花岗岩类岩石成因的磷灰石微区地球化学和同位素示踪

花岗岩类岩石是大陆地壳最重要的组成部分,通常伴生金属矿产,其成因研究可用来探索大陆地壳的形成、演化及动力学机制,并指导矿产资源的勘探。花岗岩类岩石是由岩浆经过结晶分异、地壳混染和岩浆混合等复杂演化过程形成的,且其母岩浆通常来源于不同的岩浆源区。如何准确示踪岩浆源区性质和精细刻画岩浆演化、岩石成岩过程是花岗岩成因研究的关键。磷灰石作为花岗岩类岩石中常见的副矿物,其结晶历史时间长——贯穿整个岩浆演化阶段,且富含F、Cl等挥发分和Sr、REE等微量元素,其化学特征和同位素组成在示踪花岗岩岩浆源区和成岩过程方面有独特的优势。随着微区分析技术的发展,磷灰石的微区地球化学成分记录了寄主岩浆的成分及其变化过程,可从微观角度揭示花岗岩的成因。本文结合前人研究成果及作者近年来的相关工作,系统综述磷灰石微区地球化学研究的进展,探讨如何在岩相学观察的基础上利用磷灰石的结晶过程、微区成分环带和微区同位素组成示踪岩浆源区、岩浆演化和成岩过程,以期为探索花岗岩精细成岩过程提供有效示踪方法。

     

微区原位普通铅同位素分析技术及其地质应用进展

应用激光剥蚀-多接收器电感耦合等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)和二次离子质谱(SIMS)等分析技术进行微区原位普通Pb同位素分析是微区地球化学研究的重要内容之一.综述了矿物、熔体包裹体和沉积结核的微区原位普通Pb同位素分析技术及其地质应用的新进展.这些研究资料表明该分析技术在岩浆岩成因、沉积物物源示踪、地幔地球化学、古海洋学以及矿床学等的研究中提供了常规的全岩Pb同位素分析方法难以获得的重要信息,充分展示了该分析技术在地球科学研究中的应用前景.     

微区原位Sm-Nd同位素体系分析技术及其地质应用

微区地球化学是近年来迅速发展的地球化学分支.系统介绍了矿物微区原位Sm-Nd同位素分析技术的发展过程与现状,重点总结了目前主要的适用测试对象(如磷灰石、榍石、独居石和褐帘石等)和质谱测量过程中同量异位素干扰(包括144Sm对144Nd,130Ba16O对146Nd等)的校正方法,并展示了应用微区原位Sm-Nd分析进行年代学和造山带隆升-剥蚀定量研究的部分成果,这些应用实例充分显示了该方法在地球科学研究中所具有的重要意义.     

磷灰石微区原位LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素定年

利用激光剥蚀多接收器电感耦合等离子体质谱法(LA-MC-ICP-MS),建立了磷灰石微区原位 U-Pb同位素定年新方法,本文给出了这一新方法的分析流程,报道了利用这一新方法对5个磷灰石样品的分析结果,并应用同位素稀释-热电离质谱法(ID-TIMS)对一些样品定年结果进行了验证.磷灰石工作标样 SDG 的U-Pb 同位素年龄:(1596±15) Ma (MSWD=1.5, n=7, LA-MC-ICP-MS),(1602±13) Ma (MSWD=0.578, n=5, ID-TIMS);某铁矿石中磷灰石的 LA-MC-ICP-MS U-Pb 同位素年龄:(125±14) Ma (MSWD=0.68, n=25),(124.2±3.5) Ma (MSWD=1.5, n=37);新疆阿尔金地区片麻岩中磷灰石的LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素年龄:(250.8±3.9) Ma (MSWD=8.6, n=26),(245.4±2.9) Ma (MSWD=2.1, n=39).     

LA-MC-ICP-MS独居石微区原位U-Pb同位素年龄测定

独居石富含U、Th,同时具有较低的初始普通Pb含量,是U-Pb和Th-Pb同位素定年的理想对象.由于普遍存在于多种岩石中,独居石的U-Th-Pb定年具有广阔的应用前景.本文报道利用193 nm ArF准分子激光剥蚀系统和NEPUNE多接收器电感耦合等离子体质谱仪,对独居石进行微区原位U-Pb同位素年龄测定的新方法.运用这一新方法对独居石样品AL01、BL02和CL03进行微区原位U-Pb同位素年龄测定,获得AL01和BL02号样品的206Pb/238U年龄加权平均值分别为(288.3±1.1) Ma (n=19)和(446.8±2.3) Ma (n=41);CL03号样品的U-Pb等时线年龄为(396.8±8.8) Ma (n=55),取得了令人满意的结果.     

锆石微区原位同位素和微量元素测定的新进展

文章简述了二次离子探针质谱(SIMS)、激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)和激光剥蚀多接受等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)等3种锆石微区原位同位素和微量元素测定方法的原理和优缺点;针对U-Pb定年、铪同位素、锂同位素、多种元素的同时测定,以及仪器改进、测试方法创新、标样研发等方面的新进展进行了评述。     

蚌埠隆起区中生代花岗岩的岩石成因：锆石Hf同位素的证据

对蚌埠隆起区中生代不同时期的花岗岩中6个岩体的锆石LA-MC-ICP MS原位Hf同位素的研究,据此限定它们的岩浆源区和重建华北克拉通东南部的构造格架.结果表明,中生代不同时期的花岗岩中岩浆锆石的初始Hf同位素组成（εHf（t））可以分成两组：第一组的女山（130 Ma）和西庐山花岗岩（130 Ma）的εHf（t）值分别为-18.4和-16.1;第二组的曹山（110 Ma）、锥山二长花岗岩（110 Ma）和蚂蚁山花岗岩（110 Ma）以及淮光花岗闪长岩（130 Ma）的εHf（t）值分别为-22.3、-23.1和-21.1以及-28.1,这些岩浆锆石低的εHf（t）值表明它们可能来源于古老的大陆下地壳.女山和西庐山岩体中早古生代-新元古代继承锆石具有低的εHf（t）值（-2.3～-7.7）和1.52 Ga～1.79 Ga的Hf同位素两阶段模式年龄,表明它们的岩浆源区主要以扬子克拉通下地壳物质为主.曹山、锥山和蚂蚁山以及淮光岩体中岩浆锆石的Hf同位素两阶段模式年龄为1.89 Ga～2.58 Ga,结合淮光岩体中古元古代继承锆石和3400 Ma捕获锆石中低的εHf（t）值（-5.7～-6.8,-0.6、-0.9）和古老的Hf同位素两阶段模式年龄（2.44 Ga～2.80 Ga,3.7 Ga）,表明它们主要来源于华北克拉通下地壳物质的部分熔融.淮光和女山岩体中古元古代-新太古宙继承锆石中正的εHf（t）值（0.3～6.7）以及高的εHf（t）值（16.9～21.7）的存在,暗示形成这些古老继承锆石的初始物质中有幔源物质的涉入.蚌埠隆起区深部地壳中扬子克拉通基底物质的存在暗示扬子克拉通可能沿着郯庐断裂带向西或北西方向俯冲于华北克拉通之下.     

湖南香花岭430花岗岩体Nd同位素特征及岩石成因

研究了香花岭地区430花岗岩体由深部到浅部以及线状云英岩、面状云英岩的εNd(t)、t2DM值、fND^A值变化特征。Nd同位素特征说明该花岗岩为壳—幔组分混合的花岗岩,同时反映了源自深部的幔源物质加入及其在岩体中分布的不均一性,认为地幔物质可能主要是以地幔流体的形式加入,在华南中生代岩石圈减薄的背景下,幔源流体底侵诱导中元古代地层重熔。     

二次离子质谱微区原位牙形石氧同位素分析及其在古海表水温记录中的应用

利用生物成因磷灰石的氧同位素信息能够重建古海水温度,尤其是牙形石,结合其在生物地层学上的研究,它的数据解释具有明确的古环境意义。牙形石微小的个体一直是其精确地球化学分析的限制因素。作为对牙形石微区原位氧同位素测试方法的探索研究,本文利用Cameca IMS--1280 型二次离子质谱仪对牙形石进行了微区原位氧同位素组成测试,通过分析得到可靠的古表层海水温度 ( SST) 记录,表明从晚二叠世到早三叠世SST 存在明显的上升过程。相比常规Ag3PO4 实验方法,牙形石微区原位氧同位素分析方法更加快速,而且能够有效避免牙形石易受到污染的部位,获得更为可靠的牙形石氧同位素组成的测定结果。     

牙形石SHRIMP微区原位氧同位素分析方法

氧同位素温度计已被用于古温度变化研究多年.生物化石磷酸盐中的氧同位素组成对古气候环境变化响应灵敏,牙形石在古生代到中生代的古海洋地层中广泛存在,并具有较为重要的地层学意义,是研究古温度变化的最佳样品之一.SHRIMP具备高分辨、高灵敏、高精度和微量及原位微区分析的特点,可以进行20 μm范围内的原位(in-situ)同位素分析.本文介绍了作者利用SHRIMP IIe-MC建立的牙形石微区原位氧同位素分析方法,这是国内关于该方法的首次报导.本文对磷灰石标准样Durango进行了测定,连续七昼夜获得的253次测定结果,平均值为δ18Oapatite=9.78‰±0.29‰,与该标准参考值δ18Oapatite=9.81‰±0.25‰(Williams,未刊资料)一致.作者并以二叠系—三叠系界线上下海水温度变化研究为示范,对采自西藏文布当桑二叠系—三叠系剖面上的49个层位中的237件牙形石样品进行了914个氧同位素分析,为研究二叠系—三叠系界线上发生的生物灭绝事件前后的海水温度变化提供了可靠详实的数据.     

广西六万山花岗岩岩石地球化学特征及其成因探讨

六万山花岗岩体形成于早三叠世,存在多个岩浆活动序次,其岩性主要为含堇青石的二长花岗岩.该类花岗岩富含过铝质矿物,高A/CNK,SiO 2、K2 O、TiO 2、Al2 O 3、MgO、FeO含量较高,Fe2 O 3、Na2 O、P2 O 5含量较低.基于各类化学图解,并结合区域地质背景,表明该岩体是在同碰撞造山环境下形成的,地幔为该岩体形成提供了热源,还可能为其提供了一部分物源.     

pXRF原位分析在柴北缘鱼卡金红石矿床勘查中的应用

便携式X射线荧光分析(pXRF)具有快速、高效、绿色、便捷等优点, 在矿产勘查中的应用越来越广泛。样品的不平度效应和不均匀效应等问题, 使得pXRF现场原位分析结果与实验室分析结果存在一定偏差。将该技术运用于柴北缘鱼卡金红石矿床勘查找矿, 对pXRF原位分析的稳定性进行试验, 并与实验室XRF法测试结果进行对比分析。结果表明, pXRF原位分析单点重复测量结果稳定, 分析测试最优时间为25~30 s; pXRF和实验室XRF法对样品Ti含量具有显著相关性, 存在线性关系。野外快速分析, 评价榴辉岩的Ti含量, 结果表明, 当pXRF原位分析榴辉岩中Ti含量在0~0.52%时, 对应非矿化榴辉岩; Ti含量在0.52%~0.86%时, 对应金红石贫矿体; Ti含量大于0.86%时, 对应的榴辉岩为金红石工业矿体。在槽探编录和钻探施工过程中, 使用pXRF分析可在野外快速判断榴辉岩的含矿性, 辅助找矿工作中圈定矿体, 大大减少样品采集的工作量, 节约成本和时间, 提高对榴辉岩型金红石矿床的勘查效率。     

苍岭特长公路隧道地应力场反演分析

通过对苍岭隧道工程区地应力场实测值分析基础上,选取可靠、具有代表性的实测点作为反演回归对象,利用三维数值分析手段,结合回归分析原理,获得整个工程区的地应力场分布情况,通过对比分析回归与现场实测值可知：除个别点差异较大外,其余大部分测点拟合程度较好,分布规律大致相同,表明采用应力回归方法的合理性。在此基础上,通过应力场回归方程获取了整个苍岭隧道轴线方向上地应力场展布规律,并根据不同地段最大主应力与隧道轴线方向的夹角对洞室稳定性状况进行了分析,据此建议进一步优化苍岭隧道线位走向,为设计、施工提供了重要的基础性资料。     

江西宜黄强过铝质S型花岗岩成因及其对华南早古生代陆内造山运动的制约

宜黄花岗岩位于江西省中部宜黄县东南部,属武夷地块,主要岩石类型为二云母二长花岗岩。锆石U-Pb同位素测年表明,宜黄岩体形成于448 Ma。岩石具有高的SiO2、K2O、稀土元素总量(ΣREE=164.29×10 -6~256.66×10 -6)、CaO/Na2O值、A/CNK(1.23~1.45)、Rb/Sr值,以及低的P2O5、TiO2、TFeO/MgO、Al2O3/TiO2、Nb、Sr等值;轻稀土元素相对富集((La/Yb)N=12.02~34.43),具有中等负Eu异常(δEu=0.38~0.77),低εNd (t)值(-8.22~-13.93),高(87Sr/86Sr)i=(0.71283~0.72410)。锆石176Hf/177Hf值为0.28155~0.28250,εHf(t)值为-33.15~10.45。全岩Nd同位素二阶段模式年龄为1.99~2.31 Ga,锆石Hf同位素二阶段模式年龄为1.24~3.48 Ga。上述特征表明,宜黄花岗岩具有与强过铝质S型花岗岩类似的特征。宜黄花岗岩中黑云母富含Fe、Mg、Ti;白云母Ti、Al、Na含量高,Fe含量低。综合锆石饱和温度计、黑云母地质温度计、白云母地质压力计、锆石Ce异常等,宜黄花岗岩可能为华南元古宙地壳长石石英质岩石在高温、中等压力(9.5 kbar)和低氧逸度条件下部分熔融而成。在华南早古生代陆内造山作用的背景下,岩石圈拆沉作用引发上涌的地幔岩浆提供热,使华南元古宙地壳岩石发生部分熔融,形成宜黄花岗岩。     

广东西淋岗花岗岩原地重熔成因的地质地球化学证据

广东西淋岗岩体出露的地质剖面为研究花岗岩成因提供了大量信息。对该岩体的野外地质调查发现:下白垩统白鹤洞组红层(K1bh)与下伏花岗岩体呈突变接触关系,接触界面之下的花岗岩中含大量红岩碎屑,且红岩碎屑往下逐渐减少。岩石地球化学及矿物学测试结果表明:西淋岗花岗岩的成岩物质,应来自盖层之下包括下白垩统白鹤洞组下部红层在内的岩石地层。岩石熔融和岩浆结晶过程中,分异作用导致元素分布具有明显分带性;花岗岩中的石英是在比较稳定的条件下结晶而成,且在石英结晶过程中,SiO2过饱和度逐渐降低。上述研究结果表明,西淋岗花岗岩应是上地壳岩石原地熔融固结形成,而不是远道而来的“侵入体”。     

原位载荷试验在优化土质地基基础设计中的作用

城市土质地基越来越多,但对土质地基承载力的正确认识还不够,合理地利用土质地基既安全又经济。通过几个建筑工程设计变更实例,强调了原位承载力试验的必要性,论述了土质地基承载力特征值取值合理性问题,分析了目前在对土质地基勘察设计中存在的问题。     

低温原位拉曼光谱技术在流体包裹体研究中的应用

国外学者自80年代起利用原位低温拉曼测定技术在国际上首先开展地质领域感兴趣的几种盐水化合物研究以来,原位低温拉曼测定技术已经成功地用于对人工合成和自然界盐水体系流体包裹体的研究,在流体相中盐类的鉴定、低温相平衡及盐度研究等方面取得了显著成果。该方法是对传统的流体包裹体显微测温方法的重要补充,正在成为国际上流体包裹体研究的一个新的热点,在地质流体研究方面具有非常广阔的应用前景。     

大岗山水电站地下厂房区初始地应力场Nelder-Mead优化反演研究

初始地应力是大型地下洞室群设计与施工所要考虑的重要因素之一。结合大岗山水电站工程地质条件以及实测地应力资料,分析了地下厂房区初始地应力的影响因素,建立了基于侧压力系数的三维地应力反演模型,提出Nelder-Mead法与有限元联合反演法,将有限元程序作为一个单独模块嵌入到Nelder-Mead算法程序中,对建立的地质概化模型进行计算,以实测点地应力值与计算应力值建立精确罚函数误差模型,进行优化逼近分析。通过实测点的计算应力值与现场实测值的比较,从而获得地下厂房区初始地应力场较为合理的分布规律,为水电站开挖模拟及长期稳定性分析提供了合理的初始条件。     

高陡复杂露天矿边坡地应力场分区非线性反演分析

地应力是边坡稳定性分析的重要因素。在杏山铁矿露天高陡边坡实测地应力数据的基础上,采用多元线性回归方法,在充分考虑岩体自重与构造应力影响的情况下,对5类11种边界条件工况进行了有限差分FLAC3D的模拟加载,反演得出研究区域内的地应力场。鉴于该方法只能对地应力场进行线性和全区反演,这对内部结构极其复杂、矿区内各个区域岩性和地形差异较大的金属矿山矿体显然是不够准确的。为了克服以上缺陷,采用了非线性的神经网络反演方法,并根据岩体的岩性分布和地形起伏将整个矿区划分为5个分区,通过引入侧压力系数k0实现分区域反演,从而得到整个矿区的地应力场。研究表明,在复杂地质条件下,神经网络方法反演出的初始地应力分布更加合理。