数字岩浆岩揭示大陆聚合、地壳生长、物质架构及其成矿制约

岩浆岩是地球上最重要的地质体之一,数字岩浆岩是数字地球的重要内容。本文综述了这方面的研究进展,主要包括岩浆岩数据库创建及其应用研究取得的重要进展。研究团队创建了国内首个岩浆岩数据库及研究平台,核心数据和平台功能在某些方面已优于国际已有数据库。基于这些数据,研究团队编制并发布了一系列数字化全球岩浆岩、亚洲岩浆岩和深时岩浆岩图,取得了以下重要研究进展:1)创建了亚洲花岗岩时空演化格架,提出亚洲大陆平直、弯曲旋转、剪刀状3种方式和5个阶段的聚合模式;2)通过对比全球8个典型造山带同位素填图,确定了从典型增生到典型碰撞不同类型造山带的深部物质架构特征,鉴别出显生宙巨量地壳生长,丰富了地壳生长理论;3)定量刻画了深部物质架构及其成矿制约,构建了深部物质探测方法体系框架,提出造山带分类和物质造山带新概念,为深化认识造山带奠定了理论基础。

中国西天山古生代岩浆岩时空架构、源区特征及构造背景

中亚造山带是全球最大、最典型的增生造山带,是全球显生宙陆壳生长最显著的地区之一。在中亚造山带形成过程中,伴随古亚洲洋的闭合,以及不同性质构造块体的拼贴碰撞,形成了巨量的岩浆岩。笔者以中亚造山带西段西天山出露的古生代岩浆岩为研究对象,系统总结了岩浆岩的时空格架、成因类型、源区特征和构造背景等特征。区内岩浆岩主要形成于3个阶段:寒武纪早期—中泥盆世早期(497~388 Ma)、晚泥盆世—早石炭世(375~323 Ma)、晚石炭世—中二叠世(322~263 Ma)。第一阶段和第二阶段的侵入岩组合主要为钙碱性I型花岗岩,以及具有“岛弧”地球化学特征的中、基性岩石,部分岩体具有埃达克质岩石的性质,并发育少量A型花岗岩。晚石炭世—中二叠世花岗岩等侵入岩以多样性的成分为特征,包括“正常的”钙碱性I型花岗岩、埃达克质岩石、A型花岗岩,以及局部出露的S型花岗岩,基性岩石中也出现较多具洋岛玄武岩特征的辉长岩和玄武岩。结合其他地质证据,笔者认为寒武纪早期—中泥盆世早期、晚泥盆世—早石炭世岩浆岩形成于与古亚洲洋洋分支洋盆俯冲有关的构造环境中,且岩浆活动的迁移和地球化学成分演化趋势均揭示俯冲过程中发生了多次从前进型、低角度俯冲到后撤型、高角度俯冲的转化。西天山南北洋盆的最终闭合均发生在晚石炭世。在南侧,古南天山洋的闭合跟随着大陆板块之间的“硬碰撞”。而在北侧,伊犁地块和中天山地块北缘与一不成熟/新生岛弧发生了“软碰撞”。就地壳演化的方式而言,基于Hf同位素资料所揭示的长英质岩浆岩源区物质演化,识别出西天山地区在在古生代交替发生大陆地壳物质再循环(continental reworking)和大陆生长(continental growth)。在俯冲阶段,大洋板片后撤(回卷)占据了主导性地位,导致了微陆块中增生造山作用开始之前形成的古老物质大量被同增生阶段形成的新生物质所置换,伊犁地块、中天山地块等块体是在古生代被显著“再更新(rejuvenation)”的古老微陆块。后碰撞伸展阶段大范围幔源岩浆底侵进一步造成了显著的地壳生长。整个古生代,西天山及邻区以地壳生长为主导。

山东地区中生代岩浆岩中放射性元素富集规律及其对大地热流异常的指示意义

为进一步了解岩浆岩中放射性元素富集与大地热流异常的相关性,以山东地区中生代岩浆岩为研究对象,从岩石类型、元素含量、岩石形成年龄、放射性生热元素Th、U丰度、大地热流等方面进行分析。结果表明:区内正长岩Th、U丰度最高,酸性岩和碱性岩的Th、U含量相对较高;Th、U元素与Si、K元素含量存在正相关,与Fe、Mg等其他主量元素存在负相关,与Nb、Ta、Pb及稀土元素也存在较为明显的正相关;放射性元素丰度与大地热流存在一定的正相关,但还受到地壳厚度等多种因素的影响;研究进一步揭示放射性元素、岩浆岩及地热之间的关系,对山东地区地热资源的开发和利用具有一定借鉴意义。

黑龙江省二道坎银矿床三叠纪岩浆岩地球化学特征、构造环境及意义

为进一步揭示黑龙江省二道坎银矿床三叠纪岩浆活动对成矿的指示作用,本文选取矿区内发育的辉绿岩、玄武安山玢岩、安山玢岩和石英闪长玢岩几类脉岩为研究对象,进行LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学和岩石地球化学测试。结果表明,几类脉岩的成岩年龄为235.4~225.7 Ma;轻、重稀土分馏明显,轻稀土相对富集;辉绿岩亏损Th、U,富集Nb、Ta、Sr、Ti;玄武安山玢岩、安山玢岩与石英闪长玢岩富集U,亏损Nb、Ta、Ti;ε_(Hf)(t)值为9.3~11.8,t_(DM1)和t_(DM2)分别为495~408 Ma和841~626 Ma。研究表明,辉绿岩岩浆起源于类似于富集型的地幔源区并受到地壳物质的混染;玄武安山玢岩、安山玢岩及石英闪长玢岩形成于活动大陆边缘岛弧环境,与蒙古-鄂霍次克洋的南东向俯冲相关,岩浆起源于玄武质岩浆底侵新生下地壳的部分熔融。

La/Sm-La图解是用于判别岩浆岩是分离结晶还是部分熔融形成的吗?

La/Sm-La图解(图1)被广泛应用于判别岩浆岩是分离结晶成因还是部分熔融形成^([1])。然而在实际应用时这个图解常被误用,即当投点趋于平行横坐标时,被认为该岩浆岩是分离结晶作用形成的,而当处于一条斜线时,就被认为是部分熔融形成。实际上该图解的真正意义不是指某个岩浆岩样品,而指的是判别一套样品(即所有投影点)是由同一母熔体通过不同程度的分离结晶作用形成的还是同一源区通过不同程度部分熔融形成的,因为岩浆最初都是要先经过部分熔融形成原始熔体。下面介绍该图解的出处就很容易理解其真正意义了。

DDE-岩浆岩数据库初步构建与应用

21世纪是大数据的时代,数据、模型驱动下的科学研究新范式与知识发现成为当今科学领域的新态势。本文介绍了在“深时数字地球”(Deep-time Digital Earth,DDE)国际大科学计划框架下构建的DDE-岩浆岩数据库。该数据库以“数据+编图+研究”三位一体的建库思路,基于岩浆岩知识体系,构建了岩浆岩数据库,包括后台服务(云端)、网站(Web端)和科研工作平台(桌面端)。数据主要来源于公开发表的文献、研究团队测试、实验室测试数据等,涉及全球重要造山带、克拉通及部分海洋(大洋钻探数据)等。此外,还设立了22个地域性、学科性专题数据库。数据类型为岩浆岩岩石类型、产状、空间位置等基本信息,以及年代学、地球化学、(Sr-Nd-Hf-Pb-O)同位素及非传统(或新兴)同位素数据。与国际最常用的有关数据库相比,本数据库具有以下优势:(1)“数-图-文”三位一体的设计思路,拥有编图和研究平台;(2)以研究为导向,组织构建了22个专题数据库,更多一线专家参与数据库建设,在某些地域和领域(如中亚、非传统同位素等)形成优势;(3)对数据都尽可能挖掘和补充了年龄、经纬度等时空信息;(4)创建了学科专家可以依据新的发展和需求及时调整数据库结构的技术与功能,而不需要重新编程;(5)有强大的DDE平台支持,为与国际有关数据库互联互通提供了有利条件。最后,利用DDE-岩浆岩数据库的核心数据(年代学、同位素等),对复杂大陆拼合过程、地壳生长、地球深部物质组成架构与演化等重大地球科学问题进行了探索并取得了一些进展,说明该数据库将对推动数据驱动的岩浆岩研究具有重要意义。

华北克拉通中生代幔源岩浆岩放射性元素生热率的时空差异与主控因素

华北克拉通地热资源与中生代岩浆活动关系密切。然而,地热资源的成因、分布与岩浆作用之间的内在联系尚不明确。为研究华北克拉通中生代岩浆活动对地热资源的影响,在厘清中生代幔源岩浆岩期次、岩性、成因和分布的基础上,利用632组幔源岩浆岩的U、Th、K生热元素数据,计算不同时期岩石放射性生热率,探究华北克拉通中生代幔源岩浆岩放射性生热率时空差异及其主控因素。结果表明:幔源岩浆岩岩石类型是影响生热率的直接因素,霞石正长岩、辉石岩、正长岩和煌斑岩的生热率高于辉长岩、辉绿岩和玄武岩;幔源岩石成因是放射性生热率高低的基础,与伸展构造背景相比,碰撞环境下岩石生热率较高;不同破坏机制下岩石生热率差异较大,热-化学侵蚀岩石圈破坏地区的岩石生热率普遍高于拆沉作用地区。

北淮阳成矿带东段岩浆岩成矿特征研究

安徽北淮阳成矿带中生代岩浆作用强烈,成岩与成矿具有紧密的时空关系和成因联系,广泛发育钼、铅、锌、金等多金属矿化。通过对北淮阳成矿带东段区域基本地质特征、成矿地质作用和成矿规律开展研究,发现该区域上白垩纪早期成矿作用以Au、Ag、Pb、Zn等矿种为主,与之相关的岩浆作用为高钾钙碱和钾玄岩系列的火山岩和侵入岩;而白垩纪晚期的成矿作用以Mo成矿为主,与之相关的岩浆作用主要为碱性深成岩。北淮阳地区进行勘察找矿工作的过程中,应该以白垩纪晚期的(石英)正长岩-花岗斑岩作为重点关注对象。

哀牢山构造带新元古代双峰式岩浆岩的锆石U-Pb年代学、元素-同位素地球化学特征及构造意义

分布于扬子克拉通西缘的新元古代岩浆岩对研究华南陆块的前寒武纪演化及其与Rodinia超大陆的关系意义重大,但由于该区域后期构造-热历史的复杂性,关于一些重要岩石单元的时代、属性和构造背景仍存在诸多争议。本文聚焦哀牢山构造带南段的桃家寨岩体,报道了来自该岩体的一套变基性岩和钠长花岗岩组合的年代学和地球化学组成,以期为解决现存争议提供新的证据和约束。SHRIMP原位锆石U-Pb同位素测年表明变基性岩和钠长花岗岩的结晶年龄分别为756±9 Ma和763±23 Ma,表明二者为同期岩浆作用的产物,其合并加权平均年龄759±7 Ma(MSWD=0.88,n=8)代表了岩浆事件年龄;同时,来自两件样品的锆石都记录了~730 Ma的岩浆后热扰动事件。变基性岩具有低碱(Na2O+K2O=0.17%~0.36%),高Mg#(76~79)的地球化学特征,略富集轻稀土元素(LREEs),并具有弱的Nb-Ta负异常和正的ε_(Nd)(t)值(+2.67~+3.10),表明其来自E-MORB型富集地幔岩浆源区,可能经历了俯冲板片流体或者熔体的改造。钠长花岗岩显示高碱(Na_(2)O+K_(2)O=6.70%~8.30%)、富集LREEs和大离子亲石元素(LILEs)、亏损重稀土元素(HREEs)等特点,具有负的ε_(Nd)(t)值(-2.43~-1.26),表明其母岩浆可能源自下地壳物质部分熔融与基性熔体的混合。综合前人研究,发现桃家寨岩体的岩石组合具有双峰式特点,并在地球化学特征上显示典型的弧-弧后盆地属性;岩浆作用峰期~760 Ma,指示其为新元古代扬子克拉通西缘的洋陆俯冲构造体系的一部分,从而为将华南陆块置于Rodinia外围的超大陆重建模式提供了新的证据。

水文地质调查与物探在岩浆岩地区找水中的应用——以田黄镇律庄村地下水勘查为例

田黄镇地处邹东低山丘陵区,岩浆岩集中连片发育,受地形地貌及地质条件制约,地下水资源较为匮乏,制约着经济社会发展,地方找水需求极为迫切。本文综合研究区地质构造背景、地下水的赋存特征,采用大比例尺水文地质调查和物探勘查相结合的方法,通过水文地质调查确定找水方向,划定物探靶区,再辅以物探方法加以验证,对物探异常进行充分解释判别后,最后进行钻探验证。结果表明:应用水文地质调查与物探方法准确探查到地下水富水区域,在严重缺水的岩浆岩丘陵山区找到了较好的地下水,解决了当地群众的生活用水问题。可为其他类似地区开展精准找水打井工作提供重要借鉴。

地震技术在胶西北变质岩与岩浆岩区深部探测适用性分析

胶西北地层主要由前寒武纪变质岩和中生代花岗岩类构成,为了研究地震技术在胶西北变质岩与岩浆岩区深部探测的适用性,开展了二维深层地震勘探工作。通过对数据采集采用的最大炮检距、炮距、偏移距的分析,对去噪、静校正等处理方法的分析,以及对不同地质体反射波组特征分析,总结了变质岩与岩浆岩区域地震技术的适用性,也证实了地震方法在深层岩浆岩中探测能够取得较好的效果,为在胶西北地区变质岩与岩浆岩勘探积累了丰富的经验。

厚层坚硬岩浆岩下采空区注浆充填试验研究

针对煤层开采形成的厚层坚硬岩浆岩大面积悬顶问题,以海孜煤矿局部岩浆岩侵入体为研究对象,分析了地表岩移和岩浆岩体下离层的发育特征,开展了井下采空区注浆填充试验工作。研究成果表明,海孜煤矿二采区工作面回采后,实测的地表最大沉降量仅为487 mm,远低于无岩浆岩发育区的采动造成的地表沉降量;岩浆岩体未破断,采空区和岩浆岩体之间存在离层空间;通过对垮落带、裂隙带和离层带实施地面钻孔注浆,构建了人工柱体,消除了因厚层坚硬岩浆岩体的大面积悬顶形成的高应力集中现象。

大兴安岭东缘岩浆岩区地表基质风化成土过程常量元素特征及其意义

岩石—土壤风化成土过程中元素地球化学特征对于理解不同类型地表基质的转化机理和耦合关系有重要意义(侯红星等,2022)。笔者选取大兴安岭地区不同类型岩浆岩原生风化剖面为研究对象,查明常量元素在风化成土过程中迁移转化及分布规律特征,为解释岩浆岩背景区地表基质岩石风化与土质成土过程耦合关系研究提供依据。

与伟德山期岩浆岩有关的多金属成矿作用研究——以夼北矽卡岩型铜矿床为例

以米山断裂为界,威海东部地区是胶东地区重要的多金属成矿区,构成了威海东部地区与中生代燕山晚期中酸性侵入岩浆活动有关的铜-钼—铅锌-金银多金属矿成矿系列。通过对区内典型矽卡岩型矿床——夼北铜矿床的矿床地球化学特征、成矿时代、矿床成因进行探究,稀土元素和微量元素测试结果显示,伟德山期岩浆岩的侵入活动既是区内多金属成矿物质来源,也为矿床的形成提供了热液条件;S、Pb稳定同位素的研究,进一步指明了含矿热液来源的多源性;锆石U-Pb测年法测得,夼北铜矿床的形成年龄大致与伟德山期岩浆岩的成岩年龄相近,在116.6 Ma左右。该矿床为中生代接触交代(矽卡岩)型铜矿床。

花园煤矿床五采区岩浆岩分布地震预测

花园煤矿床五采区岩浆岩较发育,严重影响该矿井的开拓设计,为了查明该矿井岩浆岩的分布特征,本文通过地震勘探预测方法的研究,利用该矿井三维地震数据进行了岩浆岩分布预测。基于钻孔和巷道揭露岩浆岩信息,建立等效地质模型,通过地震正演模拟岩浆岩的地震响应特征,从微观上认识岩浆岩在地震剖面上的反射特征;对于具有一定规模的岩浆岩,利用地震相分析和属性解释技术,对岩浆岩侵入范围进行宏观预测,取得了较好的效果,经验证与钻孔揭露基本一致。研究表明精确的岩浆岩预测范围对该矿安全高效开采具有重要的意义。

北京市密云东庄铁矿区岩浆岩断面结晶度特征信息提取方法研究

依托MATLAB仿真平台研究岩浆岩断面结晶度有效特征。采用直方图均衡化进行图像增强预处理,通过几何特征算法提取水平周长、垂直周长与面积数据,计算粒度相对值参数;采用频域算法将频谱图像分割成环形区域,分析高频数据,通过积分求和得到高频区参数。通过两种算法融合,综合提取8维图像特征向量,可以准确表征岩浆岩的结晶程度及粒度大小。

临涣煤矿岩浆岩侵蚀区顺层钻孔抽采半径研究

为确定顺层钻孔抽采有效影响半径,以临涣煤矿10116工作面岩浆岩对10煤层的不同侵蚀区为研究对象,开展岩浆岩侵蚀及其影响区域顺层钻孔抽采有效影响半径的研究。结果表明:岩浆岩不同侵蚀区域的瓦斯抽采有效影响半径随抽采时间的延长而相应增大;当抽采时间相同时,侵蚀影响区与部分侵蚀区的有效影响半径相同;瓦斯抽采有效影响半径最大的是岩浆岩部分侵蚀区和侵蚀影响区,其次是非侵蚀区,再次是严重侵蚀区。研究结果有助于提高瓦斯抽采效率,为岩浆岩侵蚀条件下的矿井煤层安全高效开采提供安全技术支撑与保障。

某工程岩浆岩发育规律及其对地下洞室围岩分类的影响研究

文章以某工程实际为例,阐述了广泛分布在工程区的岩浆岩发育规律,通过对岩浆岩侵入规律的总结,从地下洞室围岩分类的五个影响因素入手,包括岩石强度、岩体完整程度、结构面状态、地下水状态、主要结构面产状,分析岩浆岩侵入不同地层时对地下洞室围岩分类的影响,以期为相似工程提供经验。

西藏冈底斯岩浆岩南亚带乃巴岩体年代学、地球化学与岩石成因探讨

乃巴岩体位于西藏山南市桑日县附近,是冈底斯构造岩浆岩带的重要组成部分。通过对其岩石学、岩石地球化学以及年代学特征进行分析,探讨乃巴岩体的地球动力学环境。该岩体是以岩基的形式产出的中-深成相侵入岩,岩性由黑云母二长花岗岩、二长花岗岩、花岗闪长岩组成。岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄加权平均值在31.8~32.0 Ma之间,反映了其侵位或结晶时代为渐新世。岩体富钠、高钾、高铝、低镁,为准铝质高钾钙碱性系列岩石,相对富集大离子亲石元素Rb、Sr、K,强烈亏损高场强元素P、Nb、Ti,稀土元素总量较高,轻稀土富集、重稀土亏损,负铕异常不明显。通过研究认为,乃巴岩体是壳幔混源型岩浆沿区域深度断裂上侵或沿火山塌陷的空间被动就位形成的侵入岩。

一种新的岩浆岩分类定量方法

目前,岩浆岩的超基性、基性、中性、酸性的分类均根据SiO_(2)的含量,但这种单一含量判别标准并不严谨,含量经常与分类不完全对应。使用TraceElem 1.0软件对各种岩浆岩进行逐步判别分析、聚类分析和对应分析研究,据此认为超基性岩由MgO和FeO组成的因子确定,基性岩则由P_(2)O_(5)、Fe_(2)O_(3)、TiO_(2)、CaO、MnO组成的因子确定,中性岩由Na_(2)O和Al_(2)O_(3)组成的因子确定,酸性岩由K2O和SiO_(2)组成的因子确定。岩浆岩的分类宜以SiO_(2)为主、以MgO和CaO为辅,尤其要引入MgO。在SiO_(2)含量相同的情况下,MgO、CaO含量越高,基性程度越强。基于这一分析结果,提出一种新的酸度指数(ADI)计算方法,即ADI=w(SiO_(2))-0.75w(MgO)-0.23w(CaO),ADI<38.0%为超基性岩,在38.0%~52.0%之间为基性岩,在52.0%~62.5%之间为中性岩,>62.5%为酸性岩。