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[硕士论文] 何爱林
建筑与土木工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:岩石是由一种或多种矿物成分组合成的结构体,含有许多微裂纹和微孔洞,具有各向异性的物理力学性能,在地热资源开发、核废料深埋处置等工程中,岩石的力学特性常常受到温度的影响。本文选取陕西华山花岗岩为研究对象,对经历不同温度处理的花岗岩试样开展一系列试验研究,探析了其力学行为、细观机理及声发射特性等,主要研究工作及结论如下:
  首先,结合单轴和三轴压缩试验,研究了不同温度后花岗岩的应力-应变响应以及各力学参数随温度的变化趋势。同时,通过X射线衍射试验,对温度后的花岗岩矿物成分进行分析。结果表明:花岗岩常温下为灰白色,随着温度升高逐渐变为暖色调,脆性与体积均有所增大;对于同一温度,花岗岩在三轴压缩下的抗压强度远大于单轴下抗压强度,且随着温度的升高,围压对于提高强度的效果越明显;X射线衍射曲线显示,500℃以下岩样主要成分的衍射信息没有明显的变化;超过500℃后,在26.5°~27.0°衍射角范围内石英的衍射峰明显减小。
  接着,对经历20、300、500、700和900℃温度后的花岗岩试样进行超声波检测,结合超声波波速与波形的变化,探究了岩石的热损伤特性,并借助于扫描电镜(SEM)对岩石温度损伤现象进行了细观观测。研究发现:当温度低于500℃时,花岗岩中纵波波速随温度升高而平缓下降,温度高于500℃,花岗岩组分石英发生相变,纵波波速迅速下降。特别地,700℃后岩样损伤严重,波速衰减渐趋平缓;SEM图像显示,随着温度的升高花岗岩微裂纹数量增加。
  最后,基于花岗岩单轴压缩和声发射(AE)试验,对比了实时温度下和温度后岩样声发射能量计数的变化规律,并对应力-应变曲线形状、峰值应力、峰值应变、弹性模量和破坏模式进行了讨论。结果显示:温度越高花岗岩内部形成的裂纹越多,内部损伤越严重,声发射活动愈加频繁;经相同的热处理,实时温度下的塑性阶段更明显,峰值应变较大,峰值应力和弹性模量偏小,主要是因为温度下的花岗岩热应力效应明显,而温度后岩样内部裂纹部分发生愈合,刚度得以增强。
[硕士论文] 宁思远
地球化学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:长江中下游地区与铜金矿床有关的埃达克岩成因仍然存在分歧。本次我们对铜陵宝山地区的侵入岩和其中的包体进行了系统的矿物学、岩石学和元素地球化学研究。结果表明:1、宝山岩体岩性变化较大,从辉石闪长岩到花岗闪长岩均有;2、暗色基性岩常常被淡色酸性的花岗闪长岩所包裹,部分界限呈过渡状态;3、代表岩体的BS-3中锆石Ce4+/Ce3+比值(平均值为329),远远大于代表包体的BS-2中锆石Ce4+/Ce3+比值(平均值为60),表明BS-3所代表的岩体氧逸度更高。BS-3中锆石Ti温度(平均值为679℃)略小于BS-2中锆石Ti温度(平均值为689℃),位于长江中下游埃达克岩区域范围内,远低于郯庐断裂带南段埃达克岩,说明宝山岩体源区富水。4、LA-ICP-MS锆石U-Pb定年表明,宝山花岗闪长岩和其中的辉石闪长岩包体分别形成于143.8±3.2Ma(2σ,MSWD=2.3)和142.9±2.9Ma(2σ,MSWD=2.2),形成年龄相近,属于早白垩世;5、宝山岩体地球化学表明其主体具有典型的埃达克岩特征,如较大SiO2变化范围(52.88%~63.66%),高Al3O2(平均值为16.03%)、Sr/Y(33.4~102,平均为72.9)和Sr/La比值,低Y和Yb含量、低(La/Yb)N(14.6~26.6,平均值为21.4)和K2O/Na2O(平均值为0.39)比值。6、野外岩石接触关系和岩石地球化学特征表明宝山埃达克质岩可能为岩浆混合成因,混合的两个端元分别为高硅和低硅端元。高硅端元为俯冲洋壳熔融形成的熔体并发生不同程度磁铁矿的结晶分异,而低硅端元为高Ni、Cr、V、Co的岩石圈地幔熔体。7、通过对BS-2和BS-3中具有环带斜长石的原位微区和面扫描分析,揭示了岩浆混合具体的演化过程:上覆岩石圈地幔熔融的低硅熔体注入俯冲蚀变洋壳熔融的高硅熔体形成的岩浆房时,高硅熔体捕获来自低硅熔体的斜长石斑晶,当捕掳晶与寄主岩浆的热力学环境平衡后,斜长石斑晶在寄主岩浆中继续生长。埃达克质岩有利于大规模的岩浆矿化主要有三个因素:高氧逸度、富水和富含成矿元素。在富水和高氧逸度的条件下,S主要存在与+6价,-2价硫含量降低,从而导致硫化物岩浆不饱和,将从地幔中萃取出更多的亲铜元素,从而使熔融体成为富含亲铜元素的潜在成矿岩浆。铜陵宝山岩体的地质与地球化学研究表明铜陵地区中生代埃达克质岩和大规模铜金成矿作用可能形成于俯冲背景之下。
[硕士论文] 毕程程
桥梁与隧道工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:岩石的动态爆破损伤评估是工程抗爆研究中的重要内容,目前的理论研究水平在描述爆破的各个过程方面还有待完善,实验所需的成本高、实施周期长并且很难全面而准确地测定相关参量。而随着计算水平的提高,数值模拟技术既可以很好地再现爆破损伤的各个过程,并且能有效地描述岩石在爆炸荷载作用下的动态响应情况,现已被大量的科研工作者所采用。实践表明,选择合适的本构模型及其参数、采用合理的网格划分方式并结合优良的数值算法,是能够准确而高效地取得良好模拟效果的保证。为了提高数值模拟的精度,本文围绕华山花岗岩爆破损伤这一科学问题,开展了以下几方面工作:
  首先,通过基础实验、理论计算和经验取值的方式确定了一组岩石Holmquist-Johnson-Cook(简称HJC)本构参数,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对该岩石的爆破损伤进行了数值模拟,并在此基础上对不同单元失效类型以及HJC本构参数敏感度进行了研究分析。结果发现最大拉应力失效类型比较适合爆破损伤破坏的模拟,HJC本构参数对计算结果的敏感度各不相同,其中对峰值速度和峰值位移均有较大影响的参数有ρ、G、B、N和fc,这些参数在确定时需引起重视。
  接着,详细介绍了软件自带的渐变网格划分函数的推导过程及其所具有的性质,并基于均匀网格和渐变网格划分方式,探究了不同网格精度对计算结果的影响。得出计算结果不仅受介质本身网格大小的影响,还受相邻网格大小比值的影响,相邻网格大小差距不宜过大。在相同计算精度的情况下,渐变网格划分所需的计算存储空间比均匀网格划分的要少。
  最后,对光滑粒子(SPH)和有限单元(FEM)耦合算法作了介绍,并结合爆破实例给出了详细的建模过程,分析了不同粒子生成方式和不同粒子范围对爆破模拟结果的影响。结果表明通过几何形状直接生成的SPH粒子分布较均匀,与有限单元耦合模拟得到的岩石爆破效果较好。而且,粒子范围过小会影响SPH粒子与有限单元之间的耦合;粒子范围过大,计算所需时间和存储空问均随之增大,故本文建议给出合理的粒子范围约为炸药半径的12~16倍。
[硕士论文] 林涛
矿物学、岩石学、矿床学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:新疆阿拉套山位于西天山北部,是中亚造山带的重要组成部分,该地区发育有大量的晚石炭世-早二叠世的花岗岩,目前对这些花岗岩的类型、岩浆演化以及成因还存在一定的争议。新疆北部准噶尔等地区出露有大面积的晚石炭世到早二叠世的A型花岗质岩石,与其相邻的阿拉套山地区是否也存在同时代的A型花岗岩。另一方面,阿拉套山地区花岗岩相对东天山及西准噶尔地区同时代花岗岩具较高的(87Sr/86Sr)i值和较低的εNd(t)值,这一特征是否与西天山造山带存在的古老基底有关,古老基底在阿拉套山地区花岗岩形成过程中所起的作用还值得探究。
  本硕士论文以阿拉套山东段的孔吾萨依花岗岩体及乌图布拉格流纹岩体为研究重点,对孔吾萨依花岗岩及乌图布拉格流纹岩进行了详细的地球化学及矿物学研究。此外,还针对孔吾萨依花岗岩开展了年代学、同位素地球化学研究。结合前人的研究成果及本文上述实验分析结果,探讨了孔吾萨依花岗岩及乌图布拉格流纹岩的岩石类型、成岩年代、岩浆演化、岩石成因及其构造意义。本文主要得到以下认识及结论:
  1、孔吾萨依花岗岩体主要由花岗斑岩、二长花岗岩、粗粒钾长花岗岩及细粒钾长花岗岩组成。其中,孔吾萨依花岗岩体花岗斑岩形成于293.3±4.0Ma;二长花岗岩的成岩年代为293.1±3.6Ma;细粒钾长花岗岩成岩年代为293±3.7Ma。上述同位素定年结果表明,孔吾萨依岩体中各类型花岗岩均是同时代的产物,形成于晚石炭世到早二叠世。
  2、孔吾萨依岩体花岗斑岩、二长花岗岩、粗粒钾长花岗岩,细粒钾长花岗岩和乌图布拉格流纹岩均具有高的总碱值和高的Fe*值及TiO2/MgO比值,同时富集Zr、Hf和稀土元素,而亏损Ba、Sr、P、Ti和Eu,且具较高的Ga/Al比值,黑云母属于铁质云母和铁叶云母系列;其地球化学特征及矿物学特征均与典型A型花岗岩类似,且属A2型花岗岩系列。二长花岗岩的地球化学及角闪石化学组成反映其可能具铝质A型花岗岩的特征。
  3、孔吾萨依岩体中,从花岗斑岩到二长花岗岩和粗粒钾长花岗岩再到细粒钾长花岗岩,其Eu负异常程度越来越大,Ba、Sr、P、Ti等的亏损及Rb、Th、U等的富集程度逐步增大,岩浆温度逐步降低,碱性长石具富钠的演化趋势。上述特征显示孔吾萨依岩体中花岗斑岩到细粒钾长花岗岩具有同源岩浆结晶演化的特征。晚期乌图布拉格流纹岩温度再次上升,表明流纹岩是后期另一起岩浆作用的产物。
  4、孔吾萨依花岗岩及乌图布拉格流纹岩均具正高的εNd(T)值,较高的Y含量,低的Mg#,黑云母镁质系数小于6%。其同位素地球化学特征及矿物学特征研究表明孔吾萨依花岗岩及乌图布拉格流纹岩可能源于年轻的玄武质地壳,形成于后碰撞伸展环境,低压高温低氧逸度条件下。并且岩浆源区有基底物质的加入,古老地壳物质对孔吾萨依花岗岩体的贡献从花岗斑岩到粗粒钾长花岗岩有增大的趋势。阿拉套山西部花岗岩岩浆源区中相对于东部花岗岩含有更多的古老基底岩石,变质基底岩石的部分熔融致使阿拉套山西部花岗岩具有高A/CNK值,含有较多的白云母等铝质和过铝质矿物,阿拉套山西部花岗岩可能为铝质A型花岗岩。
[硕士论文] 杨洋
地质工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:沉积环境氧化还原条件与大气氧含量直接关联,是古环境研究的重要内容。浅水碳酸盐岩在地表广泛分布,获取其中赋存的与沉积氧化还原条件相关的信息对示踪地球演化关键期大气氧含量有重要意义。目前业已建立的相关指标包括I/Ca、Ce含量、S同位素,以及活性Fe与总Fe的比值等。然而,这些指标均存在一定的不足。为了能更好地厘清沉积氧化还原条件,改进现有指标或发展新的指标就变的尤为必要。
  距今约260Ma的中二叠(瓜德鲁普)世发生了一期全球性生物灭绝事件,前人的研究表明海水缺氧与生物灭绝具有同步性,因此海水缺氧可能是导致生物灭绝的重要原因。研究采集了昆明西郊中二叠统茅口组(P2m)碳酸盐岩,通过微古化石、碳同位素和磁化率证据确定生物灭绝层,在此基础上利用基于同步辐射的X射线荧光(μXRF)和激光剥蚀-电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MS)对生物灭绝层和非生物灭绝层样品开展了微量元素微区分布和含量测定,通过分析元素分布及含量相关性,建立指示沉积环境氧化还原条件的地球化学新指标。
  通过μXRF实验发现,在生物灭绝层之下的地层中,As与Fe及Ce与Mn在有孔虫化石中的分布呈现一致性,拉曼结果显示As与Ce的分布不受有机质和硫化物制约;在生物灭绝层中,这种相关性消失,而As的分布受有机质制约。LA-ICP-MS分析结果显示与非生物灭绝层相比,生物灭绝层中Ce与Mo的含量降低,V与的含量升高;在非生物灭绝层Ce与Cr、Mn、Mo正相关,在非生物灭绝层相关性消失。研究结果证实了沉积环境由非生物灭绝期氧化条件到生物灭绝期还原条件的转变。在非生物灭绝期的氧化条件下,Fe与Mn的(氢)氧化物稳定存在,这些物相制约了微量元素As、V、Cr、Mo的地球化学行为;在生物灭绝期,Fe与Mn的(氢)氧化物发生还原分解,所有元素的相关性均消失。
  研究认为有孔虫中As与Fe及Ce与Mn分布的相关性是示踪沉积环境氧化还原条件的有效指标:As与Fe及Ce与Mn相关时,指示沉积环境为氧化条件;As与Fe及Ce与Mn不相关时,指示沉积环境为还原条件。该指标是传统Fe形态指标的重要补充,在研究地球演化关键期大气氧含量方面有比较重要的应用价值。
[硕士论文] 李鸿儒
桥梁与隧道工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:岩石在动荷载和围压作用下的力学性能涉及到地下工程结构开发、矿井深部冲击地压和高地应力下脆性岩体的岩爆等多个领域。目前,有关岩石在动载和围压耦合作用下力学性能的研究仍相对较少。本文基于岩石动力学基本理论开展室内实验,并结合数值模拟技术,开展的工作及得出的结论主要如下:
  首先,利用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对花岗岩试样进行了不同围压下的冲击压缩试验,探讨了动载荷下花岗岩强度、变形、能量特征及破坏模式与机理。结果表明,随围压和应变率的增大,岩样的强度提升明显,能耗密度对岩样强度的影响与应变率相近;高围压下花岗岩塑性变形增大,出现明显的塑性屈服平台;莫尔-库伦准则中动荷载强度的应变率效应主要表现为粘聚力的不断增大,三参数幂函数准则的拟合效果最佳;围压一定时,加载应变率和试样能耗密度及入射能间有良好的线性关系,且在相同入射能下应变率和能耗密度均随围压的增加有所降低;花岗岩裂纹扩展速度与试样破坏程度均随能耗密度不断增长,且呈现出由低围压下轴向劈裂破坏转为高围压下压剪破坏的趋势。
  接着,结合损伤统计理论和元件模型理论建立了花岗岩中高应变率和围压共同作用下的本构模型,并分析了各个参数对模型应力-应变曲线的影响。研究发现,当Ea增大,曲线加卸载段斜率均增大;参数Eb仅对屈服强度以前的曲线有一定影响;参数m与α对屈服阶段以后的应力-应变曲线有明显影响,其中参数m处于3~6之间,α与围压和应变率成正比;黏滞系数η影响着全应力-应变曲线,大小分布在0.1~0.5之间。
  最后,详细介绍了Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构中各个参数的物理意义,并结合前人成果确定出适合于本文花岗岩的HJC参数,之后利用ANSYS/LS-DYNA软件进行了冲击试验过程的数值模拟。在冲击荷载作用下,花岗岩试样最先发生张应变破坏,继而转为轴向劈裂破坏,并有部分被压碎;HJC模型能较好地表征大变形、高应变率以及围压作用下岩石类材料的应力应变关系以及破坏形态,数值模拟与试验结果吻合度较高。
[硕士论文] 杜欣
矿物学、岩石学、矿床学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:长江中下游成矿带A型花岗岩与铀(金)矿床(化)具有密切的时空关系,目前关于区内A型花岗岩的成因存在较大争议,系统地开展A型花岗岩的成因研究,不仅有助于深刻理解长江中下游中生代岩浆岩的成岩过程,同时对于探讨铀(金)矿床的成因有着重要的意义。本文选取了庐枞盆地南部的城山岩体、何家凹岩体和梅林岩体等三个典型A型花岗岩体为研究对象,开展了详细的野外观察及室内地球化学分析工作,结合前人的研究成果,深入讨论了这些A型花岗岩的成因。研究结果表明:城山岩体、何家凹岩体及梅林岩体侵位于127Ma,为庐枞地区最晚一期岩浆事件的产物。3个岩体均具有右倾的稀土配分模式,(La/Yb)N=5.84~19.84,Eu呈中等的负异常δEu=0.36~0.63。在微量元素原始地幔标准化图上,岩石富集大离子亲石元素Rb、Th、Pb,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti,Ba、Sr呈现出明显的负异常。城山岩体的87Sr/86Sr(t)=0.70695~0.70742,εNd(t)=-6.3~-4.2,对应的两阶段模式年龄为1259~1429Ma。何家凹岩体的87Sr/86Sr(t)=0.70795~0.70931,εNd(t)=-6.4~-5.8,对应的两阶段模式年龄为1389~1438Ma。梅林岩体的87Sr/86Sr(t)=0.70605~0.70939,εNd(t)=-6.0~5.2,对应的两阶段模式年龄为1344~1409Ma。三个岩体为同源岩浆演化的产物,源区以相当于董岭群的变沉积岩为主并夹杂少量地幔物质,岩浆演化过程以分离结晶作用为主,斜长石和钾长石为主要的分离结晶相。
[硕士论文] 左续
矿物学、岩石学、矿床学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:安徽铜陵地区是我国东部长江中下游构造-岩浆-成矿带中的一个重要矿集区,区内铜金多金属矿床与晚中生代(燕山晚期)岩浆作用具有密切的成因联系。前人在该区开展了大量深入的岩浆作用和成矿作用研究,取得了丰硕的成果。以往研究认为,铜陵地区侵入岩的同位素地质年龄集中于147~135Ma区间,岩浆作用发生于晚侏罗世或晚侏罗世-早白垩世,相应地,成矿作用也主要发生于这一时期。作者在该区进一步开展了代表性岩浆岩体和矿床的地质调查和研究,并在此基础上进行了岩浆岩的同位素地质年龄测定及矿床地球化学研究,取得如下新的认识和成果。
  铜陵地区不仅存在介于147~135Ma之间的侵入岩,还存在介于132~124Ma的侵入岩。因此,根据LA-ICP MS锆石U-Pb同位素地质年龄测定结果,可将铜陵地区晚中生代侵入岩划分为早晚两期,对应的地质时代分别为晚侏罗世-早白垩世和早白垩世。基于此,本文还系统研究和对比了铜陵地区早晚两期侵入岩的岩石类型、产状、空间分布等地质特征以及其主量、微量和稀土元素地球化学特征,并与长江中下游构造-岩浆-成矿带中的宁芜地区和庐枞地区火山-侵入岩特征及成岩构造背景进行对比,认为铜陵地区晚中生代早晚两期侵入岩分别形成于陆内挤压-伸展过渡和伸展的构造应力背景之下,晚期侵入岩是早期岩浆房中的岩浆再次侵位和深部地壳进一步熔融岩浆侵位形成的。
  铜陵地区早晚两期侵入岩浆作用分别对应着早晚两期不同的成矿作用,其中早期侵入岩对应的矿化最为强烈,前人对其研究也相对系统和深入,而晚期侵入岩以往较少发现,其相应的成矿作用也未予重视。本文开展了铜陵地区沙滩脚矿田内的金子圩铜-钼矿床、桂花冲铜矿床和狮子山矿田内的焦冲金-硫矿床和荷花山铅锌矿床研究,与成矿相关侵入岩的同位素地质年龄测定表明,金子圩铜-钼矿床和桂花冲铜矿床与早期岩浆侵入作用密切相关,而焦冲金-硫矿床和荷花山铅锌矿床则与晚期岩浆侵入作用密切相关。矿床地质调查和研究及矿床流体包裹体、稳定同位素地球化学研究表明,金子圩铜-钼矿床和桂花冲铜矿床均是中-高温斑岩-矽卡岩型矿床,焦冲金-硫矿床和荷花山铅锌矿床则是中高温-中低温热液脉型矿床。铜陵地区晚中生代早晚两期侵入岩的岩浆作用分别对应有早晚两期成矿作用,且成矿作用特征有所不同。
[硕士论文] 吴峥
矿物学、岩石学、矿床学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:硬玉石英岩是大别山超高压变质带内一种特殊的岩石类型,其原岩的成因和形成时代研究,对大别山造山带的形成演化具有重要的意义。
  大别山硬玉石英岩分布在安徽省岳西县菖蒲至潜山县野寨大约40千米、宽1千米的近东西向带内。近期我们在其东部的潜山县侯冲、灰冲、江家坂等地发现了新的硬玉石英岩露头。本次通过野外调查、测制剖面、采集样品,开展了岩相学、岩石地球化学以及同位素年代学的研究,取得如下认识与结论:
  1.侯冲、上新田地区出露硬玉石英岩、大理岩、黑云斜长片麻岩等,呈层状、似层状产出,其中含较多的榴辉岩透镜体,为一套典型的变质沉积岩组合,宏观上构成大理岩、硬玉、石英、石榴石、金红石及少量多硅白云母组成。石榴石及硬玉中都有柯石英或其假象。硬玉石英岩可以分出4个世代的矿物组合。
  2.硬玉石英岩主量元素平均含量为SiO272.73%、Al2O311.77%、MgO1.61%、Fe2O35.00%、Na2O5.45%、K2O0.22%、TiO20.59%,具有明显的富硅、富铁、富钠特征;特征微量元素平均含量Th10.12×10-6、U1.94×10-6、Hf10.91×10-6、Sc7.68×10-6、Zr437.05×10-6、Nb15.81×10-6、Y45.36×10-6、Ba141.88×10-6、Sr30.07×10-6;Th/U为5.18、Th/Sc为1.56、La/Sc9.50;∑REE平均含量223.07×10-6,(La/Yb)N7.01,δEu=0.61,Eu负异常明显,轻稀土富集。Sm/Nd比值范围为0.18~0.23。地球化学原岩图解判别结果表明,硬玉石英岩原岩为富钠的杂砂岩。根据野外产状,硬玉石英岩、大理岩、黑云斜长片麻岩、榴辉岩其原岩建造为一套典型的碎屑岩-碳酸盐建造,形成于大陆岛弧兼有活动大陆边缘的构造环境。
  3.LA-ICP-MS锆石定年结果,硬玉石英岩核部碎屑锆石获得一组年龄为1777~1876Ma,表明硬玉石英岩原岩形成时代为古元古代。锆石幔部、边部获得另外一组年龄为231~237Ma,表明硬玉石英岩形成于中晚三叠世超高压变质阶段。
[博士论文] 路应辉
地球化学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:秦岭造山带是中国中央造山带的重要组成部分之一,记录了华南陆块与华北陆块之间从古生代大洋俯冲和弧陆碰撞到中生代陆陆碰撞并最终导致两大陆块拼合的整个过程,具有复杂的构造演化历史。尤其在早中生代时期,伴随华南与华北陆块之间的大陆碰撞作用,秦岭造山带经历了强烈的构造-岩浆活动,形成了大面积的晚三叠世花岗岩。这些花岗岩侵入体是碰撞造山带构造演化的重要产物,因此可以对认识秦岭造山带的地壳结构和地球动力学演化提供重要的信息。秦岭造山带广泛出露的晚三叠世花岗岩和其中的暗色包体为研究这些问题提供了良好的天然样品,有助于进一步深化和丰富人们对花岗岩成因问题的理解和认识。尽管前人对秦岭造山带晚三叠世花岗岩开展了大量研究,取得了丰富的成果,但关于它们的岩浆源区和地球动力学背景仍存在很大的争议。有鉴于此,本学位论文选取了秦岭造山带典型的晚三叠世花岗岩体(南秦岭南缘光头山和华阳岩体,南秦岭北缘沙河湾、曹坪和柞水岩体,西秦岭糜薯岭岩体)进行了详细的岩石学、矿物学和地球化学研究,结果制约了这些晚三叠世花岗岩及其中暗色包体的形成时代、岩石类型、源区性质和岩石成因机制等。
  本文对南秦岭近勉略带的光头山(GTS)和华阳(HY)岩体进行了锆石U-Pb定年和Lu-Hf同位素、全岩主微量元素和Sr-Nd-Hf同位素以及矿物氧同位素研究。结果表明,这些花岗岩源于变沉积岩部分熔融,不是前人研究认为的变火成岩部分熔融产物,因此它们属于S型花岗岩而非Ⅰ型花岗岩。LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果表明,这些花岗岩体形成于207±3至212±4Ma。光头山花岗岩具有弱到强过铝质特征(A/CNK=1.05~1.15)和高的全岩氧同位素组成(δ18OWR=9.52~11.20‰)。华阳花岗岩同样显示弱到强过铝质特征(A/CNK=1.04~1.14),具有高的锆石和全岩氧同位素组成(δ18OZr=1071~11.43‰、δ18OWR=12.42~13.77‰)。另一方面,光头山花岗岩具有低的K2O/Na2O比值(0.5~132)、低的Rb/Sr比值但相对高的Sr/Ba比值,不同程度的铕异常(Eu/Eu*=0.29~1.05)以及相对低的锆石饱和温度(TZr=653~766℃)。相反地,华阳花岗岩具有高的K2O/Na2O比值(1.01~2.82)、高的Rb/Sr比值但低的Rb/Ba比值,明显的铕负异常(Eu/Eu*=052~0.77)和相对高的锆石饱和温度(TZr=711~795℃)。基于这些地球化学特征,并与不同岩性(角闪岩、杂砂岩、泥质岩)在不同熔融条件下(水致vs.脱水)的实验熔体成分相对比,综合分析表明,光头山花岗岩形成于相对低温和流体存在条件下变泥质岩和变杂砂岩的水致部分熔融,而华阳花岗岩则形成于相对高温条件下变杂砂岩的脱水部分熔融。此外,两个花岗岩侵入体均显示了变化的且高的全岩(87Sr/86Sr)1值(0.7047~0.7115),负的全岩εNd(t)值(-9.8~-6.8)和锆石εHf(t)值(-13.1~-2.0),对应于中元古代到古元古代的两阶段Nd-Hf模式年龄,表明这些花岗岩的源岩是风化的古老地壳物质。另外,这些花岗岩的εNd(t)值与南秦岭南缘和华南陆块北缘的沉积岩类似,表明它们之间具有成因上的联系。因此,光头山和华阳花岗岩起源于变沉积岩而不是变火成岩的部分熔融,它们属于S型而不是Ⅰ型花岗岩。这些沉积岩可能在三叠纪大陆俯冲和碰撞过程中随俯冲陆壳一起被带入到深部地壳,经历复杂的埋藏和变质作用,在一定温度压力条件下这些变沉积岩发生部分熔融形成了光头山和华阳S型花岗岩。
  大陆花岗岩通常具有岩性和地球化学多样性。不同的模型和假说已经被提出用来解释不同岩体甚至同一岩体内部地球化学组分的变化,其不仅受控于源岩的组成和性质,也受到岩浆过程和部分熔融条件的影响。本文对南秦岭近商丹带出露的沙河湾、曹坪和柞水岩体进行了详细的锆石U-Pb定年和Lu-Hf同位素、全岩主微量元素和Sr-Nd同位素、矿物化学和氧同位素研究,并利用模拟计算来检验地壳岩石部分熔融过程中微量元素分异行为。研究结果表明,这些花岗岩起源于造山带下地壳变火成岩部分熔融,属于Ⅰ型花岗岩,记录了大陆地壳的再造。LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果表明,这些岩体形成于208±2至216±3Ma,与绝大多数秦岭造山带三叠纪花岗岩的形成年龄(205~225Ma)一致。此外,锆石CL图像和U-Pb定年没有发现残留锆石。沙河湾和曹坪花岗岩具有高钾钙碱性和准铝质的特征(A/CNK=0.84~0.93),含有角闪石且岩体边部发育有镁铁质微粒包体(MMEs),具有类似正常地幔锆石的氧同位素组成(δ18OZr=4.71~5.72‰)。柞水花岗岩具有高钾钙碱性和准铝质到弱过铝质特征(A/CNK=0.99~1.03),不含角闪石且几乎没有MMEs发育,具有相对低的锆石氧同位素组成(δ18OZr=4.60~4.83‰)。另一方面,沙河湾和曹坪花岗岩具有相对低的SiO2含量(62.88~69.04wt.%),相对高的FeOT,MgO和TiO2含量但低的Rb/Sr和Al2O3/TiO2比值,无明显铕负异常(Eu/Eu*=0.79~0.89)和相对平滑的REE分布特征。与此相反,柞水花岗岩具有相对高的SiO2含量(69.32~75.94wt.%),相对低的FeOT,MgO和TiO2含量但高的Rb/Sr和Al2O3/TiO2比值,中等程度的铕负异常(Eu/Eu*=0.63~0.81)以及上凹的REE分布型式。这些花岗岩都具有富集LREE和LILE、亏损HFSE的弧型微量元素分布特征。地球化学对比和微量元素模拟表明,这些花岗岩明显不同于大别造山带加厚下地壳熔融形成的埃达克质岩(adakitic rocks),仅需要正常厚度下地壳的镁铁质岩石发生~20%至30%的部分熔融即可形成。综合所有分析结果并进一步与前人对不同岩石的实验岩石学熔体组分相对比,表明这些花岗岩形成于变玄武岩脱水部分熔融,随后经历了不同程度的分离结晶作用,且熔融温度及其熔融程度也控制了这些花岗岩地球化学组分的变化。矿物主量元素分析表明,沙河湾和曹坪花岗岩结晶的温度约628~766℃、压力约0.7~2.3kb且比柞水花岗岩具有更高的氧逸度。另一方面,三个岩体的花岗岩均显示了相对亏损的全岩(87Sr/86Sr)1值(0.7045~0.7055),轻微负的全岩εNd(t)值(-4.0~-1.5)和轻微负到正的锆石εHf(t)值(-1.3~32),对应于中元古代的两阶段Nd模式年龄(1.05~1.38Ga)和Hf模式年龄(1.04~1.39Ga),表明这些花岗岩源于中元古代地壳物质的再造。另外,这些花岗岩的全岩εNd(t)值和锆石εHf(t)值类似于南秦岭新元古代耀岭河群变质火山岩及镁铁质-超镁铁质侵入体的同位素组成,而明显不同于扬子板块北缘新元古代碧口群变质火山岩及镁铁质-超镁铁质侵入体的同位素组成。结合它们非埃达克质岩特征,表明这些花岗岩起源于南秦岭镁铁质下地壳而不是俯冲的扬子陆壳的部分熔融。综合区域地质背景,这些花岗质岩浆作用可能形成于晚三叠世华南与华北两大陆块同碰撞过程中的造山带下地壳再造。
  不同性质的地壳岩石部分熔融可以产生不同类型的花岗岩,然而同一源岩在不同P-T条件下部分熔融能否产生不同类型的花岗岩?这对花岗岩地球化学组分具有怎样的影响并不清楚。此外,花岗岩中通常发育镁铁质微粒包体,这为理解花岗岩的源区性质和岩浆过程提供了重要的信息,但目前关于其成因机制仍存在很大的争议。鉴于此,本文通过对西秦岭东部糜薯岭二长花岗岩和其中暗色包体以及黑云母花岗岩进行了详细的岩石学、矿物学和地球化学研究。研究结果不仅制约了暗色包体的成因而且认识了花岗岩的源区性质。LA-ICPMS和SIMS锆石U-Pb定年结果表明,糜薯岭二长花岗岩、黑云母花岗岩和暗色包体形成于213±2到219±2Ma,具有误差范围内一致的形成年龄。它们均具有弧型微量元素分布特征、相似的全岩Sr-Nd-Hf-O同位素和锆石Hf-O同位素组成,表明它们起源于共同的地壳源区。MMEs的单斜辉石组分、一致高的原位锆石氧同位素(δ18O=7.32~9.21‰)以及富集的Sr-Nd-Hf同位素等特征,共同表明MMEs并不是幔源镁铁质岩浆与长英质岩浆混合的产物。另外,MMEs具有细粒火成结构,含有针状磷灰石和丰富的角闪石。它们具有单斜辉石被角闪石不同程度置换的交代反应结构以及斜长石不平衡组分特征。所有这些地球化学和岩相学特征表明,MMEs形成于中性岩浆和寄主长英质岩浆的混合。另一方面,黑云母花岗岩具有弱过铝质特征(A/CNK=1.02)、含有不同时代的残留锆石以及高的锆石氧同位素组成(δ18O=7.59~8.77‰),表明其形成于相对低温条件下变沉积岩早期阶段的部分熔融。相比于黑云母花岗岩,寄主二长花岗岩具有准铝质特征(A/CNK=0.92~0.99)且含有角闪石,类似于典型Ⅰ型花岗岩特征。然而,它们也具有高的原位锆石和全岩氧同位素组成(δ18OZr=787~9.21‰、δ18OWR=9.42~10.89‰)。这些地球化学特征表明,寄主二长花岗岩源于相对高温条件下由早期黑云母花岗质岩浆提取之后的变沉积岩残留体在晚期阶段的部分熔融。因此,变沉积岩在不同阶段和温度条件下发生部分熔融对花岗岩地球化学多样性具有重要的影响。综合研究表明,源区性质、熔融温度及其熔融程度控制着花岗岩地球化学成分的变化。
[博士论文] 李海勇
地球化学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:大别-苏鲁造山带是世界上规模最大、出露最为完整的超高压变质带之一,其中发育了大量造山带橄榄岩。这些造山带橄榄岩记录了橄榄岩与片麻岩接触界面上发生的流/熔体-橄榄岩反应,是研究大陆俯冲带壳幔相互作用的理想天然实验室。本文对苏鲁造山带东北部荣成地区的纯橄岩和围岩片麻岩及中部日照地区的石榴单斜辉石岩进行了系统的岩石学、地球化学和锆石学研究,对造山带橄榄岩的成因和演化,地壳交代作用的温压条件、时间,交代组分的组成、性质和来源,锆石的形成机制,超基性岩中名义上无水矿物的水储存能力和控制因素等进行了详细讨论,为大陆俯冲隧道壳幔相互作用提供了新的重要制约。
  对苏鲁造山带滕家纯橄岩及其寄主片麻岩进行了系统的全岩主微量元素、Sr-Nd同位素及矿物主微量元素和矿物氧同位素分析。结果发现,大陆俯冲隧道板片-地幔界面存在多期地壳交代作用。滕家纯橄岩高度富集难熔组分、亏损富沃组分。橄榄石具有高的Fo值和高的NiO含量。斜方辉石具有高的Mg#但低的CaO和Al2O3含量。尖晶石具有高的Cr#但低的TiO2含量。这些特征指示,滕家纯橄岩来源于高度亏损的华北克拉通之下的大陆岩石圈地幔。滕家纯橄岩富集大离子亲石元素、亏损高场强元素,具有正Pb异常和富集的Sr-Nd同位素组成。造岩矿物表现出正的Pb和Sr异常,低Th/U比值以及相似或低于正常地幔δ18O值。这些观察指示,滕家纯橄岩经历了地壳衍生流体的交代作用。矿物结构和主微量元素组成表明,纯橄岩中存在多期次矿物重结晶和生长。矿物组成和P-T计算指示,滕家纯橄岩随着俯冲从弧前深度到弧下深度,从尖晶石橄榄岩转变为石榴橄榄岩。在橄榄岩从地幔楔进入俯冲隧道并进一步俯冲过程中,在弧前深度受到第一阶段俯冲大陆地壳衍生的富水流体交代作用,形成交代橄榄岩。这些交代岩在俯冲隧道内进一步俯冲至弧下深度,并在4.0-4.4GPa和773-838℃经历超高压变质作用。第二阶段交代作用发生在初始折返阶段,从碳酸盐熔体中生长白云石质碳酸盐。第三阶段交代作用发生在早期折返阶段,形成交代锆石和角闪石。交代流体并非源于现今出露地表的寄主片麻岩,而是来自深俯冲大陆地壳的其它部位,是在俯冲带深部与纯橄岩接触的地壳岩石,目前并不出露在纯橄岩附近。这些多阶段地壳交代作用指示,地幔楔底部的橄榄岩在大陆俯冲过程中被刮削进入俯冲隧道,并且在不同深度经历不同组分地壳来源流体的交代作用。因此,造山带橄榄岩记录了大陆俯冲带从俯冲板片向地幔楔的地球化学传输。
  对苏鲁造山带滕家纯橄岩及其寄主片麻岩不同锆石区域进行了矿相学(内部结构和外部形态)、U-Pb定年、微量元素和Hf-O同位素联合分析。结果不仅揭示了造山带橄榄岩中锆石为地壳来源流体交代成因,而且为大陆俯冲隧道壳幔相互作用提供了重要制约。滕家纯橄岩中锆石具有明显的核-(幔)-边结构。交代生长锆石弱分带或无分带,U-Pb年龄为220±2至231±4Ma。这些区域具有相对低的Th/U比值(<0.1)和HREE含量、陡峭的MREE-HREE配分模式、负的Eu异常和负至低的δ18O值(-11.3至0.9‰),包含有石英和磷灰石包裹体。因此,这些锆石在深俯冲大陆地壳早期折返阶段在地壳流体交代橄榄岩的过程中新生长。相反,残留锆石区域具有典型的岩浆锆石特征,具有振荡环带或模糊的振荡环带,主要为新元古代U-Pb年龄,同时含有少量中至古元古代的U-Pb年龄。这些锆石区域具有高的Th/U比值(>0.1)和陡峭的MREE-HREE配分模式,包含有石英、磷灰石和斜长石包裹体。它们的U-Pb年龄、微量元素和Hf-O同位素组成与大别-苏鲁造山带超高压变质岩的原岩锆石相似。因此,这些残留岩浆锆石是被来自深俯冲大陆地壳的交代流体物理迁移到纯橄岩之中。总之,滕家纯橄岩经历了来自深俯冲大陆地壳早期折返阶段变质脱水形成的富水溶液的交代作用。在大陆俯冲隧道的板块-地幔界面,这些地壳来源的流体不仅携带Zr和Si等化学组分,而且把深俯冲地壳来源的微小锆石颗粒物理迁移进入橄榄岩。有鉴于此,造山带橄榄岩通过化学迁移(溶解元素)和物理迁移(微小矿物颗粒)等机制记录了大陆俯冲带深部的壳幔相互作用。
  对苏鲁造山带胡家林石榴单斜辉石岩进行了全岩主微量元素、Sr-Nd同位素及矿物水含量、主微量元素和氧同位素联合分析。结果不仅为造山带石榴辉石岩成因和石榴辉石岩水储存能力及其在地球水循环中作用提供了制约,而且为大陆俯冲隧道壳幔相互作用提供了重要制约。胡家林石榴单斜辉石岩由地幔楔橄榄岩与三叠纪深俯冲大陆地壳部分熔融衍生的含水长英质熔体发生交代反应而形成。单斜辉石水含量为523-1213ppm,石榴石水含量为55-1476ppm。这些矿物的水含量不仅与矿物主微量元素含量具有相关性,而且矿物颗粒内部水含量相对均一。该特征排除了矿物水含量在辉石岩从地幔深度折返到地表过程中存在明显扰动,也就是说,地幔交代岩的原始水含量得到了保存。石榴辉石岩高的水含量主要由富水单斜辉石的丰度控制。石榴石也具有高的水含量,说明其也是地幔深度赋存水的重要矿物相。计算的全岩水含量和H2O/Ce比值分别为424-660ppm和63-145。辉石岩的水含量高于洋中脊玄武岩的地幔源区,相似或高于洋岛玄武岩的地幔源区,接近于岛弧玄武岩岩浆源区的下限。辉石岩的H2O/Ce比值高于夏威夷石榴辉石岩和SWIR大洋辉石岩。这些特征表明,交代富辉石地幔岩石与高水含量和变化H2O/Ce比值的地幔源区有关;这也支持一些板内玄武岩的源区可能为橄榄岩和辉石岩的混合物。另一方面,地幔楔中高水含量辉石岩的存在能够增强地幔楔的水储存能力,并减少水由俯冲向深部地幔的迁移。
[博士论文] 荣伟
地质学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:本博士学位论文选取江南造山带中东段九岭地区新元古代九岭过铝质花岗岩基和星子花岗岩体作为研究对象,通过系统的岩石地球化学研究和对过铝质花岗岩地球化学成分变化的合理解释,结果不仅对过铝质花岗岩体中的镁铁质包体提出了新的形成机制,而且发现大的过铝质花岗岩基形成过程中存在长英质岩浆之间混合的重要作用,并且在过铝质岩体中辨别出了I型和S型花岗岩,最后对过铝质花岗岩基主要是地壳物质再循环的产物给予了进一步的确认。
  花岗岩中镁铁质包体的来源往往能够对花岗岩的成因提供重要的信息。九岭东南部坳子村花岗岩主要为中粗粒的黑云母花岗岩,其内广泛存在镁铁质包体。这些镁铁质包体大小不一,从小于一厘米到大于十几厘米,它们粒度比寄主花岗岩细,颜色更深。它们与寄主花岗岩具有相似的矿物组合,但黑云母含量更高且相对缺乏钾长石。一些黑云母聚集体(小包体)中存在着石榴石碎片,这些石榴石含量较少,通常都与黑云母相关,部分被黑云母环绕、部分具有黑云母边、部分与黑云母呈港湾状接触,一些微尺寸(<10μm)的细长状黑云母与它形石英生长在石榴石颗粒边内。岩相学观察表明,这些黑云母是通过消耗石榴石而生长的,属于变交代成因。同时这些变交代黑云母在地球化学成分上也显示了继承石榴石的成分特征,它们具有更高的Mg#、MgO、A/CNK含量,更低的TiO2、K2O、(La/Yb)N、(Gd/Yb)N含量,以及显著的Eu负异常。另外,一些石榴石颗粒内还包裹着少量原生黑云母包裹体,这些黑云母包裹体与变交代的黑云母具有相似的成分特征。因此,黑云母聚集体中的石榴石碎片应该为转熔石榴石,而与这些转熔石榴石相关的黑云母则为转熔石榴石与花岗质熔体逆反应形成的二次反应矿物,这一反应就是黑云母脱水熔融的逆反应:石榴石+钾长石+熔体1+水=黑云母+斜长石+石英+熔体2。
  九岭坳子村寄主花岗岩SiO2含量为62.94~67.91wt.%,主要为花岗闪长质;而镁铁质包体SiO2含量为59.12~61.81wt.%,主要为闪长质。SIMS锆石U-Pb定年结果表明,寄主花岗岩与镁铁质包体具有误差范围内一致的形成年龄为中新元古代(823±3~824±4Ma)。寄主花岗岩的全岩(87Sr/86Sr)1比值为0.708到0712、εNd(t)值为-3.34,锆石εHf(t)值为4.10到7.49、δ18O值为10.70‰到11.81‰;镁铁质包体的全岩(87Sr/86Sr)1比值为0.710到0.714、εNd(t)值为-0.75到-2.74,锆石εHf(t)值为4.26到4.69、δ18O值为10.50‰到10.90‰。由此可见,镁铁质包体与寄主花岗岩具有相似的全岩Sr-Nd-Hf-O同位素组成,其富集的Sr-Nd同位素和高的δ18O值表明寄主花岗岩和镁铁质包体主要来源于地壳物质,而非地幔物质。另外,寄主花岗岩和镁铁质包体都显示了强过铝质的特征(A/CNK>1.1),表明坳子村花岗岩和镁铁质包体源岩主要为经历过地表化学风化的沉积岩。矿物学资料表明,坳子村花岗岩中镁铁质包体内的黑云母一部分和与石榴石相关的变交代黑云母成分相似,另一部分与寄主花岗岩中的黑云母成分相似。同时,镁铁质包体中的黑云母比寄主花岗岩中的黑云母含有更多的斜长石包裹体且缺乏钾长石包裹体。另外,镁铁质包体中的锆石与寄主花岗岩中的锆石具有一致的εHf(t)值(2.7~5.9vs.3.8~7.8)和δ18O值(8.23~9.99‰vs.8.03~10.09‰)。综合这些结果,本文提出,九岭坳子村花岗岩中富黑云母的包体是转熔石榴石聚集体在花岗质岩浆演化的晚期、水活度较高的条件下与花岗质熔体逆反应形成的。热力学模拟表明,坳子村花岗岩中直接从岩浆中结晶的黑云母约为5%,远低于薄片中观察到的比例。因此,寄主花岗岩中黑云母也主要来自于转熔石榴石与花岗质熔体的逆反应。质量平衡计算表明,约10%的转熔石榴石被夹带进入了坳子村花岗岩中。这些夹带的转熔石榴石大部分最终与花岗质熔体发生逆反应,形成了变交代黑云母,从而直接提高了坳子村S型花岗岩中的MgO+FeOT含量。这对转熔矿物夹带模型是一个补充,因为缺乏转熔矿物在花岗岩中的存在形式一直是该模型的最大问题。本文研究表明,这些转熔矿物大多已经与寄主花岗质熔体逆反应形成了新矿物如黑云母等,从而影响了S型花岗岩的成分变化。
  不同源区来源的长英质岩浆之间的混合在花岗岩成因中可能普遍存在,但是一直难以识别。九岭过铝质花岗岩基中存在着两种类型花岗质岩石,一种是中粗粒的低硅花岗岩,其SiO2含量为62.22~68.97wt.%;另一种是中细粒的高硅花岗岩,其SiO2含量为71.51~74.04wt.%。SIMS和LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果表明,低硅和高硅花岗岩具有一致的侵位年龄,为中新元古代~820Ma。低硅和高硅花岗岩都显示了强过铝质的特征(A/CNK>1.1),但是低硅花岗岩比高硅花岗岩具有更高的MgO、FeO、TiO2、Al2O3以及MREE含量。全岩锆饱和温度计算表明,低硅花岗岩具有相对较高的全岩锆饱和温度771~855℃,而高硅花岗岩具有相对较低的全岩锆饱和温度736~765℃。低硅花岗岩全岩(87Sr/86Sr)1比值为0.706到0.720、εNd(t)值为-2.74到-4.44、两阶段Nd模式年龄为1.71~1.85Ga,锆石εHf(t)值为3.93到6.57、两阶段Hf模式年龄为1.40~1.57Ga;高硅花岗岩全岩(87Sr/86Sr)1比值为0.712到0.717、εNd(t)值为-3.20到-4.36、两阶段Nd模式年龄为1.75~1.85Ga,锆石εHf(t)值为1.99到3.44、两阶段Hf模式年龄为1.60~1.69Ga。两者在Sr-Nd-Hf同位素组成上的差异指示,它们的源区属于不同成分的地壳。
  另外,在九岭岩基低硅和高硅花岗岩中鉴定出了两组锆石和石榴石,它们或以单晶体形式出现,或以核边结构出现在同一颗粒中。组Ⅰ锆石具有高的δ18O值(>8‰,平均10.1‰)和低的εHf(t)值(平均0.8),而组Ⅱ锆石具有相对较低的δ18O值(<8‰,平均6.8‰)和较高的εHf(t)值(平均5.1)。组Ⅰ和组Ⅱ锆石都既存在于岩浆锆石边部也存在于岩浆锆石核部。组Ⅰ石榴石富集FeO和MgO,贫CaO和MnO;而组Ⅱ石榴石则相对富集CaO和MnO,贫FeO和MgO。组Ⅰ石榴石具有显著的Eu负异常,MREE-HREE表现出平坦到下降的趋势;而组Ⅱ石榴石具有弱或者无Eu负异常,MREE-HREE呈现陡峭的趋势。此外,组Ⅰ石榴石相对组Ⅱ石榴石具有更高的O同位素比值,且组Ⅰ石榴石与组Ⅰ锆石氧同位素平衡,组Ⅱ石榴石与组Ⅱ锆石氧同位素平衡。在具有核边结构的颗粒中,组Ⅰ石榴石主要出现在核部,而组Ⅱ石榴石主要出现在边部。
  综合分析表明,九岭过铝质花岗岩基主要由地壳岩石熔融产生,但是两组锆石和石榴石分别结晶于两批不同成分的长英质岩浆。批次Ⅰ岩浆可能来自于古老地壳沉积物在较高的温度下部分熔融产生,而批次Ⅱ岩浆可能来自于相对新生地壳岩石在较低的温度下部分熔融。因此,九岭过铝质花岗岩基是由两批来自不同地壳源区、具有不同地球化学成分的长英质岩浆之间混合形成的。
  星子花岗岩体不同地区五件样品SIMS锆石U-Pb定年结果表明其形成年龄为819±5Ma到831±6Ma,为新元古代中期,与周边九岭岩基一样属于江南造山带~820Ma这一期岩浆岩的一部分。星子花岗岩体大部分样品都显示了均一的过铝质成分特征(A/CNK>1.0),并且具有基本一致的全岩Sr-Nd-Hf同位素成分,同时在全岩成分协变图上,A/CNK和P2O5与SiO2基本没有明显的变化关系,类似于S型花岗岩的成分特征,且同岩浆锆石均具有高于地幔值的O同位素值。但是星子花岗岩中另一部分与辉长岩脉相关的花岗岩却显示了从准铝质到过铝质的特征,并且呈现了明显的A/CNK与SiO2正相关关系以及P2O5与SiO2负相关关系,类似于I型花岗岩,同时这些样品内的同岩浆锆石具有接近于地幔锆石的O同位素组成。这些成分特征表明星子花岗岩中存在着S型和I型两种花岗岩。因此,星子花岗岩体主要是由S型和I型花岗质岩浆混合形成。同时S型花岗岩样品具有低于地幔值的正的εHf(t)值,而I型花岗岩样品具有类似地幔锆石的高的εHf(t)值,表明S型花岗质岩浆主要来源于年轻弧地壳岩石快速沉积之后深熔,而I型花岗质岩浆则主要是新生地壳岩石重熔形成。
  本文研究表明,过铝质花岗岩中富黑云母的包体除了传统认为的残留体来源、镁铁质岩浆来源以及堆晶来源外,还可能是花岗质熔体中夹带的转熔石榴石聚集体在花岗质岩浆演化的后期发生逆反应形成的,过铝质花岗岩中高的MgO+FeOT含量可能是转熔石榴石与熔体逆反应形成的大量黑云母散入到花岗岩中造成的。过铝质花岗岩主要是由地壳物质部分熔融形成,不同成分的长英质岩浆批式侵入可能是形成这种大花岗岩基的主要方式。长英质岩浆之间的混合往往难以通过全岩地球化学研究识别,但是通过对不同难熔矿物进行微区矿物学和地球化学的综合研究是识别长英质岩浆混合的一种有效方式。综合矿物学、全岩地球化学成分以及锆石O同位素组成能够对过铝质花岗岩体内I型和S型花岗岩的鉴别提供准确且有效的制约。
[博士论文] 马晓雄
矿物学、岩石学、矿床学 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:江南造山带浙江段位于江南造山带最东端,扬子陆块和华夏陆块交汇处。浙江段出露了诸多造山后幔源火成岩,它们以岩流、岩体、岩席/岩墙等形态产出,包括浦江蒙山细碧岩、萧山大桥玄武岩、开化高岭安山玄武岩等火山岩和开化大龙辉绿岩体、岭里辉绿岩株、浦江叶村辉绿岩席、石井于辉绿岩席、富阳辉绿岩席群、诸暨次坞辉绿岩体等侵入岩。论文在野外地质的基础上,对上述火成岩进行岩相学、矿物学、年代学、地球化学和同位素研究,获得以下认识:
  锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学分析结果表明,浙江段造山后幔源火成岩主要形成于836~774Ma,其中浦江蒙山细碧岩年代为~836Ma,富阳辉绿岩席年代为~808Ma,诸暨次坞辉绿岩体年代为809~807Ma,浦江叶村辉绿岩席年代为~803Ma,萧山大桥玄武岩年代为~801Ma,开化高岭安山玄武岩年代为797~794Ma,开化大龙辉绿岩体年代为~774Ma。
  地球化学结果表明,浙江段造山后幔源火成岩多为亚碱性拉斑系列。浦江蒙山细碧岩略富集轻稀土元素(LREE)和大离子亲石元素(LILE),高场强元素(HFSE)含量接近于洋中脊玄武岩(MORB),具E-MORB特征。开化岭里辉绿岩含量接近于洋岛玄武岩(OIB),富集LREE、LILE和HFSE,具OIB特征。萧山大桥玄武岩、开化高岭安山玄武岩和富阳、浦江、开化、诸暨次坞辉绿岩微量元素含量介于弧玄武岩(IAB)和洋岛玄武岩之间,略富集LILE和LREE,并存在不同程度的Nb、Ta亏损,兼有板内和岛弧玄武岩的特征。
  浦江蒙山细碧岩、萧山大桥玄武岩和富阳、浦江、诸暨次坞辉绿岩具亏损的Nd-Hf同位素特征,来源于亏损地幔;开化高岭安山玄武岩、大龙辉绿岩具备富集的Nd同位素特征,来源于富集的岩石圈地幔;开化岭里辉绿岩则来源于亏损地幔和富集地幔的混合源区。不同程度熔融的岩浆在上升过程中经历了结晶分异和壳幔作用,后者最为典型的是岩浆混合,次坞-道林山复合岩体为其提供了野外地质、岩相学、年代学、地球化学、同位素的实证。
  浙江段造山后幔源火成岩为江南造山带东段幔源岩浆活动的典型产物。整合浙江、安徽、江西同时代幔源火成岩发现,江南造山带东段具有如下构造演化模式:自1000~860Ma华夏陆块与扬子陆块碰撞造山之后,江南造山带东段即进入板内伸展环境。860~750Ma时期幔源岩浆活动可进一步分为两个阶段,860~820Ma时期江南造山带东段处于造山后环境,岩石圈地幔是幔源火成岩的主要源区,并存在少量的软流圈活动;而820Ma之后江南造山带东段由造山后向非造山裂谷环境转变,软流圈更多的参与了幔源岩浆的形成过程,高温的岩浆在局部地区导致了岩石圈地幔的重熔。
  本次研究以浙江段造山后幔源火成岩为例,研究了江南造山带东段造山后火成岩的岩石组合和幔源岩浆岩的岩石学特征和物源特征,为深入了解江南造山带东段的岩浆-构造演化提供了基础资料,对深化该造山带造山后岩浆作用具有重要意义。
[硕士论文] 陈祉霖
矿物学、岩石学、矿床学 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:为阐明D区陡坡沙四段砂砾岩储层特征,扩大勘探成果,确定在老区已有勘探成果基础上向斜坡北边扩展到勘探思路。本文综合利用沉积学、石油地质学、构造地质学及测井资料解释与处理等理论和方法,以研究区域的4个主要砂体为实例,运用测井、岩心、录井以及地震等资料,对D区凹陷斜坡沙四段砂岩、砾岩、砾状砂岩、角砾岩储层进行了精细岩性识别、测井相、储层参数、测井储层识别及分类评价等测井研究。
  在岩矿实验岩性分类的基础上,综合岩性划分的结果,将测井资料中的可识别岩性分为3大类11种小类;3大类分别为:泥岩类、砂岩类和砾岩类;11种小类分别为泥岩、含砾泥岩、碳质泥岩、灰质砂岩、粉砂岩、细砂岩、中粗砂岩、泥质砂砾岩、砂砾岩、花岗质砾岩、混合砾岩。根据不同岩性测井响应曲线特征制作了各个岩性的典型曲线特征图版,并制作了相应的岩性识别交会图,两者结合对工区内单井进行了岩性划分,最后实现67口井的测井岩性柱状填充图;将测井岩性的划分结果与有岩心实验薄片的17口共245块岩样的实验结果进行对比,符和率为87.03%;与19口录井岩屑二次复查结果对比,基本符合率为94.73%。同时根据岩心实验分析数据和试油资料,建立了储层泥质含量、孔隙度、含水饱和度和渗透率模型,并通过模型对研究区内27口井进行了研究。计算结果与岩心实验数据对比,其中孔隙度绝对误差小于0.4%,相对误差小于7%,满足控制储量计算要求。最后通过对该区域104口井的二次复查,针对2口井的5个层位提出试油试采建议。研究成果对指导今后D区凹陷西斜坡油气勘探开发及井位部署具有重要的实际意义。
[硕士论文] 王程程
地球化学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:华北东南缘五河杂岩(前寒武纪变质基底)中岩石类型丰富,主要包括TTG片麻岩、石榴斜长角闪岩/榴闪岩、石榴麻粒岩、花岗片麻岩、云母片岩、大理岩和变质砂岩等,并伴生有古元古代片麻状钾长花岗岩和中生代花岗岩类。本文以五河杂岩中2.1 Ga形成的花岗质岩石(花岗片麻岩和钾长花岗岩)和1.85-1.90 Ga变质形成的基性麻粒岩为主要研究对象,通过系统的岩石学、地球化学和锆石学研究:
  (1)查明了基性高压麻粒岩的变质演化过程和变质时代,并重建了其P-T-t轨迹;
  (2)确定了古元古代花岗质岩石的形成、变质和深熔时代,探讨了其岩石成因及构造背景;
  (3)提供了变基性岩部分熔融作用的岩相学证据。在此基础之上,将五河杂岩古元古代地壳演化过程与胶-辽-吉带胶北地体进行了详细的比较,首次为揭示二者之间的构造关系提供了综合制约。
  在基性高压麻粒岩中识别出古元古代变质演化的三个阶段,并利用多种地质温压计计算了各个阶段的温压条件,重建了峰期后近等温减压及降压冷却的顺时针P-T轨迹。峰期高压麻粒岩相变质阶段,代表性矿物组合为基质中的石榴子石(富Ca核部)+单斜辉石(富Al)+斜长石+石英+金红石±角闪石(富Ti),所记录的峰期温压条件为850-900℃/1.5 GPa;峰期后近等温减压麻粒岩相变质阶段,富Ti角闪石分解在周围形成石榴子石+斜方辉石+斜长石±单斜辉石/石榴子石+单斜辉石+斜长石后成合晶,所记录的温压条件分别为~900℃/1.1-1.2GPa和800℃/1.1 GPa;晚期角闪岩相退变质阶段,石榴石分解产生角闪石+斜长石±石英,所记录的温压条件为600-680℃/0.65-0.75 GPa。石榴斜长角闪岩和石榴麻粒岩的锆石LA-ICP-M S U-Pb定年结果表明,峰期高压麻粒岩相、中压麻粒岩相和退变角闪岩相变质时间分别为~1.90 Ga、~1.85 Ga和~1.78 Ga。
  华北东南缘前寒武纪变质基底在~2.1Ga发生了地壳重熔,形成了两类花岗质岩石—钾长花岗岩和花岗片麻岩。二者SHRIMP锆石U-Pb年龄一致,207Pb/206Pb年龄分别为2096±9 Ma和2096±8Ma。多数样品富集HREE,Zr,Nb,Ga和Y,亏损V,Cr和Ni,TFeO/MgO比值较高,Zr饱和温度超过850℃,这些特征与A型花岗岩一致。二者Nd-Hf同位素特征一致,εNd(t)值为-3.0--0.9,εHf(t)值为-3.3-1.9,二阶段模式年龄为2.6-2.9 Ga,与邻近地区~2.5 Ga的TTG片麻岩一致。因此,~2.5 Ga TTG片麻岩是~2.1 Ga花岗岩类的主要源区。
  2.1 Ga花岗片麻岩经历了1.85 Ga麻粒岩相变质作用和相关的深熔作用,形成了变质锆石和深熔锆石。在CL图像中,花岗片麻岩中的锆石具有清晰的核-幔-边结构。幔部区域LREE、Th和Pb含量较低,Th/U比值低于0.1,是典型的变质锆石,207Pb/206Pb平均年龄为~1.85 Ga,在该区麻粒岩相变质作用年龄范围之内。边部区域LREE、U、Th和Pb含量相对稍高,Th/U比值为0.1-0.3,与深熔锆石特征一致,207Pb/206Pb年龄为1.81-1.83 Ga。变基性岩在麻粒岩相变质过程中同样经历了深熔作用,形成了石榴子石等矿物中钾长石+石英+钠长石等代表长英质熔体的多相矿物包裹体。
  五河杂岩中2.1 Ga的花岗质岩浆作用、~1.90 Ga高压麻粒岩相变质作用、~1.85 Ga中压麻粒岩相变质作用和深熔作用以及顺时针P-T-t轨迹与胶-辽-吉带胶北地体可以对比,证明五河杂岩是胶-辽-吉带的一部分,二者共同构成了华北东部一条古元古代碰撞造山带。
[硕士论文] 李健
岩土工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:研究软弱夹层土在不同因素影响下的强度变化,对于广西含软弱夹层碎屑岩边坡稳定性的分析、判别和边坡防护具有至关重要的作用。本论文依托广西壮族自治区国土资源厅重大科研课题“广西碎屑岩地区地质灾害在线预警技术研究”,以典型区碎屑岩边坡中的软弱夹层土为研究对象,开展了夹层土物理性质、三个因素影响(含水率、细粒含量、干湿循环次数)下强度及相应指标的变化、固结剪切蠕变等试验研究,探讨其强度的变化规律,并在此基础上进行含软弱夹层碎屑岩边坡稳定性的数值模拟,以反映夹层土不同强度状态对边坡稳定性影响的规律。主要研究内容和成果如下:
  1.广西碎屑岩区工程地质条件研究。首先对广西碎屑岩分布、碎屑岩区滑坡发育特征、软弱夹层的类型等进行研究,在此基础上选取广西百色市西林县作为典型研究区,探究了软弱夹层发育的地质基础,阐明了软弱夹层具有的潜在危害,并对碎屑岩软弱夹层土的强度变化规律进行了全面的理论分析,为后续试验提供理论指导。
  2.广西西林县碎屑岩边软弱夹层土物理力学性质试验研究。利用基本物理性质试验和X射线衍射试验,得出软弱夹层土具有粘土矿物含量高、水稳性差、遇水易软化等特点,室内直剪试验表明含水率、细粒含量和干湿循环次数均会不同程度的降低软弱夹层土的强度,其中含水率影响最为显著。
  3.广西西林县碎屑岩边软弱夹层土长期强度特性研究。利用ZLB-1型三联流变仪对软弱夹层土展开剪切蠕变试验研究,得到全过程蠕变曲线、“分别加载”蠕变曲线和应力应变等时曲线等分析曲线,并确定了软弱夹层土的长期强度。结果表明广西西林县碎屑岩软弱夹层土蠕变特征明显,曲线以非线性方式发展,剪应力水平越大,稳定蠕变阶段的蠕变速率越大,位移也越大,稳定所需要的时间增加。天然状态下,不同垂直压力下软弱夹层土的长期强度较峰值强度有较大折损,折损率在52.12%~55.29%,说明长期荷载会严重降低软弱夹层土的抗剪强度,实际工程中应充分重视因软弱夹层蠕变特性而产生的强度折损问题。
  4.广西西林县碎屑岩边软弱夹层土不同强度状态下边坡稳定性数值模拟研究。利用Geo-Studio数值分析软件计算不同软弱夹层土强度状态下含软弱夹层碎屑岩边坡的稳定性,分析认为因含水率、细粒含量、干湿循环及蠕变的变化而带来的软弱夹层土强度损失,会直接导致碎屑岩边坡稳定性的降低,一定条件下引发边坡滑动破坏。碎屑岩边坡稳定性,随软弱夹层含水率增加边坡稳定性呈反S型曲线降低;细粒含量和干湿循环次数的增加,会导致碎屑岩边坡稳定性以指数方式衰减;软弱夹层的蠕变特性会严重削弱边坡的稳定性,常导致边坡突发性的失稳破坏。
[硕士论文] 常泽光
地质资源与地质工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:内蒙古卓资县位于阴山东南缘,分布有大量的晚中生代白女羊盘组火山岩。作者以详细的野外地质工作为基础,通过对卓资县大榆树村附近的白女羊盘组火山岩的分布特征和岩相学特征的研究,结合主量元素、微量元素和稀土元素地球化学特征,系统的讨论了该火山岩的岩石成因、岩浆来源和演化以及其形成的构造环境。用LA-ICP-MS方法测试了火山岩的锆石U-Pb年龄,并与阴山其他地区的白女羊盘组火山岩进行了对比,探讨了火山岩形成的动力学原因。主要取得了以下几方面的认识:
  1.卓资县白女羊盘组火山岩为一套基性-酸性双峰式火山岩,根据岩性差异可分为三段,第一段为玄武岩,第二段为流纹质火山岩,第三段为粗面质火山岩,构成了成分上以玄武岩-流纹岩-粗面岩为组合的火山喷发旋回。火山活动以间歇性活动为特征,早期玄武岩表现为较平静的流溢相喷发;中期流纹质火山岩以爆发相-喷溢相为特征;晚期粗面质火山岩以喷溢相为特征。
  2.卓资县白女羊盘组玄武岩属于准铝质碱性玄武岩系列的火山岩,具有富碱,贫Mg,低Cr、Ni含量,低Th/Ce、Th/La比值和微Eu负异常等特征,其岩浆在岩浆房或上升通道经历了一定程度的分异作用和有限的地壳混染作用。流纹质火山岩和粗面质火山岩属于弱过铝质碱性玄武岩系列的火山岩,具有富碱、富铁贫镁,明显的Ti、Eu、Sr、P负异常,Pb正异常等特征,表现出壳源岩浆属性特征。
  3.白女羊盘组玄武岩、粗面质火山岩和流纹质火山岩三者的岩浆源区各不相同。玄武岩岩浆来源于富集地幔,是曾受俯冲板片交代改造而富集了的岩石圈地幔经过较低程度部分熔融作用的产物。流纹质火山岩岩浆是底侵玄武岩加热下地壳,使之发生部分熔融作用的结果;粗面质火山岩岩浆是由底侵玄武岩与地壳物质经部分熔融混合而形成的。
  4.卓资县白女羊盘组下部流纹质凝灰岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb加权平均年龄为137 Ma。火山岩中的玄武岩为板内碱性玄武岩,形成于大陆裂谷拉张环境;酸性火山岩主、微量元素具有A型花岗岩的典型特征,属于成分上与A1型花岗岩相当的火山岩,形成于非造山拉张构造环境。白女羊盘组双峰式火山岩具有典型的大陆裂谷双峰式火山岩组合特征,形成于大陆裂谷拉张环境。
  5.不同地区白女羊盘组火山岩具有相似的岩石化学特征,表明其岩浆可能形成于同一构造环境和相同的动力学背景。可能是古亚洲洋板片对华北岩石圈改造与三叠世构造热事件及蒙古-鄂霍茨克洋闭合的远程效应连续作用叠加的结果。引发软流圈上涌加热岩石圈,岩石圈地幔发生部分熔融产生玄武岩浆,岩浆沿构造薄弱带上升至地表或底侵在地壳之下,底侵的玄武岩浆加热下地壳使之发生部分熔融,形成酸性岩浆,从而形成阴山地区双峰式火山岩。
[硕士论文] 刘质彬
地球化学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:埃达克岩最初是用来定义那些富硅、高Sr/Y和La/Yb的源于俯冲带玄武质洋壳部分熔融形成的火山岩和侵入岩。埃达克岩当初被认为仅形成于岛弧背景。然而近些年来的研究表明,非岛弧环境也可以形成埃达克特征的岩石,形成机制包括:镁铁质下地壳底侵部分熔融、玄武质岩浆结晶分异、高Sr/Y比源区部分熔融、加厚下地壳部分熔融或拆沉等。
  大陆背景下的埃达克质岩通常被认为是加厚下地壳部分熔融的产物。然而最近的实验岩石学和地球化学模拟计算表明,埃达克质熔体可以形成于正常下地壳深度(30-40km),埃达克质特征也可以继承自源岩,加厚下地壳不是必须的。这些结果已被用于解释克拉通内部产出的埃达克质岩。
  大陆碰撞造山带通常产出碰撞后埃达克质岩,它们是否是碰撞加厚造山带地壳部分熔融的产物?本文选择大别造山带碰撞后埃达克质花岗岩作为研究对象,对其进行了系统的锆石U-Pb定年和微量元素分析、全岩主微量元素和放射成因Sr-Nd-Hf同位素分析,相关结果与伴生的普通花岗岩一并进行对比研究。结果表明,大别碰撞后花岗岩可以分为三个阶段:低镁埃达克质岩阶段、高镁埃达克质岩阶段和普通花岗岩阶段。埃达克质岩浆作用(143-130Ma)系统早于普通花岗质岩浆作用(133-112Ma),130Ma左右的高镁埃达克质岩承前启后。从130Ma以前多为埃达克质到130Ma以后多为普通花岗质,表明部分熔融深度在130Ma左右发生了显著改变。大别碰撞后花岗岩普遍含有丰富的新元古代和变质成因的三叠纪继承锆石,表明它们是俯冲华南陆壳物质再造的产物。少量的古元古代-太古代年龄的继承锆石以及富集的Sr-Nd-Hf同位素组成和古老的Nd-Hf模式年龄(古元古代-太古代)表明,它们的源区含有古老的扬子基底地壳物质。
  与普通花岗岩相比,大别埃达克质岩显著亏损HREE,Eu负异常不明显,具有高Sr/Y和La/Yb比。另外,埃达克质花岗岩同岩浆锆石HREE含量和Eu负异常程度总体低于普通花岗岩。这些结果表明埃达克质岩的母岩浆亏损HREE,缺乏明显的Eu负异常。再者,在同一颗锆石上,核部继承锆石Eu负异常明显,HREE含量明显高于边部的同岩浆锆石,表明大别花岗岩的埃达克质特征并非继承自源岩。因此,大别造山带碰撞后埃达克质岩是由加厚下地壳部分熔融的产物。
[博士论文] Abdul Shakoor Mastoi
地质学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:数十年来,大部分的经济矿床都被发现与不同类型的岩浆岩有关。这些岩浆岩是Cu-Au-Mo-Ag等矿床的主要物质来源,并且可以产于不同的构造环境中,如陆—陆碰撞的造山环境,洋—陆碰撞的大陆弧环境,火山弧环境,弧后环境以及板内环境等。与这些岩浆岩相关的各种经济矿床也产于这些相应的构造环境中,其中也包括岛弧相关的岩石及矿床。岛弧岩石与Cu、Au、Mo、Ag等成矿作用密切相关,主要分布在太平洋岛弧、太平洋火环带、特提斯岛弧,印度尼西亚岛弧以及菲律宾岛弧等。位于巴基斯坦Aravalli Delhi地区的Malani火成岩套(MIS)也是世界著名的岛弧岩石系列,近20年来由于其与经济矿床的密切关系而受到了越来越多的关注。
  位于巴基斯坦Sindh省东南部的Nagarparkar火成杂岩(NPIC),被认为是MIS西部的一部分。在本论文中,我们研究了巴基斯坦两个区域的岩浆岩,包括Sindh省东南部NPIC火成杂岩和Balochistan省西部与大型斑岩型Cu-Au矿床相关的Saindak埃达克质岩。NPIC火成杂岩显示出了明显的矿化,在地表以及局部氧化带可以观察到明显矿化作用,这种矿化现象在MIS岩套同样也十分明显。针对这些NPIC杂岩,我们开展了系统的全岩地球化学分析,锆石U-Pb定年以及同位素分析。结果显示该区的黑云母花岗岩锆石206Pb/238U年龄范围为812.3±1.1 Ma~810±7.4 Ma;钾长花岗岩的形成时代为755.3±7.1~736.3±4.3 Ma;辉长岩形成时代为781±23~799±23Ma~806±13Ma,均为新元古时期岩浆产物。地球化学组成显示,黑云母花岗岩属于Ⅰ型花岗岩,而钾长花岗岩属于A型花岗岩。黑云母花岗岩呈现大离子亲石元素以及Zr、Hf等高场强元素正异常,以及Nb富异常的微量元素配分型式。钾长花岗岩具有中等Na、K含量,属于高钾钙碱性系列。源区陆壳物质的贡献引起了这些岩石不相容元素的富集,以及钾长花岗岩中的Sr、Ba负异常和黑云母花岗岩中的高Sr、Ba含量,指示其源区为新生下地壳属性。这两类花岗岩的锆石Hf同位素组成均呈现高度亏损的特征,并且与辉长岩Hf同位素组成接近,指示这两类花岗岩的源区可能为与辉长岩组成接近的新生地壳。结合区域动力学演化背景,我们认为黑云母花岗岩形成于超大陆裂解之前下地壳深度的新生地壳部分熔融,而钾长花岗岩则形成于超大陆裂解形成的拉张环境下处于中上地壳深度的新生地壳部分熔融。除此之外,NPIC火山岩组合,印度西部边界花岗岩组合以及MIS火成岩套的Barmer、Jalore、Siwana、Dhiran以及Mount Abu花岗岩相似的岩石类型及成岩时代特征,指示NPIC以及MIS可能在Rodinia超大陆裂解之前属于一个整体。
  巴基斯坦Balochistan省西部地区发育多个世界知名的大型斑岩型Cu-Au-Mo矿床。这些发育于巴基斯坦西部与伊朗交界处Chagai岩浆岩带的大型斑岩型矿床均与年轻的早中新世岛弧岩浆岩相关,属于特提斯成矿带的一部分。其中Saindak Cu-Au矿床就是该区的一个大型斑岩型矿床。本论文分别以该矿床中成矿相关的石英闪长岩以及二长闪长岩为研究对象,开展系统的地球化学工作。锆石U-Pb年龄显示三个石英闪长岩样品的成岩时代分别为22.16±0.23 Ma,22.21±0.34 Ma以及24.25±0.54 Ma,一个二长闪长岩样品的形成时代为22.6±1.3Ma,均十分接近。这两类岩石在微量元素配分型式图上均呈现大离子亲石元素富集、高场强元素亏损,无Eu负异常的特征。同时,他们均属于钙碱性系列,具有高的Sr含量以及Sr/Y比值,以及中等到高的(La/Yb)N比值,属于典型埃达克岩的特征。尽管如此,这两种岩石的特征仍呈现一些差别。石英闪长岩具有Zr、Hf负异常,而二长闪长岩则具有Zr、Hf正异常。地球化学特征显示这两种岩石分别属于高硅埃达克岩(HSA)和低硅埃达克岩(LSA)。石英闪长岩具有高的SiO2含量,低到中等的MgO含量以及高Mg#,以及低的K2O/Na2O比值,属于典型的高硅埃达克岩。他们脱耦的Sr/Y-(La/Yb)N特征以及低的Th/U比值显示了典型大洋埃达克岩的特征,指示其可能形成于俯冲的阿拉伯洋壳部分熔融,并进一步经历了后期地幔橄榄岩反应。与此相区别的是,二长闪长岩具有低的SiO2含量以及高的MgO含量,属于典型的低硅埃达克岩,可能形成于受埃达克质熔体交代的地幔部分熔融形成的产物。这两类埃达克质岩均具有高的放射成因Sr、Pb同位素组成(87Sr/86Sr(i)=0.706621~0.707181;206Pb/204Pb(i)=18.866~18.924,207Pb/204Pb(i)=15.682~15.710,208Pb/204Pb(i)=39.079~39.160)以及轻微富集的Nd同位素组成(εNd(t)=-1.77~-1.72),落在EM-2端元范围内。这些地球化学特征显示这些埃达克质岩的源区以年轻的俯冲洋壳物质为主,伴有少量大洋沉积物的加入。这些埃达克质岩显示高的岩浆氧逸度特征,同时发育明显的黄铜矿以及辉钼矿化,与区域Cu-Au成矿作用密切相关。
[博士论文] 李伟平
地球化学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:海洋沉积碳酸盐岩记录着的地球表层演化历史的重要信息,利用沉积碳酸盐岩同位素变化历史来反映海洋组成和碳循环的变化是研究古环境和古气候变化的一个重要课题。碳酸盐岩中的微量元素可以很好的反映其沉积环境和成岩历史,稀土元素配分模式可以识别沉积相,结合Y/Ho-(Sm/Nd)PAAS相关性和稳定同位素的变化可以恢复沉积环境中相对海平面的变化。纯碳酸盐中具有较高海水-地壳分配系数(Kx)的元素可以记录开阔海水的组成,而具有低Kx和较短居留时间的水难溶性元素(如REE、Al、Sc和Y等)则可以记录海水组成受到陆源物质输入的影响程度。碎屑锆石的年龄可以记录地质历史时期的岩浆活动的强度和时间,通过对比碎屑锆石U-Pb年龄频谱图可以很好地识别沉积环境的物质来源。
  通过对华南巢湖地区汤山剖面埃迪卡拉纪晚期和寒武纪早期沉积碳酸盐岩进行高精度的碳氧同位素组成、有机碳同位素以及主微量元素和非碳酸盐物质含量的分析,可以发现碳酸盐碳同位素组成(δ13Ccarb)表现出了明显的四次正异常(DP1,LP1,LP2和BP1)和四次负异常(ECN,LN1,LN2和BN1)。在灯影组和冷泉王组的边界,碳同位素和氧同位素均出现了一次明显的降低,碳同位素最低达到-2‰(ECN),然后碳同位素组成又升高到1‰左右(LP1)。冷泉王组早期具有较低的碳同位素组成(LN1),然后在冷泉王组末期和半汤组的早期出现碳同位素组成从0‰左右(LP2)降低到-1.81‰左右(LN2),在半汤组早期又增加至1.74‰左右(BP1)。从半汤组晚期到山凹丁群早期,则表现出碳同位素组成的缓慢降低,最低值达到-2‰左右(BN1)。然而,氧同位素的变化则相对简单,仅仅从埃迪卡拉纪晚期(平均值-3.5‰左右)到寒武纪早期(平均值-6.0‰左右)出现了一次大约2.5‰的降低,随后在寒武纪早期呈现缓慢降低的趋势。在灯影组和冷泉王组的界限上氧同位素和碳同位素负异常ECN有很好的同时性。碳酸盐岩中有机物的碳同位素(δ13Corg)则表现出了三次明显正异常(DP1、LP1和LP2)和两次明显负异常(ECN和LN1)。在埃迪卡拉纪晚期灯影组和寒武纪早期冷泉王组与半汤组早期,碳酸盐岩的δ13Corg和δ13Ccarb具有明显的正相关性,在半汤组上部的地层中,δ13Corg和δ13Ccarb出现了明显的脱耦。通过对汤山剖面和华南其他同时期碳酸盐岩地层的碳同位素组成的对比,确定了汤山剖面的埃迪卡拉纪晚期-寒武纪早期的边界应该是在灯影组和冷泉王组的界限上,和汤山剖面岩性的界限一致。巢湖汤山晚灯影组和早冷泉王组的白云岩的Mg同位素在误差范围内基本不变,可能反映了当时海洋Mg循环处于一个稳态条件,早前沉积的碳酸盐岩的风化是海洋Mg的主要输入来源。
  主量元素、XRD和SEM的分析结果表明,巢湖汤山埃迪卡拉纪晚期-寒武纪早期地层主要是原白云石,矿物颗粒较小且边界清晰,反映了快速沉积的过程。部分具有低Mg/Ca比的样品中含有大量的微小方解石聚集体,且全岩粉末δ13Ccarb低至-3.5‰,可能是由于有机物的矿化等过程所形成的自生碳酸盐。汤山灯影组中部的碳酸盐岩具有轻稀土亏损重稀土富集的稀土配分模式和高Y/Ho,反映了正常海洋沉积环境,而灯影组晚期和寒武纪早期的碳酸盐岩则具有平坦的REE+Y配分模式和低Y/Ho,表明它们是在易受到陆源影响的近海台地相中沉积形成的。水难溶性元素Sc,Al,Th和REE与非碳酸盐物质含量具有很好的正相关性,在灯影组晚期到冷泉王组早期出现明显的增加。氧同位素组成的降低和水难溶元素含量的增加指示了在埃迪卡拉纪晚期-寒武纪早期边界附近很可能存在一次近海地区来自陆源的物质输入增加的事件,与Y/Ho-δ18Ocarb相关性反映的大量淡水加入、相对海平面升高的结果一致。碳同位素的异常和水难溶性元素存在的负相关性则表示,碳同位素的负异常可能与增加的陆源输入相关。这些陆源物质中携带有大量的P,N等元素、低的13C组分和大量氧化剂,一方面有机物的矿化降低了沉积环境的DIC的δ13C值,从而造成了寒武纪早期的碳同位素负异常,另一方面为寒武纪早期中期的生物多样性的出现提供了充足的营养物质。
  通过对纯碳酸盐组分的Y/Ho比值和(Sm/Nd)PAAS、(Gd/Nd)PAAS相关性和稳定同位素的结果,发现巢湖汤山地区在埃迪卡拉纪晚期-寒武纪早期发生了多次的相对海平面的降低和上升事件,指示了海退和海进的过程,可能和这一时期的超大陆活动有关。发生在半汤组的海进过程使得汤山地区又重新和开阔海洋联通,可以发生同位素和物质的交换,造成了碳酸盐岩的δ13Corg和δ13Ccarb的脱耦,这对我们认识新元古代溶解有机碳储库存在的时间和空间尺度提供了新的认识,部分地区发现的寒武纪早期碳酸盐岩的δ13Corg和δ13Ccarb的耦合关系可能用作说明溶解有机碳储库的消失。对灯影组碎屑锆石的U-Pb年龄和微量元素的分析发现,灯影组沉积的时代不早于585±14Ma。同时碎屑锆石的U-Pb年龄记录了四次明显的岩浆活动,特别是~800Ma新元古代的年龄较多,反映的是当时Rodinia超大陆裂解所造成的剧烈和大范围的岩浆活动。通过对比华南和华北碎屑锆石年龄频谱图的比研究发现,巢湖汤山地区埃迪卡拉纪晚期-寒武纪早期的主要物源区是华南陆块。
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