Numerical estimation of REV and permeability tensor for fractured rock masses by composite element method

The Monte Carlo method is used to generate parent stochastic discrete fracture network, from which a series of fractured rock samples of different sizes and orientations are extracted. The fracture network combined with a regular grid forms composite element mesh of the fractured rock sample, in which each composite element is composed of sub‐elements incised by fracture segments. The composite element method (CEM) for the seepage is implemented to obtain the nodal hydraulic potential as well as the seepage flow rates through the fractured rock samples. The application of CEM enables a large quantity of stochastic tests for the fractured rock samples because the pre‐process is facilitated greatly. By changing the sizes and orientations of the samples, the analysis of the seepage characteristics is realized to evaluate the variation of the permeability components, the existence of the permeability tensor and the representative element volume. The feasibility and effectiveness are illustrated in a numerical example. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

喜马拉雅山脉的地质地貌特征:来自SRTM数字高程模型和降水量数据的约束

利用GTOPO30和SRTM3数字高程(DEM)数据,提取了喜马拉雅山脉(造山带)的数字高程模型并对其进行了地质地貌的初步分析。从SRTM3数字高程数据提取出坡度数据,初步分析了喜马拉雅山脉坡度和高程的特征。数字高程和坡度图清楚地展现了喜马拉雅大型断裂带(构造边界)的空间分布特征。分析了中国气象局下属的西藏、青海、四川和云南4省区气象观测台站55年来的年平均降水量观测数据、喜马拉雅山脉南坡的年平均降水量数据、喜马拉雅DEM和裂变径迹数据,发现喜马拉雅山脉从东至西,年平均降水量逐渐减少,地形起伏逐渐变小,而高程渐次升高,与此同时剥蚀速率降低;从北至南,年平均降水量逐渐增加,地形起伏增大,高程快速降低,而剥蚀速率则急剧升高。这充分说明了喜马拉雅年平均降水量大的地区,地表剥蚀作用相对较强,年平均降水量小的地区,地表剥蚀作用则较弱,即:在喜马拉雅地区,长周期的地表剥蚀过程(可长达数个百万年时间尺度)和短周期(仅仅50年)的降水量观测是耦合的。     

Implementation of reconstructed geomorphologic units in landslide susceptibility mapping: the Melen Gorge (NW Turkey)

In the international literature, although considerable amount of publications on the landslide susceptibility mapping exist, geomorphology as a conditioning factor is still used in limited number of studies. Considering this factor, the purpose of this article paper is to implement the geomorphologic parameters derived by reconstructed topography in landslide susceptibility mapping. According to the method employed in this study, terrain is generalized by the contours passed through the convex slopes of the valleys that were formed by fluvial erosion. Therefore, slope conditions before landsliding can be obtained. The reconstructed morphometric and geomorphologic units are taken into account as a conditioning parameter when assessing landslide susceptibility. Two different data, one of which is obtained from the reconstructed DEM, have been employed to produce two landslide susceptibility maps. The binary logistic regression is used to develop landslide susceptibility maps for the Melen Gorge in the Northwestern part of Turkey. Due to the high correct classification percentages and spatial effectiveness of the maps, the landslide susceptibility map comprised the reconstructed morphometric parameters exhibits a better performance than the other. Five different datasets are selected randomly to apply proper sampling strategy for training. As a consequence of the analyses, the most proper outcomes are obtained from the dataset of the reconstructed topographical parameters and geomorphologic units, and lithological variables that are implemented together. Correct classification percentage and root mean square error (RMSE) values of the validation dataset are calculated as 86.28% and 0.35, respectively. Prediction capacity of the different datasets reveal that the landslide susceptibility map obtained from the reconstructed parameters has a higher prediction capacity than the other. Moreover, the landslide susceptibility map obtained from the reconstructed parameters produces logical results.     

华北克拉通北缘隆化地区S型花岗岩的独居石年龄图谱

位于华北克拉通北缘中段的隆化S型花岗岩由石榴石黑云母花岗岩、石榴石花岗岩以及片麻理化的黑云母花岗岩组成。其主体岩性石榴石黑云母花岗岩SiO_2和Al_2O_3含量分别为64.09%～69.6%以及14.6%～16.13%,K_2O/Na_2O>1.0,A/CNK>1,0,Mg~#在20.76～34.89之间变化,具有明显的Nb、Ta、P、Ti和Sr亏损以及Rb、K和Th富集。石榴石黑云母花岗岩(样品JB6031-1)采用独居石电子探针U-Th-Pb化学法进行测年,获得了2553±120Ma、2180±42Ma和1854±24Ma三个年龄峰值。一颗独居石内部成分分带上6个分析点定年结果构成2553±120Ma的峰值年龄,这一年龄与我们最新获得的2506±7Ma和2541±8Ma(继承锆石年龄)LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄相似,我们将这一独居石年龄解释为继承独居石的年龄,表明在赤城-隆化断裂以北存在太古宙陆块,并且在后期构造-热事件中发生部分熔融形成S型花岗岩。该独居石颗粒幔部成分分带上10个分析点的测年结果揭示的峰值年龄为2181±42Ma,该年龄也是出现频率最高的年龄值,我们建议2181±42Ma为S型花岗岩的结晶年龄,反映了S型花岗岩的侵位时代。独居石颗粒外部成分分带上8个分析点的测年结果构成1854±24Ma的峰值年龄,该年龄与华北克拉通中部带的变质年龄接近,我们将其解释为S型花岗岩的变质年龄,表明华北克拉通北缘的构造演化与中部带的构造演化密切相关。     

新疆北部晚古生代以来中基性岩脉的年代学、岩石学、地球化学研究

新疆北部中基性岩脉K-Ar表观年龄为187～271Ma,岩性以辉长、辉绿岩以及闪长、闪长玢岩为主,属于亚碱性系列.主量元素、稀土元素以及微量元素分析表明,中基性岩脉经历了源区地壳物质的混合以及侵位过程中的分离结晶作用,并在区域分布特点上受部分熔融程度的影响,而且由于结晶分异和部分熔融的不同,还出现了中基性岩脉系列的成分变异.排除上述岩浆作用的干扰,有证据显示岩脉起源于亏损地幔,由于Nd同位素模式年龄tDM集中在363～769Ma,反映源区是一个古生代时期的新生岩石圈地幔,该地幔源区属于大洋岩石圈地幔.新疆北部广泛出露的中基性岩脉在时间和空间上具有多样性,但是在产状、岩性组合和同位素特征上具有相似的特点,指示研究区在古生代以来具有一个相对统一和完整的源区,推测这个源区与北疆地区古生代以来长期存在的残余洋盆及其相关岩石圈有关.     

甘新交界红柳河蛇绿岩形成和侵位年龄的准确限定及大地构造意义

采用锆石SHRIMP U-Pb同位素定年方法,获得新甘交界红柳河蛇绿岩中的堆晶辉长岩年龄为516.2±7.1Ma,代表了红柳河蛇绿岩的形成年龄;侵入到红柳河蛇绿岩中未变形变质的黑云母花岗岩的年龄为404.8±5.2Ma,限定了红柳河蛇绿岩侵位的上限。作为南天山洋壳的残骸,红柳河蛇绿岩新的可靠年龄数据表明,南天山洋在早寒武世已经开始形成,并于早泥盆世埃姆斯阶之前在红柳河地区已经闭合。上述洋盆演化过程对进一步研究东天山的大地构造演化具有重要的意义。     

延边东部五道沟岩群的单颗粒锆石SHRIMP U-Pb 年代学及其地质意义

通过对延边地区东部五道沟岩群黑云阳起石片岩的单颗粒锆石SHRIMP U-Pb年龄测定.获得21个单点年龄,其中包括7组谐和年龄和1组不谐和年龄.谐和年龄分别为1347.8 Ma、844.8 Ma、340.2～313.7 Ma(平均值为323±23 Ma,N=4,MSWD=0.23,置信度=0.88)、292.9～288.3 Ma(平均值=291±25 Ma,N=3,MSWD=0.031.置信度=0.86)、279.2～266.2 Ma(平均值为279±28 Ma,N=4,MSWD=0.031,置信度=0.86)、127.4～124.2 Ma(206Pb/208U年龄平均值为126.5±3.7 Ma,N=5,MSWD=0.12;置信度=O.97)、116.1～106.3 Ma(平均值为115±39 Ma,N=2,MSWD=1.2置信度=0.27),不谐和年龄的下交点年龄为(451±120)Ma、上交点年龄为(1811±400)Ma(MSWD=7.2);这一结果表明:阳起石片岩的原岩主要是来自中元古代、新元古代和早古生代的碎屑物,指示五道沟群的沉积成岩作用发生在石炭世(323±23 Ma),变质作用发生在晚二叠世(291±25 Ma),之后在279.2～266.2 Ma、126.5～106.3 Ma先后受两次岩浆用和蚀变作用的改造.     

陕西白河县月儿潭绿松石与次生磷钙铝矾研究

对陕西省白河县月儿潭风化严重的绿松石样品进行了岩石薄片观察、化学成分测试、X射线粉晶衍射和红外吸收光谱分析等研究.结果表明,绿松石风化分解由天蓝色退色成黄绿色,最后变成白色,结构也由致密细腻变得松散多孔,主要原因是发生了硫酸根对磷酸根的交代作用,最终的交代产物主要是磷钙铝矾.     

河南桐柏老湾花岗岩体锆石SHRIMP U-Pb年龄及其地质意义

通过对河南桐柏老湾花岗岩体开展锆石SHRIMP U-Pb测年,获得了一个高精度的U-Pb年龄(132.5±2.4)Ma,比较可靠地限定了老湾花岗岩体的形成时代属于燕山中期,而不是前人所认为的燕山晚期.结合区域构造-岩浆活动时间,认为在燕山中期,桐柏及其邻区存在次比较重要的构造-岩浆事件,老湾花岗岩体是这次构造-岩浆活动事件的产物.     

橄榄岩—熔体相互作用过程中Re-Os体系的变化趋势: 对华北新生代地幔橄榄岩Re-Os年龄含义的启示

橄榄岩的Re-Os同位素体系作为探讨岩石圈地幔形成年龄的重要手段已受到人们越来越多的重视。然而,Re-Os体系是否会受到橄榄岩的低温蚀变如蛇纹石化和地幔交代作用或橄榄岩—熔体相互作用的影响并不十分清楚。本文在总结国际上典型造山带橄榄岩剖面研究和地幔橄榄岩捕虏体研究的基础上,发现橄榄岩的Re-Os同位素体系基本不受蛇纹石化等低温蚀变作用的影响; 但橄榄岩—熔体相互作用会造成橄榄岩的Re-Os体系的变化即Re或Os的带入。当熔体/岩石比例较小时(≤1),橄榄岩—熔体相互作用会造成橄榄岩的Re含量显著增加,而放射成因的Os同位素即¹⁸⁷Os增量有限。但当熔体/岩石比例很大时(≥1),会造成¹⁸⁷Os同位素显著增加。同时,橄榄岩的Re含量与中等程度不相容主、微量元素如Al、Ti、Yb的正相关关系可以通过橄榄岩的两阶段演化模式来解释,即早期的部分熔融残留和后期的橄榄岩—熔体相互作用共同影响的结果。橄榄岩的Re含量与Cr含量的正相关关系进一步说明了这一问题。上述结果对华北东部岩石圈地幔的演化过程有重要的启示作用。因为华北东部古生代时期的确存在太古宙岩石圈地幔,然而新生代时期地幔橄榄岩捕虏体普遍具有元古宙而非太古宙的事实证明橄榄岩—熔体的相互作用的确广泛存在,从而造成岩石圈地幔橄榄岩变年轻。因此,新生代地幔捕虏体的Re-Os同位素年龄并不是岩石圈地幔的形成年龄,而是混合作用的结果。汉诺坝地幔橄榄岩的Re含量和Sr、Nd同位素组成符合橄榄岩—多元熔体相互作用的混合趋势,其橄榄岩的全岩Al₂O₃含量和橄榄石Fo的反相关性能够通过橄榄岩—熔体相互作用来解释。