北秦岭古洋壳物质再循环:岛弧花岗质岩石源区同位素示踪证据

对现代或近代板块俯冲消减带上岛弧岩浆的研究表明,洋壳物质参与了岛弧岩浆的形成,洋壳物质再循环是相当明显的.按照对现代岛弧岩浆的成果推断,在古岛弧岩浆形成过程中也应有着古洋壳物质的参与.然而人们很少见有在古岛弧岩浆源区研究中有关古洋壳物质再循环的报道.本文通过北秦岭古岛弧花岗质岩石源区的同位素示踪研究,论证了北秦岭古岛弧岩浆的形成与古洋壳物质的再循环有关.     

无夏之年

188年前坦博拉火山喷发使上万人丧生,火山灰雾一度包围了地球,令世界大部分地区陷入让人绝望的寒冷之中。这次火山喷发造成的深远影响激起了科学家们的强烈兴趣,他们想知道,为什么火山喷发后火山灰会笼罩地球某些地方达数月之久?为什么遥远的北美洲会庄稼绝收?为什么欧洲会爆发疫情?……     

深俯冲大陆板块折返过程中的流体活动

与洋壳俯冲过程中释放大量流体引起同俯冲岛弧岩浆作用、形成石英脉和变质矿床等现象相比, 陆壳俯冲过程以相对缺乏流体为特征. 但是在深俯冲陆壳的折返过程中, 含水矿物分解、原生包裹体爆裂和结构羟基出溶能够产生可观的含水流体, 成为碰撞造山带变质作用、岩浆作用乃至成矿作用研究的重要目标之一. 根据对大别-苏鲁造山带超高压变质岩中流体活动程度和总量的研究, 发现深俯冲陆壳折返过程中的流体活动具有如下效应: (1) 弥散式流体流动导致广泛的角闪岩相退变质; (2) 隧道式流体流动在榴辉岩内部形成高压石英脉; (3) 聚集式流体流动引起上覆岩石部分熔融, 在造山带内部形成同折返岩浆岩. 由超高压矿物降压释放羟基所形成的含水流体以低盐度为特征, 并且能够形成弥散式或隧道式流体流动. 因此, 研究超高压岩石折返过程中的流体活动, 不仅对于认识陆陆碰撞造山带的地球动力学过程, 而且对理解壳幔物质再循环及其有关的岩浆作用具有重要意义.     

苏—日地球物理领域的合作

从1968年起,苏联和日本两国科学家合作研究太平洋地区地壳和上地幔构造。第一阶段(1968～1970年),是以熟悉两国深部地震探测方法的特点为基础,研究两国区域内地质构造地壳和上地幔的深部结构;研究了千岛群岛-堪察加半岛和日本岛弧的震源带;绘制了日本海和鄂霍次克海海域地球物理图;研究了火山带的深部构造,这样有可能进行地震和火山的区划工作,接近预报地震和火山喷发的目的。第二阶段(1971～1978年),苏、日合作项目包括地球物理学和研究火山深部构造,火山岩石学、岩浆的特性,深部流体的演化和热液作用的火山学工作。第三阶段(1978～),绘制通过亚洲大陆向太     

西天山石炭纪火山岩SHRIMP年代学及其微量元素地球化学研究

西天山广泛分布的石炭纪火山岩(大哈拉军山组, 主要由粗面安山岩、粗面岩、流纹岩、中酸性凝灰岩和少量玄武岩组成)的岩浆成因一直存在争议. 该火山岩曾经被认为是裂谷作用的产物, 最近有人认为是“古地幔柱”的组成部分. 本文对此火山岩开展了详细的岩石学和地球化学研究, 结果表明, 该火山岩具有典型大陆弧岩浆的地球化学特征. 火山岩以粗面安山质岩石为主, 岩浆源区富集LILE, Th和Pb而亏损HFSE和Ce. 微量元素地球化学模拟计算表明, 玄武岩样品可以由石榴二辉橄榄岩发生7%~11%的部分熔融来模拟. 大哈拉军山组火山岩代表古南天山洋的火山岛弧, 既不是裂谷演化的产 物, 也不是“古地幔柱”的组成部分. 在比较漫长的岛弧演化过程中, 地幔楔被俯冲带熔体交代并发生部分熔融形成岩浆, 地壳物质(主要是洋底沉积物)通过俯冲带熔体加入到岛弧火山岩中. 不同地区的火山岩可能代表不同时期岛弧火山喷发的产物. 锆石SHRIMP定年结果表明, 西部最早喷发玄武岩中锆石的表观年龄在334~394.9 Ma之间变化, 其中13个测点的平均年龄为(353.7 ± 4.5) Ma(MSWD = 1.7); 东部最早喷发粗面安山岩中锆石样品的表观年龄在293.0~465.4 Ma之间变化, 所有年龄测定值落在U-Pb谐和线上, 并分成明显的两个年龄组; 其中8个测点计算得到的一个平均年龄值为(312.8 ± 4.2) Ma (MSWD = 1.7), 代表粗面安山岩中锆石边部的结晶年龄. 所获得的两个年龄(即354和313Ma)分别属于早石炭世早期和晚石炭世早期, 显然不是同一期岩浆活动的产物. 文中认为, 随着高精度定年结果和地球化学研究成果的积累, 大哈拉军山组火山-沉积岩将来可能会被解体成若干组.     

新疆萨吾尔金矿带成矿流体氦氩同位素示踪

对萨吾尔金矿带中阔尔真阔腊金矿床和布尔克斯岱金矿床黄铁矿流体包裹体氦、氩同位素进行了测定和研究, 两个金矿床成矿流体中³He/⁴He分别为0.64~4.25和1.16~9.48 Ra, ⁴⁰Ar/³⁶Ar分别为282~359和312~525; 两个矿床成矿流体来源一致, 主要来自岛弧深部的地幔(包括俯冲作用带来的洋壳及其上的沉积物), 在地壳浅部又有大气降水的进一步稀释, 是幔源流体和少量大气降水的混合物. 两个矿床成矿流体演化规律一致, 从成矿早阶段到晚阶段, 成矿流体中大气降水/幔源流体比值逐渐增加. 在此基础上结合矿床的地质、地球化学特征, 认为两个矿床成因相同, 是同一火山机构中形成的火山晚期热液型金矿床.     

长白山天池火山岩浆系统再认识:岩石热力学模拟

长白山天池火山是一座巨型活火山,在近代至少发生过数次喷发.虽然近年来没有再喷发,但是有关天池火山再次喷发的争论引起学界广泛关注.岩浆系统的研究是火山灾害和预测的基础,主要包括地球物理和岩石学两方面.综合近年来天池火山岩浆房地球物理探测发现,普遍认为在火山区中、上地壳存在分布范围较广的岩浆房,而在中地壳至下地壳也存在范围较为集中的岩浆存储区.鉴于地球物理方法具有多解性和不能给出岩浆成分信息等的局限性,本文用岩石热力学模拟来约束岩浆房的成分和深度.结果显示:(1)天池火山玄武岩在岩石圈地幔或更深处不能经历斜长石的分离结晶,可能只经历少量橄榄石的分离结晶;(2)造盾低MgO玄武岩是原始母岩浆在地壳(约18~27 km,0.5~0.9 GPa)中演化后喷出的,而不是先前认为的从地幔岩浆房中演化后直接喷出形成的;(3)粗面质岩浆是由碱性玄武岩在15~18 km(0.5~0.6GPa,中上地壳)结晶分异形成;(4)天池火山岩浆系统可能要比先前认为的壳幔双层岩浆房模式复杂,地壳岩浆系统应该主体为玄武质岩浆,酸性岩浆只占很小的比例.这些信息对火山岩浆系统和喷发预测的研究有重要意义.     

“岩浆引擎”与板块运动驱动力

从能量的角度看,地球内部的热是驱动板块运动的主要能量.热能要转化为动能需要集中有序释放.在地球上,热能最主要的集中有序释放发生在洋中脊岩浆作用过程中.根据"岩浆引擎"模型,在洋中脊不断形成新洋壳,新洋壳轻而薄,老洋壳厚而重,致使整个板片斜置于软流圈上,产生下滑力,导致洋中脊不断扩张,形成新洋壳并推动俯冲带老洋壳的消亡,从而驱动板块运动.地幔柱岩浆活动是"岩浆引擎"的另一种表现形式.大的地幔柱头会引起上覆岩石圈受热,与大量上涌的岩浆共同作用,在其中心部位产生千米级的隆升,从而导致地壳局部大幅度的倾斜,产生向外的下滑力.当下滑力足够大时,岩石圈拉张破裂,向两边推挤扩张,同时远端洋壳在薄弱地带挤压破裂,产生板块俯冲.这是板块运动最初起始和"岩浆引擎"的点火器.在板块构造体制下,板块俯冲起始有两种主要形式,自发俯冲和诱导俯冲.自发俯冲起始往往发生在老洋盆,通常产生双向俯冲;诱导俯冲起始则往往发生于年轻洋盆,通常产生单向俯冲.新特提斯洋的多次单向俯冲闭合是诱导俯冲起始所致."岩浆引擎"主要作用于与洋中脊和地幔柱相关的板块.其他板块构造运动的能量主要来自于板块相互作用.     

发展板块构造: 从洋壳俯冲到大陆碰撞

大陆地壳深俯冲与超高压变质的研究不仅带动了中国固体地球科学的发展, 而且为发展板块构造理论提供了契机. 根据俯冲地壳的性质, 已经认识到俯冲和碰撞分别以两种类型出现. 就地壳俯冲来说, 存在洋壳俯冲型(例如太平洋周边)和陆壳俯冲型(例如阿尔卑斯造山带). 就大陆碰撞来说, 则存在弧-陆碰撞型(例如喜马拉雅和青藏造山带)和陆-陆碰撞型(例如大别-苏鲁造山带). 大陆俯冲带深部化学变化与差异折返、洋壳俯冲与陆壳俯冲之间的时空转换, 将是今后一个时期大陆动力学研究的重点.     

俯冲大洋岩石圈的相转变与俯冲带岩浆作用

以有效的实验岩石学研究和相平衡模拟为基础讨论了大洋岩石圈俯冲过程中的两类变质作用, 即在洋中脊玄武岩(MORB)、沉积岩和橄榄岩中发生的亚固相线脱水作用和部分熔融作用. 含水MORB体系相图显示在冷俯冲P-T体制下, 基性岩层中的大部分水或者在蓝片岩相开始以前(小于20 km)释放, 或者在硬柱石蓝片岩向硬柱石榴辉岩的转变深度(60~70 km)通过蓝闪石脱水释放; 只有小部分水会在与岛弧岩浆的活动对应的深度范围内通过硬柱石和硬绿泥石脱水释放; 有很少一部分水保存在硬柱石和多硅白云母中, 能够潜入更深的地幔. 文献中对角闪石在岛弧岩浆形成中的作用仍然有争论. 在冷俯冲P-T体制下, 贫铝变质沉积岩中绿泥石和滑石与富铝变质泥质岩中的硬绿泥石和纤柱石在约80~100 km的深度发生脱水, 也会对岛弧岩浆的形成有一定的贡献. 相比而言, 含水橄榄岩中蛇纹石的脱水发生在120~180 km的深度, 在岛弧岩浆作用中起着重要作用. 当洋壳沿着热P-T体制俯冲时, 会在超过80 km深处跨越固相线, 在流体存在或流体缺失条件下发生部分熔融; 在变质沉积岩中的熔融作用受黑云母和多硅白云母控制, 在基性岩石中的熔融作用受绿帘石和角闪石控制. 基性地壳产生的熔体成分在压力小于3.0 GPa时是埃达克质的, 但是在更高的压力下变成过铝花岗质.     

深部碳循环：来自火成碳酸岩的启示

全球碳循环研究对于理解现今及未来大气圈CO2浓度及其变化趋势至关重要。传统的碳循环研究多侧重于探讨碳元素在大气圈、水圈、生物圈等地球表层之间的循环过程,基本不讨论地球内部圈层碳元素地球化学的行为与循环,现在发现传统的研究方式已很难深刻认识大气圈CO2浓度变化的规律。探讨地球内部与表层碳元素双向交换过程的深部碳循环研究应运而生,成为当前全球碳循环研究的主要方向。火成碳酸岩主要由碳酸盐矿物所组成,是地球内部碳元素含量最高的岩石,因而成为深部碳循环研究的主要对象之一。当前的研究发现,相当一部分火成碳酸岩中的碳来自大气圈的CO2,是再循环的碳。地表附近消耗大气CO2所新生成的沉积碳酸盐岩借助板块深俯冲作用被带入地球内部,在（超）高温和含水条件下发生部分熔融作用,形成碳酸岩浆,后者再上侵形成火成碳酸岩,或者直接喷发至地表,碳元素又重返地球表层。因此,地球内部的构造运动主导碳元素在地球表层与内部的循环过程,进而控制大气圈CO2浓度长周期变化的趋势。     

东海沉积物的矿物组合及其分布特征

六十年代以来,许多学者对东海进行了海洋地质方面的研究,其中有些对矿物特征作了一般性的阐述。本文对东海230个表层样品的矿物组合进行了较为系统的研究。工作范围为:东经121°—129°,北纬26°30′—32°00′。每个样品选用0.25—0.1毫米和0.1—0.05毫米     

地球起源以及大陆的生长与破坏

早期的地球是45亿年前从太阳系星云中的较重元素所组成的星子非均匀吸积、增生而成的。陨击作用造成地表岩石撞碎,诱发地幔的超临界流体或岩浆上涌,造成剧烈的火山爆发,并使地幔上部硅酸盐中的气体挥发分在固体地球表面聚集,逐渐演化成水圈、大气圈。洋壳主要是由深部铁镁硅酸盐岩大面积喷出地表所形成的拉斑玄武岩所组成,可能是陨击作用所派生的片麻岩穹窿则造成了原始大陆地壳的核心。岩石圈板块在18~16亿年前开始形成。大洋与大陆板块间俯冲作用和陆陆板块间碰撞作用的应变速率都是极低的,它们可以造成岩石的局部破裂,但是韧性变形作用、变质作用,以及岩浆与超临界流体的贯入与冷凝却使岩石愈合,非但没有使大陆被破坏与撞碎,反而使大陆不断地增生。亚洲大陆板块就是从18亿年前或16亿年前到现代,由27个较大的古地块及上百个小地块,经过14次板块间的俯冲或碰撞而汇聚成的。至于大陆的破坏,则可能是地幔羽的隆升或巨大陨石撞击所诱发的。     

“深时”古气候对现代全球变暖及不确定性的启示

为了客观评价当前全球变暖的原因和不确定性因素,厘清影响全球变暖的主要因素,分析了"深时"(前第四纪)时期的古大气成分、古温度等气候参数和极端气候事件,同时还总结出当前全球变暖中7个不确定性因素。分析指出,研究第四纪以来的气候变化尤其是当前全球变暖,首先应该与"深时"古气候有机结合为一体;其次应该考虑大气圈-水圈-生物圈-土壤圈-岩石圈之间的耦合和反馈,而太阳活动、地球轨道变化等地外因素也不能忽略;再次,在不否认人类活动对当前气候造成重大影响的同时,也需正视当前全球变暖过程中存在的诸多不确定性因素;最后,对中国二氧化碳减排和应对全球变暖提出对策建议,指出坚持"共同但有区别的责任"的国际谈判原则的重要性。     

嫦娥二号卫星轨道确定与测轨技术

嫦娥二号卫星轨道为运载火箭直接将卫星送入地月转移入口点、近月点100km高度月球捕获型轨道.该类型轨道确定及精度评估是测控需要解决的关键问题之一;X波段测量技术实验数据处理方法及精度评估是测定轨中要解决的另一关键问题.本文针对喷气卸载对转移轨道定轨的影响提出了截短观测弧段以提高轨道解算精度的定轨策略,提出了基于入轨轨道与地月转移第一次中途修正量的入轨点精度评估方法,以及基于渐进重叠弧段的近月捕获轨道精度评估方法,在摄动力分析的基础上给出了100km高环月工作轨道月球重力场模型选用策略.给出了深空相位测量数据处理方法,对X波段测距及DOR数据噪声进行了评估.分析表明,文中给出的定轨策略正确、可行,嫦娥二号卫星在地面控制中心的测控下准确进入环月工作轨道;X波段测量数据处理与精度分析方法正确,测速及时延数据噪声降低70%以上,测轨实验数据精度有显著提高.X波段测轨技术与数据处理方法适用于后续深空探测.     

中国大陆岩石圈的形成、演化与特征

中国大陆岩石圈是由37个以上的小地块所组成的,各地块统一结晶基底的形成时期各不相同。它们从元古宙到新生代一直在运移、变位：古生代处在以离散为主的状态,都位于特提斯洋内;古生代晚期、中生代与新生代则为逐渐聚合的过程,最后就汇聚成现在的中国大陆岩石圈。在周边板块运动的影响下,中国中部与西北部形成基本正常的大陆岩石圈,东部在侏罗纪以来则形成具有陆壳洋幔型的、较薄的岩石圈,而西南部的青藏地区形成陆壳增厚型岩石圈。中国大陆岩石圈内部可以发生多圈层的滑脱作用,除岩石圈底面的滑脱作用之外,还可以在莫霍面与中地壳低速高导层等界面发生滑脱,使岩石圈的内部结构变得十分复杂,并由此派生出较强的构造变形、岩浆活动与内生成矿作用。针对中国大陆岩石圈的特殊性,深入研究岩石圈演化的具体特征,具有十分重大的理论意义与实用价值,也可进一步丰富和发展全球板块构造学说。     

非对称直齿圆锥齿轮的建模及其接触应力的有限元分析

在PRO/E中运用齿轮精确建模的方法生成一对啮合直齿圆锥齿轮,然后将模型导入MSC.Marc,并对直齿锥齿轮的接触过程进行三维弹性有限元模拟,进而分析了节点处的接触应力,并与赫兹接触应力理论值进行比较.结果理想,从而实现了CAD与CAE的一体化.     

非对称直齿圆锥齿轮的建模及其接触应力的有限元分析

在PKO／E中运用齿轮精确建模的方法生成一对啮合直齿圆锥齿轮。然后将模型导入MSC．Marc,并对直齿锥齿轮的接触过程进行三雏弹性有限元模拟,进而分析了节点处的接触应力,并与赫兹接触应力理论值进行比较,结果理想,从而实现了CAD与CAE的一体化。     

不锈钢药芯焊丝双层堆焊的试验与运用

高压泵内壁堆焊不锈钢耐蚀层,以增加其耐蚀性。文章论述了用不锈钢药芯焊丝CO2保护焊实现了不锈钢层水平位置的半自动堆焊,从而提高了生产效率,保证了堆焊质量。通过焊接工艺性试验证明:所选用的堆焊方法及堆焊工艺合理,各项性能检验结果均满足用户的技术条件要求。     

深海微生物硝化作用驱动的化能自养固碳过程与机制研究进展

深海微生物硝化作用通过化能自养固定无机碳,是深海生态系统中重要的能量来源途径,直接影响深海生态系统的食物网结构和深海的碳储库。近年来氨氧化古菌的发现,对这一生物地球化学过程的传统认识提出了新的挑战,同时也带来了新的科学问题,为认识硝化作用化能自养的固碳机制提供了新的研究方向。通过系统评述深海硝化作用驱动的自养固碳过程和机制以及由此带来的生态环境效应,为相关领域的深入研究提供参考。