西藏班公湖-怒江缝合带中段侏罗纪高镁安山质岩石对中特提斯洋演化的制约

班公湖-怒江缝合带中段地区南北向分布了三条分支蛇绿岩亚带,它们记录了该地区中特提斯洋复杂的构造演化过程。目前对于该地区洋盆俯冲消减动力学过程一直缺乏有效制约。为探讨这一问题,本文对班公湖-怒江缝合带中段新近厘定的安山岩和闪长岩开展了系统的野外、岩石地球化学和锆石U-Pb年代学研究。安山岩主要呈不整合覆盖于晚三叠世沉积地层之上,或与侏罗纪俯冲增生杂岩和橄榄岩以断层接触,闪长岩主要呈岩脉体侵入于橄榄岩中。锆石U-Pb定年表明,安山岩和闪长岩均形成于中晚侏罗世(165～161Ma)。安山岩和闪长岩地球化学组成类似,它们大都具有高的MgO含量和Mg#值,这与高镁安山岩相类似。稀土和微量元素组成显示出典型的岛弧岩浆岩特征,富集轻稀土(LREE)和Rb、Th、U、Pb等元素,亏损Ba和高场强元素(HFSE; Nb,Ta和Ti)。同时,样品还显示出较低的Ba/Th和较高的(La/Sm)N比值,以及负的锆石εHf(t)值和古老的锆石Hf模式年龄。这些特征表明这些高镁安山岩和闪长岩是大洋板片俯冲沉积物部分熔融的熔体交代地幔楔的产物。结合区域地质和前人研究,认为这些岩石可能形成于靠近海沟的大陆边缘环境,是班公湖-怒江中特提斯洋中段北拉-拉弄分支洋盆初始俯冲消减的产物,该初始俯冲作用可能与安多微陆块和南羌塘地块碰撞导致的俯冲南向跃迁有关。     

青藏高原纳木错西缘新元古代中期岩浆事件:对北拉萨地块起源的约束

本文报道了青藏高原北拉萨地块纳木错西缘变质辉长岩和花岗片麻岩的锆石U-Pb定年、岩石地球化学和锆石Hf同位素分析结果。锆石LA-ICP-MS定年结果表明,变质辉长岩和花岗片麻岩的原岩形成时代分别为720±6Ma和732±7Ma,相当于新元古代中期。变质辉长岩为钙碱性系列,具有Nb、Ta和Ti负异常,与岛弧玄武岩类似。变质辉长岩中锆石具有较高的εHf(t)值(+5. 2～+9. 7),应当是源自俯冲环境下相对亏损的地幔楔。花岗片麻岩原岩为I型花岗质岩石,并且具有较为均一的锆石εHf(t)值(-3. 3～+0. 3),可能形成于地壳内古元古代变质火成岩的部分熔融作用。结合区域地质资料,变质辉长岩和花岗片麻岩的原岩应当形成于新元古代中期的洋壳俯冲消减过程。北拉萨地块上的前寒武纪岩浆和变质记录与东非造山带的活动时限较为一致,因而北拉萨地块可能与东非造山带具有亲缘性。     

绿帘石记录俯冲带变质流体活动

俯冲带是连接地球表生圈层和深部圈层的关键纽带,深刻影响着地球内部的运行方式和人类宜居环境。俯冲板片脱水释放的高压-超高压变质流体控制着俯冲带诸多重要地质过程,如地幔楔交代和部分熔融、岛弧岩浆活动、中/深源地震以及地球内部的元素迁移和分异等等。深入了解这些流体的源区、运移、成分和物理化学条件是理解这些流体性质和行为的前提和关键。绿帘石是俯冲带变质岩中一个常见的含水造岩矿物,具有较宽广的稳定温压范围(绿片岩相-榴辉岩相)、较高的微量元素含量和缓慢的体扩散行为(如Sr、Pb、Th、U、Cr、V和LREE),能够指示俯冲带(多期)变质流体活动和地球化学效应。本文总结了近年来俯冲带变质绿帘石研究的主要进展及其在揭示俯冲带流体活动方面的重要应用,包括探究俯冲带流体的起源、成分特征、运移方式、氧逸度条件、交代效应和多期次结晶行为。这些研究表明绿帘石是一个极好的变质流体活动记录器,能够为理解俯冲带流体活动和深部元素迁移提供关键信息。     

角闪石成分对东天山铜镍矿床岩浆过程的指示意义

图拉尔根、香山和天宇、白石泉岩浆铜镍硫化物矿床分别位于新疆东天山的觉罗塔格构造带和中天山地块,角闪石在这些矿床中均以贯通矿物产出。本研究通过这些矿床角闪石的主量和微量元素含量,讨论两个构造单元成矿岩浆的性质和演化过程。四个矿床的角闪石种属主要为韭闪石、镁绿钙闪石、浅闪石、钛闪石、钙镁闪石和镁闪石,结晶温度区间为940～1080℃,压力区间为250～450MPa,相当于11～15km的深度。图拉尔根和香山矿床的角闪石结晶温度和压力均相对较低(平均分别为1027℃、318MPa和1013℃、313MPa),可能与其所处的觉罗塔格构造带断裂发育,成矿母岩浆易于侵位到较浅处结晶有关。四个矿床角闪石结晶时岩浆的含水量均较高(4%左右),可能是俯冲交代作用导致的地幔源区本身水含量较高以及角闪石结晶较晚共同作用的结果。相较于觉罗塔格构造带的图拉尔根和香山矿床(0 ΔNNO 1. 7),角闪石氧逸度计指示中天山地块天宇和白石泉矿床的氧逸度变化范围大且偏低(分别是-0. 6 ΔNNO 1. 7和-0. 4 ΔNNO 1. 8)。中天山铜镍矿床的氧逸度特征及相对觉罗塔格构造带较低的微量元素Ce/Pb比值指示其岩浆侵位过程中受到的古老地块的混染作用较强。以上研究表明角闪石虽是玄武质岩浆中较晚结晶的矿物,但能为示踪铜镍矿床岩浆演化提供重要线索。     

西南三江碰撞造山带沉积岩容矿Pb-Zn-Ag-Cu贱金属复合成矿与深部过程

西南三江特提斯造山带中新生代沉积盆地中(沱沱河、玉树、昌都和兰坪-思茅地区)发育包括金顶超大型铅锌矿床在内的一系列以沉积岩容矿的Pb-Zn-Ag-Cu贱金属矿床,构成长达千余千米的青藏高原东缘贱金属成矿带。作为大陆碰撞环境成矿谱系的重要矿床类型,加强这些矿床的理论研究对提高和完善大陆碰撞造山成矿理论和指导找矿勘查等具有重要意义。已有研究表明这些Pb-Zn-Ag-Cu矿床的分布受盆地形成后新生代大型逆冲推覆-走滑构造控制,其容矿岩石和成矿作用特征与SEDEX和MVT矿床存在明显的差异,矿床成矿流体表现出多来源混合的特征,成矿与深部过程密切相关。尽管取得重要进展,但由于缺乏高精度年代学数据制约,成矿动力学背景及其与碰撞造山的时空联系存在较大争议。一些矿床的研究显示复合成矿迹象,但是复合成矿过程与深部驱动等问题仍不清楚。近年来我们以兰坪和昌都盆地的Pb-Zn-Ag多金属矿床和Cu多金属矿床为重点研究对象,系统开展了成矿年代学、成矿流体源-运-储系统和复合成矿机制以及深部过程对成矿制约等方面研究。结果表明,兰坪盆地西缘Cu(Mo)多金属矿床主要形成于48～58Ma,兰坪和昌都盆地Pb-Zn-Ag多金属矿床主要形成于27～33Ma。成矿流体表现出明显的多来源混合的特征,主要存在三种类型:1)变质流体与盆地卤水或大气降水复合成矿,以金满-连城Cu矿床为代表; 2)盆地卤水与大气降水复合成矿,以金顶Pb-Zn矿床为代表; 3)盆地卤水和岩浆流体复合成矿,以拉诺玛Pb-Zn-Sb矿床为代表。兰坪盆地西缘Cu矿床主要形成于新生代印度-欧亚大陆主碰撞挤压阶段,与成矿密切相关的变质流体可能来源于陆-陆碰撞俯冲引起的高压变质。Pb-Zn矿床主要形成于印度-欧亚大陆晚碰撞构造转换环境,构造挤压和造山隆起驱动盆地流体迁移,同期的岩浆活动主要为成矿提供热驱动力或成矿物质。     

考虑颗粒破碎效应的堆石料静动力本构模型

为合理反映颗粒破碎对堆石料力学特性的影响,基于试验结果分析,得出了堆石料在压缩和剪切作用下的颗粒破碎特性规律。通过引入压缩破碎和剪切破碎的相关参数,借鉴已有本构模型的合理定义,吸收临界状态理论和边界面理论的优点,发展了考虑颗粒破碎和状态相关的堆石料静动力统一弹塑性本构模型,并阐述了模型参数的确定方法。该模型不仅能够反映堆石料在静力荷载作用下的低压剪胀、高压剪缩、应变软化和硬化等特性,还能够反映在循环荷载作用下应力-应变的滞回特性和残余变形的累积效应。最后为验证模型的合理性,分别对堆石料的静力三轴和循环三轴试验进行了数值模拟预测,结果表明：模型预测与试验数据吻合良好,所提出的本构模型能够合理地描述颗粒破碎对堆石料静动力变形特性的影响。     

南京粉细砂空间孔隙结构表征单元体确定

确定统一的表征单元体(REV)尺寸是研究土体细观孔隙结构时首先需要解决的问题。使用6.5μm分辨率同步辐射显微CT扫描南京粉细砂试样,从土样三维重构模型的5个代表性部位提取5组立方体孔隙REV,对每个REV采用最大球算法分析,建立孔隙网络模型,从中提取孔隙率、单位体积孔隙数、孔隙平均体积、孔隙最小体积、孔隙最大半径、孔隙最小半径、孔隙平均半径、孔隙截面积平均形状因子等8个孔隙结构参数,建立其与REV尺寸间的相关性。利用假设检验T检验和F检验,最终确定样品孔隙结构参数的统一REV边长尺寸为400像素,即2.60mm。该方法可用于砂土、粉土等颗粒土体细观孔隙结构分析。     

基于连续损伤的水平井射孔-近井筒三维破裂模拟

射孔作为井筒与储层之间的液流通道,是水力压裂过程中的重要可控性参数。为研究水平井射孔-近井筒破裂机制,采用岩层变形-流体渗流方程描述应力状态变化,应用连续损伤破裂单元表征三维破裂位置与形态演化,并开发有限元求解程序模拟分析了射孔对水平井初始破裂压力、破裂位置及近井筒裂缝复杂性的调控作用。通过与解析模型及射孔压裂物理模型试验结果对比,验证了模型及有限元程序的有效性;水平井破裂压力数值分析结果与现场测试数据吻合较好。研究表明：射孔可调控水平井破裂压力与初始破裂位置,同时对近井筒区域裂缝扩展形态影响显著。通过优化射孔参数可以引导初始破裂向最优破裂面扩展、有效降低破裂压力,减小由于螺旋射孔空间排布引起的水平井近井筒裂缝迂曲与复杂程度,提高致密油气藏压裂改造效果。     

细颗粒组分含量对钙质砂抗剪强度的影响

由于吹填过程的水力分选作用钙质砂土地基颗粒分布不均匀,容易形成分布不均、形态各异的以不同细粒含量的粉细砂层为主的细粒汇集层,引起钙质砂土地基承载力和不均匀沉降问题。开展不同细粒含量的粉细砂三轴固结排水剪切试验,分析细粒含量对钙质砂土力学特性的影响。研究结果表明,（1）当细粒含量增加时相同围压下土样剪胀性逐渐减弱,且峰值偏应力也逐渐减小;（2）各组试样干密度为1.40 g/cm3状态下各含量粉细砂均表现出应变软化特征,当细粒含量为10%时粉细砂土体强度稳定性最差,之后稳定性随细粒含量增加而逐渐增大;（3）钙质细砂由于颗粒咬合作用,具有表观黏聚力,当细粒含量小于40%时,随着细粒含量增加,颗粒之间的咬合作用显著降低,表观黏聚力线性减小。研究成果可为粉细砂层的地基处理及边坡稳定分析提供参考。     

砂土微观结构样品制备技术及量化方法研究

土体的微观结构是决定其工程特性的重要内在因素,但对于砂土而言,如何制备适合微观分析的样品以及快速准确量化结构参数一直面临诸多挑战。为此,提出一种真空冷冻干燥?注胶相结合的砂土样品制备技术,该技术可在有效去除土样水分的同时保持样品原状结构不被扰动,并可用于后续加工处理。针对不同粒度的砂土样品,分别使用扫描电子显微镜和光学显微镜对制备的试样进行观察,基于自主研发的土体微观结构定量分析系统SMAS对拍摄的照片进行精细量化分析,提出了由土颗粒数量、颗粒周长、表观孔隙率、形状系数、等效直径、分形维数和形态比等参数构成的量度指标体系对砂土样品微观结构特征进行定量评价。研究结果表明：提出的真空冷冻干燥?注胶相结合的砂土样品制备技术具有操作简单、稳定可靠等特点,能有效维持砂土的原状结构;比较而言,扫描电镜更适用于粉细砂的微观结构分析,而光学显微镜更适用于中粗砂的微观结构分析;SMAS能有效识别微观结构图像中的土颗粒及孔隙,为定量分析砂土或其他土体的微观结构特征提供了高效的工具。