宽成分谱系岩墙群的岩石成因及其构造与成矿意义

在综述国际上为数不多的宽谱系岩墙群(WSDS)研究实例的基础上,以太行山板内造山带中的岩基后岩墙群为例,详细论证了WSDS的形成机制,并简要讨论其构造与成矿意义。研究认为,1WSDS是一类非常特殊的岩石组合,其岩石组成的多样性主要取决于岩浆起源,因而不同于已知的其他火成岩组合;2WSDS直接的构造指向是造山带岩石圈拆沉作用;3WSDS的产生必须有大规模流体活动的参与,因而是成矿作用的指示器;4岩浆系统是一种复杂性动力系统。在理想系统的框架下,由WSDS识别出的许多成因信息是相矛盾的。但是,在复杂系统的框架下,这些信息可以得到整合解释;5板内造山作用是一种特殊类型的造山作用,与板缘构造力没有直接的联系。WSDS同样适用于板内与板缘2种造山类型,具有普适性,都与岩石圈加厚拆沉有关。     

西南天山新生代造山岩浆作用响应——以皮羌盆地新生代火山岩为例

新疆西南天山皮羌盆地是一个新生代火山构造盆地。盆地内出露4个古火山颈和大量岩墙,部分岩墙与火山颈相连。运用岩相学、岩石地球化学测试分析法研究皮羌盆地内火山岩,研究表明,火山岩具原生岩浆性质,及碱玄岩、碧玄岩和玄武岩岩石组合特征。火山岩产于板内造山带环境,为幔源部分熔融产物,无明显结晶分异。结合托云盆地新生代火山岩岩石地球化学探讨西南天山岩浆触发机制,认为岩石圈局部拆沉作用是触发本区岩浆活动主要机制。     

初论板内造山带

讨论了关于板内造山带含义的不同认识。指出板内造山带是一种特殊类型的造山带,而不是板缘造山带或板间造山带持续发展的结果。简要介绍分别发育在４ 个大陆的不同时代的板内造山带,总结板内造山带在区域大地构造位置、造山带构造格局、构造变形与变质作用、岩浆活动与沉积作用、造山带构造演化等方面与板缘造山带的差异。板内造山带形成于相对较老且强硬的岩石圈板块内部,造山带内部构造单元不具有平行于造山带走向分布的特征,即不具有线状构造格局,构造变形具有地台基底乃至整个地壳卷入的厚皮构造性质,同造山区域变质作用微弱,同造山岩浆活动、沉积作用和构造变形均无极性演化趋势。岩石圈拆沉作用（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ） 可较好地解释板内造山带的火山活动特征。尽管板块间相互作用（ 俯冲或碰撞）所产生的水平挤压应力似乎更易于阐明板内造山带的收缩变形特征;但是,板块间相互碰撞或俯冲产生的边界应力可否有效地被远程传递,尚有待进一步研究和解决。将板块间相互作用的水平应力场与岩石圈纵向物质与能量调整（ 重力、热力等） 因素作综合考虑,可能是解决板内造山带造山作用机制的有效途径     

造山后脉岩组合与内生成矿作用

造山带大规模花岗质岩浆活动之后往往有一期区域性脉岩产出,被称为岩基后岩墙群。这类脉岩具有近同时形成、宽成分谱系和小体积的特点。根据太行山、燕山、东昆仑山、天山等造山带的观察,这类脉岩可以划分成煌斑岩质、玄武质、闪长质(安山质)、花岗闪长质(英安质)和花岗质(流纹质)等5组。前人大多偏重于研究其中基性部分,因而常常将其与大陆裂解相关基性岩墙群混为一谈。岩石地球化学分析表明,虽然同组脉岩不同样品之间可能存在演化关系,不同脉岩组之间很难相互演化。结合近年来有关岩浆过程速率的研究成果,推测这些脉岩是原生或近原生岩浆固结的产物。这意味着区域地温曲线在不同深度同时穿过所有相应原岩的固相线。基于岩浆起源热体制和区域岩石圈岩石学结构分析,笔者曾经指出,这样的岩浆产生条件要求造山带岩石圈拆沉作用。因此,这类岩墙群的形成是区域构造应力场由挤压向伸展转换阶段的产物,可以用来标定造山过程的结束,因而称其为造山后脉岩组合。进一步对比分析表明,这类脉岩组合分布非常普遍,是地球上业已发现的三类区域性岩墙群之一。尽管如此,基于热传递速率的分析,造山后脉岩组合的形成还应当伴随大规模流体活动。由于深部流体中成矿元素的浓度强烈依赖于压力,新的岩石成因模型意味着造山后脉岩组合与成矿作用相伴生。野外检验表明,可以基于露头观察识别成矿流体的通道和成矿元素大规模堆积的场所。因此,造山后脉岩组合不仅可以用来标定区域造山过程结束的时间,也是区域找矿预测的有效标志。     

造山带岩石圈去根作用的地震层析证据及其构造意义

造山带岩石圈去根作用作为碰撞后或造山后阶段构造-岩浆活动的重要机制,是研究造山带大地构造演化不可或缺的环节。近年来通过地震层析成像技术获得的一系列成果表明俯冲板片发生断离/拆离作用残留在对流地幔中,表现为高导低阻而冷的高速体;这些被断离/拆离的板片直接记录了造山带巨厚岩石圈去根作用。板片断离/拆离作用导致岩石圈深部伸展-减薄作用和热的软流圈地幔上隆,从而引起强烈的交代岩石圈地幔部分熔融作用和断陷盆地的形成。     

关于华北克拉通燕山期岩石圈减薄的机制与过程的讨论:是拆沉,还是热侵蚀和化学交代?

关于华北克拉通燕山期岩石圈减薄作用,主要有两种模型:(1)岩石圈拆沉;(2)热侵蚀和/或化学交代。文中主要从岩浆活动与构造变形两个途径,通过(1)燕山带造山幕和结构要素组合以及造山过程的p-T-t轨迹;(2)收缩构造变形、火成岩构造组合和下地壳岩石捕虏体3个独立证据提出陆壳的构造加厚;(3)火成岩成因的壳幔相互作用模型和热模拟等,试图讨论华北地区克拉通有浮力的岩石圈如何转变为密度大的岩石圈,随之发生拆沉作用,而不是热侵蚀或化学交代机制使岩石圈地幔改造为EMI印记实现的减薄作用。大量对流的软流圈物质注入克拉通是诱发陆壳发生局部熔融所必需的条件。底侵玄武质岩浆的加热并弱化先前的冷和强的克拉通地壳,创造一个流变学条件,以使收缩构造变形和陆壳加厚成为可能。陆壳最下部和岩石圈地幔中形成的大量玄武质岩石,在构造加厚作用下,相转变为榴辉岩,致使原先有浮力的岩石圈转变为密度大的岩石圈,随之发生拆沉作用。     

板内造山作用与成矿

中国大陆广泛分布强烈的板内变形和造山作用,传统的板块构造理论常常将其解释为板块边缘汇聚力的远程效应。然而,中国大陆的板内造山作用与汇聚板块边界之间缺乏可预期的动力学联系,不能简单地解释为大陆碰撞或板块俯冲的远程效应。本文提出另一种可供选择的解释,认为板内变形主要取决于岩石圈不均一性。相邻的板块拼合在一起形成统一板块之后,区域地质演化进入板内阶段。板块碰撞导致的岩石圈不均一性和重力不稳定性可以触发强烈的板内变形甚至造山作用,其延迟时间的长短取决于岩石圈不稳定性的程度和地球深部的热扰动。与板缘造山带相比,板内造山作用缺少板块俯冲-碰撞过程,板内造山带的演化历史相对简单,通常是以岩石圈拆沉作用开始,以地壳的垂向增生为特征,最后以岩石圈拆沉作用结束或形成重力不稳定岩石圈。因此,板内造山作用一般沿着古造山带发育。古造山带岩石圈结构低成熟度的特点不仅是岩石圈不稳定性的主要原因之一,而且由于挥发分和含矿元素的富集在活化过程中具有很强的成矿潜力。板内造山带的成矿作用依赖于深埋在岩石圈-软流圈系统不同深度水平上含矿流体的突然释放,主要发生在造山作用初始阶段和造山后伸展阶段。     

太行山中生代板内造山作用与华北大陆岩石圈巨大减薄

近年来,华北大陆岩石圈巨大减薄成为国际地学界关注的焦点之一,但对其减薄的时间、机制仍然知之甚少。约束条件的多解性和表面上相互矛盾的证据导致了对区域构造发展史的模糊认识。笔者认为,华北板内造山过程是理解岩石圈巨大减薄机制的关键,因为华北岩石圈是在造山带而不是在克拉通基础上开始减薄过程的。岩石圈减薄过程可以划分为拆沉减薄、伸展减薄、热减薄和化学侵蚀减薄4种类型。前者依赖于岩石圈重力不稳定性,是一种突变过程;后三者取决于软流圈挤出构造,属于渐变过程。减薄过程主要始于120~110Ma的拆沉减薄,其标志是造山后脉岩组合的形成。亚洲大陆软流圈的多阶段汇聚过程造成软流圈向东挤出,是中国东部中新生代以来岩石圈持续减薄的重要基础。因此,大陆动力学与大洋最重要的区别之一就是大陆岩石圈经常发生减薄作用,特别是拆沉作用,并由此将软流圈系统区分为浅部混染系统和深部纯净系统,火成岩的地球化学属性主要取决于岩浆起源的深度。     

碰撞造山带斑岩型矿床的深部约束机制

在印度-亚洲大陆碰撞过程中,俯冲板片断离触发了幔源岩浆底侵作用、下地壳部分熔融和冈底斯岩基带以及同岩基斑岩的产生.在此过程中,幔源岩浆分离结晶的产物、下地壳岩石部分熔融残余和地壳分异过程中下沉的镁铁质块体,构成了加厚下地壳.随着造山岩石圈的冷却和加厚下地壳重力不稳定性的增加,岩石圈拆沉作用触发了后碰撞斑岩型岩浆活动.与此相应,碰撞造山带斑岩型矿床可以形成于同碰撞和后碰撞两个不同的构造阶段.同碰撞成矿作用发生于岩基带形成时期,成矿物质主要来自于底侵幔源岩浆及更深部的含矿流体,其触发机制是俯冲板片的断离.后碰撞成矿作用发生于加厚下地壳冷却之后,成矿物质主要来自于新生矿源层和更深部的含矿流体,其触发机制为岩石圈拆沉作用.在同碰撞构造阶段,伴随着幔源岩浆的底侵作用,深部流体和幔源岩浆所含的成矿物质被注入到岩基岩浆中,与从岩基岩浆源区萃取的成矿物质汇聚在一起,一部分受岩基热的驱使上升成矿.由于流体中成矿元素的浓度强烈依赖于压力,另一部分成矿元素则滞留在难熔残余中形成新的矿源层.当发生岩石圈拆沉作用时,由此矿源层部分熔融形成的斑岩岩浆将相对富含成矿物质,导致碰撞造山带第二次成矿作用大爆发.     

造山后脉岩组合的岩石成因——对岩石圈拆沉作用

造山后脉岩组合是在寄主岩基冷却之后形成的,可能是造山带应力场转换的标志.昆仑造山带早中生代末期以及太行山-燕山造山带晚中生代花岗质岩基中广泛出露这种类型的脉岩,可划分为煌斑岩质,玄武质,闪长质,花岗闪长质-花岗质和富硅花岗质等5组.主元素和痕量元素分析表明它们是不同的原生岩浆固结的产物,相互之间不存在重要的分离结晶,同化混染和岩浆混合作用的关系,因而要求软流圈/岩石圈系统不同圈层的源区岩石同时达到部分熔融的条件.结合已有的高温高压实验,区域岩石圈结构和地质事件序列的分析,认为岩石圈拆沉作用是造山后脉岩组合形成的最合理触发机制.简单热模拟表明,软流圈窗顶界埋深达到一定深度时(例如昆仑造山带为82km),可以满足处于不同深度位置的中性麻粒岩,基性榴辉岩和地幔橄榄岩同时发生部分熔融.这时,岩石圈/软流圈系统可以有6～8个产生岩浆的位置.热的软流圈物质快速涌入软流圈窗,不仅触发地幔岩的减压熔融,也可能导致区域构造应力场由挤压转换为伸展,为岩浆的快速侵位创造了条件.所提供的岩石成因模型可以更合理地解释造山后脉岩组合的地质特征,主元素和痕量元素特征,也可以满足同位素体系变异所要求的条件.     

RS和GIS技术集成及其应用

本文简要地介绍了ＲＳ（遥感图像处理系统）和ＧＩＳ（地理信息系统）技术及其集成的基本概念和方法。讨论了ＲＳ和ＧＩＳ技术及其集成的内在涵义、相互关系,认为ＲＳ是ＧＩＳ重要的外部信息源,是其数据更新的重要手段,尤其对于全球性的 地理动力学分析,更必须有ＲＳ所提供的覆盖全球的动态数据与ＧＩＳ的结合。反之,ＧＩＳ则可以提供ＲＳ所需要的一些辅助数据,以提高ＲＳ图像的信息量和分辨率,同时,ＧＩＳ可以将实地调查所     

矿物——成矿与找矿

单颗粒矿物微量元素激光原位定量分析测试数据的大量积累和研究,使矿物成为矿床地球化学研究和矿床勘查的重要示踪剂。本文重点选择磁铁矿、磷灰石、石榴子石、榍石、锆石、绿泥石和绿帘石等的原位分析研究所获得的认识,介绍单颗粒矿物成分组合及变化在矿床类型划分、成矿年龄测定、氧逸度、成矿过程与物质来源、找矿与勘探等方面的应用。不同矿床类型中普遍存在的矿物,如磁铁矿、磷灰石等的微量元素含量及组合差异,提供了矿床类型识别的标志。单颗粒矿物,特别是矿石矿物和密切共生矿物如锡石、铌钽铁矿、赤铁矿、石榴子石、方解石等的原位定年,使成矿年龄的直接准确测定成为现实。矿物中变价元素,如Fe、V、Mn、Ce、Eu含量和/或比值的变化,指示了成矿过程氧逸度及其变化特点。从矿物核部向震荡环带与边部的微量元素含量或同位素组成的变化,示踪了成矿过程中流体来源或性质的变化。斑岩和矽卡岩矿床中与成矿作用关系密切的蚀变矿物,如绿泥石、绿帘石的形成温度、特征微量元素比值,如Ti/Sr、Ti/Co、V/Ni、Mg/Sr等,与距矿床中心距离呈线性函数关系,可定量预测距矿床中心的距离,使以绿泥石、绿帘石为代表的找矿指示矿物研究迅速发展。     

红藻石和蓝藻石概念及分类归属的综述和修订

在分析和总结前人对红藻石和蓝藻石研究成果基础上,结合岩石薄片显微镜下观察实例,发现在以往碳酸盐岩颗粒分类中没有红藻石和蓝藻石的合适位置。鉴于红藻石重要的成因意义和造礁作用,有必要明确红藻石的概念和归属。珊瑚藻本身极易钙化,经生物矿化作用最终保存下来的珊瑚藻屑一直放在生物碎屑中,而红藻石是由非固着的珊瑚藻构成的钙质独立结核,因此也可以被划分到生物碎屑中。蓝藻石作为蓝细菌钙化作用的产物,同时鉴于蓝藻石的广泛存在,把钙化蓝细菌形成的核形石命名为蓝藻石,这一重要概念从提出到现在一直被使用。然而蓝绿藻概念已变更为蓝细菌,蓝藻石的形成与藻类无关,显然将其称作蓝菌石更加确切。因此,应将红藻石和蓝藻石分别归为生物碎屑和核形石当中,并用新的术语蓝菌石替代蓝藻石。其意义在于使红藻石和蓝藻石的概念及归属更为规范,并为碳酸盐岩颗粒的深入研究提供有益线索。     

自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研发与应用

为解决5000 m地质岩芯钻探基础准则与依据缺失问题，提高钻探装备的自动化、智能化水平，启动了5000 m智能地质钻探技术装备研发工作，通过钻机装备、钻探器具研制，钻探工艺技术研究并经试验示范验证，取得多项创新成果，形成了5000 m地质岩芯钻探技术体系。通过特深孔钻孔口径与管柱规格优化研究、钻杆规格设计、装备性能参数选配，形成了5000 m地质岩芯钻探技术规范体系；基于5000 m特深孔地质岩芯钻机、孔口自动化作业装置等关键设备研制，实现了绳索取芯钻进的孔口作业全流程自动化，形成了轻量化钻机孔口管柱柔顺控制技术；基于复杂地层孔内工况判别、钻进参数优化与轨迹优化控制等技术问题研究，形成了多源信息融合的地面与孔底一体化钻进过程智能控制技术；基于高性能薄壁绳索取芯钻杆和系列小口径高效钻具研制，形成了大深度绳索取芯系列钻杆钻具技术；研发了耐高温环保型冲洗液、生物破胶废浆处理技术、“广谱型”双浆堵漏技术，形成了绿色环保型冲洗液体系与护壁堵漏技术。     

自动化智能化地质岩芯钻探技术装备研发与应用

为解决5000 m地质岩芯钻探基础准则与依据缺失问题，提高钻探装备的自动化、智能化水平，启动了5000 m智能地质钻探技术装备研发工作，通过钻机装备、钻探器具研制，钻探工艺技术研究并经试验示范验证，取得多项创新成果，形成了5000 m地质岩芯钻探技术体系。通过特深孔钻孔口径与管柱规格优化研究、钻杆规格设计、装备性能参数选配，形成了5000 m地质岩芯钻探技术规范体系；基于5000 m特深孔地质岩芯钻机、孔口自动化作业装置等关键设备研制，实现了绳索取芯钻进的孔口作业全流程自动化，形成了轻量化钻机孔口管柱柔顺控制技术；基于复杂地层孔内工况判别、钻进参数优化与轨迹优化控制等技术问题研究，形成了多源信息融合的地面与孔底一体化钻进过程智能控制技术；基于高性能薄壁绳索取芯钻杆和系列小口径高效钻具研制，形成了大深度绳索取芯系列钻杆钻具技术；研发了耐高温环保型冲洗液、生物破胶废浆处理技术、“广谱型”双浆堵漏技术，形成了绿色环保型冲洗液体系与护壁堵漏技术。     

再论流体势及其与圈闭和油气藏关系

在Hubbert(1953)关于流体势和圈闭的经典论文基础上,从流体势计算的基本原理出发,论证了气势与水势、油势计算表达式的具体形式是不同的,如等地温梯度的静水压力场中理想气体的势包含压力的对数函数与线性函数之和,而不只是包含压力的线性函数.表述了同一求势面所对应的测势面对于不同流体是不同的;指出了圈闭的溢出点通常是等势面与非渗透层面交线的切点;应用简洁的数学分析方法,推导了地下水三维流动情形下油(气)等势面某点切平面坡度与水头、渗滤速度关系的表达式,其中坡度绝对值与渗滤速度关系的表达式为:tanθ=√v2x v2y/|vf vz|,其中vf=K[ρw-p(p)]g/μ,式中:θ为切平面的倾角;vx、vy和vz分别为沿坐标轴ox、oy和oz方向的渗滤速度分量;K和μ分别为渗透率和水的动力黏度;ρw、ρ(p)分别为水和油(气)的密度.根据这些基础性的分析,对被广泛引用的Levorsen(1954)的背斜-水动力复合油藏中水头与油水界面产状的关系示意图进行了两点修改:将油水界面改为曲面、将油水界面处油藏的测势面改为高于油水界面处水的测势面的水平面;对向斜部位聚集油气的水动力条件进行了讨论,认为只有两(各)翼水流都向下流动且水流强度中等条件下才能在向斜部位聚集油气.     

桩-岩摩擦黏着特性的试验与分析

研究桩与岩石的侧摩阻力组成及影响因素,有助于准确地把握桩与岩石的侧摩阻力取值原则。在对桩与岩层的摩擦黏着机制分析的基础上,指出界面力与岩层抗剪力的区别,并提出岩层的极限侧摩阻力由界面强度及岩石强度两者较弱一方决定的观点。进行了中风化岩中4组混凝土短桩的抗压及抗拔极限摩阻力对比试验,获得了相应的极限侧摩阻力值以及抗拔与抗压极限侧摩阻力值的比值。抗拔时由于上部岩层对桩侧岩层的约束作用较弱,会使侧摩阻力相对抗压时有较大降低。通过有限元计算及其与试验值的比较分析,研究短桩与岩层的界面强度条件,发现岩层和混凝土灌注桩间的侧摩阻力中界面黏着力占很大比例。     

现代新技术新方法与工程地质

本文阐述了瓣技术，新方法应用于工程地质研究取得的进展，内容涉及原位测试技术，数值模拟技术，物理模拟技术和物探测技术，这些方面的研究推动了工程地质学的发展。     

Glyph and hyperstreamline representation of stress and strain tensors and material constitutive response

Results of numerical analyses of boundary value problems in geomechanics include output of three‐dimensional stress and strain states. Two‐dimensional plots of stress–stress or stress–strain quantities, often used to represent such output, do not fully communicate the evolution of stress and strain states. This paper describes the use of glyphs and hyperstreamlines for the visual representation of three dimensional stress and strain tensors in geomechanics applications. Glyphs can be used to represent principal stress states as well as normal stresses at a point. The application of these glyphs is extended in this paper to represent strain states. The paper introduces a new glyph, called HWY glyph for the representation of shear tensor components. A load step‐based hyperstreamline is developed to show the evolution of a stress or strain tensor under a general state of loading. The evolution of stress–strain states from simulated laboratory tests and a general boundary value problem of a deep braced excavation are represented using these advanced visual techniques. These visual representations facilitate the understanding of complex multidimensional stress–strain soil constitutive relationships. The visual objects introduced in this paper can be applied to stress and strain tensors from general boundary value problems. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

区域构造、地球化学与成矿

成矿是一种复杂的地质作用，区域构造与区域地球化学是控制成矿的基本要素。文中简略叙述了构造成矿研究的历史，论述了大型构造与成矿的关系，提出构造动力体制转换是引发成矿作用的一种重要机制。通过对我国矿田构造研究的回顾，总结提出构造研究的一些思路，同时对区域地球化学与成矿、上地幔元素丰度与成矿以及地球化学急变带与成矿等做了简要的讨论，认为岩石圈及地质体中一定含量的金属元素是成矿的必要条件，而成矿尚需一定的地质作用对这些金属元素的浓集。