陆地幔橄榄岩。温压估算表明,马关尖晶石相二辉橄榄岩包体的平衡温压分别为900℃~1 150℃和1.29 GPa~2.20 GPa(相当于地下深度45 km~71 km),其上地幔地温曲线与大洋地温曲线一致,显示马关地区岩石圈地幔具有很高的热流值,暗示青藏东缘及邻区于0~16 M a期间有热的软流圈地幔上涌,地幔上涌在构造上的响应即是青藏东缘乃至整个东亚地区区域性岩石圈的东-西向伸展。     

长白山新生代玄武岩中橄榄岩包体所揭示的岩石圈地幔特征

长白山地区位于华北克拉通东北部,广泛出露富含地幔橄榄岩包体的新生代玄武岩,为研究岩石圈地幔的性质和演化提供了优越条件。本文对长白山地区天池和龙岗新生代火山岩群中尖晶石相橄榄岩包体进行了岩石学、全岩主微量元素、矿物主量元素、单斜辉石微量元素和Sr-Nd-Hf同位素分析。研究结果表明,尖晶石相橄榄岩包体由二辉橄榄岩和少量的方辉橄榄岩组成,Mg#值为87.4～91.2,表现出新生饱满的特征,平衡温度为900～1100℃。橄榄石的Mg#值(%Fo)为85.6～91.3。单斜辉石包括四种类型:(1)轻稀土元素严重亏损型;(2)轻稀土元素亏损型;(3)向右微倾型和(4)"勺型"。单斜辉石表现出Sr同位素(87Sr/86Sr=0.702749～0.707276)整体亏损,部分样品富集的特征,单斜辉石的Nd-Hf同位素呈现出亏损特征(143Nd/144Nd=0.512886～0.51333、εHf=+17.7～+49.8)。长白山地区二辉和方辉橄榄岩分别经历了小于10%和略大于10%的部分熔融作用,并受到富水硅酸盐熔体的地幔交代作用。太平洋板块向西俯冲作用使得软流圈上涌并携带大量壳源物质进入地幔深部,与岩石圈地幔发生橄榄岩-熔体反应,形成了长白山地区不均一的岩石圈地幔,以新增生饱满地幔为主,夹有少量古老难熔岩石圈地幔碎片。     

东南沿海地区古近纪大陆岩石圈地幔特征及成因

东南沿海地区新生代玄武岩中的橄榄岩包体来自岩石圈地幔 ,上地幔橄榄岩包体的岩石学及地球化学特征都记录了地幔演化的历史。普宁橄榄岩包体斜方辉石含量与太古宙克拉通地幔类似 ,但在矿物学、REE、痕量元素和Sr Nd同位素上又与太古宙岩石圈地幔不同。橄榄岩包体的岩相学、矿物学、REE、痕量元素特征都提供了含H2 O富Si流体交代橄榄岩的证据 ,这种流体可能主要是洋壳物质局部熔融而成。流体交代使橄榄岩富Si,同时富Sr、Pb和强不相容元素等大洋岩石圈物质。这表明普宁大陆岩石圈地幔既保留太古宙岩石圈地幔的特征 ,又具有大洋俯冲地幔的特征 ,它是古老岩石圈地幔向大洋岩石圈地幔转换的一部分 ,这种转换可能是大洋岩石圈与大陆岩石圈地幔相互作用的结果。     

云南马关地区岩石圈地幔组成和年龄:地幔橄榄岩包体的Re-Os同位素限制

本文对马关地区新生代碱性玄武岩中的地幔包体进行了系统的岩石学和地球化学研究,并首次进行了包体的Re-Os同位素测试。马关地区的橄榄岩包体主量成分上表现为饱满肥沃的特征;具有不同程度的轻稀土亏损特征,亏损Nb、Ti和Zr等高场强元素(HFSE)以及Ba等大离子亲石元素(LILE);橄榄岩包体的Nd同位素特征表明橄榄岩包体代表的是不均一的亏损地幔。5个橄榄岩全岩样品的Re-Os同位素分析结果表明,样品的Os含量总体较高(3.29×10^-9~3.78×10^-9),接近于造山带橄榄岩体的Os含量,Re含量变化范围较大(0.24×10^-9~0.54×10^-9),与Re的迁移能力较强有关。样品的¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os值在0.12295~0.12530之间变化,与¹⁸⁷Re/¹⁸⁸Os值和Al₂O₃含量之间都不存在较好的相关性,说明Re-Os体系不单纯由熔体抽取过程所控制。橄榄岩包体的Re亏损年龄t_RD为254~604Ma,说明马关地区岩石圈地幔形成的时代应该在新元古代之前。马关地区岩石圈地幔并非是由软流圈上涌新增生的地幔,而是经历了如下演化历史:在新元古代之前,由原始地幔的部分熔融和熔体抽取作用形成了岩石圈地幔,之后经历了熔/流体交代和改造而发生了再富集作用,导致部分地幔橄榄岩逐渐从亏损难熔的特征向饱满肥沃转变,而未遭受熔/流体的改造的橄榄岩仍然保持了难熔亏损的特征。这种熔/流体交代和改造作用很可能与晚二叠纪峨眉山地幔柱的活动有关,而新生代以来印度-亚洲大陆碰撞导致地幔物质向东南方向的侧向流动,诱发软流圈上涌和马关地区的钾质岩浆的活动,也对马关地区岩石圈地幔的改造具有重要的影响,但由于喷发时间较新对Os同位素组成的影响还未显现出来。     

新疆西克尔碧玄岩中的地幔橄榄岩包体

在新疆西克尔地区发现了尖晶石相橄榄岩包体。这些包体的寄主岩石为碧玄岩,其K-Ar同位素年龄为19.76～21.90 Ma。岩相学和矿物化学研究表明西克尔橄榄岩包体具有典型的岩石圈地幔橄榄岩包体的特征。利用矿物温压计对包体的平衡温压进行估算,发现西克尔地幔橄榄岩包体的平衡温压为736～1017℃和1.7～2.2GPa,与西南天山托云地区晚白垩纪火山岩中尖晶石二辉橄榄岩包体(平衡温压为818～1113℃和1.5～2.0GPa)相比,具有温度明显偏低,而压力明显偏高的特点。这说明西克尔地区的地幔橄榄岩包体没有受到地幔热异常事件的影响,因此可以代表塔里木板块岩石圈地幔的原始性质。这对于研究塔里木盆地岩石圈地幔的热结构和地球化学特征以及塔里木盆地内大量幔源岩浆的成因具有重要意义。     

云南马关碧(钾)玄质火山角砾岩中矿物混晶包体特征及其地质意义

在云南马关碧(钾)玄质火山角砾岩中发现了一类特殊包体,呈红色与黑色两种。经X射线粉晶衍射鉴定,红色者为以锰铝榴石为主要结晶相的隐晶—非晶质混晶,黑色者为以绿辉石为主要结晶相的隐晶—非晶质混晶。两种矿物混晶包体在一定程度上类似于熔浆玻璃或熔体囊,它们具有同源演化的相似地球化学特征。文中通过对两种矿物混晶包体的显微特征与地球化学分析研究表明,它们是亏损地幔部分熔融的产物,并作为一种不混溶熔体成分被碱性玄武岩浆携带、运移上升。它们代表了石榴石相(榴辉岩相)地幔源区组分,暗示新生代时期软流圈上涌除释放小体积交代熔体交代上地幔使其富集之外,还造成岩石圈地幔拆沉,尖晶石相地幔组分向石榴石相地幔组分转变。另外,据两种混晶包体与其他类型包体和寄主岩岩浆的不同来源,推测马关地区深部岩石圈地幔经交代作用发生过两次转换。首先是由原始地幔向亏损地幔转化,并发生部分熔融,其后是由亏损地幔转化为富集地幔,形成富碱岩浆和与其互不混溶的进一步富集成矿元素的地幔流体。由此暗示滇西地区与富碱斑岩有关的多金属成矿作用即受制于这一深部地质过程与壳幔混染机制。     

云南马关碧(钾)玄质火山角砾岩中矿物混晶包体特征及其地质意义

在云南马关碧(钾)玄质火山角砾岩中发现了一类特殊包体,呈红色与黑色两种。经X射线粉晶衍射鉴定,红色者为以锰铝榴石为主要结晶相的隐晶—非晶质混晶,黑色者为以绿辉石为主要结晶相的隐晶—非晶质混晶。两种矿物混晶包体在一定程度上类似于熔浆玻璃或熔体囊,它们具有同源演化的相似地球化学特征。文中通过对两种矿物混晶包体的显微特征与地球化学分析研究表明,它们是亏损地幔部分熔融的产物,并作为一种不混溶熔体成分被碱性玄武岩浆携带、运移上升。它们代表了石榴石相(榴辉岩相)地幔源区组分,暗示新生代时期软流圈上涌除释放小体积交代熔体交代上地幔使其富集之外,还造成岩石圈地幔拆沉,尖晶石相地幔组分向石榴石相地幔组分转变。另外,据两种混晶包体与其他类型包体和寄主岩岩浆的不同来源,推测马关地区深部岩石圈地幔经交代作用发生过两次转换。首先是由原始地幔向亏损地幔转化,并发生部分熔融,其后是由亏损地幔转化为富集地幔,形成富碱岩浆和与其互不混溶的进一步富集成矿元素的地幔流体。由此暗示滇西地区与富碱斑岩有关的多金属成矿作用即受制于这一深部地质过程与壳幔混染机制。     

上地幔Sm／Nd值的演化

本文提供了一种直接从二辉橄榄岩包体数据了解上地幔 Sm/Nd 演化的新方法。已证明非交代二辉橄榄岩包体的 Nd 同位素模式年龄(T_(CHUR)代表其源区上地幔的平均亏损年龄,从而建立了上地幔 f~(Sm/Nd)值与平均亏损年龄的相关趋势。该趋势同样可以由河水悬浮物及花岗岩数据导出。利用这一相关趋势及各地质时代上地幔的平均亏损年龄,本文计算了上地幔平均 Sm/Nd 值随时间演化的曲线。它表明,在太古代下地幔物质上涌进入上地幔和陆壳物质再循环是较活跃的,从而抑制了这一时期上地幔 f~(Sm/Nd)和ε_(Nd)值的增长。     

南海北缘新生代构造演化的深部制约(I):幔源包体

对南海北缘新生代玄武岩中幔源包体的研究揭示了该地区上地幔的不均一性和复杂的地幔过程。部分橄榄岩中单斜辉石(Cpx)具有极低的Ti含量(<160μg/g),这与这些样品中较高的Cpx含量(8%～12%)不匹配。主元素成分变化趋势以及Cpx中HREE分异现象,暗示该区上地幔经历了变压熔融。地幔熔融始于深部的石榴子石稳定区并延续到浅部的尖晶石稳定区(总熔融程度达23%)。这些熔融残余受到了硅酸盐和含水流体的交代。橄榄岩的微量元素组成指示南海北缘地幔具有大陆裂谷型地幔的特征,而与俯冲带之上的地幔楔或受俯冲作用影响的地幔有很大的差别。包体的平衡温度和橄榄石中Fo之间的负相关关系暗示岩石圈地幔具成分分层结构。该地幔的下部由大洋型橄榄岩组成,而地幔顶部为类似于太古宙-元古宙地幔的富斜方辉石方辉橄榄岩。这一岩石圈结构与该地区岩石圈的减薄和软流圈对老岩石圈的置换有关。深源岩石记录的信息支持南海海盆是陆缘扩张引起的主动盆地的观点。     

RS和GIS技术集成及其应用

本文简要地介绍了ＲＳ（遥感图像处理系统）和ＧＩＳ（地理信息系统）技术及其集成的基本概念和方法。讨论了ＲＳ和ＧＩＳ技术及其集成的内在涵义、相互关系,认为ＲＳ是ＧＩＳ重要的外部信息源,是其数据更新的重要手段,尤其对于全球性的 地理动力学分析,更必须有ＲＳ所提供的覆盖全球的动态数据与ＧＩＳ的结合。反之,ＧＩＳ则可以提供ＲＳ所需要的一些辅助数据,以提高ＲＳ图像的信息量和分辨率,同时,ＧＩＳ可以将实地调查所     

矿物——成矿与找矿

单颗粒矿物微量元素激光原位定量分析测试数据的大量积累和研究,使矿物成为矿床地球化学研究和矿床勘查的重要示踪剂。本文重点选择磁铁矿、磷灰石、石榴子石、榍石、锆石、绿泥石和绿帘石等的原位分析研究所获得的认识,介绍单颗粒矿物成分组合及变化在矿床类型划分、成矿年龄测定、氧逸度、成矿过程与物质来源、找矿与勘探等方面的应用。不同矿床类型中普遍存在的矿物,如磁铁矿、磷灰石等的微量元素含量及组合差异,提供了矿床类型识别的标志。单颗粒矿物,特别是矿石矿物和密切共生矿物如锡石、铌钽铁矿、赤铁矿、石榴子石、方解石等的原位定年,使成矿年龄的直接准确测定成为现实。矿物中变价元素,如Fe、V、Mn、Ce、Eu含量和/或比值的变化,指示了成矿过程氧逸度及其变化特点。从矿物核部向震荡环带与边部的微量元素含量或同位素组成的变化,示踪了成矿过程中流体来源或性质的变化。斑岩和矽卡岩矿床中与成矿作用关系密切的蚀变矿物,如绿泥石、绿帘石的形成温度、特征微量元素比值,如Ti/Sr、Ti/Co、V/Ni、Mg/Sr等,与距矿床中心距离呈线性函数关系,可定量预测距矿床中心的距离,使以绿泥石、绿帘石为代表的找矿指示矿物研究迅速发展。     

红藻石和蓝藻石概念及分类归属的综述和修订

在分析和总结前人对红藻石和蓝藻石研究成果基础上,结合岩石薄片显微镜下观察实例,发现在以往碳酸盐岩颗粒分类中没有红藻石和蓝藻石的合适位置。鉴于红藻石重要的成因意义和造礁作用,有必要明确红藻石的概念和归属。珊瑚藻本身极易钙化,经生物矿化作用最终保存下来的珊瑚藻屑一直放在生物碎屑中,而红藻石是由非固着的珊瑚藻构成的钙质独立结核,因此也可以被划分到生物碎屑中。蓝藻石作为蓝细菌钙化作用的产物,同时鉴于蓝藻石的广泛存在,把钙化蓝细菌形成的核形石命名为蓝藻石,这一重要概念从提出到现在一直被使用。然而蓝绿藻概念已变更为蓝细菌,蓝藻石的形成与藻类无关,显然将其称作蓝菌石更加确切。因此,应将红藻石和蓝藻石分别归为生物碎屑和核形石当中,并用新的术语蓝菌石替代蓝藻石。其意义在于使红藻石和蓝藻石的概念及归属更为规范,并为碳酸盐岩颗粒的深入研究提供有益线索。     

自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研发与应用

为解决5000 m地质岩芯钻探基础准则与依据缺失问题，提高钻探装备的自动化、智能化水平，启动了5000 m智能地质钻探技术装备研发工作，通过钻机装备、钻探器具研制，钻探工艺技术研究并经试验示范验证，取得多项创新成果，形成了5000 m地质岩芯钻探技术体系。通过特深孔钻孔口径与管柱规格优化研究、钻杆规格设计、装备性能参数选配，形成了5000 m地质岩芯钻探技术规范体系；基于5000 m特深孔地质岩芯钻机、孔口自动化作业装置等关键设备研制，实现了绳索取芯钻进的孔口作业全流程自动化，形成了轻量化钻机孔口管柱柔顺控制技术；基于复杂地层孔内工况判别、钻进参数优化与轨迹优化控制等技术问题研究，形成了多源信息融合的地面与孔底一体化钻进过程智能控制技术；基于高性能薄壁绳索取芯钻杆和系列小口径高效钻具研制，形成了大深度绳索取芯系列钻杆钻具技术；研发了耐高温环保型冲洗液、生物破胶废浆处理技术、“广谱型”双浆堵漏技术，形成了绿色环保型冲洗液体系与护壁堵漏技术。     

自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研发与应用

为解决5000 m地质岩芯钻探基础准则与依据缺失问题，提高钻探装备的自动化、智能化水平，启动了5000 m智能地质钻探技术装备研发工作，通过钻机装备、钻探器具研制，钻探工艺技术研究并经试验示范验证，取得多项创新成果，形成了5000 m地质岩芯钻探技术体系。通过特深孔钻孔口径与管柱规格优化研究、钻杆规格设计、装备性能参数选配，形成了5000 m地质岩芯钻探技术规范体系；基于5000 m特深孔地质岩芯钻机、孔口自动化作业装置等关键设备研制，实现了绳索取芯钻进的孔口作业全流程自动化，形成了轻量化钻机孔口管柱柔顺控制技术；基于复杂地层孔内工况判别、钻进参数优化与轨迹优化控制等技术问题研究，形成了多源信息融合的地面与孔底一体化钻进过程智能控制技术；基于高性能薄壁绳索取芯钻杆和系列小口径高效钻具研制，形成了大深度绳索取芯系列钻杆钻具技术；研发了耐高温环保型冲洗液、生物破胶废浆处理技术、“广谱型”双浆堵漏技术，形成了绿色环保型冲洗液体系与护壁堵漏技术。     

再论流体势及其与圈闭和油气藏关系

在Hubbert(1953)关于流体势和圈闭的经典论文基础上,从流体势计算的基本原理出发,论证了气势与水势、油势计算表达式的具体形式是不同的,如等地温梯度的静水压力场中理想气体的势包含压力的对数函数与线性函数之和,而不只是包含压力的线性函数.表述了同一求势面所对应的测势面对于不同流体是不同的;指出了圈闭的溢出点通常是等势面与非渗透层面交线的切点;应用简洁的数学分析方法,推导了地下水三维流动情形下油(气)等势面某点切平面坡度与水头、渗滤速度关系的表达式,其中坡度绝对值与渗滤速度关系的表达式为:tanθ=√v2x v2y/|vf vz|,其中vf=K[ρw-p(p)]g/μ,式中:θ为切平面的倾角;vx、vy和vz分别为沿坐标轴ox、oy和oz方向的渗滤速度分量;K和μ分别为渗透率和水的动力黏度;ρw、ρ(p)分别为水和油(气)的密度.根据这些基础性的分析,对被广泛引用的Levorsen(1954)的背斜-水动力复合油藏中水头与油水界面产状的关系示意图进行了两点修改:将油水界面改为曲面、将油水界面处油藏的测势面改为高于油水界面处水的测势面的水平面;对向斜部位聚集油气的水动力条件进行了讨论,认为只有两(各)翼水流都向下流动且水流强度中等条件下才能在向斜部位聚集油气.     

桩-岩摩擦黏着特性的试验与分析

研究桩与岩石的侧摩阻力组成及影响因素,有助于准确地把握桩与岩石的侧摩阻力取值原则。在对桩与岩层的摩擦黏着机制分析的基础上,指出界面力与岩层抗剪力的区别,并提出岩层的极限侧摩阻力由界面强度及岩石强度两者较弱一方决定的观点。进行了中风化岩中4组混凝土短桩的抗压及抗拔极限摩阻力对比试验,获得了相应的极限侧摩阻力值以及抗拔与抗压极限侧摩阻力值的比值。抗拔时由于上部岩层对桩侧岩层的约束作用较弱,会使侧摩阻力相对抗压时有较大降低。通过有限元计算及其与试验值的比较分析,研究短桩与岩层的界面强度条件,发现岩层和混凝土灌注桩间的侧摩阻力中界面黏着力占很大比例。     

现代新技术新方法与工程地质

本文阐述了瓣技术，新方法应用于工程地质研究取得的进展，内容涉及原位测试技术，数值模拟技术，物理模拟技术和物探测技术，这些方面的研究推动了工程地质学的发展。     

区域构造、地球化学与成矿

成矿是一种复杂的地质作用，区域构造与区域地球化学是控制成矿的基本要素。文中简略叙述了构造成矿研究的历史，论述了大型构造与成矿的关系，提出构造动力体制转换是引发成矿作用的一种重要机制。通过对我国矿田构造研究的回顾，总结提出构造研究的一些思路，同时对区域地球化学与成矿、上地幔元素丰度与成矿以及地球化学急变带与成矿等做了简要的讨论，认为岩石圈及地质体中一定含量的金属元素是成矿的必要条件，而成矿尚需一定的地质作用对这些金属元素的浓集。     

Glyph and hyperstreamline representation of stress and strain tensors and material constitutive response

Results of numerical analyses of boundary value problems in geomechanics include output of three‐dimensional stress and strain states. Two‐dimensional plots of stress–stress or stress–strain quantities, often used to represent such output, do not fully communicate the evolution of stress and strain states. This paper describes the use of glyphs and hyperstreamlines for the visual representation of three dimensional stress and strain tensors in geomechanics applications. Glyphs can be used to represent principal stress states as well as normal stresses at a point. The application of these glyphs is extended in this paper to represent strain states. The paper introduces a new glyph, called HWY glyph for the representation of shear tensor components. A load step‐based hyperstreamline is developed to show the evolution of a stress or strain tensor under a general state of loading. The evolution of stress–strain states from simulated laboratory tests and a general boundary value problem of a deep braced excavation are represented using these advanced visual techniques. These visual representations facilitate the understanding of complex multidimensional stress–strain soil constitutive relationships. The visual objects introduced in this paper can be applied to stress and strain tensors from general boundary value problems. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.