华北盆-山演化和岩石圈转型与煤层气富集的关系

以华北陆块盆-山构造与岩石圈岩浆热结构演化研究为基础,以区内不同富集机制的含煤区域为研究对象,对华北典型地区盆-山演化、岩石圈转型及其与煤层气富集的关系进行了深入探讨。研究表明,华北典型地区盆-山动力学过程从中生代开始经历了挤压盆-山阶段、挤压盆-山向伸展盆-山转换阶段以及伸展盆-山阶段;华北岩石圈结构演化则经历了岩石圈增厚与稳定过程、岩石圈转型过程、岩石圈快速减薄过程等,且自古生代以来至少经历了两次以上具有时空不均一性的岩石圈转型。沁水盆地和两淮煤田的构造—热动力学环境有利于煤层气富集,且在挤压与伸展作用的转换和叠加过程中形成的构造过渡带是煤层气富集的有利构造单元。沁水盆地煤层气富集特征是岩浆—热作用有利于煤层气储集,而一定的构造变形有利于煤层气的渗流和开采;两淮煤田的强构造作用和后期叠加的张性应力场有利于煤层气的富集和储层的增渗,可在构造煤发育区寻找煤层气开发的有利区域。     

编者按语

2008年春,几个青年人自发组织了一次"构造地质学发展论坛",会上宣讲的学术论文也多出自青年人之手.岩石圈演化国家重点实验室认为,青年人这种对构造地质学的积极探索精神是难能可贵的,也是我国构造地质学能得以蓬勃发展的重要基础,值得支持.     

高度演化的黄山A型花岗岩：对扬子克拉通东南部中生代岩石圈减薄的约束？

黄山花岗岩以高硅(SiO2 >75 %)、低钙(CaO=0.51%~0.86%)、贫镁、相对富碱和高FeO*/MgO比值(8.28~87.20)为特征。微量元素地球化学性质上表现为强烈亏损Ba、Sr、Eu(δEu=0.01~0.13),富集Rb、Th和U,高场强元素Zr、Nb、Y和Ga的含量也较高。主量和微量元素均表现为A型花岗岩的特征。该花岗岩最奇妙的特征是稀土元素分馏模式表现出罕见的“四素组效应”(tetrad effect),一些微量元素的行为也表现出不受离子电荷和半径的控制(nonCHARAC行为),如异常低的K/Rb和Zr/Hf比值以及醒目的高K/Ba比值,该特征仅见于与热液发生过强烈相互作用的高度演化的岩浆中。与钙碱性的太平岩体相比,高度演化的具A型花岗岩特征的黄山岩体具有相对较低的87Sr/86Sr初时值(0.707,而太平岩体为0.710)和较高的εNd(t)值(-4.45~-4.87,而太平岩体为-6.21~-6.40),二阶段模式年龄(TDM2)为1.24~1.33Ga,明显年轻于扬子克拉通内不同时期花岗岩所普遍显示的约2.1Ga的模式年龄值,也小于太平岩体的模式年龄(1.44~1.45Ga),指示黄山岩体的母岩浆中包含有较多新加入的软流圈地幔物质。我们认为,由钙碱性的太平岩体转变为碱性的黄山岩体所指示的是扬子克拉通东南部中生代岩石圈的减薄事件。     

深地震反射剖面揭露大陆岩石圈精细结构

深地震反射技术已被国际地学界公认为是探测岩石圈精细结构、解决深部地质问题的有效技术手段。自上世纪70年代中期以来,以美国为首的等西方国家和中国相继开展了深地震反射探测技术实验,使用该技术揭露盆地、造山带岩石圈的形成和演化、地球动力学过程,并应用于油气资源远景评价、矿产资源勘察等领域,取得了丰硕的成果。本文扼要介绍深地震反射剖面技术的发展及其部分应用实例。     

USArray及其近期科学发现

美国台阵(USArray)是EarthScope计划的主要内容之一。旨在探测北美大陆变形、结构及其演化。USArray主要由平移/滚动台阵和机动台阵两部分构成。滚动台阵由400个宽频带地震台站组成,以向前滚动的方式扫过美国本土和阿拉斯加。利用来自该台阵的数据,科学家能获得地球内部精细图像,藉此考察地震和火山的过程。作为滚动台阵的补充,机动台阵被用于对关键目标进行详细观测和短期测量。美国台阵计划启动5年来,采集的数据已经提供了足以令科学界考虑重新审视地震物理、火山过程、核幔结构、活动变形构造、大陆结构及其演化、地球动力学和地壳流体等基本科学问题的基础资料。     

库车前陆盆地早白垩世岩石圈粘弹性变形的地层记录

基于前陆盆地岩石圈弹性与粘弹性挠曲变形的不同特点,提出应用前隆斜坡带地层结构获取岩石圈力学性质及变形过程信息的思路。对库车前陆盆地的实例分析表明,研究区早白垩世历经了两个逆冲期至宁静期的构造演化,卡普沙良群、巴什基奇克组分别为逆冲期和宁静期的地层记录。在单个逆冲期,随着逆冲加载和岩石圈挠曲变形,岩石圈性质从弹性转化为粘弹性,盆地由向克拉通方向扩展变宽转变为向逆冲带变窄加深。相应地,前隆斜坡带的地层记录为:逆冲早期,地层向克拉通方向渐进超覆和退积;逆冲晚期,地层向逆冲带收缩和前积,形成底面上超/削截和顶面削截—顶超两个重大不整合面。宁静期盆地宽浅,地层平行连续,临近冲断带因岩石圈回弹产生少量削截不整合。     

东秦岭石窑沟斑岩钼矿床地质特征及辉钼矿Re-Os年龄

在东秦岭钼成矿带最近探明的石窑沟大型钼矿床位于近东西向马超营断裂带与北东向石窑沟-焦园断裂带的交汇部位,获得钼金属储量10余万吨,平均品位0.068%。钼矿化呈细脉-网脉状分布于花岗斑岩体及其围岩熊耳群火山岩中,与矿化有关的围岩蚀变有钾长石化、硅化、绢云母化、黄铁矿化等,具有斑岩型钼矿床的一些基本特点。在矿床中选取5件不同矿化类型的辉钼矿样品,采用ICP-MS法进行Re-Os同位素定年,获得模式年龄131.3±2.4～134.3±2.6Ma,等时线年龄135.2±1.8Ma(MSWD=0.18),形成于早白垩世,与豫西熊耳山地区雷门沟、鱼池岭等钼矿床形成时代相近。据辉钼矿Re含量(8.242×10-6～30.24×10-6)推测,矿床成矿物质主要来自于下地壳。矿床为东秦岭-大别山地区中生代第三期钼成矿作用产物,形成于早白垩世中国东部岩石圈伸展环境。     

郯庐断裂带张八岭隆起南段晚中生代侵入岩地球化学及其对岩石圈减薄的指示

本文报道了郯庐断裂带张八岭隆起南段晚中生代侵入岩的主量元素、微量元素及Sr-Nd-Pb同位素特征。研究区侵入岩为一套铝和硅均过饱和的、准铝质向过铝质过渡的岩浆岩,具有富碱、富钾的特征,可根据侵位时间和地球化学特征将张八岭隆起南段侵入岩划分为四类:早期、中早期、中晚期和晚期。早期和中早期侵入岩富集大离子亲石元素(LILE)和轻稀土元素(LREE),相对亏损重稀土元素(HREE),为一套埃达克质的钙碱性二长花岗岩,分别具有正Eu异常和无Eu异常;中晚期和晚期侵入岩富集LILE,亏损Ba、Sr,具有负的Eu异常,是一套碱性A型花岗岩。中晚期和晚期侵入岩与早期和中早期侵入岩相比,具有更低的CaO、MgO、Fe₂O^T₃、Al₂O₃、REE含量、(La/Yb)_N值和更高的Eu负异常和SiO₂含量。Sr-Nd-Pb同位素特征显示,张八岭隆起南段侵入岩岩浆主要来源于华北克拉通下地壳。早期岩浆包含少量的富集地幔端元,而晚期岩浆则为更浅的地壳源区。先期的埃达克质岩代表了该处岩石圈伸展活动的开始阶段,而后期的A型花岗岩则代表了岩石圈强烈伸展的时间。研究表明,岩浆侵位过程中没有经历明显的中、上地壳混染,岩浆源区经历了不同程度的部分熔融,并经历了分离结晶作用。随岩浆侵位时间的变化,岩浆源区的残留相明显不同,由早到晚从石榴子石到斜长石再向角闪石过渡,且岩浆源区逐渐变浅。岩浆演化规律暗示岩浆活动的深部动力学过程为:华北克拉通岩石圈底部的逐渐减薄造成了软流圈顶面抬升,导致岩石圈内热流升高,化学作用逐渐加强,从而出现了不同深度的下地壳源区部分熔融。与远离断裂带的克拉通内部相比,郯庐断裂带具有更强烈的岩石圈伸展程度、侵入岩具有更浅的岩浆源区、岩浆源区具有更强烈的演化程度和更高程度的部分熔融。一系列的证据进一步均证明郯庐断裂带是岩石圈减薄中的强减薄带。     

岩石圈减薄与成矿关系的不均一性

结合实际工作中的体会,提出和讨论了＂岩石圈减薄与成矿关系的不均一性＂这一有意义的科学问题。岩石圈减薄导致岩石圈中分布不均一的金、钼、钨等成矿元素被消耗带出至地壳中成矿,是中国东部金、钼、钨大规模成矿的基本机制;华北地块岩石圈减薄对金、钼、钨大规模成矿的贡献时限始自构造转折开始时而终至岩浆富集地幔源向亏损地幔源转化期,即可能在163～136 Ma至117～80 Ma期间;岩石圈在时间和空间上的不均一减薄可能是地壳中不同类型的金、钼、钨等矿床和矿集区时空分布差异性的重要原因。     

天山造山带岩石圈密度与磁性结构研究及其动力学分析

库尔勒—吉木萨尔剖面横跨塔里木盆地北缘、天山造山带和准噶尔盆地南缘.沿剖面完成了重磁联合反演,获得了岩石圈二维密度结构与二维磁性结构.结果发现,塔里木盆地与准噶尔盆地向天山造山带对冲.在地壳范围内,塔里木盆地北缘与准噶尔盆地南缘的平均密度较高,天山造山带的地壳平均密度较低.天山造山带具有较高的磁化强度,尤其表现在准噶尔盆地南缘至天山造山带中部的整个地壳范围内,预示着天山南北可能具有不同的构造演化历史、构造运动方式以及构造运动强度.在塔里木盆地与天山造山带以及准噶尔盆地与天山造山带的接触部位的上地幔顶部分别发现了低密度体,推测在塔里木盆地由南而北向天山造山带“层间插入与俯冲消减”,以及准噶尔盆地由北而南向天山造山带俯冲的过程中塔里木盆地北缘和准噶尔盆地南缘下地壳物质被带进天山造山带上地幔顶部.库尔勒—吉木萨尔剖面岩石圈二维密度结构与磁性结构为天山造山带的构造分段提供了岩石圈尺度的依据.