地壳岩石的失水熔融实验

以岩石粉末试样的熔融实验为基础的 Ｑ Ａｂ Ｏｒ Ａｎ Ｈ２ Ｏ 体系的相关系表明，地壳岩石的熔融作用遵循矿物相消失所制约的固 液相平衡规律。然而，地壳岩石块状样品开放体系的熔融作用，其熔融机制、矿物相转变、初熔液相成分、残余固相等方面，均与地壳岩石封闭体系的熔融作用有很大差别。石英闪长岩开放体系的熔融实验表明，岩石的熔融首先从含水矿物的脱水熔融开始，从而熔体成分由基性逐渐转变为中酸性，残余固相趋于超酸性。这一实验结果对大陆地区岩浆起源和深部地壳物质组成的研究可能有新的启示。

含熔体差应力状态下中下地壳岩石的变形结构与物质迁移

通过对辉长岩、麻粒岩、斜长角闪岩高温高压变形实验样品的研究,确立了含熔体差应力状态下中下地壳岩石共轭扇式变形模型的合理性,划分出垂直于轴向压应力定向和剪切定向两种变形组构。并通过对主要变形矿物、变形组构的识别,详细勾画了辉长岩、麻粒岩、斜长角闪岩3种典型中下地壳岩石的变形结构图式和变形机制。辉长岩为弥散带状变形结构,麻粒岩、斜长角闪岩为共轭扇式模型结构;中下地壳岩石的变形可能主要集中在流变性最强的一种或者几种组分上;变形集中化的过程,也往往是某些组分集中化的过程;变形不仅是造成岩石圈深部层次物化环境不均一性的重要因素,也是成矿的重要条件。

南海北部陆缘与西沙海槽下地壳岩石学和化学成分模型

根据穿过南海北部陆缘和南海西北部西沙海槽的人工地震测深剖面的P波波速结构,依据笔者反演的当地现今地温线对P波波速进行温压校正,得到南海北部陆缘和南海西北部西沙海槽地壳在600MPa和室温条件下的校正P波波速值.……

地壳岩石面应变与剪应变在钻孔法测量中的传递系数

分量式钻孔应变观测是当今国际上地壳岩石应变相对测量的主流方法,由于应变需在岩石、水泥和仪器钢筒等3层介质中传递,故与无孔岩石不同,观测系统存在附加应变场,测得的面应变与剪应变并不等于钻孔围岩的真实应变,分别需要一个传递系数与之关联,所以分析外加应变向探头的传递过程很有必要.

闪速加热导致以地震速率滑动的地壳岩石摩擦强度降低

地震期间断层的抗滑阻力是地震物理学中的一个关键未知数。实验室中慢滑速率下岩石的摩擦系数为0.6～0.8,与地壳内高应力测量结果一致。我们的研究结果表明,在很高的、地震滑移速率下,地壳硅酸盐岩石摩擦系数的明显降低缘于微观粗糙接触体的强烈"闪速"加热以及由此引起的抗剪强度的衰减。由闪速加热产生的摩擦系数值可以解释沿某些活断层———如圣安德烈斯断层———实测热流异常的缺失。而由闪速加热导致的近乎纯粹的速度弱化摩擦则可以解释地震破裂是如何以自愈合滑动脉冲模式传播的。

宽频带钻孔记录、临界态的地壳岩石和可靠地震预测的难以置信性

序言地壳岩石被描述为自组织临界系统。从米到公里尺度的大量钻孔记录可以看到岩石性质的涨落强烈地支持了这种概念。钻孔记录中固有的长程涨落关系类似加热驱动临界温度热力学有序向无序转变的标度普适性。在岩石自组织I临界现象理论中。

华南地区岩石圈地壳速度结构数据处理

利用从地球物理综合剖面上取得的P波速度数据,进行数据处理归类,按照VP速度值的大小,结合地质分析,将华南地区岩石圈地壳划分出上、中、下地壳(上地壳P波速度<6.2km/s,中地壳P波速度6.2～6.7km/s,下地壳P波速度>6.7km/s)。计算出地壳各层的平均速度和厚度值,以及整个地壳的平均速度和厚度值,为进一步研究地球内部结构特征及其动力学过程提供重要的依据。

上通流对大陆岩石圈地幔-地壳热结构模式的潜在影响

本文以多孔介质中大尺度传热问题为基础,结合热平衡理论分析与数值计算,探讨了上通流对大陆岩石圈地幔-地壳热结构模式的潜在影响.根据大陆岩石圈中孔隙波传热概念模型的初步理论分析结果,指出了采用理论分析和数值模拟相结合的方法在研究大陆岩石圈地幔-地壳热结构模式时的重要性.理论分析方法可用来确定岩石圈尺度范围内大陆岩石圈的厚度和大陆地壳相关的边界条件,从而为地壳范围内数值模型的建立提供一些重要信息.数值模拟方法可以用来模拟地壳尺度范围内地壳的详细结构和复杂几何形状.如果地壳内的热分布是所考虑的主要因素,采用具有地壳尺度的合理数值模型可以有效减少计算机工作量.利用理论分析方法求出的岩石圈尺度范围内大陆岩石圈厚度与地幔传导热流之间关系的理论解,不仅可以用来验证模拟大陆岩石圈内传热问题所采用的数值方法,而且可以用来初步研究大陆岩石圈内热分布的基本规律,为研究岩石圈地幔热事件中大陆岩石圈热减薄过程提供相应的边界条件.本文从理论分析的观点初步探讨了中国大陆不同构造背景下大陆岩石圈的热结构模式,其结果与从地球物理和地质资料中获得的大陆岩石圈热结构模式十分吻合.研究结果表明由大陆岩石圈中孔隙波传播所导致的上通流是影响大陆岩石圈地幔-地壳热结构模式及大陆岩石圈地幔与地壳之间物质和能量交换的可能机制之一.

利用地球物理方法描绘地壳和岩石层地幔流体的分布

地球物理成像为交代作用的研究提供了独特的视角,因其能够描绘地壳和上地幔现今流体的分布。这与地质学的研究形成对照。地质学研究出露于地表的中地壳岩石,在交代作用过程中流体的作用没有得到体现。用于探测地壳上地幔流体分布的主要地球物理方法有(a)电阻率成像的电磁方法和(b)探测地震波速和相关参数如泊松比、地震各向异性的地震方法。对于深度超过几千米的研究,最有效的电磁方法是大地电磁(MT),它使用天然电磁信号作为场源。地壳岩石的电阻率对水溶液流体的数量、盐度和连通程度很敏感。部分熔融和氢的扩散作用也可导致低电阻率。流体和/或水对地震观测的影响可由岩石和矿物物理方面的研究来评估。这些研究表明水的存在一般会降低岩石和矿物的地震波速度。水在含水矿物中以流体的形式存在,或者在名义上无水矿物中作为氢的点缺陷。水可以进一步改变地震属性,如泊松比、品质因子和各向异性。多种地震分析方法被用来测量地壳和岩石层地幔中水溶液流体的原位作用,包括地震层析成像、地震反射、被动震源转换、散射波成像和横波分裂分析等。将大地电磁和地震数据联合起来已被证明是研究活动构造区如卡斯凯迪亚俯冲带流体分布的有效手段。在这个地点,可探测到流体从俯冲板块向上扩散并形成水化地幔楔。在陆—陆碰撞带,如青藏高原,在其一重要区域的中地壳深度处探测到广泛存在部分熔融和水溶液流体。这些地球物理的方法也被用来研究保存于太古代和元古代岩石层中的古老板块边界曾经发生的交代作用。

大陆岩石圈挠曲背景下盆山耦合研究进展与展望

盆山耦合研究在大地构造和地球动力学研究中占有重要地位。地貌负载引起的大陆岩石圈挠曲与沉积盆地沉降是盆山耦合的一种重要体现方式。本论文聚焦于挤压背景下大陆岩石圈挠曲盆地与造山带的耦合过程,系统梳理了单个或者多个地貌负载的几何形态、挠曲盆地几何形态以及岩石圈有效弹性厚度(T_(e))三者之间的数学关系。在此基础上,论文介绍了岩石圈挠曲模拟方法在恢复岩石圈刚性程度、造山带演化过程以及盆地沉积沉降方面的具体应用。结合古环境分析与岩石圈挠曲模拟实验,本文提出了一种定量恢复造山带古海拔的新方法。有别于基于温度、压力以及动植物分布与海拔之间关系所建立的传统古高度计,该方法强调在海侵时期地貌负载与沉积盆地间的高度差即为造山带的古海拔。该方法的提出为重建中亚以及其他曾受海侵影响并与岩石圈挠曲相关造山带的古海拔提供了新的思路。论文最后介绍了岩石圈挠曲模拟在定量分析造山带与盆地演化的研究过程中存在的问题与不足,并提出了在探究沉积盆地基底属性、重建岩石圈挠曲相关造山带古海拔以及有关挠曲模拟软件开发方面的新展望。

琼东南盆地地壳密度结构重震联合反演与岩性分析

基于南海北部深水区采集的长电缆深大地震剖面和随线重磁资料,以长电缆地震速度构建的岩石圈速度结构与几何分层作为地壳密度初始模型设计的依据,采用地震约束条件下的人机交互重力反演方法,获得了研究区沿地震测线剖面的地壳密度结构和基于三维重力异常建模的岩石圈三维密度结构,揭示出了琼东南盆地各凹陷地壳密度结构特征和沉积充填结构。通过与参考岩石物性参数的对比分析,初步识别出了琼东南盆地大型构造单元上地壳层岩性,从而为加深南海北部深水区深部结构的形成与演化研究提供了新的途径和依据。

高温高压岩石变形实验的发展及其在构造地质学中的意义

在50多年以前,构造地质学还几乎停留在定性描述的水平上。地质学家关于岩石变形机制,岩石的破裂机制,岩石的流动变形特点以及岩石强度等方面的知识还掌握得甚少。其原因就是岩石变形实验没有开展起来。野外地质观察不能提供关于岩石的基本物理性质的资料。而这些资料又是我们认识褶皱、断裂机制、了解矿山爆破及地震机制等所必需的。这些资料只有在一定条件下的实验中才能获得。因此,岩石变形实验的开展是研究地质构造、地壳运动的需要。实验岩石变形研究大大推动了对地壳岩石的变形性质和运动机制的认识。

从地壳上地幔构造看洋陆转换作用

根据近年来全球地壳上地幔探测的成果,分析了洋陆转换、地壳和岩石圈加厚的作用过程。洋陆转换作用可分为以下五个演化阶段:①同大洋扩张期的地壳增厚;②海沟发生与早期俯冲;③俯冲带成熟与沟弧盆体系形成;④俯冲带汇聚和位移;⑤陆—岛碰撞和陆壳连接。同大洋扩张期的地壳增厚作用指发生在被动大陆边缘的地质作用。包括沉积作用,岩浆底侵作用,下地壳和岩石圈地幔压裂,形成海沟等。海沟形成后陆缘转变为主动大陆边缘,大地构造机制转换为板块俯冲作用。成熟期的洋—陆转换作用特征是海盆扩张和板块俯冲造成的洋壳缩短取得平衡。弧后盆地和弧后边缘海的打开,表明俯冲带进入完全成熟的阶段。洋脊俯冲之后过成熟期的洋—陆转换作用,其特征是海盆逐渐缩小而且板块俯冲带汇聚。这里既有密集的俯冲带又有短期打开的边缘海岭;俯冲带不断位移,既可后撤也可前冲;俯冲板块经常发生断裂和拆沉。过成熟期的板块俯冲结果是边缘海微板块的萎缩。经过陆—岛碰撞,岛弧地壳增厚,与大陆板块连为一体,成为大陆内部的一个构造单元,即显生宙的"古洋—陆转换带"。

中国东部壳-幔、岩石圈-软流圈之间的相互作用带:特征及转换时限

中国东部中—新生代,下部岩石圈存在壳与幔、岩石圈与软流圈两个相互作用带,它们是重要的岩浆源区,在层圈相互作用中,热和物质的交换及其动力学过程是引起中、新生代岩石圈内部层圈间的厚度调整、岩石圈不均匀减薄以及区域构造-岩浆-成矿作用的重要机理。大陆内部的壳-幔作用有3种类型:地幔来源的底侵熔体与下地壳的作用;下地壳拆沉进入弱化(weakening)了的岩石圈地幔二者发生的作用以及陆-陆碰撞深俯冲带的壳-幔相互作用。它们形成的火山岩组合有一定的差别,但源区都含有地壳组分。岩石圈-软流圈的作用带也是重要的岩浆源区,源区是以软流圈地幔为主,基本不含地壳组分。东部岩石圈的减薄时间大体与出现大规模软流圈来源的玄武岩喷发的时间一致,也与上述两类层圈作用转换的时间一致,大约在100Ma以后。

岩石、节理以及岩体抗剪强度的相关问题与解决方法

岩石、节理以及岩体抗剪强度这三个重要的论题,每个论题即使是概括性的讨论,也都值得使用单独的论卷来深入讨论,但本文仅在一篇文章中将它们联系起来进行总结。包罗万象的岩体剪切强度既不能用Hoek-Brown准则中的高级代数来表述,也无法用摩尔-库仑的线性准则来定义,因为这些方法都是预先估计,而不是建立在经验上的后续检验。完整岩体的高度非线性的剪切强度是小应变破坏时的重要组成部分,其定义严重偏离了摩尔库伦准则所定义的曲线,而且曲率也比Hoek-Brown准则所定义的曲线大。在地壳岩石的深处或许是塑性的,或者处于它们的临界状态。这些不同的脆弱的节理和裂缝,给土木和采矿工程的稳定性方面制造了诸多难题,但是它们也是帮助裂隙化储层维持渗透性的重要因素。节理具备高度各向异性的特点。节理裂隙在高法向刚度和低尺度的剪切刚度条件下呈现出的属性特征差异非常大。正如1966年穆勒在书中所述,与完整的岩体相比,节理能够在更大的剪切应变下明显地达到最大剪切强度,而且在内聚力消失后,仍然保持它们的摩擦力。在非线性Hoek-Brown表达式中和内聚力c加上?tan的条件下,增加完整岩体的内聚力以及节理的剪切阻力是错误的。在更大的剪切应变下存在第三个剪切强度分量,在粘土填充的(比如在断层附近的区域)的不连续区域存在更小的摩擦力强度。最后,这里存在某一平面上的从主应力、到正应力再到剪切应力的应力转换大问题。侧向膨胀、剪切破坏以及该平面的存在都违背了原始的理论假设。

东天山黄山-镜儿泉过铝花岗岩矿物学、地球化学及年代学研究

对东天山黄山-镜儿泉一带黄山南、镜儿泉、图拉尔根沟三个过铝花岗岩作了岩相学、矿物学、地球化学、Sr-Nd同位素和锆石U-Ph年代学研究。锆石U—PbLA-ICP-MS原位定年测得黄山南岩体结晶年龄为259．9±1．4Ma（MSWD=0．86），图拉尔根沟岩体结晶年龄为275．4±8．3Ma（MSWD=29），均侵位于二叠纪碰撞后伸展环境。三个过铝花岗岩均具有低锶同位素初始比值（Ist=0．6969～0．70396）、高εNd（t）值（＋5．5-＋7．2）以及年轻的亏损地幔单阶段模式年龄（tDM=0．48—0．56Ga），表明其岩浆源区均为来源于亏损地幔的新生地壳岩石。这种新生地壳岩石可能为偏酸性的火山岩。三个岩体的矿物学和地球化学可分为两类：一类以黄山南白云母花岗岩为代表，为强过铝花岗岩（A／CNK〉1．1），强烈亏损Ba、Sr和Ti而富集Cs、Rb和K，具有高的Rb／Sr（2．03～14．5）和Al2O3／TiO2（110—1592），低的Nb／Ta（3．24～6．76）比值，其稀土元素配分曲线呈“V”字形，显示强烈铕亏损（Eu／Eu^＊=0．04～0．55），表明这类岩体的直接源岩以泥质岩为主。另一类以图拉尔根沟二云母花岗岩为代表，为弱过铝（1〈A／CNK〈1．1）花岗岩，亏损Nb、Ta和Ti而富集Rb、Ba和K，具低的Rb／Sr（0．44～0．69）、Al2O3／TiO2（135～205）和较高的Nb／Ta（12．8—18．4），其稀土元素配分曲线向右陡倾斜，铕负异常不显著（Eu／Eu^＊=0．65—0．96），表明其直接源岩以碎屑岩为主。镜儿泉岩体的岩石化学多变性表明，该岩体不同地段的岩浆分别来自以泥质岩为主和以碎屑岩为主的源区，来自两种源区的岩浆在岩体结晶之前未能充分混均。黄山南岩体和图拉尔根沟岩体中继承性锆石的志留、泥盆和石炭纪年龄表明，作为这两个岩体直接源区的泥质岩和碎屑岩可能是志留、泥盆和石炭纪新生亏损幔源岩石经历风化-沉积旋回的产物。在碰撞后的二叠纪伸展阶段，黄山-镜儿泉一带发生过幔源岩浆的内侵，内侵岩浆热量造成了位于中-上部地壳新生幔源物质部分熔融，形成了这一带的过铝花岗岩。

成岩成矿深度的理论基础和构造校正测算的方法

成岩成矿深度的构造校正测算方法,是从测算压力中先消除构造附加静水压力之后再计算上覆岩石厚度,即成岩成矿深度的方法(吕古贤和刘瑞珣,1999)。该方法建筑在对地壳岩石处于固体应力状态的认识之上,采用弹性固体模型代替静止流体模型,比沿袭至今单纯用压力/密度方法得出的深度更符合于实际情况。该文以胶东玲珑-焦家式金矿床为例,介绍了该方法的理论基础和野外地质研究方法——开展变形岩相形迹填图,在室内利用三维变形和古差应力测量。

构造地质学课程虚-实结合教学模式探索

构造地质学是地质资源与地质工程学科的重要分支学科,主要研究岩石中的构造变形特征,可以解决地球科学领域的诸多问题。地质构造是赋存于地壳或岩石圈中的地层或地质体在漫长的地质作用演化过程中形成,这些变形作用的过程一般看不见、摸不着,难以通过实验再现,导致课程具有抽象性强、系统性强、实践性强的特点。虚-实结合教学模式的建设,能够在多学科、多技术协同支持下构建全三维、多信息、精细化的地质构造模型,模拟构造变形过程的真实自然场景,为学生营造出一种沉浸式的学习氛围,在理论和实践教学中具有十分显著的优势。

构造物理化学学科建设回顾、应用与展望

1构造物理化学的发展历程(1)构造物理化学学科定义构造物理化学,是研究地壳物质受构造作用产生物理化学变化的交叉学科,是构造作用力改变物理化学条件进而影响地球化学过程的领域,即地质构造力与成岩成矿物理化学条件相关性的研究领域。构造物理化学,是研究构造力改变地壳岩石压力、温度等物理化学条件,由此影响地球化学作用的理论和方法。构造物理化学是物理学-化学-物理化学交叉的地质学科领域,是地质力学和构造动力成岩成矿理论的继承和发展。

全球地热资源分布与开发利用

一热资源是指在当前技术经济和地质环境条件下能够科学、合理地开发出来的，是地壳岩石中的热能量和地热流体中的热能量及其伴生的有用组分。它是矿产资源的一部分，也是高清洁度的可再生能源。传统的化石能源对环境的污染十分严重，世界各国一直在研究开发新能源，尤其是可再生能源，以逐渐减少对传统的能源的消耗。地热能由于储存量巨大，对环境的负面影响小，并被称之为清洁能源，被世界各国列为重点研究开发的新能源之一。