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矽卡岩化作用排碳到大气中的途径

岩石学报 2022年第5期38卷 1557-1563页

作者：刘威万博晏圣超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科学与行星学院北京100049

鉴于大陆岩浆弧上盘广泛分布有碳酸盐岩,岩体上升侵位过程使其碳通量明显的高于洋内岛弧,从而有可能影响着地质历史长时间尺度(百万年)的气候变化。陆弧碳的排放可分为两部分,一部分是与喷出岩相关的火山作用,另一部分是与侵入岩相关的... 详细信息

鉴于大陆岩浆弧上盘广泛分布有碳酸盐岩,岩体上升侵位过程使其碳通量明显的高于洋内岛弧,从而有可能影响着地质历史长时间尺度(百万年)的气候变化。陆弧碳的排放可分为两部分,一部分是与喷出岩相关的火山作用,另一部分是与侵入岩相关的脱碳过程。侵入岩的体量一般是喷出岩体量的10倍以上,由此与侵入岩有关的脱碳作用释放的碳通量不可忽视,可能类似与喷出岩有关的火山作用释放的碳通量甚至更大。火山作用能够将气体直接排入大气中,因此在以往的工作中研究较为充分。但与侵入岩相关的脱碳过程如:矽卡岩化,发生在地下,关于地下脱碳过程如何将碳释放到大气中还缺少详细的工作。本文,通过对比研究火山地区和非火山地区与侵入岩相关的深部脱碳过程,发现深部碳可以通过区域断层系统、地下水系统和热泉、火山通道、隐爆角砾岩筒、高频率的岩浆热液事件等途径瞬时地释放进入大气。通过初步估算,发现单个矽卡岩矿化事件所产生的二氧化碳通量(0.02~0.2Mt/yr)能够与目前地球绝大部分的普通单个火山的碳通量(<0.5Mt/yr)类比。因此岩浆深部脱碳过程对大气的影响至少与火山相当,其对气候的影响不可忽视。

关键词：矽卡岩化二氧化碳排碳途径气候

地质样品无污染高效分选锆石的技术和方法进展

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岩石学报 2023年第9期39卷 2857-2866页

作者：郭倩刘通费晨辉郭顺李秋立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

锆石是应用最广泛的定年矿物,无污染地从地质样品中高效分选出锆石是获得代表地质样品准确信息的前提条件。传统锆石分选方法基于锆石的高密度和无磁性,主要通过机械破碎和不同水动力条件分选,存在破碎过程易污染和分选流程效率低的问... 详细信息

锆石是应用最广泛的定年矿物,无污染地从地质样品中高效分选出锆石是获得代表地质样品准确信息的前提条件。传统锆石分选方法基于锆石的高密度和无磁性,主要通过机械破碎和不同水动力条件分选,存在破碎过程易污染和分选流程效率低的问题。针对这两个问题,本研究通过回顾和总结前人地质样品粉碎技术和高效矿物分选的方法,将高压脉冲电动力破碎技术、高温淬火和酸溶法结合,开发了一种能够实现锆石无污染、高回收的操作流程:高压脉冲电动力破碎→(淬火)→HF+HNO 3溶解→HCl+H 3BO 3溶解。本次研究以锆石含量较低的基性样品为对象进行了不同方法的对比,对于含有≥50μm锆石的地质样品,新方法的锆石回收率是传统方法的6倍以上;对于只含有地质样品,传统方法无法从几千克的样品中分选出锆石,而新方法可以从几十克样品中分选出几十颗锆石。拉曼光谱分析显示,酸溶数小时并不会显著影响中等结晶度锆石的结晶度,而高温淬火可以明显提高锆石的结晶度。离子探针分析表明,酸溶分选和淬火后酸溶分选的锆石,在测试精度范围内均没有明显Pb丢失。采用新分选方法,并结合离子探针U-Pb定年,本文首次报道了洛阳牡丹石和雅鲁藏布江中段玄武岩的年龄(分别为~1831Ma和~164Ma),以证明改进后的锆石分选方法实用有效。新锆石分选流程的推广将显著扩展锆石在基性岩研究中的应用空间。

关键词：锆石高压脉冲破碎酸溶分选基性岩石 U-Pb年代学

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月壤样品(E21)磁学性质及古强度研究

岩石学报 2022年第6期38卷 1832-1842页

作者：蔡书慧秦华峰邓成龙刘双迟陈意贺怀宇潘永信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 中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室北京100029

本文对中国科学院地质与地球物理研究所馆藏月壤样品(E21)中的5颗毫米级月壤岩屑(2颗胶结物、1颗角砾岩、2颗玄武岩)开展了详细的矿物学、岩石磁学和古强度研究。扫描电镜结果显示月壤岩屑主要矿物成分为钛铁矿、辉石、斜长石、陨硫铁等... 详细信息

本文对中国科学院地质与地球物理研究所馆藏月壤样品(E21)中的5颗毫米级月壤岩屑(2颗胶结物、1颗角砾岩、2颗玄武岩)开展了详细的矿物学、岩石磁学和古强度研究。扫描电镜结果显示月壤岩屑主要矿物成分为钛铁矿、辉石、斜长石、陨硫铁等,主要载磁矿物为铁镍合金。岩石磁学结果显示胶结物/角砾岩与玄武岩岩屑磁学性质存在明显差异,前者比后者载磁能力更强。古强度结果显示月壤岩屑记录了较强的古强度值,验证了月壤岩屑记录古磁场的能力。本研究获得的岩石磁学和古强度结果与已发表阿波罗样品结果相吻合,证实了月壤磁学研究方法和技术的有效性,也为判断馆藏月壤样品来源提供了磁学信息约束。本文对阿波罗月壤岩屑开展的磁学研究及获得的系列认识,为开展嫦娥五号返回样品磁学研究积累了经验。

关键词：阿波罗样品月壤岩屑磁学性质古强度

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现代地球系统科学视野下的中国地幔地球化学

岩石学报 2022年第12期38卷 3597-3608页

作者：周新华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

本文在现代地球系统科学视野下,简要回顾了20世纪国际地幔地球化学学科形成历史;综述了自20世纪70年代以来,中国地幔地球化学发端与发展的历程;强调了在国际岩石圈计划及大陆动力学等计划推进下,以中国大陆岩石圈组成与演化特征研究为重... 详细信息

本文在现代地球系统科学视野下,简要回顾了20世纪国际地幔地球化学学科形成历史;综述了自20世纪70年代以来,中国地幔地球化学发端与发展的历程;强调了在国际岩石圈计划及大陆动力学等计划推进下,以中国大陆岩石圈组成与演化特征研究为重点,先后开展了东部新生代玄武岩及其幔源捕虏体研究、地幔源区地球化学特征及端元厘定、地幔地球化学填图所揭示的地幔源区块体特征以及大陆深俯冲导致的壳幔相互作用和华北克拉通破坏计划与相应研究所取得的进展;其中特别总结了新世纪以来在幔源岩类研究方面的巨大进展,以及在应用非传统稳定同位素、微区原位分析领域以及深地幔超高压矿物研究方面所取得的突破性成果。最后本文强调了现代地球系统科学应回归到它的本来含义,即涵盖深空、深海、深地,从外层空间直至地核的多圈层相互作用及其动力学机制的全方位全过程地球科学,其中,包含核幔相互作用的深部地幔过程,无疑起着主导作用,而地幔地球化学在现代地球系统科学中将依旧作为生力军而不可或缺;同时强调今后应重视拓展微观粒子尺度探索及地球化学基础理论研究的重要性。

关键词：地幔地球化学现代地球系统科学深部地球动力学大陆岩石圈

板内玄武岩来源于再循环碳酸盐化榴辉岩的地球化学证据:以四子王旗新生代玄武岩为例

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岩石学报 2023年第9期39卷 2583-2597页

作者：吴亚东杨进辉朱昱升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 中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究院重点实验室北京100029

本文对中国东部中新世四子王旗玄武岩开展了详细的全岩和橄榄石主、微量元素及全岩Sr-Nd-Pb-Hf-Mg同位素研究,据此探讨它们的成因及源区性质。研究发现,四子王旗玄武岩具有类似于高μ(HIMU)型地幔起源熔体的微量元素分布特征,Zr、Hf、T... 详细信息

本文对中国东部中新世四子王旗玄武岩开展了详细的全岩和橄榄石主、微量元素及全岩Sr-Nd-Pb-Hf-Mg同位素研究,据此探讨它们的成因及源区性质。研究发现,四子王旗玄武岩具有类似于高μ(HIMU)型地幔起源熔体的微量元素分布特征,Zr、Hf、Ti的负异常,高的Zr/Hf比值(Zr/Hf=49.3~54.8),以及低于正常地幔范围的δ26 Mg值(-0.51‰~-0.49‰),表明其来源于碳酸盐化地幔源区。它们还具有低的Sc含量(10.1×10^(-6)~10.5×10^(-6))和高的Gd/Yb比值(8.7~9.4),结合它们橄榄石斑晶低的Fo值,高的NiO含量和Fe/Mn比值,揭示其母岩浆为碳酸盐化榴辉岩部分熔融产生。四子王旗玄武岩具有亏损的Sr-Nd-Hf同位素(87 Sr/86 Sr=0.70370~0.70449;εNd=+6.3~+6.4;εHf=+9.7~+10.3),以及较低的Pb同位素组成(206 Pb/204 Pb=17.94,207 Pb/204 Pb=15.44,208 Pb/204 Pb=37.89),指示它们源区为年轻的再循环洋壳物质,很有可能来自于滞留的西太平洋板片。四子王旗玄武岩位于南北重力梯度带以西并远离海沟,意味着滞留的西太平洋板片在物质上对上覆地幔的影响范围较之前认识的要更广。

关键词：中国东部新生代玄武岩碳酸盐化榴辉岩西太平洋板片

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地球的挥发分循环与宜居环境演变

岩石学报 2022年第5期38卷 1285-1301页

作者：纪伟强吴福元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

地球宜居环境的形成和演变与挥发分循环密切相关。宜居性受地球表层系统中挥发分组成和变化的直接影响,但其本质上受控于地球深部系统的挥发分释放和循环过程。本文简要介绍了地球挥发分的起源、大气圈和海洋的形成与演化、深部挥发分... 详细信息

地球宜居环境的形成和演变与挥发分循环密切相关。宜居性受地球表层系统中挥发分组成和变化的直接影响,但其本质上受控于地球深部系统的挥发分释放和循环过程。本文简要介绍了地球挥发分的起源、大气圈和海洋的形成与演化、深部挥发分释放及对气候环境的影响、俯冲带挥发分循环等几个方面的研究概况。期望本文能使读者更好的理解本专辑稿件的内容,激发起同行对挥发分研究的兴趣,促进我国挥发分相关研究的发展。

关键词：挥发分火山去气俯冲大气圈碳循环气候演变

华北克拉通东部胶北地体早前寒武纪表壳岩系:研究进展与综述

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岩石学报 2023年第8期39卷 2211-2237页

作者：赵磊张儒诚孙伟清邹屹翟明国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 山东省地质科学研究院济南250013

胶北地体是华北克拉通早前寒武纪基底岩系的代表性出露区,变质表壳岩系在该地体的分布较为普遍。由于这些表壳岩系对探究华北克拉通早前寒武纪地质演化历史、资源和表生环境演化等的重要作用,国内外学者从岩石单元划分、时代框架、变质... 详细信息

胶北地体是华北克拉通早前寒武纪基底岩系的代表性出露区,变质表壳岩系在该地体的分布较为普遍。由于这些表壳岩系对探究华北克拉通早前寒武纪地质演化历史、资源和表生环境演化等的重要作用,国内外学者从岩石单元划分、时代框架、变质演化、含矿性及对表生环境演化的启示等多个方面开展了研究工作,并取得很多重要的研究进展。但是由于研究者对这些表壳岩系的岩石单元划分提出了多个不同方案,造成了岩石单元定义不清、使用混乱的情况。对表壳岩的岩石类型、空间分布和时间格架的研究,也存在多种不同意见,其中对古元古代变质沉积岩形成时代的争议最大。本文对不同的岩石单元划分方案进行梳理,总结研究进展,并对研究中存在的问题和争议进行讨论,明确未来研究方向。传统观点认为,胶北地体早前寒武纪表壳岩系包括中太古界唐家庄岩群、新太古界胶东岩群以及古元古界荆山群和粉子山群。本文在综述相关研究进展的基础上,结合地质年代学研究结果和野外地质关系发现:(1)唐家庄岩群和胶东岩群的一部分岩石记录太古宙晚期和古元古代两期变质作用,表明这部分岩石的形成时代应该在新太古代之前,但是目前对两个岩石单元的原岩形成时代尚无明确约束;(2)唐家庄岩群变质级别普遍为麻粒岩相,而胶东岩群岩石大多显示角闪岩相矿物组合;(3)分布于昌邑-莱州一带的含铁岩系原来被划归古元古界粉子山群小宋组,一些学者依据新的定年结果提出小宋组的形成时代应该为新太古代(约2.7~2.5Ga),属于新太古界胶东岩群;(4)古元古代(约2.2~2.1Ga)的花岗岩和辉长岩在胶北地体较为常见,呈现双峰式岩浆特征,在一些地区识别出古元古代岩浆岩与小宋组含铁岩系、荆山群野头组变质沉积岩呈侵入接触关系,暗示两个岩石单元的形成时代应该早于~2.1Ga;(5)从野外产状特征来看,胶北地体唐家庄岩群和胶东岩群的很多变质基性-超基性岩的原岩可能并不是火山岩,而是侵入岩。基于胶北地体古元古代岩浆活动、表壳岩系与其底部岩系的接触关系,并综合考虑其沉积、变质和岩浆活动的时代框架,本文认为胶北地体古元古代表壳岩系形成的构造背景为克拉通伸展盆地,代表华北古元古代活动带在胶北地体的早期响应。虽然关于胶北地体早前寒武纪表壳岩系的研究取得很多进展,但由于多期变质变形的叠加改造,表壳岩原始结构和构造已经被后期变形样式置换,对其岩石单元划分、每个岩石单元的岩石组成、区域对比关系、年代学框架和构造含义等多个方面,仍然存在很多问题和争议有待于深入研究。

关键词：早前寒武纪表壳岩系唐家庄岩群胶东岩群粉子山群荆山群胶北地体

基于余震重定位和震源机制解研究青海玛多M_(S)7.4地震序列的发震构造和断裂形态

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地球物理学报 2022年第2期65卷 552-562页

作者：张建勇王新陈凌刘杰中国地震台网中心北京100045 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 中国科学院地球与行星物理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

2021年5月22日02时04分(北京时间),青海果洛州玛多县发生M_(S)7.4地震,震后余震不断.地质调查和卫星观测对地表断裂痕迹有较好的约束.然而,对于理解区域应力场、地震的产生、传播和终止具有重要意义的地下断层几何结构的约束精度略显不... 详细信息

2021年5月22日02时04分(北京时间),青海果洛州玛多县发生M_(S)7.4地震,震后余震不断.地质调查和卫星观测对地表断裂痕迹有较好的约束.然而,对于理解区域应力场、地震的产生、传播和终止具有重要意义的地下断层几何结构的约束精度略显不足.利用国家地震台网的连续波形记录,本研究首先基于双差定位法对玛多地震震后25天的余震序列进行重定位,结果显示余震序列大致沿NWW向的江错断裂呈线性分布,位于主震震中两侧,延伸总长~170 km.主震东南侧存在一余震稀疏区,在断裂带东西两端余震分布转向且出现分叉现象,反映出发震断层的复杂几何形态,这与前人研究结果基本一致.进一步采用波形反演方法和P波初动极性反演方法,获得了玛多震源区132个中小余震的震源机制解与震源矩心深度,并基于此对该主余型地震的发震构造与断裂形态进行了初步分析.震源机制解结果表明,玛多M_(S)7.4主震的发震断裂主要为左旋走滑性质,余震与主震性质整体相同,在断裂带东段存在部分逆冲型余震.震源机制解约束的区域主应力方向约N60°E,与区内整体走滑断裂作用相一致.余震震源深度略微起伏,主要集中在10~12 km,且浅部余震较少,表明浅部应力可能主要通过主震释放,余震深度分布可能限定了主震同震破裂的下边界.玛多主震破裂起始于断裂带走向和倾向发生明显变化的位置,表明断裂带的复杂几何结构可能是此次玛多M_(S)7.4地震初始破裂空间分布的决定因素.主震破裂结束的两端都有"马尾状"构造(或次级断层),表明这种分叉断层复杂的几何形态可能控制着主震破裂的最终位置.

关键词：玛多M_(S)7.4地震双差定位震源机制解发震构造破裂形态

各向异性和倾斜界面介质中P波质点运动的理论模拟与应用

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地球物理学报 2023年第12期66卷 4900-4915页

作者：王旭陈凌王新高一帆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 中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理中国科学院重点实验室北京100029

P波质点运动已经成为研究地震台站下方浅部地壳S波速度结构的一种重要手段.然而,现有研究主要基于水平层状各向同性介质的假设,对于各向异性和倾斜界面对P波质点运动的影响仍缺乏系统研究.本文通过理论模拟初步研究了各向异性和倾斜界... 详细信息

P波质点运动已经成为研究地震台站下方浅部地壳S波速度结构的一种重要手段.然而,现有研究主要基于水平层状各向同性介质的假设,对于各向异性和倾斜界面对P波质点运动的影响仍缺乏系统研究.本文通过理论模拟初步研究了各向异性和倾斜界面情况下的P波质点运动特征.模拟结果表明,各向异性和倾斜界面会使P波质点运动随反方位发生周期性变化,而且这种变化具有频率依赖性,反映了结构的垂向变化.四川盆地是研究青藏高原生长与物质外向逃逸的重要场所.本研究以盆地内部的宽频带流动地震台站S124为例,探讨利用P波质点运动研究浅部地壳各向异性和界面几何结构的可行性.研究结果显示,台站下方~4-5 km以浅的地壳具有明显各向异性(~20%),且其快轴方向(近东西向)与川中走滑断裂带走向一致.这表明研究区浅部地壳的变形模式可能主要受到断裂构造的控制.本研究的理论模拟和初步应用均表明,利用不同频率P波质点运动的反方位变化能够有效约束浅部地壳的各向异性和/或界面几何结构.

关键词： P波质点运动倾斜界面各向异性浅部地壳结构 S波速度四川盆地