绿帘石记录俯冲带变质流体活动

俯冲带是连接地球表生圈层和深部圈层的关键纽带,深刻影响着地球内部的运行方式和人类宜居环境。俯冲板片脱水释放的高压-超高压变质流体控制着俯冲带诸多重要地质过程,如地幔楔交代和部分熔融、岛弧岩浆活动、中/深源地震以及地球内部的元素迁移和分异等等。深入了解这些流体的源区、运移、成分和物理化学条件是理解这些流体性质和行为的前提和关键。绿帘石是俯冲带变质岩中一个常见的含水造岩矿物,具有较宽广的稳定温压范围(绿片岩相-榴辉岩相)、较高的微量元素含量和缓慢的体扩散行为(如Sr、Pb、Th、U、Cr、V和LREE),能够指示俯冲带(多期)变质流体活动和地球化学效应。本文总结了近年来俯冲带变质绿帘石研究的主要进展及其在揭示俯冲带流体活动方面的重要应用,包括探究俯冲带流体的起源、成分特征、运移方式、氧逸度条件、交代效应和多期次结晶行为。这些研究表明绿帘石是一个极好的变质流体活动记录器,能够为理解俯冲带流体活动和深部元素迁移提供关键信息。     

海洋沉积物中氧化还原敏感元素对水体环境缺氧状况的指示作用

近年来由于人为污染水体富营养化加剧,缺氧区面积不断增大,利用沉积物中氧化还原敏感元素反演水体缺氧情况已经发展成为海洋化学领域的热点研究方向。本文详细阐述了氧化还原敏感元素的富集机制,并总结了利用沉积物中氧化还原敏感元素在不同氧化还原条件下的富集程度反映海水缺氧程度和底质氧化还原状况的一系列指标,如Re/Mo、Cd/U、Th/U、V/Sc、V/(V+Ni)值,U—Mo共变模型,δ~(98/95)Mo,多指标微/痕量元素模型以及氧化还原敏感元素-有机质共变模型等。沉积物中Re、Mo含量、Re/Mo值、自生Mo/U值、Th/U值对上层水体缺氧和氧化条件区分良好,可定量指征上层水体的缺氧情况。沉积物中Re含量近似于1 ng/g(地壳值),Mo含量1μg/g(地壳值),Re/Mo值接近0.3×10~(-3),Mo—U富集系数比为(0.1～0.3)×现代海水,Th/U值2,可指示氧化环境;Re含量在10～30 ng/g,Mo含量近似于1μg/g,Re/Mo值10×10~(-3)～30×10~(-3),Mo—U富集系数比1×现代海水,Th/U值在0～2范围内,可指示缺氧环境;Re含量30 ng/g,Mo富集达到20～40μg/g,Re/Mo值接近0.7×10~(-3)(海水中Re/Mo值),Mo—U富集系数比为(3～10)×现代海水,可指示极度缺氧的硫化环境。Mo_(EF)—U_(EF)交会对数坐标图、氧化还原敏感元素-有机质共变模型指标可定性分析上层水体的缺氧情况;V/(V+Ni)值对于次氧化沉积物指示效果不佳;Cd/U值在次缺氧条件下的变化机制复杂,还需进一步研究。生物扰动、成岩作用、人为污染、水体局限、高有机碳通量、Fe、Mn氧化物循环等因素通过影响氧化还原敏感元素在沉积物中的富集与迁移,从而影响氧化还原敏感元素指标的应用,应剔除有机质吸附与陆源输入等非自生部分的影响,结合各种指标互相印证,综合判别水体氧化还原状态。     

ICP-AES双向测定土壤中铜、锰、钒、锌金属元素的对比研究

本文采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)轴向和径向测定土壤中铜、锰、钒、锌四种金属元素的含量,比较分析了在不同三酸[硝酸(HNO3)、氢氟酸(HF)、高氯酸(HCLO4)]用量(配比)下对5种国家标准物质的消解性差异和对四种元素轴向和径向测定结果的影响。结果表明:(1)消解过程中f、g、h配比的三酸消解速度较快,d、e次之,a、b、c相对较慢。(2)对于低含量试样径向观测对轴向观测灵敏度较高;同时三酸消解用量不同,其结果差异性不明显,而发现中高含量范围内横向观测比径向观测相对偏差较小,说明了轴向观测效果较好。(3)通过采用f配比的三酸经过前处理进行稳定性分析,结果可知标准偏差(SD)均小于10,相对标准偏差(RSD)均小于5%,对于高含量锰元素横向观测较径向观测稳定性高,其余元素差异性不明显。     

全新世以来毛乌素沙地东南缘成壤环境演变研究——以榆林镇北台为例

古土壤是重建古环境重要的信息源。毛乌素沙地东南缘的古土壤在发育程度上尚未有明确解释。陕西省榆林市的镇北台地区位于毛乌素沙地东南边缘,对气候响应敏感。本文选取厚度为524 cm的镇北台(ZBT)剖面,按照古土壤2 cm、风成砂5 cm的间隔共采集古土壤样品156个,风成砂样品58个。基于6个AMS14C和3个OSL年代样品,推测剖面古土壤底部年龄为10 cal.ka B.P.,顶部年龄为3.2 cal.ka B.P.;并结合土壤微形态特征,对镇北台剖面沉积物中常量元素特征与成壤强度进行分析探讨。结果表明,镇北台(ZBT)剖面常量元素组成以SiO2、Al2O3和Na2O为主。CIA指数指示剖面处于脱Ca、Na为主的初级风化阶段,反映了毛乌素沙地东南缘全新世以来可能以相对干旱的气候环境为主,风化成壤作用较弱,但其中也不乏幅度较小的冷暖气候旋回。土壤微形态特征也表明ZBT剖面风化程度较弱,主要矿物由石英、长石、云母和岩屑矿物构成,可见胶结物和泥岩岩屑等土壤形成物。其成壤强度变化与化学元素特征表现一致:10.0~8.1 cal.ka B.P.左右,成壤较弱,气候向暖湿转变;6.9 cal.ka B.P.左右,成壤作用稍有加强;5.5~3.7 cal.ka B.P.左右,成壤作用最强,气候相对暖湿,化学、生物风化加强,但此阶段具有明显的不稳定性.     

扬子地块北缘新元古代望江山层状岩体矿物成分和铂族元素特征:对岩浆演化过程和构造环境的制约

望江山层状岩体位于扬子地块北缘新元古代汉南杂岩带中,岩体从底部到顶部由超镁铁质岩过渡为中性岩:底部主要由辉石岩和橄长岩组成;中部为辉长苏长岩和辉长岩;上部为辉长岩和闪长岩。研究以中部岩相带橄榄辉长苏长岩、辉长苏长岩和辉长岩为对象,通过主要矿物的主微量元素和全岩主微量元素的分析,查明望江山岩体来源于尖晶石二辉橄榄岩组成的大陆下岩石圈地幔,并且地幔源区受到了来自俯冲板片流体的交代,岩体中部带的母岩浆为拉斑玄武质岩浆。钛铁矿—磁铁矿矿物对成分计算表明,母岩浆在形成时具有较高氧逸度。通过单斜辉石压力计得到岩体的侵位深度约为12.9~18 km。对岩体母岩浆橄榄石分离结晶过程的模拟计算表明,中部带橄榄石为母岩浆经过~28%分离结晶的产物。此外,铂族元素（PGE）组成暗示岩体并未经历过大规模的硫化物熔离,可能与缺乏地壳物质混染有关。岩体中单斜辉石与岛弧环境堆晶岩中单斜辉石成分相似,不同于裂谷环境中堆晶单斜辉石的成分;同时,全岩Th/Yb和Nb/Yb比值也与岛弧玄武岩比值相似,因此矿物和全岩成分均说明望江山层状岩体应形成于岛弧环境。研究认为扬子北缘在新元古代长期的俯冲过程中,大洋板片断离导致软流圈上涌,提供热源使交代大陆下岩石圈地幔部分熔融形成具有岛弧特征的镁铁质岩浆,在局部伸展环境中上升侵位形成汉南杂岩带中镁铁—超镁铁质层状岩体。      

内蒙古扎鲁特旗巴尔哲超大型矿床控矿因素分析

内蒙古巴尔哲矿床不仅是超大型的REE-Zr-Nb-Ta-Be多金属矿床,同时也是大型的U-Th矿床。通过野外地质观察、地面伽玛能谱测量、岩矿鉴定和室内数据处理等,发现铀、钍主要以类质同像的形式存在于矿石矿物中;铍和稀土元素的独立矿物以羟硅铍钇铈矿和独居石为主;铌、钽、锆主要赋存在铌铁矿、烧绿石和锆石中。另外,从构造、岩性及蚀变特征三方面,对巴尔哲矿床的控矿因素进行了详细解剖,研究表明,巴尔哲矿床的铀钍矿化与稀有稀土矿化密切共生,均赋存于强蚀变钠闪石花岗岩中,蚀变主要为钠长石化和硅化。该矿床主要受构造和碱性花岗岩体的控制,是构造和碱性花岗质岩浆演化的耦合产物。      

Comment on: Mass Fractions of Forty‐Six Major and Trace Elements,Including Rare Earth Elements,in Sediment and Soil Reference Materials Used in Environmental Studies. Fiket et al. (2017), Geostandards and Geoanalytical Research, 41, 123–135

This paper is intended to be a constructive discussion of Fiket et al. (2017, Geostandards and Geoanalytical Research , 41 , 123–135), who dealt with the determination of major, trace and rare earth elements in several sediment and soil certified reference materials. In the present author's view, the paper by Fiket et al. (2017) suffers from a lack of reference to several publications in which somewhat similar results had already been reported. The present contribution therefore provides a comparison of previously published results with those of Fiket et al. for the CRMs soil NCS DC 77302 (GBW 07410), stream sediment NCS DC 73309 (GBW 07311), marine sediments MESS‐3 and NCS DC 75301 (GBW 07314) and estuarine sediment IAEA‐405. It is argued that this fuller consideration (a) allows critical evaluation of the quality of the results presented by Fiket et al. and (b) highlights the advantages of their work. Finally, attention is drawn to the (possible or real) problems that can arise during simultaneous determination of multiple trace elements.     

Robust numerical implementation of a 3D rate-dependent model for reservoir geomechanical simulations

A 3D elasto-plastic rate-dependent model for rock mechanics is formulated and implemented into a Finite Element (FE) numerical code. The model is based on the approach proposed by Vermeer and Neher (A soft soil model that accounts for creep. In: Proceedings of the International Symposium “Beyond 2000 in Computational Geotechnics,” pages 249-261, 1999). An original strain-driven algorithm with an Inexact Newton iterative scheme is used to compute the state variables for a given strain increment.The model is validated against laboratory measurements, checked on a simplified test case, and used to simulate land subsidence due to groundwater and hydrocarbon production. The numerical results prove computationally effective and robust, thus allowing for the use of the model on real complex geological settings.     

Influence of length effect on embankment slope reliability in 3D

Embankment slopes composed of spatially variable soils have a variety of different failure modes that are affected by the correlation distances of the material properties and the geometry and total length of the slope. This paper examines the reliability of soil slopes for embankments of different length and uses parallel computing to analyse very long embankments (up to 100 times the embankment height) for a clay soil characterised by a spatially varying undrained shear strength. Based on a series of analyses using the 3D random finite element method (RFEM), it is first shown that the reliability of slopes of various length can be efficiently computed by combining simple probability theory with a detailed 3D RFEM analysis of a representative shorter slope of length 10 times the slope height. RFEM predictions of reliability indices for longer slopes are then compared with results obtained using Vanmarcke's (1977a) simplified 3D method and Calle's (1985) extended 2D approach. It is shown that these methods can give significantly different results, depending on the horizontal scale of fluctuation relative to the slope length, with RFEM predicting a lower slope reliability than the Vanmarcke and Calle solutions in all cases. The differences in the solutions are evaluated and attributed to differences in the assumed and computed failure surface geometries.     

蒙古国植被物候特征及其对地理要素的响应

蒙古高原是中国重要的北方生态屏障。在全球气候变化的背景下,研究蒙古国植被物候变化特征对于认识蒙古国草地生态系统对气候变化的响应和促进区域畜牧业可持续发展具有重要意义。本研究利用非对称高斯拟合法对蒙古国2001—2019年MOD13Q1产品中的归一化植被指数（Normalized Differential Vegetation Index,NDVI）数据拟合,得到较为平滑的NDVI时间序列数据;基于TIMESAT平台,采用动态阈值法分析获得蒙古国连续19a植被物候数据。研究分析了蒙古国植被物候的空间分布及年际变化趋势,发现蒙古国植被返青期（Start of growing season,SOS）主要集中在110~150d,总体呈微弱推迟趋势,植被枯黄期（End of growing season,EOS）主要集中在270~310d,总体呈提前趋势,从而导致蒙古国生长季长度（Length of growing season,LOS）呈缩短趋势,且缩短时间最长可达2d以上。采用偏相关分析方法分析了植被物候对地形、降水、地表温度等地理要素的响应,表明蒙古国植被物候具有明显的空间异质性和海拔依赖性,不同植被物候对降水、地表温度（Land Surface Temperature,LST）的响应不同,SOS与日间LST呈显著正相关,EOS与夜间LST呈显著正相关,而LOS与年均降水呈显著负相关关系。