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榴辉岩部分熔融热力学及微量元素地球化学模拟:以柴达木盆地北缘锡铁山地体为例

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地质学报 2024年

作者：蒋晓聪李传志于胜尧彭银彪蒋兴洲高翔宇王林涛中国海洋大学海洋地球科学学院海洋高等研究院海底科学与探测技术教育部重点实验室青岛海洋科学与技术国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室

地壳深熔作用是高级变质岩石中普遍存在的现象,也是造山带演化的重要地质过程之一。榴辉岩作为研究大陆俯冲、超高压变质以及壳幔相互作用的主要岩石类型,其部分熔融与地壳生长、板片折返过程以及俯冲隧道中元素的迁移与分配等具有紧密... 详细信息

地壳深熔作用是高级变质岩石中普遍存在的现象,也是造山带演化的重要地质过程之一。榴辉岩作为研究大陆俯冲、超高压变质以及壳幔相互作用的主要岩石类型,其部分熔融与地壳生长、板片折返过程以及俯冲隧道中元素的迁移与分配等具有紧密联系。柴北缘锡铁山地体退变榴辉岩中普遍保留了代表深熔作用的原位和源区钠质浅色体,为研究超高压榴辉岩的深熔作用提供了有利条件。本文对锡铁山地体榴辉岩中的浅色体进行锆石U-Pb年代学研究,获得浅色体的结晶年龄为425.3±5.9 Ma (MSWD=0.74)。通过对锡铁山地体榴辉岩的深熔过程开展岩石热力学及微量元素地球化学模拟,结合区域上榴辉岩退变P-T轨迹获得了赋存于榴辉岩中的钠质浅色体平衡结晶的温压条件为794～797℃,1.227～1.071 GPa。锡铁山地体榴辉岩初始部分熔融发生在退变过程中的榴辉岩相阶段(～780℃,～1.954 GPa),熔融机制为在近升温降压过程中,以绿辉石主导,少量多硅白云母及黝帘石参与的脱水熔融。整个部分熔融过程中榴辉岩可产生约8%～9%体积熔体,满足熔体迁移的最低要求,表明锡铁山地体榴辉岩可能对于该区内的同折返花岗岩的源区有少量贡献。

关键词：深熔作用微量元素地球化学模拟同折返花岗岩

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海洋沉积物碳循环过程数值模型的研究进展

地球科学 2024年第4期49卷 1431-1447页

作者：徐思南吴自军张喜林孙伟香耿威曹红翟滨孙治雷中国地质调查局青岛海洋地质研究所自然资源部天然气水合物重点实验室山东青岛266237 同济大学海洋地质国家重点实验室上海200092 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266237 青岛市城市排水监测站山东青岛266002

海洋沉积物不仅是各种不同来源有机碳的重要埋藏场所,也是一个十分活跃的生物地球化学反应器,在全球海洋碳循环中扮演着重要角色.相对传统的地球化学测试和定性描述方法,数值模型可以突破时间和空间的限制,定量获取海洋沉积物中各个碳... 详细信息

海洋沉积物不仅是各种不同来源有机碳的重要埋藏场所,也是一个十分活跃的生物地球化学反应器,在全球海洋碳循环中扮演着重要角色.相对传统的地球化学测试和定性描述方法,数值模型可以突破时间和空间的限制,定量获取海洋沉积物中各个碳循环过程的反应速率及其通量,因此日益受到学界的重视.海洋沉积物有机质降解是驱动碳循环最为关键的生物地球化学过程,其释放进入周围孔隙水的溶解无机碳一部分可扩散至沉积物上覆水体,另一部分可与钙、镁等离子沉淀形成自生碳酸盐矿物.首先综述目前主要的3类沉积物有机质降解模型(离散性有机质降解模型、连续性有机质降解模型和Power模型)的建模过程及其在全球海洋沉积物有机质降解过程中的应用;接着从有机质降解相关的初级与次级反应出发,介绍沉积物中与有机质降解相关的地球化学过程反应速率模型的刻画方法,并从碳酸盐平衡体系和同位素质量平衡模式角度,探讨了沉积物有机质降解过程对自生碳酸盐形成及其碳同位素的影响;最后分析了当前阶段数学模型在描述有机质降解过程和自生碳酸盐形成中存在的问题和不足,并在此基础上展望未来亟需加强的研究要点,希企为深入理解海洋碳循环与全球气候变化相互反馈,建立可靠的海洋碳循环和生物地球化学预测系统提供有益的科学支撑.

关键词：海洋沉积物碳循环有机质降解自生碳酸盐形成数值模型海洋地质学

原特提斯洋俯冲起始——来自北祁连早寒武世弧前岩浆作用的新证据

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岩石矿物学杂志 2024年第2期43卷 250-273页

作者：张同悦张建新于胜尧祁钰李传志中国海洋大学海底科学与探测技术教育部重点实验室山东青岛266100 中国地质科学院地质研究所北京100037 崂山国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266237

形成于弧前背景的岩浆岩可能记录了俯冲起始的重要证据。本文以北祁连走廊南山蛇绿混杂岩带新识别出的富铌辉长岩和斜长花岗岩为研究对象,在野外观察的基础上,结合岩石学、地球化学、同位素地球化学和年代学的综合研究,对原特提斯洋初... 详细信息

形成于弧前背景的岩浆岩可能记录了俯冲起始的重要证据。本文以北祁连走廊南山蛇绿混杂岩带新识别出的富铌辉长岩和斜长花岗岩为研究对象,在野外观察的基础上,结合岩石学、地球化学、同位素地球化学和年代学的综合研究,对原特提斯洋初始俯冲的时间进行约束,并探讨其形成过程及构造意义。锆石U-Pb定年结果显示富铌辉长岩样品锆石加权平均^(206)Pb/^(238)U年龄为512±4 Ma;两个斜长花岗岩样品的锆石加权平均^(206)Pb/^(238)U年龄分别为522±3 Ma和519±1 Ma。全岩地球化学结果显示富铌辉长岩的Nb含量为7.49×10^(-6)~10.80×10^(-6),TiO_(2)含量为1.50%~2.08%,Nb/U值为11.9~13.4,(Nb/La)N>0.5,明显高于岛弧玄武岩,其εNd(t)值介于+4.38~+5.78之间。斜长花岗岩样品K_(2)O含量(0.31%~1.66%)和K_(2)O/Na2O值(0.05~0.43)较低,稀土元素分布模式较为平缓,具有轻微的Eu正或负异常,相对富集Ba、Sr、U等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta等高场强元素,结合其正的εNd(t)值(+3.35)和高、正的锆石εHf(t)值(主要在6.2~12.9之间),类似于弧前大洋斜长花岗岩。综合这些研究资料和区域地质,我们认为百经寺斜长花岗岩可能形成于俯冲初始阶段高温环境下俯冲洋壳部分熔融,随着俯冲继续,俯冲板片在更深部的部分熔融形成埃达克质熔体,并交代地幔楔形成富铌辉长岩。这些研究资料表明北祁连所代表的原特提斯洋的初始俯冲发生在早寒武世。

关键词：初始俯冲富铌辉长岩斜长花岗岩北祁连原特提斯洋

过去2000年重大火山喷发对全球和中国气候的影响

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中国科学：地球科学 2024年第1期54卷 64-82页

作者：孙炜毅陈德亮闾国年宁亮高超超张人禾王斌刘健虚拟地理环境教育部重点实验室江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心南京师范大学地理科学学院南京210023 Regional Climate Group Department of Earth SciencesUniversity of GothenburgGothenburg 40530Sweden 浙江大学环境与资源学院杭州310058 复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院上海200438 Department of Atmospheric Sciences and Atmosphere-Ocean Research Center University of Hawaii at ManoaHonoluluHI 96825USA 江苏省大规模复杂系统数值模拟重点实验室南京师范大学数学科学学院南京210023 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋-气候-同位素模拟开放工作室青岛266237

重大火山喷发(MVEs)越来越受到科学界的关注.已有很多工作研究了过去2000年MVEs对气候的影响,但古气候重建资料和气候模拟资料显示的全球和中国气候对MVEs的响应存在较大差异.本文汇总了观测、重建、模拟和同化数据,系统地总结了MVEs的... 详细信息

重大火山喷发(MVEs)越来越受到科学界的关注.已有很多工作研究了过去2000年MVEs对气候的影响,但古气候重建资料和气候模拟资料显示的全球和中国气候对MVEs的响应存在较大差异.本文汇总了观测、重建、模拟和同化数据,系统地总结了MVEs的史实、对气候的影响和机制以及未来的研究方向.主要结论是:过去2000年MVEs密集时期发生在公元530~700、1200~1460和1600~1840年.对温度影响上, MVEs会引起年际-年代际尺度全球和中国的显著降温,但模拟的年际尺度降温幅度明显大于重建结果.对降水影响上,热带MVEs会导致全球季风降水显著减少;在中国区域,长江流域的降水有所增加,但在华北、东北以及青藏高原南部区域,不同数据所反映的结果存在较大差异.频繁的强火山爆发、火山叠加太阳活动极小期、气候系统内部变率叠加火山的作用都可能引起北半球季风区和中国东部的年代际干旱事件.在机制上, MVEs既通过直接辐射效应影响气候,也通过调制气候系统内部变率来间接影响气候,如火山喷发会影响厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和大西洋多年代际振荡(AMO)的变化.然而, MVEs调制ENSO和AMO等气候系统内部变率模态的相位、振幅、周期和机理尚存在争议,这会加大重建-模拟之间的差异.此外,其他的气候系统内部变率、火山强迫重建的不确定性、气候模式的不确定性以及气候背景等也可能导致重建–模拟结果的分歧.

关键词：重大火山喷发气候变率影响机理过去2000年气候系统内部变率

胶州湾沉积物的不同相态主量元素含量及铁同位素组成初探

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青岛科技大学学报（自然科学版） 2024年第2期45卷 38-46页

作者：孙子威肖媛媛张跃刘瑾青岛科技大学化学与分子工程学院海洋科学与生物工程学院山东青岛266042 青岛海洋科学技术国家重点实验室山东青岛266061 中国科学院海洋研究所地质与环境重点实验室海洋大科学研究中心海洋研究所公共技术服务中心山东青岛266071

沉积物是物源、沉积环境、生源过程等多因素影响下的产物,不同元素进入沉积物的方式不同导致其赋存在不同的相态中,通过研究不同相态沉积物的元素丰度及同位素组成,可以揭示由于多种过程混合所掩盖的生物、物理及化学信息。本研究通过... 详细信息

沉积物是物源、沉积环境、生源过程等多因素影响下的产物,不同元素进入沉积物的方式不同导致其赋存在不同的相态中,通过研究不同相态沉积物的元素丰度及同位素组成,可以揭示由于多种过程混合所掩盖的生物、物理及化学信息。本研究通过选择性化学提取法,对胶州湾沉积物进行了分级提取,包括碳酸盐结合态、易还原的氧化物态、可还原的氧化物态、磁铁矿态和残留态。测试结果表明:主量元素主要赋存在残留态中,但在非残留态中不同程度保留有Ca、Fe、Mg、Mn和P。结合胶州湾沉积物中的常见矿物成分,除了之前研究已介绍的不同相态的目标矿物组成,推测易还原的氧化物态的潜在矿物还有独居石和磷灰石;可还原的氧化物态的潜在矿物还有褐铁矿;磁铁矿态的潜在矿物还有钛铁矿;部分硅酸盐矿物也存在于易还原的氧化物态和可还原的氧化物态中。残留态富集了重铁同位素,继承了物源区的特征,并且全组分的铁同位素主要受控于残留态;活性铁组分的铁同位素由于受到了非陆源组分的影响,导致同位素变化。

关键词：胶州湾沉积物连续提取铁同位素

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大西洋中脊26°S玄武岩岩石成因及构造意义:来自Hf同位素的约束

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岩石学报 2023年第8期39卷 2365-2378页

作者：孟凡雪赵梦云孟元库山东科技大学地球科学与工程学院青岛266590 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛266061

大西洋中脊是慢速扩张洋脊的典型代表。本文以大西洋中脊26°S地区脊轴及海山玄武岩代表性样品为研究对象,开展系统的Sr-Nd-Pb-Hf同位素研究,并结合已发表的数据,探讨研究区玄武岩成因及地幔源区性质和演化,旨在为认识地幔不均一性和地... 详细信息

大西洋中脊是慢速扩张洋脊的典型代表。本文以大西洋中脊26°S地区脊轴及海山玄武岩代表性样品为研究对象,开展系统的Sr-Nd-Pb-Hf同位素研究,并结合已发表的数据,探讨研究区玄武岩成因及地幔源区性质和演化,旨在为认识地幔不均一性和地幔柱-洋脊相互作用方式提供关键证据。样品主-微量元素与Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析结果表明,所有样品均显示同位素富集的N-MORB特征。此外,大西洋26°S玄武岩主微量元素和同位素具有较大的变化范围,且同位素之间呈现出良好的相关关系,表明其是亏损软流圈地幔熔融的结果,但有富集组分参与。结合元素和同位素特征以及Sr-Nd-Hf同位素定量模拟结果,富集组分可能为Tristan da Cunha地幔柱残余组分,显示EMⅠ型富集地幔特征。同位素定量模拟结果表明:海山玄武岩地幔源区组成为约90%~95%的亏损组分和10%~5%的富集组分;而脊轴玄武岩地幔源区富集组分较少(同位素组成,符合Dupal异常边界条件。定量计算表明,造成其异常的原因可能与EMⅠ型组分参与有关,这与同位素定量模拟结果相吻合。本文研究的同位素不同程度富集N-MORB可能的成因机制为:远端地幔柱-洋脊相互作用,即Tristan da Cunha地幔柱距离洋脊>1000km,地幔柱在运移至大西洋中脊的过程中,岩石圈厚度明显变薄,为减压熔融的发生提供了良好条件,使残余地幔柱物质不相容元素亏损,但同位素组成保留源区富集的特征。地幔柱残余物质到达大西洋中脊下方后,参与洋脊地区减压熔融,最终形成研究区不相容元素亏损且同位素富集的N-MORB。因此,本文研究的同位素富集的N-MORB可能记录了远端柱-脊相互作用和洋脊之下富集地幔柱物质再熔融的过程,为认识地幔不均一性提供了新的岩石学和地球化学证据。因此,地幔柱-洋脊相互作用不仅是E-MORB的可能成因,对理解N-MORB形成也有十分重要的意义。

关键词：地幔不均一性大洋玄武岩地幔端元 Sr-Nd-Pb-Hf同位素柱-脊相互作用

北秦岭东段二郎坪单元辉长岩成因及其构造意义:来自锆石U-Pb年代学、地球化学和Sr-Nd-Hf同位素的制约

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世界地质 2024年第2期43卷 153-170页

作者：王越曹花花赵淑娟李玺瑶深海圈层与地球系统前沿科学中心和海底科学与探测技术教育部重点实验室中国海洋大学海洋高等研究院和海洋地球科学学院山东青岛266100 青岛海洋科技中心海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266237

北秦岭造山带二郎坪单元的形成时代与构造属性一直是争论的焦点,解决此问题的关键在于精确约束与俯冲相关的岩浆作用的时限和性质。本文对北秦岭东段二郎坪单元辉长岩开展了岩相学、锆石U-Pb年代学、全岩主微量元素地球化学和Sr-Nd-Hf... 详细信息

北秦岭造山带二郎坪单元的形成时代与构造属性一直是争论的焦点,解决此问题的关键在于精确约束与俯冲相关的岩浆作用的时限和性质。本文对北秦岭东段二郎坪单元辉长岩开展了岩相学、锆石U-Pb年代学、全岩主微量元素地球化学和Sr-Nd-Hf同位素分析研究。地球化学特征表明,二郎坪单元辉长岩具有较低的w(SiO_(2))(49.61%~50.58%),表现出富Na贫K的特征(Na_(2)O/K 2O=8.44~14.09);稀土配分型式呈右倾型,相对富集大离子亲石元素(LILEs)、亏损高场强元素(HFSEs),具有Nb、Ta、Zr、Hf的负异常,Sr-Nd同位素组成略微富集,显示出岛弧岩浆岩的特征,具有CAB的性质,其原始岩浆来源于含角闪石的石榴子石相地幔源区的部分熔融,形成于岛弧环境,岩浆源区经历了俯冲流体的交代。利用锆石SIMS U-Pb定年手段获得二郎坪单元辉长岩加权平均年龄为(464±2.9)Ma,限定其成岩时代属中奥陶世。结合区域地质资料和前人研究成果,认为二郎坪单元辉长岩是宽坪洋向北秦岭微陆块下南向俯冲的产物,但不排除商丹洋向北秦岭微陆块下北向俯冲带来的影响。

关键词：辉长岩早古生代锆石U-Pb年代学地球化学二郎坪单元北秦岭造山带

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北极拉普捷夫海夏、秋季颗粒有机碳的分布与来源

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海洋学报 2022年第7期44卷 58-70页

作者：夏逸胡利民黄元辉白亚之叶君范迪孟宪伟石学法自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室山东青岛266061 中国海洋大学海洋地球科学学院海底科学与探测技术教育部重点实验室山东青岛266100 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室山东青岛266237 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋同位素与地质年代测定平台山东青岛266237

随着全球变暖的加剧,北极陆架边缘海碳的源汇过程对全球碳循环的影响及其气候环境效应日益显著。拉普捷夫海作为北冰洋典型的陆架边缘海,在大河、海冰、海洋初级生产力及海岸侵蚀的影响下,该区沉积有机碳的来源、输运和埋藏等过程独具... 详细信息

随着全球变暖的加剧,北极陆架边缘海碳的源汇过程对全球碳循环的影响及其气候环境效应日益显著。拉普捷夫海作为北冰洋典型的陆架边缘海,在大河、海冰、海洋初级生产力及海岸侵蚀的影响下,该区沉积有机碳的来源、输运和埋藏等过程独具特色。本文基于2018年中俄第二次北极联合科考获得的悬浮颗粒物样品和水文资料,研究了夏末秋初拉普捷夫海颗粒有机碳的分布特征、来源及其影响因素。结果表明,颗粒有机碳(POC)的浓度位于35.27~1 185.58μg/L之间,平均为172.65μg/L。受河流输入、海岸侵蚀和海洋初级生产力的影响,表层POC浓度分布呈现近岸高、远岸低趋势;底层POC浓度分布主要受控于沉积再悬浮作用,高浓度POC出现在勒拿河三角洲的东部区域。总悬浮颗粒物浓度与POC浓度总体呈显著正相关,显示出其对POC空间分布的直接影响,且两者在底层中的相关性要高于表层,表明不同层位的POC可能存在来源差异。研究区POC的δ^(13)C值处于-31.03‰~-25.79‰之间,表层δ^(13)C值较底层明显偏负,且部分站位的δ^(13)C值甚至低于周边陆源有机碳的端元,这反映了可能除陆源输入的贡献外,近海浮游植物直接利用大量陆源有机质降解产生的溶解无机碳的过程也对该区域POC的供应和来源解析具有重要的影响。

关键词：北极拉普捷夫海颗粒有机碳总悬浮颗粒物来源陆源输入

黄河三角洲浅层地下水盐分来源及咸化过程研究

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地学前缘 2022年第3期29卷 145-154页

作者：侯国华高茂生叶思源赵广明青岛海洋地质研究所山东青岛266237 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266061

黄河三角洲地下水咸化已成为区域最突出的生态环境问题之一。识别地下水补给及盐分来源是有效控制和改善地下水咸化问题的关键。本研究采集了研究区浅层地下水、地表水和海水等不同类型水样,利用离子比、Piper三线图、吉布斯图等方法对... 详细信息

黄河三角洲地下水咸化已成为区域最突出的生态环境问题之一。识别地下水补给及盐分来源是有效控制和改善地下水咸化问题的关键。本研究采集了研究区浅层地下水、地表水和海水等不同类型水样,利用离子比、Piper三线图、吉布斯图等方法对八大离子浓度、δD和δ^(18)O组成、Br和Sr浓度等进行地下水补给研究与盐分来源辨析。结果表明:(1)黄河三角洲浅层地下水以总溶解性固体(TDS)为3~38 g/L的咸水为主,地下水水化学类型较为单一,主要为Cl-Na型。(2)三角洲区域地下水以大气降水补给为主,并且在补给过程中经历了不同程度的蒸发作用的影响,黄河现行流路区域地下水主要来源于河水侧渗补给,但浅层地下水含水层水平渗透性较差限制了黄河侧渗补给范围。(3)海洋是黄河三角洲浅层地下水盐分的主要来源,黄河现行流路区域及近岸地下水盐分来源于海水混合,三角洲北部刁口河等古河道区域地下水盐分主要来源于海相蒸发盐淋滤溶解。

关键词：黄河三角洲地下水水化学氢氧稳定同位素盐分来源