地幔柱、大火成岩省及大陆裂解-兼论中国东部中、新生代地幔柱问题

根据前人对地幔流体力学数值模拟、全球地震层析成像和火成岩方面的研究成果，详细叙述了地幔柱的基本特征，即:地幔柱具有巨大的球状顶冠和细窄尾管的形态，具备高温、低粘的物理性质，来自2 900 km处核/幔边界附近的D层. 大火成岩省（LIP）是地幔柱到达地表最好的表现形式. 基于地幔柱、大火成岩省的基本特征，以及地幔柱和大陆解体的时空关系，通过对中国东部中、新生代火成岩的岩石学、地球化学和时空分布特征， 以及这些火成岩产生的构造背景等方面的研究，认为中国东南地区中生代火成岩与典型的地幔柱有关的LIP的基本特征并不符合，不能把东南地区中生代火成岩作为典型的与地幔柱活动相关的大火成岩省的实例来看待；东北地区新生代火成岩不具备热点、地幔柱活动的典型特征，新生代火山活动与地幔柱活动可能没有直接关系.      

峨眉山溢流玄武岩省高钛玄武岩的两种不同地幔源特征

为探讨和揭示峨眉山高钛玄武岩的幔源特征,以二滩高钛玄武岩为研究对象进行了主要元素、微量元素和Sr-Nd-Pb同位素的系统研究。研究表明:二滩高钛玄武岩可分为A和B两组玄武岩;两组岩石间的微量元素(Rb﹑K﹑Ba﹑Th﹑Nb和Ta)富集程度和微量元素比值(Ba/Nb﹑Ba/Th﹑Zr/Nb﹑Th/La、Zr/Hf)以及同位素比值(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr、²⁰⁸Pb^*/206Pb^*)均存在较为明显的差异。造成这种差异的原因不是岩浆过程(结晶分异、地壳混染、部分熔融)的不同,而是A组和B组具有不同的地幔源。A组具有EM II特征,可能为富含辉石岩的交代地幔部分熔融所形成;B组则具有EM I和C组分的混合特征,可能为交代谱系较宽的地幔物质熔融所形成。     

峨眉山玄武岩Sr、Nd、Pb同位素特征及其物源探讨

选择峨眉山玄武岩区2个出露最全的云南永胜大迪里剖面和宾川上仓剖面进行了Sr、Nd、Pb同位素地球化学研究.结果表明, 少数样品的Pb同位素与Hanan和Graham定义的C组分相似, 而大多数样品则不在C组分范围之内, 说明除地幔柱物质外, 有岩石圈物质的加入.在多元同位素图解上, 峨眉山玄武岩位于EMⅠ、EMⅡ和DMM三端元之间, 表明其源区可以由地幔柱、富集的岩石圈地幔和地壳不同程度的混合来解释.结合已有的微量元素资料分析, 其中的地壳组分主要为下地壳, 而早期玄武质岩浆在上升过程中由于通道不畅通, 有较多的上地壳组分的混染.岩石圈地幔的富集作用可能与地幔柱释放出的小体积富Na、P而贫K的流体交代作用有关.粗面岩的同位素组成和玄武岩接近, 说明粗面岩是玄武质岩浆分离结晶作用形成的.      

滑坡堰塞坝越顶溢流破坏的物理模型实验

滑坡堰塞坝作为结构松散的堆积物,随着上游水位的不断上涨,其稳定性不断降低,并存在突然溃坝的风险。以唐家山滑坡堰塞坝为研究对象,基于相似原理,开展符合坝体颗粒级配的室内水槽物理模型实验,模拟了不同坝后蓄水量、不同水位和不同颗粒物质组成条件下坝体渗流、漫顶破坏的整个过程。监测结果显示：堰塞坝漫顶溃坝主要分为渗流、漫顶、冲刷和溃决4个过程;坝体堆积颗粒级配越差,坝体允许渗流坡降越小;相同材料配比的坝体,上游水位相同时,坝体底部水平位移最大,且漫顶溃坝时溃口尺寸与蓄水量正相关。该研究结果揭示了堰塞坝漫顶破坏规律,可为堰塞坝溃坝防治提供理论参考。     

溢流堰与竖缝组合式鱼道紊流结构试验研究

利用声学多普勒测速仪（ADV）实测了凹口溢流堰与同侧布置竖缝组合式鱼道的三维瞬时流速,应用射流力学和紊流统计理论剖析了鱼道水池内的时均流速、紊动强度、雷诺应力、相关函数、紊动尺度等紊流结构。试验研究结果表明:溢流堰与竖缝组合式鱼道池内水流流态呈现出复杂的三维紊流结构;同竖缝相比,溢流堰对紊动强度和雷诺应力的变化有着更为显著的影响,尤其是鱼道池内表层区域;堰流区涡旋的相关性比竖缝壁面射流区好,并且堰流区存在较大尺度的涡旋结构,而竖缝壁面射流区的涡旋尺度则较小。相比单一式鱼道,组合式鱼道紊流结构更加复杂,研究结果可为优化鱼道设计、修复鱼类生境提供参考。     

纳木错高湖面时期的溢流:基于萝卜螺壳体氧同位素及地貌证据

湖泊的古水位及古水文状态的重建是湖泊研究领域最具挑战性的工作之一。本文以纳木错高湖面沉积物为研究对象,利用高湖面沉积中的萝卜螺（Radix）壳体化石,定量重建了纳木错高湖面时期（约4.4~2.2ka）湖水古电导率（Paleo-EC）和古水化学特征（δ¹⁸O_Paleo-water和Sr/Ca_Paleo-water）;进而利用萝卜螺壳体化石δ¹⁸O_shell,并结合古湖岸线地貌证据,讨论了古湖水水文状态。重建结果指示纳木错在高湖面时期湖水的Paleo-EC、δ¹⁸O_Paleo-water和Sr/Ca_Paleo-water的变化范围分别是514~1063μs/cm、-12.0 ‰~-7.8 ‰和0.0002~0.0095。本文证实萝卜螺壳体δ¹⁸O_shell与其宿生湖泊水文状态存在一定的关系。在纳木错高湖面沉积剖面中,萝卜螺化石壳体的δ¹⁸O_shell值指示,纳木错在约距今4.4~2.2ka的高湖面期间可能处于一种间歇性外流状态。此外,基于纳木错古湖岸线分布高程,推测高湖面时期古水位可能高出现今湖面约30m左右;而这一湖面高度高于纳木错流域与仁错流域之间分水岭的高度。因此,萝卜螺壳体化石δ¹⁸O_shell和古湖岸线地貌证据指示,纳木错在该高湖面期间可能存在间歇性外流;外溢湖水注入毗邻的仁错湖。

     

亚洲3个大火成岩省(峨眉山、西伯利亚、德干)对比研究

峨眉山(～260Ma)、西伯利亚(～250Ma)和德干(～66Ma)大陆溢流玄武岩是世界上3个重要的大火成岩省。大火成岩省至少具有4个通常被用于识别古地幔柱的标志:(1)先于岩浆作用的地表隆升;(2)与大陆裂谷化和裂解事件相伴;(3)与生物灭绝事件联系密切;(4)地幔柱源玄武岩的化学特征。虽然这3个大火成岩省都是来源于原始地幔柱,但是它们的地球化学特征有本质上的差异,反映其地幔柱曾与不同的上地幔库相互作用。(1)峨眉山和西伯利亚大陆溢流玄武岩的母岩浆,在上升过程中经受了与地球化学上和古老克拉通岩石圈地幔相同的上地幔库(EM1型幔源)的相互作用;(2)而德干大火成岩省没有受到地壳(或岩石圈)混染的原生玄武岩则显示地幔柱和EM2之间的Sr-Nd同位素变化。这种差异有可能制约了3个大火成岩省的成矿潜力。峨眉山和西伯利亚大火成岩省含有世界级岩浆矿床,而德干大火成岩省则不含矿。     

松花江早更新世水系演化:来自TIMA矿物和地球化学的证据

水系演化研究是揭示流域地貌—构造—气候演化之间相互作用的重要途径。松花江水系演化研究目前还相对薄弱,尤其是第四纪松花江中上游是否发生流向反转存在争议。自动定量矿物分析系统TIMA(TESCAN Integrated Mineral Analyzer)在源区识别和古地理重建方面有极大的应用潜力。为此,本文利用TIMA技术对位于松花江T2阶地的哈尔滨荒山岩心沉积物进行重矿物及全岩矿物地球化学组成分析。结果表明,以深度62.3 m为界,岩心上、下地层沉积物的重矿物(例如,锆石、磷灰石、金红石、榍石、石榴石、钛铁矿、铁磁矿物和硅铁矿)及全岩矿物地球化学组成均存在明显差异。62.3 m以上地层沉积物的重矿物组合是闪石类+帘石类+榍石+铁磁矿物,硅铁锂钠石在上段地层中出现,全岩矿物地球化学元素较为稳定,波动幅度较小;62.3 m以下地层沉积物的重矿物组合是闪石类+帘石类+钛铁矿+榍石,方解石、铬铁矿、蛇纹石、黄铁矿和磁黄铁矿仅在下段地层中出现,全岩矿物地球化学元素波动幅度较大。TIMA重矿物和全岩矿物地球化学组成反映了岩心沉积物的物源发生明显变化,进而指示了松花江的水系演化。结合在依兰发现的河湖相地层,我们提出了松花江水系演化的新模式。早更新世时期,佳依(佳木斯—依兰)分水岭将松嫩水系和三江平原水系分隔开,作为松花江上游的牡丹江向东流经依兰—通河—哈尔滨,最终注入松嫩古湖。在0.94 Ma B. P.之后,松辽分水岭局部隆升,古松花江发生反转,从西向东流至通河—依兰地区形成古大湖。湖泊水位不断升高致使湖水溢流切穿佳依分水岭,形成现代松花江水系的基本格局。这挑战了以前的向源侵蚀导致佳依分水岭被切穿的水系演化模式。     

雅鲁藏布中新生代深水沉积盆地形成和演化(Ⅱ)——喜马拉雅碳酸盐台地动力演化

喜马拉雅地区的碳酸盐台地产生、发展和消亡与特提斯造山带形成的动力演化息息相关。三叠纪时,碳酸盐台地较稳定地在聂拉木陆架边缘发展起来,主要受陆源碎屑强烈干扰,碳酸盐台地在其生长面附近发育。早、中侏罗世,碳酸盐台地受构造沉降和海平面变化强烈影响,从潮下低能带向高能变浅的镶边台地旋回性发展。在台地边缘斜坡—盆地中发育一套特殊的碳酸盐“喷溢流”沉积。晚侏罗世,碳酸盐台地受被动大陆边缘初期快速热沉降影响,被黑色页岩覆盖,台地被淹没死亡。早白垩世,陆架边缘台地可能以孤立台地为特征,相当多的碳酸盐台地碎裂或崩塌,靠大陆一侧则主要为末端变陡缓坡。晚白垩世开始,碳酸盐台地主要在岗巴一带发育,发育向上变深的沉积序列,为受前陆挠曲影响产物。第三纪初,碳酸盐台地主要为缓坡,属于前陆盆地远离造山带一侧的碳酸盐台地沉积。喜马拉雅碳酸盐台地的最终消亡是由于造山抬升暴露。     

大火成岩省及地幔动力学

大火成岩省由一个体积巨大的、连续的、以富镁铁岩石占优势的喷出岩及其伴生的侵入岩组成，是一个全球现象。它包括大陆溢流玄武岩和伴生的侵入岩，火山被动边缘玄武岩，大洋高原、海岭、海山群和洋盆溢流玄武岩。Ontong Java和Kerguelen-Broken Ridge大洋高原、北大西洋火山被动边缘、德干和哥伦比亚河大陆溢流玄武岩是3个主要大火成岩省的典型代表。各种不同的大火成岩省在时空分布及组成上都具有相似性，它们具有非常大的体积、高的喷发速率，岩石类型以拉斑玄武岩为主。大火成岩省代表了地球上已知的最大的火山岩浆活动，记录了物质和能量从地球内部向外的大量转换。大火成岩省难以用板块构造来解释，可用热柱模式来解释，通常被认为是与来自下地幔的热柱“头”有关。大火成岩省是地球动力学过程在地壳的表现，因此大火成岩省参数可作为边界条件去反演地幔动力学过程。