刘家坪铜-锌矿区古火山机构特征及其地质意义

刘家坪黄铁矿型块状硫化物铜-锌矿床是一个面临闭坑的矿山。对矿区刘家坪组火山岩机构的研究,将是进一步寻找矿体的关键。通过野外地质调查及对刘家坪铜-锌矿区刘家坪组火山岩系的岩石矿物组合和结构构造、岩石化学成分、稀土元素地球化学特征的研究,初步确定了矿区古火山机构及其岩相构造的基本特征,建立了火山岩层序、喷发旋回和喷发类型。     

大别山超高压变质岩形成深度的同位素限制

大别山超高压变质岩形成深度是各国地质学家十分关心的问题。它不仅影响对碰撞造山带形成机制和演化过程的认识,而且影响对地球深部状况及地球动力学的研究。该文对大别山超高压变质岩已有同位素资料进行了分析与讨论。大别山榴辉岩的ε_Nd为-6.2~-17,ε_Sr为18~42,且显示明显的Nd同位素的不平衡现象。大别山榴辉岩的氧同位素组成研究表明,这些榴辉岩的原岩在超高压变质前,不同程度地与贫18O的大气降水(或海水)发生过氧同位素交换,且在超高压变质过程中依然保留了这些痕迹。除一个样品外,大别-苏鲁地区的榴辉岩的3He/4He比值都落在0.79×10-7~9.35×10-7范围内,显示陆壳岩石来源He的重要贡献。所有Sr-Nd、O和He同位素研究均表明:超高压变质岩保存着表壳岩石原岩的同位素特征,而未显示变质时受到地幔物质的明显影响。对于超高压变质岩的上述同位素特征,有人认为是由于大别山造山带俯冲和折返的速度太快造成的。由于造山带俯冲和折返的速度太快,表壳岩石原岩变质时来不及与地幔物质发生交换,故没有留下地幔物质参与的痕迹。该研究认为这种解释有些勉强,因为大别造山带俯冲和折返时间至少需要15Ma.在如此长的时间内,在100多公里地幔深处高于700℃的高温下发生超高压变质作用,表壳岩石原岩不可能不与地幔物质发生同位素交换。相反,如果认为大别山超高压变质岩就在地壳内形成,则大别山超高压变质岩同位素的所有特征就很好解释了。      

华北陆块南部熊耳群火山岩的地球化学特征与成因

分布于华北陆块南部的熊耳群火山岩由玄武质到流纹质火山岩组成,并以玄武安山岩、安山岩为主,次为英安-流纹岩,SiO2=62％±的岩石较少,显示双峰特点。中基性熔岩的主要造岩矿物是辉石和斜长石,没有角闪石和黑云母,表明熊耳群火山岩形成于相对无水的环境。岩石地球化学上的显著特点是,富K2O、FeO,低Al2O3、MgO、CaO;富含大离子亲石元素(LILE,如K、Rb、Ba)和轻稀土元素(LREE),相对亏损高场强元素(HFSE,Nb、Ta、Ti),表现出岛弧型火山岩的地球化学亲合性。文中详细的岩石地球化学证据表明,熊耳群火山岩具有岛弧型地球化学特征的主要原因是其地幔源区遭受俯冲带组分的改造,而岩浆在上升到地表的过程中混染地壳物质是次要的。基于熊耳群及下伏结晶基底的地质学和地球化学特征,表明熊耳群形成于夭折的三叉裂谷环境,推断俯冲带组分的改造和富集事件发生在华北陆块南部古元古代大陆壳的形成和 拼贴过程中,由于洋壳和地壳物质再循环到上地幔中,使陆下岩石圈地幔源区富集LILE、LREE并亏损HFSE。熊耳期岩浆作用正是源于这样的保留有早期俯冲带组分改造特征的陆下岩石圈富集地幔。     

柴达木北缘超高压变质带中的岛弧火山岩

青藏高原北部柴北缘发育一套与超高压变质带并行的早古生代岛弧火山岩带,岛弧火山岩以玄武岩类为主,包括一些中酸性岩类,岩石以普遍遭受绿片岩相蚀变为特征,区别于该地区普遍遭受角闪岩相区域变质的元古代的基性火山岩。该早古生代的岛孤火山岩显示三组地球化学特征:①VTG-Ⅰ,岛弧拉斑玄武岩(IAT);②VTG-Ⅱ,高Al次钙碱性-碱性过渡型玄武岩;③VTG-Ⅲ,较N-MORB更亏损的拉斑玄武岩(异常MORB)。研究认为前两组火山岩是成熟岛弧两个发育阶段的特征性产物:洋壳俯冲到陆壳的初用,由俯冲洋壳和地幔楔的部分熔融形成岛弧拉斑玄武岩(IAT),随着俯冲板块的速度加快和岛弧周围地壳的加厚,则形成钙碱性玄武岩(CA)、高Al玄武岩。第三组火山岩形成于弧间盆地,由亏损的地幔楔高度部分熔融形成比N-MORB亏损的的火山岩(异常MORB)。岛弧火山岩的锆石LA-ICP-MS法U-Pb年龄为514.2±8.5 Ma,说明柴北缘在早古生代发生过洋壳向陆壳的俯冲作用。鉴于该地区代表陆-陆俯冲作用的柴北缘超高压变质岩石也是形成于早古生代(494Ma),认为陆-陆俯冲作用发生在洋-陆俯冲作用之后,二者时间和空间相伴随。     

钙同位素地球化学研究新进展及其在碳酸岩-共生硅酸盐研究中的应用

作为"非传统稳定同位素"家族成员,钙同位素正受到国际地学界日益广泛的关注。钙是主要的造岩元素,也是生物必需的元素。钙在地球各圈层广泛分布,研究钙同位素的地球化学行为将有助于提高我们对各种生物过程和地质过程的认识。钙同位素测定主要采用热电离质谱仪(TIMS)和多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS),分别表示为δ^44/40Ca和δ^44/42Ca。目前自然界可观测到的δ^44/40Ca变化范围为-2.0‰～6.75‰,约8.7‰。本文系统介绍了近年来钙同位素分析中样品溶解、化学分离、质谱测定以及高温地质过程中的钙同位素分馏及其地质应用等方面的研究成果,尤其对钙同位素在碳酸岩-共生硅酸盐岩研究中的意义、钙同位素组成以及取得的主要认识作了较为全面的介绍。阐述了放射成因⁴⁰Ca、部分熔融作用/分离结晶作用、地壳同化作用、古俯冲碳酸盐循环、热液蚀变作用、岩浆起源深度等对碳酸岩、硅酸盐岩的钙同位素组成造成的影响。最后,通过系统对比碳酸岩-共生硅酸盐岩的锂、镁、钙同位素研究成果,认为应该开展多元同位素体系的...     

南秦岭东部新元古代埃达克质岩的发现及其地质意义

秦岭造山带是一条复合型大陆碰撞造山带,存在若干新元古代构造岩浆事件的遗迹,它们对深化认识南北秦岭汇聚-碰撞过程和Rodinia超大陆聚合具有重要意义。本文对南秦岭东部豆腐尖岩体英云闪长岩开展LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学和全岩主微量元素地球化学研究。代表性样品的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为860.7±6.0Ma,表明其形成时代为新元古代。岩石地球化学特征表现为高SiO₂(62.41%～68.89%)、高Al₂O₃(15.33%～17.33%),富Na₂O(4.23%～5.80%)和高Na₂O/K₂O比值(1.11～2.41),富Sr(>400×10^-6),低MgO(0.55%～2.08%),低Y(7.40×10^-6～18.20×10^-6)、Yb(0.63×10^-6～1.62×10^-6),...     

冀东地区～3.8 Ga TTG岩石发现

始太古代及形成时代更古老的岩石十分稀少,任何新的发现都是对最早期陆壳形成演化研究的重要贡献。本文首次报道了华北克拉通冀东地区～3.8 Ga TTG岩石的年龄和地球化学组成。样品J2012为花岗闪长质片麻岩,J2013为侵入花岗闪长质片麻岩的花岗闪长岩脉,也遭受变质变形。两者的岩浆锆石年龄分别为3785±8 Ma和3773±6 Ma。尽管岩石的常量元素组成和形成时代类似,但稀土模式明显不同。样品J2012的TREE(稀土总量)和(La/Yb)_n比值分别为139.2×10^-6和8.44,组成特征与北美4.03 Ga Acasta片麻岩类似,岩浆作用发生在相对低压的条件下,岩浆作用过程中无石榴子石参与而有斜长石存在。样品J2013的TREE和(La/Yb)_n比值分别为163.5×10^-6和51.16。轻重稀土强烈分异要求花岗闪长岩形成于石榴子石稳定和斜长石不稳定的高压条件下。研究表明,冀东地区在～3.8 Ga时TTG岩浆作用就显示出多样性,支持了古太古代早期—冥古宙陆壳基底广泛存在的认识。根据始太古代岩石...     

A semianalytical approach for solving first-order perturbation equations of dissolution-timescale reactive infiltration instability problems in fluid-saturated rocks

This paper presents a semianalytical approach for solving first-order perturbation (FOP) equations, which are used to describe dissolution-timescale reactive infiltration instability (RII) problems in fluid-saturated rocks. The proposed approach contains two parts because the chemical dissolution reaction divides the whole problem domain into two subdomains. In the first part, the interface-condition substitution strategy is used to derive the analytical expressions of purely mathematical solutions for the FOP equations in the upstream subdomain, where the dissolution chemical reaction is ceased and the FOP equations are weakly coupled. In the second part, the finite element method (FEM) is used to derive the analytical expressions of numerical solutions for the FOP equations in the downstream subdomain, where the dissolution chemical reaction needs to be considered and the FOP equations are strongly coupled so that it is impossible to derive purely mathematical solutions for them. Particular attention is paid to the development of the element-by-element forward marching strategy, which is associated with the use of the FEM for solving this new kind of scientific problem. The related analytical results demonstrated that (1) both the dynamic characteristic of a reactive infiltration system and the dimensionless wavenumber can have pronounced influences on the distribution of the FOP dimensionless acid concentration within the entire domain of the dissolution-timescale RII problems in fluid-saturated rocks and (2) the FOP dimensionless acid concentration distribution exhibits two significantly different patterns in the upstream and downstream subdomains of the dissolution-timescale RII system.     

Development of a GPGPU-parallelized hybrid finite-discrete element method for modeling rock fracture

The hybrid finite-discrete element method (FDEM) is widely used for engineering applications, which, however, is computationally expensive and needs further development, especially when rock fracture process is modeled. This study aims to further develop a sequential hybrid FDEM code formerly proposed by the authors and parallelize it using compute unified device architecture (CUDA) C/C++ on the basis of a general-purpose graphics processing unit (GPGPU) for rock engineering applications. Because the contact detection algorithm in the sequential code is not suitable for GPGPU parallelization, a different contact detection algorithm is implemented in the GPGPU-parallelized hybrid FDEM. Moreover, a number of new features are implemented in the hybrid FDEM code, including the local damping technique for efficient geostatic stress analysis, contact damping, contact friction, and the absorbing boundary. Then, a number of simulations with both quasi-static and dynamic loading conditions are conducted using the GPGPU-parallelized hybrid FDEM, and the obtained results are compared both quantitatively and qualitatively with those from either theoretical analysis or the literature to calibrate the implementations. Finally, the speed-up performance of the hybrid FDEM is discussed in terms of its performance on various GPGPU accelerators and a comparison with the sequential code, which reveals that the GPGPU-parallelized hybrid FDEM can run more than 128 times faster than the sequential code if it is run on appropriate GPGPU accelerators, such as the Quadro GP100. It is concluded that the GPGPU-parallelized hybrid FDEM developed in this study is a valuable and powerful numerical tool for rock engineering applications.     

陕西蓝田灞源一带金矿地质特征及成因浅析

本文通过分析灞源地区的赋矿地层、岩浆岩及断裂构造与金矿形成的关系，查明了控制金矿形成与分布的地质条件，并重点论述了金矿床的产出、矿化类型、围岩蚀变和含金矿物等主要地质特征。最后根据矿床地球化学特征综合分析阐明本区金矿床的岩浆热液成因。