Natural and experimental constraints on formation of the continental crust based on niobium–tantalum fractionation

Fractionation between Nb and Ta, elements generally regarded as geochemical ‘identical twins’, is a key to deciphering the formation of the continental crust (CC). Here we show that Nb/Ta of rutile grains in eclogitic rocks from the Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) project are remarkably heterogeneous but overall subchondritic at core depths of 100–700 m, and are less variable and mainly suprachondritic at core depths of 700–3025 m, indicating clear Nb/Ta fractionation across a subducted slab. To understand the potential mechanism of Nb/Ta fractionation within the subducted plate, we analysed by laser ablation ICPMS a thermal migration experiment in which a wet andesite was placed in a large thermal gradient (300°C/cm with ends ranging from 950–350°C) at 0.5Gpa. Results show that Nb, Ta and Ti, driven by the thermal gradient, preferentially migrate by diffusion through supercritical fluids into the cooler end of the experiment (at 650–350°C). Due to contrasting Nb and Ta thermal migration patterns, dramatic fractionation between Nb, Ta, and Ti took place in the cooler end. Experimental results are consistent with the measured Nb, Ta in rutile from CCSD drillhole samples. We consider that major fractionation between Nb, Ta must occur before rutile appears, most likely during the prograde blueschist to amphibole–eclogite transformation, when Ti is also mobile. Before rutile appears, partitioning between Ti‐rich dominant minerals such as amphiboles and fluids in the hotter region where dehydration preferentially occurs, produces Nb–Ta–Ti‐rich fluids with subchondritic Nb/Ta, and dehydration residues with suprachondritic Nb/Ta. Meanwhile, owing to evolution of the thermal gradient within the subducting slab, thermal migration of Nb, Ta, and Ti in aqueous fluids result in Nb, Ta, and Ti enrichment in the cooler region and depletion in the hotter region. As a result of high‐pressure metamorphism, hydrous rutile‐rich eclogites with overall subchondritic Nb/Ta form in the cooler region, whereas relatively anhydrous rutile‐poor eclogites with suprachondritic Nb/Ta form in the hotter region. Subsequently, partial melting of hydrous rutile‐rich eclogites with initial subchondritic Nb/Ta at deeper levels transfers overall subchondritic Nb/Ta coupled with Nb, Ta, and Ti depletion characteristics to the CC, leaving dry rutile‐poor eclogites with suprachondritic Nb/Ta and rutile‐rich residual eclogites with overall, heterogeneous subchondritic Nb/Ta as a complementary reservoir to the CC.     

铀对(Ⅱ型)低熟烃源岩生烃演化的影响Ⅱ

在油、气、煤、铀多种能源矿产形成演化富集成藏(矿)过程中,有机-无机相互作用是普遍存在的,在有机质的强大吸附作用及其所提供的还原环境为铀的富集成矿起促进作用的同时,铀也改变了烃源岩的生烃演化进程。本文在Ⅱ型低熟烃源岩中加入碳酸铀酰溶液的条件下进行了生烃模拟实验,对比无铀-加铀样品生烃模拟实验产物的相关参数,以探讨油气生成过程中无机铀所起的作用。从实验结果可以看出,铀可以使产物中不饱和烃向饱和烃转化;促进长链烃的裂解,促进低分子量烃类的产生,从而使CH4的含量提高,使生成的烃类的干气化程度增加。铀可以在低温阶段促进有机质的成熟度,降低烃源岩的生烃门限,使低熟烃源岩早期生成烃类;同时在高温阶段阻止有机质过度成熟,利于所生成烃的保存。因而铀可能是未熟-低熟油气生成可能的无机促进因素之一。     

尼古拉兹圆管沿程水流阻力实验的新发现

关于圆管沿程阻力系数的变化规律至今一直沿用尼古拉兹(Nikuradse)的实验结果。在参考尼古拉兹实验的基础上,采用与其相似的制作工艺,设计并制作了相对粗糙度Δ/d为1/30.89的人工粗糙圆管,开展了不同流速条件下的水流阻力实验,验证了尼古拉兹关于圆管沿程水流阻力随水流流态变化的规律,同时发现尼古拉兹当年在人工粗糙圆管制作过程中采用的"二次刷胶"粘贴砂粒的方法,使得圆管内壁砂粒的实际粗糙度减小,其实验所得的圆管沿程阻力系数偏小。本次圆管沿程阻力系数确定的实验方法能够更准确地获得人工粗糙圆管沿程阻力系数,今后可以据此开展相应的系统实验,对尼古拉兹人工粗糙圆管沿程阻力系数及其变化规律加以修正。     

WMO第八届阳江国际探空比对辅助遥感综合试验

第八届阳江国际探空比对辅助遥感综合试验为分析探空仪系统在高空出入云的温湿特性,评估高层云红外辐射对温度传感器的影响以及湿度传感器的系统偏差提供有力帮助。通过试验,还评估了国产X波段双偏振雷达与毫米波云雷达的优缺点和性能差异,以及国产多普勒激光雷达、微脉冲激光雷达的探测性能和应用能力,在改进微波辐射计温湿反演算法、X波段偏振雷达参数的云中粒子相态模糊逻辑识别算法,以及多普勒天气雷达风场反演、云分类算法、高空业务测风算法等方面开展广泛研究并取得一定进展。试验还利用先进的各类遥感设备对阳江热带地区的云、局地对流以及海陆风系统的结构进行了观测和分析,取得了较好的研究结果。     

CO2流体对火山碎屑岩改造作用的实验研究

以塔木察格盆地火山碎屑岩为研究对象,研究不同温度下(100、120、140、160、180℃)CO2流体对火山碎屑岩(流纹质凝灰岩、沉凝灰岩)成分的改造.研究发现:在CO2流体的作用下,火山碎屑岩中的长石、碳酸盐矿物发生溶蚀,且其溶蚀强度随温度的升高而增大,石英的溶蚀程度较弱;火山碎屑岩中的凝灰质成分易溶蚀,并且是CO2流体溶蚀火山碎屑岩的主要对象;通过扫描电镜观察发现沉凝灰岩在160℃下样品表面有绿泥石(?)和一水软铝石(?)生成.结合塔木察格盆地中的碳酸盐矿物(尤其是片钠铝石)的存在及盆地中次生溶孔大量发育的特征,认为盆地内有CO2流体活动且CO2流体对塔木察格盆地次生孔隙的形成有重要的贡献.     

中心回线TEM勘探中的野外试验要点

电磁勘探施工前的野外试验,对完成地质任务、评估解释结果具有重要意义。使用V8多功能电法测量系统,以王家岭煤田水文地质勘探为例,首先利用地层电性参数,给出了达到预定勘探深度需要的观测时间估算方法;再根据测区噪声电平,决定发射回线边长和电流;波形检测后,经孔旁地质效果试验确认观测时间。信噪比,一致性、稳定性经过试验符合探测精度的要求。     

华北平原地下水补给量计算分析

采用溴示踪法研究华北平原山前冲积平原和中部平原有灌溉和无灌溉区域的地下水补给,得到研究区平均地下水补给量为126.10 mm,平均补给系数为0.185 2,有灌溉实验点的补给量和补给系数大于无灌溉实验点。同时对示踪剂运移深度和含水量分布、降雨灌溉量和地下水埋深等影响因素进行分析。将各实验点计算结果与国内有关学者采用示踪剂法所得到的补给系数进行对比分析,论证了研究结果的可靠性,此研究成果可为华北平原地下水资源分析提供重要参考。     

卵砾石沙波临界水流条件的水槽试验

以往对沙波的研究多针对河流中下游、河口海岸段的细沙(粒径D<1 mm),而长江上游等卵砾石输移河段(D>2 mm)是否会出现沙波以及卵砾石沙波的临界条件,尚需开展进一步研究。通过长江上游九堆子、筲箕背等卵石滩的现场踏勘,观察到明显的天然沙波形态。采用中值粒径D₅₀=1.8 mm和5.3 mm的天然沙和D₅₀=4.8 mm的轻质沙进行水槽试验,成功模拟出砾石沙波。根据恒定均匀流条件下,产生沙波的比降、水位、流量等水流条件及试验沙的粒径、比重,提出卵砾石沙波的临界条件公式。结果表明,卵砾石沙波的临界条件可以用量纲起动功率w_* 、R／D及比降S表达,并据此提出判别系数G_Dcr。当研究河段的卵砾石输移带上的水流条件满足判别系数G_Dcr,则可以判断能够产生沙波现象。     

海山的倾斜俯冲对上覆板块变形的影响

伴随洋壳的俯冲,驼伏其上的海山会导致上覆板块的强烈变形.为解释该构造变形特征,本文运用物理模拟实验的方法,着重分析海山的斜向俯冲对上覆板块变形的影响,并将模拟结果与正向俯冲过程进行对比.实验结果显示:海山开始进入俯冲,前缘楔体的增生会被阻止,同时楔体被抬升并出现脱顶构造,未被海山破坏的楔体会出现后冲断层的激活,后冲断层轴平行于海山的俯冲方向.海山进一步俯冲,突起项部发育一系列张扭性质的微断裂和走滑性质的共轭断裂,尾随突起之后的楔体由于重力会产生正断层系统.比起正向俯冲,斜向俯冲过程中所产生的后逆冲体、海山两侧的叠瓦状逆冲推覆构造都出现不对称分布,断裂和微断裂束的走向不规则散开,后冲断层的轴向及海山俯冲过后在楔体上产生的凹槽的轨迹都不断斜向迁移,且凹槽两侧的地势不一致等.最后利用文中的物理模拟结果,很好的解释了马尼拉海沟中段俯冲构造的构造特征,同时对其他俯冲大陆边缘的构造解释具有指导意义.     

悬臂抗滑桩加固边坡地震动力响应模型试验研究

为研究悬臂抗滑桩加固边坡的地震响应和抗滑桩桩身弯矩分布规律,利用北京工业大学结构实验室的大型振动台进行悬臂抗滑桩加固边坡模型的振动试验。在试验过程中,输入汶川地震重华镇波,记录边坡不同位置加速度的时程变化,并作对比分析,采集抗滑桩桩身的应变,用于分析桩身弯矩分布。结果表明,地震过程中边坡内部加速度自下而上逐渐放大,边坡顶部放大效果达到最大;悬臂抗滑桩的加固效应和桩间土体成拱作用使附近土体的动力响应受到限制;抗滑桩的嵌固端与悬臂部分分界面随着地震波的输入应变急剧增大,而悬臂部分随着高度增加应变减小,反映了悬臂抗滑桩弯矩的“凸”形分布规律。