玄武岩浆起源和演化的一些基本概念以及对中国东部中-新生代基性火山岩成因的新思路

以全球大地构造为背景讨论了玄武岩浆起源和演化的一些基本概念.这些概念的正确理解有助于合理解释各种环境中火成岩的形成机制,也有助于依据野外岩石组合来判别古构造环境.在此基础上结合已有资料和观察,对中国东部中生代岩石圈减薄及中-新生代基性火山岩成因提出了一些新解释.这些解释与地质观察相吻合,且符合基本的物理学原理.虽然中国东部基性火山活动可称为"板内"火山活动,但它实际上是板块构造的特殊产物.中国东部中生代岩石圈减薄是其下部被改造为软流层的缘故.这种改造是加水"软化"所致.水则源于中国东部地幔过渡带(410～660 km)内古太平洋(或其前身)俯冲板块脱水作用.其将岩石圈底部改造为软流层的过程,实际上就是岩石圈减薄的过程.因为软流层是地幔对流的重要部分,而大陆岩石圈则不直接参与地幔对流.中生代玄武岩具有εNd＜0的特征,说明其源于新近改造而成的软流层,亦即原古老岩石圈之底部.中国大陆北北东-南南西向的海拔梯度突变界线与东-西部重力异常,陆壳厚度变化,以及地幔地震波速变化梯度吻合.因此可将北北东-南南西向梯度线称为"东-西梯度界".该界东-西海拔高差(西部高原与东部丘陵平原),陆壳厚度差异(西部厚而东部薄)和100～150 km的深度范围地幔地震波速差异(西部快而东部慢),均受控于上地幔重力均衡原理.这表明西部高原岩石圈厚度＞150～200 km,而东部丘陵平原岩石圈厚度＜80km."遥远"的西太平洋俯冲带具有自然的地幔楔吸引作用.此吸引作用可引起中国东部"新生"软流层东流.软流层东流必将引起西部高原底部软流层的东向补给(流动).这一过程必然导致东移软流层的减压,即从西部的深源(岩石圈深度＞150～200 km处)到东部的浅源(岩石圈深度～80km处).东移软流层的减压分熔可合理解释具有软流圈地球化学特征(εNd＞0)的新生代中国东部基性火山活动及玄武岩的成因.这些对中国东部中-新生代地质过程的解释,将为更加细致的,以岩石学和地球化学为主的讨论所验证.     

西准噶尔玛依勒地区枕状玄武岩年代学、地球化学及岩石成因

通过对造山带内洋岛玄武岩的时代及地球化学性质研究,不仅可以进行古海山/大洋高原的识别,而且还可以进行古洋盆演化及古构造格局恢复。笔者等最新在西准噶尔玛依勒山北侧识别出一套枕状玄武岩,其与火山碎屑岩、硅质岩共生。枕状玄武岩斜长石微晶普遍发育中空骸晶结构,是在水下熔岩急剧萃冷条件下迅速结晶的产物。通过LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,获得枕状玄武岩206Pb/238U加权平均年龄为437.2±2.2Ma,该年龄的获得填补了志留纪碱性玄武岩的空白。岩石地球化学分析结果显示,玛依勒枕状玄武岩为碱性玄武岩系列,岩石具有中等Si O2(44.89%~47.81%),高Ti O2(3.28%~4.12%)及P2O5(0.50%~0.70%),低Mg O(3.49%~6.79%),轻、重稀土元素分异较为明显((La/Yb)N=5.5~7.3),无明显Eu异常(Eu/Eu*=0.96~1.06),相对富集Rb、Th、U,亏损Ba、K、Sr,没有明显Nb、Ta负异常,这些地球化学特征与洋岛玄武岩(OIB)极其相似。微量元素含量及反映源区性质的比值表明,枕状玄武岩来源于富集地幔源区,主要组成为尖晶石和石榴石二辉橄榄岩,并发生了5%±的部分熔融,其形成于大洋板内与地幔柱有关的海山/大洋岛屿环境。结合前人研究,认为西准噶尔乃至古亚洲洋在中古生代洋内俯冲的同时,大洋板内可能存在地幔柱活动。     

辽河油田东部凹陷玄武岩测井特征分析

针对辽河油田东部凹陷地区复杂火成岩岩性中玄武岩的测井特征,根据东部凹陷的测井数据及取芯段的薄片识别,共找到4种不同类型的玄武岩地层,分两组进行对比分析。第一组:气孔玄武岩、角砾化玄武岩;第二组:玄武岩、含油水层的玄武岩。利用玄武岩地层对应数据制作测井响应统计表,对比不同类型测井参数的差别制作交会图,得到角砾化玄武岩相对气孔玄武岩有较高的自然电位值,含油水层的玄武岩相对玄武岩有较高自然伽马值及中子值等特征。分析原因为气孔玄武岩及角砾化玄武岩孔隙裂缝发育,密度较低,黏土矿物充填角砾化玄武岩孔隙使自然电位值相对较高;含油水层的玄武岩中大量氢元素使中子值及自然伽马值相对玄武岩有所增加。     

黑龙江饶河枕状玄武岩地质、地球化学特征及其构造属性

为了确定饶河玄武岩的构造属性,在野外地质观察的基础上,对玄武岩进行岩石学研究和地球化学分析。玄武岩具有典型的枕状构造、淬冷边、中空骸晶和鬣刺结构等特征,反映其形成于海底喷发环境。化学分析样品具有高TiO_2、MgO和低Al_2O_3、CaO、P_2O_5、K_2O等特征,富集大离子亲石元素(Rb、Sr和Ba),微量元素蛛网图呈向上隆起形态,稀土元素配分曲线为右倾型(∑LREE/∑HREE为5.8~6.5),无δEu异常(0.92~0.97),表明样品具有洋岛玄武岩特征。主量和微量元素构造环境判别图指示了样品形成于洋岛或板内环境。样品与亚速尔型和夏威夷型洋岛玄武岩地球化学特征对比,表现出明显的夏威夷型洋岛玄武岩特征。岩石源区分析揭示出岩浆具有地幔热柱起源,并有先期交代地幔熔体的混入,岩浆源区还受壳幔循环的影响。研究表明,饶河枕状玄武岩为夏威夷型洋岛玄武岩,形成于洋壳消减阶段的洋中脊轴外板内喷发环境,为饶河地区存在成熟的洋盆提供直接证据。结合区域研究成果,认为饶河地区经历了古太平洋板块的扩张、洋中脊轴外板内地幔柱上涌、洋壳俯冲消减以及向佳木斯地块仰冲增生的构造演化过程。     

祁连山新元古代中—晚期至早古生代火山作用与构造演化

祁连山地区的新元古代中—晚期至早古生代火山作用显示系统地时、空变化,其乃是祁连山构造演化的火山响应。随着祁连山构造演化从Rodinia超大陆裂谷化—裂解,经早古生代大洋打开、扩张、洋壳俯冲和弧后伸展,直至洋盆闭合、弧-陆碰撞和陆-陆碰撞,火山作用也逐渐从裂谷和大陆溢流玄武质喷发,经大洋中脊型、岛弧和弧后盆地火山活动,转变为碰撞后裂谷式喷发。850~604 Ma的大陆裂谷和大陆溢流熔岩主要分布于祁连和柴达木陆块。从大约550 Ma至446 Ma,在北祁连和南祁连洋-沟-弧-盆系中广泛发育大洋中脊型、岛弧和弧后盆地型熔岩。与此同时,在祁连陆块中部,发育约522~442 Ma的陆内裂谷火山作用。早古生代洋盆于奥陶纪末(约446 Ma)闭合。随后,从约445 Ma至约428 Ma,于祁连陆块北缘发育碰撞后火山活动。此种时-空变异对形成祁连山的深部地球动力学过程提供了重要约束。该过程包括:(1)地幔柱或超级地幔柱上涌,导致Rodinia超大陆发生裂谷化、裂解、早古生代大洋打开、扩张、俯冲,并伴随岛弧形成;(2)俯冲的大洋板片回转,致使弧后伸展,进而形成弧后盆地;(3)洋盆闭合、板片断离,继而发生软流圈上涌,诱发碰撞后火山活动。晚志留世至早泥盆世(420~400 Ma),先期俯冲的地壳物质折返,发生强烈的造山活动。400 Ma后,山体垮塌、岩石圈伸展,相应发生碰撞后花岗质侵入活动。     

赣东北蛇绿混杂岩岩石地球化学特征及构造意义

赣东北蛇绿混杂岩是中国为数不多的新元古代蛇绿岩,对该蛇绿混杂岩带中的方辉橄榄岩和玄武岩类岩石进行元素地球化学研究,以探讨新元古代赣东北地区的构造动力学背景.研究表明,方辉橄榄岩具有低TiO₂(0.02%~0.37%)、低K₂O(0~0.02%)、低Na₂O(0.02%~0.10%)和富MgO(40.81%~44.58%)特征,烧失量普遍较高(10.09%~13.47%),表明样品普遍遭受蚀变;稀土元素配分模式图和微量元素蛛网图显示,橄榄岩样品具有亏损地幔源区特征,同时兼有俯冲带流体交代的特征.玄武岩类SiO₂含量主要为52.63%~56.19%,平均为55.00%,属安山玄武岩范围.岩石具低MgO(3.66%~6.46%),中等TiO₂(1.14%~2.66%),高Al₂O₃(13.07%~15.27%)、Na₂O(3.42%~5.03%)的特征.安山玄武岩轻稀土富集((La/Yb)_N=1.84~2.61),无明显Eu异常,稀土配分曲线呈右倾型;微量元素蛛网图中显示大离子亲石元素Th、Ba、U、Pb富集、高场强元素Nb、Ti亏损,可能系俯冲板片脱水产生的流体交代地幔楔所形成,TNT(Ta、Nb和Ti)的负异常指示赣东北蛇绿混杂岩的形成过程中可能遭受了陆源物质的混染,反映了消减作用的影响.方辉橄榄岩和安山玄武岩的地球化学特征表明赣东北蛇绿混杂岩的形成可能经历了多期演化,早期可能系古华南洋发生洋内俯冲作用,俯冲过程中释放的流体交代了俯冲带上的地幔楔,使地幔橄榄岩富集轻稀土.随后的弧后盆地扩张阶段,形成具有岛弧性质和MORB特征的玄武岩类,但由于弧后盆地发育不成熟,玄武岩类在地球化学上显示有大陆物质的特征,表现出高Pb、低Ti和轻稀土强烈富集.      

西北印度洋中脊玄武岩源区地幔特征

利用全球岩石地球化学数据库(Pet DB)中有关卡尔斯伯格洋脊(CR)、北中印度洋脊(NCIR)及南中印度洋脊(SCIR)玄武岩的微量元素及同位素组成数据,分析了玄武岩的元素地球化学特征及其沿脊轴的变化,旨在探讨玄武岩源区地幔的(不)均一性及岩浆作用过程的差异。初步研究结果表明:CR、NCIR及SCIR玄武岩组成相近,仅在个别脊段表现有微量稀土元素和同位素组成上的差异,玄武岩整体与N-MORB组成特征相近,与先前通常认为的典型印度洋中脊玄武岩不同。玄武质岩浆主要源自尖晶石二辉橄榄岩地幔的熔融,岩浆源区主要由两个地幔端元构成,即以亏损型地幔(DMM)为主(69%),其次为富集型地幔(EMⅡ,27%)。富集组分可能源自古老陆壳物质的混染。自CR经NCIR到SCIR整个印度洋中脊西北分支玄武岩的Sr、Nd及Pb同位素组成表现出均一性,表明岩浆源区地幔组成相近。在SCIR 19°S附近脊段岩浆源区地幔存在有不均一性,有EMⅡ型地幔端元混入的迹象。在CR 3.5°N附近脊段,玄武岩明显富集K、Ba、La及U等微量元素,但由于缺少同位素数据,源区地幔特征有待进一步研究。在上述研究成果的基础上,提出了该区大比例尺的调查填图及密集采样和精细室内分析是CR深入研究的基础,同时加强Sr、Nd、Pb及Re、Os、Be等同位素分析测试,可提供揭示CR地幔不均一性的可靠依据,而厘清印度洋型地幔对CR的影响程度则有助于深入认识地幔不均一性的成因及地幔动力学过程。     

基于Neuman井流理论确定玄武岩潜水含水层渗透系数的应用——以吉林靖宇煤矿为例

全面分析研究区玄武岩潜水含水层水文地质条件的基础上,对稳定流和非稳定理论确定潜水含水层渗透系数的优缺点进行了对比,认为非稳定井流公式确定玄武岩潜水含水层渗透系数是合理的。Aquifer Test软件基于Neuman井流理论配线法求参原理,运用计算机完成了自动求参,避免了人工配线的不足。该文根据吉林靖宇煤矿研究区玄武岩潜水含水层非稳定流抽水试验,分别用Aquifer Test软件和稳定井流公式进行了求参,并对比分析得出:玄武岩含水层弹性释水作用影响时间较长,利用Neuman潜水井流公式求参可靠,且更逼近现实;用Aquifer Test软件实现了自动求参,具有操作简单规范、可比性好的优点。     

海洋Pseudomonasaeruginosasp.DES-3的鉴定以及基因ap02对其产蛋白酶的影响研究

海洋是地球上最大的生态系统,其多样独特的生态环境造就了其有别于其他环境的微生物资源。本研究利用蛋白酶的活性筛选策略,从辽宁省营口市某海洋淤泥中分离得到一株产蛋白酶的优势菌株DES-3。通过微生物形态学特征、生理生化性质和16SrDNA基因鉴定以及系统发育进化关系的分析,将该菌株鉴定为铜绿假单胞菌属,命名为Pseudomonas aeruginosa sp.DES-3。其胞外蛋白酶的最适反应温度和最适pH分别为55℃和9.0。将来自于碱性污染土壤宏基因组文库的编码碱性蛋白酶基因ap02与广宿主表达载体pBBR1MCS-5连接,转化至野生型菌株P.aeruginosasp.DES-3细胞中,成功构建了基因工程菌株P.aeruginosasp.DES-3/pBBR1MCS-5-ap02。基因工程菌株的最适反应温度为60℃,较野生型菌株提高了5℃。本研究构建基因工程菌株的策略可为菌株的改造和相应工业应用提供一定的技术参考。     

新疆乌鲁木齐东部早二叠世枕状玄武岩火山岩系的发现及大地构造意义

新疆乌鲁木齐东部野生动物园附近的下二叠统下部发育了一套以枕状玄武岩为代表的火山岩系。该玄武岩在公路上发育有两层,上部一层较厚,可达7～8m,下部一层2～3m。岩枕近圆形、肾状、枕状、条带状或蠕虫状等,多呈顶突底凹。岩枕长轴平行排列,长轴基本顺层面分布;有的岩枕中含大量海百合茎、珊瑚及腕足等生物化石。在TAS图中大部分样品位于玄武粗安岩,而在K_2O-SiO_2图上主要落在低K拉斑玄武岩区间。MnOTiO_2-P_2O_5图解显示以岛弧为主,常量元素的特征总体上更接近岛弧玄武岩。在Hf/3-Th-Ta图解上也以岛弧为主;在Zr/4-2Nb-Y图解显示以火山弧为主,常量元素的特点总体上更接近岛弧玄武岩。微量元素原始地幔标准化蛛网图表明为同源岩浆产物,具高度相似的演化过程,多种微量元素判别图揭示岛弧-弧后盆地环境;稀土总量明显较低,在稀土元素球粒陨石标准化图解上,其稀土分布曲线一致性较好,呈轻稀土富集右倾型,Eu为负异常,揭示了乌东玄武岩岩浆有一定分异。稀土元素配分曲线与弧后盆地玄武岩(BABB)具有很好的一致性。U-Pb和谐年龄为283±8Ma,结合地层及古生物资料推测乌东玄武岩喷发的时间为早二叠世早期。乌东枕状玄武岩-灰岩之下有一套(磨拉石)底砾岩,初定为石炭-二叠系的界限。底砾岩之下为下石炭统的中厚层灰岩,具有明显的喀斯特化,为不整合接触,揭示在两者之间发生了造山作用。通过对新疆乌东早二叠世早期的枕状玄武岩的地质特征、地球化学特征、形成环境和时代的研究,表明乌东一带早二叠世主要为一个岛弧和弧后盆地环境,进一步揭示了北天山北缘石炭-二叠世碰撞闭合造山之后又发生了松弛扩张形成了弧后盆地,海水再度大规模入侵。最终的闭合碰撞造山的时间最早可能在晚二叠世。由于乌东枕状玄武岩在喷出地表后受到了生物化石和陆源碎屑的污染,再加上侵入过程中地壳的污染,使其具有非常复杂的地球化学特点和多解性。乌东玄武岩的研究对于了解博格达山、甚至天山中段在晚古生代的构造沉积演化及造山作用具有重要意义,同时对准噶尔盆地、吐哈盆地及三塘湖盆地油气资源的形成与分布具有重要意义。