花岗岩低温热力效应参数及强度规律研究

长期处于变低温环境中的岩石热力学效应主要表现为材料的力学特性参数、热力系数和饱和冻结状态孔隙冰胀系数等随温度改变而发生变化,这种变化对岩体的变形及强度特性均有显著影响。根据变物性参数的非线性热弹性理论,建立了考虑热力系数和冰胀力系数的本构方程,给出了单轴压缩条件下热力效应系数随温度变化的分析格式和确定方法;借助于花岗岩不同低温干燥和饱和冻结状态的单轴压缩试验资料,获得了花岗岩低温热力效应与温度的关系,并探讨了其对花岗岩抗压强度的影响特性。分析表明,在变低温环境下花岗岩热力系数和冰胀力系数均随相对温差的增大而逐渐减小,热力系数降低速率小于冰胀系数降低速率,在同一温差下热力系数大于冰胀系数;热应力和冰胀应力与温度改变量呈非线性增长关系;花岗岩抗压强度在两种状态下均呈增大趋势,但主要以热应力为主,热力系数引起的试样轴向应力增量总是大于冰胀力引起的轴向应力增量。所给方法及研究成果可用于长期处于变低温状态下材料的力学性能研究及其工程应用。     

岩石非线性黏弹性蠕变特性的时温等效效应

岩石的时温等效效应是指岩石在低温、长时间尺度下与在高温、短时间尺度下的流变力学特性等效的效应。利用岩石的时温等效效应,可以通过提高试验温度方法得到岩石在相对低温下的长期流变力学特性。为研究岩石在非线性黏弹性条件下的时温等效效应,基于Schapery单积分型的非线性本构方程,得到了岩石非线性黏弹性蠕变力学特性时温等效效应的数学表示。根据不同应力及温度下花岗岩的蠕变试验结果,设定20 ℃为参考温度,考虑温度改变对岩石瞬时蠕变柔量的影响,得到了垂直移位因子随温度的变化规律及修正后的蠕变柔量的时间对数曲线;对修正后的曲线进行水平移位使得相邻温度曲线之间相交于一点,得到不同应力下蠕变柔量的主曲线及水平移位因子的变化规律;主曲线中相邻温度曲线之间的一致性较好,进一步验证了花岗岩时温等效效应的存在性。通过对不同应力下的垂直移位因子和水平移位因子的变化规律分析,发现应力为40～60 MPa之间的非线性并不明显,但到87 MPa,非线性特性明显增强。     

高温后花岗岩巴西劈裂抗拉实验及超声特性研究

采用非金属超声检测分析仪和液压伺服试验系统装置,研究不同温度（25 ℃～1 000 ℃)作用后花岗岩的超声特性,分析不同温度条件下花岗岩的劈裂抗拉强度。结果表明,（1）高温后花岗岩的纵波波速、超声波形以及劈裂抗拉强度都与温度的变化密切相关;（2）随着温度的增高,花岗岩试样的纵波波速和劈裂抗拉强度逐渐减小,经历1 000 ℃高温后,纵波波速下降90%,劈裂抗拉强度下降65%,并且,纵波波速和抗拉强度间存在一定的相关性;（3）超声波波形随温度升高由整齐变混乱,由密集变稀疏,尤其在800 ℃波形变化最明显;（4）花岗岩试样的热损伤不断增加,经历1 000 ℃热损伤后,试样的脆性增加,变得轻脆易碎。     

内蒙古大桦背I型花岗岩地球化学特征及其成因意义

在大桦背花岗岩体区域地质和岩石学研究的基础上,运用X射线荧光光谱分析样品主量元素,采用电感耦合等离子体质谱对其样品进行了微量、稀土元素分析.同时结合前人的锆石年龄和Pb同位素数据,认为大桦背花岗岩为I型花岗岩,主要为古亚洲洋板块向华北板块多期俯冲过程中,中下地壳、成熟岛弧和大洋岛弧大面积部分熔融的产物,伴有少量地幔与未知含量的海洋沉积物及早期造山作用产物等物质的不同程度混合作用.     

豫西马超营断裂带中段石窑沟钼矿地质特征

石窑沟钼矿位于豫西马超营断裂带中段,区内北西西向、北东向断裂构造发育,深部有隐伏斑岩体侵入.钼矿体赋存于隐伏花岗斑岩与围岩的内外接触带上,其成矿作用与燕山期中酸性岩浆活动密切相关.独特的构造背景、丰富的矿质来源、强烈的流体作用、适宜的矿体定位空间等诸多因素结合,形成了隐伏斑岩体控制的大型斑岩型钼矿.     

青海祁漫塔格地区虎头崖矿床Ⅵ矿带花岗岩的成岩时代、地球化学特征和成因

利用LA-ICP-MS锆石U-Pb法,测得与成矿有关的青海祁漫塔格地区虎头崖矿床Ⅵ矿带花岗岩的成岩年龄为(233.6±1.8) Ma(MSWD=1.2,n=17)。地球化学特征显示:花岗岩属高钾钙碱性、弱过铝质花岗岩;样品的稀土元素组成以总体右倾,轻、重稀土分异明显和具明显的负铕异常为特征;微量元素具有富集Rb、Th、U、La、Nd等大离子亲石元素,亏损Ba、Sr、Nb、P、Ti等元素的特点。Sr-Nd同位素组成特征显示,花岗岩的源区可能是富集岩石圈地幔。初步研究认为,虎头崖矿床Ⅵ矿带花岗岩可能形成于中、晚三叠世碰撞后碰撞的构造背景下。     

浙江外北山铝质A1型花岗岩成因：矿物学、年代学、地球化学及Hf同位素制约

外北山碱长花岗岩主要由条纹长石、更钠长石、石英和少量铁质黑云母组成,发育晶洞构造,晶洞由石英晶簇、钾长石充填。在岩石化学上,岩石富SiO2、K2O、FeO、F,贫Al_2O_3、MgO、CaO、P_2O_5;稀土元素组成上,富集REE(ΣREE变化范围为107.4×10~(-6)~330.71×10~(-6)),轻稀土分馏程度明显强于重稀土分馏,Eu负异常明显,稀土元素球粒陨石标准化配分曲线呈现"W"型四分组效应;微量元素上,富Rb、Th、Cs、U、Nb,贫Sr、Ba、P、Eu和Ti,显示出典型的铝质A型花岗岩特征。锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素定年表明,该岩体形成时代为96.2±0.8Ma。与东南沿海其它晚中生代A型花岗岩体相比,外北山碱长花岗岩具有明显偏高的Nb/Ta和较低的Y/Nb比值,属A1型花岗岩。综合分析表明,晚白垩世早期东南沿海岩石圈强烈伸展及多组断裂活化,引发铁镁质下地壳在高温低压贫水的条件下部分熔融产生花岗质岩浆,并在结晶分异过程中受到富F流体的交代作用,形成外北山富Nb的铝质A型花岗岩。     

Petrogenesis of Lingshan highly fractionated granites in the Southeast China: Implication for Nb-Ta mineralization

Whole rock major and trace element and Sr-, Nd- and Hf-isotope data, together with zircon U-Pb, Hf- and O-isotope data, are reported for the Nb-Ta ore bearing granites from the Lingshan pluton in the Southeastern China, in order to trace their petrogenesis and related Nb-Ta mineralization. The Lingshan pluton contains hornblende-bearing biotite granite in the core and biotite granite, albite granite and pegmatite at the rim. In addition, numerous mafic microgranular enclaves occur in the Lingshan granites. Zircon SIMS U-Pb dating gives consistent crystallization ages of ca. 132 Ma for the Lingshan granitoids and enclaves, consistent with the Nb-Ta mineralization age of ∼132 Ma, indicating that mafic and felsic magmatism and Nb-Ta mineralization are coeval. The biotite granites contain hornblende, and are metaluminous to weakly peraluminous, with high initial ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios of 0.7071–0.7219, negative ε_Nd(t) value of −5.9 to −0.3, ε_Hf(t) values of −3.63 to −0.32 for whole rocks, high δ¹⁸O values and negative ε_Hf(t) values for zircons, and ancient Hf and Nd model ages of 1.41–0.95 Ga and 1.23–1.04 Ga, indicating that they are I-type granites and were derived from partial melting of ancient lower crustal materials. They have variable mineral components and geochemical features, corresponding extensive fractionation of hornblende, biotite and feldspar, with minor fractionation of apatite. Existence of mafic microgranular enclaves in the biotite granites suggests a magma mixing/mingling process for the origin of the Lingshan granitoids, and mantle-derived mafic magmas provided the heat for felsic magma generation. In contrast, the Nb-Ta mineralized albite granites and pegmatites have distinct mineral components and geochemical features, which show that they are highly-fractionated granites with extensive melt and F-rich fluid interaction in the generation of these rocks. The fluoride-rich fluids induce the enrichment in Nb and Ta in the highly evolved melts. Therefore, we conclude that the Nb-Ta mineralization is the result of hydrothermal process rather than crystal fractionation in the Lingshan pluton, which provides a case to identify magmatic and hydrothermal processes and evaluate their relative importance as ore-forming processes.     

中国不同气候带盐风化作用的地貌特征

盐风化作用是地球表面普遍存在的一种物理风化作用,由于盐类的周期性结晶作用而造成地表岩石和建筑材料的破坏,形成诸如风化穴或蜂窝石构造等地貌景观。盐风化作用也是差异风化的主要表现形式之一。然而,到目前为止盐风化作用在中国地学界仍然被严重忽视,以至于盐风化作用造成的地貌景观常常被地学研究者和科普人士误读为海浪冲蚀、流水侵蚀、风蚀作用等。经过近十年的野外观察与探讨,笔者等对盐风化的形成机理和表现形式有了深入的理解。本文以中国境内东部海岸带、华北半干旱区、西北干旱区和东南湿热气候带基岩露头为例,系统地分析了盐风化作用的机理及其在不同气候带的表现形式。盐风化的必要条件是:适当的可溶性盐类(如Na_2SO_4、NaCl等)供应、周期性的干湿交替和温度变化。盐风化作用主要在发育可渗性孔隙的砂砾岩类和富含微裂隙的花岗岩类之露头表面表现明显,可以形成特征显著的盐风化穴。盐风化作用形成的地貌景观在东部海岸带和西北干旱区表现尤为明显,常常形成蜂窝石构造和大型风化穴,与风蚀作用的痕迹明显有别;而在华北半干旱区和南方湿热气候带虽然受到降雨等其他因素的影响而常常遭受改造、叠加甚或清除,但在某些露头区仍然保留有重要的识别标志,形成大型风化穴以及小型蜂窝石构造。笔者等强调:地表各种地貌景观形成过程中都有盐风化作用的贡献,而建筑物和景观保护也必须考虑到盐风化作用的影响。建议地学同仁重视盐风化作用的普遍性和重要性,在相关教材中补充更新盐风化的概念,并以科普的方式通过多种媒体纠正过去的错误认识。     

内蒙古阿巴嘎旗白音图嘎地区晚石炭世花岗岩地球化学特征、锆石U-Pb定年及其地质意义

内蒙古白音图嘎地区位于西伯利亚板块东南缘晚古生代陆缘增生带,地处二连—贺根山板块对接带西北侧,该区发育大量晚古生代花岗岩,主要岩石类型为斑状二长花岗岩和碱长花岗岩。本文对该区花岗岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年和岩石地球化学测试。结果表明:斑状二长花岗岩和碱长花岗岩锆石U-Pb年龄分别为302.8±1.3Ma(MSWD=1.4)和301.1±0.6 Ma(MSWD=0.84),属于晚石炭世;岩石地球化学数据显示,岩体属钾玄岩系,具有高硅(SiO_2=70.83%~75.01%),富碱(Na_2O+K_2O=11.58%~13.20%),贫钙(CaO=0.50%~1.22%)和镁(MgO=0.11%~0.33%)特征。铝饱和指数A/CNK=0.81~1.01,为准铝—弱过铝质花岗岩。岩体整体富集Rb、Th、U等大离子亲石元素(LILEs),亏损Ba、Sr以及高场强元素(HFSEs)Nb、Ta、P、Ti;LERR富集,HERR相对亏损,具有明显的负Eu异常(δEu=0.11~0.43)。初始岩浆温度(759.33℃~801.81℃)和岩石地球化学分析表明,白音图嘎花岗岩具有A型花岗岩特征。同时,低的Nb/Ta(7.38~19.50)、Zr/Hf(29.61~35.26)和Sm/Nd(0.22~0.32)比值指示其源岩为壳源。综合研究表明,白音图嘎花岗岩为陆壳变杂砂岩部分熔融的产物,形成于晚石炭世早期西伯利亚板块和华北板块后碰撞作用的板内伸展环境,为兴蒙造山带晚古生代构造岩浆演化及古亚洲洋闭合的时限提供了新的约束和佐证实例。