大线速度下超高压水射流破岩试验研究

高压水射流的破岩效果对高压水射流辅助掘进机破岩技术至关重要。为提升隧道掘进机工况下高压水射流辅助破岩的效率,开展大线速度下超高压水射流破岩试验,分析喷嘴移动线速度、射流压力和喷嘴直径对破岩效果的影响规律,并探究加磨料和射流形式对破岩效果的影响。试验结果表明,随喷嘴移动线速度增加,高压水射流的切割深度和切割宽度均近似线性减小;随射流压力增加,切割深度近似线性增大,压力从200 MPa提高到280 MPa,切割深度增加了72%～82%;喷嘴直径从0.35 mm增大到0.60 mm,切割深度增加了60%～85%。大线速度下加磨料后射流变发散,加磨料的切割深度小于纯水的切割深度,加磨料的切割宽度大于纯水的切割宽度。砂管束流射流模式的能量利用率更高,砂管束流的切割深度比长线射流的切割深度大35%～42%,砂管束流的切割宽度比长线射流的切割宽度大78%～85%。基于Crow切割岩石理论,通过试验数据回归分析,得到大线速度下超高压水射流切割深度半理论半经验预测模型,可为高压水射流辅助掘进机破岩技术中射流切割参数优化提供参考依据。研究成果对提升隧道掘进机工况下超高压水射流辅助破岩的效率是很有意义的。     

钦杭结合带加里东期榴闪岩超高压变质作用研究

对钦杭结合带首次发现的加里东期榴闪岩进行了详细的年代学、矿物学和变质作用研究。结果表明,榴闪岩的变质时代为454±4Ma,经历了早期角闪岩相进变质、中期榴辉岩相峰期变质和晚期角闪岩相退变质三个阶段,具顺时针P-T-t轨迹。早期角闪岩相进变质作用阶段的矿物共生组合为角闪石+斜长石+石英,温压条件分别为719℃~795℃和7.56Kpa~8.30Kpa;中期榴辉岩相峰期变质作用阶段的矿物共生组合为石榴子石+绿辉石(后期退变为透辉石+钠长石)±石英,温压条件分别为668℃~821℃和26.42Kpa~33.46Kpa;晚期角闪岩相退变质作用阶段的矿物共生组合为石榴子石+角闪岩+斜长石±石英(即榴闪岩),相应的温压条件分别为611℃~854℃和4.76Kpa~9.30Kpa。结合前人资料推断,区域内加里东期可能经历了榴辉岩相超高压变质→高温麻粒岩相退变质→角闪岩相退变质的演化过程。钦杭结合带首次厘定出加里东期超高压变质作用,表明华夏和扬子两大陆块碰撞拼合发生在加里东期。     

柴达木盆地北缘新元古代-早古生代大洋的形成、发展和消亡

柴达木盆地北缘构造带是一条典型的早古生代造山带,是由陆壳深俯冲形成的高压/超高压变质带,产于其中的高压/超高压变质岩石原岩形成时代普遍大于750Ma,原岩的性质为陆壳属性,但柴北缘东段都兰沙柳河地区出露的含柯石英榴辉岩原岩的形成时代为516Ma,原岩的性质为洋壳属性,证实柴北缘局部地段还存在洋壳深俯冲,柴北缘地区可能记录了从大洋俯冲到大陆俯冲再到碰撞造山这一完整的演化历史。本文主要从岩石学、年代学、地球化学以及同位素地球化学等方面对柴北缘地区陆壳深俯冲前新元古代-早古生代大洋发展与演化的岩石记录进行了系统总结,认为柴北缘地区在700~850Ma时受Rodinia超大陆裂解事件的影响发生了裂解;535~700Ma时在裂解事件的基础上形成了一个新元古代-早古生代的大洋,沿柴北缘连续分布的岩石记录表明该洋盆可能在早古生代已具有一定的规模;460~535Ma时该洋壳发生了俯冲消减作用;450~460Ma期间洋盆闭合消失。这一认识对全面深入了解柴北缘高压/超高压变质带早古生代构造演化历史具有重要意义。     

南阿尔金木纳布拉克地区石英闪长岩的成因：来自地球化学特征、锆石U- Pb定年和Lu- Hf同位素组成的制约

本文对南阿尔金木纳布拉克地区西侧出露在巴什库尔干岩群的石英闪长岩体进行了详细的岩石学、全岩地球化学、锆石年代学和Lu-Hf同位素分析研究。全岩地球化学显示,石英闪长岩的SiO_2=55.94%～57.38%,具有高的Na_2O/K_2O=1.19～1.60比值、准铝质(A/CNK=0.92～0.95)的特征。稀土元素配分图上,所有样品显示弱或无Eu负异常,轻稀土富集和重稀土相对亏损;在原始地幔标准化微量元素蛛网图上,大部分样品相对富集Rb、Ba、K等大离子亲石元素,相对亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素,总体显示壳源型高钾钙碱性-钙碱性系列的准铝质I型花岗岩特征。CL阴极发光图像显示,该石英闪长岩中的锆石晶体多为长柱状,自形程度较好,具有清晰的韵律环带结构,利用LA-ICP-MS进行锆石U-Pb定年分析,获得其年龄为455.5±1.3Ma,结合锆石的CL图像内部结构特征,推断该年龄为石英闪长岩的结晶年龄。该年龄与南阿尔金高压-超高压岩石的高压麻粒岩相退变质年龄一致,且与南阿尔金早古生代第三期岩浆活动时间(460～451Ma)一致。锆石Hf同位素研究获得该岩石的两阶段模式年龄(1512～1823Ma)和Hf同位素组成[ε_(Hf)(t)=-6.29～-1.35]与南阿尔金同期的～450Ma的早古生代花岗岩一致[t_(DM2 )=1331～1789 Ma,ε_(Hf)(t)=-8.8～-0.4],表明二者源岩的源区具有相似性,主要来自于中元古-古元古地壳物质的重熔再造。在源岩判别图解上,所有样本均落在玄武岩源区附近,推断该石英闪长岩为下地壳玄武岩部分熔融形成。此外,研究区内出露有与该石英闪长岩同时期的超镁铁质岩石,且样品的某些地球化学特征值介于地幔和地壳平均值之间,显示其形成过程中应有幔源岩浆的混入。综合上述研究,推断南阿尔金木纳布拉克地区的石英闪长岩应为南阿尔金俯冲陆壳在折返过程中,由于压力降低导致下地壳玄武岩发生部分熔融并与地幔物质发生混合,后侵入地壳冷却结晶形成。     

苏鲁超高压带北段夏河城岩体的形成时代及其意义

位于苏鲁超高压变质带北段的夏河城岩体由角闪辉长岩、闪长岩和石英闪长岩组成,其中的闪长岩锆石U-Pb同位素年龄为195±17Ma。该岩体侵入于超高压变质岩中,其化学成分具I型花岗岩特点(多数样品Na2O>3%;所有样品A/NKC<1.1,均含标准矿物Di,未出现标准矿物C)。苏鲁超高压变质带中,存在3类不同成因的印支期侵入岩,其同位素年龄范围在195~227Ma,与超高压变质岩退变质阶段的年龄(202~229Ma)一致,指示超高压变质作用发生在印支期岩体形成之前。这些印支期侵入岩具有不同的岩石化学特征,指示它们的岩浆成因及来源可能有比较大的差别。在此基础上,对这些侵入岩形成时的构造背景,进行了初步讨论。     

苏鲁造山带及邻区深部电性结构研究

苏鲁造山带及毗邻华北地块,是中国东部地学研究的热点区域,研究其深部结构可以为讨论苏鲁超高压变质带以及华北克拉通演化提供重要的证据．对横切苏鲁造山带获得的一条大地电磁测深剖面资料进行了解释,剖面沿SE129°,西起华北地块,跨郯庐断裂带、苏鲁超高压变质带、苏鲁高压变质带,止于扬子地块．大地电磁反演解释采用了二维非线性共扼梯度法,用TE和TM联合模式得到了关于测区地下150km以上的电性剖面．该电性剖面在横向上,沿剖面自西而东,划分出了7个电性分区,电性边界带与郯庐断裂带、海州一泗阳断裂以及嘉山一响水断裂等重要的边界断裂具有很好的对应关系;纵向上,划分出6个电性构造单元．发现了在华北地块与扬子地块内存在着（壳内的）高导区,而苏鲁造山带下部没有发现高导区,这一点与大别造山带存在较大的差异．发现了在50—90km之间层位,存在较连续的相对低阻带,推测为上地幔顶部的软弱带,在该低阻带下部分别对应华北地块上地幔浅部相对高阻区、苏鲁造山带上地幔浅部相对低阻区以及扬子地块上地幔浅部相对高阻区．从整个二维电性结构模型来看,在苏鲁造山带及邻区上地幔浅部不存在异常低的电阻率,这表明现今已不存在与岩石圈减薄有关的热软流圈物质．     

大陆俯冲隧道中的应变不均一分布：来自大别山超高压变质岩的记录

俯冲隧道是俯冲板片与上覆板块之间的剪切带,也是高压—超高压变质岩折返和深部流/熔体活动的通道。大别山超高压变质岩分布广泛,变形程度差异很大,是研究大陆俯冲隧道中岩石变质- 变形过程的理想地区。本文系统总结了前人对中大别双河地区超高压变质岩的岩石学和年代学研究成果,在双河地区开展了地质填图、应变分析和三维构造重建。通过将超高压变质岩的变形特征与P- T- t轨迹结合,识别出超高压变质岩折返过程中的三期韧性变形。在双河北部发现了一个上盘向NW剪切的千米尺度的榴辉岩相鞘褶皱,枢纽向SE倾伏,倾伏角约20°,与榴辉岩、片岩和长英质片麻岩的拉伸线理平行,表明超高压变质岩初始折返阶段的流体活动使榴辉岩的强度显著降低,榴辉岩与围岩一起发生韧性变形。该期变形被角闪岩相退变质阶段上盘向NW的剪切叠加,此时应变集中于片麻岩、片岩、大理岩等非能干层,强度较高的榴辉岩成为构造透镜体。而绿片岩相变质阶段上盘向SE方向的剪切与早白垩世北大别花岗片麻岩穹隆的形成有关。对双河南部弱变形花岗片麻岩的锆石U- Pb定年揭示了757±14 Ma的原岩年龄和 240~216 Ma的变质年龄,与双河北部含柯石英强变形花岗片麻岩类似,暗示其也经历了三叠纪超高压变质作用及随后的角闪岩相退变质作用。通过计算长英质片麻岩的有效黏度,发现无水碱长花岗片麻岩的有效黏度高于黑云斜长片麻岩,折返阶段的流体活动使超高压变质岩的强度显著降低,当局部的流体活动不足以弱化碱长花岗岩体时,应变集中于黑云斜长片麻岩。因此,大陆俯冲隧道中的应变分布受矿物组成、流体活动和岩体规模的共同影响。     

华北与西伯利亚地块碰撞时代的古地磁分析——兼论苏鲁-大别超高压变质作用的构造起因

对华北和西伯利亚地块进行了古纬度和纬度运移量的对比分析,结合古生物地理、同位素年代学等地质数据,确定了两地块的运动特征,相应地,确定了位于两地块间中亚洋盆最终闭合时代,并与苏鲁-大别山地区的超高压变质岩的峰期变质时代进行了对比.结果表明:①西伯利亚地块于晚泥盆世开始快速向北漂移,分隔华北和西伯利亚地块的中亚洋在晚泥盆世至晚石炭世期间已经存在;②早二叠世西伯利亚地块开始快速向南漂移,并于二叠纪末期(～250 Ma)和华北地块发生碰撞;③早二叠世,中亚洋纬度宽度约39°;④苏鲁-大别山地区的超高压变质岩的形成     

苏鲁超高压变质带北部地球物理调查(Ⅱ)——非地震方法

在北苏鲁超高压变质带(UHPM)上开展了深反射地震的同时,进行了大地电磁、地磁、放射性测量和重磁编图.本文介绍用这些方法取得的结果.两条区域性的地球物理剖面总长126km,经过二维反演取得了电阻率和磁性体剖面.结果表明:(1)大地电磁等综合地球物理资料与深反射地震剖面的推断结果基本一致,同样反映了UHPM岩块的俯冲折返与后期的隆升.(2)非地震地球物理资料不仅为地震解释提供约束,还可以提供地热流上涌、断裂和磁性体分布等更多的信息.(3)新发现莒南-海州北北西向断裂,对研究本区构造演化有重要意义.(4)根据地热流上涌、侵入体多和高波速体埋藏较深等特征,认为在本区进行科学钻探不够理想.