东昆仑按纳格角闪辉长岩体地球化学特征及其对古特提斯洋演化的制约

目前关于东昆仑地区二叠纪-三叠纪基性岩浆岩的研究极为薄弱, 这不仅限制了对该时期东昆仑地区地幔源区性质的理解, 也在一定程度上制约了对古特提斯洋演化历史的准确认识.对东昆仑东段按纳格角闪辉长岩体进行了锆石U-Pb年代学、全岩地球化学和Sr-Nd-Hf同位素研究.结果显示:角闪辉长岩的锆石U-Pb定年结果为242±2 Ma; 岩体具有较低的SiO₂(46.00%~52.40%)及(Na₂O+K₂O)含量(3.07%~3.79%), 碱度(δ)值为1.26~3.14;另外, 岩石具有较高的Al₂O₃(17.35%~20.10%), MgO(4.65%~6.53%)和FeOT(8.77%~11.07%)含量, Mg#值为68~75, 属于钙碱性系列.岩石(La/Yb)_N为1.72~5.48, δEu为0.87~1.00, 具有弱的轻重稀土分异和负铕异常, 其富集大离子亲石元素, 亏损高场强元素, 具有低Nb/Ta值(3.7~8.8), 显示岛弧岩浆岩的地球化学特征.全岩(87Sr/86Sr)_i值(0.708 80~0.710 36)和ε_Nd(t)值(-4.8~-3.4)相对集中, 锆石ε_Nd(t)值为-4.9~-0.4.综合分析表明, 岩浆起源于俯冲板片流体交代的地幔楔, 为尖晶石相金云母二辉橄榄岩的部分熔融产物, 岩浆在上升侵位过程中未遭受明显地壳混染, 但经历了少量单斜辉石和斜长石的分离结晶作用.综合区域构造演化史以及同时代岩浆岩的年代学和地球化学特征, 认为按纳格角闪辉长岩体侵位于古特提斯洋北向俯冲的晚期, 该区古特提斯洋的最终闭合时间为中-晚三叠世.      

阿留申俯冲带几何学特征及运动学成因模式

阿留申俯冲带位于环太平洋俯冲带最北端,是东太平洋型俯冲和西太平洋俯冲的过渡区域。该俯冲带火山岛弧距离海沟的距离从东向西逐渐增大,而形成地球上独特的岛弧火山链与海沟V字型斜交的现象。这一现象的运动学成因目前并没有统一的认识。本文通过对阿留申俯冲带几何形态数据、运动学数据进行整理分析,尝试运用构造赤道理论探讨该现象形成的运动学背景。阿留申俯冲带的几何学数据表明:从俯冲带东段(175°E)至俯冲带西段(155°W),火山岛弧距俯冲海沟的距离从80 km增加至250 km。与此同时,俯冲板片的倾角由60°减小至30°。板块的运动学分析表明:相对北美板块,太平洋板块的东段的运动矢量为48 mm/a,向北运动;逐渐转变为西段的78mm/a,向西北方向运动。相对于软流圈,太平洋板块的运动方向没有改变,始终向西北方向运动,速率向西逐渐增加。因此,在俯冲带的东段太平洋板块的绝对运动方向和相对运动方向存在30°左右的夹角,而这个夹角在西段几乎不存在。太平洋板块的绝对运动方向和相对运动方向之间的夹角不同,会导致软流圈对俯冲板片的反作用力差异,从而形成不同的俯冲角度和俯冲带宽度。太平洋板块相对北美板块和相对地幔的速度方向夹角的变化被认为是引起阿留申火山弧与海沟"V"字型斜交的运动学成因。     

俯冲带碳酸盐化对深部碳循环的启示:以中国西南天山碳酸盐化云母片岩为例

俯冲带可将地球表层碳输送至深部地幔,同时也记录着俯冲板片来源碳质流体的迁移沉淀机制,对地球深部碳循环具有重大影响。近年来,俯冲带脱碳机制的研究表明流体溶解脱碳作用是冷的大洋俯冲板片释放COH流体的重要方式,而上覆板块(尤其地幔楔)则被认为是缓冲这些COH流体的重要场所,甚至是俯冲带CO_2的唯一"归宿"。事实上,俯冲带岩石本身的固碳能力却受到了忽视,而对俯冲带岩石捕获和固存CO_2(carbon capture and storage,CCS)能力的评估对全球碳通量的估算尤为重要。本文以中国西南天山高压-超高压变质带中碳酸盐化云母片岩为例,探讨俯冲带岩石的碳酸盐化对深部碳循环的影响。西南天山长阿吾子一带的碳酸盐化云母片岩记录了俯冲板片起源的碳质流体对俯冲带云母片岩的交代作用,地球化学特征表明蛇纹岩释放的富水流体溶解俯冲洋壳中的碳酸盐可能是产生COH流体的重要机制。基于碳质流体对多硅白云母(Si(a.p.f.u.)=3.58～3.73)的交代及相对高压的碳酸盐矿物(主要为白云石和菱镁矿)与金红石的共生,结合区域上碳酸盐化云母片岩与高压碳酸盐化蛇纹岩(HP-ophidolomite)的伴生,我们认为云母片岩的碳酸盐化作用可能发生在俯冲板片峰期稍后的高压折返阶段。俯冲带云母片岩的固碳作用表明除了上覆板块,俯冲带岩石本身对于碳质流体也具有很好的吸收能力。初步估算表明俯冲带云母片岩的碳酸盐化每年可固存至少2.46～6.68Mt/yr,约占俯冲板片每年进碳量的4%～17%。     

新特提斯洋俯冲起始的地质记录:土耳其南部蛇绿岩和变质底板

在现行板块构造理论的框架下,板块的初始俯冲是岩浆活动和构造运动发生转变的重要过程,亦是理解板块运动的关键节点。在俯冲起始过程中,主要存在四个方面的地质记录,分别为一系列地球化学成分多样的岩浆活动、SSZ型蛇绿岩、变质底板和玻安岩及其对应的铬铁矿床。特提斯造山带作为公认的研究板块构造理论尤其是初始俯冲的关键场所,一直备受地学界的重视。而土耳其南部构造带作为特提斯造山带的重要组成部分,亦是确定亚欧板块和阿拉伯板块之间缝合线存在的重要标志。该南部构造带是研究新特提斯洋俯冲起始的理想场所,上述关于俯冲初始的四个地质记录均保存良好,且有如下方面的重要特点:1)不同地区的镁铁质岩石甚至同一地区的镁铁质岩石具有不同的地球化学特征,从似洋中脊玄武岩,到过渡型岩石类型和玻安质岩石均有发育; 2)大部分蛇绿岩具有完整的序列,各单元及变质底板岩石中普遍发育侵入的基性岩脉,产状多变,是多期岩浆事件的产物; 3)蛇绿岩下部通常发育一套角闪岩相变质底板,且其年龄与蛇绿岩的形成年龄基本一致; 4)蛇绿岩中普遍发育铬铁矿床,以高Cr型为主,部分蛇绿岩中还赋存高Al-高Cr的过渡型铬铁矿,均被认为是幔源岩浆与地幔橄榄岩反应的产物。因而,这些地质体完整记录了新特提斯洋形成-俯冲-消减的演化过程。     

藏南冈底斯岩基东段朗县杂岩早白垩世岩浆作用:新特提斯洋二次俯冲

新特提斯洋长期俯冲消减作用在早白垩世可能经历二次俯冲启动或板片俯冲几何形态的重大转换。确定西藏南部冈底斯岩基早白垩世岩浆作用的岩石地球化学特征和作用方式是甄别上述过程的关键,对理解新特提斯洋的俯冲演化过程至关重要。本文就冈底斯岩基东段朗县杂岩中保存的各类早白垩世岩浆岩,开展了锆石U-Pb地质年代学和Hf同位素、全岩元素和同位素（Sr-Nd）组成分析。数据结果表明：1）基性岩侵位时代为早白垩世晚期（103.6~100.8Ma）,为高钾钙碱性偏铝质岩石,锆石ε_Hf（t）=+0.3~+5.7,全岩ε_Nd（t）=-0.8和-0.3,暗示其岩浆源区具有大量俯冲沉积物或流体的混入,为沉积物熔体和流体交代的地幔楔物质部分熔融的产物,经历了一定程度的角闪石分离结晶作用;2）中性岩形成于99.8~97.6Ma,略晚于基性岩,其主量元素与基性岩具有较好的线性关系,全岩ε_Nd（t）=+1.1,具有较多的地幔物质参与,为基性岩浆进一步演化形成;3）酸性岩（脉体）记录了多阶段岩浆作用（124.1~95.3Ma）,根据同位素组成不同进一步划分为两类,第一类具有较低的全岩ε_Nd（t）值（-8.3~-6.0）,其岩浆源区显示富集特征,t_DM2=1385~1586Ma,由古老地壳物质的再熔融形成;第二类的锆石ε_Hf（t）值（-2.8~+3.2）变化较大,岩脉的锆石ε_Hf（t）=+0.4~+8.1,t_DM=428~906Ma,全岩ε_Nd（t）=+0.1和+0.8,表明岩浆源区具有不均一性,为古老地壳物质被富流体地幔岩浆改造形成;和4）镁铁质包体的主量元素与寄主花岗岩具有较好的线性关系,锆石的Hf同位素组成变化较大（ε_Hf（t）=-9.3~+4.1）,变化范围可达13个ε单位,为岩浆混合成因。寄主花岗岩和角闪辉长岩分别作为酸性和基性端元,是基性岩浆与其诱发古老地壳熔融形成的花岗质岩浆经混合形成。结合冈底斯岩基早白垩世岩浆岩的研究结果,朗县杂岩在早白垩世（124~97Ma）的岩浆作用具有明显的岩浆混合现象,锆石Hf和全岩Sr-Nd同位素组成变化较大,可达13个ε单位,其岩浆源区复杂且富含流体,代表了新特提斯洋在早期（240~144Ma）经历漫长的俯冲之后,在早白垩世时期（~120Ma）俯冲带发生跃迁或俯冲角度达到临界点,导致大量俯冲沉积物和流体沿俯冲带俯冲下去,与发生部分熔融的地幔楔物质混合,底侵导致上覆古老地壳物质的再熔融,形成早白垩世复杂的岩浆岩组合,很可能是新特提斯洋二次俯冲开始的标志。     

中亚造山带伊犁北缘早古生代海相斑脱岩地质意义

伊犁地块位于西天山北部,通常认为其北缘经历了晚古生代活动陆缘的演化,但对其早古生代构造沉积演化（尤其是同位素定年）的研究仍较为薄弱.在伊犁北缘果子沟地区的奥陶系黑色硅质页岩中发现多层斑脱岩（蚀变凝灰岩）夹层,奥陶系发生了强烈褶皱变形,在其中一个倒转向斜的核部和翼部选取两层斑脱岩进行了锆石U-Pb测年.2个斑脱岩样品中的锆石显示岩浆锆石的特征,其加权平均年龄分别为458±2 Ma和460±2 Ma.结合前人研究成果,认为该斑脱岩的沉积时代为中奥陶世末期（达瑞威尔阶顶部）,该时代与温泉地区大陆弧岩浆岩年龄基本一致,是准噶尔洋在中-晚奥陶世向伊犁地块之下俯冲的又一证据;该斑脱岩与全球范围内的大规模火山活动时代一致,该期火山活动可能是中-晚奥陶世全球气候变化与生物大灭绝的重要原因.      

广西大瑶山东南缘侏罗纪埃达克质花岗岩的特征、成因及构造意义

对钦杭结合带西南段大瑶山东南缘的中晚侏罗世埃达克质花岗岩（165~153 Ma）进行了岩石学、地球化学研究,并探讨了埃达克质和TTG岩类的特征属性。岩石SiO₂含量63.76%~72.13%,总体具高Al₂O₃（Al₂O₃≥15%）、低MgO （<3%）,亏损重稀土元素（HREE）、正Eu异常或弱的负Eu异常,低Y （≤18×10^-6）和Yb （≤1.9×10^-6）,高Sr （>300×10^-6）和Sr/Y值（>20）等埃达克岩独特的地球化学特征。结合区域构造演化分析认为,该侏罗纪埃达克质花岗岩形成于陆内伸展构造背景,为大陆板内加厚（隆起区）的下地壳底部岩石部分熔融的产物,属大陆板内环境I型花岗岩。具有类似于低镁安山岩/闪长岩系列（LMA）和镁安山岩/闪长岩系列（MA）两种高压型TTG亚类的属性,为古俯冲增生带下地壳弧型岩石熔融的继承性特征,与中生代古太平洋俯冲板片熔融过程无关,属非俯冲成因的埃达克/TTG岩类。其空间上与大瑶山东南缘早古生代俯冲增生带高度重合,且与早古生代TTG侵入岩组合紧密相邻,提示它们可能源自于早古生代洋壳俯冲带或大陆边缘弧下地壳玄武质岩石的部分熔融,因而具有洋俯冲成因的特征属性。     

秦岭甘湫池花岗岩质崩塌振动台试验研究

地震诱发山体崩塌常形成巨大的灾害,特定地形地质条件下山体地震动力响应特性及破坏机制研究是工程地质的重要难题。本文以秦岭地区具代表性的翠华山甘湫池花岗岩崩塌为研究对象,制作有效反映花岗岩工程地质结构的试验模型,开展大型振动台试验,研究山体地震动力响应规律和崩塌变形破坏机制。试验发现,边坡内部加速度放大系数随激振强度的增加呈现出显著的三阶段变化趋势;水平加速度响应呈现出随高程的增加而单调增大的特征,而竖直加速度响应随着高程的增加出现先增加后减小再增加的波动变化特征;边坡的固有频率变化曲线可以分为3个阶段,整体呈现下降的趋势,表明边坡动力特性发生变化;破坏后的边坡可以分为2个区域:后缘启动区和崩塌堆积区。边坡在地震激振作用下的破坏过程为地震波激振输入→坡体后缘形成拉张裂缝→裂缝向下扩展贯通→不稳定坡体滑动→堆积坡脚。反演了山体破坏的4个阶段:振动致裂阶段、高速启动阶段、撞击减速阶段和堆积阶段,结果与现场工程地质调查分析十分一致。研究翠华山甘湫池花岗岩崩塌的发育特征、成因机理和演化过程,研究成果对揭示秦岭北缘乃至秦岭地区崩塌形成机制、发育规律和灾害有效防控、地质遗迹开发和保护具有重要意义。     

俯冲-碰撞带硼循环

俯冲带控制着地球内部和表层的物质与能量交换.硼(B)是一个质量轻的流体活动性元素.B及其同位素体系是理解俯冲-碰撞带流/熔体活动和物质循环的重要工具.本文综述了俯冲板块中各储库的硼含量和同位素组成以及主导硼分配的关键矿物.介绍了目前对大洋俯冲带弧前、弧下和弧后深度下硼循环的主要认识;简要介绍了刚起步的大陆俯冲-碰撞带硼循环研究.阐述了含电气石(超)高压变质岩在俯冲带硼迁移研究中的重要性.指出今后需深化含水矿物在不同地温梯度下脱水/熔融过程中硼同位素分馏研究,加强流/熔体包裹体硼同位素分析技术及应用研究.由于B及同位素可有效区分大洋地壳和大陆地壳物质,未来将在造山带演化和地球深部物质循环研究中扮演更重要的角色.     

塔里木北部周缘前陆盆地早二叠世快速迁移与沉积相突变:俯冲板片拆沉的响应

塔里木北部周缘前陆盆地发育于泥盆纪末至早三叠世期间,完整地记录了南天山造山带的发育过程。该盆地在早二叠世由复理石盆地转化为磨拉石盆地,同时发生快速南移。同期幔源物质加入,有山根地壳熔融的岩浆活动、南天山造山带的整体隆升、热液成矿作用集中发育和变形、变质作用的激化使俯冲岩片的拆沉成为盆地转化与迁移的最佳机制。相同的转化过程及深部机制在其他造山带中也明显存在,表明俯冲岩片拆沉是造山作用一个不可或缺的环节。