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[硕士论文] 毕程程
桥梁与隧道工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:岩石的动态爆破损伤评估是工程抗爆研究中的重要内容,目前的理论研究水平在描述爆破的各个过程方面还有待完善,实验所需的成本高、实施周期长并且很难全面而准确地测定相关参量。而随着计算水平的提高,数值模拟技术既可以很好地再现爆破损伤的各个过程,并且能有效地描述岩石在爆炸荷载作用下的动态响应情况,现已被大量的科研工作者所采用。实践表明,选择合适的本构模型及其参数、采用合理的网格划分方式并结合优良的数值算法,是能够准确而高效地取得良好模拟效果的保证。为了提高数值模拟的精度,本文围绕华山花岗岩爆破损伤这一科学问题,开展了以下几方面工作:
  首先,通过基础实验、理论计算和经验取值的方式确定了一组岩石Holmquist-Johnson-Cook(简称HJC)本构参数,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对该岩石的爆破损伤进行了数值模拟,并在此基础上对不同单元失效类型以及HJC本构参数敏感度进行了研究分析。结果发现最大拉应力失效类型比较适合爆破损伤破坏的模拟,HJC本构参数对计算结果的敏感度各不相同,其中对峰值速度和峰值位移均有较大影响的参数有ρ、G、B、N和fc,这些参数在确定时需引起重视。
  接着,详细介绍了软件自带的渐变网格划分函数的推导过程及其所具有的性质,并基于均匀网格和渐变网格划分方式,探究了不同网格精度对计算结果的影响。得出计算结果不仅受介质本身网格大小的影响,还受相邻网格大小比值的影响,相邻网格大小差距不宜过大。在相同计算精度的情况下,渐变网格划分所需的计算存储空间比均匀网格划分的要少。
  最后,对光滑粒子(SPH)和有限单元(FEM)耦合算法作了介绍,并结合爆破实例给出了详细的建模过程,分析了不同粒子生成方式和不同粒子范围对爆破模拟结果的影响。结果表明通过几何形状直接生成的SPH粒子分布较均匀,与有限单元耦合模拟得到的岩石爆破效果较好。而且,粒子范围过小会影响SPH粒子与有限单元之间的耦合;粒子范围过大,计算所需时间和存储空问均随之增大,故本文建议给出合理的粒子范围约为炸药半径的12~16倍。
[硕士论文] 何爱林
建筑与土木工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:岩石是由一种或多种矿物成分组合成的结构体,含有许多微裂纹和微孔洞,具有各向异性的物理力学性能,在地热资源开发、核废料深埋处置等工程中,岩石的力学特性常常受到温度的影响。本文选取陕西华山花岗岩为研究对象,对经历不同温度处理的花岗岩试样开展一系列试验研究,探析了其力学行为、细观机理及声发射特性等,主要研究工作及结论如下:
  首先,结合单轴和三轴压缩试验,研究了不同温度后花岗岩的应力-应变响应以及各力学参数随温度的变化趋势。同时,通过X射线衍射试验,对温度后的花岗岩矿物成分进行分析。结果表明:花岗岩常温下为灰白色,随着温度升高逐渐变为暖色调,脆性与体积均有所增大;对于同一温度,花岗岩在三轴压缩下的抗压强度远大于单轴下抗压强度,且随着温度的升高,围压对于提高强度的效果越明显;X射线衍射曲线显示,500℃以下岩样主要成分的衍射信息没有明显的变化;超过500℃后,在26.5°~27.0°衍射角范围内石英的衍射峰明显减小。
  接着,对经历20、300、500、700和900℃温度后的花岗岩试样进行超声波检测,结合超声波波速与波形的变化,探究了岩石的热损伤特性,并借助于扫描电镜(SEM)对岩石温度损伤现象进行了细观观测。研究发现:当温度低于500℃时,花岗岩中纵波波速随温度升高而平缓下降,温度高于500℃,花岗岩组分石英发生相变,纵波波速迅速下降。特别地,700℃后岩样损伤严重,波速衰减渐趋平缓;SEM图像显示,随着温度的升高花岗岩微裂纹数量增加。
  最后,基于花岗岩单轴压缩和声发射(AE)试验,对比了实时温度下和温度后岩样声发射能量计数的变化规律,并对应力-应变曲线形状、峰值应力、峰值应变、弹性模量和破坏模式进行了讨论。结果显示:温度越高花岗岩内部形成的裂纹越多,内部损伤越严重,声发射活动愈加频繁;经相同的热处理,实时温度下的塑性阶段更明显,峰值应变较大,峰值应力和弹性模量偏小,主要是因为温度下的花岗岩热应力效应明显,而温度后岩样内部裂纹部分发生愈合,刚度得以增强。
[硕士论文] 宁思远
地球化学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:长江中下游地区与铜金矿床有关的埃达克岩成因仍然存在分歧。本次我们对铜陵宝山地区的侵入岩和其中的包体进行了系统的矿物学、岩石学和元素地球化学研究。结果表明:1、宝山岩体岩性变化较大,从辉石闪长岩到花岗闪长岩均有;2、暗色基性岩常常被淡色酸性的花岗闪长岩所包裹,部分界限呈过渡状态;3、代表岩体的BS-3中锆石Ce4+/Ce3+比值(平均值为329),远远大于代表包体的BS-2中锆石Ce4+/Ce3+比值(平均值为60),表明BS-3所代表的岩体氧逸度更高。BS-3中锆石Ti温度(平均值为679℃)略小于BS-2中锆石Ti温度(平均值为689℃),位于长江中下游埃达克岩区域范围内,远低于郯庐断裂带南段埃达克岩,说明宝山岩体源区富水。4、LA-ICP-MS锆石U-Pb定年表明,宝山花岗闪长岩和其中的辉石闪长岩包体分别形成于143.8±3.2Ma(2σ,MSWD=2.3)和142.9±2.9Ma(2σ,MSWD=2.2),形成年龄相近,属于早白垩世;5、宝山岩体地球化学表明其主体具有典型的埃达克岩特征,如较大SiO2变化范围(52.88%~63.66%),高Al3O2(平均值为16.03%)、Sr/Y(33.4~102,平均为72.9)和Sr/La比值,低Y和Yb含量、低(La/Yb)N(14.6~26.6,平均值为21.4)和K2O/Na2O(平均值为0.39)比值。6、野外岩石接触关系和岩石地球化学特征表明宝山埃达克质岩可能为岩浆混合成因,混合的两个端元分别为高硅和低硅端元。高硅端元为俯冲洋壳熔融形成的熔体并发生不同程度磁铁矿的结晶分异,而低硅端元为高Ni、Cr、V、Co的岩石圈地幔熔体。7、通过对BS-2和BS-3中具有环带斜长石的原位微区和面扫描分析,揭示了岩浆混合具体的演化过程:上覆岩石圈地幔熔融的低硅熔体注入俯冲蚀变洋壳熔融的高硅熔体形成的岩浆房时,高硅熔体捕获来自低硅熔体的斜长石斑晶,当捕掳晶与寄主岩浆的热力学环境平衡后,斜长石斑晶在寄主岩浆中继续生长。埃达克质岩有利于大规模的岩浆矿化主要有三个因素:高氧逸度、富水和富含成矿元素。在富水和高氧逸度的条件下,S主要存在与+6价,-2价硫含量降低,从而导致硫化物岩浆不饱和,将从地幔中萃取出更多的亲铜元素,从而使熔融体成为富含亲铜元素的潜在成矿岩浆。铜陵宝山岩体的地质与地球化学研究表明铜陵地区中生代埃达克质岩和大规模铜金成矿作用可能形成于俯冲背景之下。
[硕士论文] 杜欣
矿物学、岩石学、矿床学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:长江中下游成矿带A型花岗岩与铀(金)矿床(化)具有密切的时空关系,目前关于区内A型花岗岩的成因存在较大争议,系统地开展A型花岗岩的成因研究,不仅有助于深刻理解长江中下游中生代岩浆岩的成岩过程,同时对于探讨铀(金)矿床的成因有着重要的意义。本文选取了庐枞盆地南部的城山岩体、何家凹岩体和梅林岩体等三个典型A型花岗岩体为研究对象,开展了详细的野外观察及室内地球化学分析工作,结合前人的研究成果,深入讨论了这些A型花岗岩的成因。研究结果表明:城山岩体、何家凹岩体及梅林岩体侵位于127Ma,为庐枞地区最晚一期岩浆事件的产物。3个岩体均具有右倾的稀土配分模式,(La/Yb)N=5.84~19.84,Eu呈中等的负异常δEu=0.36~0.63。在微量元素原始地幔标准化图上,岩石富集大离子亲石元素Rb、Th、Pb,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti,Ba、Sr呈现出明显的负异常。城山岩体的87Sr/86Sr(t)=0.70695~0.70742,εNd(t)=-6.3~-4.2,对应的两阶段模式年龄为1259~1429Ma。何家凹岩体的87Sr/86Sr(t)=0.70795~0.70931,εNd(t)=-6.4~-5.8,对应的两阶段模式年龄为1389~1438Ma。梅林岩体的87Sr/86Sr(t)=0.70605~0.70939,εNd(t)=-6.0~5.2,对应的两阶段模式年龄为1344~1409Ma。三个岩体为同源岩浆演化的产物,源区以相当于董岭群的变沉积岩为主并夹杂少量地幔物质,岩浆演化过程以分离结晶作用为主,斜长石和钾长石为主要的分离结晶相。
[硕士论文] 左续
矿物学、岩石学、矿床学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:安徽铜陵地区是我国东部长江中下游构造-岩浆-成矿带中的一个重要矿集区,区内铜金多金属矿床与晚中生代(燕山晚期)岩浆作用具有密切的成因联系。前人在该区开展了大量深入的岩浆作用和成矿作用研究,取得了丰硕的成果。以往研究认为,铜陵地区侵入岩的同位素地质年龄集中于147~135Ma区间,岩浆作用发生于晚侏罗世或晚侏罗世-早白垩世,相应地,成矿作用也主要发生于这一时期。作者在该区进一步开展了代表性岩浆岩体和矿床的地质调查和研究,并在此基础上进行了岩浆岩的同位素地质年龄测定及矿床地球化学研究,取得如下新的认识和成果。
  铜陵地区不仅存在介于147~135Ma之间的侵入岩,还存在介于132~124Ma的侵入岩。因此,根据LA-ICP MS锆石U-Pb同位素地质年龄测定结果,可将铜陵地区晚中生代侵入岩划分为早晚两期,对应的地质时代分别为晚侏罗世-早白垩世和早白垩世。基于此,本文还系统研究和对比了铜陵地区早晚两期侵入岩的岩石类型、产状、空间分布等地质特征以及其主量、微量和稀土元素地球化学特征,并与长江中下游构造-岩浆-成矿带中的宁芜地区和庐枞地区火山-侵入岩特征及成岩构造背景进行对比,认为铜陵地区晚中生代早晚两期侵入岩分别形成于陆内挤压-伸展过渡和伸展的构造应力背景之下,晚期侵入岩是早期岩浆房中的岩浆再次侵位和深部地壳进一步熔融岩浆侵位形成的。
  铜陵地区早晚两期侵入岩浆作用分别对应着早晚两期不同的成矿作用,其中早期侵入岩对应的矿化最为强烈,前人对其研究也相对系统和深入,而晚期侵入岩以往较少发现,其相应的成矿作用也未予重视。本文开展了铜陵地区沙滩脚矿田内的金子圩铜-钼矿床、桂花冲铜矿床和狮子山矿田内的焦冲金-硫矿床和荷花山铅锌矿床研究,与成矿相关侵入岩的同位素地质年龄测定表明,金子圩铜-钼矿床和桂花冲铜矿床与早期岩浆侵入作用密切相关,而焦冲金-硫矿床和荷花山铅锌矿床则与晚期岩浆侵入作用密切相关。矿床地质调查和研究及矿床流体包裹体、稳定同位素地球化学研究表明,金子圩铜-钼矿床和桂花冲铜矿床均是中-高温斑岩-矽卡岩型矿床,焦冲金-硫矿床和荷花山铅锌矿床则是中高温-中低温热液脉型矿床。铜陵地区晚中生代早晚两期侵入岩的岩浆作用分别对应有早晚两期成矿作用,且成矿作用特征有所不同。
[硕士论文] 杨洋
地质工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:沉积环境氧化还原条件与大气氧含量直接关联,是古环境研究的重要内容。浅水碳酸盐岩在地表广泛分布,获取其中赋存的与沉积氧化还原条件相关的信息对示踪地球演化关键期大气氧含量有重要意义。目前业已建立的相关指标包括I/Ca、Ce含量、S同位素,以及活性Fe与总Fe的比值等。然而,这些指标均存在一定的不足。为了能更好地厘清沉积氧化还原条件,改进现有指标或发展新的指标就变的尤为必要。
  距今约260Ma的中二叠(瓜德鲁普)世发生了一期全球性生物灭绝事件,前人的研究表明海水缺氧与生物灭绝具有同步性,因此海水缺氧可能是导致生物灭绝的重要原因。研究采集了昆明西郊中二叠统茅口组(P2m)碳酸盐岩,通过微古化石、碳同位素和磁化率证据确定生物灭绝层,在此基础上利用基于同步辐射的X射线荧光(μXRF)和激光剥蚀-电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MS)对生物灭绝层和非生物灭绝层样品开展了微量元素微区分布和含量测定,通过分析元素分布及含量相关性,建立指示沉积环境氧化还原条件的地球化学新指标。
  通过μXRF实验发现,在生物灭绝层之下的地层中,As与Fe及Ce与Mn在有孔虫化石中的分布呈现一致性,拉曼结果显示As与Ce的分布不受有机质和硫化物制约;在生物灭绝层中,这种相关性消失,而As的分布受有机质制约。LA-ICP-MS分析结果显示与非生物灭绝层相比,生物灭绝层中Ce与Mo的含量降低,V与的含量升高;在非生物灭绝层Ce与Cr、Mn、Mo正相关,在非生物灭绝层相关性消失。研究结果证实了沉积环境由非生物灭绝期氧化条件到生物灭绝期还原条件的转变。在非生物灭绝期的氧化条件下,Fe与Mn的(氢)氧化物稳定存在,这些物相制约了微量元素As、V、Cr、Mo的地球化学行为;在生物灭绝期,Fe与Mn的(氢)氧化物发生还原分解,所有元素的相关性均消失。
  研究认为有孔虫中As与Fe及Ce与Mn分布的相关性是示踪沉积环境氧化还原条件的有效指标:As与Fe及Ce与Mn相关时,指示沉积环境为氧化条件;As与Fe及Ce与Mn不相关时,指示沉积环境为还原条件。该指标是传统Fe形态指标的重要补充,在研究地球演化关键期大气氧含量方面有比较重要的应用价值。
[硕士论文] 李鸿儒
桥梁与隧道工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:岩石在动荷载和围压作用下的力学性能涉及到地下工程结构开发、矿井深部冲击地压和高地应力下脆性岩体的岩爆等多个领域。目前,有关岩石在动载和围压耦合作用下力学性能的研究仍相对较少。本文基于岩石动力学基本理论开展室内实验,并结合数值模拟技术,开展的工作及得出的结论主要如下:
  首先,利用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对花岗岩试样进行了不同围压下的冲击压缩试验,探讨了动载荷下花岗岩强度、变形、能量特征及破坏模式与机理。结果表明,随围压和应变率的增大,岩样的强度提升明显,能耗密度对岩样强度的影响与应变率相近;高围压下花岗岩塑性变形增大,出现明显的塑性屈服平台;莫尔-库伦准则中动荷载强度的应变率效应主要表现为粘聚力的不断增大,三参数幂函数准则的拟合效果最佳;围压一定时,加载应变率和试样能耗密度及入射能间有良好的线性关系,且在相同入射能下应变率和能耗密度均随围压的增加有所降低;花岗岩裂纹扩展速度与试样破坏程度均随能耗密度不断增长,且呈现出由低围压下轴向劈裂破坏转为高围压下压剪破坏的趋势。
  接着,结合损伤统计理论和元件模型理论建立了花岗岩中高应变率和围压共同作用下的本构模型,并分析了各个参数对模型应力-应变曲线的影响。研究发现,当Ea增大,曲线加卸载段斜率均增大;参数Eb仅对屈服强度以前的曲线有一定影响;参数m与α对屈服阶段以后的应力-应变曲线有明显影响,其中参数m处于3~6之间,α与围压和应变率成正比;黏滞系数η影响着全应力-应变曲线,大小分布在0.1~0.5之间。
  最后,详细介绍了Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构中各个参数的物理意义,并结合前人成果确定出适合于本文花岗岩的HJC参数,之后利用ANSYS/LS-DYNA软件进行了冲击试验过程的数值模拟。在冲击荷载作用下,花岗岩试样最先发生张应变破坏,继而转为轴向劈裂破坏,并有部分被压碎;HJC模型能较好地表征大变形、高应变率以及围压作用下岩石类材料的应力应变关系以及破坏形态,数值模拟与试验结果吻合度较高。
[硕士论文] 吴峥
矿物学、岩石学、矿床学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:硬玉石英岩是大别山超高压变质带内一种特殊的岩石类型,其原岩的成因和形成时代研究,对大别山造山带的形成演化具有重要的意义。
  大别山硬玉石英岩分布在安徽省岳西县菖蒲至潜山县野寨大约40千米、宽1千米的近东西向带内。近期我们在其东部的潜山县侯冲、灰冲、江家坂等地发现了新的硬玉石英岩露头。本次通过野外调查、测制剖面、采集样品,开展了岩相学、岩石地球化学以及同位素年代学的研究,取得如下认识与结论:
  1.侯冲、上新田地区出露硬玉石英岩、大理岩、黑云斜长片麻岩等,呈层状、似层状产出,其中含较多的榴辉岩透镜体,为一套典型的变质沉积岩组合,宏观上构成大理岩、硬玉、石英、石榴石、金红石及少量多硅白云母组成。石榴石及硬玉中都有柯石英或其假象。硬玉石英岩可以分出4个世代的矿物组合。
  2.硬玉石英岩主量元素平均含量为SiO272.73%、Al2O311.77%、MgO1.61%、Fe2O35.00%、Na2O5.45%、K2O0.22%、TiO20.59%,具有明显的富硅、富铁、富钠特征;特征微量元素平均含量Th10.12×10-6、U1.94×10-6、Hf10.91×10-6、Sc7.68×10-6、Zr437.05×10-6、Nb15.81×10-6、Y45.36×10-6、Ba141.88×10-6、Sr30.07×10-6;Th/U为5.18、Th/Sc为1.56、La/Sc9.50;∑REE平均含量223.07×10-6,(La/Yb)N7.01,δEu=0.61,Eu负异常明显,轻稀土富集。Sm/Nd比值范围为0.18~0.23。地球化学原岩图解判别结果表明,硬玉石英岩原岩为富钠的杂砂岩。根据野外产状,硬玉石英岩、大理岩、黑云斜长片麻岩、榴辉岩其原岩建造为一套典型的碎屑岩-碳酸盐建造,形成于大陆岛弧兼有活动大陆边缘的构造环境。
  3.LA-ICP-MS锆石定年结果,硬玉石英岩核部碎屑锆石获得一组年龄为1777~1876Ma,表明硬玉石英岩原岩形成时代为古元古代。锆石幔部、边部获得另外一组年龄为231~237Ma,表明硬玉石英岩形成于中晚三叠世超高压变质阶段。
[硕士论文] 林涛
矿物学、岩石学、矿床学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:新疆阿拉套山位于西天山北部,是中亚造山带的重要组成部分,该地区发育有大量的晚石炭世-早二叠世的花岗岩,目前对这些花岗岩的类型、岩浆演化以及成因还存在一定的争议。新疆北部准噶尔等地区出露有大面积的晚石炭世到早二叠世的A型花岗质岩石,与其相邻的阿拉套山地区是否也存在同时代的A型花岗岩。另一方面,阿拉套山地区花岗岩相对东天山及西准噶尔地区同时代花岗岩具较高的(87Sr/86Sr)i值和较低的εNd(t)值,这一特征是否与西天山造山带存在的古老基底有关,古老基底在阿拉套山地区花岗岩形成过程中所起的作用还值得探究。
  本硕士论文以阿拉套山东段的孔吾萨依花岗岩体及乌图布拉格流纹岩体为研究重点,对孔吾萨依花岗岩及乌图布拉格流纹岩进行了详细的地球化学及矿物学研究。此外,还针对孔吾萨依花岗岩开展了年代学、同位素地球化学研究。结合前人的研究成果及本文上述实验分析结果,探讨了孔吾萨依花岗岩及乌图布拉格流纹岩的岩石类型、成岩年代、岩浆演化、岩石成因及其构造意义。本文主要得到以下认识及结论:
  1、孔吾萨依花岗岩体主要由花岗斑岩、二长花岗岩、粗粒钾长花岗岩及细粒钾长花岗岩组成。其中,孔吾萨依花岗岩体花岗斑岩形成于293.3±4.0Ma;二长花岗岩的成岩年代为293.1±3.6Ma;细粒钾长花岗岩成岩年代为293±3.7Ma。上述同位素定年结果表明,孔吾萨依岩体中各类型花岗岩均是同时代的产物,形成于晚石炭世到早二叠世。
  2、孔吾萨依岩体花岗斑岩、二长花岗岩、粗粒钾长花岗岩,细粒钾长花岗岩和乌图布拉格流纹岩均具有高的总碱值和高的Fe*值及TiO2/MgO比值,同时富集Zr、Hf和稀土元素,而亏损Ba、Sr、P、Ti和Eu,且具较高的Ga/Al比值,黑云母属于铁质云母和铁叶云母系列;其地球化学特征及矿物学特征均与典型A型花岗岩类似,且属A2型花岗岩系列。二长花岗岩的地球化学及角闪石化学组成反映其可能具铝质A型花岗岩的特征。
  3、孔吾萨依岩体中,从花岗斑岩到二长花岗岩和粗粒钾长花岗岩再到细粒钾长花岗岩,其Eu负异常程度越来越大,Ba、Sr、P、Ti等的亏损及Rb、Th、U等的富集程度逐步增大,岩浆温度逐步降低,碱性长石具富钠的演化趋势。上述特征显示孔吾萨依岩体中花岗斑岩到细粒钾长花岗岩具有同源岩浆结晶演化的特征。晚期乌图布拉格流纹岩温度再次上升,表明流纹岩是后期另一起岩浆作用的产物。
  4、孔吾萨依花岗岩及乌图布拉格流纹岩均具正高的εNd(T)值,较高的Y含量,低的Mg#,黑云母镁质系数小于6%。其同位素地球化学特征及矿物学特征研究表明孔吾萨依花岗岩及乌图布拉格流纹岩可能源于年轻的玄武质地壳,形成于后碰撞伸展环境,低压高温低氧逸度条件下。并且岩浆源区有基底物质的加入,古老地壳物质对孔吾萨依花岗岩体的贡献从花岗斑岩到粗粒钾长花岗岩有增大的趋势。阿拉套山西部花岗岩岩浆源区中相对于东部花岗岩含有更多的古老基底岩石,变质基底岩石的部分熔融致使阿拉套山西部花岗岩具有高A/CNK值,含有较多的白云母等铝质和过铝质矿物,阿拉套山西部花岗岩可能为铝质A型花岗岩。
[博士论文] 路应辉
地球化学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:秦岭造山带是中国中央造山带的重要组成部分之一,记录了华南陆块与华北陆块之间从古生代大洋俯冲和弧陆碰撞到中生代陆陆碰撞并最终导致两大陆块拼合的整个过程,具有复杂的构造演化历史。尤其在早中生代时期,伴随华南与华北陆块之间的大陆碰撞作用,秦岭造山带经历了强烈的构造-岩浆活动,形成了大面积的晚三叠世花岗岩。这些花岗岩侵入体是碰撞造山带构造演化的重要产物,因此可以对认识秦岭造山带的地壳结构和地球动力学演化提供重要的信息。秦岭造山带广泛出露的晚三叠世花岗岩和其中的暗色包体为研究这些问题提供了良好的天然样品,有助于进一步深化和丰富人们对花岗岩成因问题的理解和认识。尽管前人对秦岭造山带晚三叠世花岗岩开展了大量研究,取得了丰富的成果,但关于它们的岩浆源区和地球动力学背景仍存在很大的争议。有鉴于此,本学位论文选取了秦岭造山带典型的晚三叠世花岗岩体(南秦岭南缘光头山和华阳岩体,南秦岭北缘沙河湾、曹坪和柞水岩体,西秦岭糜薯岭岩体)进行了详细的岩石学、矿物学和地球化学研究,结果制约了这些晚三叠世花岗岩及其中暗色包体的形成时代、岩石类型、源区性质和岩石成因机制等。
  本文对南秦岭近勉略带的光头山(GTS)和华阳(HY)岩体进行了锆石U-Pb定年和Lu-Hf同位素、全岩主微量元素和Sr-Nd-Hf同位素以及矿物氧同位素研究。结果表明,这些花岗岩源于变沉积岩部分熔融,不是前人研究认为的变火成岩部分熔融产物,因此它们属于S型花岗岩而非Ⅰ型花岗岩。LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果表明,这些花岗岩体形成于207±3至212±4Ma。光头山花岗岩具有弱到强过铝质特征(A/CNK=1.05~1.15)和高的全岩氧同位素组成(δ18OWR=9.52~11.20‰)。华阳花岗岩同样显示弱到强过铝质特征(A/CNK=1.04~1.14),具有高的锆石和全岩氧同位素组成(δ18OZr=1071~11.43‰、δ18OWR=12.42~13.77‰)。另一方面,光头山花岗岩具有低的K2O/Na2O比值(0.5~132)、低的Rb/Sr比值但相对高的Sr/Ba比值,不同程度的铕异常(Eu/Eu*=0.29~1.05)以及相对低的锆石饱和温度(TZr=653~766℃)。相反地,华阳花岗岩具有高的K2O/Na2O比值(1.01~2.82)、高的Rb/Sr比值但低的Rb/Ba比值,明显的铕负异常(Eu/Eu*=052~0.77)和相对高的锆石饱和温度(TZr=711~795℃)。基于这些地球化学特征,并与不同岩性(角闪岩、杂砂岩、泥质岩)在不同熔融条件下(水致vs.脱水)的实验熔体成分相对比,综合分析表明,光头山花岗岩形成于相对低温和流体存在条件下变泥质岩和变杂砂岩的水致部分熔融,而华阳花岗岩则形成于相对高温条件下变杂砂岩的脱水部分熔融。此外,两个花岗岩侵入体均显示了变化的且高的全岩(87Sr/86Sr)1值(0.7047~0.7115),负的全岩εNd(t)值(-9.8~-6.8)和锆石εHf(t)值(-13.1~-2.0),对应于中元古代到古元古代的两阶段Nd-Hf模式年龄,表明这些花岗岩的源岩是风化的古老地壳物质。另外,这些花岗岩的εNd(t)值与南秦岭南缘和华南陆块北缘的沉积岩类似,表明它们之间具有成因上的联系。因此,光头山和华阳花岗岩起源于变沉积岩而不是变火成岩的部分熔融,它们属于S型而不是Ⅰ型花岗岩。这些沉积岩可能在三叠纪大陆俯冲和碰撞过程中随俯冲陆壳一起被带入到深部地壳,经历复杂的埋藏和变质作用,在一定温度压力条件下这些变沉积岩发生部分熔融形成了光头山和华阳S型花岗岩。
  大陆花岗岩通常具有岩性和地球化学多样性。不同的模型和假说已经被提出用来解释不同岩体甚至同一岩体内部地球化学组分的变化,其不仅受控于源岩的组成和性质,也受到岩浆过程和部分熔融条件的影响。本文对南秦岭近商丹带出露的沙河湾、曹坪和柞水岩体进行了详细的锆石U-Pb定年和Lu-Hf同位素、全岩主微量元素和Sr-Nd同位素、矿物化学和氧同位素研究,并利用模拟计算来检验地壳岩石部分熔融过程中微量元素分异行为。研究结果表明,这些花岗岩起源于造山带下地壳变火成岩部分熔融,属于Ⅰ型花岗岩,记录了大陆地壳的再造。LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果表明,这些岩体形成于208±2至216±3Ma,与绝大多数秦岭造山带三叠纪花岗岩的形成年龄(205~225Ma)一致。此外,锆石CL图像和U-Pb定年没有发现残留锆石。沙河湾和曹坪花岗岩具有高钾钙碱性和准铝质的特征(A/CNK=0.84~0.93),含有角闪石且岩体边部发育有镁铁质微粒包体(MMEs),具有类似正常地幔锆石的氧同位素组成(δ18OZr=4.71~5.72‰)。柞水花岗岩具有高钾钙碱性和准铝质到弱过铝质特征(A/CNK=0.99~1.03),不含角闪石且几乎没有MMEs发育,具有相对低的锆石氧同位素组成(δ18OZr=4.60~4.83‰)。另一方面,沙河湾和曹坪花岗岩具有相对低的SiO2含量(62.88~69.04wt.%),相对高的FeOT,MgO和TiO2含量但低的Rb/Sr和Al2O3/TiO2比值,无明显铕负异常(Eu/Eu*=0.79~0.89)和相对平滑的REE分布特征。与此相反,柞水花岗岩具有相对高的SiO2含量(69.32~75.94wt.%),相对低的FeOT,MgO和TiO2含量但高的Rb/Sr和Al2O3/TiO2比值,中等程度的铕负异常(Eu/Eu*=0.63~0.81)以及上凹的REE分布型式。这些花岗岩都具有富集LREE和LILE、亏损HFSE的弧型微量元素分布特征。地球化学对比和微量元素模拟表明,这些花岗岩明显不同于大别造山带加厚下地壳熔融形成的埃达克质岩(adakitic rocks),仅需要正常厚度下地壳的镁铁质岩石发生~20%至30%的部分熔融即可形成。综合所有分析结果并进一步与前人对不同岩石的实验岩石学熔体组分相对比,表明这些花岗岩形成于变玄武岩脱水部分熔融,随后经历了不同程度的分离结晶作用,且熔融温度及其熔融程度也控制了这些花岗岩地球化学组分的变化。矿物主量元素分析表明,沙河湾和曹坪花岗岩结晶的温度约628~766℃、压力约0.7~2.3kb且比柞水花岗岩具有更高的氧逸度。另一方面,三个岩体的花岗岩均显示了相对亏损的全岩(87Sr/86Sr)1值(0.7045~0.7055),轻微负的全岩εNd(t)值(-4.0~-1.5)和轻微负到正的锆石εHf(t)值(-1.3~32),对应于中元古代的两阶段Nd模式年龄(1.05~1.38Ga)和Hf模式年龄(1.04~1.39Ga),表明这些花岗岩源于中元古代地壳物质的再造。另外,这些花岗岩的全岩εNd(t)值和锆石εHf(t)值类似于南秦岭新元古代耀岭河群变质火山岩及镁铁质-超镁铁质侵入体的同位素组成,而明显不同于扬子板块北缘新元古代碧口群变质火山岩及镁铁质-超镁铁质侵入体的同位素组成。结合它们非埃达克质岩特征,表明这些花岗岩起源于南秦岭镁铁质下地壳而不是俯冲的扬子陆壳的部分熔融。综合区域地质背景,这些花岗质岩浆作用可能形成于晚三叠世华南与华北两大陆块同碰撞过程中的造山带下地壳再造。
  不同性质的地壳岩石部分熔融可以产生不同类型的花岗岩,然而同一源岩在不同P-T条件下部分熔融能否产生不同类型的花岗岩?这对花岗岩地球化学组分具有怎样的影响并不清楚。此外,花岗岩中通常发育镁铁质微粒包体,这为理解花岗岩的源区性质和岩浆过程提供了重要的信息,但目前关于其成因机制仍存在很大的争议。鉴于此,本文通过对西秦岭东部糜薯岭二长花岗岩和其中暗色包体以及黑云母花岗岩进行了详细的岩石学、矿物学和地球化学研究。研究结果不仅制约了暗色包体的成因而且认识了花岗岩的源区性质。LA-ICPMS和SIMS锆石U-Pb定年结果表明,糜薯岭二长花岗岩、黑云母花岗岩和暗色包体形成于213±2到219±2Ma,具有误差范围内一致的形成年龄。它们均具有弧型微量元素分布特征、相似的全岩Sr-Nd-Hf-O同位素和锆石Hf-O同位素组成,表明它们起源于共同的地壳源区。MMEs的单斜辉石组分、一致高的原位锆石氧同位素(δ18O=7.32~9.21‰)以及富集的Sr-Nd-Hf同位素等特征,共同表明MMEs并不是幔源镁铁质岩浆与长英质岩浆混合的产物。另外,MMEs具有细粒火成结构,含有针状磷灰石和丰富的角闪石。它们具有单斜辉石被角闪石不同程度置换的交代反应结构以及斜长石不平衡组分特征。所有这些地球化学和岩相学特征表明,MMEs形成于中性岩浆和寄主长英质岩浆的混合。另一方面,黑云母花岗岩具有弱过铝质特征(A/CNK=1.02)、含有不同时代的残留锆石以及高的锆石氧同位素组成(δ18O=7.59~8.77‰),表明其形成于相对低温条件下变沉积岩早期阶段的部分熔融。相比于黑云母花岗岩,寄主二长花岗岩具有准铝质特征(A/CNK=0.92~0.99)且含有角闪石,类似于典型Ⅰ型花岗岩特征。然而,它们也具有高的原位锆石和全岩氧同位素组成(δ18OZr=787~9.21‰、δ18OWR=9.42~10.89‰)。这些地球化学特征表明,寄主二长花岗岩源于相对高温条件下由早期黑云母花岗质岩浆提取之后的变沉积岩残留体在晚期阶段的部分熔融。因此,变沉积岩在不同阶段和温度条件下发生部分熔融对花岗岩地球化学多样性具有重要的影响。综合研究表明,源区性质、熔融温度及其熔融程度控制着花岗岩地球化学成分的变化。
[博士论文] 荣伟
地质学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:本博士学位论文选取江南造山带中东段九岭地区新元古代九岭过铝质花岗岩基和星子花岗岩体作为研究对象,通过系统的岩石地球化学研究和对过铝质花岗岩地球化学成分变化的合理解释,结果不仅对过铝质花岗岩体中的镁铁质包体提出了新的形成机制,而且发现大的过铝质花岗岩基形成过程中存在长英质岩浆之间混合的重要作用,并且在过铝质岩体中辨别出了I型和S型花岗岩,最后对过铝质花岗岩基主要是地壳物质再循环的产物给予了进一步的确认。
  花岗岩中镁铁质包体的来源往往能够对花岗岩的成因提供重要的信息。九岭东南部坳子村花岗岩主要为中粗粒的黑云母花岗岩,其内广泛存在镁铁质包体。这些镁铁质包体大小不一,从小于一厘米到大于十几厘米,它们粒度比寄主花岗岩细,颜色更深。它们与寄主花岗岩具有相似的矿物组合,但黑云母含量更高且相对缺乏钾长石。一些黑云母聚集体(小包体)中存在着石榴石碎片,这些石榴石含量较少,通常都与黑云母相关,部分被黑云母环绕、部分具有黑云母边、部分与黑云母呈港湾状接触,一些微尺寸(<10μm)的细长状黑云母与它形石英生长在石榴石颗粒边内。岩相学观察表明,这些黑云母是通过消耗石榴石而生长的,属于变交代成因。同时这些变交代黑云母在地球化学成分上也显示了继承石榴石的成分特征,它们具有更高的Mg#、MgO、A/CNK含量,更低的TiO2、K2O、(La/Yb)N、(Gd/Yb)N含量,以及显著的Eu负异常。另外,一些石榴石颗粒内还包裹着少量原生黑云母包裹体,这些黑云母包裹体与变交代的黑云母具有相似的成分特征。因此,黑云母聚集体中的石榴石碎片应该为转熔石榴石,而与这些转熔石榴石相关的黑云母则为转熔石榴石与花岗质熔体逆反应形成的二次反应矿物,这一反应就是黑云母脱水熔融的逆反应:石榴石+钾长石+熔体1+水=黑云母+斜长石+石英+熔体2。
  九岭坳子村寄主花岗岩SiO2含量为62.94~67.91wt.%,主要为花岗闪长质;而镁铁质包体SiO2含量为59.12~61.81wt.%,主要为闪长质。SIMS锆石U-Pb定年结果表明,寄主花岗岩与镁铁质包体具有误差范围内一致的形成年龄为中新元古代(823±3~824±4Ma)。寄主花岗岩的全岩(87Sr/86Sr)1比值为0.708到0712、εNd(t)值为-3.34,锆石εHf(t)值为4.10到7.49、δ18O值为10.70‰到11.81‰;镁铁质包体的全岩(87Sr/86Sr)1比值为0.710到0.714、εNd(t)值为-0.75到-2.74,锆石εHf(t)值为4.26到4.69、δ18O值为10.50‰到10.90‰。由此可见,镁铁质包体与寄主花岗岩具有相似的全岩Sr-Nd-Hf-O同位素组成,其富集的Sr-Nd同位素和高的δ18O值表明寄主花岗岩和镁铁质包体主要来源于地壳物质,而非地幔物质。另外,寄主花岗岩和镁铁质包体都显示了强过铝质的特征(A/CNK>1.1),表明坳子村花岗岩和镁铁质包体源岩主要为经历过地表化学风化的沉积岩。矿物学资料表明,坳子村花岗岩中镁铁质包体内的黑云母一部分和与石榴石相关的变交代黑云母成分相似,另一部分与寄主花岗岩中的黑云母成分相似。同时,镁铁质包体中的黑云母比寄主花岗岩中的黑云母含有更多的斜长石包裹体且缺乏钾长石包裹体。另外,镁铁质包体中的锆石与寄主花岗岩中的锆石具有一致的εHf(t)值(2.7~5.9vs.3.8~7.8)和δ18O值(8.23~9.99‰vs.8.03~10.09‰)。综合这些结果,本文提出,九岭坳子村花岗岩中富黑云母的包体是转熔石榴石聚集体在花岗质岩浆演化的晚期、水活度较高的条件下与花岗质熔体逆反应形成的。热力学模拟表明,坳子村花岗岩中直接从岩浆中结晶的黑云母约为5%,远低于薄片中观察到的比例。因此,寄主花岗岩中黑云母也主要来自于转熔石榴石与花岗质熔体的逆反应。质量平衡计算表明,约10%的转熔石榴石被夹带进入了坳子村花岗岩中。这些夹带的转熔石榴石大部分最终与花岗质熔体发生逆反应,形成了变交代黑云母,从而直接提高了坳子村S型花岗岩中的MgO+FeOT含量。这对转熔矿物夹带模型是一个补充,因为缺乏转熔矿物在花岗岩中的存在形式一直是该模型的最大问题。本文研究表明,这些转熔矿物大多已经与寄主花岗质熔体逆反应形成了新矿物如黑云母等,从而影响了S型花岗岩的成分变化。
  不同源区来源的长英质岩浆之间的混合在花岗岩成因中可能普遍存在,但是一直难以识别。九岭过铝质花岗岩基中存在着两种类型花岗质岩石,一种是中粗粒的低硅花岗岩,其SiO2含量为62.22~68.97wt.%;另一种是中细粒的高硅花岗岩,其SiO2含量为71.51~74.04wt.%。SIMS和LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果表明,低硅和高硅花岗岩具有一致的侵位年龄,为中新元古代~820Ma。低硅和高硅花岗岩都显示了强过铝质的特征(A/CNK>1.1),但是低硅花岗岩比高硅花岗岩具有更高的MgO、FeO、TiO2、Al2O3以及MREE含量。全岩锆饱和温度计算表明,低硅花岗岩具有相对较高的全岩锆饱和温度771~855℃,而高硅花岗岩具有相对较低的全岩锆饱和温度736~765℃。低硅花岗岩全岩(87Sr/86Sr)1比值为0.706到0.720、εNd(t)值为-2.74到-4.44、两阶段Nd模式年龄为1.71~1.85Ga,锆石εHf(t)值为3.93到6.57、两阶段Hf模式年龄为1.40~1.57Ga;高硅花岗岩全岩(87Sr/86Sr)1比值为0.712到0.717、εNd(t)值为-3.20到-4.36、两阶段Nd模式年龄为1.75~1.85Ga,锆石εHf(t)值为1.99到3.44、两阶段Hf模式年龄为1.60~1.69Ga。两者在Sr-Nd-Hf同位素组成上的差异指示,它们的源区属于不同成分的地壳。
  另外,在九岭岩基低硅和高硅花岗岩中鉴定出了两组锆石和石榴石,它们或以单晶体形式出现,或以核边结构出现在同一颗粒中。组Ⅰ锆石具有高的δ18O值(>8‰,平均10.1‰)和低的εHf(t)值(平均0.8),而组Ⅱ锆石具有相对较低的δ18O值(<8‰,平均6.8‰)和较高的εHf(t)值(平均5.1)。组Ⅰ和组Ⅱ锆石都既存在于岩浆锆石边部也存在于岩浆锆石核部。组Ⅰ石榴石富集FeO和MgO,贫CaO和MnO;而组Ⅱ石榴石则相对富集CaO和MnO,贫FeO和MgO。组Ⅰ石榴石具有显著的Eu负异常,MREE-HREE表现出平坦到下降的趋势;而组Ⅱ石榴石具有弱或者无Eu负异常,MREE-HREE呈现陡峭的趋势。此外,组Ⅰ石榴石相对组Ⅱ石榴石具有更高的O同位素比值,且组Ⅰ石榴石与组Ⅰ锆石氧同位素平衡,组Ⅱ石榴石与组Ⅱ锆石氧同位素平衡。在具有核边结构的颗粒中,组Ⅰ石榴石主要出现在核部,而组Ⅱ石榴石主要出现在边部。
  综合分析表明,九岭过铝质花岗岩基主要由地壳岩石熔融产生,但是两组锆石和石榴石分别结晶于两批不同成分的长英质岩浆。批次Ⅰ岩浆可能来自于古老地壳沉积物在较高的温度下部分熔融产生,而批次Ⅱ岩浆可能来自于相对新生地壳岩石在较低的温度下部分熔融。因此,九岭过铝质花岗岩基是由两批来自不同地壳源区、具有不同地球化学成分的长英质岩浆之间混合形成的。
  星子花岗岩体不同地区五件样品SIMS锆石U-Pb定年结果表明其形成年龄为819±5Ma到831±6Ma,为新元古代中期,与周边九岭岩基一样属于江南造山带~820Ma这一期岩浆岩的一部分。星子花岗岩体大部分样品都显示了均一的过铝质成分特征(A/CNK>1.0),并且具有基本一致的全岩Sr-Nd-Hf同位素成分,同时在全岩成分协变图上,A/CNK和P2O5与SiO2基本没有明显的变化关系,类似于S型花岗岩的成分特征,且同岩浆锆石均具有高于地幔值的O同位素值。但是星子花岗岩中另一部分与辉长岩脉相关的花岗岩却显示了从准铝质到过铝质的特征,并且呈现了明显的A/CNK与SiO2正相关关系以及P2O5与SiO2负相关关系,类似于I型花岗岩,同时这些样品内的同岩浆锆石具有接近于地幔锆石的O同位素组成。这些成分特征表明星子花岗岩中存在着S型和I型两种花岗岩。因此,星子花岗岩体主要是由S型和I型花岗质岩浆混合形成。同时S型花岗岩样品具有低于地幔值的正的εHf(t)值,而I型花岗岩样品具有类似地幔锆石的高的εHf(t)值,表明S型花岗质岩浆主要来源于年轻弧地壳岩石快速沉积之后深熔,而I型花岗质岩浆则主要是新生地壳岩石重熔形成。
  本文研究表明,过铝质花岗岩中富黑云母的包体除了传统认为的残留体来源、镁铁质岩浆来源以及堆晶来源外,还可能是花岗质熔体中夹带的转熔石榴石聚集体在花岗质岩浆演化的后期发生逆反应形成的,过铝质花岗岩中高的MgO+FeOT含量可能是转熔石榴石与熔体逆反应形成的大量黑云母散入到花岗岩中造成的。过铝质花岗岩主要是由地壳物质部分熔融形成,不同成分的长英质岩浆批式侵入可能是形成这种大花岗岩基的主要方式。长英质岩浆之间的混合往往难以通过全岩地球化学研究识别,但是通过对不同难熔矿物进行微区矿物学和地球化学的综合研究是识别长英质岩浆混合的一种有效方式。综合矿物学、全岩地球化学成分以及锆石O同位素组成能够对过铝质花岗岩体内I型和S型花岗岩的鉴别提供准确且有效的制约。
[博士论文] 李海勇
地球化学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:大别-苏鲁造山带是世界上规模最大、出露最为完整的超高压变质带之一,其中发育了大量造山带橄榄岩。这些造山带橄榄岩记录了橄榄岩与片麻岩接触界面上发生的流/熔体-橄榄岩反应,是研究大陆俯冲带壳幔相互作用的理想天然实验室。本文对苏鲁造山带东北部荣成地区的纯橄岩和围岩片麻岩及中部日照地区的石榴单斜辉石岩进行了系统的岩石学、地球化学和锆石学研究,对造山带橄榄岩的成因和演化,地壳交代作用的温压条件、时间,交代组分的组成、性质和来源,锆石的形成机制,超基性岩中名义上无水矿物的水储存能力和控制因素等进行了详细讨论,为大陆俯冲隧道壳幔相互作用提供了新的重要制约。
  对苏鲁造山带滕家纯橄岩及其寄主片麻岩进行了系统的全岩主微量元素、Sr-Nd同位素及矿物主微量元素和矿物氧同位素分析。结果发现,大陆俯冲隧道板片-地幔界面存在多期地壳交代作用。滕家纯橄岩高度富集难熔组分、亏损富沃组分。橄榄石具有高的Fo值和高的NiO含量。斜方辉石具有高的Mg#但低的CaO和Al2O3含量。尖晶石具有高的Cr#但低的TiO2含量。这些特征指示,滕家纯橄岩来源于高度亏损的华北克拉通之下的大陆岩石圈地幔。滕家纯橄岩富集大离子亲石元素、亏损高场强元素,具有正Pb异常和富集的Sr-Nd同位素组成。造岩矿物表现出正的Pb和Sr异常,低Th/U比值以及相似或低于正常地幔δ18O值。这些观察指示,滕家纯橄岩经历了地壳衍生流体的交代作用。矿物结构和主微量元素组成表明,纯橄岩中存在多期次矿物重结晶和生长。矿物组成和P-T计算指示,滕家纯橄岩随着俯冲从弧前深度到弧下深度,从尖晶石橄榄岩转变为石榴橄榄岩。在橄榄岩从地幔楔进入俯冲隧道并进一步俯冲过程中,在弧前深度受到第一阶段俯冲大陆地壳衍生的富水流体交代作用,形成交代橄榄岩。这些交代岩在俯冲隧道内进一步俯冲至弧下深度,并在4.0-4.4GPa和773-838℃经历超高压变质作用。第二阶段交代作用发生在初始折返阶段,从碳酸盐熔体中生长白云石质碳酸盐。第三阶段交代作用发生在早期折返阶段,形成交代锆石和角闪石。交代流体并非源于现今出露地表的寄主片麻岩,而是来自深俯冲大陆地壳的其它部位,是在俯冲带深部与纯橄岩接触的地壳岩石,目前并不出露在纯橄岩附近。这些多阶段地壳交代作用指示,地幔楔底部的橄榄岩在大陆俯冲过程中被刮削进入俯冲隧道,并且在不同深度经历不同组分地壳来源流体的交代作用。因此,造山带橄榄岩记录了大陆俯冲带从俯冲板片向地幔楔的地球化学传输。
  对苏鲁造山带滕家纯橄岩及其寄主片麻岩不同锆石区域进行了矿相学(内部结构和外部形态)、U-Pb定年、微量元素和Hf-O同位素联合分析。结果不仅揭示了造山带橄榄岩中锆石为地壳来源流体交代成因,而且为大陆俯冲隧道壳幔相互作用提供了重要制约。滕家纯橄岩中锆石具有明显的核-(幔)-边结构。交代生长锆石弱分带或无分带,U-Pb年龄为220±2至231±4Ma。这些区域具有相对低的Th/U比值(<0.1)和HREE含量、陡峭的MREE-HREE配分模式、负的Eu异常和负至低的δ18O值(-11.3至0.9‰),包含有石英和磷灰石包裹体。因此,这些锆石在深俯冲大陆地壳早期折返阶段在地壳流体交代橄榄岩的过程中新生长。相反,残留锆石区域具有典型的岩浆锆石特征,具有振荡环带或模糊的振荡环带,主要为新元古代U-Pb年龄,同时含有少量中至古元古代的U-Pb年龄。这些锆石区域具有高的Th/U比值(>0.1)和陡峭的MREE-HREE配分模式,包含有石英、磷灰石和斜长石包裹体。它们的U-Pb年龄、微量元素和Hf-O同位素组成与大别-苏鲁造山带超高压变质岩的原岩锆石相似。因此,这些残留岩浆锆石是被来自深俯冲大陆地壳的交代流体物理迁移到纯橄岩之中。总之,滕家纯橄岩经历了来自深俯冲大陆地壳早期折返阶段变质脱水形成的富水溶液的交代作用。在大陆俯冲隧道的板块-地幔界面,这些地壳来源的流体不仅携带Zr和Si等化学组分,而且把深俯冲地壳来源的微小锆石颗粒物理迁移进入橄榄岩。有鉴于此,造山带橄榄岩通过化学迁移(溶解元素)和物理迁移(微小矿物颗粒)等机制记录了大陆俯冲带深部的壳幔相互作用。
  对苏鲁造山带胡家林石榴单斜辉石岩进行了全岩主微量元素、Sr-Nd同位素及矿物水含量、主微量元素和氧同位素联合分析。结果不仅为造山带石榴辉石岩成因和石榴辉石岩水储存能力及其在地球水循环中作用提供了制约,而且为大陆俯冲隧道壳幔相互作用提供了重要制约。胡家林石榴单斜辉石岩由地幔楔橄榄岩与三叠纪深俯冲大陆地壳部分熔融衍生的含水长英质熔体发生交代反应而形成。单斜辉石水含量为523-1213ppm,石榴石水含量为55-1476ppm。这些矿物的水含量不仅与矿物主微量元素含量具有相关性,而且矿物颗粒内部水含量相对均一。该特征排除了矿物水含量在辉石岩从地幔深度折返到地表过程中存在明显扰动,也就是说,地幔交代岩的原始水含量得到了保存。石榴辉石岩高的水含量主要由富水单斜辉石的丰度控制。石榴石也具有高的水含量,说明其也是地幔深度赋存水的重要矿物相。计算的全岩水含量和H2O/Ce比值分别为424-660ppm和63-145。辉石岩的水含量高于洋中脊玄武岩的地幔源区,相似或高于洋岛玄武岩的地幔源区,接近于岛弧玄武岩岩浆源区的下限。辉石岩的H2O/Ce比值高于夏威夷石榴辉石岩和SWIR大洋辉石岩。这些特征表明,交代富辉石地幔岩石与高水含量和变化H2O/Ce比值的地幔源区有关;这也支持一些板内玄武岩的源区可能为橄榄岩和辉石岩的混合物。另一方面,地幔楔中高水含量辉石岩的存在能够增强地幔楔的水储存能力,并减少水由俯冲向深部地幔的迁移。
[博士论文] 马晓雄
矿物学、岩石学、矿床学 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:江南造山带浙江段位于江南造山带最东端,扬子陆块和华夏陆块交汇处。浙江段出露了诸多造山后幔源火成岩,它们以岩流、岩体、岩席/岩墙等形态产出,包括浦江蒙山细碧岩、萧山大桥玄武岩、开化高岭安山玄武岩等火山岩和开化大龙辉绿岩体、岭里辉绿岩株、浦江叶村辉绿岩席、石井于辉绿岩席、富阳辉绿岩席群、诸暨次坞辉绿岩体等侵入岩。论文在野外地质的基础上,对上述火成岩进行岩相学、矿物学、年代学、地球化学和同位素研究,获得以下认识:
  锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学分析结果表明,浙江段造山后幔源火成岩主要形成于836~774Ma,其中浦江蒙山细碧岩年代为~836Ma,富阳辉绿岩席年代为~808Ma,诸暨次坞辉绿岩体年代为809~807Ma,浦江叶村辉绿岩席年代为~803Ma,萧山大桥玄武岩年代为~801Ma,开化高岭安山玄武岩年代为797~794Ma,开化大龙辉绿岩体年代为~774Ma。
  地球化学结果表明,浙江段造山后幔源火成岩多为亚碱性拉斑系列。浦江蒙山细碧岩略富集轻稀土元素(LREE)和大离子亲石元素(LILE),高场强元素(HFSE)含量接近于洋中脊玄武岩(MORB),具E-MORB特征。开化岭里辉绿岩含量接近于洋岛玄武岩(OIB),富集LREE、LILE和HFSE,具OIB特征。萧山大桥玄武岩、开化高岭安山玄武岩和富阳、浦江、开化、诸暨次坞辉绿岩微量元素含量介于弧玄武岩(IAB)和洋岛玄武岩之间,略富集LILE和LREE,并存在不同程度的Nb、Ta亏损,兼有板内和岛弧玄武岩的特征。
  浦江蒙山细碧岩、萧山大桥玄武岩和富阳、浦江、诸暨次坞辉绿岩具亏损的Nd-Hf同位素特征,来源于亏损地幔;开化高岭安山玄武岩、大龙辉绿岩具备富集的Nd同位素特征,来源于富集的岩石圈地幔;开化岭里辉绿岩则来源于亏损地幔和富集地幔的混合源区。不同程度熔融的岩浆在上升过程中经历了结晶分异和壳幔作用,后者最为典型的是岩浆混合,次坞-道林山复合岩体为其提供了野外地质、岩相学、年代学、地球化学、同位素的实证。
  浙江段造山后幔源火成岩为江南造山带东段幔源岩浆活动的典型产物。整合浙江、安徽、江西同时代幔源火成岩发现,江南造山带东段具有如下构造演化模式:自1000~860Ma华夏陆块与扬子陆块碰撞造山之后,江南造山带东段即进入板内伸展环境。860~750Ma时期幔源岩浆活动可进一步分为两个阶段,860~820Ma时期江南造山带东段处于造山后环境,岩石圈地幔是幔源火成岩的主要源区,并存在少量的软流圈活动;而820Ma之后江南造山带东段由造山后向非造山裂谷环境转变,软流圈更多的参与了幔源岩浆的形成过程,高温的岩浆在局部地区导致了岩石圈地幔的重熔。
  本次研究以浙江段造山后幔源火成岩为例,研究了江南造山带东段造山后火成岩的岩石组合和幔源岩浆岩的岩石学特征和物源特征,为深入了解江南造山带东段的岩浆-构造演化提供了基础资料,对深化该造山带造山后岩浆作用具有重要意义。
[博士论文] 李甘雨
地球化学 长安大学 2017(学位年度)
摘要:新疆伊宁地块广泛分布石炭纪火山岩系,正确认识和鉴定其构造背景是破解西天山晚古生代洋盆闭合和构造体制转变的关键所在。本研究以区内早石炭世大哈拉军山组和晚石炭世伊什基里克组火山岩为研究对象,在野外调查和查阅各类地质资料的基础上,重编区域地质图,重新划分火山岩地层层序,掌握其时空分布状态、岩石组合、区域变化规律,划分喷发旋回,建立年代格架,总结地球化学特征,并对比两组火山岩在地质特征和地球化学特征方面存在的差异,深入研究其主微量元素地球化学特征、Sr-Nd及Lu-Hf同位素地球化学特征,分析源区性质和成因类型,为探讨西天山晚古生代构造演化提供新的依据。认识如下:
  1.大哈拉军山组在区内出露面积最广,地层强烈褶皱,主要由玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩及同质火山碎屑岩组成,属钙碱性系列,其中安山岩出露厚度最大,基—中—酸性火山熔岩厚度比为1∶8∶1,主体以爆发相为主,溢流相次之,爆发指数普遍较大,最高可划分为7个喷发旋回;伊什基里克组火山岩在区内呈带状分布,总体呈宽缓的背向斜或单斜产出,熔岩以玄武岩、玄武安山岩和流纹岩为主,缺少或缺失安山岩,具有双峰式火山岩特征,基性、中性、酸性火山岩熔岩厚度比为4∶1∶5,以溢流相为主,爆发相次之,爆发指数偏小,可划分3~5个喷发旋回。
  2.大哈拉军山组火山岩锆石U-Pb年龄集中在346.3~336.0Ma,表明其地质时代为早石炭世;而伊什基里克组火山岩锆石U-Pb年龄则多为313.4~299.4Ma,形成时代为晚石炭世。
  3.大哈拉军山组火山岩SiO2含量45.43%~79.13%,显示从基性到酸性逐渐演化过度趋势,样品普遍富集大离子亲石元素和轻稀土元素(LREE=10.93~348.63×10-6),亏损高场强元素和重稀土元素(HREE=6.62~75.62×10-6),具有明显的 Nb(1.02~41.58×10-6)、Ta(0.03~4.47×10-6)、Ti负异常,部分样品Nb含量较高,具有富Nb岛弧玄武岩特征;该组玄武安山岩样品(87Sr/86Sr)i=0.7041~0.7093,εNd(t)=+0.77~+7.34,安山岩样品(87Sr/86Sr)i=0.7050~0.7079,εNd(t)=+0.87~+3.24,投点较集中,而流纹岩(87Sr/86Sr)i与εNd(t)变化范围较大;176Hf/177Hf=0.282352~0.282768,εHf(t)为-8~+6.9,显示该组火山岩来源于受俯冲流体/熔体交代的地幔楔的部分熔融,且受到不同程度的地壳混染作用;结合构造环境判别图解显示大哈拉军山组火山岩具有陆缘弧火山岩特征。
  4.伊什基里克组火山岩具有双峰式特征,其中玄武岩S iO2含量为42.86~53.26%,里特曼指数平均6.43,流纹岩S iO2含量为70.16~77.72%,碱度率平均6.51,属碱性系列,强烈富集大离子亲石元素和轻稀土元素(LREE=32.7~363.55×10-6),亏损高场强元素和重稀土元素(HREE=3.81~65.55×10-6),流纹岩微量元素特征与 A型花岗岩类似;玄武安山岩样品(87Sr/86Sr)i=0.7036~0.7073,εNd(t)=+2.36~+4.89,流纹岩(87Sr/86Sr)i=0.7022~0.7056,εNd(t)变化范围较大(+2.88~+7.43),平均值为4.52;176Hf/177Hf为0.282190~0.283086,εHf(t)=-14.1~+17.4,显示有新元古代陆壳物质的加入,结合地球化学图解我们认为晚石炭世伊宁地块已进入碰撞后伸展阶段。
  5.大哈拉军山组玄武岩浆源自受消减板片析出的流(熔)体交代的地幔楔部分熔融,安山岩浆来源于受地幔楔影响的地壳根部,酸性岩浆则起源于稳定的下地壳;晚石炭世造山带根部岩石圈发生拆沉作用,导致软流圈地幔物质上涌,上地幔物质部分熔融形成伊什基里克组玄武岩浆,长英质岩浆是玄武岩浆对下地壳的底侵作用形成的。
  6.伊宁地块早石炭世发育弧前-岛弧-弧后盆地钙碱性火山-沉积建造,是塔里木板块北缘的主要组成部分;而晚石炭世双峰式火山岩则形成于伸展构造环境,是准噶尔板块与塔里木板块缝合后的陆内建造,因而古洋盆的关闭时限是早石炭世晚期。
[硕士论文] 关豪
矿物学、岩石学、矿床学 长安大学 2017(学位年度)
摘要:花岗质岩石中常见各种类型的暗色微粒包体(简称MME),通过对花岗质岩石中暗色微粒包体(MME)的研究,可以揭示地壳深部物质组成、壳-幔物质以及能量交换等信息,为岩石成因、成矿作用及其大地构造背景提供新的制约。因此,关于暗色微粒包体的研究受到地质学界学者们的广泛重视。关于暗色微粒包体的成因,目前较为学术界所接受的成因模式主要有:花岗质寄主岩浆交代作用所残留的围岩碎块;早期冷凝的岩体边缘相细粒碎块;岩浆作用时暗色矿物相对集中产生的析离体或熔离体;源区岩石部分熔融后产生的耐熔物质残留体;幔源基性岩浆和地壳部分熔融产生的长英质岩浆混合的产物。笔者在本课题的研究中,以南秦岭造山带东江口岩体为对象,针对其所含有的暗色微粒包体展开全面的研究。
  本文在研究过程中,通过系统的采集样品,加之室内实验室进行系统的地球化学、矿物学等实验的分析测试,探讨包体的成因类型与构造背景,为寄主花岗岩的岩石成因、大地构造背景以及区域内构造-岩浆演化模型提供新的制约。通过本课题的研究,主要研究成果如下:
  (1)南秦岭造山带花岗岩中所含有的暗色微粒包体在形态、尺寸方面差异较大,并且密度差异很大,成分、微观结构同样存在显著的不同。大部分的包体成分以闪长质为主,这种包体基本上都集中在花岗闪长岩、二长花岗岩、角闪辉长岩和石英闪长岩内部。
  (2)暗色微粒包体主要由斜长石、角闪石、黑云母等矿物组成,含有少量石英、钾长石及一些副矿物等;和寄主岩相比,包体中含有更多的暗色矿物,寄主岩中石英、钾长石的含量明显更高。另外,包体中的矿物组成变化较大且含量分布不均匀。
  (3)大部分的包体和寄主岩相邻的部位能够看到明显的冷凝边,二者有着清晰的界限;大部分包体具有代表性的岩浆结构,包体中的矿物主要呈定向排列方式;包体所含有的瞳状石英捕掳晶处在角闪石、黑云母的中间,而后两者又被斜长石包裹在内部,而且还含有大量的针状磷灰石。除此之外,包体中的斜长石环带结构特别发育,能够看到比较规则的内核以及不规则的增生边构造。
  (4)通过电子探针分析斜长石、角闪石以及黑云母等矿物成分,发现包体中大部分的斜长石都属于中长石,An值比寄主岩更高,并且变化范围更大;另外,斜长石中环带表现出明显的韵律性,表明结晶环境是不断变化的。包体中的角闪石几乎都是铁镁闪石以及亚铁镁闪石,Ti含量极低,M g和F e含量基本相同,表明其可能具备幔源特征。包体中的黑云母是一种富镁黑云母,根据其中MgO的含量进行分析可知,包体可能是壳幔混合成因的。
  (5)从地球化学成分的角度而言,大部分的包体都属于中性岩类,属于钙碱性弱铝质岩石系列。REE含量并不高,属于轻稀土富集,重稀土亏损型;绝大多数包体均呈负Eu异常,不过岩石中的Rb、Th、La等大离子亲石元素比较富集,Ba、Nb、Sr、Ti等则呈现出亏损状态,充分证明包体在这方面的特征是以壳源为主的。
  通过上述分析可知,东江口岩体花岗岩中的暗色微粒包体并非围岩的捕虏体,岩浆岩结构、包体特征也证明了它并非熔融的残留体,其成因在于岩浆混合作用。
[硕士论文] 朱静
构造地质学 长安大学 2017(学位年度)
摘要:本文以西北地区黄土覆盖区试点项目“陕西草碧镇等六幅1:5万黄土覆盖区填图试点”项目为基础,采用野外调查与室内研究相结合的方法,通过研究该区的岩石地层、岩石组合形式及类型、接触关系、岩石地层叠覆特征、沉积构造和古生物化石等特征,并系统的收集资料和对比分析前人所做出的工作成果,取得如下认识:
  1.通过野外实测剖面和地质填图工作,查明了项目区内三叠系空间分布、地层间的接触关系、沉积序列、沉积相和岩石的组合等特征。
  2.根据搜集大量钻井、露头及岩心资料,详细研究了鄂尔多斯盆地西南缘三叠纪二马营组及延长组沉积体系类型,认为发育的沉积体系有河流、辫状河三角洲、三角洲、湖泊及深湖浊积岩。其中二马营组盆地内发育冲积扇、辫状河、曲流河、湖泊(浅水)三角洲、滨浅湖等沉积相类型;沉积体系主要受东北及西部北部物源控制,砂体延伸较远,西南水系延伸有限,南部物源较弱,对盆地沉积格局影响较小。延长组湖盆走向为北西-南东,东北地形宽,发育曲流河三角洲,西南地形略陡形成辫状河三角洲。三角洲前缘受重力滑塌作用,形成浊积岩。
  3.通过对本区沉积相及岩相古地理的分析,探明鄂尔多斯盆地西南缘三叠系为重要的产油层。总体含油面积广、储油砂层多,横向变化大,油层渗透率低,对油气田开发具有十分有利的前景。
[硕士论文] 邹莉菲
矿物学、岩石学、矿床学 长安大学 2017(学位年度)
摘要:糜署岭岩体位于秦岭造山带勉略缝合带南侧,西秦岭的东南缘,为东西秦岭的交转部位,具有重要的地质信息。西秦岭糜署岭地区出露的似斑状二长花岗岩岩体中,发育有大量的暗色微粒岩石包体。花岗质岩石中的暗色岩石包体作为花岗岩壳幔混源成因的一个重要标志,本区以往区内的研究多注重于对岩体本身及其暗色岩石包体的野外观测、构造环境分析及岩石地球化学等方面的研究,对暗色岩石包体本身的分析相对薄弱一些。本文将利用实验岩石学理论,主要通过暗色岩石包体镁铁质矿物中的单斜辉石、环带斜长石的电子探针(EMPA)数据分析,结合年代学、地球化学及其寄主岩石的特征等研究,进一步论证形成区内花岗岩的壳幔源岩浆的混合作用。主要研究成果如下:
  1.糜署岭地区主要由寄主岩石中粗粒似斑状二长花岗岩和暗色岩石包体组成,暗色岩石包体主要为闪长质包体。
  2.区内寄主花岗岩为典型的准铝质高钾钙碱性I型花岗岩。矿物组成中多出现角闪石与黑云母,无石榴子石等富铝矿物。主要岩石地球化学特征:①SiO2含量较高(59.71%-68.82%), K2O(2.66%-4.14%),K2O/Na2O为0.44-1.30,主要显示K2O/Na2O对等的特点,Al2O3(15.32%-16.81%)高,CaO(1.13%-5.11%),显示出高钾钙碱性的演化趋势;②MgO(0.75%-2.94%)偏高,A/CNK平均为0.83,表现为准铝质型花岗岩;③P2O5随SiO2的增加而有降低趋势,且CIPW标准矿物几乎不出刚玉分子,这些都显示着典型的I型花岗岩特征。
  3.糜署岭岩体内发育大量的暗色岩石包体,具有典型的火成岩结构和含量较高的针柱状磷灰石。较之寄主岩石具有明显的高镁、高铁、高钙等特征,且碱度率、分异指数、固结指数等差异性显著,显示出不同源区的物质特性。
  4.稀土、微量元素数据分析显示,寄主花岗岩具有富集大离子亲石元素、富集轻稀土(LREE)、Sr槽、Eu负异常(个别显示正异常)等特征,表示在岩浆的分异演化过程中,寄主花岗岩是岩浆早期演化分异的产物,分异过程可能存在斜长石的结晶分离现象。综合岩石地球化学分析结果,明显揭示了壳幔岩浆混合的特征。
  5.暗色岩石包体内的斜长石牌号为26<An<46,显示为酸性斜长石-中性斜长石,即包体中环带结构的斜长石具酸性外环带。表现为由边缘至核部呈酸性至中性,具有向基性斜长石渐变演化的趋势,揭示了基性岩浆与酸性岩浆混合的可能性;计算得包体内的单斜辉石结晶深度大约在27km-46km之间,即处于接近壳幔边界的地壳底部区域,从而推测壳幔岩浆混合的深度至少在46km以下,即区内寄主花岗岩体形成深度为46km以下。暗色包体中同时出现的这两种具有典型岩浆混合作用的矿物岩石学特征,加之其典型的火成岩结构和较高含量的针状磷灰石,有利论证了区内研究壳幔混源作用的存在合理性。
  6.结合区内地质背景与各类构造环境图解分析得出,西秦岭糜署岭地区的花岗岩应形成于同碰撞(挤压环境)向碰撞后(伸展环境)的转化阶段,为后造山期,属于后造山花岗岩类。
[硕士论文] 马嫒嫒
矿物学、岩石学、矿床学 长安大学 2017(学位年度)
摘要:本文研究区位于秦岭造山带商丹缝合带北侧,区内三叠纪花岗岩广泛发育,记录了秦岭造山带演化过程中的重要信息。晚三叠世秦岭梁花岗岩体是一套产出于宝鸡复式杂岩体的第2期侵入体,岩体内发育大量暗色微粒包体,是壳幔混合的重要标志之一,但是前人对壳幔岩浆的混合机制及暗色微粒包体的成因问题缺乏深入研究。因此本文通过对秦岭梁岩体的野外地质调查、岩相学、岩石学及室内岩石主量、微量元素地球化学分析,研究探讨了秦岭梁花岗岩体的成因、构造环境及其地质意义,主要研究成果如下:
  1、秦岭梁花岗岩体主要由寄主似斑状二长花岗岩和暗色微粒包体组成,暗色微粒包体主要为石英二长岩、二长闪长岩。
  2、秦岭梁岩体具有准铝-弱过铝质高钾钙碱性I型和A型花岗岩特征。矿物组成中无白云母或堇青石等富Al矿物,多出现的角闪石、黑云母。岩石地球化学特征显示富Si、Al、K、Mg的准铝-弱过铝质高钾钙碱性特征,刚玉分子小于1%(CIPW),P2O5随SiO2含量的增加而减少,Rb/Sr比值(0.28-0.65)明显小于0.9。在微量元素原始地幔蛛网图总体右倾负斜率分配形式,显示 Ba、Sr、Nb、P和Ti呈明显的低谷,轻稀土富集、重稀土亏损,轻稀土分馏较强、重稀土分馏较弱。在稀土元素配分图上显示为右倾型,铕具有中等负异常。
  3、秦岭梁岩体内发育大量暗色微粒包体,包体形态各异,内部发育不平衡矿物结构,如被暗色微粒矿物包裹的石英斑晶、针状空心磷灰石、钾长石的斜长石环斑结构。暗色微粒包体和寄主花岗岩在Harker图解上有明显的成分间断,并呈良好的线性关系,在TFe2O3-MgO图解中表现为岩浆混合趋势,证明秦岭梁花岗岩体中暗色微粒包体为岩浆混合成因。
  4、依据秦岭梁暗色微粒包体中发育的被角闪石包裹的高Na单斜辉石研究,推测暗色微粒包体的形成过程为:地幔与下地壳岩浆在壳幔边界混合,致使混合后的高温基性岩浆快速结晶分异,以单斜辉石为代表的偏基性矿物组合就在此阶段开始结晶,混合结晶分异后残余的偏基性被偏酸性岩浆携带上侵,开始结晶的单斜辉石随着偏基性岩浆一起上侵并在某一位置快速冷凝结晶,导致单斜辉石被角闪石等矿物所包裹,形成了花岗岩中的暗色微粒包体。同时为揭示壳幔岩浆混合作用提供一个新依据。
  5、依据适用于壳幔混合物源成因花岗岩中暗色微粒包体的单斜辉石压力计,利用暗色微粒包体中单斜辉石Na2O含量及与Na相关的硬玉分子摩尔分数来计算辉石的形成压力及深度,进而得出秦岭梁岩体壳幔混合物源成因花岗岩浆形成的深度为35km-48km,这一厚度代表了晚三叠世时期研究区最低地壳厚度,由此表明,研究区在晚三叠世时已经历了碰撞造山活动。
  6、综合区域地质演化、沉积学、岩石学、构造环境图解、岩石构造组合分析得出,晚三叠世秦岭梁花岗岩体形成于后碰撞构造环境,表明勉略洋在晚三叠世已经闭合,扬子板块与华北板块已经处于碰撞后演化阶段。
[硕士论文] 康文彬
地质工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:北山造山带位于中亚造山带南部,在北山造山带中的多个构造单元中分布有大量高级变质岩,被认为是造山带的前寒武纪基底,统称为“北山杂岩”。关于其变质作用的温压条件与构造背景等问题的认识仍不清楚。本文对北山造山带南缘,花牛山-双鹰山地块的白山地区的北山杂岩的岩石类型及变质作用等进行研究。
  研究区北山杂岩由南向北划分为三个岩性段,分别为:斜长角闪片岩-黑云斜长片麻岩、黑云石英片岩-薄层硅质大理岩和二云石英片岩-白云母石英片岩,其变质程度逐渐减弱,总体为角闪岩相变质岩。对斜长角闪片岩-黑云斜长片麻岩岩性段出露的石榴石斜长角闪岩的变质作用进行了研究,其中的石榴石的核部包裹体矿物组合记录了峰前进变质过程的温压条件,变质矿物组合为:石榴石+斜长石+角闪石+钛铁矿。其温压条件估算结果为723℃-736℃与6798.47bar-7062.01bar。其基质中为石榴石、角闪石、斜长石,还有少量钛铁矿和黑云母,代表了峰期变质矿物组合,记录了峰期变质过程的温压条件,其温压条件估算结果为867℃-996℃与3299.49bar-4526.16bar。峰后变质矿物共生组合为在石榴石边缘分布的角闪石和斜长石组成的后成合晶,其温度条件估算结果为838℃-885℃,其形成的压力条件明显低于峰期变质。整体为顺时针P-T-t演化轨迹,通常这种类型的P-T轨迹发生于俯冲-碰撞-快速隆升的造山过程。另外在对样品详细观察过程中发现在部分石榴石边部发育紫苏辉石与斜长石组成的后成合晶,结合变质反应结构特征,认为紫苏辉石与斜长石的后成合晶代表了一次叠加变质作用。
  在对斜长角闪片岩-黑云斜长片麻岩岩性段石榴石斜长角闪岩与二云石英片岩-白云母石英片岩岩性段角闪斜长片岩中的锆石进行形态、稀土元素与U-Pb同位素年龄研究中发现,其锆石具有深熔锆石与变质锆石的特征,稀土元素具有重稀土富集,Ce正异常以及Eu负异常的特点,计算得出在380-460Ma之间都出现连续的年龄峰值,在~300Ma与~230Ma都出现了独立的年龄峰值。分析锆石特征与年龄,结合前人研究成果,第一期变质作用发生的年龄可能为~900Ma,第二期叠加变质作用发生的年龄为~230Ma。因此新元古早期造山活动形成了北山地区南部的前寒武基底的主要部分,之后基底经历多期岩浆-构造活动,包括晚奥陶-早泥盆古亚洲洋向北俯冲的拼贴过程与晚石炭-早二叠俯冲相关的镁铁质-超镁铁质岩浆活动等。
[硕士论文] 孙兰兰
矿物学、岩石学、矿床学 长安大学 2017(学位年度)
摘要:研究区位于华北板块与扬子板块之间的秦岭造山带中的商丹缝合带附近,沙河湾岩体出露于商洛市商州区西南地区。寄主岩石以中粗粒似斑状黑云角闪石英二长岩为主,岩体边部及中心大规模发育以细粒角闪闪长岩为主的暗色包体,这些暗色包体是壳幔混合作用的重要标志。暗色包体作为岩浆混合成因重要的研究对象,加之重要的大地构造位置,因此,沙河湾岩体中暗色包体的特征的研究对探讨其形成机制,秦岭造山带的构造演化等具有重大意义。
  本文作者在前人对沙河湾岩体寄主岩石与暗色包体的地质学、年代学等方面的研究基础上,重点从矿物学、岩石学、地球化学方面着手开展研究工作。主要得出以下研究成果:
  1.暗色微粒包体SiO2含量为51.78%-60.15%,为准铝质高钾钙碱性-钾玄岩系列,较之寄主具有钾含量相似,高铁、镁、钙的特点,分异程度低于寄主花岗岩。暗色包体中大离子亲石元素K、Rb富集,轻稀土LREE相对富集,高场强元素Nb、Ta、P、Ti亏损。稀土元素配分曲线呈现右倾模式,与寄主花岗岩的配分曲线大致平行。
  2.沙河湾岩体内发育大量暗色微粒包体,包体暗色矿物富集,具典型的岩浆岩结构,且发育针状磷灰石、长石斑晶和被暗色矿物包裹的石英斑晶,是壳幔岩浆混合作用的产物。一些微量元素的特征也显示岩体形成过程中既有壳源岩浆,又有幔源岩浆的加入。
  3.暗色微粒包体中被角闪石包裹的单斜辉石表现出近似环带的特征,通过压力计计算反映出暗色微粒包体的形成深度约38.89-62.8km,接近壳幔边界。进而推断出暗色包体的早期结晶分异过程,即来自地幔的高温基性岩浆与下地壳较低温的酸性岩浆在壳幔边界混合,致使混合后的高温基性岩浆快速结晶分异,以单斜辉石为代表的偏基性矿物组分在此阶段开始结晶。而混合结晶后的剩余岩浆继续上侵进入上地壳。暗色微粒包体中的单斜辉石在压力逐渐降低的过程中形成,这也可推测出这些单斜辉石在开始结晶后随着基性岩浆继续上侵。
  4.综合沙河湾地区的构造地质背景及相关构造判别图投图推测出沙河湾岩体形成于挤压向伸展转换的后碰撞构造环境中,是由幔源岩浆底侵进入下地壳,在壳幔边界与下地壳岩浆发生混合作用所致。
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