Structural Features and Function of the Karst Critical Zone

正1 Major achievements of IGCP 661 The IGCP661 project"Processes,Cycle,and Sustainability of the Critical Zone in Karst Systems (2017-2021)"has been carried out for two years.Besides five International karst meetings and two training courses for karst that have been held,some scientific achievements include the basic roles of the function and structural evolution of the karst critical zone have been determined.In various types of karst critical zone,the different forms of calcite and HCO_3~-cycling were determined.A     

Petrogenesis and PGE Abundances of High‐Cr and High‐Al Chromitites and Peridotites from the Bulqiza Ultramafic Massif,Eastern Mirdita Ophiolite,Albania

The Bulqiza ultmafic massif, which belongs to the eastern Mirdita ophiolite of northern Albania, is world renowned for its high‐Cr chromite resource. The high‐Cr chromitites commonly host in the mantle section, while high‐Al chromitites also present in massive dunite of the mantle‐crust transition zone (MTZ) in this massif. Chromian‐spinel in the MTZ high‐Al chromitites and MTZ dunites have much lower Cr# values [Cr/(Cr+Al)×100] (47.7–55.1 and 46.5–51.7, respectively) than those of chromian‐spinel in the high‐Cr chromitites (78.2–80.4), harzburgites (72.6–77.9) and mantle dunites (79.4–84.3). The high‐Cr chromitites are rich in IPGE relative to PPGE with 0.10–0.45 PPGE/IPGE ratios, whereas the high‐Al chromitites have higher PPGE/IPGE ratios between 1.20 and 7.80. The partial melting degrees of parental magmas for the high‐Cr chromitites are beyond the critical interval (> 25%) and thus prevented sulfide saturation and diluted Pt and Pd in melts, producing high‐Cr chromitites barren of Pt and Pd. However, the degrees for the high‐Al chromitites just enter the critical interval (20–25%) for the effective extraction of PGE from mantle sulfides, which may account for the enrichments of PPGE in high‐Al chromitites. The parental melts of the high‐Cr chromitites have Al₂O₃ and TiO₂ contents of ～10.6–11.4 wt.% and 0.14–0.31 wt.%, whereas the calculated Al₂O₃ and TiO₂ for the high‐Al chromitites are ～14.9–15.9 wt.% and 0.07–0.61 wt.%, respectively. The calculated melts in equilibrium with the high‐Cr chromitites are boninitic‐like, and those with high‐Al chromitites are MORB‐like but with hydrous, oxidized and TiO₂‐poor affinities. To make a compromise between the inconsistence above, we proposed that coexistence of both types of chromitites in the Bulqiza ultramafic massif may reflect that their magma compositions transited from MORB‐like to boninitic‐like in a proto‐forearc setting during subduction initiation. Key words: Chromian‐spinel, Platinum‐group elements, high‐Cr and high‐Al chromitite, Mirdita ophiolite, Albania.     

西藏拉萨地块盐湖石英闪长岩成因：锆石SHRIMP U- Pb年代学、地球化学及Sr- Nd- Pb- Hf同位素的制约

西藏阿里盐湖地区发育不同类型的火成岩,通常被认为形成于班公湖-怒江特提斯洋南向俯冲板片发生断离的构造背景。本文报道了盐湖石英闪长岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄,全岩地球化学以及Sr-Nd-Pb-Hf同位素数据。盐湖石英闪长岩的锆石~(206)Pb/~(238)U加权平均年龄为118.5±1.9Ma,属早白垩世晚期。石英闪长岩样品主量元素表现为富钠的钙碱性岩石系列,A/CNK值介于0.84～0.89之间,属准铝质。微量元素富集Rb、K、Th、U等大离子亲石元素(LILE)和轻稀土元素(LREE),强烈亏损Nb、Ta、Zr、Hf、P、Ti等高场强元素(HFSE)和重稀土元素(HREE),无明显的Eu异常(δEu=0.81～0.98),无白云母和碱性暗色矿物,属准铝质未分异的I型花岗岩。盐湖石英闪长岩的(~(87)Sr/~(86)Sr)_i值为0.7045～0.7048,ε_(Nd)(t)值介于+0.5～+2.1之间,ε_(Hf)(t)值介于+7.9～+13之间,Hf同位素模式年龄t_(DM2)变化于283～674Ma之间。基于同位素以及岩石地球化学数据,表明盐湖石英闪长岩很可能是具亏损地幔印记的新生下地壳在角闪岩相发生部分熔融作用形成的。结合本文以及区域上的研究资料,盐湖石英闪长岩的形成时代和岩石地球化学特征与盐湖复式岩体中的花岗岩存在较大差异,具较低的锆石饱和温度(596～614℃),表明该岩体的形成尚未受到幔源物质上涌带来的热作用影响,很可能形成于板片断离前,班公湖-怒江特提斯洋持续南向俯冲的板片发生折返,俯冲角度变陡的深俯冲背景。     

甘肃白银厂折腰山VMS矿床蚀变带元素迁移及定量计算

折腰山矿床是甘肃省白银厂矿田内最典型的火山成因块状硫化物(VMS)矿床,赋矿围岩主要为奥陶纪石英角斑凝灰岩,属于FⅡ类流纹岩,为弧后环境的产物,在海底对流循环成矿作用过程中,遭受强烈的热液改造,形成了多种类型的蚀变。文章将折腰山矿床蚀变围岩分为弱蚀变带→绢云母硅化带→绿泥石化带→矿化带,利用蚀变趋势图解和质量迁移计算等方法,定量揭示了热液蚀变过程中元素的迁移规律。研究表明:①从弱蚀变带→矿化带,蚀变强度逐渐增大,主量元素P、Mn有一定活动性,二者的迁移量分别为-8.8%～8.8%和-1.8%～9.9%,但迁移趋势不规律;Si迁移量变化范围较大,为-16.2%～83.73%;Na、Ca、Sr大量迁出,其中Na、Ca最大迁出量分别可达-3.11%和-2.71%;Mg、Fe依次迁入,并在绿泥石化带中达到最大值9.49%和69.73%;K在绢云母化带中迁入量出现峰值1.6%,其后逐渐迁出,最大可达-2.22%;Rb的迁移行为与K一致;②高场强元素Nb、Ta、Zr、Hf等在热液蚀变过程中相对保持惰性;Al、Ti及Y表现为弱活动性;③主要成矿元素Cu随蚀变强度的增大,其迁入量有递增的趋势,Pb、Zn在矿化带中迁入,其余各带均为迁出;④热液活动过程中,SiO_2活化再沉淀,形成硅化蚀变;K的迁入形成绢云母化,并消耗了H~+,使热液酸度减小;Mg、Fe的迁入在还原环境下形成绿泥石化,并伴随金属硫化物的沉淀。因此,折腰山矿床中的绿泥石化可能是导致矿质发生沉淀的重要蚀变作用,其在勘查工作中可以作为寻找VMS矿体的重要标志。     

硫酸型酸雨参与碳酸盐岩溶蚀的研究进展

碳酸盐岩的H2CO3溶蚀产生岩溶碳汇,占整个岩石风化碳汇的 94%。西南岩溶区硫酸型酸雨严重,硫酸型酸雨广泛参与碳酸盐岩的溶蚀。H2SO4参与的碳酸盐岩风化是一个大气CO2净释放过程,具有减汇作用巨大。另一方面,岩溶区石灰土壤和地下水具有较高的pH值及盐基饱和度,对H+有巨大的缓冲作用,大气酸沉降在碳酸盐岩地区可能并不会造成地下水的HCO3-和pH降低;相反,较高浓度的SO42-所产生的盐效应和SO2-4与各种阳离子形成的离子对会增大方解石、白云石溶解度,可增强H2CO3对碳酸盐的溶蚀,这可能会使岩溶作用产生更大的碳汇效应。因此,硫酸型酸雨参与碳酸盐岩风化的减汇效应不仅可能被高估,硫酸型酸雨还可能增强碳酸盐岩的H2CO3溶蚀,具有增加岩溶碳汇效应的作用。应结合石灰土壤对大气酸沉降的缓冲容量和阈值及大气酸沉降的H+与土壤中盐基离子的交换量,并综合考虑盐效应、离子对作用、同离子效应,客观评价硫酸型酸雨流经石灰土壤层后对碳酸盐岩溶蚀吸收大气/土壤CO2的影响      

福建重力台网映震效能分析

利用福建重力台网7套gPhone重力仪的连续观测资料,对不同震中距和震级地震的同震响应特征及重力仪映震的最大震中距进行分析。结果表明：1）福建重力台网的映震效能受震级和震中距影响,从映震能力来看,泉州台优于莆田台,厦门台优于福州台,漳州台和龙岩台优于南平台;2）福建重力台网的仪器稳定性好和灵敏度高,与CMG-3ESP 120S地震计相比,重力仪具有较宽的地震频带,其同震响应持续时间与波幅呈高度正相关性;3）福建重力台网仪器映震的最大震中距(Δ)与震级（M_S）存在对应关系,具体公式为M_S=-0.218(logΔ)3+2.056(logΔ)2-4.594logΔ+6.459。     

河北沧县台拱带中、低温地热资源ORC发电与综合梯级利用

京津冀地热资源梯级综合开发利用(献县)科研基地大地构造位置位于华北平原沧县台拱带之献县断凸,利用其地下蓟县系岩溶裂隙热储层热水开展中低温地热发电与综合梯级利用研究。地热发电装机容量280 kW,采用ORC向心透平膨胀技术,系统工质为R245fa。分别于2018年2月4—6日(冬季)、2018年3月6—16日(春季)进行两次试运行,累计发电时长274h,累计发电量36956kWh,平均发电效率9.1%,最高10.4%。发电效率高于我国已有中低温地热发电项目,在目前国际中低温ORC地热发电项目中处于较高水平。试运行期间发电机组整体运行效果较好且运行稳定,冬季地热发电机组运行效果好于春季。科研基地建设完成后,将进行发电、供暖、地热生态园三级利用,按照90～95/25℃的地热水热能潜力,综合发电供暖两级利用计算能源综合利用率将达70%～76%。     

内蒙古二连盆地中部古河道型铀矿床中烃类流体特征与铀成矿关系

通过对二连盆地中部下白垩统赛汉组上段古河道型铀矿床砂岩中的酸解烃特征进行分析,探讨了酸解烃中烃类气体组成特征、成因及来源,并结合该区铀矿分布富集的地质特征初步探讨了该区油气与砂岩型铀成矿关系。结果表明,赛汉组上段古河道砂体中CH_4及C_2~+含量与铀含量呈正比,且在氧化带、氧化还原过渡带和还原带内烃类含量具明显的分带性。酸解烃气体组成特征参数C_1/ΣC、C_1/C_2+、C_2/iC_4、C_2/C_3、iC_4/nC_4、iC_5/nC_5、ln(C_1/C_2)、ln(C_2/C_3)表明,研究区赛汉组上段古河道砂体中的烃类气为有机成因的油型气,烃类气主要处于成熟-高成熟阶段,主要为原油伴生气和原油裂解气。根据研究区烃源岩地球化学特征及生排烃史分析认为,该区下白垩统赛汉组上段古河道型铀矿床中烃类气主要来源于下白垩统阿尔善组(K_1ba)湖相腐泥型或偏腐泥型烃源岩,其次为腾一段(K_1bt~1)低熟-成熟阶段的湖相烃源岩。研究区深大断裂、不整合面、主砂体或裂隙是该区深部油气向上逸散的主要通道,深大断裂及不整合面附近应是该区砂岩型铀矿找矿的重点方向;油气在该区古河道砂岩型铀成矿作用过程中具有吸附作用、还原作用和保矿作用,区内砂岩型铀成矿期次、油气聚散史明显受控于晚白垩世末—古新世期的反转构造作用。     

桂西南凭祥火山岩年代学、地球化学及Hf同位素研究——对古特提斯洋最晚北向俯冲事件的启示

华南西南缘凭祥地区位于特提斯构造域东端,华南与印支陆块碰撞缝合带的北部,该区出露的三叠纪中酸性火山岩是古特提斯洋俯冲过程中在华南陆块边缘形成的大陆弧产物,这些火山岩同时携带的大量来自华南陆块基底的捕获锆石为华南陆块的构造热事件研究将提供重要的信息。对凭祥地区三叠系北泗组英安岩进行了同位素年代学、地球化学及锆石Hf同位素研究,获得了一个英安岩样品的加权平均年龄为（227.8±1）Ma,这些英安岩具有高SiO₂、K₂O含量,极低的MgO、MnO和CaO含量,富集大离子亲石元素（Rb、Ba、Th和U）和亏损高场强元素（Nb、Ta）的特点,显示了典型的岛弧岩浆作用特征,代表古特提斯洋向北俯冲至华南陆块之下形成的大陆弧产物。其余两个英安岩样品中的70粒锆石主要为来自华南陆块基底的捕获锆石,其年龄数据变化区间较大,为1010~231 Ma,这些捕获锆石U-Pb年龄频谱分布主要集中在四个区间:11010~800 Ma（峰值900 Ma）,其锆石的ε_Hf（t）值为4.5~15.1,响应扬子和华夏陆块之间聚合-裂解-再聚合的构造演化事件,反应了其幔源岩浆的广泛参与;2720~620 Ma（峰值680 Ma）响应南华纪已拼合的扬子-华夏陆块的再次发生裂解;3490~400 Ma（峰值450 Ma）,其锆石的ε_Hf（t）值为2.2~-7.8,响应华南早古生代加里东运动有关的壳-幔相互作用岩浆事件;4280~230 Ma（峰值250 Ma）,其锆石ε_Hf（t）值为-13.6~-16.5,地壳模式年龄为2.3~2.1 Ga,代表了印支与华南陆块之间古特提斯洋俯冲闭合的岩浆事件。文章的研究结果揭示了凭祥北泗组英安岩与华南陆块的亲缘性,其结晶年龄限定了华南与印支陆块之间的古特提斯洋俯冲结束、陆-陆开始碰撞的最晚时限为中-晚三叠纪。