花岗岩形成的热动力学过程数值模拟研究进展

形成过程的不可观察性是花岗岩成因长期争论的重要原因。数值模拟技术与超级计算机的结合,为花岗岩形成热动力学过程的数字重建提供了可能性。本文首先回顾了花岗岩形成过程数值模拟所需的物理化学参数的获取研究,其中一个重要进展是将上陆壳作为一个整体,重新厘定了岩石"平均强度"突降或流变学转换,即MCT、FMT、SLT对应的熔体比,为研究深熔岩浆的形成过程提供了重要的实验约束。在此基础上,介绍了基于岩浆侵入模型的物理和数值模拟研究进展。在岩浆侵入模型中,岩体与"源区"是分离的。各岩体与其相应"源区"之间地质条件的差别,使得现有的针对特定岩浆定位模式建立的数字模型,难以具有普适性。文章的最后部分展示了作者利用天河2号超级计算平台,在Chen and Grapes(2007)提出的"原地重熔"地质模型的基础上,对壳内大规模熔融和热对流的2-D数值模拟结果,初步重现了花岗岩和混合岩形成的热动力学过程。模拟结果揭示,热对流是壳内熔融能够形成大规模花岗岩浆的根本原因;岩浆"顶蚀"作用导致MI(SLT)界面向上移动和岩浆层增厚;壳内岩浆层发展的必要条件不是高的地壳温度,而是岩浆系统有持续的热供给,使系统能在较长时间内保持对流状态。     

微板块构造理论：全球洋内与陆缘微地块研究的启示（附对该文的审稿意见）

任何板块都存在一个由小长大的过程。微地块(微板块)有时是大板块的前身,微地块的起源、生长、夭折、消亡和残留过程对研究板块构造具有重要意义。据其组成,微地块可划分为微陆块、微洋块、微幔块。本文以太平洋、印度洋和大西洋中的微地块为例,系统总结了洋脊增生系统、俯冲消减系统、深海板内系统、伸展裂解系统、碰撞造山系统5种构造环境下的微地块特征,并据此首次进行了成因分类,提出拆离微地块、裂生微地块、转换微地块、延生微地块、跃生微地块、残生微地块、增生微地块、碰生微地块和拆沉微幔块9种类型。对不同类型微地块边界进行了系统界定,并对其成因进行了系统讨论。这些微地块边界类型,包括活动的或死亡的拆离断层、俯冲带、洋中脊、转换断层、破碎带、切割岩石圈的断裂、假断层、洋内汇聚带、叠接扩张中心、非叠接扩张中心、洋脊断错等,其成因的关键研究在于对三节点稳定性进行分析。洋内或洋缘微地块研究,不仅为开展深海大洋精细化构造分析和板块重建工作提供参考,而且对解释大陆内部一些微地块成因具有启发性,可丰富大陆造山带、陆内、板内、幔内和陆缘构造的研究内容,使得造山带演化、板内变形和地幔过程研究更为精细化,甚至推广到早前寒武纪的前板块构造机制研究。     

40Ar-39Ar同位素测年方法及其应用

^40Ar—^39Ar测年法的出现，为同位素地质年代学开辟了一个新的领域；但过剩氩的存在、年龄谱的分析方法，又制约着地质事件的年龄解释。在介绍该方法的原理、校正、年龄谱的分析和应用及过剩氩问题等方面内容的基础上，结合阿尔金断裂研究实例，对该断裂中的新生矿物进行了^40Ar-^39Ar测年，进而确定了阿尔金断裂走滑活动的年龄。     

满洲里小尖山盆地构造、蚀变特征与铀矿化

小尖山盆地发育断裂、火山构造及热液蚀变,已发现铀矿化、铀异常,是满洲里地区重要的火山岩型铀成矿远景区。依据区域重力资料,结合遥感、 CSAMT测量及地质勘查成果,明确盆地早期以NE向断裂构造为主,晚期NW向发育,属火山断陷盆地,具有阶梯状断陷特征。铀矿化与高岭石化、钾长石化及硅化关系密切,局部垂向上显示分带特性,且铀钼共生。成矿作用受NE、 NW向断裂构造控制,与区域成矿规律具有一致性。     

嫩江—八里罕断裂带岭下韧性剪切带变形特征

嫩江-八里罕断裂带位于东北地区中部、大兴安岭的东缘,为松辽盆地的西缘控盆断裂.断裂带传统认识上被认为是一条NNE向的深大断裂,其性质为正断层或拆离断层.笔者野外地质考察过程中,在断裂带中南段吉林省白城市岭下地区发现韧性剪切带,通过对该韧性剪切带构造要素系统测量和统计、显微构造观察、有限应变测量、石英组构EBSD(电子背散射衍射)分析和古应力值测量,明确了岭下剪切带变形程度为初糜棱岩-糜棱岩、石英组构以低温底面组构为主,滑移系为{0001},变形温度在400℃左右的变形特征,并初步认为嫩江-八里罕断裂带曾经历左旋走滑变形阶段;结合断裂带相关年代学资料,确定走滑时间为早白垩世中期(134～113 Ma),其形成机制与西太平洋伊泽纳崎板块向欧亚大陆俯冲的运动与NWW向NNW转向有关.     

黑龙江省东北部桦南隆起的隆升时期

黑龙江省东北部三江、虎林、勃利、鸡西、双鸭山、双桦等盆地与桦南隆起的关系对本区油气资源的勘探开发有重要的意义。从区域地层对比、海相古生物化石、盆地边界断裂以及地球物理MT剖面等方面对其进行了探讨,揭示黑龙江省东北部盆地群具有相同的演化历史,在城子河、穆棱期由东向西共同遭受海侵事件,现今盆地南界均为破坏性逆冲断层,综合认为各盆地在城子河、穆棱期为一统一的大陆边缘近海盆地--三江-穆棱盆地,桦南隆起尚未隆升。结合猴石沟组的古水流向、砂岩的物源区分析及砾岩砾石成分统计认为,桦南隆起应于东山组沉积期后隆升,并在猴石沟组沉积期已隆升一定高度,为周缘盆地提供物源,形成现今黑龙江省东北部地区的“盆岭格局”。     

敦-密断裂左行走滑三维有限元模拟

敦-密断布列亚裂带是郯庐断裂北段的重要分支之一, 具有左行走滑剪切性质, 其走滑位移量的大小一直存在很大争议。应用ANSYS三维有限元模拟软件, 对研究区地质体建立理想模型, 并采用分段施力和连续施力两种方法进行构造几何学错移的数值模拟, 探讨敦22密断裂带的走滑位移量。模拟结果表明: 采用分段施力方式得到的累计走滑位移量为273.8 km, 连续施力方式得到的位移量为406.8 km, 说明在不考虑外界阻力影响及地质体内部形变吸收的位移量时, 郯庐断裂由南到北具有整体统一的走滑位移量。综合考虑布列亚-佳木斯地块的阻挡及地质体内部的韧性变形和逆冲推覆构造对走滑位移量的吸收等地质因素, 认为敦-密断裂带实际位移量应比模拟数值小, 也证实了郯庐断裂走滑位移量可能存在由南至北逐渐递减的规律。     

松辽盆地西缘边界断裂带中北段尼尔基L型构造岩构造年代学及其构造意义

松辽盆地西缘与大兴安岭东缘的边界断裂带,又称嫩江-八里罕断裂带,位于东北地区中部,中亚造山带东段。断裂带呈NNE走向,沿内蒙古自治区、黑龙江省与吉林省的交界,一直向南延伸至河北省境内与平场-桑园大断裂相接,全长1200km。该断裂带传统认识上被认为是一条NNE向的大型正断层或拆离断层。目前对于断裂带性质的研究主要集中在其北段的嫩江断裂,但侧重区域地球物理方面,通过布格重力异常、航磁异常、深反射剖面研究确定了断裂带的走向、展布位置,及伸展拆离断层或大型低角度正断层的性质;其南段断裂带(红山-八里罕断裂)的研究,主要与喀喇沁隆起的形成时间、性质、演化阶段等方面相联系;然而对断裂带中段的嫩江-八里罕断裂的研究少有报道。近期,我们报导了嫩江-白令海断裂带岭下及白城地区发现的具有左旋走滑性质的韧性剪切带,并同断裂带南段的红山-八里罕断裂带楼子店地区进行系统的对比。通过对岭下地区韧性剪切带详细的野外调查、构造要素测量、显微构造研究、同构造变形岩石的有限应变分析、石英EBSD组构分析以及白云母40Ar/39Ar年代学研究,我们认为岭下韧性剪切带与楼子店韧性剪切带的变形特征一致,证实了红山-八里罕断裂带至少可以向北延伸至中段岭下地区,其性质同为左行走滑韧性剪切带,并具有相同的早期走滑时限(~130Ma)。本次,我们进一步对嫩江-白令海断裂带中北段尼尔基地区韧性剪切带进行研究,通过对带内韧性变形岩石构造要素系统测量和统计、显微构造观察、有限应变测量等方面的研究,表明其岩石类型属L型构造岩,具左行剪切特征。综合分析发现除构造岩的类型(岭下与楼子店地区发育S-L型构造岩),其余与岭下与楼子店地区韧性剪切带性质相同。另外,年代学表明L型花岗质岩石中发育的锆石,1)呈自形具有致密的韵律环带,且Th/U比值介于0.06至1.25之间,显示了岩浆成因特点;2)年龄大体分为两个区间258~403Ma(n=5)和207~174Ma(n=15,加权平均年龄为190.0±6.1Ma);3)较老年龄258~403Ma的锆石普遍具有"核-边"结构,证实了该区域存在多期古生代岩浆事件。207~174Ma的锆石中,两粒锆石呈现~190Ma核部年龄,反映了区域内曾经历了早侏罗世的一次强烈的岩浆侵入事件,此后尼尔基地区韧性剪切带形成于中侏罗世(~170Ma),而并非是前人认为的二叠纪。白云母激光40Ar/39Ar年代学显示了一个稳定的年龄坪为158.99±0.61Ma。通过显微构造的观测发现长石残斑与S-C组构指示了左行韧性剪切特征,其动态重结晶主要为膨凸式特点(BLG)。而石英颗粒边界相嵌现象明显,为亚晶粒旋转(SR)向颗粒边界迁移(GBM)重结晶过渡阶段。综合长石和石英的重结晶特征指示,其变质条件为高绿片岩相,变形温度在500℃左右,显然高于白云母的封闭温度(300~400℃),故此我们认为尼尔基左行韧性剪切带的快速隆升时间应为中晚侏罗世(158.99±0.61Ma)。结合最新发表的东北地区黑龙江蓝片岩(前人称之"黑龙江群")与郯庐断裂带北段两个分支(佳依断裂与敦密断裂)的年代学数据,以及西太平洋板块的俯冲速度和方向的相关证据,我们认为1)嫩江-八里罕断裂可能经历了三期变形演化阶段,包括中-晚侏罗世左行伸展走滑阶段(~160Ma),早白垩世中期左行走滑/斜滑剪切阶段(~130Ma)及早白垩世晚期的伸展阶段;2)两期走滑剪切阶段与郯庐断裂带及其北段两个分支具有相似性,其中早期~160Ma的走滑剪切事件相对于佳木斯地块与松嫩地块的拼合时间(~170Ma)晚近10Myr;3)松辽盆地形成早期受到中-晚侏罗世的左行走滑断裂的控制,该左行走滑断裂的成因应归功于侏罗纪时西太平洋板块向欧亚大陆下快速的斜向俯冲有关。     

沉积物粒度分析在阿尔金山隆升研究中的应用

山体隆升必然制约两侧盆地的沉积,这种约束体现在盆地的沉积响应上.柴达木盆地西北缘的阿尔金山,位于青藏高原的西北边界,自第三纪以来发生了多次隆升事件,其中以早更新世末的一次最为强烈.本次研究在阿尔金山山前红三旱一号剖面干柴沟组自下而上不同层位选取典型的沉积岩样品,进行了系统的薄片矿物鉴定和粒度分析,发现沉积区柴达木盆地的沉积环境和气候条件因受阿尔金山多期次隆升的影响而发生变化,其各方面的沉积特点受到物源区的控制.研究表明,始新世时(下干柴沟组)物源区阿尔金山相对于柴达木盆地没有发生明显的快速隆升,到渐新世(上干柴沟组)阿尔金山相对于柴达木盆地开始发生强烈的快速隆升,沉积区气候变得明显干旱.中新世到上新世(下、上油砂山和狮子沟组)红三旱地区整体处于抬升阶段,可能阿尔金山相对于沉积盆地区不具有明显的地形高差,到早更新世(七个泉组)阿尔金山开始发生急剧隆升,相对于柴达木盆地沉积区在地形上出现巨大的相对高差,这一隆升事件目前仍在持续.该研究也为青藏高原的多次隆升和气候环境变化提供了佐证.     

碎屑矿物年代对佳木斯隆起隆升时间的制约

对佳木斯隆起周缘的勃利盆地和鸡西盆地中的早白垩世穆棱组和滴道组砂岩样品进行了系统的碎屑锆石U-Pb同位素年代学和碎屑白云母40Ar/39Ar同位素年代学研究.结果表明,滴道组和穆棱组沉积时期,没有500Ma或大于500Ma的来自佳木斯地块基底的年龄纪录,暗示佳木斯隆起在早白垩世穆棱组沉积时期尚未隆起.黑龙江东部盆地群为统一的原型盆地,结合对该区白垩纪砂岩的矿物组成和砾石统计的研究成果.认为早白垩世末东山组沉积以后佳木斯隆起开始隆升,猴石沟组沉积时期佳木斯隆起已经隆升到一定高度并为其周缘盆地提供物源,同时随着佳木斯隆起的隆升,原来早白垩世的统一盆地遭到分割破坏,形成诸多相对独立的盆地.