燕辽东段侏罗、白垩纪构造转变期古地理和古环境的初步分析

自中、晚侏罗世之交至早白垩世早期,中国东部发生了构造格局和古地理环境的巨大转变。对这一时期燕辽东段古地理和古环境的部分问题进行了多学科整合分析,初步认识如下:中侏罗世开始增强的板块汇聚造成中、晚侏罗世亚洲东部地壳增厚和地势升高,古太平洋伊泽纳崎板块持续俯冲引起深部岩浆上涌、地壳减薄和多期伸展裂陷,同时东亚洋陆过渡带形成一系列逃逸构造,上述构造演化导致燕辽地区在晚侏罗世至早白垩世中期形成高山和盆岭地貌。早白垩世137~131 Ma,嫩江—八里罕断裂至喀喇沁变质核杂岩延伸线两侧出现东高西低的地貌差异,相对下降的冀北—大兴安岭火山-地堑带地层中赋存热河生物群早期化石组合,而辽西—松辽地区为相对隆升的构造高地。130~110 Ma时期裂陷作用扩展,热河生物群中、晚期组合向周围扩散。热河生物群生存时期总体为以干冷为主的温带大陆性气候,这与中生代中国东部高原的潜在环境效应并不矛盾。全球气候演化和区域构造古地理条件共同导致燕辽地区自晚侏罗世至早白垩世的干旱化和寒冷化,并影响到中、晚侏罗世燕辽生物群和早白垩世热河生物群之间的生态群进化演替。     

短波红外光谱、X射线荧光光谱、黄铁矿热电性分析在胶东新城金矿田深部找矿中的应用

胶东半岛是我国最重要的金矿集区之一,其矿床是典型受北东向断裂构造(焦家断裂带、三山岛断裂带和招平断裂带),以及次生断裂构造(如望儿山断裂和灵北断裂等)控制的矿床类型。前人在该区域做了大量研究,但主要集中在地表和浅层成矿段,对于深部成矿规律与预测的研究相对较少。新城金矿田是胶东半岛的特大型金矿之一,由新城矿床、曲家矿床和招贤矿床三部分组成。由于受到焦家断裂带控制,在招贤矿区中的科研深钻达到2 500 m以下,为我们研究深部成矿规律提供了良好的样品。本文通过该地区蚀变矿物的短波红外光谱特征(short-wave infrared spectroscopy,SWIR),并结合X 射线荧光光谱(X-ray fluorescence spectrometry,XRF)法和黄铁矿热电性法,选取该地的不同成矿阶段的蚀变岩石和典型载金矿物黄铁矿,并在三维环境中,定量化分析了主要的蚀变矿物——白云母族的短波红外光谱的特征值,揭示其找矿规律与指示意义,进一步提取矿床中蚀变矿物的找矿标志。研究结果表明:(1)在靠近焦家主断裂构造蚀变岩型矿体的位置,伊利石结晶度(≥1.2)和绢云母Al—OH吸收位置(≥2 205 nm)偏高,而在远离焦家主断裂构造蚀变岩型矿体的位置伊利石结晶度和绢云母Al—OH吸收位置偏低,分别为0.2~1.2和2 198~2 205 nm。(2)X 射线荧光光谱结果提取了该地区20种元素含量,通过对元素的主成分分析和聚类分析, Al—OH吸收峰位置偏移与Al、K、Si含量变化有一定相关性。(3)黄铁矿热电性导型在近焦家主断裂构造蚀变岩主要为P型,远离主断裂的主要为N型。在新城矿区的Ⅰ号和Ⅴ号矿体的顶部到底部整体呈现N-P→P→P-N→N→N-P→P-N和P-N→N-P的规律;在招贤矿区中绝大部分是P型。剥蚀度整体处于在25%~50%,因此在新城矿区约-800 m以下和招贤矿区约-1 500 m以下,仍有较好的深部找矿前景。整体上P型黄铁矿成矿温度主要为180~250 ℃,N型成矿温度主要区间值在380~460 ℃;利用温度场进行三维插值建模,其与三维矿体品位模型空间展布趋势一致。本文综合研究方法为深部矿产资源评价提供新的研究思路,将光谱数据、地化数据等多维度信息集成整合,同时使用三维模型可视化功能,对于矿产模型定量化构建具有重要参考价值。     

某Cr(Ⅵ)污染场地修复的PRB反应材料及结构设计研究

渗透反应格栅(permeable reactive barrier,PRB)在国外被广泛应用于场地尺度的地下水污染修复,因其无须外源动力、不占地面空间、运行成本低等优势在国内受到广泛关注。不同场地水文地质条件、污染物类型、污染羽分布具有差异性,前期场地调查、反应材料的筛选、反应墙尺寸结构的设计对于PRB的有效运行至关重要。本文以PRB修复河南某Cr(Ⅵ)污染场地为例,详细阐述场地调查、材料筛选、材料反应参数确定、PRB结构优化等方面的研究过程及成果,可为后续PRB修复技术的应用提供参考。研究结果表明:PRB修复技术适用于该场地,铸铁与活性炭混合材料为最佳修复材料;反应门长40 m(反应材料厚2 m,上下游分别为2 m厚砾石层),东西两侧隔水墙长为60 m的U型漏斗-门系统型PRB,可有效捕获并修复污染羽,工程成本远低于连续反应墙式PRB,为该场地修复最优PRB结构类型。     

西南极中—新生代古地磁与板块重建研究进展

根据西南极已发表的中—新生代古地磁数据,对西南极不同地块进行了古大陆重建。识别出古太平洋板块对西南极构造演化影响广泛的两次构造事件:一是120~100 Ma古太平洋板块内翁通爪哇-马尼希基-希库朗基大火成岩省的喷发与全球板块洋壳扩张速率高峰期引起的西南极瑟斯顿岛-埃茨海岸与东玛丽·伯德地快速南向移动;二是古太平洋-凤凰板块洋中脊在~100 Ma俯冲至西南极之下导致的以罗斯海区域为主的岩石圈伸展、瑟斯顿岛-埃茨海岸与玛丽·伯德地远离东南极以及南极半岛发生南向运动与顺时针旋转。证明太平洋板块俯冲与西南极板块运动的耦合关系。未来需要在西南极获得更多具有准确年代学限制的可靠的古地磁数据,这将对西南极的构造演化模式提供更多的制约,并有助于深入理解南极大陆的构造演化过程、板块生长与裂解的地球动力学机制。      

西南极乔治王岛新生代古生物特征及古环境探讨

西南极乔治王岛发育有一套高钾低铝的拉斑玄武岩,夹火山碎屑岩,属于岛弧火山岩系列。该岛还保存了南极最长的冰川沉积记录,是研究南极冰盖演化历史的重要证据。乔治王岛出露的新生代陆相地层中含有丰富的植物叶、孢粉、茎干、无脊椎动物化石及鸟类足印的痕迹化石等,从始新世到早中新世,化石逐渐减少,表明植物多样性呈明显下降趋势,幸存的稀疏植被被严格限制在冰川周缘的苔原物种上。冰海相地层与古生物研究表明,晚渐新世海相地层主要对应高能环境,早中新世海相地层对应低能环境。对乔治王岛新生代古生物特征及古环境的探讨,不仅理解了古生物及多样性的变化趋势,也为重建南极古环境提供证据。      

结构方程模型及其在地学数据建模中的回顾与展望

结构方程模型是一种建立、估计和检验因果关系的方法。它可以替代多重回归、路径分析、因子分析、协方差分析等方法,清晰分析单项指标对总体的作用和单项指标间的相互关系,是一种主要应用于验证性模型分析的多元统计建模技术。由于能够通过可观测变量来度量潜变量得分以及分析不同子模型下潜变量之间的协同效应等优点,结构方程模型被广泛应用在心理学、行为学、市场学等领域的数据建模分析研究中,提供了从提出概念—设计模型—获取数据—验证模型的成熟应用路径。地学数据的建模技术一直是地学研究的热点之一,其目的是在海量、多元、高维、多时态的地学数据中,提取出有价值的模型结构以及潜变量,研究不同地学变量以及潜变量之间的交互关系,从而支撑环境治理、灾害防治、资源勘察、生态评价等相关应用和研究。随着地学数据规模变化和建模工具的不断发展,地学数据建模的样本逐渐从抽样建模变为全样本建模,建模方式从有地学模型指导下的建模变为无约束/弱约束建模,建模依据从基于变量因果关系建模变为基于变量相关性的建模,模型复杂度从单模型/单过程建模变为多模型/多过程的综合建模。结构方程模型作为一种综合的建模方法,其可以同时包含因子分析、潜变量估计、路径分析等多种多元分析技术,这种多层次、多分支的建模方法融合了知识驱动建模和数据驱动建模的特点。结构方程模型在地学数据建模中主要面临以下三个方面的挑战,一是从主要面向验证性建模分析的方式向探索性建模分析的方式转变;二是从有完整地学模型约束的建模型方式向弱模型/无模型约束的地学数据建模方式转变;三是从无空间属性的统计变量建模向空间统计变量建模的转变。这对模型本身和数据建模的方法都提出了新的要求。针对以上三个问题,文章在回顾结构方程模型的概念和发展历程的基础上,介绍了三个结构方程模型在地学数据建模中的应用案例,一是利用湖泊沉积物地球化学数据在弱约束条件下提取地球化学金矿内生控矿因子的建模案例;二是利用结构方程模型的综合参数优化方法,通过计算后验概率与观察后验概率的匹配约束来弱化、校正证据权模型中证据独立性问题在计算金矿找矿后验概率中的影响;三是利用结构方程模型来研究墨西哥马格达莱纳流域森林保护策略,通过对不同区域的森林区块进行编号,将空间分布数据转变为传统的无空间属性的统计变量,并分析了不同环境策略对森林保护的影响。      

西秦岭晚新生代构造变形的几何图像、运动学特征及其动力机制

西秦岭位于东西向展布的秦岭-大别-苏鲁中央造山带与南北向展布的贺兰山-龙门山-川滇地震带构成的巨型"十字"构造区的交汇点,是中国大陆中部"西秦岭-松潘构造结"的重要组成部分。西秦岭晚新生代的构造变形与青藏高原的侧向扩展过程密切相关。该区构造变形的几何图像、运动特征及其深部动力学机制对于揭示青藏高原东北部的动力过程及强震活动具有重要意义。西秦岭地区主要断裂晚新生代以来的滑动速率及跨断裂GPS应变速率的结果表明,这一时期西秦岭构造带发生了明显的构造活动方式转换,主要的构造变形过程是通过其内部一系列低滑动速率的断裂活动以及断裂之间隆起山脉与盆地的变形,共同承担着自东昆仑断裂向西秦岭断裂之间的转换平衡。在调节这种构造转换过程中,西秦岭地区以"连续变形"为特征,即区域内的应变是以多条相对低滑动速率断裂的弥散变形遍布全区,并且西秦岭及其周缘块体的旋转作用也吸收了部分变形分量。综合已查明的区域构造活动特征、新生代岩浆活动、地球物理资料以及现今地貌特征可知,西秦岭在特提斯构造域的影响下,岩石圈的结构存在明显的流变学分层,一方面,西秦岭的上地壳保留了主造山期的地质构造形态,但中—下地壳的弱化使得莫霍面之上的圈层解耦,深部可流动的岩石圈地幔不但改变了陆内造山带的结构,同时也控制了现今上地壳连续变形的发育;另一方面,西秦岭内部的中强震主要发生在高速（或高阻）与低速（或低阻）的构造边界带附近。这种独特的流变学结构导致西秦岭在青藏高原向北生长和侧向扩展的过程中,不同阶段的构造变形过程是截然不同的。因此,进一步深入研究西秦岭地区的晚新生代构造转换过程及其机制,不仅对于理解青藏高原东北部的动力过程具有重要意义,更有助于深入认识南北地震构造带中段未来的强震危险性。      

海原-六盘山断裂带现今地震危险性的数值模拟分析

基于正交各向异性理论表征断层的变形行为,将平行断层面的剪切模量和周围介质剪切模量的比值作为反演参数,以海原-六盘山断裂附近现今GPS观测地壳水平运动速度场作为约束,通过构建三维有限元模型,采用遗传算法,反演了海原-六盘山断裂平行断层面的剪切模量分布。结果显示:六盘山断裂中南段平行断层面剪切模量与周围介质接近,且沿断层面地震动活动较为稀疏,反映六盘山断裂两侧近场差异变形较小,和汶川地震前龙门山断裂的情况类似,可能断裂带处于强闭锁状态。整个狭义的海原断裂带平行断层面剪切模量比周围介质要小的多,在0.4以下,且0~5 km要比深部大,可能反映了1920年海原8.5级地震之后,该断裂仍然处于震后调整状态。西段金强河断裂、毛毛山断裂、老虎山断裂浅部0~5 km剪切模量较小,而在5~20 km剪切模量相对较高,结合沿断层面地震活动分布特征,认为金强河、毛毛山断裂浅部可能存在蠕滑,而深部5~20 km存在应变能积累特征,具有强震发生的背景,而老虎山断裂由地表至深部地震活动较为密集,可能存在贯通性蠕滑,强震发生的可能性较小。      

辽宁省沈抚新区区域地壳稳定性评价

在广泛收集资料和野外调查工作的基础上,经综合分析控制和影响区域地壳稳定性的主要因素和内外动力地质的耦合作用,基于ArcGIS平台采用多因素加权叠加分析方法开展了沈抚新区区域地壳稳定性评价研究。评价因素主要选取活动断裂、地震活动性和深部地球物理以及工程岩组、地形地貌与地表地质灾害等共12个影响因子,并依据评价因素的关联性和重要性进行分类赋值,进而建立了区域地壳稳定性评价模型。对沈抚新区的区域地壳稳定性进行了定量化评价。结果表明,沈抚新区以稳定区和次稳定区为主,面积为728.9 km2,占总面积的81.07%,有利于规划和建设。建议在地下工程穿越不稳定区和次不稳定区时,要采取必要的工程措施,确保基础和边坡的稳定性。规划的地铁9号线主要穿越次不稳定区和次稳定区。施工带在埋深15~25 m之间,该段地层主要为卵砾石堆积层、泥包砾堆积层与变质片麻岩强风化带及其交接部位,施工带处于地下水浸没带或变动带,其支护比较困难,建议尽早确定合理的施工方案,保障施工顺利和安全,此外还需要采取一定降水防腐措施。      

中国东部燕山期大火成岩省:岩浆-构造-资源-环境效应

中国东部燕山期的大规模岩浆活动,即侏罗纪—白垩纪(150—100 Ma)的碱性流纹岩-碱性玄武岩-金伯利岩-钾镁煌斑岩-碳酸岩及其管道系统,分布于江南造山带内侧和郯庐断裂带南段以西的华北地台内,累积面积超过30万km2.该期短时限内大规模活动的岩浆事件代表了中国东部地质历史演化中的一次大火成岩省(LIP)事件,实质控制着中生代以来中国华北—扬子地台的构造格局变化、资源能源形成与地质环境变迁.晚侏罗世—早白垩世(150—100 Ma)的大火成岩省,是中生代中期古太平洋大火成岩省沿中国克拉通东部边缘活动的一部分,是包括昂通爪哇(Ongtong-Java)(Mahoney et al.,1993;Ingle and Coffin,2004)—中国东部在内的超级地幔柱上涌,在岩石圈板片对流,挤压地幔物质快速上升,引起陆域内长英质地壳物质大规模重熔的结果,形成:(1)髫髻山组—张家口组碱性流纹质-玄武质双峰式火山岩及其管道系统,与华北大规模金-多金属矿成矿作用密切相关;(2)辽宁瓦房店—山东蒙阴—安徽栏杆,湖南宁乡—贵州镇远一带的金伯利岩—钾镁煌斑岩±碳酸岩±基性超基性杂岩及其管道系统,与金刚石、金-铂族元素等成矿关系密切;(3)辽东—胶东半岛、南岭—滇黔桂交界地区的连片花岗岩,是硅质大火成岩省(SLIP)的管道系统(plumbing systems),与金刚石矿、金-铂族元素矿、钨锡铌钽矿、锂-钾-铷-铯-铀矿等,以及油气等战略性关键金属成矿关系密切.同时,巨型岩浆作用引发的富含钾、磷及稀土等微量元素的基岩形成优质土壤层对生态多样性的助益等有利和/或有害的环境效应,直接关系到地球家园的生态环境.因此,中国东部燕山期大火成岩省产生深刻的岩浆-构造-资源-环境效应.