Two‐dimensional finite element analysis of gravitational and lateral‐driven deformation in sedimentary basins

The paper deals with the modeling of some aspects, such as the formulation of constitutive equations for sediment material or finite element approach for basin analysis, related to mechanical compaction in sedimentary basins. In addition to compaction due to gravity forces and pore‐pressure dissipation, particular emphasis is given to the study of deformation induced by tectonic sequences. The numerical model relies upon the implementation of a comprehensive constitutive model for the sediment material formulated within the framework of finite poroplasticity. The theoretical model accounts for both hydromechanical and elasticity–plasticity coupling due to the effects of irreversible large strains. From the numerical viewpoint, a finite element procedure specifically devised for dealing with sedimentary basins as open systems allows to simulate within a two‐dimensional setting the process of sediment accretion or erosion. Several basin simulations are presented. The main objective is to analyze the behavior of a sedimentary basin during the different phases of its life cycle: accretion phase, pore‐pressure dissipation phase and compressive/extensional tectonic motions. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

Estimation of compaction parameters of fine‐grained soils in terms of compaction energy using artificial neural networks

The determination of the compaction parameters such as optimum water content (w_opt) and maximum dry unit weight (γ_dmax) requires great efforts by applying the compaction testing procedure which is also time consuming and needs significant amount of work. Therefore, it seems more reasonable to use the indirect methods for estimating the compaction parameters. In recent years, the artificial neural network (ANN) modelling has gained an increasing interest and is also acquiring more popularity in geotechnical engineering applications. This study deals with the estimation of the compaction parameters for fine‐grained soils based on compaction energy using ANN with the feed‐forward back‐propagation algorithm. In this study, the data including the results of the consistency tests, standard and modified Proctor tests, are collected from the literature and used in the analyses. The optimum structure of a network is determined for each ANN models. The analyses showed that the ANN models give quite reliable estimations in comparison with regression methods, thus they can be used as a reliable tool for the prediction of w_opt and γ_dmax. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

山东胶东矿集区燕山期构造热事件与金矿成矿耦合探讨

中生代胶东地区有2次重要的碰撞造山事件,印支造山作用主要表现为扬子板块向华北板块俯冲,形成苏鲁高压—超高压变质带,同造山花岗岩及后造山高碱正长岩;燕山造山作用的大陆动力学环境起源于中亚-特提斯构造域向滨太平洋构造域转化和太平洋板块的俯冲,在胶东地区表现为3次造山和2次伸展.本文基于汇集的71个SHRIMP锆石U-Pb同位素年龄,并参考前人已有划分方案,提出胶东地区燕山期花岗岩年代格架:160～150Ma玲珑-昆嵛山花岗岩侵位,130～126Ma郭家岭花岗闪长岩形成,120～110Ma伟德山花岗闪长岩-花岗岩侵位,110～100Ma崂山A型晶洞过碱性碱长花岗岩侵位,代表燕山运动的结束;区内3期金矿成矿事件(150Ma、120～110Ma和100Ma～90Ma)则与玲珑、郭家岭和伟德山岩体的构造-岩浆热事件相耦合.胶东地区构造-岩浆事件和金矿成矿作用受控于特提斯、古亚洲洋和太平洋3大构造域的相互作用,金矿形成的动力学背景是中生代构造体制转折和岩石圈减薄,起因与太平洋板块向华北板块的俯冲机制有关.     

高分辨率FMS成像测井资料在科学大洋钻探中的应用

FMS地层微电阻率扫描成像测井技术诞生于1986年,1989年首次在大洋钻探中获得应用。它采用纽扣电极阵列沿井壁纵向扫描方式采集地层的电阻率信息,经过适当的数字和图像处理后转化为井壁地层的二维微电阻率图像。FMS资料具有分辨率高(理论分辨率为5 mm)、连续原位测量及定向性等特点,是科学大洋钻探中岩芯地质分析方法的重要补充,具有其他地球物理方法难以替代的作用。从岩芯归位和定向、岩性岩相识别及地层剖面重建、沉积构造和古流方向分析、地层旋回性与古气候周期分析、浊积层厚度统计分析、构造和应力场分析及洋壳研究等7个方面对FMS在科学大洋钻探中的应用现状进行综述,对目前FMS成像测井资料应用中存在的问题及发展方向进行分析,包括利用率不高、定量分析成果欠缺、研究深度和广度有待拓展等。     

滇西昌宁-孟连带三叠纪花岗岩地球化学、年代学及其意义

癞痢头山、云岭和耿马岩体位于昌宁-孟连带的中北段,主要岩性为二长花岗岩,锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果表明,这三个岩体几乎同期侵位于约231Ma。这三个岩体的SiO₂含量为65.65%～67.68%,富钾(K₂O/Na₂O=2.71%～1.42%)和较低钙CaO(1.35%～2.98%),铝饱和指数(A/CNK)为1.10～1.22,富集Rb、Ba、Th、U、K、La和LREE等元素,相对亏损Nb、Ta、Ti、Zr及Hf等高场强元素。这些特征表明3个岩体属于强过铝质高钾钙碱性S型花岗岩。这三个岩体负且变化范围大的锆石ε_Hf(t)值(-26.8～-8.2)和古老的Hf同位素地壳模式年龄(1.2～2.7Ga),表明它们主要来源于古老地壳物质(如含长石和黑云母且贫粘土的杂砂屑岩)的重熔,并有不同程度的幔源物质加入。它们可能侵位于后碰撞背景,可能指示缅泰马微陆块与思茅地块的主体碰撞在232Ma之前(即晚三叠世之前)已经发生。     

华北板块北缘东段二叠纪的构造属性:来自火山岩锆石U-Pb年代学与地球化学的制约

本文对华北板块北缘东段大河深组、关门咀子组火山岩进行了锆石LA-ICP-MSU-Pb定年和岩石地球化学研究以便制约该区的区域构造演化。大河深组和关门咀子组火山岩中的锆石均呈自形-半自形晶,具有清晰的岩浆振荡生长环带和条痕状吸收(玄武安山岩)的特点,其Th/U比值高达0.31～1.56,表明其岩浆成因。测年结果表明,桦甸大河深组流纹岩形成于早二叠世(279±3Ma～293±2Ma),珲春和图们关门咀子组玄武安山岩和玄武岩分别形成于早二叠世(275±7Ma)和晚二叠世(250±5Ma)。大河深组火山岩SiO2含量介于64.9%～75.4%,Mg#值介于0.21～0.57,属于中钾-高钾钙碱性系列,明显富集轻稀土元素(LREEs)和大离子亲石元素(LILEs)、亏损高场强元素(HFSEs,如Nb、Ta、Ti)以及P元素,类似活动大陆边缘火山岩;其锆石的εHf(t)值为+0.9～+10.37,Hf同位素二阶段模式年龄值为785～1240Ma,表明它们均起源于中-新元古代新增生玄武质下地壳的部分熔融。珲春早二叠世关门咀子组属于中钾钙碱性系列;贫硅(53.4%～53.7%)和HFSEs,富铝(16.4%～16.8%)和LILEs,具有较低的稀土元素总量,以及较平坦的稀土配分型式,显示出岛弧火山岩的地球化学属性;该组火山岩的原始岩浆应起源于受俯冲板片脱水熔融交代的亏损地幔楔。图们晚二叠世关门咀子组玄武岩SiO2含量为48.7%～49.6%,Mg#值高达0.64～0.72,相对富集LREEs和LILEs,亏损HREEs和HFSEs,具有火山弧玄武岩的地球化学属性,同时其εNd(t)=+6.01,暗示其原始岩浆起源于亏损的岩石圈地幔。综上所述,我们认为早二叠世至晚二叠世期间,华北板块北缘东段(吉林中部地区)和兴凯地块西南缘均处于古亚洲洋的俯冲作用下。     

华北克拉通中部造山带早元古代盆地演化

华北克拉通中部造山带被认为是由东、西部陆块碰撞而产生的陆陆碰撞带。然而,关于两个陆块碰撞的时间以及方式还存在着争议。其中一个模式认为俯冲方向是向西的,两个陆块最终碰撞的时间是在2.5Ga左右,而另一个模式则认为俯冲方向是向东的,并且存在着2.1Ga和1.85Ga两期碰撞事件,第三个模式则认为俯冲方向是向东的,而最终的碰撞拼合发生在1.85Ga左右。近几年来,对于中部造山带中浅变质表壳岩系的研究取得了很大进展,为解决以上争议提供了进一步的资料。根据岩石组合和表壳岩中的不整合接触关系,位于中部造山带中段五台杂岩中的滹沱群和吕梁杂岩中的野鸡山群被分成了上下两个部分。其中,两个群的下部以及位于中部造山带南段中条杂岩中的绛县群和下中条群主要由类似于弧后盆地沉积的变质碎屑岩、碳酸盐岩和火山岩组成,而滹沱群和野鸡山群的上部以及上中条群和担山石群的岩石组合则是类似于山前磨拉石建造的变质砾岩和砂岩。来自于这些浅变质碎屑岩中碎屑锆石的年龄为我们提供了源区以及最大沉积年龄的信息。滹沱群和野鸡山群中的碎屑锆石具有两个峰值年龄,2.5Ga和2.15Ga,它们分别对应于中部造山带中段两期重要的岩浆事件。中条杂岩中的碎屑锆石年龄图谱则较为复杂,除了具有2.5Ga和2.15Ga这两个峰值,还具有2.7Ga这个较低和较老的峰值,这些较老的锆石可能来自中部造山带最南端太华杂岩中的古老岩石。弧后盆地沉积中最年轻的碎屑锆石年龄在2.1Ga左右,而山前磨拉石中最年轻的碎屑锆石在1.85Ga左右。结合前人的研究成果,我们给出了一个华北克拉通中部造山带早元古代沉积盆地的演化模式。从2.1Ga左右开始,一系列弧后盆地在"安第斯型"大陆边缘弧之后产生,在之后的东西陆块碰撞过程中他们成为了中部造山带的一部分。从1.85Ga左右开始,东西陆块沿着中部造山带碰撞,导致了陆壳加厚以及随后的快速抬升和剥蚀,从而形成了周缘前陆盆地中的山前磨拉石建造。发生在早元古代晚期的由弧后盆地向周缘前陆盆地的转化支持了华北的最终克拉通化发生在1.85Ga的构造演化模式。     

西昆仑山前冲断带断裂特征及构造单元划分

受新生代帕米尔构造结大幅度向北推移、旋转的影响,形成了弧形的西昆仑山前冲断带.本文主要通过野外地质调查、地震反射剖面的精细解释,对西昆仑山前冲断带最基本的组成部分-断裂进行系统研究.西昆仑山前冲断带内以发育与其弧形形态一致的逆冲断裂为主,但弧形冲断带中段的断裂具有挤压逆冲的同时兼有右行走滑性质.冲断带内还发育了NE 向和近EW向的走滑断裂,它们的发育时间和成因不尽相同,它们控制了冲断带内的变形,调节和改造了早期形成的构造.在对断裂系统研究的基础上,结合冲断带各个部位的结构特征和变形时间,将冲断带划分为9个次级构造单元.西昆仑山前冲断带开始发育于中新世中晚期,此后经历了上新世早期、上新世中晚期、早更新世早中期以及早更新世晚期四个演化阶段.     

安徽牯牛降A型花岗岩的年代学、地球化学和构造意义

皖南地区牯牛降岩体位于扬子板块东南缘,江南隆起带内。本文报道了牯牛降花岗岩体新的锆石U-Pb年龄和地球化学数据,并对岩体成因及其构造意义进行了探讨。锆石原位LA-ICP-MS U-Pb定年表明牯牛降岩体的形成年龄为130.1±1.3Ma (95% confidence, MSWD=0.55)。结合己发表的其他高质量锆石U-Pb同位素年龄数据表明皖南地区花岗岩的形成年龄主要集中在125~130Ma。牯牛降花岗岩为高钾钙碱性、准铝质岩石,SiO₂ 含量为72.21%~74.85%,具有高K₂O含量(>5.11%)、高铁值(FeO^T/(FeO^T+MgO)>0.91)和K₂O/Na₂O比值(>1.61),低MgO和CaO含量的特征。微量元素地球化学性质上表现为强烈亏损Ba、Sr、Eu(Eu^*/Eu=0.29~0.30),富集REE(>419×10^-6)、Rb、Th 和U,较高的高场强元素Zr、Nb、Y和Ga含量。主量和微量元素均表现为A型花岗岩的特征。非常低的Mg^#值(0.14~0.16)和较低Cr含量(Cr=10×10^-6),高Yb(7.08×10^-6~9.02×10^-6)、Y(78.7×10^-6~90.8×10^-6)含量和较高的Th/U比值(5.17~7.79)说明古老地壳物质的部分熔融可能是牯牛降岩体主要形成机制。牯牛降A2型花岗岩特征代表了拉张的碰撞后构造环境。     

大别山东端早-中侏罗世地层对构造事件的指示

本文通过对安徽桐城挂车河、宿松河塌下-中侏罗统剖面岩石特征、沉积构造、粒度和碎屑组分的分析,揭示了燕山早期大别山隆升和侵蚀的演化历史,并结合构造变形分析,探讨了研究区区域动力学背景。结果显示,两地在早-中侏罗世时期分别为扇三角洲-半深湖和河道-河泛平原沉积,物源都来自北部的大别山。又因为挂车河剖面富含大别山变质碎屑颗粒,而河塌剖面相对缺少,由此提出大别山带南部在早-中侏罗世时期,东南部比西南部隆升较高,而相比大别山北麓的砾石和碎屑组成,则认为大别山北部隆升剥蚀更快,且剧烈。两剖面碰撞造山-火山岛弧和再旋回造山带大洋物质的物源,指示由北向南海沟-岛弧和盆地的构造格局。依据两地断层面和擦痕产状进行古应力分析,显示研究区晚侏罗世受到了燕山主幕近南北向的挤压应力。桐城挂车河的另一近东西向挤压应力可能表明该时期大别山东南部地区已受古太平洋构造的改造。