跨南海西南次海盆OBS、多道地震与重力联合调查

对跨南海西南次海盆及两侧陆缘的一条1050km长的、包括海底地震(OBS)、长排列多道地震和重磁在内的综合地球物理探测剖面(CFT)进行了构造成像和研究。在多道地震成像基础上建立了CFT剖面初始速度模型, 进而通过初至波层析成像方法反演了CFT剖面的速度结构模型, 在重力异常资料的约束下建立了CFT剖面的综合地壳结构模型。讨论了沿CFT剖面出现的下地壳高速体、龙门海山的低密度物质等地质问题。结果表明, 下地壳高速层在北部陆坡、西南海盆和南部南沙地块均有分布, 厚度在0~4km之间, 可能与陆缘下地壳物质和地幔物质熔融混合, 以及深海盆海底扩张期间构造拉伸导致地幔蛇纹岩化有关。     

Production key figures for planning the mining of manganese nodules

Under the impression of decreasing ore grades and increasing production costs in conventional mining, seafloor minerals came into focus. Having gained a basic understanding of geological settings, there is still a lack of tools to assess and plan future mining projects in the deep-sea. This paper contributes to a mining concept which is inspired by the high-tech farming industry: strip mining. Potential mining fields are identified using image filters in conjunction with hydroacoustic backscatter data and slope angles and are portioned into long, narrow strips. In the framework of the EU-funded Blue Mining project, these methods were applied to a part of the eastern German exploration area, located in the manganese nodule belt of the Clarion Clipperton Zone, Pacific Ocean. Both, the mapping technique and the mining concept presented in this paper can be used in early-stage feasibility studies to derive estimates on production key figures for seafloor manganese nodule mining.     

贵州铜仁松桃锰矿盘信幅1∶50 000矿产地质图数据库

贵州铜仁松桃锰矿盘信幅(H49E024005)1∶50 000矿产地质图数据库是以中国地质调查局《矿产地质调查技术要求(1∶50 000)》(DD2019-02)为标准, 开展的新一代1∶50 000矿产地质调查工作系列成果之一。本次工作梳理了盘信幅调查区的岩石地层层序, 厘定了39个填图单元, 划分了8个建造类型, 重点划分了5个成因相互关联的含锰建造填图单元。该数据库为MapGIS格式, 数据内容主要由地理图层、建造构造图层、矿产地图层和整饰图层等组成, 并包含150个岩石化探分析数据、333个一般岩矿分析数据、90个锆石U-Pb年龄数据、6条矿产地信息、2种矿床类型。该数据库以重点突出含矿建造、控矿构造和矿化蚀变信息为特色, 为锰矿资源研究、能源勘探、矿产资源规划等提供基础资料。     

Lithospheric flexural modelling of the seaward and trenchward of the subducting oceanic plates

ABSTRACT

Based on a two-segment plate flexural modelling, we investigated the effective elastic thickness of global subducting oceanic lithosphere. Our results show that for the plate age of 0 to 50 Ma, the seaward effective elastic thickness T _e ^M values are located between 600 and 900°C isotherms, and do not track any isotherm, while the majority of the trenchward effective elastic thickness T _e ^m values are located between 300 and 600°C isotherms. For the plate age older than 50 Ma, T _e ^M values basically matches the 600°C isotherm with some fluctuations for the age older than 110 Ma, while T _e ^m values mainly fall between 200 and 400°C isotherms. The reduction in effective elastic thickness (T _e ^M-T _e ^m) varies from 2.6 to 30.1 km, or 11–68% of seaward T _e ^M. Thus, the absolute value of the decrease in the effective elastic thicknesses (T _e ^M-T _e ^m) increases with the plate age, while the percentage reduction in the effective elastic thickness (1-T _e ^m/T _e ^M) has no obvious relationship with the age, but more related to the curvature of bending plate. Almost all bending-related earthquakes occurred above the T _e ^M line, but many normal-faulting earthquakes are deeper than the T _e ^M-T _e ^m line, implying that the plate may still retain some thickness of an elastic property core in the areas (depth) where earthquakes occur.     

下地壳流变学性质对南大西洋两岸盆地结构不对称性的控制

南大西洋两岸被动陆缘盆地蕴藏大量的油气资源,是近年来油气勘探的热点区域。南大西洋两侧共轭盆地的结构存在明显的不对称性,南美侧的桑托斯盆地垂直走向方向的宽度(约850 km)是位于非洲侧的南宽扎盆地(约200 km)的4倍。盆地结构的不对称性导致南大西洋两岸被动陆缘盆地油气分布与成藏规律具有明显的差异,但是盆地结构不对称性的动力学成因目前还存在较大争议。为此开展2D热力学耦合的地球动力学数值模拟实验,数值模拟中采用有限元方法求解黏-弹-塑性连续介质的本构方程。实验结果证明了下地壳流变学性质差异是控制盆地结构的关键因素。当下地壳流变学性质不对称时,在克拉通上发育的盆地往往为狭窄盆地,而在造山带上发育的盆地为宽广盆地。克拉通深厚地壳通过改变软流圈的流动影响地壳破裂和盆地结构。与前人数值模拟结果相比,本文的模型不仅能正演不对称盆地的形成过程,也能预测共轭盆地不对称极性,与南大西洋地质情况能够更好吻合。     

Major Tectono-thermal Events in the Yangtze Craton: Insights from U-Pb-Lu-Hf Isotope Records in Zircons from End-Permian Volcanic Interlayers in Southwest China

The in situ zircon U-Pb-Lu-Hf isotope records from end-Permian volcanic interlayers in southwest China, integrated with previous studies, restructure the evolutionary history of the Yangtze Craton from Precambrian to Late Paleozoic. This includes early continental crust formation before ~3.0 Ga and massive juvenile crustal growth at 2.6–2.4 Ga; large-scale crustal reworking at ~2.1–1.7 Ga; Neoproterozoic crust addition at ~1.1 to 0.7 Ga; collision and subduction along the craton margin between ~700–541 Ma; Early Ordovician to Late Silurian magmatism; and large tectono-thermal events in the Middle Carboniferous to end-Permian. Some zircons with TMD2 ages from 4.40 to 4.01 Ga and lower initial 176Hf/177Hf values of 0.280592 to 0.280726 may imply the existence of Hadean crust relics beneath the Yangtze Craton and their provenances could be associated with Hadean crustal remelting. This study further clarifies that the Precambrian-age zircons between the end-Permian volcanic interlayers, the complexes in the western margin of the Yangtze Craton, and the sedimentary Kangdian Basin, may share an affinity based on similar U-Pb age spectra and Hf isotope features. It also shows that the Neoproterozoic tectono-thermal event may be associated with large-scale tectono-rifting activity, which is different from the Grenville-age continental collision between Yangtze and Cathaysia blocks in South China. The above findings support the inference of a widespread Archean basement extending to the western Yangtze Craton and a provenance in the Kangdian Basin that is derived from the weathering and erosion of Paleoproterozoic continental crust.     

湘西北民乐毗邻区深部电性结构及其地质意义

为揭示湘西北民乐毗邻区南华纪大塘坡组含锰沉积地层结构,深化对地堑-地垒成锰地质空间的认识,实现地球物理深地探测技术对南华纪沉积型锰矿床的找矿指导,对区内经过民乐锰矿的大地电磁测深剖面进行了处理和解释,结合地质信息反演了南华纪古盆地地层构造格局。首先通过频率域大地电磁探测数据进行了阻抗张量和相位张量分解分析,揭示了湘西北民乐地区在高频区(大于0.01 Hz)主要呈现二维构造特征;其次利用Swift分解和相位张量分解结果对剖面所有测点数据进行了电性主轴分析,判断了剖面主要构造走向总体上呈北偏东37°,计算了TE、TM两个极化方向的卡尼亚视电阻率和相位;最后针对TE、TM两个模式利用Occam反演方法分别进行了单独和联合反演,得到了民乐地区深部电性分布并进行了地质解释。研究结果表明:湘西北民乐地区由浅至深电性结构比较简单,地层由新到老分层性较好,大体可分为高台组白云岩中阻层、清虚洞组灰岩高阻层、石牌组—牛蹄塘组低阻层、留茶坡组—陡山沱组较高阻层、南沱组—大塘坡组低阻层、古城组和富禄组中阻层6层;大地电磁反演电阻率模型等值线图中的“凹中凹”地层结构是圈定成矿靶区的主要地球物理标志;民乐—花垣一带为古天然气渗漏口的过渡相和边缘相,含锰地层具有越往东北向埋深越浅、厚度也越来越薄的特点。     

辽东半岛夷平面发育特征初步探究*

夷平面是一种与长期稳定的构造环境相关联的大尺度地貌景观,将夷平面与风化壳作为整体来研究是现代夷平面研究的主流。为了探讨辽东半岛夷平面的性质、形成环境等发育特征,对该地区的红色风化壳进行地球化学分析和粒度测试。辽东半岛红色风化壳主要出露于半岛东西两侧,厚度多在4 m左右,化学蚀变指数CIA平均值为82.70,ba值((Na₂O+K₂O+CaO+MgO)/Al₂O₃)平均为0.39,S/A值(SiO₂/Al₂O₃)平均为4.86,黏粒含量平均为8.31%。从分析数据可以看出,辽东半岛红色风化壳是下伏基岩原地风化的产物,推测其形成于温暖、湿润的气候条件下,与南方岩溶区红色风化壳相比具有盐基淋溶率低、富铝化程度低和黏化作用弱的发育特征。结合区域地貌特征,认为研究区红色风化壳的发育主要经历了4个阶段: (1)岩溶作用在古侵蚀基准面之上的整个岩体内进行,地貌起伏逐渐增大;(2)地貌起伏达到最大,覆盖型岩溶、灰色风化壳开始发育;(3)岩溶双层夷平面基本形成;(4)灰色风化壳的发育近乎停止,原本位于古侵蚀基准面之下的灰色风化壳在构造运动作用下全部抬升于现代侵蚀基准面之上形成红色风化壳。因此,研究区的夷平面为古夷平面,发育阶段为红土化阶段。该研究成果可为辽东半岛新近纪以来的新构造运动及海平面变化研究提供初步依据。     

贵州震旦系陡山沱组磷块岩成磷作用及与新元古代末期氧化事件(NOE)的耦合*

新元古代末期历经“雪球地球”和大气、海洋增氧事件后,发生了全球性成磷事件,贵州省震旦系陡山沱组大规模磷矿床沉积是本次成磷事件的典型代表。然而现阶段对贵州陡山沱组磷块岩成磷作用机制研究存在诸多争议,成磷事件与同期古海洋环境转变之间的关联研究也较为薄弱。作者以贵州省瓮安、遵义和丹寨地区陡山沱组原生磷块岩为研究对象开展的沉积学、岩石学、矿物学和地球化学特征研究表明: 陡山沱早期成磷作用被限制在浅水海岸,瓮安地区A矿层球粒磷块岩中大量的含铁自生矿物黄铁矿、海绿石以及无Ce负异常指示的贫氧沉积水体环境均表明,Fe-氧化还原泵成磷模式在富磷过程中发挥了重要作用;陡山沱晚期磷块岩分布扩散至较深水陆棚—斜坡沉积相区,磷块岩与富有机质岩层共生,矿物晶体形态特征与矿石内富含的大量生物化石均表明,有机质沉降聚磷作用和生物成磷作用促使磷块岩大量沉积,较明显的Ce负异常值也指示了海水氧气含量的提升。成磷作用模式的转变和磷块岩分布的扩展是对海洋增氧事件的沉积响应,同时造成的多细胞动物演化也影响了深部水体的氧化还原状态,进而反映了贵州省陡山沱组磷块岩大规模沉积与新元古代末期氧化事件(NOE)密切的耦合关系。     

东太平洋中国多金属结核区锰结核样品中微生物群落结构的研究

通过非培养手段研究了东太平洋中国多金属结核区ES0303站点锰结核样品中的微生物群落结构.细菌16S rRNA基因克隆文库的研究结果表明：结核内细菌种群结构复杂,微生物种类丰富且各种群丰度不一（61个OTUs）,其中变形杆菌类群为优势种群,占所有细菌克隆子比例的64%,且主要分布于β/γ-、α-和δ-等3类变形杆菌（Proteobacteria）亚群之中,占比分别为34%、18%和12%.此外还存在包括酸杆菌（Acidobacteria）,放线菌纲（Actinobacteria）,绿弯菌门（Chloroflexi）,厚壁菌门（Firmicutes）,浮霉菌门（Planctomycetes）等在内的细菌类群的分布,克隆子比例依次为9%、7%、8%、2%和5%.古菌16S rRNA基因克隆文库的研究结果表明：古菌的群落结构单一（仅12个OTUs）,全部是由泉古菌海洋类群I（crenarchaeote marine group I,MGI）组成;其中MGI-η类群最为丰富,达到44%,而MGI-α、MGI-ζ和MGI-ε类群的克隆子比例分别为25%、18%和9%,另外还发现2个新的MGI分类类群.相关克隆子的数据库比对和系统发育树分析表明,并未发现已报道的直接参与铁锰氧化还原相关类群的存在,但它们大多数与来自多金属结核来源或深海来源的不可培养微生物具有较高的同源性.进一步的分析表明,锰结核内存在相当数量的氨氧化菌、硫酸盐还原菌、酸杆菌等能够改变pH值的细菌和古菌类群的存在,意味着它们可能在锰结核的形成过程中起到重要的作用.