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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

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

华南基底变质岩的铌钽赋存状态及对铌钽富集和分异的指示

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地质学报 2024年

作者：毛志奇于津海蔡元峰孙涛夏浪苟树林南京大学地球科学与工程学院南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室

华南板块东南部的华夏地块和江南造山带是我国前寒武纪基底和显生宙铌钽等稀有金属矿床重点分布地区。显生宙铌钽等稀有金属成矿作用是否与前寒武纪基底成分有关，以及基底变质岩中铌钽等稀有金属的赋存状态如何影响部分熔融产生的岩浆... 详细信息

华南板块东南部的华夏地块和江南造山带是我国前寒武纪基底和显生宙铌钽等稀有金属矿床重点分布地区。显生宙铌钽等稀有金属成矿作用是否与前寒武纪基底成分有关，以及基底变质岩中铌钽等稀有金属的赋存状态如何影响部分熔融产生的岩浆中铌钽含量和比值是重要的基础科学问题。本文详细分析了华夏地块和江南造山带各种基底变质岩中变质矿物的Nb-Ta含量。结合全岩地球化学、矿物成分、矿物含量、变质温度和部分熔融模拟，本研究揭示了各种变质矿物的Nb-Ta含量和变化的规律，讨论了不同条件下不同矿物熔融对熔体Nb-Ta富集的影响。分析结果显示，黑云母是华南变质岩中最富集Nb-Ta的造岩矿物，Nb和Ta平均含量分别为64.1×10-6和4.93×10-6，对Nb和Ta的相容性相似。白云母的Nb-Ta富集能力略弱，在固相线下更相容Nb，平均Nb/Ta比值为16.9，是潜在的高Nb/Ta储库。辉石、角闪石、石榴子石和长石等造岩矿物的Nb-Ta含量很低，不会对体系Nb-Ta富集和分异产生明显的影响。固相线下黑云母和白云母的Nb-Ta含量、Nb/Ta比值以及与全岩的分配系数主要受控于寄主岩成分、矿物组合、矿物晶体化学成分以及变质温度。云母中的Nb-Ta含量和与全岩的分配系数与变质温度呈良好的线性正相关，与矿物含量呈反相关，体现了矿物含量效应。当云母发生部分熔融后，其化学成分和分配系数发生变化，Nb-Ta含量快速下降，不再受控于固相线下的影响因素，这种转变被称之为“熔融效应”。根据对南岭地区一个二云母片岩的部分熔融模拟，可以得出熔体的Nb-Ta富集和分异程度主要取决于原岩Nb-Ta含量、熔融矿物组合、氧逸度以及熔融程度。高的氧逸度和压力能有效促进Nb-Ta在熔体中的富集。模拟结果显示在0.6 GPa和FMQ+2条件下，熔体的Nb和Ta含量最高分别达45.1×10-6和3.44×10-6，相比于原岩富集了2.65倍。分离结晶模拟指出正常的分离结晶对熔体的Nb-Ta富集作用非常有限，极端的分异，达到富流体阶段，才能导致Nb-Ta在熔流体中明显的富集。

关键词：华南板块基底变质岩变质矿物铌钽含量部分熔融和分离结晶模拟

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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

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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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

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

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合成金刚石的晶体形态对天然金刚石的启示

地质学报 2024年第6期98卷 1743-1756页

作者：鲁智云杨经绥连东洋吴魏伟杨彧曹楚奇蔡鹏捷浙江大学地球科学学院浙江杭州310058 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江苏南京210023 中国地质科学院地质研究所北京100037

作为深部地球研究的“信使”,不同类型天然金刚石的形成温度、压力及环境介质条件一直是地球科学中的重要内容。天然金刚石原石呈现出多种多样的晶型和表面形貌特征是其结晶过程、介质环境和运移过程的最直接记录。伴随着金刚石高温高... 详细信息

作为深部地球研究的“信使”,不同类型天然金刚石的形成温度、压力及环境介质条件一直是地球科学中的重要内容。天然金刚石原石呈现出多种多样的晶型和表面形貌特征是其结晶过程、介质环境和运移过程的最直接记录。伴随着金刚石高温高压合成技术的发展以及合成金刚石的规模化工业生产应用,前人对合成金刚石的晶型及表面形貌特征进行了大量的描述并详细探讨了温度、压力及组分差异对晶体形态的影响。本文对不同条件下的合成金刚石与不同类型天然金刚石的晶型特征、表面形貌特征进行了详细的对比分析,旨在将高温高压实验中明确的生长条件及晶体生长规律应用于天然金刚石形成条件的研究中,并进一步为金刚石晶体形态反映出的地质环境特征、地幔流体/熔体组成和动力学条件的研究提供约束。

关键词：金刚石高温高压实验晶型表面形貌温度压力