末次冰期冰盖消融对东亚历史相对海平面的影响及意义

基于新的末次冰期冰川均衡调整(GIA)模型,利用有限元算法模拟了盛冰期以来东亚相对海平面的变化,并与观测数据进行比较分析.研究表明,早期相对海平面上升由盛冰期后全球冰盖消融控制,后期的变化则由地壳黏性均衡调整控制;每个时期的结果均具有显著的区域性差异,与地壳均衡作用及远场均衡效应的区域性差异有关;模拟的不确定性主要来自冰盖消融模型差异的影响,量级在观测误差范围内.此外,利用本文的GIA模拟结果,对东亚海岸历史相对海平面观测进行改正,揭示了华南全新世以来不同阶段的地壳垂直运动,其中3—8 kaBP地壳以较稳定的速率(1~4 mm/a)下沉,之后则以较小速率下降或隆升,推测可能与东南部菲律宾板块的俯冲有关;揭示近千年来粤东海岸和珠江三角洲地壳垂直运动有长期隆升趋势,而近三十年的观测结果则显示下沉,推测该差异与人类活动导致的沉降有关.     

南海西北次海盆的磁条带重追踪及洋中脊分段性

由于缺少有效钻孔资料,对于南海扩张的时间一直存在较大的疑问.在南海三大海盆中,西北次海盆面积最小、磁条带特征不明显,因此对其扩张年代的争议最大.最新采集的高密度(小于10 km测线间距)船测地磁资料清晰地显示了西北次海盆磁条带的存在.在OBS和多道地震资料的约束下,利用船测地磁资料,本文对西北次海盆的地壳年龄进行了重追踪.根据定量的比较,西北次海盆的主体扩张始于35.8 Ma(C16n,2n),在34.7 Ma(C15)时其西南部开始扩张,扩张最终同时终止于33.2 Ma(C13n),整体的全扩张速率在40~50 mm/a之间.这表明南海的扩张可能首先起源于西北次海盆,在其结束扩张后,东部次海盆才开始打开(约30 Ma).得益于数据精度和密度的提高,利用化极后的磁力异常以及反演的磁化强度可以对西北次海盆进行二级中脊段的划分.我们共划分出六个中脊段和一个明确的转换断层.中脊的分段性与OBS反演的地壳厚度的变化相一致.转换断层东侧,中脊主体分为四个中脊段,每个中脊段长度均在30 km左右.转换断层西侧,存在一个长约50 km的中脊段和一个不确切的中脊段.中脊段上磁化强度的变化幅值和中脊段长度在整体上成正比.每个中脊段中央的磁化强度弱于中脊段两端的磁化强度,这与扩张速率相近的大西洋中脊的磁化强度特征一致.     

沧州地区地壳上地幔的远震P波三维速度结构成像

利用架设在沧州地区的20台流动地震台站于2006年12月至2010年7月间记录的271个远震事件,读取的2308个P波到时数据,采用地震层析成像方法反演得到沧州及其邻区(38.0°N~39.0°N,116.5°E~117.5°E)的地壳上地幔P波三维速度结构。层析成像结果表明,沧东断裂两侧的地壳介质的速度分布表现出明显的横向差异,浅层速度分布同地表地质结构分布相一致。沧东断裂西北侧沧县隆起的地壳速度较高,表明其基底抬升;断裂带东南边的黄骅拗陷速度较低,说明基底埋藏较深。本文的远震层析成像研究结果和前人使用重力、电磁和人工地震的探测结果都表明,沧东断裂带两侧的地质构造和地球物理性质有明显的变化,这种构造差异在整个地壳中都有体现。     

新疆天山地区壳幔S波速度结构特征及变形分析

天山地区地质构造复杂,地震活动频繁,其壳幔变形和深部结构一直受到学者们的高度关注.然而,由于天山地区地震台站资料较少,致使壳幔变形研究结果与解释存在诸多争议.本研究利用在天山地区（40°N-46°N,78°E-92°E）新布设的11个流动宽频带地震台站和该地区39个固定台站的观测资料,采用接收函数与面波联合反演方法,获得了研究区地壳厚度及壳幔S波速度结构.反演结果显示天山地区（41.5°N-44°N,78°E-88°E）平均地壳厚度为56 km,塔里木盆地（40°N-41.5°N,79°E-90°E）、准噶尔盆地（44°N-46°N,82°E-90°E）和吐鲁番盆地（42°N-43°N,88°E-90°E）具有较厚的沉积层,地壳平均厚度为43 km、53 km和46 km,整体表现为天山厚、盆地相对较薄的特征;在研究区南天山的最高峰（42°N,80.5°E）及北天山的最高峰（43.5°N,86°E）附近,中下地壳存在较厚的低速层,我们认为在强烈挤压作用下低速、低强度的中下地壳强烈变形可能是导致该区域快速隆升的主要原因.在研究区中部,位于塔里木盆地与准噶尔盆地之间的天山地区,中下地壳及上地幔均存在低速层,且盆地莫霍面向天山倾斜明显.结合前人的研究成果推测,在南北向构造挤压应力作用下,塔里木盆地与准噶尔盆地发生了向天山造山带方向的双向壳幔层间插入俯冲.在研究区东部,塔里木盆地东北缘与天山东部接触带的地壳内没有明显的低速层,推测应处在早期挤压变形状态,该区域的壳幔边界为缓变的速度梯度带,可能与上地幔热物质侵入或渗透有关.

     

锂的圈层循环与资源富集过程: 从高原盐湖到造山带伟晶岩

盐湖卤水型锂矿与富锂伟晶岩是目前最为主要的可利用锂资源, 前者是经地表风化/高温水岩淋滤形成的水体通过蒸发作用浓缩而成的卤水, 而后者被认为是陆表风化沉积物熔融产物经高演化形成的富锂硬岩。大陆地壳是此类表生物质循环最根本的物源, 因而探究富锂地壳的形成及其表生风化剥蚀对于理解盐湖与伟晶岩锂成矿至关重要。本文将从元素循环视角切入, 结合内生高温-外生低温过程中锂的元素地球化学行为, 梳理锂在俯冲带各圈层的循环过程, 探讨富锂地壳的形成机制及其对高原盐湖与造山带伟晶岩锂资源发育的影响。研究发现: (1)俯冲板片对弧岩浆锂的物质贡献有限; (2)厚地壳环境下的弧岩浆具有更高的锂含量; (3)造山带富锂弧岩石的循环应是盐湖与伟晶岩锂成矿的重要控制因素。

     

花岗质岩石中黑云母成分区域性变化对深部物质示踪及成矿的约束：以秦岭地区为例

秦岭造山带早中生代花岗质岩浆及成矿作用非常发育, 是探讨地壳深部物质组成及成矿关系的重要地区之一, 学者已从岩石学、矿床学和地球化学等角度开展了众多研究, 但对成矿作用与花岗岩和地壳深部物质组成的认识仍不太清楚。黑云母是中酸性岩中常见的暗色矿物, 也是指示成矿可能性的重要矿物之一。因此, 本文对秦岭该期花岗质岩石中黑云母成分开展研究, 为解决该问题探索新途径。对秦岭早中生代花岗质岩石中黑云母成分的研究结果显示, 北秦岭和南秦岭两个构造单元中黑云母成分和形成物理条件存在系统差异, 揭示其岩浆物源有别, 进而制约了其成矿种类特征。北秦岭早中生代花岗质岩石中黑云母的成分和形成条件变化范围小, 以MgO(8%~13%)、TiO₂(3%~5%)和Cl(0.02%~0.6%)含量较高, F(0.2%~0.4%)含量较低, 以及较高的氧逸度(logfO₂值为-16.96~-14.62)和温度(682~771℃)为特征; 而南秦岭的成分和形成条件总体变化范围较大, 具有MgO(3%~15%)、TiO₂(2%~4.5%)、Cl(0.01%~0.18%)含量较低, F(0.1%~1.6%)含量较高, 以及较低的氧逸度(logfO₂值为-20.88~-15.08)和温度(536~754℃)。此外, 研究还显示, 黑云母的形成压力与岩浆演化程度和矿物组合相关, 当岩石中出现黑云母+白云母±石榴子石组合时, 压力较高。秦岭两个构造单元中黑云母成分和形成条件的差异, 特别是氧逸度和Cl含量的明显不同, 揭示各自的成矿种类和成矿潜力不同, 如北秦岭较高的氧逸度和Cl含量, 形成铜矿的潜力比南秦岭大。同时, 两个构造单元中黑云母的成分差异, 还揭示了岩浆物源及深部物质组成的不同, 即北秦岭比南秦岭具有更为年轻的地壳, 这与区域同位素填图示踪的深部物质组成差异基本一致。由此可见, 对区域上同时代花岗质岩石中黑云母成分的研究, 不仅可以揭示岩浆演化、岩浆结晶过程物理化学条件等, 还可示踪深部物质组成的空间变化与差异及成矿种类和潜力, 有望成为探测深部物质组成的新方法和了解区域成矿背景和潜力的新途径。

     

琼东南盆地地壳伸展深度依赖性及其动力学意义

地壳或岩石圈尺度内伸展因子随深度变化特征对于理解岩石圈演化有重要的指示意义.我们利用南海北部大陆边缘琼东南盆地区深反射地震剖面的地壳分层模型,计算了沿剖面上地壳与全地壳的伸展因子.结果表明:琼东南盆地区具有明显的地壳尺度内伸展的深度相关性（上地壳尺度伸展因子变化范围为1.0~2.0,全地壳尺度的伸展因子变化范围为1.2~2.5）;琼东南盆地各构造单元内的上地壳与全地壳伸展具有明显的非均一性(长昌凹陷上地壳尺度伸展最大,乐东—陵水凹陷其次,松南—宝岛凹陷最小;长昌凹陷和松南—宝岛凹陷的地壳尺度伸展因子较乐东—陵水凹陷大) 与各向异性(南东—北西剖面较之北东—南西向剖面地壳伸展因子大).这些结果预示着琼东南盆地区地壳伸展优势方向为北西向,盆地区东西部的伸展过程或伸展机制可能差异较大拟或存在太平洋岩石圈俯冲角空间差异或地幔岩浆产出时空差异.结合研究区相关研究成果,推断地壳伸展因子的深度相关性可能是共轭大陆边缘低角度拆离控制的简单剪切系统内伴随地幔挤出的动力学现象.     

山西地区应力场变化与地震的关系

收集了1970～2006年37年的小震初动符号建立了震源机制解数据库,研究了山西断陷带小震综合机制解时空演化特征.结果表明:山西断陷带小震综合机制解以走滑正断层为主,断陷带两端以拉张作用为主,中部地区以剪切作用为主,忻定盆地、太原盆地的区域应力场与华北区域应力场差异较大.利用沿山西断裂带布设的GPS监测网1996～2007年12期复测资料,分析了山西断裂带水平运动与地震活动的关系.结果表明:山西断裂带现主要受NWW-SEE向压应力场、NNE-SSW向张应力场的控制.1998～1999年有一次较为明显的应力扰动,空间上表现为北强南弱,接着发生了1999年11月1日大同—阳高5.6级地震.     

高压下华北北缘二辉麻粒岩电导率的研究

借助于YJ-3000t紧装式六面顶固体高压设备,在1.0~2.0 GPa、523~1173 K条件下,利用Agilent 34401A数字电表和Solartron IS-1260阻抗-增益/相位分析仪,同时使用三种方法:交流阻抗谱法(频率范围0.05~106 Hz)、单频交流法(0.1 Hz)和直流法测量了华北北缘二辉麻粒岩的电导率.结果表明:在实验的温度和压力范围内,二辉麻粒岩电导率的变化在2.66×10-5~0.056 S·m-1之间,电导率对压力没有很强的依赖性;随着温度的升高,电导率增大,遵循Arrenhius关系式,其指前因子为8.95~17.9 S·m-1,活化能为0.569~0.605 eV.对比三种方法获得的电导率数据,发现阻抗谱法测量结果大于单频法测量结果,直流法测得的结果最低,但是,三种方法获得的电导率差值除两个低温点外,绝大多数都很小(Δlgσ<0.20 lg(S/m)).结合现今华北克拉通地热学参数及地壳分层结构,依据实验获得的电导率温度关系建立了电导率-深度剖面.并将其与大地电磁测深获得的地壳电性结构进行了对比,结果表明二辉麻粒岩的电导率与华北北缘的中地壳底部和下地壳底部电导率值的区域相交,再结合高温高压下二辉麻粒岩的弹性波速度剖面与地震折射剖面的对比,认为二辉麻粒岩有可能是组成华北北缘下地壳的岩石之一.     

中地壳的水和水岩相互作用实验及其地球物理涵义

本文重点报道了高温高压下流体与流体-岩石相互作用实验结果,提供了中地壳条件下流体性质和水岩反应速率数据.这些数据有助于理解中地壳的一些地球物理现象.作者进行了25℃~435℃和22~39 MPa条件下水-岩相互作用反应动力学实验.同时,研究水在近临界区至超临界区的性质.一般地说,中地壳大致位于10(15)至25 km的深度范围.各地的地壳厚度不同,但是中地壳高导-低速层的深度范围十分相似.中地壳的顶界温度处于300℃,底界大致为450℃范围,压力高达200 MPa以上.流体-岩石相互作用实验表明:硅酸盐矿物和岩石的硅最大溶解速率出现在300℃~400℃.此时,硅酸盐矿物格架解体.通常,地壳里普遍存在水、流体.地壳构造活动导致断裂空隙、减压、流体流动.这时,有可能导致中地壳处于300℃~450℃流体的压力减低,由超临界区进入临界态、亚临界态.这会引发强烈流动的水与岩石相互作用.溶解反应导致岩层的硅淋失,硅的强烈淋失又会导致硅酸盐矿物格架解体,岩石崩塌.同时,进一步促进流体的流动.实验表明300℃~400℃下的强烈水岩相互作用促进了岩石破坏,并有可能影响岩层的地球物理性质,如高导层出现.另外,实验和理论研究表明处于300℃~400℃流体具有高电导率性质.这些水岩相互作用会使中地壳出现高导-低速层.