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锆石微破裂过程的离散元模拟

岩石学报 2024年第8期40卷 2574-2584页

作者：袁志煌田云涛高燕中山大学地球科学与工程学院广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室珠海519080 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082

锆石中富含放射性元素U和Th,其U-Pb、U-Th-He与裂变径迹分析方法是最常用的地质热年代计,但这些年龄均与锆石的辐射损伤程度有关。锆石中放射性元素U和Th衰变所导致的晶体自辐射损伤,会改变晶体的物理和化学性质,在微观上表现为蜕晶化,... 详细信息

锆石中富含放射性元素U和Th,其U-Pb、U-Th-He与裂变径迹分析方法是最常用的地质热年代计,但这些年龄均与锆石的辐射损伤程度有关。锆石中放射性元素U和Th衰变所导致的晶体自辐射损伤,会改变晶体的物理和化学性质,在微观上表现为蜕晶化,宏观上则表现为密度降低和体积膨胀。不同生长环带间的差异膨胀产生相对膨胀力,导致锆石发生微破裂。为了探究微破裂的发育过程与机制,本文基于锆石自辐射损伤-体积膨胀经验关系,利用离散元模拟方法,模拟核-边双层锆石自辐射损伤过程中内部应力分布;结合锆石的弹性模量与抗拉强度,模拟自辐射损伤与围压对核部高U、Th(模型Ⅰ)与边部高U、Th(模型Ⅱ)两类锆石微破裂发育的影响。结果显示随着自辐射损伤及体积膨胀的增大,锆石微破裂过程具有显著的阶段性:模型Ⅰ边部破裂对称发育,从单条逐渐发育成空心“十”字与“米”字形破裂网络;模型Ⅱ核部发育的多个同心状破裂是由早期放射状破裂随自辐射损伤增强而拓展并逐渐相连而形成。围压的影响效果与自辐射损伤程度有关:低自辐射损伤下,围压增加会抑制模型Ⅰ边部与模型Ⅱ核部破裂的发育与拓展;高自辐射损伤下,随着围压的增大,模型Ⅰ放射状破裂密度增大,而模型Ⅱ同心状破裂数目减少。锆石中微破裂的发育将晶体分割成若干亚颗粒,改变原子扩散出颗粒的路径与距离,因此本文对锆石微破裂过程的研究,对于理解锆石中元素的扩散及相关的地质应用具有参考意义。

关键词：锆石微破裂自辐射损伤蜕晶化离散元模拟

利用洋中脊玄武岩中橄榄石斑晶制约南海打开的地幔动力学机制

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岩石学报 2024年第7期40卷 2186-2202页

作者：杨帆黄小龙徐义刚贺鹏丽于洋南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广州511458 中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室中国科学院深地科学卓越研究中心广州510640

地幔柱与板块构造是地球运行的两大基本动力学机制。南海及其周缘地区处于海南地幔柱与东南亚环形俯冲系统时空交汇的背景,而新生代地幔柱在南海形成演化过程中所扮演的角色存在颇多争议。地幔源区富含辉石岩是南海及其周缘与地幔柱活... 详细信息

地幔柱与板块构造是地球运行的两大基本动力学机制。南海及其周缘地区处于海南地幔柱与东南亚环形俯冲系统时空交汇的背景,而新生代地幔柱在南海形成演化过程中所扮演的角色存在颇多争议。地幔源区富含辉石岩是南海及其周缘与地幔柱活动相关的玄武岩的共有特征,基于此推测,本文利用国际大洋发现计划(IODP)367航次在南海北缘U1500B站位钻遇的南海扩张初期洋中脊玄武岩(MORB)的橄榄石成分来制约南海扩张初期的地幔岩性,以检验南海扩张初期是否存在地幔柱-洋脊叠加。U1500B MORB所含橄榄石斑晶的Fo=76.4~89.4,NiO=0.09%~0.26%,CaO=0.25%~0.34%,MnO=0.16%~0.33%。这些橄榄石斑晶具有与南海西南次海盆扩张末期U1433B钻孔的MORB以及全球其他开放大洋MORB相似的NiO、CaO、MnO含量和FeO/MnO比值,代表其源区岩性主要为橄榄岩。U1500B钻孔MORB与该区存在地幔柱叠加的基性岩浆所含橄榄石斑晶成分的差异显著,表明南海扩张初期不存在地幔柱叠加,与前人估计的U1500B洋中脊玄武岩的正常地幔潜能温度(~1380℃)相符合。由于南海扩张初期洋中脊岩浆产率高,但缺乏地幔热异常和易融组分如辉石岩等,推测其地幔中可能有较多的早前俯冲板片贡献的再循环挥发分来维持高岩浆产率。所以,俯冲板片后撤导致的岩石圈伸展可能是南海打开的主要动力学机制。

关键词：南海橄榄石源区岩性地幔柱洋中脊玄武岩

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挤压构造带变形样式的热年代学诊断

科学通报 2024年第18期69卷 2518-2533页

作者：田云涛姚欣博张贵洪潘黎黎刘一珉热孜亚·麦麦提袁志煌李柏江张增杰张进江肖文交中山大学地球科学与工程学院广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室珠海519080 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519080 北京大学地球与空间科学学院北京100871 中国科学院新疆生态与地理研究所新疆矿产资源研究中心乌鲁木齐830011

构造运动是控制地应力场与塑造地貌形态的内源动力,受多重因素影响,在不同地区展现出不同的变形样式与岩石剥露路径.基岩热年代学数据常被用于量化岩石剥露与冷却过程,进而间接限定脆性与脆韧性构造变形的时限和样式,但相关数据具有多解... 详细信息

构造运动是控制地应力场与塑造地貌形态的内源动力,受多重因素影响,在不同地区展现出不同的变形样式与岩石剥露路径.基岩热年代学数据常被用于量化岩石剥露与冷却过程,进而间接限定脆性与脆韧性构造变形的时限和样式,但相关数据具有多解性,需要综合分析地质、地球物理等其他证据.本研究旨在以新构造变形与热年代学研究丰富的新特提斯构造带之喜马拉雅、阿尔卑斯、东喀尔巴阡、龙门山及四川盆地西南部5个地区为例,探究前缘逆冲-腹地正断构造、厚皮构造、前展式薄皮构造、乱序式薄皮构造等背景下,热年代学年龄与岩石剥露的空间展布规律,以期为其他地区的相关研究提供参考.切过喜马拉雅-雅鲁藏布江缝合带的热年代学年龄廊带图显示,主边界逆冲带与腹地正断层之间,热年代学年龄最小,剥蚀量最大,吸收了该地区的地壳缩短和中下地壳物质中新世以来的快速剥露.与喜马拉雅冲断带不同,阿尔卑斯造山带年轻的热年代学年龄和显著的岩石剥露主要分布在宽约80 km的造山带内部地区,记录了造山楔的双向逆冲推覆.东喀尔巴阡冲断带,重置的磷灰石(UTh)/He年龄向前陆盆地方向逐渐变小,但冲断带前缘磷灰石裂变径迹年龄未重置,指示前缘变形时代晚、剥蚀量小,记录了前展式冲断变形.龙门山冲断带热年代学年龄分布受3条逆断层控制,腹地断层上盘年龄最小,剥露深度最大,指示多条断层乱序式逆断活动.对四川盆地西南部褶皱带的分析显示,紧闭背斜区的热年代学年龄普遍相对年轻,且与地层时代负相关,记录了褶皱变形的发育过程和剥蚀幅度.上述结果表明,热年代学年龄的空间展布是限定挤压性新构造活跃区岩石剥露与扩展过程、甄别地壳变形样式的有力工具,是探讨构造-气候相互作用关系的重要基础.

关键词：缩短构造构造样式热年代学厚皮构造薄皮构造

折多山‒贡嘎山杂岩体晚渐新世退变质过程:来自长英质熔体的记录

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大地构造与成矿学 2024年第3期48卷 566-579页

作者：热孜亚·麦麦提田云涛姚欣博刘志超刘一珉张帅潘黎黎张贵洪张增杰中山大学地球科学与工程学院广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室广东珠海519082 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519082

青藏高原东南缘鲜水河断裂带中段折多山‒贡嘎山杂岩体东侧,出露新生代混合岩化片麻岩和侵入其中的淡色花岗岩,是该地区构造变形和地壳加厚过程的重要岩石记录。本文在详细的野外调查基础上,对两个长英质熔体样品开展了系统的岩相学、锆... 详细信息

青藏高原东南缘鲜水河断裂带中段折多山‒贡嘎山杂岩体东侧,出露新生代混合岩化片麻岩和侵入其中的淡色花岗岩,是该地区构造变形和地壳加厚过程的重要岩石记录。本文在详细的野外调查基础上,对两个长英质熔体样品开展了系统的岩相学、锆石U-Pb年代学和微量元素成分分析。获得的锆石U-Pb年龄分布在195~23 Ma之间,其中最年轻的一组年龄来自锆石增生边,集中在25~23 Ma之间,代表了熔体最后的结晶时代。锆石幔部的年龄范围为195~28 Ma,其中新生代年龄数据(54~28 Ma)在谐和图上呈串珠状分布,记录了该地区新生代以来的变质历史。锆石年龄与微量元素成分相关图显示,35~33 Ma以来重稀土及Y元素含量随锆石年龄减小而逐渐升高,指示变质基底发生石榴石分解,反映该区域自渐新世开始转变为减压退变质作用。另外,锆石结晶温度自35~33 Ma以来呈降低趋势,反映该减压过程中同时伴随着温度的降低。对比哀牢山‒红河断裂带高级变质作用及相关岩石的锆石U-Pb年代学研究结果,发现两个地区变质历史相似,表明川滇地块南、北两侧的大型边界断裂带在始新世‒晚渐新世均经历了显著的地壳加厚。本研究认为青藏高原东南缘始新世‒晚渐新世块体边界薄弱带的构造活化,吸收了印度‒欧亚陆陆碰撞所导致的陆内构造缩短和斜向挤出。

关键词：青藏高原东南缘鲜水河断裂折多山‒贡嘎山杂岩体混合岩石榴石分解

西南婆罗洲中生代构造归属:班达弧vs.印支陆块?

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科学通报 2024年第18期69卷 2587-2601页

作者：钱鑫王岳军 Junaidi Bin Asis 甘成势张玉芝中山大学地球科学与工程学院广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)珠海519080 Faculty of Science and Natural Resources University Malaysia SabahSabah 88400Malaysia

西南婆罗洲施瓦纳山杂岩体作为婆罗洲最大的岩体,保存了丰富的中生代岩浆记录,是研究中生代古太平洋俯冲体系表现形式的关键区域.但是以往对中生代西南婆罗洲构造归属的讨论存在班达弧和印支陆块两种截然不同的认识.为此,本文选取了施... 详细信息

西南婆罗洲施瓦纳山杂岩体作为婆罗洲最大的岩体,保存了丰富的中生代岩浆记录,是研究中生代古太平洋俯冲体系表现形式的关键区域.但是以往对中生代西南婆罗洲构造归属的讨论存在班达弧和印支陆块两种截然不同的认识.为此,本文选取了施瓦纳山杂岩体中新识别的晚白垩世中-基性火成岩开展了系统的年代学、主-微量元素和Sr-Nd-Pb-Hf同位素研究.锆石年代学研究表明该套晚白垩世中-基性火成岩形成于101~90 Ma.该套火山岩具有高镁火成岩的特征,以富集大离子亲石元素和轻稀土元素、亏损高场强元素(Nb、Ta和Ti)为特征,具有岛弧岩浆岩的配分模式.它们的初始(87Sr/86Sr)i=0.70450~0.70635,εNd(t)=–1.6~+1.7,锆石原位εHf(t)=–0.9~+12.3,其初始(206Pb/204Pb)i=18.73~18.83,(207Pb/204Pb)i=15.66~15.67,(208Pb/204Pb)i=38.78~39.88,显示出类似太平洋洋中脊玄武岩型的Pb同位素组成.地球化学数据表明,该套中-基性火成岩源自俯冲板片派生组分交代的地幔楔源区.区域对比研究表明,西南与西北婆罗洲的侏罗纪至白垩纪岛弧火成岩均具有相似的Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成和一致的岩浆作用期次(85、110、135和155 Ma),说明在西南与西北婆罗洲之间缺乏早中生代时期的缝合边界,证实了西南婆罗洲并非起源自班达弧,两者一起在晚白垩世时期共同受到了古太平洋西向的俯冲-回撤作用.

关键词：西南婆罗洲中生代火成岩古太平洋构造归属

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海洋温差能发电测试平台设计及试验研究

动力工程学报 2024年第4期44卷 582-589页

作者：刘新宇张理吴鹏飞朱健华南方海洋科学与工程广东省试验室(湛江) 广东湛江524025 中国海洋大学工程学院山东青岛266400

为了验证海洋温差能发电技术的可行性,检验关键设备工作性能并提供可靠的数据支撑,设计并建造了一套50 kW级海洋温差能发电测试平台。通过建立有机朗肯循环系统数学模型,研究了冷热源温度对系统性能的影响,同时通过平台运行试验,验证了... 详细信息

为了验证海洋温差能发电技术的可行性,检验关键设备工作性能并提供可靠的数据支撑,设计并建造了一套50 kW级海洋温差能发电测试平台。通过建立有机朗肯循环系统数学模型,研究了冷热源温度对系统性能的影响,同时通过平台运行试验,验证了理论设计模型的准确性并测试了典型工况下系统的运行特性。结果表明:冷热海水温差越大,系统循环热效率越高;测试平台运行结果与模拟结果吻合良好,系统瞬时最大发电功率可达43.9 kW,平均循环热效率为2.49%。

关键词：海洋温差能有机朗肯循环满液式换热器循环热效率

南海扩张期岩浆流体对洋壳厚度的影响: 数值模拟

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地球物理学报 2024年第2期67卷 615-629页

作者：张慧慧许鹤华邵佳姚永坚何丽娟中国科学院边缘海与大洋地质重点实验室南海海洋研究所南海生态环境工程创新研究院广州511458 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广州511458 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 南方科技大学海洋科学与工程系深圳518055 广州海洋地质调查局自然资源部海底矿产资源重点实验室广州510760 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京100029

扩张期洋中脊热液循环系统的热排出与岩浆系统的热注入共同控制着洋壳厚度的生成,而岩浆流体是热液循环系统的流体成分之一,往往与下渗海水混合参与各圈层能量和物质传递,但其能量传递对洋壳厚度的影响机制目前还不清楚.利用有限元的数... 详细信息

扩张期洋中脊热液循环系统的热排出与岩浆系统的热注入共同控制着洋壳厚度的生成,而岩浆流体是热液循环系统的流体成分之一,往往与下渗海水混合参与各圈层能量和物质传递,但其能量传递对洋壳厚度的影响机制目前还不清楚.利用有限元的数值模拟手段,对扩张期热液循环系统中岩浆流体与洋壳厚度的关系进行研究.结果表明:(1)相较于只有海水参与的对流循环,含有岩浆流体的热液循环造成的洋壳厚度的减薄量更大、热液喷口温度更高.(2)岩浆流体对洋壳厚度的二次减薄作用随其含量的增大而减弱,热液喷口温度随其含量的增大而升高.(3)南海岩浆水、地幔水含量和洋壳厚度的分布具有非均质性,东部次海盆的地幔水、岩浆水含量高于西南次海盆,前者的平均洋壳厚度也大于后者,并且在海盆残余扩张脊附近存在异常薄洋壳.结合模型结果分析认为,残余扩张脊附近的薄洋壳可能受到扩张期热液循环或后期岩浆流体的影响,而东部、西南次海盆的洋壳厚度差异可能是由于前者的岩浆流体含量高于后者而造成的.

关键词：热液循环岩浆流体洋壳厚度数值模拟洋壳增生南海异常薄洋壳

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海底地震仪数据丢失异常及内部时间校正

地球物理学报 2024年第7期67卷 2863-2873页

作者：李子正丘学林张佳政贺恩远王强张浩宇南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广州511458 中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质重点实验室广州510301 中国科学院南海生态环境工程创新研究院广州510301 中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院南京211103 中国科学院大学北京100049 福建省厦门地质工程勘察院海洋地质调查研究所福建厦门361008 福建省地质工程勘察院自然资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室福州350002

TS03航次使用国产海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)在马里亚纳海沟南段进行了一系列主动源和被动源地震作业,旨在获取跨越海沟的壳幔结构和地震活动性.但在数据处理过程中,我们发现POBS04台站地震剖面的直达水波到时异常,给接... 详细信息

TS03航次使用国产海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)在马里亚纳海沟南段进行了一系列主动源和被动源地震作业,旨在获取跨越海沟的壳幔结构和地震活动性.但在数据处理过程中,我们发现POBS04台站地震剖面的直达水波到时异常,给接下来的计算模拟工作带来困难.为此,本文计算了直达水波理论到时,对比SAC文件中气枪信号到时,以此进行异常数据的检查分析.结果表明,POBS04台站记录过程中发生了部分数据丢失,从而造成其内部时间存在错误,体现在SAC文件中气枪信号到时提前,以及相邻数据文件之间存在数十秒的时间间隔.因此,本文在SAC软件中将整段气枪信号进行延后,使其可以和直达水波理论到时准确对应;之后再进行裁截、分道排列和SEGY格式转换,最终得到了正常的单台地震剖面.这项研究发现了一种新型数据异常,为后续准确的OBS位置校正和地壳结构计算模拟提供了可靠的数据保障,也为国产仪器的改进及其异常数据修复提供了新的参考.

关键词：海底地震仪(OBS) 数据丢失异常内部时间校正挑战者深渊

华南陆块东部中生代基性岩浆活动及其构造启示

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科学通报 2024年第18期69卷 2618-2631页

作者：甘成势钱鑫张玉芝王岳军中山大学地球科学与工程学院广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室珠海519080 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519080

华南陆块东部在中生代时期主要受古特提斯和古太平洋两大构造域的影响,发育多期岩浆活动和大规模成矿作用,但两大构造域的转换时间及过程存在较大争议.基性岩是研究软流圈、岩石圈地幔和俯冲板片相互作用的理想对象,本文系统厘定了华南... 详细信息

华南陆块东部在中生代时期主要受古特提斯和古太平洋两大构造域的影响,发育多期岩浆活动和大规模成矿作用,但两大构造域的转换时间及过程存在较大争议.基性岩是研究软流圈、岩石圈地幔和俯冲板片相互作用的理想对象,本文系统厘定了华南陆块东部中生代基性岩(228~69 Ma)的时空格架及元素-同位素时空演变规律,取得了以下主要认识:(1)侏罗纪和白垩纪基性岩按照岩相学和元素-同位素地球化学特征均可分为OIB、类OIB和“岛弧”/岛弧型三类,它们来源于不同的地幔源区;(2)侏罗纪“岛弧”型基性岩的时空分布和元素-同位素地球化学性质明显有别于晚三叠世基性岩和白垩纪岛弧型基性岩,说明它们并非是与古太平洋板块俯冲相关的岛弧岩浆,其“岛弧”性质很可能是继承了源区的特征;(3)两大构造域转换的起始时间为早侏罗世早期(约200 Ma),完成转换的最终时间为中-晚侏罗世之交(约170 Ma);(4)古太平洋构造域自晚侏罗世以来对华南陆块东部的影响越来越明显,白垩纪时期的板片交代影响范围仅局限于赣江断裂以东地区;(5)白垩纪基性岩主要形成于两个峰期(约125和90 Ma),与古太平洋板块的两期俯冲-回撤作用有关.

关键词：中生代基性岩古太平洋构造域古特提斯构造域构造转换华南陆块