蒙古-鄂霍茨克造山带山弯构造形成的动力学机制探讨

蒙古-鄂霍茨克造山带呈北东向从蒙古中部延至鄂霍茨克海的乌地湾,被认为是蒙古-鄂霍茨克洋侏罗纪-白垩纪闭合产物,其对于探讨东北亚区域大地构造演化以及欧亚大陆中生代聚合具有重要意义。蒙古-鄂霍茨克造山带具有典型的山弯构造格架,其“对折”的两翼发生了强烈的“自碰撞”造山作用。关于蒙古-鄂霍茨克山弯构造形成动力学机制,前人将其归因于西伯利亚与华北-阿穆尔陆块之间的挤压缩短、古亚洲洋俯冲板片不断的后撤和西伯利亚与华北的相向旋转等动力学过程,却忽视了蒙古-鄂霍茨克洋俯冲作用对蒙古-鄂霍茨克马蹄形弯曲过程的影响。最近,弧岩浆活动的迁移和山弯构造转折端构造变形解析研究暗示蒙古-鄂霍茨克洋俯冲板片后撤可能在山弯构造形成过程中起着重要作用,但这一新的解释模式还缺乏地质证据的支持和验证。围绕蒙古-鄂霍茨克山弯构造发育的与岛弧岩浆岩同时期的弧后盆地蛇绿岩、双峰式火山岩、A2型和S型花岗岩和伴生的沉积岩等地质记录,表明蒙古-鄂霍茨克洋在二叠纪-三叠纪时期发育多期次弧后伸展,总的延伸长度超过5000km,与蒙古-鄂霍茨克洋大规模俯冲板片后撤有关。弧后盆地带的厘定表明蒙古-鄂霍茨克洋发育西太平洋型活动大陆边缘,而非安第斯型活动大陆边缘。另外,蒙古-鄂霍茨克洋的弧后伸展盆地形成时间与蒙古-鄂霍茨克山弯构造弯曲的时间一致,进一步证实俯冲板片沿走向不均匀后撤在蒙古-鄂霍茨克山弯构造形成过程中扮演着重要角色。

汇聚环境岩浆氧化态来源的进展与展望

汇聚板块边缘的俯冲带是壳幔相互作用最为强烈的区域,其重要特征是俯冲板片将地表物质带入地球内部并在上覆板块产生强烈的岩浆活动,同时孕育铜、钼、金和其他具有重要经济价值的金属矿床。现有研究显示,俯冲带弧岩浆的氧逸度总体高于洋中脊玄武岩,但对于弧岩浆的高氧逸度的成因存在争议。目前有关弧岩浆高氧逸度的来源存在如下认识:(1)板片俯冲过程中释放的高氧化性流体对地幔楔持续氧化,该流体可能来源于蚀变基性洋壳、上覆沉积物和/或下伏的蛇纹岩化地幔;(2)地幔部分熔融形成的含水熔体与周围地幔反应过程中,还原组分(例如H_(2))的丢失促使氧化性弧岩浆的形成;(3)上升熔体在深部岩浆房演化过程中,富Fe^(2+)矿物相(石榴子石、角闪石等)的分离结晶和/或去气作用致使残余熔体氧逸度升高。本文系统梳理了弧岩浆高氧逸度成因的最新进展,从俯冲带不同来源流体(俯冲沉积物、基性洋壳、岩石圈地幔)的氧化性、地幔尺度内熔岩反应、地壳尺度内弧岩浆分离结晶和去气作用三方面进行系统总结,评述研究现状和争议存在的原因,并对未来研究进行了展望。

基于弧形搭板的桥头跳车处治机理

本文为解决路桥过渡段不均匀沉降引起的桥头跳车问题,首先,建立了一端固定、一端自由的弧形搭板力学分析模型,推导了弧形搭板挠度方程,求解出仅考虑法向地基反力和同时考虑法向、切向地基反力两种情形下的解析解;其次,建立了基于Drucker-Prager土体本构关系的三维有限元模型,对比分析了弧形搭板与传统矩形搭板不均匀沉降;最后,在实际工程中验证了弧形搭板的可行性,将解析解、数值解与工程实测值进行比较。结果表明:弧形搭板挠度从固定端处的0平稳增大至自由端处的最大值,仅考虑法向地基反力和同时考虑法向、切向地基反力两种情形下挠度最大值分别为3.41,3.02 cm。弧形搭板沉降值比矩形搭板更小,最大差值处两者沉降值分别为1.94,3.43 cm。实际工程竣工一年后弧形搭板中部位置沉降仅为3.03 cm,自由端处最大沉降为4.35 cm,对应纵坡变化率为0.54%,符合相应规范要求,弧形搭板可为解决桥头跳车问题提供参考。

台湾-吕宋岛双火山弧的构造意义

扼要评介了国内外关于台湾-吕宋岛双火山弧在南海沿马尼拉海沟俯冲的动力学过程和俯冲板块深部形态等方面研究的成果;认为目前的动力学模式还不够完善,没有能够对台湾-吕宋岛双火山弧中存在的第四纪火山间断做出合理的解释,为此引入“板片窗”概念,对已经提出的动力学模式进行了修改;并统计1964～2006年发生于菲律宾地区的地震震中位置,认为存在于菲律宾群岛17°～19°N之间的深源地震稀疏带和存在于14°～15°N之间的喇叭状地震稀疏带是地震作用对于南海板片窗构造存在的反映;结合研究区域已有应力场研究资料,认为俯冲的南海亚板块中板片窗两侧俯冲倾角的差异,应该是造成俯冲带内应力分布出现分带现象的原因之一。

深埋圆形隧洞板裂化弧形岩板凹曲变形的论证

以锦屏二级水电站TBM开挖的圆形断面施工排水洞为例,首先根据围岩实际破坏特性明确指出围岩劈裂后产生弧形岩板的客观存在性,然后提出其存在发生凹曲变形(指其发生弯曲方向指向隧洞外部、半径减小即曲率增大的弯曲变形)的可能性,最后从力学分析与数值试验两个方面对弧形岩板发生凹曲变形的可能性进行了论证。论证显示:对处于垂直地应力与水平地应力不相等条件下的深埋圆形隧洞,弧形岩板可以发生凹曲变形,发生的控制因素是两向应力差对圆形隧洞产生的垂直方向压缩、水平方向拉伸的压扁作用。弧形岩板凹曲变形的论证对今后深入认识深埋圆形隧洞完整或较完整硬岩动力破坏的发生机制提供了一条新思路。

特提斯地球动力学

特提斯是地球显生宙期间位于北方劳亚大陆和南方冈瓦纳大陆之间的巨型海洋,它在新生代期间的闭合形成现今东西向展布的欧洲阿尔卑斯山、土耳其-伊朗高原、喜马拉雅山和青藏高原。根据演化历史,特提斯可划分为原特提斯、古特提斯和新特提斯三个阶段,分别代表早古生代、晚古生代和中生代期间的大洋。大约在500Ma左右,冈瓦纳大陆北缘发生张裂,裂解的块体向北漂移,并使其与塔里木-华北之间的原特提斯洋在420~440Ma左右关闭,产生原特提斯造山作用,与北美-西欧地区Avalonia地体与劳伦大陆之间的阿巴拉契亚-加里东造山作用基本相当。原特提斯造山带之南、早古生代即已存在的龙木错-双湖-昌宁-孟连古特提斯洋在380Ma向北俯冲,使早期闭合的康西瓦-阿尼玛卿洋重新张开,并由于弧后扩张形成金沙江-哀牢山洋。330~360Ma左右,特提斯西部大洋由于南侧非洲板块和北侧欧洲板块的碰撞而关闭,形成欧洲华力西造山带。而特提斯东段的上述三条古特提斯洋在250Ma左右基本同时关闭,华北、华南、印支等块体聚合形成华夏大陆。该大陆与冈瓦纳大陆、劳亚大陆和华力西造山带一起围限形成封闭的古特提斯残留洋,并一直到晚三叠世-早侏罗世海水才全部退出。此后,南侧冈瓦纳大陆在三叠纪晚期重新裂解形成新特提斯洋,该洋盆在新生代初期由于印度和亚洲的碰撞而关闭。原、古、新特提斯三次造山作用基本代表了中国大陆显生宙期间的地质演化历史,并在此过程中形成了特色的特提斯域金属成矿作用。广布的被动陆缘和赤道附近的古地理位置,以及后期的造山作用同时也成就了特提斯域内巨量油气资源的形成;塑就的地貌与海陆分布格局,也对当时的古气候与古环境产生了重要影响。特别是,与原、古、新特提斯洋消亡相关的三次弧岩浆活动与显生宙地球历史上三次温室地球向冰室地球的转变,在时间上高度吻合。上述演化历史同时还表明,特提斯地质演化以南侧冈瓦纳大陆不断裂解、块体向北漂移并与劳亚大陆持续聚合为特征,其动力机制主要来自俯冲板片的拖拽力,而地幔柱是否对大陆的裂解与漂移有所贡献,则有待进一步评价。

天山古生代增生造山作用及其构造转换事件

天山造山带自新元古代以来,经历了漫长而复杂的俯冲增生造山作用和陆内构造活化过程,属于典型的复合型造山带。基于近年研究进展,本文对伊犁、境内外中天山和南天山构造带前寒武纪基底、古生代沉积序列、多期陆缘弧岩浆岩和构造缝合带的变形变质特征、形成环境和年代学等进行了总结分析,梳理了天山古生代增生造山作用中的三次重要构造转换事件及其地质记录。(1)伊犁南北两缘、中天山、南天山和塔里木北缘,均发育中奥陶世—志留纪的大陆弧岩浆作用,伊犁北缘、南天山-塔里木北部早古生代沉积环境发生显著变化,表明天山-塔里木北缘在中—晚奥陶世发生了从被动陆缘向活动陆缘的转换。(2)伊犁南、北两缘和中天山的早古生代岩层在晚志留世—早泥盆世普遍发生了强烈的韧性变形和角闪岩相变质作用,其上不整合覆盖有弱变形未变质的晚泥盆世—石炭纪火山-沉积地层;该区域不整合是哈萨克斯坦微大陆拼合事件在研究区的构造响应,也标志着准噶尔洋和南天山洋的俯冲方式在泥盆纪发生了由前进式(东太平洋型)向后撤式(西太平洋型)的构造转换,导致伊犁和中天山在晚泥盆世—石炭纪经历了伸展背景下的大陆弧岩浆作用,在南天山-塔里木北缘则形成了一系列弧后有限洋盆。(3)天山各构造单元及其边界缝合带中普遍发育晚石炭世逆冲推覆构造和二叠纪走滑韧性剪切带、晚石炭世—早二叠世滑塌堆积和二叠纪后造山岩浆岩,指示晚石炭世—早二叠世发生了由汇聚造山向陆内构造的转换。这些构造转换事件是认识古亚洲洋各分支洋盆从初始俯冲、俯冲方式转换到俯冲终结过程的基础,也是探讨增生造山动力学的关键。

直结晶器弧形连铸机铸坯夹杂物研究

利用金相观察、大样电解、扫描电镜和光谱分析等方法对直结晶器弧形连铸机板坯夹杂物种类、形状、尺寸及分布等进行研究。研究表明,板坯中非金属夹杂物包括脱氧产物、硫化物、硫化物与脱氧产物形成的复合夹杂以及少量的由外来夹杂物和脱氧产物形成的复合夹杂物,以球状硅酸盐夹杂为主,在结晶器内大于280μm的夹杂物能够去除,而直径在50～280μm之间的夹杂物没能有效去除。

内蒙古苏左旗白音宝力道Adakite质岩类成因探讨及其SHRIMP年代学研究

内蒙古苏左旗白音宝力道闪长质岩类的地球化学特征类似典型的埃达克岩,其SiO3含量≥56%(61.1-61.6%),Al2O3含量均大于15%(16.6-17.1%),MgO<3%(2.3%),Na2O>3%,Na2O/K2O比值较高(1.8-2.7,平均2.2),亏损HREE,Yb含量<1.9μg/g(1.61μg/g-1.64μg/g),岩体富Sr(604-649μg/g,>400μg/g)、贫Y(14.5-16.2μg/g,<18μg/g),Sr/Y>40(40-42),在微量元素蛛网图上具明显的Sr正异常。表明其成因与板块的俯冲作用有关,可能是消减的MORB板片部分熔融的产物。精确的SHRIMP皓石U-Pb年龄测定显示,内蒙古苏左旗白音宝力道英云闪长岩的结晶年龄为464±8Ma和479+8Ma,结合前人的SHRIMP定年资料,该闪长质岩体的年龄范围可能在464-490Ma之间。表明内蒙古中部的板块俯冲事件发生在早奥陶世。

缅甸弧及邻区的壳幔S波速度结构与动力学过程

用适配滤波频时分析技术处理了锡龙（SHIO）、清迈（CHTO）、昆明（KMI）和拉萨（LSA）台记录的长周期数字化面波记录,获取了穿过缅甸弧及周边地区的530条路径的Rayleigh波频散,这些频散的周期范围为10.45-105.03s.在此基础上,以分格频散反演方法从混合路径频散中提取了1°×1°网格内的纯路径频散,并且由网格内的纯路径频散反演出深达200km的S波速度结构,最后重建了缅甸弧及周边地区的S波速度三维结构.所得结果表明：大致以实皆断裂为分界,其东部地壳波速较低,其西部地壳波速较高.印度-缅甸地区岩石圈厚度为110-130km,上地幔顶部S波速度为4.3-4.4km/s;而缅甸弧东侧的滇缅泰地块下方为一低速地幔柱上涌区,其宽度为150-200km左右,这里的岩石圈厚度为70-80km,上地幔顶部S波速度为4.1-4.2km/s.另外,S波速度结构还反映出这一构造格局呈南北向的空间展布,并且与该区地震震源分布、断裂走向、火山分布有很好的对应关系.

婆罗洲晚中生代岩浆弧及陆缘俯冲汇聚体制

婆罗洲地处2大构造域结合部,Schwaner岩浆弧和Meratus、Lupar俯冲杂岩是其显著的地质特征,它们与晚中生代特提斯域或/和古太平洋域的板块俯冲密切相关。婆罗洲中生代地质现有研究程度不高,缺乏地质、地球化学和地球物理多学科综合研究,缺乏与周边区域地质对比研究,制约了对婆罗洲岩浆弧演变及板块俯冲体制的整体认识。关于婆罗洲晚中生代岩浆弧,或强调与特提斯洋向北西俯冲婆罗洲有关,或认为古南海向南俯冲婆罗洲有关,或作为两者联合俯冲控制的产物。前白垩纪SW婆罗洲的基底属性,或认为亲缘于华夏地块,或归属巽他大陆的东延部分,或认为是冈瓦那大陆裂解而来的外来块体。今后研究应加强海陆结合、多学科大区域综合对比,重点围绕岩浆弧、蛇绿岩和俯冲杂岩、区域大断裂和盆地沉积等内容,形成婆罗洲及邻区晚中生代陆缘汇聚体制和2大构造域关系的综合认识,也是深化认识南海中生界弧盆结构、盆地原型及其油气勘探潜力的重要环节。

特厚板坯连铸机基本半径确定方法的探讨

重点介绍了直弧形特厚板坯连铸机基本圆弧半径的选择思路,给出了直弧形特厚板坯连铸机基本圆弧半径确定的方法,即在经验公式的基础上,综合考虑在不同基本圆弧半径下的总变形率、浇铸区的鼓肚变形率、出坯辊面标高、是否凝固矫直等因素来确定。本方法应用于新余特厚板坯连铸机设计中,在生产实践中取得较好的效果,目前连铸机生产稳定,铸坯质量良好。

西准噶尔哈拉阿拉特山一带晚石炭世赞岐岩的发现及其地质意义

西准噶尔哈拉阿拉特山一带广泛分布晚石炭世玄武安山岩、辉石安山岩,属钙碱性系列,岩石具有较高的SiO_2(52.88%~56.89%)、MgO(3.47%~6.88%,Mg#为48.5~63.7)、Sr(442×10^(-6)~970×10^(-6))、Ba(199×10^(-6)~796×10^(-6))含量,K/Na为0.22~0.70,P_2O_5变化范围较大(0.18%~0.52%),富集大离子亲石元素和轻稀土元素((La/Yb)N为1.88~15.9),亏损Nb、Ta、Hf等高场强元素和重稀土元素,弱负Eu异常(δEu=0.77~0.94),(87Sr/86Sr)i=0.70366~0.70409,(^(143)Nd/^(144)Nd)i=0.51247~0.512564,εNd(t)=4.41~6.19,^(206)Pb/^(204)Pb=18.220~18.405,^(207)Pb/^(204)Pb=15.482~15.522,^(208)Pb/^(204)Pb=37.991~38.296,与典型赞岐岩地球化学特征一致。该赞岐岩的厘定,为研究西准噶尔构造演化提供了新的思路,约束了本区残余洋盆的闭合时限并非前人确立的早石炭世,而应延迟至晚石炭世末期。

俯冲带硫的地球化学行为及硫循环

俯冲带是全球最大的物质循环系统,控制着硫(S)在地球内部圈层及表层的循环,影响着大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的稳定性以及地球的宜居性。厘清S在俯冲带中的地球化学行为和循环特征对理解地球各储库的氧化还原状态、岩浆作用与演化、成矿物质聚集、以及地球大气成分等具有重要意义。本文首先总结了进入俯冲带之前的大洋岩石圈的S结构模型,对S在大洋板片中的分布状态和地球化学特征进行了系统归纳。随后,系统阐述了俯冲带高压-超高压变质岩记录的板片变质及脱水过程中硫的地球化学行为。岩石学研究表明俯冲板片中的S多以硫化物相存在,硫酸盐矿物在弧前深度就已被释放或分解。相较于熔体,俯冲带流体中S的溶解度更高,是运移硫的更有效方式。DEW模型计算结果显示,流体中S含量总体较低,但在俯冲板片~90km处其含量有一个峰值(浓度0.5%~1.0%)。岩相学证据、地球化学测试结果、磷灰石S近边吸收结构(S-XANES)特征以及模拟结果都显示俯冲深部流体中S多以HS^(-)及H_(2)S形式存在,不含大量的SO_(4)^(2-)及硫酸盐;中f_(S_(2))流体有利于S迁移出俯冲板片,从而促进俯冲带大规模S循环,而高f_(S_(2))流体在流-岩交换过程沿流体通道发生S的锁固作用而不利于俯冲带S循环。质量平衡计算显示全球俯冲带S输入通量为4.65×10^(13)g/yr,弧下深度板片S输出通量为2.91×10^(12)g/yr,板片-岛弧S循环效率仅6.3%。俯冲板片在弧下深度可能存在一个短暂高效的S释放窗口,释放流体的δ^(34)S值为-2.1±3.0‰。基于高压-超高压变质岩中硫化物的研究,初步厘清了俯冲板片中S的地球化学行为,首次从板片角度全面、定量地限定了俯冲带的脱硫通量、效率、种型和同位素特征,提出俯冲带循环的S不是岛弧岩浆的氧化剂,与岛弧环境的正δ^(34)S值也无直接因果联系,对解析俯冲带S循环和理解地球长期的S循环具有重要意义。最后,本文还展望了俯冲带S循环的未来发展方向,应在俯冲带流体氧化还原性质(硫酸盐的命运)、俯冲沉积物对S循环的制约、俯冲带环境下多硫同位素的分馏效应、S循环与其它挥发分(如C等)循环之间的耦合关系、地球历史上深部S循环等方向做出探索,更深入地理解俯冲带及全球S循环过程。

南阳汉冶特钢420mm×2700mm直弧形板坯连铸机

由中国重型机械研究院自主创新设计的420 mm×2 700 mm直弧形板坯连铸机在南阳汉冶特钢有限公司成功投产,该连铸机采用了诸多关键技术,并针对特厚大断面及品种钢的生产规范了主要控制要点。该连铸机已成功浇铸超厚大断面铸坯,打破了我国由连铸坯直接轧制特厚、特宽钢板的瓶颈,标志着我国连铸工艺技术及装备水平迈上新台阶。

高镁安山岩及其地球动力学意义

高镁安山岩是当前国际地质研究的一个热点之一。本文重点介绍了高镁安山岩的分类、成因、成矿和地球动力学意义。高镁安山岩主要包括高镁埃达克岩、巴哈岩、赞岐岩和玻安岩等四类。高镁安山岩的成分复杂,可以包含地幔源区组分,以及俯冲大洋板片(玄武质洋壳或洋壳沉积物)或俯冲陆壳沉积物熔体或流体组分,有时也可能包含拆沉下地壳熔体组分。高镁安山岩可以通过地幔橄榄岩的直接熔融形成,也可通过熔体与地幔的相互作用形成。高镁安山岩的形成环境特殊:除青藏高原中部的一些新生代高镁安山岩外,几乎所有其它新生代的高镁安山岩都形成在会聚板块边界,且大都与年轻的、热的洋壳或洋脊的俯冲有关。高镁安山岩对揭示大陆地壳的形成以及金属矿化方面都有非常重要的意义。最后,对当前高镁安山岩的研究中存在的问题进行了探讨。

宽厚板连铸机高效优化改造实践

欧洲板坯连铸供货商为某钢厂建造的宽厚板坯连铸机,在生产中板坯振痕深度较深、铸坯外弧角裂明显,因外弧角裂引起的漏钢事故经常出现,严重影响连铸机的生产秩序和铸坯质量。通过对结晶器和垂直段对弧结构、液压振动、垂直段和弯曲段之间对弧结构等设备的改造以及振动工艺优化,改善了铸坯深振痕、外弧角裂等问题,漏钢事故也基本消失,铸坯质量大幅度提高,铸坯收得率提高0.4%,大大提高了企业的经济效益。

电弧炉冶炼Q355D连铸坯的高温热塑性研究

利用GLEEBLE-3800热模拟机对安钢100 t电弧炉生产的Q355D低合金板坯的高温热力学性能进行测试,测试温度为600~1350℃,应变速率为1.0×10^(-3) s^(-1),并通过金相和扫描电镜对不同温度下的金相组织及断口形貌进行观察分析。结果表明:电弧炉钢Q355D存在明显的高温塑性区和低温脆性区,高温塑性区为1150~1300℃,该区间最低断面收缩率为60.9%;第Ⅲ脆性区为650~950℃,温度小于950℃之后铸坯收缩率迅速由88.1%降低至900℃的33.1%,断面收缩率在800℃时达到最低,为23.9%。

不锈钢连铸板坯外弧压痕的产生原因与改善措施

为了解决某钢厂不锈钢板坯连铸外弧周期性压痕缺陷,通过对铸坯压痕取样和产生的原因分析,得出切割瘤粘结辊道表面后压入铸坯外弧形成压痕的观点,提出在切割辊下放增设辊面清理装置的改善措施,经过改造应用,不锈钢铸坯外弧周期性压痕彻底得到消除,提高了铸坯表面质量,可为解决此类问题提供参考。

连铸坯表面裂纹的焊接修复

在连铸过程中,受拉速、温度、合金成分等因素影响,连铸坯表面经常出现裂纹。目前主要是依靠人力用火焰枪进行修复,修复质量不可控制。采用埋弧焊方法对Q420C钢铸坯表面裂纹进行焊接修复试验。结果表明,采用埋弧焊对铸坯表面进行焊接修复,可以有效防止铸坯轧后出现表面裂纹。由于焊道熔深有限,深度超过10 mm的铸坯裂纹,采用埋弧焊不能完全将裂纹焊合。采用H08Mn A+HJ431焊接材料形成的焊缝组织,在热轧正火后性能与Q420C母材相近,不影响产品交货性能。