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大陆俯冲隧道中的应变不均一分布:来自大别山超高压变质岩的记录

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地质学报 2024年第1期98卷 50-78页

作者：李沛东王勤武梅千内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室江苏南京210023 南京大学地球科学与工程学院江苏南京210023

俯冲隧道是俯冲板片与上覆板块之间的剪切带,也是高压—超高压变质岩折返和深部流/熔体活动的通道。大别山超高压变质岩分布广泛,变形程度差异很大,是研究大陆俯冲隧道中岩石变质-变形过程的理想地区。本文系统总结了前人对中大别双河... 详细信息

俯冲隧道是俯冲板片与上覆板块之间的剪切带,也是高压—超高压变质岩折返和深部流/熔体活动的通道。大别山超高压变质岩分布广泛,变形程度差异很大,是研究大陆俯冲隧道中岩石变质-变形过程的理想地区。本文系统总结了前人对中大别双河地区超高压变质岩的岩石学和年代学研究成果,在双河地区开展了地质填图、应变分析和三维构造重建。通过将超高压变质岩的变形特征与P-T-t轨迹结合,识别出超高压变质岩折返过程中的三期韧性变形。在双河北部发现了一个上盘向NW剪切的千米尺度的榴辉岩相鞘褶皱,枢纽向SE倾伏,倾伏角约20°,与榴辉岩、片岩和长英质片麻岩的拉伸线理平行,表明超高压变质岩初始折返阶段的流体活动使榴辉岩的强度显著降低,榴辉岩与围岩一起发生韧性变形。该期变形被角闪岩相退变质阶段上盘向NW的剪切叠加,此时应变集中于片麻岩、片岩、大理岩等非能干层,强度较高的榴辉岩成为构造透镜体。而绿片岩相变质阶段上盘向SE方向的剪切与早白垩世北大别花岗片麻岩穹隆的形成有关。对双河南部弱变形花岗片麻岩的锆石U-Pb定年揭示了757±14 Ma的原岩年龄和240~216 Ma的变质年龄,与双河北部含柯石英强变形花岗片麻岩类似,暗示其也经历了三叠纪超高压变质作用及随后的角闪岩相退变质作用。通过计算长英质片麻岩的有效黏度,发现无水碱长花岗片麻岩的有效黏度高于黑云斜长片麻岩,折返阶段的流体活动使超高压变质岩的强度显著降低,当局部的流体活动不足以弱化碱长花岗岩体时,应变集中于黑云斜长片麻岩。因此,大陆俯冲隧道中的应变分布受矿物组成、流体活动和岩体规模的共同影响。

关键词：大别山超高压变质岩俯冲隧道鞘褶皱有效黏度流体活动

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月球内部水和月表水冰资源的评估研究

高校地质学报 2024年第2期30卷 165-177页

作者：吴言蔚贺佳峰王国光内生金属矿床成因机制研究国家重点实验室地质流体研究所南京大学地球科学与工程学院关键地球物质循环前沿科学中心南京210023

水是地球上的生命之源,也是未来星际旅行重要的推进剂材料,因此在人类对月球和其他地外天体的探测过程中,水是最受关注的战略资源之一。美国Apollo和前苏联Luna登月计划之后二十多年间,月球“无水”的观点曾被广泛接受。文章系统阐述了... 详细信息

水是地球上的生命之源,也是未来星际旅行重要的推进剂材料,因此在人类对月球和其他地外天体的探测过程中,水是最受关注的战略资源之一。美国Apollo和前苏联Luna登月计划之后二十多年间,月球“无水”的观点曾被广泛接受。文章系统阐述了月球内部水和月表水研究进展、月球水成因、水资源量评估和开发利用方法。近年对月表水资源的探测和月球样品中水含量的深入研究,揭示出月球并非“无水”,月球内部含有较为丰富的水,月表的极区可能有可观的水资源,月表中低纬度地区也广泛存在太阳风成因的水。月球的水成因主要包括自身来源的水、小行星和彗星来源水、太阳风成因水等。据估测,月表极区水冰的资源量约为142.8亿吨,月表太阳风成因水含量约为34万吨,为未来月球基地的建设和深空探测提供了重要的资源保障。并就月球水资源利用的提出多种开发利用方案,包括热能采矿法、月球极地推进剂开采前哨战、钻取一体化开发利用系统等。

关键词：矿物结合水水冰资源量极区月球

川西甲基卡锂矿床伟晶岩结构分带及多期岩浆成矿作用

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地质学报 2024年第5期98卷 1358-1379页

作者：朱文斌许志琴林和丰周明召朱鋆悦靳文楷罗祥龙章荣清车旭东李广伟郑碧海内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京大学地球科学与工程学院南京大学大陆动力学研究院江苏南京210023

LCT(lithium-cesium-tantalum)伟晶岩的分带有两种形式,一种是单个伟晶岩脉的内部结构分带,这种伟晶岩脉通常体积巨大,内部结构显示出成分分带的特征,单一脉体中不同结构带中可能发育不同的稀有金属矿化带,例如新疆可可托海3号伟晶岩脉... 详细信息

LCT(lithium-cesium-tantalum)伟晶岩的分带有两种形式,一种是单个伟晶岩脉的内部结构分带,这种伟晶岩脉通常体积巨大,内部结构显示出成分分带的特征,单一脉体中不同结构带中可能发育不同的稀有金属矿化带,例如新疆可可托海3号伟晶岩脉;另一种分带性表现为伟晶岩和成矿系统的区域分带,通常以高分异的过铝质花岗岩为中心,围绕花岗岩数以百计的伟晶岩脉显示出不同的伟晶岩类型和矿化类型,越向外围,伟晶岩的演化程度越高。区域分带内的伟晶岩单个脉体的规模不大、内部分带性差、含矿性各不相同,甲基卡锂矿就是这一类伟晶岩矿床的典型代表。对甲基卡矿区伟晶岩的野外观察发现,含Be的9号脉、含Li的133号脉和含Nb、Ta的528号脉具有相对较好的内部结构分带性,而含Li的104号脉和308号脉的内部分带性则相对较差,推测与脉体内部多期岩浆-热液活动有关。甲基卡矿区伟晶岩脉的相互穿插现象说明,矿区存在多期次的岩浆与成矿作用。科学钻探在JSD-2和JSD-3两个钻孔中均发现含锂辉石的伟晶岩脉和细晶岩脉侵入在不含矿的马颈子花岗岩中,佐证了多期岩浆与成矿事件的存在。伟晶岩中不同矿物U-Pb定年结果表明,全区伟晶岩的形成至少有两期,分别发生在213~206 Ma和199~191 Ma。依据钻孔JSD-1的研究表明,岩浆由深至浅逐步向高分异方向演化。从下向上,花岗岩与伟晶岩同步演化,花岗岩依次出现黑云母花岗岩、含白云母的黑云母花岗岩、二云母花岗岩、白云母花岗岩和钠长石花岗岩,伟晶岩依次出现微斜长石型伟晶岩、微斜长石-钠长石型伟晶岩、钠长石型伟晶岩和钠长石-锂辉石型伟晶岩。根据不同深度伟晶岩的矿化特点,矿床的垂向分带大致划分如下:0~105 m的Li-Be-Nb-Ta矿化带;0~860 m的Be-Nb-Ta矿化带;0~1730 m的第一期Nb-Ta矿化带;1730~3170 m的无矿伟晶岩带;3170~3211 m的第二期Nb-Ta矿化带。

关键词：甲基卡内部分带区域分带伟晶岩成矿作用

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稀有金属矿物微区同位素定年与示踪

岩石学报 2024年第4期40卷 1023-1043页

作者：杨岳衡吴石头车旭东杨明黄超王浩杨进辉王汝成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 南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京大学地球科学与工程学院南京210023 浙江大学海南研究院三亚572025

作为战略性关键金属矿产资源,钨、锡、铌、钽、锂、铍、铷、铯、锆、铪、稀土等稀有金属,在国民经济与国家安全方面有着重要的研究意义。稀有金属矿石矿物微区同位素定年与示踪,是开展稀有金属矿床成矿作用研究的最直接手段,具有整体分... 详细信息

作为战略性关键金属矿产资源,钨、锡、铌、钽、锂、铍、铷、铯、锆、铪、稀土等稀有金属,在国民经济与国家安全方面有着重要的研究意义。稀有金属矿石矿物微区同位素定年与示踪,是开展稀有金属矿床成矿作用研究的最直接手段,具有整体分析无可比拟的优点。近年来,钨锡铌钽锆铪稀土等稀有金属矿物微区U-Pb定年与Sr-Nd-Hf同位素示踪发展迅速,而锂铍铷铯等稀有金属矿物微区Rb-Sr/Lu-Hf定年正蓬勃发展。本文综述了黑钨矿、白钨矿、锡石、铌钽矿(铌钽氧化物类矿物的简称)、独居石、磷钇矿、氟碳铈矿等稀有金属矿物微区U-Pb定年与Sr-Nd-Hf同位素示踪技术主要进展,展望了锂云母、铁锂云母、铯沸石、钾长石(天河石)等微区Rb-Sr定年与磷钇矿、磷灰石、褐帘石、独居石、黑钨矿、白钨矿等微区Sm-Nd和Lu-Hf定年的广阔前景,获得如下认识:(1)低铀矿物U-Pb定年,除了采用高灵敏度磁式等离子质谱外,元素成像技术能很好地揭示微量元素之间相关性,进而快速锁定高U/Pb区域,提高低铀矿物U-Pb定年成功率;(2)铌钽矿-锡石激光微区Hf同位素能够直接示踪花岗岩-伟晶岩稀有金属成岩成矿物质源区,但这方面工作仍需进一步加强;(3)碰撞/反应池等离子质谱的出现,使高Rb/Sr、Sm/Nd或高Lu/Hf比矿物的同位素定年成为现实,是未来稀有金属激光微区同位素年代学发展的新方向;(4)实验方法研发与标准物质研制相辅相成、相互促进,仍是当前迫切需要解决的关键技术难题。随着战略性关键金属日渐成为国内外成矿作用研究的热点,钨锡铌钽锂铍铷铯锆铪稀土等稀有金属矿物微区同位素定年与示踪方法研究,必将为我国新一轮稀有金属矿床学研究做出应有的学术贡献。

关键词：稀有金属微区分析同位素定年与示踪 U-Pb/Rb-Sr/Lu-Hf年代学

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砂岩和页岩弹性波性质的实验研究进展

地球物理学进展 2024年第1期39卷 141-161页

作者：张金晗王勤内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京大学地球科学与工程学院南京210046

砂岩和页岩的弹性波性质是通过地震资料推断储层物性和流体分布的基础.岩石波速测量常用超声波(10^(5)~10^(6)Hz)脉冲法,低频岩石物理实验技术的发展为研究弹性波在岩石中的衰减和频散奠定了基础.本文系统总结了前人在高频和低频下测量... 详细信息

砂岩和页岩的弹性波性质是通过地震资料推断储层物性和流体分布的基础.岩石波速测量常用超声波(10^(5)~10^(6)Hz)脉冲法,低频岩石物理实验技术的发展为研究弹性波在岩石中的衰减和频散奠定了基础.本文系统总结了前人在高频和低频下测量砂岩和页岩弹性波性质的方法和实验结果,并结合矿物弹性性质和岩石物理模型,分析了压力、温度、矿物组成、孔隙结构、流体、频率等因素对岩石波速和衰减的影响.由于孔隙和微裂隙随压力增加而逐渐关闭,干燥砂岩和页岩的P波和S波速度在低压下随压力非线性增加,高于临界压力呈线性增加.干燥岩石样品的波速随温度增加而缓慢线性降低,频散效应可以忽略.而含流体砂岩和页岩的衰减和频散受温度、压力、流体饱和度、流体黏度、孔隙结构和频率等多种因素的影响,含流体砂岩和页岩的泊松比和逆品质因子Q^(-1)显著高于干燥样品.低压下砂岩的波速与孔隙度负相关,而影响页岩波速的因素更为复杂,页岩的波速、衰减和频散的各向异性都高于砂岩.将跨频段岩石物理实验与数字岩石物理技术相结合,可为勘探地球物理的方法创新和资料解释提供可靠依据.

关键词：砂岩页岩孔隙结构波速波速各向异性地震波衰减频散

青藏高原及其周边石炭纪综合地层、生物群和古地理演化

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中国科学:地球科学 2024年

作者：胡科毅王向东王文琦宋英凡叶训焱李璐史宇坤杨孙容李莹南京大学地球科学与工程学院内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室关键地球物质循环前沿科学中心

石炭纪时青藏高原及其周边分处不同的古地理位置,具有不同的沉积和生物类型.系统梳理和总结青藏高原的石炭系及生物群,建立综合地层对比框架,恢复古地理,对正确理解晚古生代冈瓦纳大陆的裂解、古特提斯洋的演变都具有重要意义.青藏高原... 详细信息

石炭纪时青藏高原及其周边分处不同的古地理位置,具有不同的沉积和生物类型.系统梳理和总结青藏高原的石炭系及生物群,建立综合地层对比框架,恢复古地理,对正确理解晚古生代冈瓦纳大陆的裂解、古特提斯洋的演变都具有重要意义.青藏高原及其周边的石炭系可划分为三种类型:冈瓦纳型、基默里型和特提斯型.本文讨论的冈瓦纳型包括藏南区的北喜马拉雅分区、康马-隆子分区和札达-仲巴分区,以及印度-巴基斯坦北部,仅发育密西西比亚系,生物类群为冈瓦纳型.基默里型包括保山分区、腾冲分区、措勤-申扎分区、拉萨-察隅分区、那曲-比如分区、南羌塘分区,以及掸泰和南阿富汗-帕米尔等地区,也仅发育密西西比亚系,但生物群具有欧洲、华南、澳大利亚和北美混生型特征.特提斯型包括唐古拉山分区、可可西里-巴彦喀拉分区、昌都-横断山分区、铁克里克分区、西昆仑分区、喀喇昆仑分区、东昆仑-中秦岭分区和祁连分区,石炭系发育完整,生物群为暖水的特提斯型.冈瓦纳型和基默里型石炭系生物地层对比以牙形类为主,辅以腕足类和四射珊瑚;特提斯型密西西比亚系的生物地层以四射珊瑚和腕足类为主,宾夕法尼亚亚系以有孔虫(?)和牙形类为主,辅以四射珊瑚和腕足类.在石炭纪国际标准年代地层框架下,系统建立了青藏高原及其周边的岩石地层和生物地层划分和对比框架.将来应加强石炭纪同位素地质年代学、地球化学及古气候和古环境的研究.

关键词：青藏高原石炭纪岩石地层生物群地层对比

碳酸盐补偿深度(CCD)是解密新生代表层碳循环的潜在钥匙

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中国科学：地球科学 2024年第6期54卷 1769-1785页

作者：肖开迅胡修棉蒋璟鑫王家昊南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室地球科学与工程学院南京210023

碳酸盐补偿深度(CCD)是海洋中碳酸盐的生成速率与溶解速率达到平衡时的层位,被比作大洋钙质“雪线”.重建深时CCD对于理解海洋环流、海水化学条件、沉积物分布、表层碳循环具有重要意义.本文回顾了CCD的重建方法,综述了新生代以来CCD的... 详细信息

碳酸盐补偿深度(CCD)是海洋中碳酸盐的生成速率与溶解速率达到平衡时的层位,被比作大洋钙质“雪线”.重建深时CCD对于理解海洋环流、海水化学条件、沉积物分布、表层碳循环具有重要意义.本文回顾了CCD的重建方法,综述了新生代以来CCD的驱动机制以及与碳循环的关联,并对其研究进行了展望.碳酸盐补偿深度的重建历经半个世纪,从早期的定性方法逐步演变为基于统计回归的定量方法,使得结果更加准确,分辨率更高.研究结果显示新生代以来全球各大洋CCD整体呈现缓慢加深的趋势,在中新世略有变浅. CCD的演化受到海水碳酸盐饱和度的控制,主要由生物作用、大陆风化强度、陆架-洋盆相对面积等因素驱动.在类似古新世-始新世极热事件的气候事件中, CCD表现为脉冲式波动.未来研究应在强调精细化、定量化的基础上进一步结合模型模拟,深入探索CCD与古气候、碳循环之间的关联和响应机制.

关键词：碳酸盐补偿深度新生代碳循环古气候古海洋

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有孔虫方解石壳体化学组成的生命效应机理探究

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高校地质学报 2024年第3期30卷 362-370页

作者：孙倩元陈天宇南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室地球科学与工程学院南京210023

有孔虫壳体钙化形成的方解石中的元素和同位素组成在重建古海洋演化方面有着广泛的应用。然而,前人发现有孔虫方解石和同海水成分的溶液中沉淀的无机方解石的化学组成有着显著差异,表明有孔虫方解石壳体的化学组成受到了“生命效应”的... 详细信息

有孔虫壳体钙化形成的方解石中的元素和同位素组成在重建古海洋演化方面有着广泛的应用。然而,前人发现有孔虫方解石和同海水成分的溶液中沉淀的无机方解石的化学组成有着显著差异,表明有孔虫方解石壳体的化学组成受到了“生命效应”的影响。为了探究这种“生命效应”背后的控制因素,更可靠地利用古海洋指标,前人从钙化过程及元素分配机理方面开展了一系列研究。文章总结了目前提出的有孔虫钙化的两种主要方式,即海水液泡内吞作用与Ca^(2+)离子跨膜转运作用。其中,在封闭或半封闭的钙化空间内,流体微量元素组成随着碳酸钙沉淀产生的瑞利分馏效应,成为解释有孔虫微量元素分配“生命效应”机理的经典模型。然而,这一模型仍难以定量解释有孔虫方解石壳体低镁的机制、钙同位素组成、以及镁钙比值对温度的敏感性。生物碳酸盐,包括有孔虫方解石,在形成时可能普遍存在亚稳态前驱碳酸盐物相。亚稳态前驱碳酸盐转化成方解石时产生的微量元素分配效应可能是解释有孔虫低镁的重要原因。最近,球文石物相在活体有孔虫中的发现支持了这一认识,但碳酸盐前驱体转化为方解石时的微量元素分配和同位素效应目前罕有研究。文章着重介绍了有孔虫中球文石前驱体转化为方解石时微量元素的分配模型,这一模型可以定量解释有孔虫低镁的现象。同时,结合前人实验室合成球文石和有孔虫方解石壳体的Ca同位素数据,类比颗石藻钙化过程中的Ca同位素分馏机制,作者从钙同位素角度进一步推测有孔虫方解石壳体化学组成的生命效应机理。亚稳态前驱体在有孔虫钙化过程中可能对微量元素分配与同位素分馏的“生命效应”有着重要贡献,未来需从其它微量元素和同位素的角度对该模型进一步验证。

关键词：有孔虫钙化生命效应球文石前驱体 Ca同位素

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华南雪峰山地区新元古代岩石弹性性质研究

高校地质学报 2024年第1期30卷 72-88页

作者：普腾飞内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京大学地球科学与工程学院南京210023

雪峰山构造带位于华南大陆中部,中国深地专项对雪峰山构造带进行地震探测,并且获取了地震剖面,通过地震资料解释认为雪峰山下面存在隐伏造山带,时代为古元古代(2.05~1.75 Ga),并且经历了新元古代裂谷作用改造,该裂谷作用可能与罗迪尼亚... 详细信息

雪峰山构造带位于华南大陆中部,中国深地专项对雪峰山构造带进行地震探测,并且获取了地震剖面,通过地震资料解释认为雪峰山下面存在隐伏造山带,时代为古元古代(2.05~1.75 Ga),并且经历了新元古代裂谷作用改造,该裂谷作用可能与罗迪尼亚超大陆裂解有关,对于重新认识华南大地构造演化历史以及重建全球罗迪尼亚超大陆和哥伦比亚超大陆演化模式具有重要意义。论文通过采用超声波脉冲透射方法研究雪峰山地区新元古代板溪群、冷家溪群轻变质—沉积岩波速特征,结果表明波速随压力呈非线性迅速增加,超过临界压力后,波速随压力呈逐渐缓慢线性增加。线理、面理发育的岩石,最快波方向平行面理、线理,最慢波方向垂直面理、线理,岩石地震波速各向异性介于2%~12%之间。对比理论计算波速与实验测量波速可知,理论计算结果与实际测量结果一致性较好,说明实验测量波速大小基本准确,为雪峰山地区地震资料解释提供了波速数据。

关键词：轻变质—沉积岩岩石波速—压力大陆碰撞块体拼贴造山作用裂谷作用