地幔熔融柱反演软件Calmantle1.0与云南腾冲地区新生代岩石圈厚度变化的初步讨论

基于前人提出的地幔熔融柱模型和反演方法,笔者编写了一个界面友好的应用软件Calmantle1.0。应用Calmantle1.0,用户可轻易获得玄武岩部分熔融源区的起止条件,包括温度、压力、深度、部分熔融程度等。文中介绍该软件的使用方法,并以腾冲新生代玄武质岩石为例,说明熔融柱反演的地球动力学意义。Calmantle1.0从收集的154个腾冲火山岩分析结果中筛选出两组(N2和Q3)有效数据,反演得到其部分熔融起止深度分别为99～79km和109～88km。结合现今岩石圈厚度(60km)和地质限定条件,提出腾冲地区新生代造山之后经历了岩石圈厚度从约110km→约79km→约110km→约88km→约60km的变化过程。进而认为这是近场应力场与远场应力场强相互作用的结果,腾冲地区的现代地壳变形主要受近场应力场的控制。

俯冲板片熔融柱的数值模拟:上覆板块破坏及动力地形效应

洋壳俯冲过程中温度、压力升高和密度差异,可导致俯冲板片熔融柱的快速上涌,并作用在上覆板块岩石圈地幔底部,从而导致岩石圈的破坏减薄以及地表形态的剧烈变化,该过程类似于地幔柱对岩石圈的破坏作用。目前,对于俯冲板片熔融柱的形成及其对岩石圈破坏程度的研究相对较少,特别是地表动力地形变化与深部岩石圈破坏作用之间的响应关系依然不清楚。为此,本文将利用I2VIS有限差分方法,基于质量守恒方程、动量守恒方程以及能量守恒方程,通过给定材料参数和一定边界条件,计算揭示俯冲洋壳在不同时间和不同深度下发生部分熔融并形成俯冲板片熔融柱的过程,从而模拟再现该熔融柱对上覆板块岩石圈的破坏过程,并进一步分析其导致的浅部地表地形变化响应。数值模拟结果显示,在大洋板片俯冲过程中,由俯冲的陆源沉积物以及洋壳形成的混合熔融柱垂向侵蚀岩石圈底部,造成岩石圈减薄。在熔融柱的横向侵蚀过程中,岩石圈地幔熔融范围增加,可达300km。在地形变化方面,板块俯冲造成大陆前缘受挤压变形,引起构造变形,构造变形范围可达300km。同时,与俯冲相关形成的熔融柱对岩石圈地幔底部的侵蚀作用逐渐增强,动力地形变化幅度增大,并持续抬升,最终可垂向抬升至4km。动力地形的变化范围局限在300km以内,这与岩石圈地幔的破坏范围保持一致。

POE熔融接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的研究

采用同向双螺杆挤出机熔融法制备乙烯-1-辛烯共聚物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(POE-g-GMA),利用红外光谱法和化学滴定法对接枝物进行表征及接枝率的测定。考察了GMA／St(苯乙烯)、St、引发剂用量以及反应温度和螺杆转速对接枝率的影响。结果表明,随着GMA／St用量、引发剂用量的增加,POE-g-GMA的接枝率随之增大,而熔体流动速率下降;St的加入有效地提高了GMA的接枝率;随着反应温度提高接枝率提高;螺杆转速提高接枝率下降。

托云盆地新生代幔源岩浆源区起止深度的限定

在详细介绍了地幔熔融柱模型原理(Langmuir et al.,1992)的基础上,基于平衡熔融和分离熔融模型分别计算获得了上地幔橄榄岩源区在不同初始压力条件下发生绝热减压部分熔融时熔体相中 FeO-MgO 和 FeO-Na_2O 成分的演化轨迹。依据深源岩石包体与托云玄武岩之间的寄主关系将本次研究的16件托云火山岩样品划分成 Group-1(深源岩石包体寄主岩)和 Group-2(非寄主岩)两群,将收集前人的40件样品依据是否测试获得 FeO 的质量百分含量划分成 Group-3群(具有实测的FeO 质量百分含量)和 Group-4群(无实测 FeO 质量百分含量数据)。分别对以上四群样品运用地幔熔融柱模型进行反演获得上地幔部分熔融源区的起止深度范围:Group-1和 Group-3样品具有相同的初始熔融深度113.2km(34.1kbar),但它们的部分熔融作用终止深度分别为110.1km(33.1 kbar)和88.4km(26.2kbar);Group-2样品数据所反演的岩浆起源的初始深度和终止深度分别为11 1.6km(33.6kbar)和84.3.1km(24.9kbar);Group-4样品反演所获得的岩浆源区的起止深度分别为121.7km(36.8kbar)和106.0km(31.8kbar)。依据实测 FeO 百分含量的样品群反演的结果,将托云火山岩部分熔融源区的深度限定在113.2 km 至84.3km,即48.1Ma 前托云盆地所处的岩石圈厚度为84.3km,对梁涛(2005)运用熔融柱模型反演的托云盆地岩石圈深度进行了修正。此外,由地幔熔融柱模型反演获得的托云火山岩部分熔融源区熔体的温度压力条件与基于玄武岩中高压巨晶所反演的岩浆演化温压轨迹具有十分吻合的继承演化关系。地球物理探测表明现今西南天山岩石圈的厚度为71km,区域岩石圈演化历程中深度上13.3km 的差异足以证明岩石圈拆沉这一地球动力学过程的存在,为由宽 SHRIMP 年龄谱识别出的岩石圈拆沉作用提供了另一个有力的证据。

内蒙古天和永新生代玄武岩成因及其地质意义

天和永玄武岩为碧玄岩,至少可以划分出3种矿物共生组合类型。天和永玄武岩总体具有贫硅(w(SiO2)=43.97%～45.68%)、富碱(w(K2O+Na2O)=5.91%～7.65%)、富钾(w(K2O)=2.04%～2.89%)、高钛(w(TiO2)=2.18%～2.37%)、高Mg值(Mg#=68～76)的特征;稀土元素含量高(∑REE=(246.62～329.82)×10-6),稀土配分曲线呈右倾平滑直线,强烈富集轻稀土,轻重稀土强烈分馏((La/Yb)N>30),无明显的Eu(δEu=0.90～1.02)和Ce异常(δCe=0.96～1.00);强烈富集不相容元素,其中高场强元素(HFSE)Nb、Ta和Th出现峰值,具有近似OIB配分型式的特征;玄武岩富含相容元素Co((39.1～48.9)×10-6)、Ni((130～257)×10-6)、Cr((138～320)×10-6)。上述所有特征以及岩石结晶程度低、富含橄榄岩包体和少量捕虏晶、元素变异关系等均表明,天和永玄武岩是原生玄武岩质岩浆固结的产物。微量元素比值Ba/Rb(12～35)和碱金属的变化暗示源区可能遭受过流体的交代作用,源岩可能是富集的二辉橄榄岩。岩石成因模拟表明,形成天和永玄武岩的原生岩浆是在变压、部分熔融的条件下富集地幔源区岩石非实比熔融的产物,变压熔融柱穿切了Sp/Gt二辉橄榄岩相边界。岩浆形成于源区岩石的低度(约<5%)部分熔融,其中石榴石二辉橄榄岩部分熔融约为1%,尖晶石二辉橄榄岩部分熔融2%～5%。综合分析显示,源区部分熔融的触发机制是边际驱动的地幔对流,因而其形成深度大于东部的集宁玄武岩和汉诺坝玄武岩。

广东三水盆地玄武岩源区特征与南海早期演化

南海在扩张前是否经历了陆内裂谷阶段是南海成因研究中一个重要的问题。三水盆地位于南海北部陆缘,其新生代以来喷发的双峰式火山岩具备大陆裂谷的岩石组合特征。通过对其中玄武岩主微量元素分析认为三水盆地玄武岩可以分为亚碱性和碱性玄武岩系列,两者均显示出明显的Nb、Ta正异常,相对于大陆地壳具有较低的Th/Sc、La/Nb和U/Al×1000,陆壳混染程度低;首次对盆地内玄武岩进行^(40)Ar-^(39)Ar测年,结合前人年代学结果表明玄武质岩浆强烈喷发的时段为61~54 Ma,其中亚碱性玄武岩喷发时间(60 Ma)早于碱性玄武岩(56 Ma);通过熔融柱模型反演得到亚碱性岩浆源区起止熔融温压分别为1517℃(3.03 GPa)和1471℃(2.25 GPa),深度为101~76 km,碱性岩浆源区起止熔融温压分别为1555℃(3.33 GPa)和1506℃(2.48 GPa),深度为110~84 km,整体为石榴石-尖晶石橄榄岩过渡区且呈逐渐变深的趋势。综合岩浆源区特征以及岩石组合特征认为三水盆地在古新世具备大陆裂谷特征。通过对比三水盆地与南海扩张期岩浆活动的分布时段及源区特征,发现三水盆地与南海扩张期岩浆活动时间分布存在较长间隔,深部过程差异较大,三水盆地岩浆活动与南海扩张并无直接因果联系。

北太行山安妥岭早白垩世碱性玄武岩的发现及地质意义

以岩墙状产出的安妥岭玄武岩形成于早白垩世（K—Ar表观年龄为122．31±1．34Ha），其内发现橄榄岩包体、碳酸盐矿物集合体以及歪长石、刚玉、金云母巨晶。安妥岭玄武岩中可见橄榄石的碳酸盐化、绿泥石化和蛇纹石化以及单斜辉石的绿泥石化和碳酸盐化。安妥岭玄武岩样品的SiO2含量介于46．50％～50．20％，Zr/TiO2-Nb／Y图解投点均落于碱性玄武岩区，微量元素蛛网图解中显示出明显的Nb、Ta和Ti的负异常，具有右倾平滑的稀土配分模式，（La／Yb）PM=33．4～40．1。两件安妥岭玄武岩样品的。87Sr／86Sr比值分别为0．711300和0．706233，相应的143Nd／144Nd比值和εNd（122Ma）分别为0．511848及0．511897和-13．73及-12．76。部分熔融源区组成和部分熔融作用控制着安妥岭玄武岩的成分变异，安妥岭玄武岩岩浆在上升过程中没有发生明显的结晶分异和地壳混染作用。运用地幔熔融柱模型，反演获得了安妥岭熔融柱就位于82．5～75．3km深度范围内，即122．31Ha时安妥岭岩石圈的厚度为75．3km，并认为安妥岭玄武岩是安妥岭岩石圈拆沉作用的产物。结合邻区南大岭和南口熔融柱深度位置，认为安妥岭-南大岭-南口岩石圈厚度经历小规模减薄（J2）-增厚（J2—K1）-拆沉（K1）-稳定（K1-今）的演化过程，安妥岭岩石圈拆沉作用为安妥岭斑岩钼矿形成的深部控制因素。

高温熔融铝液柱遇水蒸汽爆炸的压力及固体产物分布实验研究

为揭示高温熔融铝液柱遇水作用后的蒸汽爆炸压力及固体产物分布特性,开展了不同温度和下落高度条件下的熔融铝液柱与水相互作用的实验研究。通过对爆炸后固体产物粒径的统计分析,获得了不同条件下的产物粒径分布图。将熔融铝与水相互作用分为未爆炸、局部爆炸和完全爆炸3种类型。当熔融铝质量为200g时,发生完全爆炸的超压在100kPa~200kPa之间,而局部爆炸的超压在30kPa~60kPa之间。基于Kelvin-Helmholtz不稳定性的临界波长和临界韦伯数理论对维持熔融液滴稳定状态的最小直径进行计算,发现液柱的温度与下落高度对碎化过程有明显的影响作用。通过对熔融铝液柱与水相互作用现象、产物及压力峰值的分析,发现熔融铝温度、铝液柱的下落高度对过程中发生碎化及爆炸的结果有显著影响,当铝液温度大于1500℃或下落高度大于90cm时,熔融铝液柱发生碎化和蒸汽爆炸的概率会显著增加。随着碎化及爆炸程度的加剧,金属产物的直径也呈变小趋势,当温度高于1500℃时,粉末状的产物明显增多。