下扬子PTB界线深水相区粘土岩的火山成因研究及其对LPME的指示意义

全球,尤其是特提斯域二叠—三叠纪之交(PTB)剖面中普遍发育火山成因的粘土岩,对理解晚二叠世末生物大灭绝(LPME)的触发机制及相关基础地质问题具有重要意义。本文报道了在华南下扬子区新发现两条深水PTB剖面(皖南牛山和蔡村)的粘土岩工作,包括岩石学、矿物学和全岩地球化学等,填补了区域研究空白。研究结果发现,粘土岩主要由伊利石等粘土矿物,以及石英、岩浆锆石、长石等斑晶矿物组成。在地球化学上具有高K_2O、低Na_2O、相对富集大离子亲石元素(LILE)、相对亏损高场强元素(HFSE)等特征。据此,认为这些粘土岩为火山成因的钾质斑脱岩,其原岩可能为中酸性流纹英安岩,具有弧岩浆作用的源区背景。对比华南其他地区已发现的PTB界线粘土岩,发现它们成因类似,可能来源于古特提斯洋周缘陆陆碰撞,抑或是泛大洋俯冲潘吉亚大陆东缘(包括华南板块)所导致的长英质火山岩浆喷发,且具有多期多源性特点。PTB时期全球活跃的火山岩浆活动(包括镁铁质火山作用和华南地区火山灰所指征的长英质火山作用)可能是导致LPME的主要原因。     

内蒙古东乌旗早二叠世超镁铁岩的发现及其构造意义

为研究东乌旗晚古生代地幔性质和造山演化特征,对在东乌旗西部首次发现的超镁铁岩—辉闪橄榄岩进行系统的岩相学和元素地球化学研究。东乌旗辉闪橄榄岩主要由橄榄石、角闪石、斜方辉石及少量斜长石、单斜辉石组成,SiO_2含量介于42.84%~43.96%、MgO(24.10%~26.10%)、Na_2O+K_2O(1.52%~2.32%,小于3.5%),低m/f(3.03~3.54)比值和高FeO~T(12.67%~14.33%)的含量、高Mg~#(76.42~79.20),属铁质超镁铁岩和拉斑玄武岩系列。岩石稀土总量较高(∑REE=39.57×10~(-6)~83.32×10~(-6)),轻稀土(LREE)相对于重稀土(HREE)明显富集[(La/Yb)_N=4.04~7.66],Eu异常不明显(δEu=0.90~0.95),稀土元素球粒陨石标准化配分模式表现为轻稀土相对富集的右倾型。岩石富集大离子亲石元素(LILE)Cs、Rb、Ba、Sr、K等,相对亏损高场强元素(HFSE)Nb、Ta,具明显的Nb、Ta、Ti负异常,而又有别于强烈Nb、Ta亏损的岛弧岩浆岩;相容元素Cr(769×10~(-6)~2480×10~(-6))、Ni(454×10~(-6)~901×10~(-6))含量较高;低Th/U(2.54~3.03)、Nb/U(3.40~12.85)比值和高La/Nb(2.60~3.63)、Ba/Nb(43.11~72.52)、Zr/Y(5.45~7.83)比值。综上,结合区域最新研究成果,我们认为辉闪橄榄岩来源于受俯冲流体交代的尖晶石相地幔橄榄岩部分熔融,上升过程中受地壳物质不同程度的混染,形成于早二叠世板内伸展构造体制,与古亚洲洋闭合之后板内非造山作用有关。这一认识填补了早二叠世幔源岩浆事件和非造山阶段超镁铁质岩石记录的空白。     

四川盆地回龙地区下侏罗统自流井组大安寨段混积岩特征及模式

川西回龙地区自流井组大安寨段发育湖相碳酸盐岩和碎屑岩的混合沉积,结合野外露头、钻井岩芯、测井和显微组构等资料的综合分析,对该研究区混积岩沉积微相特征进行了精细刻画。研究认为,回龙地区大安寨段属湖泊混合沉积相,分为滨浅湖混合沉积和半深湖混合沉积两个亚相,并划分了五个沉积微相,分别为高能介壳滩混合沉积微相,低能介壳滩混合沉积微相,砂质浅滩混合沉积微相,浅湖混合沉积微相以及半深湖混合沉积微相。基于所划分的混合沉积相的特征和四川盆地以及研究区回龙大安寨段在侏罗纪的沉积相演变过程,分析了该区混积岩的成因及混合沉积演化模式。得出结论:研究区湖相混合沉积主要受物源供给和水动力条件的控制,在五种不同混合沉积微相控制作用下形成了不同类型的混积岩。     

长江中下游成矿带庐枞盆地小包庄铁矿床地质特征研究

罗河铁矿床位于长江中下游成矿带内庐枞火山岩盆地的西北部,是成矿带内已发现规模最大的铁矿床。2013年在罗河铁矿床深部又勘探新发现了小包庄大型铁矿床,这是长江中下游成矿带内近年来重大找矿突破之一,具有重要的理论研究意义和勘探应用价值。本文在前人工作基础上,基于详细的钻孔观察和系统的岩相学、矿相学工作并结合电子探针测试分析,研究了小包庄铁矿床的矿化蚀变特征,厘定了矿床的成矿阶段,分析了成矿作用过程,并初步探讨了矿床成因。研究表明,罗河铁矿床和小包庄铁矿床为同一成矿系统在不同深度成矿作用的产物。小包庄铁矿床主矿体矿呈厚大的透镜状、似层状产于砖桥组地层中,位于罗河铁矿床主矿体之下约800~1000m,主要由浸染状矿体组成。矿床中金属矿物主要为磁铁矿和黄铁矿,非金属矿物主要为硬石膏、透辉石和碳酸盐,矿石的代表性矿物组合为磁铁矿-硬石膏-透辉石。矿石的结构构造主要有浸染状构造、脉状构造、块状构造、自形-半自形粒状结构、他形粒状结构和筛状结构等。矿床围岩蚀变强烈,主要蚀变类型有碱性长石化、透辉石化、绿泥石化、绿帘石化、碳酸盐化和硬石膏化。小包庄铁矿床形成经历了热液期的四个阶段,即碱性长石阶段、透辉石-硬石膏-磁铁矿阶段、绿泥石-绿帘石-碳酸盐阶段和硬石膏-黄铁矿-碳酸盐-石英阶段,其中,铁矿化主要发育于透辉石-硬石膏-磁铁矿阶段。通过矿床地质特征的分析以及与宁芜地区铁矿床的对比研究,本文认为小包庄铁矿床成矿物质和成矿流体来源于深部的闪长质侵入岩(?),而矿化发育在远离侵入岩或次火山岩之上的火山岩中,明显有别于宁芜地区玢岩铁矿床,类似于智利安第斯成矿带中部分产于安山质火山岩中的磁铁矿-磷灰石型矿床,是长江中下游成矿带中产于火山岩中的一类特殊类型的玢岩型铁矿。     

冀北中低级变质表壳岩的年代学特征及其对华北克拉通构造演化的约束

华北克拉通在新太古代末期发生克拉通化,形成了现今规模的古陆,大量的太古宙岩石均经历了~2500Ma左右的区域高级变质作用(高角闪岩相-麻粒岩相)。而华北克拉通北部冀北地区出露一套中低级变质(绿片岩相-角闪岩相)的火山-沉积岩系,主要包括胡麻营地区红旗营子表壳岩和大阴山地区单塔子表壳岩中变质程度较低的部分。胡麻营地区红旗营子表壳岩系主要岩石组合为变基性火山岩、绿帘角闪岩、斜长角闪岩、含石榴石斜长角闪岩、角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩、黑云二长片麻岩、石英片岩、磁铁石英岩等,SIMS锆石U-Pb定年结果表明斜长角闪岩形成于2486±18Ma(MSWD=1.4),而黑云斜长片麻岩形成于2507±37Ma(MSWD=2.0)。大阴山地区单塔子中低级变质表壳岩系主要由浅变质火山岩、云母石英片岩、斜长角闪岩、磁铁石英岩和大理岩等组成,SHRIMP锆石U-Pb定年结果显示,浅变质火山岩中的变玄武岩形成于2490±19Ma(MSWD=2.0),而变英安岩形成于2502±8Ma(MSWD=0.83)。因此,冀北中低级变质的表壳岩系主要形成于新太古代末期,形成年龄为2507~2486Ma;结合冀东青龙地区新太古代末期(2511~2503Ma)的浅变质火山-沉积岩系(青龙表壳岩),我们认为新太古代末期,中低级变质表壳岩系广泛分布于华北克拉通的核部和边缘地区,此套岩系覆盖在太古宙高级变质杂岩之上,代表华北克拉通化之后的稳定盖层,是克拉通化的主要标志之一。     

肥东花岗质岩脉的变形及年代学特征对郯庐断裂带早白垩世构造活动的指示

郯庐断裂带肥东段位于大别造山带与苏鲁造山带之间。在肥东段西韦采石场内发育了大规模的北北东向左行走滑韧性剪切带和一条低角度的韧性滑脱正断层。走滑韧性剪切带为郯庐断裂带走滑活动的产物,低角度滑脱正断层则代表了伸展背景下的构造活动。低角度滑脱正断层上、下盘发育未变形和变形的岩脉,走滑韧性剪切带内外也发育有受剪切带活动而变形的岩脉。对采石场内岩脉的构造和同位素年代学研究表明,低角度韧性滑脱正断层在129~126Ma之间发生过剪切活动,走滑韧性剪切带的活动时间在125Ma之后。综合研究认为,郯庐断裂带的伸展活动可能开始于早白垩世早期(130Ma),但在早白垩世并非一直处于伸展活动之中,125Ma之后的左行走滑活动很可能发生在早白垩世的晚期。     

水-应力作用下软岩破坏面倾角的概率分析

破坏面倾角,即破裂面与最大主应力夹角,是进行岩体工程加固设计的重要依据,也是工程安全预警的基础。岩体赋存于自然环境中,其破坏面倾角受应力、结构面和水等条件的影响,这样,使得水-应力作用下其破坏面的倾角本身带有一定的不确定性,特别是对于软弱岩体。通常用Mohr-coulomb强度准则得到的破坏面倾角为45°+φ/2,是一个定值;实际上岩石破坏面倾角非定值,而是存在一个范围。因而有必要研究在水-应力作用下岩石破坏面倾角问题。本文针对华南红层典型软岩-粉砂质泥岩在水-应力作用下的破坏问题,首先从概率分析角度,利用岩石微裂隙的破坏概率分布函数,得到软岩破坏面倾角表达式;并利用TAW-100水-应力耦合岩石细观力学伺服三轴试验系统开展软岩在水同时作为赋存环境和围压时的三轴压缩试验,得到其在0和1MPa围压时破坏面倾角范围为50.3°~80.2°;将该破坏面倾角和Mohr-Coulomb强度准则得到的破坏面倾角值与实验结果进行对比,发现本文所建立的破坏概率方法与实验结果更为接近,表明本文方法有较好的合理可靠性。     

浸水-循环加卸载条件下压实膨胀岩的变形特征

膨胀岩的体积变形具有明显的水-力路径效应,为了研究浸水-循环加卸载条件下压实膨胀岩的变形特征,以延吉膨胀岩为研究对象,开展了不同初始含水率试样的一维膨胀-循环压缩试验。根据试样浸水膨胀后的压缩-回弹曲线,确定了压缩指数、回弹指数以及二者之差,并引入累积总变形率和累积残余变形率的概念来表征其在循环加卸载条件下的变形特征。结果表明:膨胀率与初始含水率具有显著的线性负相关关系;随着循环次数增加,加、卸载曲线越来越平缓,卸载-再加载滞回环面积逐渐减小,试样的压缩指数、回弹指数以及二者之差均呈逐渐减小的趋势,单次循环产生的总变形和残余变形逐渐减小,累积总变形和累积残余变形先增加后逐渐趋于稳定;初始含水率越小的试样,压缩指数和回弹指数越大,累积总变形和累积残余变形越大;循环加卸载过程对不同初始含水率试样的力学性质有强化和同化作用。     

基于分布式光纤传感技术的采动覆岩变形监测

采用基于布里渊背向散射的分布式光纤传感技术（BOTDR）,监测煤层采动过程中覆岩的变形情况。以淮南矿区某工作面为例,在煤层开采之前,通过钻孔安装工艺将分布式传感光缆植入到覆岩中,然后进行封孔注浆,使传感光缆与围岩变形协调。随着工作面的逐步推进,通过获取和分析传感光缆的应变分布特征及其动态变化过程,得到了煤层采动过程中覆岩的变形及破坏状态。最大拉应变位于孔深5m处,应变量是8350με;最大压应变位于孔深37m,应变量约为-550με。光缆应变与地层具有很好的对应关系,在岩性相对较软的地层（如泥岩）中,拉应变值相对较大,而在岩性相对较硬的地层（如砂岩）中,应变量较小且多为压应变。根据光缆的应变分布得到的沿钻孔方向地层的最大变形量为34mm,巷道围岩松动圈范围约为6m。研究结果表明,BOTDR分布式光纤传感技术能够准确地获取覆岩的变形分布及其变化情况,该技术的应用可以为深部煤层的安全高效开采提供可靠的依据。