河北承德盆地114 Ma大北沟组玄武岩地球化学及其对华北克拉通岩石圈地幔减薄作用的制约

华北克拉通罕见年龄界于120～100Ma的火山岩。承德盆地大北沟组火山岩下部主要由柱状节理橄榄玄武岩组成,中上部主要由安山岩组成。对紧邻玄武岩的上覆安山岩的火山锆石U-PbLA-ICPMS定年结果表明,形成年龄为(113.6±0.87)Ma,代表了该套火山岩的喷发年龄,表明它们形成于早白垩世晚期。对3件玄武岩样品的分析结果表明,它们亏损高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf),初始87Sr/86Sr同位素比值为0.7059,εNd(114Ma)为-11.04,具有富集型岩石圈地幔的特征。但该套玄武岩的主量和微量元素特征则介于华北克拉通中生代年龄>120Ma具古老富集型地幔特征的玄武岩和年龄<100Ma具亏损软流圈性质的玄武岩之间,表明113.6Ma时华北克拉通岩石圈地幔在元素组成方面已具有由富集地幔向亏损型软流圈地幔转变的特征。大北沟组玄武岩的地球化学特征表明,114Ma时华北克拉通岩石圈地幔已减薄。     

胶辽半岛金伯利岩中地幔捕虏体岩石学特征：古生代岩石圈地幔及其不均一性

华北东部古生代岩石圈地幔经历过复杂的多旋回多阶段熔融岩浆、重结晶、变质和剪切变形历史,因而岩石组成、结构复杂.地幔橄榄岩的主元素、地幔矿物特别是金刚石中的包裹体的Mg#值及Cr#值等显示古生代岩石圈地幔高度难熔亏损玄武质的成分特征,而地幔橄榄岩的不相容元素、同位素显示高度富集的特点.这种高难熔和强富集两重性是克拉通岩石圈地幔的特征.Pb同位素反映华北东部古生代岩石圈地幔具冈瓦纳大陆地幔的特点.复县和蒙阴古生代岩石圈地幔尽管都表现为太古代克拉通地幔的特征,但存在着不均一性,前者受克拉通化后的深部作用影响强于后者.与新生代地幔Sr、Nd同位素对比表明富集的古生代岩石圈地幔向亏损新生代的地幔转变和减薄伴有新生地幔物质对古老岩石圈的置换和混合作用.     

地幔橄榄岩中橄榄石的指示意义

橄榄石是地幔橄榄岩和辉石岩的主要组成矿物,但也经常以斑晶和捕虏晶的形式出现在玄武质岩石中。结合近年来在地幔橄榄岩的主要元素（如Mg和Fe）组成特征以及Li、Mg和Fe稳定同位素地球化学方面的研究成果,重点对橄榄石的地球化学特征与华北克拉通岩石圈地幔演化过程之间的联系进行了讨论,旨在加深对华北克拉通岩石圈地幔演化过程的理解。现有研究表明：地幔橄榄岩中橄榄石的矿物学特征、元素和同位素地球化学组成能够很好地指示岩石圈地幔的特征及其演化过程,因而具有重要的意义。对于克拉通地区的地幔橄榄岩来说,橄榄石的Mg#通常可以指示岩石圈地幔的属性,古老、难熔的地幔橄榄岩中的橄榄石一般具有较高的Mg#（〉92）,而新生的岩石圈地幔橄榄岩中的橄榄石则具有较低的Mg#（〈91）。因此,地幔橄榄岩中橄榄石的Mg#在一定程度上具有年龄意义。橄榄岩中橄榄石的Li、Mg和Fe同位素组成也可以明确指示岩石圈地幔的属性及其所经历的演化过程,正常地幔的δ7Li、δ26Mg和δ57Fe组成相对均一,如果上述同位素组成偏离正常地幔值,则说明岩石圈地幔经历了熔体/流体的交代作用。华北克拉通地区地幔橄榄岩捕虏体中橄榄石的Li、Mg和Fe同位素组成研究表明：该区的岩石圈地幔经历了多个阶段、不同来源的熔体/流体的改造过程。     

华北东南部中生代岩石圈地幔性质、组成、富集过程及其形成机理

本文通过对我国华北东南部中生代幔源岩浆活动的时空分布规律及其地球化学特征的系统总结来进一步厘定该地区中生代岩石圈地幔的性质和组成,并通过与华北内部如鲁中地区中生代岩石圈地幔的对比研究探讨华北东部岩石圈的时空演化规律、富集过程及其形成机理。幔源岩石的 Sr-Nd-Ph 同位素特征表明华北东部中生代岩石圈地幔存在明显的时空不均匀性,其中心部位如鲁中地区以弱富集地幔为主体;而东南部如鲁西南和胶东地区则为类似 EM2型地幔(~(87)Sr/~(86)Sr_i 可高达0.7114)。华北东南部中生代岩石圈地幔随时间的演化特征也很明显。这些幔源岩石的地球化学特征和玄武岩中地幔岩捕虏体(橄榄岩和辉石岩)和捕虏晶(橄榄石和辉石)的组成和结构特征皆证明华北东南部中生代岩石圈地幔曾受到过富硅熔体的强烈改造。橄榄岩-熔体的相互反应是该区岩石圈改造和组成转变的重要方式,从而造成古生代高镁橄榄岩转变为晚中生代低镁橄榄岩和辉石岩。进入岩石圈地幔的熔体具下/中地壳物质重熔的特征,从而导致该区晚中生代岩石圈地幔的快速富集。有关华北东部中生代岩石圈减薄和改造的时限、过程和机制等问题也进行较详细的讨论。     

华北克拉通东部中生代岩石圈地幔的时代构成:橄榄岩包体的Re-Os同位素和单斜辉石REE地球化学证据

华北克拉通显生宙岩石圈的演化是近年来国内外地质学家们关注的热点问题之一.华北克拉通东部中生代岩石圈地幔的时代构成为认识华北克拉通破坏时间与机制提供了直接证据.     

华北克拉通破坏过程中下地壳的改造——捕虏体证据

华北克拉通出露的前寒武纪麻粒岩地体和显生宙不同时期火山岩中的麻粒岩捕虏体是地质历史上不同时期下地壳的代表性样品,对它们的对比研究为华北克拉通下地壳的演化提供了重要制约。本文在前人工作基础上,主要从地体麻粒岩和不同时代火山岩中捕虏体麻粒岩的锆石年代学和Hf同位素组成特征角度,指出在华北克拉通岩石圈破坏过程中,不仅岩石圈地幔发生了减薄和改造,岩石圈地幔之上的下地壳也发生了不同程度的减薄和改造,这种改造存在区域上的差异,包括改造的时间、改造的程度等。下地壳的改造方式主要以幔源岩浆的底侵为主,古老地壳物质的重熔也是可能的一种方式。     

地幔再富集作用对岩石圈地幔Fe-Mg-Ca同位素组成的影响

本文对目前的大洋玄武岩和华北地幔橄榄岩捕虏体的Fe-Mg-Ca同位素研究结果进行了系统的归纳和总结,并在此基础上,探讨地幔再富集作用对岩石圈地幔Fe-Mg-Ca同位素组成的影响,以期为进一步认识华北岩石圈地幔物质组成转变的方式提供新途径。统计结果表明,没有受到地幔交代作用影响的橄榄岩,其Fe-Mg-Ca同位素组成变化范围小,而地幔再富集作用会导致岩石圈地幔的Fe-Mg-Ca同位素组成明显不均一,说明地幔再富集作用是导致岩石圈地幔Fe-Mg-Ca同位素组成变化的重要机制。     

俯冲陆壳和洋壳对华北克拉通中生代岩石圈地幔改造的氧同位素记录

来自华北克拉通山东省中生代镁铁质岩石及地幔包体的橄榄石氧同位素组成显示,早白垩世岩石圈地幔主要受到了来自俯冲的华南陆壳不同组分的改造作用,包括镁铁质下地壳和长英质上地壳组分以及少量的海相沉积碳酸盐岩,而晚白垩世的岩石圈地幔则受到了来自俯冲的太平洋板块的改造。早白垩世受俯冲陆壳改造的岩石圈地幔橄榄石相对正常地幔高δ¹⁸O (6.0‰～7.2‰),而晚白垩世被俯冲洋壳改造的局部地幔则相对正常地幔低δ¹⁸O (4.1‰～5.3‰)。板块俯冲作用是导致华北克拉通岩石圈地幔破坏的重要深部机制,三叠纪华南陆壳深俯冲导致了华北克拉通地幔强烈富集相容组分而转变为易熔的岩石圈,早白垩世大规模幔源岩浆的侵位很可能与俯冲大陆板片的整体断离或拆离作用相关;晚中生代以来的太平洋俯冲作用则引发了岩石圈地幔的置换和增生作用,形成了目前新、老地幔共存的格局。     

山东铁铜沟橄榄岩的水含量:华北克拉通早白垩世富水岩石圈的分布

已有研究表明,华北克拉通东部的山东费县岩石圈地幔在克拉通破坏峰期(早白垩世)时是高度富水的,其中橄榄石的H₂O含量＞180×10-6;而同期克拉通西部的太行山符山地区岩石圈地幔具有贫水特征,其中橄榄石的H₂O含量为~10×10-6.这表明西向俯冲的古太平洋板块造成了华北东部早白垩世岩石圈地幔的富水特征,为克拉通破坏提供了力学前提.为了解古太平洋板块俯冲的影响范围,对介于费县和符山之间的山东铁铜沟地区早白垩世高镁闪长岩中的橄榄岩捕掳体进行了含水性分析,橄榄石的原始H₂O含量(6×10-6~24×10-6,平均值为(15±7)×10-6)与符山地区相当,暗示太平洋板块俯冲造成的岩石圈富水效应可能仅局限在华北最东部,这和最东部地区克拉通破坏程度最高是一致的.      

大兴安岭岩石圈地幔特征——哈拉哈河-绰尔河橄榄岩捕虏体的证据

大兴安岭哈拉哈河-绰尔河第四纪火山岩中含有尖晶石相和石榴石相橄榄岩捕虏体.本文报道的尖晶石相橄榄岩包括方辉橄榄岩和二辉橄榄岩两类,前者分布数量略高于后者.方辉橄榄岩多数具有较高的平衡温度(1072～1193℃),矿物化学成分变化大,含有高Mg橄榄石和高Cr#尖晶石,这些特征一致表明是古老岩石圈地幔残余的样品.而二辉橄榄岩显示相对均一的矿物化学成分和很宽的平衡温度变化范围(636～1178℃),代表了明显受到改造的岩石圈地幔,可能反映岩石圈地幔的不同深度和局部经历了软流圈与岩石圈相互作用.通过与华北克拉通的对比,发现地处兴蒙造山带的大兴安岭岩石圈地幔中仍保留有相当量的古老岩石圈地幔残余,区别于遭受强烈改造和破坏的华北克拉通东部地区的岩石圈地幔.     

松辽盆地姚家车站剖面嫩江组一段下部湖相有机质组成及其沉积环境特征

姚家车站剖面位于松辽盆地东南部,是研究嫩江组一段烃源岩发育时湖泊沉积环境的一个典型露头剖面。通过测定和分析总有机碳(TOC)含量及其稳定碳同位素组成(δ¹³C_org)、特征分子标志物(Pr/Ph、伽玛蜡烷、C30甾烷、芳基类异戊二烯、脱羟基维生素E和GDGTs)的剖面变化,讨论了嫩江组一段下部湖泊有机质组成及沉积环境特征。根据剖面各参数的变化特征,可将其沉积划分为2个阶段。剖面TOC含量为0.06%～3.98%,具有阶段Ⅰ高,阶段Ⅱ低的特征,主要受初级生产力水平和保存条件的控制。δ¹³C_org值揭示出沉积有机质主要来源于湖泊内源。特征生物标志物的剖面变化表明:嫩江组一段沉积期湖泊水体分层,下部水体缺氧,且阶段Ⅰ和阶段Ⅱ的上部湖泊水体缺氧已上升至透光带;湖泊下层水体盐度相对较高,存在短期快速变化。24-正丙基胆甾烷和24-异丙基胆甾烷含量的剖面变化揭示出嫩江组一段时期松辽古湖盆发生了海侵,但海侵是间歇性的,而不是持续的。分析认为:松辽海侵的发生与高盐、缺氧、分层的水体环境及油页岩的形成密切相关。尝试利用TEX₈₆指标定量重建了嫩江组一段下部古湖泊水体温度,结果表明松辽盆地在白垩纪基本处在亚热带气候区。     

关中盆地城市群发展中几个关键基础地质问题

关中盆地属于断陷盆地,地质构造复杂,活动断裂发育,地震活动频繁,城市建设中面临一系列重大基础地质问题。在搜集分析关中盆地1 000多个各类钻孔数据的基础上,对关中盆地城市群1∶5万综合地质调查中实施的主要钻井和剖面进行研究,探讨了城市群发展中面临盆地形成演化与活动断裂规避、第四系下限与关中盆地三维地质结构重建、水系演化与城市发展、历史时期古洪水事件与海绵城市建设等基础地质问题。研究表明:①关中裂陷形成于中晚白垩纪,始新世开始成湖,经过多次断陷与隆起,形成2个沉积中心,到上新世时湖泊扩展达到最大范围,盆地第四纪以来仍处于持续、缓慢的下降接受沉积过程,受秦岭持续构造隆升的影响,沉积中心由南向北迁移,这将对城市群布局产生重要影响。关中盆地城市群建设要回避断裂交汇处、端点和断层运动的枢纽部位。②建议将绿三门组划为上新统,不宜划分到第四系,三门组的形成时代是穿时的,在关中盆地第四系与地下空间规划的时候需要进行关注和纠正。③城市规划建设要遵循河湖演化的自然规律和区域地质地貌特征,千年、百年一遇的洪水水位分别高于河漫滩7m和2.2m,最大年降水量超过900mm,但季节分布不均,可作为城市防洪水和海绵城市建设的设计依据。     

基于衬砌长期渗漏水影响的隧道施工扰动诱发超孔隙水压消散及地层固结沉降解

基于Terzaghi-Rendulic固结理论,采用保角映射和分离变量法,计算得到隧道衬砌半渗透漏水边界条件下,盾构施工扰动引起的隧道周围土体超孔隙水压力消散解和地表土体固结沉降,通过工程实例进行验证,发现理论方法与实测数据趋势一致;此外,利用参数分析获得了土体固结沉降和超孔隙水压力的分布影响规律。结果表明:衬砌与土体的相对渗透比越大,固结沉降的初始速率越大,但不影响最终收敛值;土体弹性模量越小,最终固结沉降量越大;土体中超孔隙水压力随着时间增加,在隧道开挖后较短时间里以较大幅度逐渐消散,消散到约为初始值的1/10时减幅放缓;距离衬砌外壁越远,土体初始超孔隙水压力越小,其消散速度也越慢。     

黄土水敏性及其时空分布规律

黄土是一种具有水敏性的特殊土,天然状态下可以长期保持直立高陡的状态,遇水后呈现出崩解、湿陷、滑动、流变等变形行为。开展黄土的水敏性特性及其时空分布规律研究,对指导黄土高原工程建设和防灾减灾具有重要的现实意义。笔者在非饱和土力学的框架下,引入吸应力的概念,对黄土的水敏性及其力学机制进行解释,即水敏性的本质是,随着含水率的增大,土体内部吸应力逐渐减小,对应不同的外界边界条件时,产生崩解、湿陷、滑动、流变等不同的宏观变形行为。在黄土高原从西到东、从北向南不同空间位置的黄土剖面的不同的层位,系统采集黄土样品,基于TRIM试验测试技术,开展样品的土-水特征曲线与吸应力特征曲线测试。试验结果表明,脱湿与吸湿条件下的各曲线呈现相同的变化规律,均存在3个明显的特征段。黄土对水的敏感程度随其沉积年代和在黄土高原分布位置的不同,呈现出规律性的变化。空间上,从西向东、由北向南,水敏性增强;时间上,沉积年代由老到新,水敏性增强。     

洛川典型剖面黄土的非饱和参数测试与分析

土-水特征曲线是反映非饱和土基本特性的本构曲线,是土质斜坡非饱和渗流和力学机制分析中的重要参数。但受限于实验设备和测试技术等条件的限制,使得土-水特征曲线的测试耗时长、难度大,且多数测试方法难以实现全吸力范围内(0~106kPa)的曲线测定,间接获取土-水特性曲线的模型拟合法,通常又存在因参数多解性而导致的结果失真等问题。现有的黄土高原非饱和特征曲线测试结果多集中于马兰黄土(L1),而其下的几十层黄土、古土壤的测试尚基本属于空白。笔者基于TRIM试验测试技术,对洛川黄土剖面的29层黄土-古土壤序列进行测试,获取了土-水特征曲线、吸应力特征曲线和渗透系数函数等系列参数,建立了黄土高原非饱和黄土工程特性标准剖面。通过对各参数综合分析发现,各物性参数在垂向上随深度呈现相似的变化规律,且均在黄土-古土壤的接触带参数变化较大;粘土矿物成分和孔隙结构特征是影响非饱和土-水特征曲线的重要参数,且与曲线参数α、n存在一定的非线性关系。     

关中盆地城市群地下文物遗迹精准探测——以茂陵为例

关中盆地是华夏文明重要发祥地,拥有厚重的历史文化底蕴,留下灿烂的地下历史文化遗迹,但因其隐藏于地下,观赏性不强,制约着具有世界影响力的历史文化旅游品牌的打造。以举世闻名的茂陵为探测区,采用无人机航测、地面调查、高密度电法、地质雷达、高精度磁测及微重力等地面无损探测技术,对帝陵进行了精准探测,发现茂陵地宫位于封土堆之下距水平面约30~40m深,呈东西长约100m,南北宽约60m的矩形体;地宫基本完整,未坍塌;探测出南墓道、东墓道和北墓道的位置和深度与考古钻探探测出的结果基本一致。在此基础上利用3D Max软件平台等,可虚拟再现汉武帝茂陵辉煌规模及地宫形态。向游客展现汉武帝茂陵地宫的结构、景观以及时代与地域背景,将大幅度提升旅游产品品质。     

流态破坏型黄土滑坡滑带土临界特征

泾阳南塬黄土滑坡运动形式具流态特征,以泾阳南塬西段L5致滑层黄土和东段L9致滑层黄土为研究对象,从非饱和黄土角度出发,开展了控制不同初始含水率的增湿常剪试验,在获取黄土增湿变形过程曲线的基础上,讨论了黄土流态破坏过程中的水土边界特征;并进一步从细微观角度揭示了黄土流态破坏前后的结构孔隙差异与含水率的关系,提出了黄土流态破坏临界条件和力学机制。研究表明,黄土具流态变形特征,其增湿变形曲线中存在发生流态破坏的临界含水率,提出了"自适应第一稳定场"和"被适应第二稳定场"的概念,微细观尺度下在临界点前后的土体孔隙突变结果揭示了该变形模式的合理性;流态变形的基本条件是与土体孔隙的分布及其颗粒大小相关的,非饱和高含水率状态下,含水率(吸应力)的微小改变可引起土体较大的应变增量;基于水力特征曲线模型闭型方程,提出了流态变形的力学机制,以期为流态破坏型黄土滑坡防控提供科学依据和理论基础。     

湖南锡矿山超大型锑矿床围岩蚀变元素迁移特征及定量计算研究

湖南锡矿山锑矿床是目前世界上已发现的最大的锑矿床,其硅化非常发育且与矿化关系密切,根据硅化蚀变程度的强弱,从围岩到矿石大致划分为4个带:灰岩→弱硅化灰岩→强硅化灰岩→矿石。为揭示锡矿山锑矿的成矿过程及成矿流体信息,利用Isocon标准化方法,以Al_2O_3为惰性组分,对各蚀变带围岩及矿石的主、微量元素进行质量平衡计算。结果表明,热液蚀变过程中,Si、Sb、Li和Bi等大量迁入,而Ca、Mg、Na和大离子亲石元素Sr、Ba、Rb等大量迁出;成矿热液呈酸性并富硅,其中Hg、As、Au、Tl等元素含量极低,这可能是导致锡矿山锑矿床矿种单一的原因之一。稀土元素除Eu外,其他元素未发生明显的活化迁移,水岩反应并未影响原岩的稀土元素配分模式;蚀变岩及矿石中的Eu负异常可能表明成矿过程是在相对还原的环境下进行的。