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上覆板块对大陆深俯冲构造响应:以胶辽地区为例

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岩石学报 2024年第8期40卷 2287-2305页

作者：孟令通林伟任志恒杨进辉李金雁中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国科学院新疆生态与地理研究所乌鲁木齐830011

在大陆深俯冲形成的超高压造山带中,由于超高压岩石折返构造的强烈改造,板块汇聚过程中的收缩构造难以在造山带内部识别,进而影响了对造山过程的完整认识。上覆板块,由于其构造部位的特殊性,较少受折返构造的影响,较大可能地记录了板块... 详细信息

在大陆深俯冲形成的超高压造山带中,由于超高压岩石折返构造的强烈改造,板块汇聚过程中的收缩构造难以在造山带内部识别,进而影响了对造山过程的完整认识。上覆板块,由于其构造部位的特殊性,较少受折返构造的影响,较大可能地记录了板块汇聚过程的收缩构造,成为理解板块汇聚过程和演化的关键地区。本文以华南板块大陆深俯冲过程中苏鲁超高压造山带上覆华北大陆岩石圈的构造响应为切入点,以胶辽地区为研究靶区,运用多尺度构造解析的方法,综合前人研究成果开展三叠纪收缩构造的流变学特点研究,结合造山带内部变形特征,探讨苏鲁超高压造山带及其上覆板块构造演化过程和动力学机制。研究结果表明,上覆板块在华南-华北汇聚过程中经历了早期上部向NE剪切的逆冲构造和晚期上部向SW剪切的反冲构造。早期收缩构造表现为胶北地体莱西单元早-中三叠世上部指向NE的韧性变形,辽东地体中-晚三叠世上部指向NE的韧性变形和极性向NE的褶皱-逆冲构造;从南向北,变形层次渐浅,时间渐新。晚期收缩构造主要表现为胶北地体林寺山单元晚三叠世早期上部指向SW的韧性变形和辽东地体层次较浅的上部向SW剪切的反冲构造。综合苏鲁超高压造山带晚三叠世晚期造成超高压变质岩石折返的伸展构造,我们建立了华南-华北板块汇聚的三阶段演化模型。我们认为华南板块的低角度-平板俯冲可能是造成上覆华北板块强烈收缩构造发育的重要原因。此外,华南-华北NE-SW向汇聚,但俯冲板块造山后折返方向为NW-SE向,造就了现今苏鲁超高压造山带的构造格局。

关键词：大陆深俯冲上覆板块三叠纪NE-SW向收缩构造构造解析苏鲁超高压造山带

喜马拉雅琼嘉岗伟晶岩型锂矿成矿地质特征和形成机制

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岩石学报 2024年第9期40卷 2664-2678页

作者：赵俊兴秦克章何畅通李俊瑜刘宇超施睿哲朱丽群赵永能林伟吴福元中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 岩石圈演化与环境演变全国重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

西藏喜马拉雅琼嘉岗伟晶岩型锂矿是喜马拉雅稀有金属成矿带标志性的伟晶岩型矿床。其成矿地质特征、成矿机理-机制和含矿性评价的研究对喜马拉雅稀有金属成矿带的形成机制和找矿勘查工作研究具有重要意义。中国科学院地质与地球物理研... 详细信息

西藏喜马拉雅琼嘉岗伟晶岩型锂矿是喜马拉雅稀有金属成矿带标志性的伟晶岩型矿床。其成矿地质特征、成矿机理-机制和含矿性评价的研究对喜马拉雅稀有金属成矿带的形成机制和找矿勘查工作研究具有重要意义。中国科学院地质与地球物理研究所在2021~2023年期间对喜马拉雅琼嘉岗伟晶岩型锂矿形成机制研究中,获得如下认识:(1)琼嘉岗锂辉石伟晶岩的主矿体主要顺矽卡岩化大理岩和钙质千枚岩面理侵入,中部整体上呈板状近水平(10°~20°),主矿体两侧倾角相对较大(30°~50°);(2)琼嘉岗矿床的富锂矿物主要为锂辉石(包括3个期次),次为透锂长石、锂绿泥石、锂云母等,其他稀有金属矿物包括绿柱石、日光榴石、羟硅铍石、铌锰矿-铌铁矿、锡石等,围岩蚀变主要为矽卡岩化并含有少量锡矿化;(3)琼嘉岗锂矿中花岗岩-伟晶岩的演化和成矿受岩浆结晶分异过程控制,锂辉石伟晶岩矿体的形成与系统大量流体出溶有关,花岗质熔体演化的早期阶段稀有金属可能达到饱和;(4)钾长石Ti温度计和流体包裹体等容线相交法揭示出从电气石白云母花岗岩到锂辉石伟晶岩呈现降温趋势,锂辉石伟晶岩石英形成时流体的捕获温度为410~475℃,捕获压力为180~240MPa,结合含锂矿物相关系揭示出降压是锂辉石伟晶岩形成的重要机制;(5)建立了琼嘉岗锂矿的成矿模式,指出高度结晶分异、流体出溶和降压过程控制了琼嘉岗锂辉石伟晶岩的形成,流体交代作用形成了稀有金属矿化;(6)长石结构和化学成分(Rb、Cs、Sr、Ba、K/Rb和形成温度)、石榴子石组成(高水含量、高Mn/(Mn+Fe)的锰铝榴石)、副矿物组成及其包裹矿物类型是琼嘉岗及周边伟晶岩含矿性评价的有效指标。

关键词：琼嘉岗锂矿地质特征成矿机制成矿模型喜马拉雅稀有金属成矿带

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地壳深熔过程中锆石的Zr同位素分馏

中国科学:地球科学 2024年第8期54卷 2534-2545页

作者：朱二林夏琼霞李赵雅陈仁旭 James VAN ORMAN 中国科学技术大学地球和空间科学学院中国科学技术大学岩石圈演化与环境演变全国重点实验室行星探索与前瞻性技术前沿科学中心 Department of Earth Environmental and Planetary Sciences Case Western Reserve University

锆（Zr）作为高场强元素之一,由于有限的Zr同位素数据库,地质演化过程中的Zr同位素行为仍然存在许多疑问.岩浆体系中Zr同位素常用于示踪岩浆分异过程,而对于地壳深熔过程中Zr同位素分异与锆石结晶过程之间的关系仍有待研究.本研究对采... 详细信息

锆（Zr）作为高场强元素之一,由于有限的Zr同位素数据库,地质演化过程中的Zr同位素行为仍然存在许多疑问.岩浆体系中Zr同位素常用于示踪岩浆分异过程,而对于地壳深熔过程中Zr同位素分异与锆石结晶过程之间的关系仍有待研究.本研究对采自南拉萨和北大别两个高温变质地体的混合岩进行了锆石原位Zr同位素分析,结果显示出较大的同位素分馏,δ94/90ZrIPGP值(标记为δ94Zr)变化范围分别为-0.30‰～+0.81‰和-0.58‰～+0.49‰.在这些锆石中,除岩浆源区的残留锆石外,发现有两类新生锆石.根据寄主岩石的类型、锆石的微量元素含量和Zr同位素值,新生锆石可以分为两类:第一类是主要赋存于原位浅色体中的转熔锆石,具有最高的铌（Nb）-钽（Ta）-铪（Hf）-铀（U）含量,其δ94Zr值变化范围较大,并显著高于残留锆石δ94Zr值;第二类是主要赋存于异位浅色脉体中的深熔锆石,具有较高的Nb-Ta-Hf-U含量,其δ94Zr值与残留锆石相似.数值模拟计算表明,新生锆石的Zr同位素组成变化较大,主要是部分熔融过程中锆石和非锆石相的差异分解所释放的Zr同位素不同而导致的.转熔锆石的Zr主要来自于原位深熔熔体中含锆矿物相的分解（非锆石效应）,而深熔锆石的Zr主要来自于演化熔体中残留锆石的溶解（锆石效应）.混合岩中显著的Zr同位素分馏很好地反映了部分熔融过程中深熔熔体生成-迁移-聚集-结晶的动力学过程.因此,Zr同位素可以作为区分地壳深熔过程中转熔锆石和深熔锆石的有力工具.

关键词： Zr同位素锆石效应非锆石效应混合岩地壳深熔作用

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扩散年代学:进展与展望

地质学报 2024年第3期98卷 862-875页

作者：李扬吴黎光李献华造山带与地壳演化教育部重点实验室北京大学地球与空间科学学院北京100871 岩石圈演化国家重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029

地质年代学为地球与行星科学研究提供时间坐标,以定量解析地质过程先后关系和时间尺度。历经百余年发展,定年技术在研究对象、测试效率、空间分辨率和时间分辨率等维度均得到大幅度提高,地质年代学研究已从仅提供时代约束过渡到更加强... 详细信息

地质年代学为地球与行星科学研究提供时间坐标,以定量解析地质过程先后关系和时间尺度。历经百余年发展,定年技术在研究对象、测试效率、空间分辨率和时间分辨率等维度均得到大幅度提高,地质年代学研究已从仅提供时代约束过渡到更加强调对地质过程时间尺度与节律的研究,进而约束地质事件的驱动机制和互馈机理。然而,基于放射性同位素衰变的绝对定年技术精度存在物理极限,不能无限提高,且其时间分辨率一般随年龄增加而变差,难以满足深时地质研究的高时间分辨率需求,发展时间分辨率不受绝对年龄约束的相对定年技术是地质年代学的重要发展方向。本文围绕扩散年代学这一具有重要发展前景的相对定年技术,在系统回顾其理论模型和测量技术的基础上,重点对制约扩散年代学准确性和精确性的问题,如扩散系数的不确定性、扩散初始条件假设、浓度曲线的测试质量以及误差评估等进行了探讨。本文还对扩散年代学近年来在岩浆储存与运移、成矿时间尺度与节律和变质过程等领域取得的部分重要进展予以评述。精确的扩散系数是开展扩散年代学研究的前提,以石英中的Ti为例,不同实验给出的扩散系数差异超过3个数量级,据此计算的花岗岩岩浆在固相线上的储存时间从几十年变化到百万年尺度,显著影响我们对岩浆储存状态的理解。高质量的元素浓度剖面测量是扩散年代学的关键,因石英Ti含量的高空间分辨率精准测量较为困难,CL灰度常被作为Ti含量的替代指标,但这需要考虑Al等元素对CL灰度的影响,并严格评估Ti含量校正曲线和扩散剖面空间尺度不匹配对定年结果的影响。高温变质过程U-Pb定年通常给出较为离散的表观年龄,并被解释为变质过程具有较长的持续时间,这一定程度上可以通过高温下同位素体系因扩散引起的不封闭予以解释。展望未来,进一步完善扩散年代学在高温体系中的研究,拓展在中低温条件下的应用,并与绝对定年深度结合,是扩散年代学的重要发展方向,也是实现深时地质研究高时间分辨率解析的必由之路。

关键词：相对定年时间分辨率扩散系数

不同低气压环境下走廊火灾顶棚射流温度分布特征研究

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工程热物理学报 2024年第7期45卷 2166-2174页

作者：刘紫玮唐飞胡隆华孙协鹏张晓磊中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

顶棚射流火灾蔓延是建筑火灾动力学经典科学问题之一。本文主要开展了不同低气压情况下建筑走廊顶棚射流温度分布特征研究,分析了不同低气压环境条件对走廊内贴壁受限火羽流温度演化特征的影响,发现随着环境气压的降低,走廊顶棚火焰扩... 详细信息

顶棚射流火灾蔓延是建筑火灾动力学经典科学问题之一。本文主要开展了不同低气压情况下建筑走廊顶棚射流温度分布特征研究,分析了不同低气压环境条件对走廊内贴壁受限火羽流温度演化特征的影响,发现随着环境气压的降低,走廊顶棚火焰扩展结构逐渐由半椭圆形变为“U”形;揭示了不同低气压环境对走廊火灾顶棚射流最高温升和纵向温度衰减的影响机制,建立了考虑不同低气压环境影响的走廊内顶棚下方中心和两侧温度分布的表征关系式。

关键词：顶棚射流走廊火灾环境气压火焰结构温度分布

拉萨地块西部碰撞后富钾火山作用CO_(2)释放规模初探

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岩石学报 2024年第7期40卷 2225-2237页

作者：谢显刚赵文斌李晓光李菊景郭正府张茂亮徐胜天津大学地球系统科学学院天津300072 中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境重点实验室北京100029 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

估算地质历史时期火山活动的CO_(2)释放量对于理解地球深部碳释放及其气候环境效应具有重要意义。本文聚焦青藏高原拉萨地块西部的碰撞后富钾火山作用,以雄巴、赛利普、布嘎寺和麦嘎4个地区的富钾火山岩为例,开展了橄榄石、辉石等斑晶... 详细信息

估算地质历史时期火山活动的CO_(2)释放量对于理解地球深部碳释放及其气候环境效应具有重要意义。本文聚焦青藏高原拉萨地块西部的碰撞后富钾火山作用,以雄巴、赛利普、布嘎寺和麦嘎4个地区的富钾火山岩为例,开展了橄榄石、辉石等斑晶矿物中熔体包裹体的CO_(2)含量与脱气特征研究,结合火山岩体积和年龄等参数,估算了拉萨地块碰撞后富钾火山活动的CO_(2)释放量。结果表明,研究区火山岩熔体包裹体气泡中的CO_(2)含量约为0.61%~5.38%,雄巴、赛利普、布嘎寺和麦嘎火山岩的CO_(2)年释放量分别为(5.1±0.9)×10^(-5)Pg/yr、(1.3±0.6)×10^(-5)Pg/yr、(2.5±0.5)×10^(-4)Pg/yr和(1.5±0.2)×10^(-7)Pg/yr,共计约(3.2±0.6)×10^(-4)Pg/yr。粗略推算结果表明,拉萨地块碰撞后富钾火山作用的CO_(2)总释放规模约为0.006±0.001Pg/yr,与大陆碰撞带深部碳释放通量模型的计算结果相一致。本文的研究结果为地质历史时期印度-亚洲大陆碰撞导致的深部碳释放模拟提供了初步的实测数据参考。未来仍需在获取更多数据的基础上优化研究结果,以减小碰撞后火山作用的岩浆成分、规模、时空分布不均等导致的不确定性。

关键词：碰撞后富钾火山作用熔体包裹体 CO_(2)释放量拉萨地块

黄土高原靖边剖面岩石磁学性质及其古环境意义

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地球物理学报 2024年第8期67卷 3060-3074页

作者：董良沈中山邓成龙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 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

中国黄土在东亚第四纪气候环境变化研究领域占有重要地位,靖边黄土剖面位于黄土高原北部边缘,对东亚季风变化敏感.本文对靖边黄土剖面进行了详细的岩石磁学和环境磁学研究.剖面沉积物中的主要磁性矿物为磁铁矿、磁赤铁矿以及赤铁矿,黄... 详细信息

中国黄土在东亚第四纪气候环境变化研究领域占有重要地位,靖边黄土剖面位于黄土高原北部边缘,对东亚季风变化敏感.本文对靖边黄土剖面进行了详细的岩石磁学和环境磁学研究.剖面沉积物中的主要磁性矿物为磁铁矿、磁赤铁矿以及赤铁矿,黄土中的碎屑磁铁矿普遍经历了低温氧化作用的初始阶段,形成磁赤铁矿外壳包裹磁铁矿内核的结构,导致矫顽力大幅增加.磁化率随温度变化曲线(X-T)指示成壤作用生成的单畴颗粒的亚铁磁性矿物(磁铁矿和磁赤铁矿)的含量在L15(约1.25Ma)后整体减少,表明东亚夏季风强度发生阶段性减弱.黄土层中的磁化率与非磁滞磁化率比值(X/X_(ARM))与来自物源区粗粒磁性矿物含量相关,冬季风增强则X/X_(ARM)值越高,靖边剖面黄土层X/X_(ARM)在L14以后整体增加,L6以来逐渐增加,表明东亚冬季风发生过两次增强.矫正后磁化率与非磁滞磁化率((X-X_(0))/X_(ARM))指示了来自物源区磁性矿物含量,靖边剖面自2.6Ma以来,(X-X_(0))/X_(ARM)逐渐增加,源区的磁性矿物含量增多表明冬季风逐渐增强.非磁滞剩磁与饱和等温剩磁中值退磁场比值(MDF_(ARM)/MDF_(SIRM))与样品相关,样品磁性矿物粒度越粗,低温氧化作用越弱,矫顽力越高,MDF_(ARM)/MDF_(SIRM)越高,靖边剖面MDF_(ARM)/MDF_(SIRM)分别在L14和L6后整体升高,表明磁性矿物粒度整体变粗,代表了沙漠两次向南扩张.综上磁学参数一致表明,靖边黄土剖面有效地记录了东亚季风演化过程,对研究亚洲内陆干旱环境演变有重要意义.

关键词：黄土高原靖边剖面岩石磁学环境磁学东亚季风沙漠扩张

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华北赋煤区地热资源富集模式及开发利用方向

煤田地质与勘探 2024年

作者：庞忠和段忠丰中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室中国科学院大学地球与行星科学学院中国石油大学(华东)地球科学与技术学院深层油气全国重点实验室中国石油大学(华东)

【目的】中国是煤炭大国，在煤炭行业迫切需要转型的形势下，研究赋煤区的地热资源成因与分布规律十分必要。华北赋煤区地热资源储量占全国的74.7%，是中国地热资源最富集的区域之一。区内分布有渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地、沁水盆地和... 详细信息

【目的】中国是煤炭大国，在煤炭行业迫切需要转型的形势下，研究赋煤区的地热资源成因与分布规律十分必要。华北赋煤区地热资源储量占全国的74.7%，是中国地热资源最富集的区域之一。区内分布有渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地、沁水盆地和南华北盆地等主要含煤盆地，其岩石圈热状态自东向西逐步降低。地热储包括新生界砂岩孔隙型和寒武-奥陶系碳酸盐岩岩溶-裂隙型两大类型。碳酸盐岩岩溶-裂隙热储温度高、水量大、易于回灌，是煤田区地热勘查与开发利用的优先选择。【方法】针对煤田区地热地质的特点，开展地热系统动力学分析，优选华北赋煤区的地热勘查与开发区域。【结果和结论】提出煤田区有以下4种聚热模式：(1)煤层与碳酸盐岩地层储盖组合传导聚热；(2)基岩面起伏变化传导聚热；(3)断裂带地下水活动对流聚热；(4)碳酸盐岩基岩面风化壳岩溶以及侵入体接触面岩溶对流聚热。并结合实例进行数值模拟分析。在此基础上，指出华北赋煤区地热勘查与开发优先方向是深部碳酸盐岩储层中的地热资源。地热能作为非碳基能源之一，以其储量大、清洁、输出连续的特点，在未来社会对电力、燃料和热力三大能源需求中的热力供应方面尤其可以做出重要贡献，而中国地热与煤炭资源在空间分布上的重叠，使地热开发利用成为煤炭行业转型的有效途径之一。

关键词：赋煤区地热资源聚热模式开发利用华北地区

科希斯坦-拉达克弧及其周缘地块的古地磁学研究进展

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科学通报 2024年第11期69卷 1461-1474页

作者：袁杰邓成龙杨振宇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 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048

对于科希斯坦-拉达克弧在印度-亚洲碰撞前的构造属性,学界存在两种不同的认识:陆缘弧和洋内弧.厘定其构造属性,将直接关联新特提斯洋古地理重建方案,对进一步解析印度-亚洲碰撞时间、位置和方式,以及恢复亚洲大陆构造变形历史等具有重... 详细信息

对于科希斯坦-拉达克弧在印度-亚洲碰撞前的构造属性,学界存在两种不同的认识:陆缘弧和洋内弧.厘定其构造属性,将直接关联新特提斯洋古地理重建方案,对进一步解析印度-亚洲碰撞时间、位置和方式,以及恢复亚洲大陆构造变形历史等具有重要科学意义.本文在总结白垩纪至古新世科希斯坦-拉达克弧及其周缘地块古地磁数据的基础上,主要从古地磁学的视角,重建科希斯坦-拉达克弧及周缘地块的时空构造格局,厘定科希斯坦-拉达克弧的构造属性.在晚白垩世,喀喇昆仑地块与拉萨地块西缘的古纬度一致,两者基本稳定位于亚洲大陆南缘;科希斯坦-拉达克弧在90 Ma位于南半球赤道附近,而在64 Ma已经向北漂移到北半球低纬度地区;特提斯喜马拉雅在75 Ma左右作为印度被动大陆边缘,其中部和东部分别位于16.7°和19.4°S.在64 Ma科希斯坦-拉达克弧与拉萨地块西缘之间仍然被南北向宽度约为900 km的洋盆所分隔,意味着科希斯坦-拉达克弧为洋内弧.在重建印度-亚洲碰撞系统时,综合考虑特提斯喜马拉雅及科希斯坦-拉达克弧的古地磁数据,构建了印度-亚洲三阶段碰撞模型.该模型不仅协调了一系列地质证据,还为新特提斯洋古地理重建及亚洲陆内变形提供重要约束.例如,什约克缝合带与雅鲁藏布江缝合带曾经相连并可对比,据此推断,喀喇昆仑断裂至少具有400 km的位移量.

关键词：科希斯坦-拉达克弧拉萨地块喀喇昆仑地块特提斯喜马拉雅印度-亚洲碰撞系统喀喇昆仑断裂

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