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辽北地区克拉通与造山带边界的限定:来自晚古生代-早中生代花岗质岩石锆石Hf同位素证据

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地质学报 2024年第6期98卷 1715-1731页

作者：张琪琪张拴宏赵越胡国辉中国地质科学院地质力学研究所北京100081 自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室北京100081

华北地块北缘主要由北侧白乃庙弧带和南侧华北克拉通组成,尽管白云鄂博-多伦-赤峰-开原断裂被认为是克拉通与造山带边界,但在辽北地区该断裂带的具体位置并不明确。华北克拉通与白乃庙弧不同的基底属性和演化历史导致了两大构造单元内... 详细信息

华北地块北缘主要由北侧白乃庙弧带和南侧华北克拉通组成,尽管白云鄂博-多伦-赤峰-开原断裂被认为是克拉通与造山带边界,但在辽北地区该断裂带的具体位置并不明确。华北克拉通与白乃庙弧不同的基底属性和演化历史导致了两大构造单元内岩浆岩(主要为中酸性岩石)具有不同的Nd-Hf同位素组成。本文以辽北地区广泛出露的晚古生代—早中生代花岗质岩石为研究对象,通过对其进行年代学和Hf同位素研究,以此来限定辽北地区克拉通与造山带的边界位置。研究结果表明:位于白乃庙弧与华北克拉通北缘之上的石炭纪和二叠纪—早三叠世花岗质岩石锆石Hf同位素组成具有明显差异,具体表现为前者ε_(Hf)(t)值均为正值且平均地壳模式年龄T^(C)_(DM)普遍小于1.0Ga,后者ε_(Hf)(t)值均为负值且平均地壳模式年龄T^(C)_(DM)普遍大于2.2Ga。尽管中三叠世花岗质岩石锆石Hf同位素组成变化范围较大且有少量区域重合,但总体上仍表现出不同的特征。本文通过对比辽北地区石炭纪-中三叠世花岗质岩石锆石Hf同位素组成,结合太古宙-古元古代变质结晶基底岩系的分布范围,初步限定了辽北地区古老克拉通(华北克拉通)与年轻造山带(白乃庙弧)的边界位置:阜新北约60km-彰武西南部-新民北部-法库南部-铁岭西部-开原东部-清河断裂。

关键词：华北克拉通白乃庙弧克拉通与造山带边界花岗质岩石锆石Hf同位素

柴达木盆地北缘西段下石炭统物源和构造背景:来自碎屑岩U-Pb年代学与地球化学的约束

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地质学报 2024年第4期98卷 1056-1067页

作者：胡俊杰施辉马立成马寅生王嘉琦钟畅中国地质科学院地质力学研究所北京100081 自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室北京100081 中国地质调查局油气地质力学重点实验室北京100081

为查明柴达木盆地北缘西段早石炭世沉积物来源和构造背景,本次研究采集小赛什腾山怀头他拉组沉积岩进行碎屑岩锆石U-Pb年代学和全岩微量元素地球化学分析。研究表明:测试样品微量元素蛛网图呈平坦型,富Th、U、Hf,贫Co、Sc、Ni、V元素;... 详细信息

为查明柴达木盆地北缘西段早石炭世沉积物来源和构造背景,本次研究采集小赛什腾山怀头他拉组沉积岩进行碎屑岩锆石U-Pb年代学和全岩微量元素地球化学分析。研究表明:测试样品微量元素蛛网图呈平坦型,富Th、U、Hf,贫Co、Sc、Ni、V元素;砂岩轻重稀土元素分馏明显,属轻稀土富集型,具有中等负Eu异常;Cr/Zr、Sm/Nd、Th/Sc及Th/U等微量元素比值和判别图版显示研究区怀头他拉组为上地壳长英质物源区。沉积岩微量元素、稀土元素含量及特征比值显示,研究区样品与大陆弧环境砂岩具有极为相似的地球化学特征,相关构造环境投图同样表明怀头他拉组沉积环境以大陆弧为主,兼有主动大陆边缘特征。怀头他拉组碎屑锆石U-Pb年龄可划分出3个年龄区间,480~402 Ma,1493~900 Ma和1908~1803 Ma。年龄谱呈早古生代单峰值特征,峰值年龄为414 Ma,反映物源区与柴北缘加里东期构造带内早古生代晚期的岩浆作用关系密切。结合前人区域上古地理、古水流证据,综合分析认为小赛什腾山下石炭统怀头他拉组物源主要来自于柴北缘高压—超高压变质带。

关键词：小赛什腾山怀头他拉组地球化学特征碎屑锆石U-Pb年代学构造背景

柴北缘尕海南山晚志留世—晚泥盆世火山岩浆组合对早古生代造山后伸展时限的约束

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地质力学学报 2024年第3期30卷 506-518页

作者：高万里王宗秀吴林江万钱涛中国地质科学院地质力学研究所北京100081 自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室北京100081

柴达木盆地北缘(柴北缘)构造带经历了早古生代的大洋俯冲到大陆俯冲,形成了广为人知的柴北缘超高压变质带。早古生代造山带何时开始垮塌一直存在争论,火山岩和侵入岩作为深地岩石探针能为约束地壳活动提供关键制约。应用锆石LA–ICP–M... 详细信息

柴达木盆地北缘(柴北缘)构造带经历了早古生代的大洋俯冲到大陆俯冲,形成了广为人知的柴北缘超高压变质带。早古生代造山带何时开始垮塌一直存在争论,火山岩和侵入岩作为深地岩石探针能为约束地壳活动提供关键制约。应用锆石LA–ICP–MS U–Pb年代学和Lu–Hf同位素方法对柴北缘东段尕海南山地区出露的牦牛山组火山碎屑岩和侵入其中的花岗岩开展研究。锆石U–Pb年代学结果显示,牦牛山组火山碎屑岩的形成时代约为423 Ma,侵入其中的花岗岩的形成时代为370 Ma,表明火山岩喷发的年龄在晚志留世,后期侵入的花岗岩结晶年龄为晚泥盆世;锆石Lu–Hf同位素结果显示,晚志留世熔结凝灰岩ε_(Hf)(t)值集中在–11.5~–8.3,其两阶段Hf模式年龄集中在1945~2133 Ma,显示火山岩主要源于古老地壳物质熔融;而晚泥盆世侵入的花岗岩的ε_(Hf)(t)值分布在3.9~9.1,其两阶段的Hf模式年龄集中在792~1118 Ma,显示花岗岩主要源于中—新元古代地壳物质的部分熔融。结合对区域地质、岩石学等资料的综合分析认为,晚志留世—早泥盆世时期,大陆深俯冲导致的强烈造山作用造成柴北缘地壳发生明显加厚,加厚的欧龙布鲁克地壳基底发生部分熔融,形成了该时期的火山岩;晚泥盆世时期,加厚地壳的拆沉作用导致软流圈地幔上涌,引发区域地壳伸展,上涌的软流圈物质与地壳相互作用并发生部分熔融作用。因此区域牦牛山组形成时代跨度较大,不能笼统地用牦牛山组代表造山结束的时限,晚泥盆世岩浆岩的出现才预示着柴北缘地区进入显著的地壳伸展状态。

关键词：青藏高原晚古生代柴达木盆地北缘火山-侵入岩构造背景

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花岗岩侵位后的热应力时空演化及其影响因素

地质力学学报 2024年第1期30卷 38-56页

作者：赵裕达张文高刘昊刘向冲中国地质科学院地质力学研究所北京100081 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083 自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室北京100081 中国地质科学院地质力学研究所动力成岩成矿实验室北京100081 中国地质大学(武汉)资源学院湖北武汉430074

花岗岩与岩浆热液型矿床、油气成藏等有密切的成因关系。高温岩浆侵位到较冷的围岩中会形成岩浆热场和热应力,但热应力的大小和其影响范围尚缺乏系统研究。随着岩浆热耗散、与周围地层达到热平衡后,热应力会逐渐消失,因而数值模拟是定... 详细信息

花岗岩与岩浆热液型矿床、油气成藏等有密切的成因关系。高温岩浆侵位到较冷的围岩中会形成岩浆热场和热应力,但热应力的大小和其影响范围尚缺乏系统研究。随着岩浆热耗散、与周围地层达到热平衡后,热应力会逐渐消失,因而数值模拟是定量研究岩浆热应力的常见方法之一。以往模拟岩浆热应力时往往采用岩石在常温下的线性热膨胀系数,但这与高温下岩石线性热膨胀系数存在较大差距。文章利用FLAC3D软件模拟花岗质岩浆侵位至上地壳范围内引起的热应力。求解物理方程包括热传导方程与线性热弹性本构方程,其中热场可通过温度差和线性热膨胀系数改变应力场,但应力场的变化不影响热场(即热场与应力场的单向耦合)。通过一系列数值模拟实验考察围岩岩性(花岗岩或碳酸盐岩)、杨氏模量、热学参数和岩浆侵位深度如何影响岩浆在上覆围岩产生的热应力。数值实验结果表明:岩石热传导系数通过传热快慢影响热应力的变化;围岩的杨氏模量越大,热应力也越大;由于花岗岩的平均杨氏模量大于碳酸盐岩,所以围岩为花岗岩时产生的热应力要高于碳酸盐岩;围岩无论是花岗岩还是碳酸盐岩,其在高温条件下的线性热膨胀系数比常温时高约1个数量级,产生的热应力最高可达100 MPa。花岗岩浆侵位后,围岩温度逐渐升高,对应的热应力不断增大;随着与岩浆房距离的增大,热应力不断减小,影响范围为岩浆房上方2 km以内;侵位深度浅的岩浆房冷却较快,其产生的热应力更有利于上覆围岩裂隙的形成和扩展。综合数值模拟结果可知,岩浆侵位所产生的热应力可影响岩体2 km内的应力场,这一局部存在且短瞬的热应力促使围岩破裂,为热液流体成矿提供运移通道或容矿空间。

关键词：花岗岩冷却岩浆热场数值模拟热应力线性热膨胀系数

松辽盆地深部基底地应力状态:来自松科2井地应力实测数据的证据

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地学前缘 2024年第2期31卷 377-390页

作者：王斌孙东生李阿伟杨跃辉陈群策长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室湖北武汉430010 中国地质科学院地质力学研究所北京100081

松辽盆地基底内的地应力状态是地震等地质灾害研究、盆地动力学分析和油气资源开发利用等领域的重要基础数据。岩心非弹性应变恢复法是近年来发展起来的基于钻孔岩心的近原位三维地应力测量方法。本文将岩心非弹性应变恢复法应用于松辽... 详细信息

松辽盆地基底内的地应力状态是地震等地质灾害研究、盆地动力学分析和油气资源开发利用等领域的重要基础数据。岩心非弹性应变恢复法是近年来发展起来的基于钻孔岩心的近原位三维地应力测量方法。本文将岩心非弹性应变恢复法应用于松辽盆地大陆科学钻探松科2井(SK-2)深部地应力测量,获得了松辽盆地基底内近6~7 km的三维地应力状态,结果表明盆地基底内(6646~6846 m)为走滑断层应力环境(σ_(H)>σ_(V)>σ_(h)),最大水平主应力方向为近E-W方向。盆地基底内的应力状态与盆地内及周边邻近区域的震源机制解(震源深度7~15 km)所反演的应力环境相吻合。盆地基底处于以E-W向近水平挤压为主导的构造应力场,这种应力状态的形成,可能为西太平洋板块NW向挤压运动背景下,受控于NE-NEE走向的依兰—伊通断裂和敦化—密山断裂右行走滑产生的次级应力场。研究结果对于认识区域构造应力场背景及松辽盆地的形成与演化过程具有重要参考价值。

关键词：松辽盆地松科二井地应力非弹性应变恢复法震源机制解

福建行洛坑高产热花岗岩U、Th来源与富集成因

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地球科学 2024年

作者：胡鐇分刘昊王永刘向冲中国地质科学院地质力学研究所自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室中国地质科学院地质力学研究所动力成岩成矿实验室

钨矿与高分异花岗岩有密切的成因联系。全球大型/超大型钨锡矿床相关花岗岩的放射性产热率大多为5-10 μWm-3，属于高产热花岗岩；其放射性产热率主要来源于U，一般达到70%，其次是Th（20%）与K（<10%），然而目前并不清楚含钨花岗岩放... 详细信息

钨矿与高分异花岗岩有密切的成因联系。全球大型/超大型钨锡矿床相关花岗岩的放射性产热率大多为5-10 μWm-3，属于高产热花岗岩；其放射性产热率主要来源于U，一般达到70%，其次是Th（20%）与K（研究，通过对行洛坑花岗岩单矿物（黑云母、斜长石、锆石、独居石、磷灰石等）的成分分析，结合已发表的全岩主、微量数据，利用质量守恒原理分别约束U、Th、K的主要赋存矿物。行洛坑两期花岗岩（G1与G2）的锆石U-Pb年龄分别为：151.5±0.6Ma和150.0±0.6Ma，根据单矿物计算的G1与G2总产热率分别为1.78 μWm-3、2.28 μWm-3。其中，K主要赋存于钾长石和黑云母等矿物，这两种矿物的K对全岩的热贡献率不到10%（全岩计算平均值为9%）；Th主要来自于独居石，独居石中Th热贡献率最高达到了46%（全岩计算平均值为28%）；U主要来自锆石、独居石以及少量磷灰石，热贡献率均低于15%（全岩计算平均值为63%）。G1与G2单矿物计算的产热率只达到全岩平均产热率(分别为3.74 μWm-3和6.10 μWm-3)的48%和37%，这种显著差异可能是由于行洛坑花岗岩中大量U存在于少量高U锆石。行洛坑花岗岩的U主要赋存于锆石（尤其是高U锆石），Th主要赋存于独居石，K主要赋存于钾长石和黑云母等主要硅酸盐矿物；行洛坑花岗岩中U、Th的富集可能由源区和结晶分异作用共同控制的；行洛坑花岗岩放射性热（尤其是晚期岩体）可能延长了行洛坑热液对流时限并促进白钨矿的形成。

关键词：高产热花岗岩锆石独居石钨矿床行洛坑

青藏高原南部玛不错湖面变化及其对气候环境的指示

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现代地质 2024年第2期38卷 477-486页

作者：韩建恩邵兆刚张雪锋余苇孟庆伟余佳王津朱大岗中国地质科学院地质力学研究所北京100081 自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室北京100081 中国地质科学院北京100037 黄河水利职业技术学院河南开封475004

青藏高原藏南谷地中部的玛不错湖位于印度夏季风和西风影响区内,对气候变化响应敏感。不同年份相同时相的遥感影像反映了湖面的变化特征,是探究区域气候变化的重要对象。湖岸堤和湖成阶地沉积物记录了湖面水位变化的历史,可帮助认识区... 详细信息

青藏高原藏南谷地中部的玛不错湖位于印度夏季风和西风影响区内,对气候变化响应敏感。不同年份相同时相的遥感影像反映了湖面的变化特征,是探究区域气候变化的重要对象。湖岸堤和湖成阶地沉积物记录了湖面水位变化的历史,可帮助认识区域古气候的变化和定量重建湖面波动。本文运用ArcGIS遥感解译、AMS ^( 14)C测年和DEM等方法确定玛不错北岸湖岸堤的高程和湖岸阶地的年代,结合湖成阶地剖面的沉积序列指示的湖面变化过程,重建晚更新世以来玛不错湖面的变化过程。S_(7)-S_(4)湖岸堤阶段,14256~13984 a BP之前,玛不错与其南侧的嘎拉错、多庆错为一体,是一个统一的大湖。S_(7)→S_(4),湖平面总体上呈逐渐下降的趋势,玛不错与多庆错、嘎拉错先后分离形成独立湖泊。S_(4)→S_(3)阶段,湖面逐渐上涨,分离的玛不错与嘎拉错重新连为一体,但这个过程持续时间比较短暂。S_(3)-S_(1)阶段,14256~13984 a BP之后,玛不错成为一个独立的湖泊。S_(3)→S_(1)阶段,湖面整体上呈逐渐下降的趋势。综合来看,晚更新世以来玛不错湖面经历了高→低→高→低的变化过程,湖面升降变化主要受区域大气降水和冰川融水的控制,反映了印度季风的强弱变化和全球气候的变化。近十年来遥感解译的湖面变化显示,玛不错2013-2015年期间呈萎缩状态,2016-2018年期间呈扩张状态,反映近年来青藏高原藏南谷地中部的气候有向暖湿化发展的趋势。该认识对于全球气候变暖背景下青藏高原气候环境变化趋势研究领域提供了新的参考。

关键词：青藏高原玛不错遥感影像湖岸堤湖平面古环境变化

北羌塘胜利河地区布曲组优质烃源岩形成环境与有机质富集机制

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地质学报 2024年第2期98卷 530-543页

作者：陈程吴珍汉赵为永王利季长军赵珍张浩龚赞中国地质科学院地质力学研究所北京100081 自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室北京100081 中国地质调查局油气地质力学重点实验室北京100081 中国地质科学院北京100037 中国石油青海油田分公司勘探开发研究院甘肃敦煌736202 中国地质调查局北京100037 中国地质调查局南京地质调查中心江苏南京210016

羌塘盆地是我国陆上新区油气勘探程度最低的中生代海相含油气沉积盆地,其主力烃源岩一直认识不清。本文以胜利河地区中侏罗统布曲组烃源岩为研究对象,开展了有机地球化学和元素地球化学的系统研究,探讨了布曲组烃源岩的形成环境和有机... 详细信息

羌塘盆地是我国陆上新区油气勘探程度最低的中生代海相含油气沉积盆地,其主力烃源岩一直认识不清。本文以胜利河地区中侏罗统布曲组烃源岩为研究对象,开展了有机地球化学和元素地球化学的系统研究,探讨了布曲组烃源岩的形成环境和有机质富集机制,为预测北羌塘坳陷中侏罗统布曲组优质烃源岩的分布提供了理论依据。胜利河地区布曲组烃源岩有机质丰度高,有机质类型为Ⅱ型,处于成熟阶段,综合评价为优质烃源岩。布曲组沉积时期,气候干旱炎热,研究区初级生产力水平较高,属于弱局限盆地,具有浅水、高盐度、贫氧—缺氧的沉积环境。布曲组沉积时期,羌塘盆地发生大规模海侵,研究区邻近中央隆起,陆源输入和热液活动携带大量营养物质磷、铁等进入海洋,导致较高的初级生产力,是北羌塘坳陷布曲组优质烃源岩有机质富集的主控因素。研究区位于北羌塘坳陷的最小含氧带区域,有利于大量浮游生物在此缺氧死亡埋藏保存。通过有机质富集机制的分析,北羌塘坳陷的近岸陆棚斜坡带可能是中侏罗统布曲组优质烃源岩分布的有利区域。

关键词：有机质富集优质烃源岩古生产力胜利河北羌塘坳陷

LA-ICP-MS石榴子石U-Pb定年方法在异剥钙榴岩和矽卡岩年代学研究中的应用

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地球学报 2024年第3期45卷 386-396,I0001-I0004页

作者：王森张拴宏蔡梦颖申佳奇张琪琪杨静中国地质科学院地质力学研究所北京100081 自然资源部古地磁与古构造重建重点实验室北京100081 中国地质调查局极地地学研究中心北京100081 中国地质大学(北京) 北京100083

本文利用Coherent GeoLas HD型193 nm ArF准分子激光剥蚀系统和Agilent 7900型四极杆电感耦合等离子体质谱仪,建立了LA-ICP-MS石榴子石U-Pb定年方法。利用该方法,对采自冀北地区晚古生代镁铁质-超镁铁质混杂岩体中的异剥钙榴岩和闽西南... 详细信息

本文利用Coherent GeoLas HD型193 nm ArF准分子激光剥蚀系统和Agilent 7900型四极杆电感耦合等离子体质谱仪,建立了LA-ICP-MS石榴子石U-Pb定年方法。利用该方法,对采自冀北地区晚古生代镁铁质-超镁铁质混杂岩体中的异剥钙榴岩和闽西南马坑式铁矿含矿石榴子石矽卡岩这两种岩石中的石榴子石开展U-Pb定年研究。在冀北地区晚古生代镁铁质-超镁铁质混杂岩体中的异剥钙榴岩中,获得石榴子石下交点年龄为(387.6±5.4) Ma (D496-1, MSWD=1.1, N=30)和(409.3±7.8) Ma (D493-1, MSWD=2.0, N=60),在马坑铁矿石榴子石矽卡岩中,获得石榴子石下交点年龄为(128.6±2.1) Ma (ZK7921-b24, MSWD=2.0, N=60)和(128.7±3.2)Ma(ZK7922-b1,用锆石91500校正,MSWD=1.8,N=42);在潘田铁矿的石榴子石矽卡岩中,获得石榴子石的下交点年龄为(128.7±1.7)Ma (PT-b1, MSWD=1.7, N=30)和(132.1±1.3) Ma(PT-b1样品,用锆石91500校正,MSWD=1.6,N=30)(除了指明使用锆石标样91500校正石榴子石未知样品外,其他皆用石榴子石标样Willsboro校正石榴子石未知样品的U/Pb分馏)。以上结果与Sm-Nd等时线年龄及前人报道的锆石U-Pb年龄在误差范围内一致。对马坑式铁矿石榴子石矽卡岩U-Pb定年结果表明,利用石榴子石标样Willsboro和锆石标样91500作为外标样校正同一样品中石榴子石U/Pb同位素分馏,获得的下交点年龄一致,206Pb/238U年龄的加权平均值也一致,说明石榴子石与锆石之间的基体效应较小,在缺乏石榴子石标样时,可用锆石标样91500代替。在上述研究基础上分析了石榴子石U-Pb定年方法在矽卡岩型矿床成矿时代研究及异剥钙榴岩年代学研究中的应用潜力,认为石榴子石U-Pb定年方法在矽卡岩型矿床及异剥钙榴岩年代学研究中具有巨大的应用推广前景,具有重要的理论指导和实际应用意义。

关键词：石榴子石锆石 U-Pb定年 LA-ICP-MS 异剥钙榴岩矽卡岩

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