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从长英质侵入体揭示火山喷发过程与岩浆通道系统

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岩石学报 2024年第7期40卷 1997-2018页

作者：马昌前刘彬薛振华邹博文黄贵治连泉程高珂孙洋王连训中国地质大学(武汉)地球科学学院武汉430074 长江大学地球科学学院武汉430100

汇聚板块边缘的大型长英质火山喷发是地球上最具破坏性的自然灾害之一。然而,与这些火山相关的岩浆通道系统的结构及其对火山活动的控制方式迄今仍知之甚少。基于在青藏高原北部东昆仑造山带三叠纪火山岩与侵入体关系的观察以及全球岩... 详细信息

汇聚板块边缘的大型长英质火山喷发是地球上最具破坏性的自然灾害之一。然而,与这些火山相关的岩浆通道系统的结构及其对火山活动的控制方式迄今仍知之甚少。基于在青藏高原北部东昆仑造山带三叠纪火山岩与侵入体关系的观察以及全球岩浆通道系统的研究进展,本文提出要将火山机构与侵入体结合起来开展研究,通过重建岩浆通道系统来揭示侵入体(古岩浆储库)与火山活动的潜在联系。本文指出,地球上只有少部分侵入岩与火山活动存在密切关系,这些侵入岩可能是抽取火山喷发物质后留下的岩浆储库残余物质。有些岩浆储库不仅为火山喷发提供物质,还在提供火山喷发动力、控制火山喷发方式在溢流式与爆炸式之间的转换以及影响火山机构定位等方面发挥着关键作用。富挥发分的流体大量溢出地表会减少大型伟晶岩型和斑岩型矿床的形成机会,特别是在爆炸式的长英质火山喷发过程中。本文将岩浆通道系统划分为5个区域,即部分熔融区、岩浆聚集区、岩浆迁移区、岩浆侵位区和火山喷口区,这些区域构成了一个复杂的纵向递进、横向连接的岩浆网络系统,是构造环境(构造阶段)、地壳状态和岩浆动力学属性的耦合产物。为了深入理解长英质岩浆通道系统结构和动力学演化及其对火山活动机制的控制,本文建议要将火山机构、侵入体和围岩系统作为岩浆通道系统的组成部分,开展构造地质学、岩石学、矿物学、岩浆动力学、地球化学、地球物理学等多学科的综合研究,以精细解剖典型岩浆通道系统的组成和结构,重建其岩浆动力学过程。

关键词：东昆仑长英质岩浆岩浆通道系统火山喷发方式侵入体岩浆动力学

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藏南亚东地区中新世岩浆活动及构造意义

岩石学报 2024年第8期40卷 2353-2373页

作者：王艳高彭尹常青张健钱加慧中山大学地球科学与工程学院广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室广州510275 香港大学地球科学系中国香港

喜马拉雅淡色花岗岩是研究造山带构造-岩浆演化历史的岩石探针。亚东淡色花岗岩位于高喜马拉雅序列中部,其成因机制和构造意义有待进一步的研究和讨论。本研究提供了新的亚东地区淡色花岗岩和花岗片麻岩的全岩地球化学和锆石年代学数据... 详细信息

喜马拉雅淡色花岗岩是研究造山带构造-岩浆演化历史的岩石探针。亚东淡色花岗岩位于高喜马拉雅序列中部,其成因机制和构造意义有待进一步的研究和讨论。本研究提供了新的亚东地区淡色花岗岩和花岗片麻岩的全岩地球化学和锆石年代学数据。亚东淡色花岗岩具有相对较高的SiO_(2)、K_(2)O含量,和相对较低的CaO、FeO^(T)、MgO含量,属于过铝-强过铝质、高钾钙碱性花岗岩。它们具有较低的稀土含量,相对富集的LREE含量,明显的Eu负异常。这些地球化学特征同典型的高喜马拉雅淡色花岗岩极为一致。本研究获得了顶噶二云母花岗岩约23Ma和21Ma的两期结晶年龄,并且认为该地区高喜马拉雅结晶岩系的部分熔融可能早在36~30Ma就已经开始了。获得亚东淡色花岗岩的ε_(Nd)(t)值和(^(87)Sr/^(86)Sr)i分别为-16.7~-13.8和0.754080~0.791009,与亚东变沉积岩的Sr-Nd同位素组成极其一致,而花岗片麻岩具有明显更高的ε_(Nd)(t)值和(^(87)Sr/^(86)Sr)i,分别为-9.0~-8.8和0.847193~0.866306。因此,我们认为亚东淡色花岗岩源自高喜马拉雅结晶岩系中变沉积岩的部分熔融,且不含或极少有花岗片麻岩的物质贡献。综合全岩地球化学、变质岩石学及年代学研究,我们认为高喜马拉雅结晶岩系在埋藏加厚的过程中就已经发生了白云母为主的脱水部分熔融,在随后的伸展构造阶段发生大规模减压熔融,产生大量中新世淡色花岗岩。

关键词：淡色花岗岩亚东 U-Pb年代学 Sr-Nd同位素喜马拉雅碰撞造山带

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各向同性弹性波逆时偏移

地球物理学报 2024年第5期67卷 1944-1953页

作者：陈生昌李代光龚新月浙江大学地球科学学院杭州310027

为了得到物理意义明确、地质可解释的偏移成像结果,当前的弹性波逆时偏移方法需要在偏移过程中对外推的弹性波场进行P/S波分解,以消除物理上相互不匹配的波型在偏移成像结果中产生的交叉噪声.给定具有地震波运动学特征准确的地下介质光... 详细信息

为了得到物理意义明确、地质可解释的偏移成像结果,当前的弹性波逆时偏移方法需要在偏移过程中对外推的弹性波场进行P/S波分解,以消除物理上相互不匹配的波型在偏移成像结果中产生的交叉噪声.给定具有地震波运动学特征准确的地下介质光滑模型,本文首先给出了作为地震数据线性反演的偏移所对应的一般正演表达式;再利用各向同性弹性波方程,推导出了适合弹性介质光滑模型的P/S波解耦的弹性波方程,即纵波弹性波方程和横波弹性波方程;最后对各向同性弹性波逆时偏移提出了新方法和新认识.对于纯P(或S)波震源激发得到的地震数据的各向同性弹性波逆时偏移,提出了对外推的弹性波场无需进行P/S波分解,在偏移成像结果中也不会出现交叉噪声的新方法;对于P/S波复合震源激发得到的地震数据的各向同性弹性波逆时偏移,提出了即使对外推的弹性波场进行P/S波分解,在偏移成像结果中还会出现交叉噪声的新认识.

关键词：弹性波光滑偏移模型逆时偏移无P/S波分解交叉噪声

滇西保山地块铁厂中新世花岗岩成因与构造意义

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岩石学报 2024年第6期40卷 1870-1886页

作者：叶雅琪孙祥司晓博苗珂郑明俊梁晓雅中国地质大学地球科学与资源学院北京100083

滇西保山地块新生代岩浆岩是理解印度-欧亚板块斜向碰撞带新生代构造演化和动力学背景的窗口。本文对保山地块铁厂地区中新世二云母花岗岩和含电气石二云母花岗岩开展了岩石地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素组成研究。结果表明二云... 详细信息

滇西保山地块新生代岩浆岩是理解印度-欧亚板块斜向碰撞带新生代构造演化和动力学背景的窗口。本文对保山地块铁厂地区中新世二云母花岗岩和含电气石二云母花岗岩开展了岩石地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素组成研究。结果表明二云母花岗岩和含电气石二云母花岗岩的岩浆锆石U-Pb年龄分别为18.1±0.1Ma和16.9±0.2Ma,反映岩浆岩形成于中新世。两类花岗岩具有高硅(SiO 2=73.7%~74.2%),富钾(K 2O=6.3%~6.7%,K 2O/Na 2O>1),且相对高碱(K 2O+Na 2O=8.8%~9.3%)的特征,属钾玄岩系列,为强过铝质S型花岗岩。两类花岗岩的CaO/Na 2O比值介于0.25~0.39,具有低Sr(56×10^(-6)~79×10^(-6))、低Ba(155×10^(-6)~211×10^(-6))、高Rb/Sr比值(4.6~6.2)特征。二云母花岗岩的锆石εHf(t)值为-12.1~-1.5。这些特征表明铁厂中新世花岗岩是变泥质岩脱水部分熔融的产物。结合同时代西南三江地区崇山剪切带淡色花岗岩和喜马拉雅淡色花岗岩的对比分析,表明铁厂中新世花岗岩可能形成于伸展构造环境。

关键词：中新世花岗岩地球化学锆石U-Pb年代学锆石Hf同位素保山地块

CO_(2)辐射效应与生理效应对气候系统影响异同的模拟研究

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气候变化研究进展 2024年第2期20卷 170-181页

作者：吴星怡曹龙浙江大学地球科学学院大气科学系杭州310027

基于CESM地球系统模式,模拟研究不同CO_(2)浓度变化情景下,在快响应阶段和平衡阶段,CO_(2)通过影响大气辐射传输过程的辐射效应和通过影响植被气孔的生理效应对气候系统的影响和作用机制异同。试验结果表明,在CO_(2)倍增的情况下,CO_(2... 详细信息

基于CESM地球系统模式,模拟研究不同CO_(2)浓度变化情景下,在快响应阶段和平衡阶段,CO_(2)通过影响大气辐射传输过程的辐射效应和通过影响植被气孔的生理效应对气候系统的影响和作用机制异同。试验结果表明,在CO_(2)倍增的情况下,CO_(2)辐射效应和生理效应都会引起全球地表的增温。辐射效应在两个阶段的地表增温中均起主导作用,而在快响应阶段,生理效应在全球陆表增温中贡献率达到了(27.5±0.9)%。CO_(2)辐射效应和生理效应对全球水循环的影响有明显差异。在平衡阶段,CO_(2)辐射效应使全球地表蒸散增加(5.2±0.1)%,径流量增加(8.0±0.4)%;而CO_(2)生理效应使全球地表蒸散量下降(3.9±0.1)%,径流量增加(10.1±0.4)%。在快响应阶段,生理效应在蒸散量的变化中占据主导作用。在CO_(2)倍增试验基础上,又进行了大气CO_(2)浓度分别为400×10^(-6)、600×10^(-6)、800×10^(-6)、1000×10^(-6)的模拟试验。随着CO_(2)浓度的增加,受辐射效应影响,地表温度、蒸散量和降水量出现持续增加,但增幅有所放缓;受CO_(2)生理效应影响,地表蒸散量持续减少,下降幅度并未出现明显变化。CO_(2)辐射效应和生理效应的协同作用具有非线性。对于地表温度、降水和蒸散等变量,CO_(2)辐射效应和生理效应共同作用引起的变化与两者单独作用时引起的变化之和存在差异,且这种差异随着CO_(2)浓度的增加越来越显著。

关键词：气候变化 CO_(2)辐射效应植被气孔 CO_(2)生理效应

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探地雷达正演的间断伽辽金法影响因素分析

地球物理学报 2024年第3期67卷 1273-1284页

作者：冯德山刘硕王珣丁思元张华苏玄陈磊颜照坤中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083 东华理工大学地球科学学院南昌330032

时域间断伽辽金(discontinuous Galerkin time-domain, DGTD)算法具有守恒性、稳定性、高精度性和间断性等优点,现已成为一种有效的探地雷达(Ground penetrating radar, GPR)正演方法.为了提高DGTD算法的计算效率和精度,作者详细分析了... 详细信息

时域间断伽辽金(discontinuous Galerkin time-domain, DGTD)算法具有守恒性、稳定性、高精度性和间断性等优点,现已成为一种有效的探地雷达(Ground penetrating radar, GPR)正演方法.为了提高DGTD算法的计算效率和精度,作者详细分析了数值通量、时间离散格式、单元大小与局部基函数阶次、网格剖分方式等影响因素.数值实验表明,局部Lax-Friedrichs中τ=1/2的补偿数值通量既可以消除伪解,又可以提高计算精度;在精度相同的情况下,低存储显式Runge-Kutta方案(low-storage explicit Runge-Kutta, LSERK)的稳定性条件和低存储优势要明显优于其它两种时间离散格式,尤其是在大型复杂模型和三维正演模拟中更有优势.而提高基函数的阶次或增大网格数,均可以提高其误差的收敛性,局部基函数阶次N和单元大小d与电磁波波长λ的适用关系为d/N约等于λ/15;当单元数目大致相等时,网格剖分方式对于高阶DGTD算法的影响较小,说明DGTD算法对网格具有较好的适应性.最后,采用DGTD算法对火星乌托邦平原模型进行正演,验证了基于最优参数的DGTD算法模拟精度高,可为火星乌托邦平原GPR实测数据的解译奠定理论基础.

关键词：探地雷达时域间断伽辽金数值通量时间离散格式高阶基函数

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内蒙古锡林浩特地区晚新生代火山喷发序列研究

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岩石学报 2024年第7期40卷 2087-2102页

作者：史志伟白志达赵志丹董国臣王建伟金笃斌中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083

火山喷发序列是恢复火山活动历史的重要基础。锡林浩特火山群是大兴安岭-大同新生代火山喷发带中火山数量最多、喷发时间最长的火山群。本文从火山地质学入手,查明了火山堆积物之间及与沉积地层(离石黄土、马兰黄土和黑土)的叠置关系,... 详细信息

火山喷发序列是恢复火山活动历史的重要基础。锡林浩特火山群是大兴安岭-大同新生代火山喷发带中火山数量最多、喷发时间最长的火山群。本文从火山地质学入手,查明了火山堆积物之间及与沉积地层(离石黄土、马兰黄土和黑土)的叠置关系,并根据火山结构组成、形貌特征、喷发类型、火山岩类型及火山锥体的风化降解程度等,结合光释光(OSL)、^(14)C等定年方法,对火山喷发序列进行综合研究,确定了喷发相对时序和绝对年龄。锡林浩特火山群火山活动具有周期性变化规律,其喷发序列由老到新依次为:上新世,早更新世,中更新世早期、中更新世晚期,晚更新世早、中、晚和末期,以及全新世,共9个火山喷发旋回。晚更新世是火山喷发的鼎盛时期。首次确定了鸽子山火山的最晚喷发年龄距今约6800年,为广义活火山。不同旋回火山喷发方式及火山风化降解程度差异较大。上新世为裂隙式喷发,早、中更新世主要是裂隙-中心式喷发,晚更新世以来为中心式喷发。中心式喷发火山类型有斯通博利型、夏威夷型、玛珥型和亚布里尼型,其中玛珥型火山在本区属首次发现。中更新世及以前的火山锥基本已剥蚀殆尽,晚更新世以来的火山地貌形态保存尚好。每个喷发旋回几乎都呈现从碱性玄武岩向拉斑玄武岩演化的特征,反映了本区深部岩浆房演化与构造活动强度的周期性变化规律。

关键词：晚新生代喷发序列喷发类型鸽子山活火山锡林浩特

粤西高州泥质麻粒岩变质P-T-t演化及其对华南早古生代构造背景的指示

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科学通报 2024年第18期69卷 2602-2617页

作者：钱加慧梁勇智尹常青高彭张健热孜亚·麦麦提中山大学地球科学与工程学院广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室珠海519080 香港大学地球科学系中国香港999077

华南陆块早古生代构造热事件的形成与演化一直是学界关注的热点议题.本文对地处华夏地块西南部的高州泥质麻粒岩开展了详细的岩相学、矿物化学、相平衡模拟和锆石年代学研究,综合华夏地块已有的早古生代变质作用资料,探讨了华南早古生... 详细信息

华南陆块早古生代构造热事件的形成与演化一直是学界关注的热点议题.本文对地处华夏地块西南部的高州泥质麻粒岩开展了详细的岩相学、矿物化学、相平衡模拟和锆石年代学研究,综合华夏地块已有的早古生代变质作用资料,探讨了华南早古生代时期的构造背景.高州泥质麻粒岩包含三阶段矿物组合:包裹体组合由石榴子石核部及所包裹的钾长石、黑云母、矽线石、石英、金红石和钛铁矿组成,相平衡模拟获得温压条件为~0.95 GPa/800℃(压力峰期阶段);基质矿物组合为石榴子石变斑晶和基质中的堇青石、钾长石、黑云母、石英、矽线石和钛铁矿,结合矿物组合在相图中的位置、基质黑云母的Ti含量和基质钾长石的Ab值,限定温压条件为0.57~0.69 GPa/815~865℃(温度峰期阶段);退变质组合以石榴子石周围或后成合晶中的堇青石、钾长石、黑云母、石英和钛铁矿以及晚期斜长石和矽线石为代表,指示降温降压的退变质过程.高州泥质麻粒岩的锆石U-Pb定年获得441±1.4 Ma的变质年龄.变质锆石的Ti温度计计算结果为693~759℃,与岩石的退变质冷却温度一致.华南早古生代变质作用整体上为中压相系条件,变质P-T轨迹均为顺时针样式,暂无高压相系蓝片岩或榴辉岩的发现.上述变质作用特征在大陆碰撞造山带和陆内造山带都可形成,但碰撞造山带的另一个特点是常伴生高压-超高压蓝片岩和榴辉岩.从目前掌握的变质作用数据和其他地质资料分析,华南陆块内部发育早古生代变质-岩浆-变形作用的构造域很可能并不是发生俯冲-碰撞的“第一现场”,引起该期构造热事件的应力来源于彼时华南的陆缘.

关键词：泥质麻粒岩变质P-T-t演化早古生代构造意义华南

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喜马拉雅淡色花岗岩比以前认为的更热

科学通报 2024年第18期69卷 2682-2694页

作者：高彭黄惠婵尹常青张健钱加慧中山大学地球科学与工程学院广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室珠海519080 香港大学地球科学系中国香港999077

喜马拉雅造山带新生代淡色花岗岩是纯地壳熔体的典型代表.它们主要是由变沉积岩在缺自由流体的条件下通过白云母脱水部分熔融产生,其熔融温度一般低于800℃.本研究利用3种独立的方法限定淡色花岗岩的初始研究温度,其结果一致表明,淡色... 详细信息

喜马拉雅造山带新生代淡色花岗岩是纯地壳熔体的典型代表.它们主要是由变沉积岩在缺自由流体的条件下通过白云母脱水部分熔融产生,其熔融温度一般低于800℃.本研究利用3种独立的方法限定淡色花岗岩的初始研究温度,其结果一致表明,淡色花岗岩形成于相对高的温度条件(>800℃).首先,通过对比变泥质岩来源的熔体与喜马拉雅淡色花岗岩间的成分,发现高温(820~900℃)熔体的A/CNK(Al_(2)O_(3)/(CaO+Na_(2)O+K_(2)O),mol)值与大部分花岗岩的一致(1.0~1.3),而低温(750~800℃)熔体则具有更高的A/CNK值(1.3~1.4).除此之外,高温熔体、低温熔体和花岗岩在其他主量元素组成上并无显著差别.其次,本研究数据和文献数据都证实,喜马拉雅淡色花岗岩的锆石饱和温度低于相应样品中很大一部分的锆石Ti温度值.这一观测结果表明,初始岩浆并没有达到锆石饱和,而锆石的饱和结晶主要通过贫Zr矿物的结晶导致.很多样品的锆石Ti温度最大值均超过了800℃.最后,对两件代表性二云母花岗岩样品的相平衡模拟计算显示,5 kbar(1 bar=10~5Pa)结晶条件下的液相线温度均约为800℃,且液相线温度随结晶压力的增加而增加.因此,如果淡色花岗岩岩浆起源于更深的地壳层位(8~10 kbar),它们的形成温度应更高.综上,我们认为,喜马拉雅淡色花岗岩的初始岩浆温度比以前认为的更高.通过地壳深熔产生的岩浆作用有助于开启高喜马拉雅结晶岩系的折返和藏南拆离系和主中央逆冲断层的活动.

关键词：喜马拉雅淡色花岗岩温度地壳深熔