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藏南温泉稀有金属来源及其富集机制:以羊易热泉为例

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岩石学报 2024年第5期40卷 1669-1689页

作者：徐强纪伟强杨一鸣李家亮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

在全球科技与工业飞速发展的背景下,对稀有金属的需求日益增长,使得其研究显得尤为重要。青藏高原南部地区地热资源丰富,地热水中稀有金属富集,为研究地热系统中稀有金属的来源和成因提供了独特的研究平台。本研究专注于青藏高原南部地... 详细信息

在全球科技与工业飞速发展的背景下,对稀有金属的需求日益增长,使得其研究显得尤为重要。青藏高原南部地区地热资源丰富,地热水中稀有金属富集,为研究地热系统中稀有金属的来源和成因提供了独特的研究平台。本研究专注于青藏高原南部地热系统中稀有金属元素特征,特别是Li、Rb、Cs等元素极度富集的现象。该现象已经引起了地质学界的广泛关注,但目前还缺乏一个全面的成因模型来阐明这些稀有金属的来源及其富集机制。因此,本文选择了位于亚东-谷露裂谷中段的羊易热泉及其周边岩浆岩作为研究对象,探究羊易热泉水化学特征,厘定羊易地区不同时代岩浆岩源区组成和演化特征,并揭示藏南温泉成因模式与稀有金属富集的关系。通过对羊易热泉的水化学及其周围岩浆岩的岩石地球化学分析,本研究得出了以下认识:(1)羊易热泉中稀有金属元素含量极度富集,且Cs含量高于Rb含量;(2)对羊易地区不同时代岩浆岩的Sr-Nd同位素分析显示,随着时间的推移,岩浆源区的同位素组成趋向富集,这暗示了印度古老大陆物质的贡献在逐渐增加;(3)热泉中Sr元素可能主要来自于水岩相互作用,而Li、Rb、Cs等元素更多源于高演化岩浆流体的贡献;(4)稀有金属元素最初在印度大陆地壳部分熔融形成的长英质岩浆中富集,随着岩浆演化,其流体进一步富集了这些元素,这是藏南温泉稀有金属富集的关键因素。本研究确定藏南温泉中Li、Rb、Cs等稀有金属元素主要来源于岩浆流体的注入,并建立起藏南温泉成因模式与稀有金属富集之间的关系。这不仅提供了对藏南地区温泉稀有金属富集现象的新见解,同时也为理解全球其他地区地热系统中稀有金属的富集机制提供了重要参考。

关键词：稀有金属藏南热泉水岩相互作用岩浆演化地热资源

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希夏邦马六十年

岩石学报 2024年第5期40卷 1365-1381页

作者：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

60年前的1964年5月2日,中国登山队10名登山队员成功登顶海拔8027m的希夏邦马峰。作为全球8000m以高的最高峰之一,希夏邦马也是一座完全位于我国境内的山峰。在这次登山过程中,中国科学院组织了希夏邦马峰科学考察,其在地质学方面取得的... 详细信息

60年前的1964年5月2日,中国登山队10名登山队员成功登顶海拔8027m的希夏邦马峰。作为全球8000m以高的最高峰之一,希夏邦马也是一座完全位于我国境内的山峰。在这次登山过程中,中国科学院组织了希夏邦马峰科学考察,其在地质学方面取得的主要学术成果包括:(1)将区域上变质的岩石归类为希夏邦马群,并将其划分为下部的片麻岩(包括下段粗粒的片麻岩和上段细粒的变粒岩)和上部的片岩两类,相当于现今划分的高喜马拉雅结晶岩系和肉切村群浅变质岩系。同时认为,希夏邦马峰顶的岩石为上述片麻岩;(2)建立了区内显生宙地层系统,分别为上古生界港门穹群、中生界土隆群和雪拉群及新生界野博康加勒群;(3)在5800m营地附近的野博康加勒群下部砂砾岩中发现了高山栎植物化石,并据此提出了喜马拉雅山3Ma以来隆升了约3000m的认识;(4)运用K-Ar法获得的区内淡色花岗岩-伟晶岩的年龄为13~15Ma,而眼球状片麻岩的年龄为19~35Ma,表明希夏邦马形成于非常年轻的中新世。希夏邦马考察及取得的成果对后来我国喜马拉雅山其他地区的考察起到了很好的示范作用。但是,1964年登顶以后,很少再有地质学家对此山峰展开进一步的科学考察与研究。近30年来,珠穆朗玛峰及喜马拉雅地区其他山峰的研究已经基本明确,喜马拉雅由下部的高喜马拉雅深变质岩系和上部未变质的特提斯喜马拉雅沉积岩系构成,两者之间为遭受韧性伸展变形的构造岩系,即藏南拆离系。未来,应着重检查希夏邦马地区变质岩岩石性质、显生宙地层层序及区域构造特征,确定峰顶究竟是变质岩还是淡色花岗岩,并进一步研究含高山栎化石地层的时代及沉积物形成机制等。

关键词： 60年前希夏邦马峰珠穆朗玛峰喜马拉雅山造山作用

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华北克拉通始太古代演化——来自冀东38亿年片麻岩锆石Hf-O同位素的记录

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岩石学报 2024年第3期40卷 689-701页

作者：吕畅王浩杨进辉冉静周宝全吴亚东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

陆壳成因的研究对了解地球演化具有重要意义,但由于古老陆壳岩石出露有限,目前地球早期陆壳研究还比较薄弱。近期,冀东地区一处新的始太古代岩石记录的发现,为研究华北克拉通内部早期陆壳性质提供了极为重要的对象。本文对冀东卢龙喇叭... 详细信息

陆壳成因的研究对了解地球演化具有重要意义,但由于古老陆壳岩石出露有限,目前地球早期陆壳研究还比较薄弱。近期,冀东地区一处新的始太古代岩石记录的发现,为研究华北克拉通内部早期陆壳性质提供了极为重要的对象。本文对冀东卢龙喇叭山地区这处新发现的始太古代花岗闪长质片麻岩进行了详细的锆石U-Pb年代学和Hf-O同位素分析。结果显示该样品中锆石具有自形-半自形晶形、振荡环带的内部结构,较高的Th、U含量以及Th/U比值,显示岩浆锆石特征。7个SIMS分析点给出的加权平均^(207)Pb/^(206)Pb年龄为3776±11Ma(MSWD=3.1),代表了花岗闪长质岩浆的结晶年龄,指示冀东地区存在始太古代结晶基底。这些锆石的O同位素组成(δ^(18)O=5.81±0.13‰)与地幔锆石在分析误差范围内一致,其Hf同位素组成(ε_(Hf)(t)=0.09±0.31)与球粒陨石均一岩浆库类似。这些Hf-O同位素特征显著不同于冀东地区曹庄岩组中发现的始太古代碎屑锆石,说明其不可能作为曹庄岩组变沉积岩的物源区。而华北克拉通内部鞍山地区的始太古代片麻岩中的岩浆锆石与冀东始太古代碎屑锆石在Hf-O同位素特征上最为类似,因此前者是冀东始太古代碎屑锆石最可能的源岩,暗示冀东地区和鞍山地区在始太古代时可能是统一的整体。与全球始太古代岩石记录对比发现,华北克拉通主体与North Atlantic克拉通、Pilbara克拉通和塔里木克拉通等主要克拉通类似,其内部目前发现的最古老岩石都具有与球粒陨石一致的锆石Hf同位素组成,指示大部分始太古代陆壳可能源自一个未发生明显分异的相对原始地幔源区。

关键词：华北克拉通陆壳演化冀东锆石 U-Pb年代学 Hf-O同位素

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俯冲带流体——来自(超)高压变质岩石的证据

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地质学报 2024年第3期98卷 758-782页

作者：高俊李继磊马智佩 Reiner KLEMD 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学北京100049 Geo Zentrum Nordbayern Universität ErlangenSchlossgarten 5a91054 ErlangenGermany

俯冲带是地球上岩浆活动、高压—超高压变质作用、中深源地震、壳幔物质交换、元素循环和铜金大规模成矿的集中发生场所。富水流体不仅调控了这些地质作用,而且也深刻影响了全球C、S等挥发分的循环。当蚀变大洋岩石圈及上覆沉积物进入... 详细信息

俯冲带是地球上岩浆活动、高压—超高压变质作用、中深源地震、壳幔物质交换、元素循环和铜金大规模成矿的集中发生场所。富水流体不仅调控了这些地质作用,而且也深刻影响了全球C、S等挥发分的循环。当蚀变大洋岩石圈及上覆沉积物进入俯冲带中深部(15~300 km),伴随由葡萄石-绿纤石相至超高压榴辉岩相的递进变质作用,含水矿物在不同深度的分解造成流体释放为一连续过程。除极端高地温梯度环境之外,大多数俯冲带洋壳释放的流体为富水流体。但,俯冲带不同深度所产生的流体特征有明显差异。出露于全球造山带的高压—超高压变质地体保存了分凝体、脉体、水压致裂角砾岩等流体作用的有力证据,绿辉石、石榴子石、绿帘石等矿物中原生流体包裹体为流体的直接记录。在俯冲带中等深度(组分,其所含Si、Al、Ca、Mg、Fe、Na主量元素溶质相当于海水中固化物量的2~3倍,并具大离子亲石元素(LILE)、轻元素(B、Li)富集和高场强元素(HFSE)亏损的特点。当深度≥65 km时,流体转化为类似于超临界性质的溶液,含CH_(4)、C_(2)H_(6)、H_(2)S等挥发分,其所含主量元素溶质显著增加,微量元素除LILE等外,还负载相当量的HFSE和过渡族成矿元素。俯冲带65~100 km深度,为富水流体向超临界流体转变的区间。这种流体具有“亚超临界”性质,发生了氧化还原性质和元素溶解能力的渐变,并伴随硬柱石和角闪石的最终耗尽。高压变质岩石及相关脉体的O、Sr、Nd和金属同位素示踪研究表明俯冲带流体的源区多样,有蚀变基性洋壳、地幔橄榄岩和沉积物,并保存了海底热液蚀变作用的印迹。流体以脉冲方式沿网络状裂隙呈隧道式运移和传输,规模可达千米级,时间尺度在数月至数百年。目前通过高压—超高压变质岩的研究对俯冲带流体已经有了深入的了解,但展望未来,该领域依然有诸多争议和科学问题值得探索。

关键词：俯冲带流体地质证据流体相性质化学成分 C-S循环

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鲁西泰山岩群新太古代构造特征及其地质意义

地质学报 2024年

作者：李晓东王伟田忠华贾督罗博文周进伟中国地质科学院地质研究所

新太古代末期是地球大地构造演化的重要转折期,近年来部分学者认为该时期是垂向运动向水平运动发生转变的重要窗口期,并得到部分数值模拟工作的支持。位于华北克拉通东部陆块的鲁西地区保留了大量太古宙构造,是开展早期构造演化解析的... 详细信息

新太古代末期是地球大地构造演化的重要转折期,近年来部分学者认为该时期是垂向运动向水平运动发生转变的重要窗口期,并得到部分数值模拟工作的支持。位于华北克拉通东部陆块的鲁西地区保留了大量太古宙构造,是开展早期构造演化解析的理想场所。本文以鲁西蒙阴地区太古宙泰山岩群为研究对象,通过详细的野外构造解析及年代学分析,提出泰山岩群太古宙构造是三个阶段的变形:DA-1组合包括早期面理S1及紧闭褶皱F1,DA-2由大量直立褶皱、S2面理以及逆冲断层组成,DA-3则表现为大量韧性剪切带以及水平/近水平线理的发育。本文对关键样品进行了年代学工作,并结合已发表的年代学资料,认为三个阶段的变形分别发育于2.56～2.53 Ga、2.53～2.52 Ga和2.52～2.50 Ga之间。大量变形构造要素如大型直立褶皱、逆冲断层及水平线理的几何学分析表明,鲁西地区三个变形阶段演化诠释了完整的太古宙造山事件,泰山岩群内发生的变形构造与垂向作用机制下形成的穹隆-龙骨构造不同,而与显生宙侧向挤压造山作用所形成的构造特点极为相似。因此本文认为,鲁西地区太古宙水平构造可能是受到最早期板块构造体制作用的结果。

关键词：泰山岩群新太古代多阶段变形侧向挤压水平运动构造体制

西藏冈底斯成矿带矽卡岩矿床钴赋存状态及富集特征

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地质学报 2024年第1期98卷 163-180页

作者：王硕许源单鹏飞斯郎旺堆李光明曹明坚中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院矿产资源研究重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国地质大学(北京) 北京100083 西藏地质矿产勘查开发局第六地质大队西藏拉萨851414

钴是一种重要的战略性关键金属,随着新能源、新材料和航空航天技术的快速发展,钴资源的重要性日益显现。矽卡岩型矿床中的钴是我国钴资源的重要来源之一,钴常作为伴生组分出现在矽卡岩矿床中,部分矿床中伴生的钴资源量可达大型规模。西... 详细信息

钴是一种重要的战略性关键金属,随着新能源、新材料和航空航天技术的快速发展,钴资源的重要性日益显现。矽卡岩型矿床中的钴是我国钴资源的重要来源之一,钴常作为伴生组分出现在矽卡岩矿床中,部分矿床中伴生的钴资源量可达大型规模。西藏冈底斯成矿带分布众多矽卡岩型矿床,但对其中钴的富集特征和赋存状态尚缺乏系统认识和深入研究。本文对冈底斯东段的甲玛、龙马拉、春哲、知不拉、蒙亚啊、努日、邦浦、浦桑果、亚圭拉矽卡岩型矿床,以及冈底斯西段的帮布勒和查个勒等矽卡岩型矿床进行调查。通过手持X射线荧光分析、光学和扫描电子显微镜观察以及电子探针分析方法,对上述矽卡岩型矿床中代表性矿石钴的富集特征及赋存状态进行研究。手持X射线荧光分析结果显示冈底斯东段的矿床均不同程度存在钴的富集,其中甲玛、知不拉、浦桑果和春哲矿床中矿石的平均钴含量可分别达853×10^(-6)、410×10^(-6)、460×10^(-6)和898×10^(-6);西段的帮布勒和查个勒矽卡岩型矿床中矿石钴含量基本低于检出限(所述,冈底斯东段矽卡岩型矿床钴的富集程度明显优于冈底斯西段矽卡岩型矿床,表明冈底斯东段比西段更具钴富集潜力,冈底斯东段矽卡岩富钴的特征空间上大致受控于深部岩石圈结构,其成因可能与东段存在更多新生下地壳的部分熔融有关,此外,矿质沉淀不排除受到大气降水的影响。本次研究对西藏冈底斯成矿带中矽卡岩型矿床钴的富集特征、成矿机理及后续勘探工作提供重要参考。

关键词：冈底斯成矿带矽卡岩矿床富集特征赋存状态

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随钻核磁共振仪器缩短回波间隔方法优化设计

地球物理学报 2024年第1期67卷 409-418页

作者：刘伟张文秀陈文轩廖广志中国科学院深地资源装备技术工程实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国石油大学(北京)地球物理学院北京102249

核磁共振测井是一种直接探测储层孔隙流体性质的地球物理方法,随钻核磁共振技术是在钻井过程中实时获得油气藏评价参数的技术方法.面对复杂油气藏中随钻核磁共振测量问题,通过缩短脉冲序列的回波间隔,可以减少仪器测量时间,能够获得快... 详细信息

核磁共振测井是一种直接探测储层孔隙流体性质的地球物理方法,随钻核磁共振技术是在钻井过程中实时获得油气藏评价参数的技术方法.面对复杂油气藏中随钻核磁共振测量问题,通过缩短脉冲序列的回波间隔,可以减少仪器测量时间,能够获得快速衰减的短弛豫组分,实现储层孔隙结构的精细表征.本文提出了一种多级能量泄放方法,能够逐级降低天线品质因数,缩短天线恢复的死区时间,在不改变回波采集信噪比的情况下,实现脉冲序列的短回波间隔采集系统设计,并在随钻核磁共振测井仪器实验样机上进行了测试验证.测试结果表明,仪器回波信号信噪比良好,振铃噪声与回波信号区分明显,测试结果与模拟仿真结果一致,能够实现短回波间隔数据采集,验证了方法的有效性和实用性.

关键词：核磁共振仪器随钻核磁共振回波间隔驰豫组分

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地热系统钙华和硅华定年方法研究进展及其应用

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煤田地质与勘探 2024年第1期52卷 14-25页

作者：李彬李义曼庞忠和黄天明高彬彬中国科学院地质与地球物理研究所页岩气与地质工程重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

地热系统泉华以钙华和硅华为主,因其携带丰富的多时空尺度信息,可用于恢复古水文古气候演化史、重建区域水热活动演化过程及约束构造模式。对样品精准定年是开展相关研究的基础,常用定年方法包括放射性碳定年法(无机碳和有机碳)、铀系... 详细信息

地热系统泉华以钙华和硅华为主,因其携带丰富的多时空尺度信息,可用于恢复古水文古气候演化史、重建区域水热活动演化过程及约束构造模式。对样品精准定年是开展相关研究的基础,常用定年方法包括放射性碳定年法(无机碳和有机碳)、铀系不平衡法、宇宙成因核素法、光释光法和电子自旋共振法等。我国热泉泉华定年最早使用放射性碳定年法,随后多使用电子自旋共振法与铀系不平衡测年法。系统总结了上述方法的基本原理、定年范围、适用条件、对样品的要求等,并探讨存在问题及未来发展方向。对于钙华样品,如纯度高,无外源碳影响,可采用基于有机碳的放射性碳定年法和铀系不平衡法;如固结程度高,也可使用电子自旋共振测年法;古地磁法值得今后深入探索。对于硅华样品,基于有机碳的放射性碳定年法和电子自旋共振测年法更适用,而铀系不平衡法和古地磁法可以尝试。此外,^(10)Be和^(26)Al等宇宙成因核素也可用于古泉华的定年。样品纯度低或数据校正困难以及定年范围有限是目前钙华和硅华常用定年方法存在的两个主要问题;前者可考虑利用离子探针技术对微观尺度上的高纯度方解石中U和Th的同位素进行测定来获取样品年龄;为避免微量样品代表性问题,应尽量获得均匀分布的多个测点数据。后者则可以通过尝试利用长半衰期宇宙成因核素来获得百万年尺度上的泉华年龄。新技术研究以及定量化校正样品纯度不够的影响是未来发展方向。

关键词：地热系统水热活动钙华硅华定年方法

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