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[博士论文] 南晓云
地球化学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:近十几年来,随着高灵敏度多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的广泛应用,稳定同位素分析方法取得重大突破,非传统稳定同位素地球化学的地质应用也因此得到快速发展。钡是碱土金属元素,在地幔部分熔融过程中高度不相容,因此地壳中的钡含量远远高于地幔。Ba还是流体活动性元素,在板块俯冲过程中,地壳物质中大量的Ba会随着流体释放加入到地幔楔中。因此,Ba元素可以用来示踪与俯冲有关的流体活动。此外,利用海洋沉积物中Ba的积累速率还可以制约古海洋输出生产力。
  实验研究和自然观测已经发现自然界高温和低温过程中都可以发生Ba同位素分馏,预示着Ba同位素作为新的工具示踪地球化学过程的重要前景。开展Ba同位素地球化学应用的基础是建立高精度的同位素分析方法和确定地球重要储库的Ba同位素组成。但是,已有研究在以下两方面存在不足:(1)缺乏统一的“δ-0”Ba同位素国际标样以及对多种标准物质Ba同位素组成的大量重复测量,这不利于各个实验室之间进行数据的对比和对数据质量的评价;(2)缺乏最基础的对地球重要储库的Ba同位素组成特征的制约。本论文中,我们先对Ba元素的基本地球化学特征和Ba同位素地球化学性质进行介绍,并总结了Ba同位素地球化学的研究现状。之后,针对上述问题,详细说明了我们建立的高精度Ba同位素分析方法,以此为基础,我们对大陆上地壳和大洋玄武岩的Ba同位素组成进行了系统的研究。
  考虑到自然界样品特别是地质样品的复杂性,我们在前人基础上对化学流程进行改进,采用2mL的AG50W-X12树脂以期望获得更纯的钡溶液,并检测了不同岩性和不同上样量对淋滤曲线的影响。采用MC-ICP-MS进行Ba同位素测试,并通过“样品-标样间插法”校正仪器测量过程中的质量相关分馏。我们做了各种条件实验来检测可能影响Ba同位素测量精确度和准确度的各种因素,包括MC-ICP-MS测量过程中样品和间插标样之间的酸度不匹配和浓度不匹配,以及基质效应等。Ba同位素的结果相对于纯Ba标准物质SRM3104a报道,表示为δ137/134Ba(‰)=[137/134Basample/137/134BaSRM3104a-1]×1000。添加了基质元素的SRM3104a的长期测量结果为0.005±0.047‰ (2SD,n=36),与推荐值在误差范围内完全一致。利用建立的Ba同位素分析方法,我们对碳酸钡标样IAEA-CO-9、8个国际岩石标准物质和两个晚中生代玄武岩样品进行了Ba同位素重复测量。其δ137/134Ba值分别为:IAEA-CO-9,0.017±0.049‰ (2SD,n=13); BCR-2,0.050±0.039‰(2SD, n=13); BHVO-2,0.047±0.028‰ (2SD,n=22); JB-2,0.085±0.035‰(2SD, n=19); W-2, 0.035±0.022‰ (2SD,n=11); AGV-1, 0.047±0.040‰(2SD, n=11); JA-2, 0.038±0.048‰ (2SD, n=17); RGM-1, 0.142±0.030‰ (2SD,n=1 5); GSP-2,0.013±0.046‰ (2SD,n=15)。两个玄武岩样品(MZ815和MZ834)的δ137/134Ba分别为-0.132±0.020‰和0.001±0.034‰。这些火成岩样品Ba同位素的变化达到了0.274‰,远大于本实验室δ137/134Ba测定结果的长期外部精度(0.05‰,2SD),表明Ba同位素具有示踪高温地质过程的应用前景。本工作确定的多种火成岩标样的Ba同位素推荐值对未来各个实验室之间进行数据对比具有重要参考意义。
  利用建立的高精度Ba同位素分析方法,我们对71个花岗岩、黄土、河流沉积物和冰碛岩样品进行Ba同位素测量,来研究大陆上地壳的平均Ba同位素组成特征。结果显示,佛冈复式岩体I型花岗岩的δ137/134Ba变化范围为-0.16‰~0.01‰,其变化可能由岩浆演化后期富Ba矿物的分离导致;大容山-十万大山S型花岗岩δ137/134Ba的变化范围为0.03‰~0.11‰,可能反映了源区混合过程;南昆山A型花岗岩δ137/134Ba变化范围为-0.47‰ ~-0.33‰,可能反映了岩浆演化后期富Ba矿物的分离或者源区同化了富集轻Ba同位素组成的地壳物质。黄土具有相对均一的Ba同位素组成,δ137/134Ba质量加权平均值为0.00±0.03‰(2SD,n=18),可以用来制约大陆上地壳的平均Ba同位素组成。河流沉积物δ137/134Ba的加权平均值为-0.01±0.06‰ (2SD,n=3),与基于黄土和花岗岩计算所得的UCC平均Ba同位素组成一致。冰碛岩具有较大的Ba同位素组成变化范围(δ137/134Ba为-0.19‰~0.35‰),低Ba含量和高CIA样品具有高度变化的δ137/134Ba表明化学风化过程会导致Ba同位素分馏。整体上,大陆上地壳具有高度不均一的Ba同位素组成,本工作首次给出了大陆上地壳的平均δ137/134Ba=0.00±0.03‰ (2SD/√n,n=71)。该平均值明显轻于海水组成(δ137/134Ba=0.2~1.0‰),为示踪地表圈层中Ba循环提供了重要参数。
  为了制约地幔的Ba同位素组成,本工作对地幔部分熔融的产物——大洋玄武岩开展了系统的Ba同位素研究。测定结果显示,26个来自不同大洋洋脊的MORB的δ137/134Ba变化范围为-0.05‰~0.08‰。根据La/Sm的变化,进一步划分为N-MORB(19个)和E-MORB(7个),其Ba同位素组成变化范围分别为-0.03‰ ~ 0.08‰和-0.05‰ ~ 0.08‰。5个劳盆地BABB的δ137/134Ba的变化范围为0.01‰ ~ 0.06‰。60个夏威夷OIB的δ137/134Ba组成变化范围更大,为-0.08‰~0.15‰。由于Ba在地幔熔融过程中极度不相容,在熔融比例1%时,即有超过99.9%的Ba进入熔体中,因此部分熔融过程中不会产生Ba同位素分馏。同时,这些大洋玄武岩的δ137/134Ba与岩浆演化的指标,例如MgO含量、CaO/Al2O3等并无任何相关性,表明分离结晶过程也不导致Ba同位素分馏。因此,本工作中大洋玄武岩的Ba同位素组成反映了其源区的特征。δ137/134Ba随着Ba/Th以及87Sr/86Sr的变化趋势表明,随着具有不同Ba同位素组成特征的地壳物质(俯冲的蚀变洋壳和沉积物等)的加入,地幔的Ba同位素可能极大的受到“再循环”地壳物质组分的影响。我们根据未受到改造的N-MORB获得上地幔平均δ137/134Ba为0.04±0.03‰ (2SD),与上地壳组成在误差范围内一致。
[博士论文] 丛峰
地质学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:大陆玄武岩及其地幔捕虏体和捕虏晶的地球化学组成很好的反演了岩石圈和深部地幔的化学和物理演化历史,开展这些岩石和矿物的地球化学研究是地球科学家认识岩石圈和深部地幔的有效途径。广泛分布于东南亚中南半岛的新生代玄武岩富含地幔捕虏体和巨晶锆石等捕虏晶。巨晶锆石提供了研究地幔交代作用及了解元素在地幔中迁移规律的另一个窗口。但是,巨晶锆石的成因却知之甚少。此外,中南半岛玄武岩与铁、铝土、宝石等矿产资源密切相关,备受国际关注。特别是老挝和柬埔寨,资源开发和地质研究程度极低。
  鉴于新生代大陆玄武岩及地幔捕虏体和巨晶锆石研究的重要科学意义,以及地区资源竞争日趋激烈的局势,针对地区研究不平衡的现状,拟对老挝和柬埔寨新生代玄武岩及其地幔捕虏体和巨晶锆石进行地球化学研究。运用元素地球化学和同位素示踪技术,探讨玄武岩及巨晶锆石成因。利用玄武岩和地幔捕虏体及巨晶锆石的“岩石探针”作用,反演地幔源区属性和深部地质作用过程。在中南半岛区域地质演化背景和玄武岩时空分布框架下,阐明玄武岩成因背后蕴涵的地幔动力学机制,为中南半岛及邻区新生代玄武岩及巨晶锆石成因研究提供基础数据。
  本论文分析了老挝和柬埔寨的新生代拉斑和碱性玄武岩的主量、微量元素及Sr-Nd-Pb同位素数据,及柬埔寨东南部尖晶石二辉橄榄岩的矿物主量、微量元素数据,以及来自柬埔寨东北部宝石村的6粒巨晶锆石的U-Pb年龄、Hf-O同位素、微量元素数据及包裹体鉴定结果。中南半岛新生代玄武岩具有亏损的同位素组成(εNd>0),但其富集不相容元素,其地球化学组成类似于OIB,同位素和不相容元素之间出现“解耦”。富集的不相容元素特征与近期的由低部分熔融程度熔体参与的地幔交代事件相关。玄武岩来源于软流圈地幔减压熔融,其动力学机制是印度-欧亚板块碰撞和西太平洋板块、印度洋板块俯冲拖拽联合作用下的中南半岛软流圈地幔南东向挤出构造。柬埔寨东南部地幔橄榄岩的环带橄榄石和单斜辉石从核部亏损逐渐到边部富集微量元素的特点,以及环带矿物边部越不相容元素越富集的特征,表明橄榄岩受到了硅酸盐熔体的交代作用。巨晶锆石含有低的U、Th、Y、P及稀土元素含量(130-288 ppm)。巨晶锆石具有亏损轻稀土和逐步富集重稀土的正斜率稀土配分形式,并且具有Ce正异常。SIMS锆石U-Pb加权平均年龄为0.98±0.04 Ma (2σ)。巨晶锆石具有均一的氧同位素组成,其δ18O加权平均值为5.0±0.02‰(2σ),这与地幔氧同位素组成一致。应用LA-MC-ICPMS测试的巨晶锆石的176Hf/177Hf加权平均值为0.283007±0.0000026 (2σ),其εHf(0.98 Ma)值为7.9,进一步说明巨晶锆石来自亏损地幔。巨晶锆石含有大量磷灰石包裹体,并具有由斜锆石和Al-Fe-Zr硅酸盐玻璃组成的反应边结构。这表明巨晶锆石结晶于富磷酸的流体和/或富Zr的硅酸盐熔体。
[硕士论文] 陈柯婷
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:我国西南地区煤中硫分含量普遍较高,且个别地区煤中有害微量元素异常富集。此外,西南地区成煤时代多,地质结构复杂,研究煤中稀土元素地球化学,不仅可为含煤盆地的物源分析提供理论基础,而且对煤层共伴生矿产的综合利用提供科学依据。
  本文为研究我国西南地区煤中稀土元素的地球化学特征,从西南地区三个煤矿5个煤层中采取62个煤样,从四川攀枝花大宝鼎煤矿、重庆南桐东林煤矿、云南临沧勐托地区分别采取了31、20、11个煤样品,采用ICP-MS分析测试了样品中稀土元素的含量、煤中稀土元素的含量特征、分配模式和赋存状态。
  结果表明:攀枝花太平18号煤中稀土元素的含量范围为6.59ug/g~281.7ug/g,均值为为123.75ug/g,攀枝花大宝顶15-3煤中稀土元素的含量范围在11.51ug/g和338.44ug/g之间,均值为160.87 ug/g,重庆南桐5号煤中ΣREE的范围在107.49ug/g和443.45ug/g之间,均值为256.14 ug/g,东林6号煤中ΣREE值的范围为44.6ug/g~1573ug/g,均值为262.61 ug/g,临沧勐托煤中ΣREE的范围在101.92ug/g与375.96ug/g之间,ΣREE的平均值为223.62 ug/g。
  研究区煤中稀土元素含量最小值为6.59 ug/g,最大值为1572 ug/g,算术平均值为192 ug/g;其中重庆东林煤矿6号煤底板岩石中稀土元素的含量异常偏高,含量高达1573 ug/g,推测可能来源于碱性火山灰;研究区煤层顶底板附近煤分层煤样中稀土元素的含量比其同一煤层其他煤样中的稀土元素高;δEu的范围为0.25~0.78,均小于1,显著负异常,推测可能与酸性花岗岩的陆源供应有关。云南临沧勐托煤中Ce正异常,因临沧勐托煤样来自新近纪无海相沉积,Ce正异常可能与偏还原的山间湖相沉积环境有关;研究区煤中稀土元素主要赋存于黏土矿物和与碳酸盐中。
[硕士论文] 李洋
地质资源与地质工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:为探明云南临沧帮买盆地及其周边煤中微量元素的含量水平及环境效应,共采集了23个样品,其中包括勐托8个煤样、3个煤夹矸样,大寨6个煤样、6个煤渣样,分别对大寨和勐托煤中微量元素含量水平及富集情况进行讨论,并探讨了勐托煤与煤夹矸中和大寨煤与煤渣中的微量元素差异对比。
  将勐托区、大寨区煤样中微量元素含量与中国煤、世界煤中相应元素含量进行对比,勐托与大寨煤中微量元素有着不同程度的富集,并且富集元素种类略有不同。勐托和大寨煤样中包括稀土元素在内的元素含量及部分元素相关性参数说明了物源环境与热液活动分别对煤中微量元素产生了影响,热液活动造成勐托与大寨煤中稀土元素分布模式显著差异,Ge、Be、As、W在大寨煤中的富集是由热液携带基底二云母花岗岩微量元素影响所致; U、Pb、Bi、Th在帮买盆地的富集与热液无关,可能与酸性花岗岩的物源供给有关。
  通过探讨煤中微量元素在大寨煤与煤渣的含量差异,得出结论:煤中稀土元素经燃烧并不改变分布模式,只是含量上略有差距;大寨煤渣各个样品微量元素的总含量上差别大,但比大寨煤中微量元素的波动范围稍小;除Ge、Tl外,其余微量元素在煤渣中均有不同程度的富集。
  对照勐托地区煤与煤夹矸中微量元素,我们应该着重注意夹矸中含量较高的有害元素,以防污染的扩散。
[博士论文] 夏九星
地球化学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,随着分析技术的发展和分析精度的不断提高,大量非传统稳定同位素体系被逐步建立并应用于各地质过程研究中。从太阳系起源和星云演化到地球形成和演化,再到微生物的生命活动等研究工作中,非传统稳定同位素体系显示了巨大的作用和应用前景。Cr作为过渡金属元素,是除主量元素以外丰度最高的元素之一,在自然界中广泛存在。目前,Cr同位素的研究主要应用于太阳系早期定年,星云演化等宇宙化学研究,及古环境的氧化还原演化等低温地球化学中。前人研究发现,硅酸盐地球和月球相对于球粒陨石亏损Cr。而根据近年来高温高压实验岩石学的研究,Cr的亲铁性随温度的升高和氧逸度的降低而增强,在一定的温压、氧逸度条件下,>60%的Cr分配进入地核,从而造成目前硅酸盐地球相对亏损Cr。同时,Cr是一个变价元素,在硅酸盐中主要以+2和+3价存在,而在金属地核中则以0价存在。根据同位素分馏理论,同一元素的不同价态间可能存在显著的同位素分馏。因此,Cr同位素可能具有制约地球核幔分异过程的潜力。但是,目前高温Cr同位素研究存在的主要问题是:(1)对于硅酸盐地球的Cr同位素组成制约工作还比较缺乏;(2)对于高温地质过程(如部分熔融和岩浆演化)中的Cr同位素分馏及其机制还没有系统的研究;(3)地球上大部分的Cr可能储存在地核中,但缺乏对地核的Cr同位素组成的制约;(4)缺少高温实验中不同条件下金属相和硅酸盐相之间的Cr同位素分馏的研究,对地球核幔分异过程中可能发生的Cr同位素分馏还不清楚。
  针对上述问题,本论文首先用双稀释剂法对来自不同地质背景的地幔捕掳体的Cr同位素组成进行了系统的研究。对于不同类型的地幔捕掳体(尖晶二辉橄榄岩,石榴二辉橄榄岩,方辉橄榄岩,辉石岩)的分析结果显示,地幔捕掳体的Cr同位素组成极其不均一,δ53CrNIST 979从-1.36±0.04‰ (2SD)到+0.75±0.05‰(2SD)。其中,新鲜的正常地幔橄榄岩(Al2O3<4.5 wt.%,没有经历过明显的交代作用)的δ53Cr随全岩CaO和Al2O3含量的升高而降低,指示部分熔融过程中可能存在一定的Cr同位素分馏。通过分离和批式熔融模拟发现,部分来自外蒙古的样品Cr同位素组成不能用部分熔融解释,可能还存在动力学过程导致较大的Cr同位素的分馏。交代过程中,由于熔体与橄榄岩间存在Cr含量的不平衡,Cr从地幔橄榄岩向熔体扩散,产生了具有极低Cr同位素组成的熔体岩脉(低至-1.36±0.04‰)和偏高Cr同位素组成的橄榄岩(高至+0.75±0.05‰)。考虑到部分熔融,交代作用及后期蚀变均可能改变地幔橄榄岩的Cr同位素组成,我们选取了饱满或接近饱满的地幔橄榄岩来计算地幔的平均Cr同位素组成,得到的上地幔平均的δ53Cr为-0.14±0.12‰ (2SD),与前人得到的硅酸盐地球的Cr同位素(-0.12±0.10‰)组成一致。
  为了进一步研究岩浆演化过程中的Cr同位素分馏行为,我们对夏威夷玄武岩的Cr同位素进行了系统的测量。结果显示,Mauna Kea和Koolau的样品Cr同位素组成相对均一,且两者的平均组成在误差范围内一致,指示海水蚀变及源区再循环物质的加入没有明显改变夏威夷洋岛玄武岩的Cr同位素组成。KilaueaIki的样品则显示一定的Cr同位素变化,δ53Cr从-0.18±0.04‰(2SD)to 0±0.04‰(2SD),且与全岩MgO,FeOtot及Cr含量正相关,与SiO2,CaO和Al2O3含量等负相关。这些相关关系主要反映了岩浆演化过程中含有较重Cr同位素组成的铬铁矿与橄榄石一起堆晶的过程,表明在铬铁矿的分离结晶过程中存在明显的Cr同位素分馏。通过混合模型计算,我们得到铬铁矿与熔体间的平衡分馏系数(△53Crchr-melt)为0.05‰到0.20‰,拟合最好的分馏系数为0.10‰。这一结果与前人对月球玄武岩的研究结果相似,指示在不同的氧逸度条件下(IW-2到FMQ或更高,IW: iron-wüstite缓冲对,FMQ: fayalite-magnetite-quartz缓冲体系),铬铁矿的结晶过程中均会在一定程度上富集重的Cr同位素,这可能是由于在这一氧逸度范围内,Cr在熔体中同时以Cr2+和Cr3+的形式存在,而铬铁矿结晶过程中更倾向于富集Cr3+造成的。大部分分异的硅酸盐陨石的氧逸度在月球和地球表层岩石之间,这意味着在其他星体的岩浆演化过程中可能也存在一定的Cr同位素分馏,在确定其他分异星体如火星和灶神星硅酸盐的Cr同位素组成是需要考虑岩浆演化的影响。受铬铁矿结晶分异影响比较小的夏威夷玄武岩的平均δ53Cr为-0.17±0.05‰ (2SD),与地幔橄榄岩在误差范围内一致,但可能整体略偏轻。
  在确定了地球硅酸盐的Cr同位素组成的基础上,本论文还对代表小行星分异后核部的铁陨石的Cr同位素组成和高温条件下金属相和硅酸盐相之间的Cr同位素分馏进行了研究。对铁陨石的研究结果显示,代表行星核部的铁陨石整体具有较重的Cr同位素组成,δ53Cr从+0.86±0.05‰ (2SD)到+2.05±0.04‰ (2SD),远高于球粒陨石(-0.11±0.10‰,2SD),且同组铁陨石虽然具有不同的非质量相 关分馏ε53Cr和ε54Cr值,但具有相似的稳定Cr同位素组成。通过活塞圆筒压机,我们对1800℃,1GPa条件下,不同组成的硅酸盐和金属相之间的Cr同位素分馏进行了研究。结果显示,Fe-Ni金属和原始地幔橄榄岩组成的硅酸盐间存在系统的的Cr同位素分馏,且金属相Cr同位素相对硅酸盐相偏重,两相间Cr同位素的分馏值△53CrM-S (△53CrM-S=δ53CrMetal-δ53CrSilicatc)为:+0.08±0.04‰ (2SD)。 改变硅酸盐的物质组成后,我们发现△53CrM-S的值也会有一定的改变,整体上随金属相Ni含量和体系氧逸度的升高而升高。据此,我们将Cr在金属和硅酸盐间的分配系数模型和分馏系数相结合,对不同温度、压力和氧逸度条件下,金属和硅酸盐相中的Cr含量及同位素组成进行了模拟。结果显示,即使在比较氧化的实验条件下(IW-1.2),核幔分异产生的Cr同位素分馏也不能完全解释铁陨石重的Cr同位素组成。铁陨石重的Cr同位素组成可能指示小行星核形成后的结晶分异过程中存在显著的Cr同位素分馏。对地核而言,如果地核增生是从还原到氧化,那么地核的Cr同位素组成与硅酸盐地球相似;如果地核增生是从氧化到还原,那么,地核的Cr同位素组成可能比硅酸盐地球偏重。两种情况下,硅酸盐地球的Cr同位素组成都与球粒陨石相似,这与目前的测量结果一致。
  综上所述,我们的研究发现在高温核幔分异过程、地幔橄榄岩部分熔融和玄武质岩浆结晶分异过程中,Cr同位素均会发生不同程度的分馏。这一结果暗示了Cr同位素在示踪高温岩浆活动及早期行星的形成和演化中具有巨大的潜在应用。我们的结果为未来高温Cr同位素体系的应用和发展提供了理论及数据基础。
[博士论文] 吴姗姗
植物营养学 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:矿物-水界面反应是生物地球化学过程中最基础的关键研究内容。其中,在微观矿物界面上发生的溶解和沉淀(表面生长)反应最能直接影响土壤地球化学过程中的矿物元素循环、养分有效性、重金属的去向以及生物矿化过程(无机元素吸收进入生物体后形成矿物的过程)等。在每一个特定过程中,反应速率及动力学(Kinetics)最终由矿物界面以及界面液体中所包含的各种有机、无机添加(杂质)分子和离子组分所控制。所以,研究反应过程中有机大分子-矿物界面的相互作用对晶面生长动力学过程及晶体形貌的调控作用尤为重要。目前,借助最新发展的原位观测手段和单分子力谱,可以直接实时观测纳米级矿物表面反应和无机矿物与有机分子之间的相互作用,这有助于揭示发生在矿物-水界面上的反应机制。本研究以普遍存在于土壤和生物体内的磷酸钙矿物以及一种在生物矿化过程中被广泛研究的模式蛋白Amelogenin的C-末端短肽为实验材料,使用原子力显微镜(AFM)原位观测矿物-水界面反应的动力学过程。并在AFM针尖表面化学修饰上单个短肽分子,利用AFM单分子力谱在单分子水平上测定了短肽和磷酸钙矿物表面的结合能。此外,结合短肽的生物化学荧光标记和修饰等研究最终探明AmelogeninC-末端短肽自组装体和分子单体在调控磷酸钙矿物界面生长具有不同的动力学和热力学(Thermodynamics)(统称Dynamics)机制。此微观机制的研究为研究其它复杂土壤矿物和生物矿物的界面反应提供了线索和方法上的探索。此研究得出的主要结论如下:
  1、单体Amelogenin C-末端短肽通过修饰二水磷酸氢钙(DCPD)-水界面的界面能来修饰DCPD(010)面上生长螺旋的临界长度以及台阶宽度,从而抑制DCPD晶体表面的螺旋生长。
  在过饱和度(相对于DCPD的σ=0.344-0.659)范围确定的系列溶液中,首先利用原位AFM实时测量了DCPD(010)面上三角形螺旋生长的速度(即三个台阶移动的速度),发现1-200 nM Amelogenin C-末端短肽并不影响三个台阶移动的速度,但低浓度(1-10 nM) Amelogenin C-末端短肽显著减小了两个生长相对较快的台阶([10(1)]Cc和[101]Cc)的密度(即增加了台阶宽度),同时,当浓度超过50 nM后此效应逐渐减小,增加溶液过饱和度加速了此效应的消失。随后,我们测量了台阶临界长度(Lc),发现在不添加短肽的过饱和溶液中,Lc随着溶液过饱和度σ的降低而增加。同时,在同一固定饱和度σ下,Lc随着短肽浓度(10nM到1nM)减小而快速增加;但是,当短肽浓度超过50nM后,Lc反而不发生改变。最后我们通过其它手段表征不同浓度的短肽颗粒粒径,发现低浓度的短肽以单体形式存在,它通过吸附在DCPD(010)面上并与矿物表面有着较强的相互作用,从而通过改变DCPD-水界面的界面能来影响晶体移动的台阶临界长度以及台阶宽度,进而在生长的晶面上延缓了可移动台阶的形成,起到抑制DCPD生长的作用。而当浓度过高时,短肽则因自组装形成团聚体,导致其与矿物表面的相互作用降低,从而减弱了对DCPD生长的抑制作用。本研究为理解生物矿物及土壤矿物的形成和生长提供了界面能控制方面的微观机制。
  2、原位观察到磷酸八钙(OCP)晶体(100)面通过非经典的粒子粘附方式生长;在生长过程中,自组装伸长的Amelogenin C-末端短肽控制了OCP纳米颗粒的形貌,使球形粒子也按同等比例伸长,揭示了Amelogenin C-末端短肽的自组装体对OCP晶面生长形貌的调控机制。
  在精确定义的热力学驱动力(过饱和度)、pH和离子强度的条件下,借助原位AFM实时观测OCP晶体(100)面生长的过程中,发现与DCPD表面生长不同,OCP的生长并不是以经典的螺旋或岛状的方式生长,而是以非经典粒子粘附的方式进行。同时,在生长过程中加入特定浓度(50 nM) Amelogenin C-末端短肽,其自组装后可以明显诱导OCP纳米粒子的伸长,其长宽比从1∶1增加到2∶1,而当浓度增加到100 nM后此效应消失。最后,通过原位AFM观察发现100 nM短肽在OCP晶面上出现了去组装现象。通过观察经生物标记荧光修饰的短肽在OCP晶体表面的沉积,说明特定浓度的短肽在OCP晶面上可以进行自组装和去组装。此结果有利于理解有机分子如何控制晶体通过颗粒粘附方式生长时的形貌修饰作用的机制。
  3、通过AFM单分子力测定,探明Amelogenin C-末端短肽在OCP晶体(100)面上可形成伸长的自组装体,再吸附和结合OCP溶液中的纳米粒子在其表面生长。
  在AFM针尖修饰上Amelogenin C-末端短肽,直接测量单个短肽分子和OCP晶体(100)面的结合强度。在磷酸缓冲液中,通过直接测量修饰了短肽的针尖和OCP(100)面接触的力-距离曲线,并将其转化为分离短肽-OCP键合所做的功(W),最后得到短肽和OCP晶面的结合自由能为△GB=-26.0 kcal/mol。作为对照,短肽和云母表面结合能仅为-10.3 kcal/mol。结合原位OCP生长动力学和AFM单分子力谱的研究,进一步表明Amelogenin C-末端氨基酸序列中最末位的酸性氨基酸(天冬氨酸以及谷氨酸)暴露在短肽组装体表面并具有结合Ca-P纳米颗粒的能力。并且,这些短肽可以通过自组装形成组装体,进而诱导形成伸长的磷酸钙纳米颗粒。此结果加深了在单分子水平上理解有机分子和矿物界面相互作用以及晶体生长过程中出现的形貌修饰作用的机制,这也将为揭示发生在复杂土壤地球化学和其他生物矿化体系中矿物-水界面上的沉淀(生长)反应提供微观动力学和热力学的研究线索。
[博士论文] Akhtar Hussain Markhand
地球化学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:纳格尔巴格尔杂岩体位于巴基斯坦南部与印度交接的巴格尔沙漠地区,靠近信德省大卡奇沼泽地,由变质岩、侵入岩和火山岩组成,这些岩石以深成岩体的形式出露于沙漠平原中,其中花岗岩是主要岩石类型。本研究的主要目的是测定纳格尔巴格尔杂岩体岩石的年龄和元素组成,以期对其成因、演化过程和大地构造背景进行制约。为此,本文对采自纳格尔巴格尔地区9个侵入体的28块代表性岩石样品进行了详细的锆石235U-207Pb年龄分析和主量元素及微量元素测定。
  为获得U-Pb年龄数据,岩石样品被机械破碎以筛选出锆石晶体,随后这些锆石被固定在环氧树脂靶上并抛光。表面喷碳后,这些锆石靶用装配于Tescan扫描电子显微镜上的Gatan Chroma CL阴极光谱仪获得锆石的CL图像,测定235U-207Pb年龄的目标点被标注于锆石的CL图像上。235U-207Pb年龄采用LA-ICP-MS进行分析,在中国科学技术大学-中科院壳幔物质与环境重点实验室完成。235U-207Pb年龄测定结果在经过普通铅校正后由计算机软件得到其谐和年龄图解与加权平均年龄图解。
  所有样品的全岩主微量元素组成使用XRF、ICP-MS和ICP-AES在广州澳实实验室测定。结果在构造环境判别图解中投点以区别各岩石的分类、对应的构造环境关系以及物质来源。岩石微量元素组成在球粒陨石和原始地幔标准化图解中的富集和亏损异常被用来推断岩浆的原始源区。结果表明,杂岩体中深成岩是大陆下地壳部分熔融的产物,这些岩浆受到前存大陆下地壳围岩的同化混染。卡奇地区随后因纳格尔巴格尔断裂的再次活跃和拉贾斯坦与卡奇附近地区的相关裂谷活动而被抬升。该地区具有富集地幔来源特征的火山岩证明该区域在抬升后又经历了火山活动。根据出露岩石的地球化学组成判断,本区域在构造环境判别图解被归为板内花岗岩成因环境,杂岩体花岗岩具有中等到高的钾-钙含量特征,是典型的A型花岗岩。
  样品的锆石235U-207Pb年龄结果表明有三期主要的岩浆活动存在:(a)变质作用阶段:片麻岩具有884±6Ma的变质年龄,角闪岩具有818±7 Ma的变质年龄;(b)深成作用阶段:深成岩浆活动从815 Ma持续到730 Ma,期间发生数次间断性活动,产生了长英质、中性和镁铁质岩浆;(c)火山活动阶段:形成283.2±2 Ma的粗面岩。结合地球化学特征来看,纳格尔巴格尔杂岩体形成于冈瓦纳大陆裂谷扩张阶段,具有两种不同的物质来源,并且与印度地盾的拉贾斯坦克拉通地区在后德里岩浆事件中的马拉尼火成岩套在地域上具有关联性。
[博士论文] 殷晓曦
矿物学、岩石学、矿床学 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:我国华北型煤矿区的开采扰动势必改变地下水系统的水动力条件,破坏水化学环境。然而,矿区多含水层地下水系统在水化学研究方面,目前缺乏在采动影响条件下,从大尺度和时空角度分析水动力与水化学的变化关系,也就无法揭示水化学环境的本来面目与发展趋势,更难确定水循环演变特征,以致矿区水害防治与水资源利用、保护存在诸多盲目性。为此,本文选取典型华北型煤矿区----宿县-临涣矿区为研究区,以该矿区地下水系统为研究对象,以该地下水系统中的主要突水含水层为研究示范,采取现场调研,资料收集,室内测试、系统研发与理论分析相结合的研究手段。首先,采用典型同位素与常规离子组合比等示踪技术以及常规水化学主成分分析技术,研究矿区采动影响下主要突水含水层水-岩作用的变化机制与水化学演化规律;其次,依据稀土元素稳定且相似的地球化学性质,考虑矿区主要突水含水层不同的水文地球化学环境,分析矿区主要突水含水层稀土元素在水-岩作用中的不同地球化学行为,从而合理提出主要突水含水层地下水水循环模式;再次,基于矿区采动影响下地下水水化学-水循环变化关系研究,采用氢氧稳定同位素与水化学联合示踪技术,分析矿区地下水的循环过程、补给来源,从而合理确定混合地下水补给端元,建立了地下水补给端元混合比例的计算模型。
  本研究主要内容包括:⑴通过ArcGIS及其二次研发平台,建立了基于主成分分析法的矿区地下水水文地球化学演化识别系统,以利于矿区水化学与水循环的变化关系研究。⑵通过同位素87Sr/86Sr、34S、13C以及常规离子Na++K+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-、SO42-、CO32-示踪矿区主要突水含水层主要水-岩作用机制,可知煤系含水层内阳离子交替吸附及脱硫酸作用最为显著,而四含、太灰与奥灰含水层内碳酸盐、硫酸盐溶解及黄铁矿氧化最为显著。采动影响下,矿区煤系与奥灰含水层内主要水-岩作用逐渐减弱,四含与太灰含水层主要水-岩作用或增强,或减弱,增强或减弱的程度取决于所存在的地质与水文地质背景条件。⑶通过稀土元素地球化学参数LREE/HREE、(La/Yb)N、δEu、δCe、(La/Sm)N、(Gd/Yb)N、Eu/Sm与常规离子Na++K+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-、SO42-、CO32-分别作为分析变量开展主成分分析的对比研究,可知矿区主要突水含水层地下水δEu、LREE/HREE、Eu/Sm、δCe的变化与含水层中的硫酸岩、碳酸盐岩溶解及黄铁矿氧化作用有关;(La/Yb)N、(Gd/Yb)N比值与含水层中的阳离子交替吸附及脱硫酸作用有关。基于稀土元素分布与水文地球化学行为分析,提出了矿区地下水稀土元素水循环模式主要分3种渗流路径。⑷基于同位素D、18O与常规离子Na++K+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-、SO42-、CO32-联合示踪,矿区地下水独立的补给端元分别为:大气降水的直接入渗、大气降水的滞留入渗以及古地下水,从而建立了矿区主要突水含水层地下水补给端元混合比例的计算模型,应用效果良好。
[博士论文] 陈欢
地球化学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:数十年来,大陆板内玄武岩的起源一直是国际上地球科学研究的前沿和热点问题,而广泛分布于中国东部乃至整个东亚地区的新生代大陆碱性玄武岩为研究这一问题提供了重要窗口。最近,随着新的地球化学研究手段(岩浆水含量、斑晶的氧同位素组成、全岩的Mg同位素组成,熔体包裹体的成分等)被应用于示踪玄武岩地幔源区中富集组分,再循环洋壳组分越来越多地被认为是源区富集组分的主要来源。地震层析成像显示俯冲地太平洋板块滞留在中国东部的地幔过渡带,因此玄武岩源区的再循环洋壳组分被更多的与太平洋板块联系起来。然而,中国东部经历了多期的俯冲事件(例如:Paleo-Tethyan,Paleo-Asian或Izanagi板块俯冲),这些再循环的洋壳组分同样可能来自于古老的俯冲板块。目前尚没有直接的证据表明中国东部新生代玄武形成是否与位于地幔过渡带的太平洋板块有关。
  为了研究太平洋板块俯冲与中国东部板内玄武岩起源之间的联系,本文从玄武岩水含量、斑晶氧同位素组成以及地幔源区时间和空间上的不均一性的角度,选取位于中国东北地区的双辽、乌兰哈达、柴河-阿尔山和小古里河新生代玄武质火山群作为研究对象,详细地分析了全岩的主、微量元素,单斜辉石斑晶的主量元素、水含量和氧同位素的组成,通过最早结晶的单斜辉石斑晶的水含量结合水在单斜辉石斑晶(镁值Mg#>75)和熔体之间的分配系数计算得到“原始”岩浆的水含量。
  对于双辽玄武岩,单斜辉石斑晶的氧同位素(δ18O)从4.10‰变化到6.73‰,类似于经典的蚀变洋壳氧同位素的变化特征。另外,氧同位素与全岩的Eu和Sr的异常存在相关性。这些都指示其地幔源区存在再循环洋壳组分。经过计算,双辽玄武岩“原始”水含量为0.90-3.06wt.%,明显高于MORBs(大洋中脊玄武岩)和OIBs(洋岛玄武岩)的水含量。结合双辽玄武岩显著的K正异常以及全岩H2O/Ce与Ba/Th,Ce/Pb比值之间的相关性,推测其源区还存在富水沉积物组分。
  不同于双辽玄武岩,位于太平洋板块俯冲最前缘的乌兰哈达玄武岩具有相对低的水含量(0.21-0.69 wt.%),介于MORBs和OIBs之间。单斜辉石斑晶具有较高的氧同位素组成(5.49-7.38‰),显著高于典型MORB和地幔橄榄岩中单斜辉石的氧同位素组成。另外,乌兰哈达玄武岩全岩的H2O/Ce比值与全岩的87Sr/86Sr,Ba/Th,Nb/La,Nb/U和Ce/Pb比值之间存在相关性。这些说明了其源区中存在脱水的沉积物和再循环洋壳组分。
  柴河-阿尔山火山群由超过35座第四纪(<2Ma)玄武质火山组成。不同样品之间单斜辉石斑晶的氧同位素组成和“原始”熔体水含量变化范围很大(4.27-8.57‰,0.23-2.70 wt.%),指示其地幔源区化学组成的高度不均一性。另外,单个样品内部单斜辉石斑晶氧同位素组成和水含量同样具有很大的变化范围,表明在火山喷发前发生了快速的岩浆混合作用。其斑晶的氧同位素组成,全岩的H2O/Ce和Ba/Th比值,Eu异常之间的关系说明柴河-阿尔山玄武岩地幔源区中存在三个组分(再循环蚀变上部洋壳和沉积物,蚀变的下部辉长质洋壳和周围地幔)。
  对于小古里河超钾质火山岩,计算得到的水含量和H2O/Ce比值很低(0.36-0.50 wt%,~15),显著低于中国东部钠质碱性玄武岩。这意味着其源区中富K组分是相对“干”的。结合其高的橄榄石斑晶氧同位素比值,低的全岩20Pb/204Pb比值和较高的全岩87Sr/86Sr比值,推测脱水的古老沉积物组分很可能是小古里河超钾质玄武岩源区中富钾组分的来源。
  由于地幔不同圈层之间的含水性差异很大,因此水含量可以成为示踪大陆玄武岩来源的有力证据。根据玄武岩“原始”熔体的水含量,源区的部分熔融程度和水的分配系数,我们计算了中国东部新生代玄武岩源区的水含量。其中,最保守估计的水含量是150-4000 ppm(大部分超过500 ppm),仍然显著的高于相应地区地幔橄榄岩的水含量。并且中国东部新生代玄武岩源区的水含量与橄榄岩包体的水含量呈现不同的空间变化特征,这更加清晰地表明岩石圈地幔并不是这些玄武岩的源区。另外,除了海南岛,地球物理的观测并没有发现中国东部存在深部地幔柱的痕迹,而且位于地幔过渡带的太平洋板块也会阻挡深部地幔柱的上涌。因此,具有高水含量特征的中国东部新生代板内玄武岩只可能来源于富水的地幔过渡带。对单个火山群中研究发现,不同的再循环洋壳组分(沉积物,上部洋壳,下部洋壳)对地幔源区的贡献随时间有强烈变化(例如,柴河-阿尔山玄武岩,双辽玄武岩)。由于太平洋板块正不断地向中国东部俯冲,持续地向地幔输送再循环物质,因此这种地幔源区时间上的不均一性很可能是由持续俯冲地太平洋板块俯冲引起的。换句话说,位于地幔过渡带的太平洋板块很可能是中国东部新生代玄武岩源区富集组分的主要来源。
  统计发现,中国东部新生代玄武岩的水含量和H2O/Ce比值变化很大(0.19-3.89 wt.%,12-737),大部分高于典型的OIBs的水含量。值得注意的是,靠近太平洋海沟的玄武岩的水含量和H2O/Ce比值(双辽,山东和浙江)要高于远离太平洋海沟的玄武岩的水含量和H2O/Ce比值(乌兰哈达,小古里河和太行山),除了柴河-阿尔山玄武岩。这可能与太平洋板块的脱水过程有关。另外,在双辽,乌兰哈达,柴河-阿尔山,小古里河,山东,太行山和浙江玄武岩源区之间,源区再循环组分贡献的差异变化很大。太平洋板块在循环过程中会经历不同程度的蚀变和脱水,可能导致不同地区再循环组分的比例和组成发生变化,进而引起中国东部板内玄武岩地幔源区空间上的不均一性。
[博士论文] 曹星星
地球化学 贵州大学 2016(学位年度)
摘要:湿地作为重要表生环境之一,虽然仅覆盖地球表面的6%,却为地球上20%的已知物种提供了生存环境,具有不可替代的生态功能。与其他陆生生态系统相比湿地以水生植物为优势种,而大部分水生植物具有利用 HCO3?进行光合作用的能力,岩溶地区地表水和地下水中主要阴离子为HCO3?,可以为这些水生植被的生长提供充足的碳源。此外,水文条件是湿地形成、发育的决定因素,同时控制着湿地生态系统内生物地球化学过程和功能,因而对湿地水体水化学特征及稳定同位素变化规律的研究,可以揭示湿地水体离子、无机碳和水份等的来源,通过与流入湿地的地表水和地下水水化学和稳定同位素组成之间的差异,可探寻湿地内控制流域水化学组成和稳定同位素变化的地球化学过程。基于此,我们拟以西南岩溶地区贵州威宁草海流域为例,分析不同季节流域内水化学和稳定同位素的变化规律,系统研究草海流域离子来源,并揭示控制该湿地水化学变化的地球化学过程,得到了以下主要认识和结论:
  (1)草海周边地表水和地下水水化学类型主要为Ca-HCO3,水化学组成主要受碳酸盐岩溶蚀和人类活动共同影响。丰水期草海湿地水水化学类型为Mg-HCO3,Mg-SO4,Ca-SO4和 Ca-HCO3型,且水体中主要离子 Ca2+和 HCO3-由东向西逐渐降低,湿地东侧水体pH呈弱酸性,DO含量低,EC高,且Eh为负值,显示该区域水体呈现还原状态,相反西侧水体pH呈碱性,DO含量高,EC低,Eh为正值,显示该侧区域水体呈氧化状态。枯水期湿地水水化学类型为Ca-HCO3,水质易变参数空间变化差异较小。通过对湿地水化学组成的因素分析发现,引起丰水期湿地水化学的变化可能主要与湿地内生物地球化学过程有关,而枯水期则可能主要受水体蒸发作用影响。
  (2)丰水期流入草海的地下水和河水中溶解无机碳同位素(δ13CDIC)变化范围为-13.66‰~?8.64‰,枯水期δ13CDIC变化范围为-12.61‰~-7.80‰。地下水中 DIC主要来自于碳酸盐岩的溶蚀和土壤 CO2,同时受丰水期大气降水的稀释作用和枯水期较长的水力停留时间,使地下水中 DIC浓度及其同位素产生季节性变化。河水中DIC主要来自地下水,而受河水中浮游植物的光合作用和CO2逸散的影响,河水DIC同位素组成较地下水相比相对偏正。丰水期湿地水δ13CDIC变化范围为-15.13‰~-6.68‰,东侧区域pCO2高于大气pCO2分压与植物根系和沉积物的呼吸作用有关,而西侧区域 pCO2则低于大气 pCO2分压与沉水植物光合作用有关,同位素组成受化学强化分馏和光合作用影响。枯水期δ13CDIC变化范围为-6.23‰~?0.06‰,几乎整个草海水面pCO2均高于大气pCO2分压,CO2逸散进入大气、CO2还原成甲烷和浮游植物的光合作用使得枯水期DIC同位素偏正。
  (3)草海流域河水、地下水和湿地水氢氧同位素分析显示,地下水和河水主要受大气降水补给。湿地水在垂向混合同位素组成差异较小,但具有明显的空间和季节变化特征,枯水期(δD=-25.89±6.75‰,δ18O=-2.24±1.12‰)湿地水氢氧同位素组成显著高于丰水期(δD=?66.03±13.77‰,δ18O=?8.31±2.23‰),且丰水期东侧氢氧同位素组成低于西侧,枯水期南侧同位素比值则相对较高,这种分布特征与水生植被分布,大气湿度和水热容量有关。根据同位素质量平衡法计算结果,丰水期草海主要接受地下水补给,而枯水期地下水补给量相对较少,主要来自大气降水。
  (4)丰水期和枯水期草海周边地下水中硫同位素平均值分别为-14.40‰和-15.00‰,河水中硫同位素平均值为?13.91‰和?13.44‰,而湿地水中硫同位素平均值分别为?6.68‰和1.18‰。研究发现湿地水丰水期中硫酸盐主要来自地下水和大气降水,而枯水期湿地水中硫酸盐则主要来自生活污水排放和大气降水,这种硫酸盐来源的变化与湿地补给水源的变化有关。
[硕士论文] 张更
矿物学·岩石学·矿床学 贵州大学 2016(学位年度)
摘要:新元古代-早寒武世发生了地质历史上第二次大氧化事件,沉积岩中的氧化还原敏感元素在这一时期出现富集。分散元素硒是典型的氧化还原敏感元素,沉积岩中硒的富集可以指示海洋氧化环境的变化。为了讨论这一时期海洋氧化还原条件及硒的富集条件,本文所取上扬子地区6条陡山沱组剖面,白果园剖面、九龙湾剖面、陈家院子剖面、五河剖面、南皋剖面和三都剖面,对第四段黑色页岩的总硒含量,主量元素,微量元素及硒同位素的系统分析研究,初步的认识包括:
  (1)总硒含量测试测结果显示所测六个剖面黑色页岩Se均远高于Se的地壳丰度(0.05ppm),形成了不同程度的富集。硒的富集随剖面深度的增加而减弱。在白果园剖面、九龙湾剖面、陈家院子剖面、五河剖面,其黑色页岩的Se含量主要来自陆源风化物质的输入;而南皋剖面和三都剖面的黑色页岩中的Se可能来自陆源物质输入和热水(氧化性流体)物质。陡山沱组第四段黑色页岩Se元素的富集与Co、Ag、V等氧化还原敏感元素都有不同程度的相关性,反映了不同剖面Se的地球化学行为的区别。Se含量与Co含量的相关性反映了Se的富集与生物作用的关系;Se含量与Ag含量、Se含量与V含量的关系则暗示了Se(-Ⅱ)与Ag、V的结合物并形成共同富集。
  (2)结合Mo-U体系指示了这一时期上扬子板块不同程度的缺氧环境,对Se富集的影响进行探究:白果园剖面位于浅海相,主要为缺氧环境,陆源物质最为丰富,Se的富集程度最高;九龙湾剖面可能处于更深的稳定硫化水体位置,有较为稳定的缺氧(硫化)环境,Se被充分转化为还原态并与Ag、V结合形成富集;陈家园子剖面可能处于硫化水体的下缘,海洋环境的缺氧程度存在波动,富集程度略低于九龙湾剖面;贵州黔东南五河剖面处于斜坡相,硫化水体间歇出现,为较稳定的缺氧环境,Se的富集程度与陈家园子剖面相似;贵州黔东南南皋剖面处于斜坡相,生物作用较为薄弱,Se的富集程度低;贵州黔东南三都剖面处于斜坡相向深海相过渡的地带,为铁化海水环境,Se的富集程度最低。
  (3)结合实测的硒同位素数据和同时代前人数据对比,对海洋中硒同位素分馏的分层情况做了简单分析。浅海相陈家园子剖面陡山沱组第四段黑色页岩
  δ82/76Se的变化范围为0.30‰~1.65‰,平均值为0.73‰,偏向重的硒同位素组成。Srtandmann等(2015)对陡山沱斜坡相(斜坡相)的黑色页岩测试δ82/76Se值范围为-0.84~0.48‰,平均值为指示所处古海洋环境可能为厌氧和富铁的海水环境,轻的硒同位素分馏潜在的指示了其缺氧铁化的海洋环境。
  (4)综合前人数据,海洋中的无机态硒Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)在含氧环境中无机态硒可以通过吸附作用部分进入深海沉积物中,而在缺氧或静海环境中可以部分转化为Se(0)或形成Se(-Ⅱ)进入沉积物。在低氧至缺氧/静海环境中,在沉积物中Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)也可以转化为Se(0)或Se(-Ⅱ)。
  上扬子板块埃迪卡拉纪陡山沱组第四段黑色页岩硒的富集作用跟海平面上升、生物作用、硫化楔、铁化水体和不稳定的缺氧海洋环境有关,不同剖面的区域因素也造成了富集程度的差异。
[硕士论文] 王雯宁
矿产普查与勘探 西安石油大学 2016(学位年度)
摘要:本文以永寿-陇县地区晚奥陶世平凉组藻礁为研究对象,通过野外露头实地踏勘、L井的钻井岩心观察,并对样品进行碳氧同位素及微量元素测试分析,系统研究了研究区藻礁的发育层位、规模及分布范围。并对典型剖面藻礁进行了的详细研究,明确了含礁地层的造礁生物、附礁生物及岩石组成,分析了藻礁沉积微相及其发育演化,在此基础上研究了永寿-陇县地区平凉组藻礁发育的控制因素并建立了研究区藻礁的成礁模式。
  在对永寿好畤河剖面和陇县龙门洞剖面实地踏勘以及对L井相关钻井、测井资料收集的基础上,认为造礁生物主要是藻类、珊瑚、层孔虫等;附礁生物有头足类、腹足类、腕足类、海百合、三叶虫、牙形石等。组成藻礁的岩石类型有藻类骨架岩、藻类障积岩、藻类粘结岩、内碎屑灰岩、生物碎屑灰岩、藻屑灰岩。藻礁的沉积微相主要划分为礁基、礁核、礁盖,仅在永寿好畤河剖面可以划分出礁翼微相。永寿-陇县地区主要发育开阔台地相、台地边缘礁滩相、台地边缘斜坡相、深水盆地相,研究区的藻礁即发育在台地边缘礁滩相中。
  控制研究区藻礁发育的因素有构造活动、海水性质、相对海平面变化、古纬度、造礁生物以及水动力条件,并总结了藻礁的成礁模式。
地理学 新疆大学 2016(学位年度)
摘要:湖泊是干旱半干地区最主要的水资源,是该地区气候变化的指示器,同时也是干旱半干旱地区水循环的重要组成部分,是揭示气候变化与区域响应的重要信息载体。因此,它的形成与消失、扩张与收缩一直以来是科学研究的热点问题。本文通过收集相关的资料和在野外调查工作的基础上,利用水文地球化学以及氢氧稳定同位素方法,分析了新疆博斯腾湖流域湖水的同位素和水化学组成特征、地下水的同位素特征及水化学组成特征、地表水(开都河)的同位素特征及水化学组成特征,其中主要的结论如下:
  (1)测定了2014年博斯腾湖流域不同天然水中的稳定氢氧同位素值,结果表明:湖水δ18O均值为-0.36‰,δD为-15.98‰,存在δD=2.99δ18O-14.91的数量关系;河水δ18O均值为-9.23‰,δD约-61.81‰,其关系:δD=6.1δ18O-5.43;地下水δ18O均值为-8.11‰,δD为-57.01‰,其关系:δD=4.61δ18O-19.68。与Craig(1961)全球的大气雨水线(GMWL)及根据全球雨水同位素观测网GNIP数据与乌鲁木齐大气降水线方程(LMWL)做了对比,这次地下水、湖水与河水氢氧同位素数据的构成均大致落在当地大气雨水线和全球大气雨水线附近,显示受降水补给为主。与已报道的2001,2008及2011年数据做了对比,各年间各水体(地下水、地表水)氢氧同位素数据存在一定的差异,该差异或由各期采样点空间分布不同引起。
  (2)开都河河水、博斯腾湖湖水和地下水的主要离子为Na+、SO42-和Cl-。总主要离子浓度含量为博斯腾湖的湖水>地下水>开都河河水。从上游至下游,河水的TDS和电导率呈上升趋势,Cl-不断降低,K+、Na+、SO42-在中游升高后沿河流降低,Cl-和SO42-含量变化显著,Ca2+、Mg2+的浓度变化不显著。NO3-含量在下游地区升高。博斯腾湖大小湖区湖水中阳离子的浓度分别为Na+>Mg2+>Ca2+>K+,阴离子浓度均为SO42->Cl->NO3-。其中Ca2+、Mg2+、Na+等阳离子在小湖区的含量明显高于大湖区,Cl-、NO3-、SO42-等阴离子在小湖区的含量明显低于大湖区。与前人数据对比发现,近50年以来,博斯腾湖湖水总主要离子含量不断升高,整体平均增加7.4倍,尤其是SO42-增长了14.83倍,表明较大程度的受到了人类活动的影响。该研究对我国西北干旱区河流湖泊的水化学变化、水质特征和水质保护具有重要意义。
  (3)通过反距离差值法对博斯腾湖水体中的氢氧稳定同位素的空间分布特征结果表明:氧同位素(δ18O)在博斯腾湖水体中的分布比较均匀,而氢同位素(δD)在博斯腾湖水中的分布不均匀,可是从整个博斯腾湖来看,氢氧稳定同位素在博斯腾湖水中的分布趋向是由西向东。这跟博斯腾湖湖水的主要补给来源,博斯腾湖水的水质以及水体蒸发的强度息息相关。
[硕士论文] 崔莎莎
矿物学、岩石学、矿床学 西安石油大学 2016(学位年度)
摘要:通过岩心样品分析可以获取精确的烃源岩地球化学指标,但受样品数量与化验经费的影响,要得到连续的分析数据比较困难。研究表明,通过测井信息可以间接的获取地层岩性及流体的情况,测井资料的纵向分辨率较高且数据连续准确,可以弥补通过化验分析资料来识别评价烃源岩的不足。
  本文对南泥湾油田汾川区井位的测井曲线进行标准化后,首先,采用电阻率和声波时差叠合法对研究区井长73段烃源岩进行识别,统计出各井烃源岩的厚度,并绘制出烃源岩厚度分布平面图,对研究区烃源岩分布情况进行分析;然后,对传统的△logR法存在的不足进行分析,并利用多元回归统计法拟合出研究区TOC计算模型,并将该模型应用到整个研究区,计算出研究区所有井的有机质丰度值,对全区烃源岩的有机质丰度进行评价;最后,根据烃源岩厚度及有机质丰度对研究区烃源岩进行了分类。结果表明,研究区延长组长7段有机碳含量和氯仿沥青“A”含量较高,生烃潜量和氢指数中等;有机质干酪根为Ⅱ型,有机物的来源主要是陆生植物;底部烃源岩均已成熟,其Ro值大体分布在0.5%~1.3%之间,Tmax主要分布在443℃~451℃之间,平均为447℃,恰好处于生油的高峰期;目的层有机质丰度较高,范围2.3%~4.6%,平均值为3.6%;暗色泥岩主要发育在长7段底部,呈现北东薄,南西厚的特征。烃源岩厚度为10~22m,平均厚约16m,连续性较好且分布较为稳定。厚度大于15m,TOC含量大于3.6%为I类烃源岩;厚度大于15m,TOC含量小于3.6%为II类烃源岩;厚度小于15m,TOC含量大于3.6%为III类烃源;厚度小于15m,TOC含量小于3.6%为IV类烃源岩。I类烃源岩面积最大,约占研究区总面积的45%。
[硕士论文] 左海玲
自然地理学 西北师范大学 2016(学位年度)
摘要:高寒地区沙化草地中的沉积物代表的是气候冷暖干湿旋回之下沉积外动力的明显变化,同时也记录了高寒沙区地质历史时期沙漠化正逆过程及强度的变化,因此不同成因的沉积物可作为恢复古沉积环境演变的良好信息载体。沉积物中的元素、粒度、有机质等多种指标包含着丰富的环境信息,能较好地揭示古沉积环境的演变。玛曲高原位于青藏高原东端,本文选取玛曲高原东南部典型的古土壤-河流相沉积序列(郎曲剖面),运用14C和光释光测年手段,通过对地球化学元素、粒度、磁化率、有机质等环境代用指标的综合分析,并与周边区域进行对比,重建了玛曲高原全新世以来的沉积环境演变过程。
  研究结果表明:常量元素氧化物含量在全剖面中表现为SiO2>Al2O3>Fe2O3>CaO>K2O>Na2O>MgO,其中Ca、Na、Si在化学风化过程中发生了迁移淋失,Mg、Fe则呈现出显著富集的特征,常量元素的活动性与迁移能力顺序为Ca>Na>Si>Al>K>Mg>Fe。微量元素中Ba、Zr、Sr发生了明显的迁移淋失,大部分微量元素以富集为主,具有代表性的微量元素迁移能力由强到弱依次为Ba>Zr>Sr>Cu>Pb>V>Co>Zn>P>As>Mn,从左至右,元素相对富集程度逐渐增强。SiO2/Al2O3、Na/K、(K2O+Na2O+CaO)/Al2O3(退碱系数)、Cu/Mn和Sr/Cu在河流相沉积层的比值高于古土壤层,而CIA、(Al2O3+Fe2O3)/(RO+R2O)(残积系数)、Rb/Sr、Sr/Ba、P/Mn和Zn/Mn比值在各古土壤层相对较高。常量元素的迁移特征及A-CN-K三角图变化趋势表明玛曲高原化学风化处于脱Ca和Na的初级阶段。在河流相沉积层中,砂含量为高值,粘粒、Md、Mz、SC/D、质量磁化率和有机质含量为低值;在古土壤层中,砂含量为低值,粘粒、Md、Mz、SC/D、质量磁化率和有机质含量为高值,说明古土壤层发育时期环境相对温湿,而河流相沉积时期环境相对凉润。
  对玛曲高原LQ剖面沉积物地球化学元素、粒度、磁化率和有机质进行分析,并运用14C和光释光定年技术,将玛曲高原全新世以来的沉积环境演变划分为9.4 ka B.P.以前沉积环境凉润、风沙活动强烈;9.4~6.4 ka B.P.沉积环境温润、风沙活动减弱;6.4~2.3 ka B.P.沉积环境凉润、风沙活动增强;2.3 ka B.P.以来沉积环境温湿、风沙活动减弱4个阶段。
  通过与青藏高原东北部、青海湖 QDST剖面、共和盆地孢粉所记录的环境信息对比发现,全新世以来郎曲剖面记录的沉积环境与青藏高原周边区域所记录的环境信息具有明显的一致性,同时与玛曲高原MO和OL剖面所记录的中晚全新世以来的环境演变信息吻合度高,因此全新世以来玛曲高原的沉积环境演变与青藏高原周边区域具有较好的同步性。
[硕士论文] 姜为佳
地球化学 中国科学技术大学 2016(学位年度)
摘要:从上个世纪80年代在大陆表壳岩石中发现柯石英和金刚石等超高压指示矿物以来,陆壳的深俯冲及超高压变质作用一直成为地球科学研究的热点。部分熔融作用作为大陆俯冲碰撞带中重要的地质过程之一,在陆陆碰撞俯冲及折返过程中越来越广泛的得到认识。熔体的产生,会影响壳幔相互作用、改变岩石的流变学特征、加速岩石内部矿物之间的反应等,对超高压带岩石的物理与化学性质具有重大的影响。与洋壳俯冲不同的是,陆壳具有较低的低温梯度和较少的含水量,在俯冲过程中不能释放大量的流体而引发岛弧岩浆作用,但是,在一些高温超高压区域,当“干”的超高压岩石在类似变质峰期的高温条件下也可发生部分熔融,并且,在折返期间由于少量含水矿物的降压脱水,以及名义上无水矿物的结构水和分子水的释放,同样可导致大陆碰撞带超高压岩片发生部分熔融。因此,准确限定大陆俯冲碰撞带高压-超高压岩石部分熔融作用发生的时间,对查明超高压岩片折返机制及P-T轨迹的重建等具有重要意义。
  位于中国中东部的大别山造山带是三叠纪华南陆块向华北陆块俯冲形成的碰撞型造山带,因含有柯石英和金刚石超高压变质带出露的规模巨大和岩石类型齐全而闻名于世。其中,大别山超高压变质带包括三个含榴辉岩的岩石单位,即北大别、中大别和南大别。已有研究表明,中大别超高压带花岗质正片麻岩的形成时代为新元古代,而且,副片麻岩、大理岩以及榴辉岩中陆续报道有部分熔融作用的岩相学证据。然而,至于花岗质正片麻岩是否经历了部分熔融作用,以及中大别超高压带部分熔融作用的野外证据、准确时限和产生机制,仍未见报道或缺乏直接证据与限定。因此,为了查明中大别超高压带花岗片麻岩原岩性质和岩石成因、是否发生了部分熔融作用和可能的发生时间,以及确定部分熔融作用与碰撞过程中各个变质阶段的关系,本学位论文对中大别花凉亭、碧溪岭、野寨和龙井关等地的花岗片麻岩、石榴斜长角闪岩以及榴辉岩等变质火成岩进行了系统的野外地质调查以及岩相学、地球化学和年代学等方面研究。结果为中大别花岗片麻岩部分熔融作用发生的期次及其时代提供了野外和岩相学证据与年代学制约,同时,对中大别超高压变质时代提供了新的限定,从而为重建中大别超高压变质带的俯冲和折返过程提供了新的资料。另外,通过对片麻岩、石榴斜长角闪岩和榴辉岩的地球化学特征进行研究与对比,证明研究区花岗片麻岩具有两种不同的原岩性质与岩石成因。
  岩相学观察和锆石学研究表明:(1)花岗片麻岩的锆石中发现有柯石英、金红石、石榴子石和多硅白云母等榴辉岩相矿物包体;(2)榴辉岩的峰期变质矿物有石榴子石+绿辉石+金红石±柯石英+多硅白云母等;(3)榴辉岩和花岗片麻岩中都发现有角闪石、斜长石和榍石等角闪岩相退变质矿物。证明研究区花岗片麻岩经历了超高压变质作用。而且,结合野外调查和锆石定年结果表明,研究区花岗片麻岩在大陆碰撞期间至少经历了两期部分熔融作用:早期,发生在超高压变质峰期或近于峰期(~230 Ma),熔体结晶后形成了含金红石+石英+钾长石+斜长石等矿物的浅色体;晚期,发生在折返初期(~220 Ma),熔体结晶后形成了含电气石+石英+钾长石+斜长石等矿物的浅色体。
  花岗片麻岩、含石榴子石斜长角闪岩以及榴辉岩的锆石U-Pb定年结果表明:(1)花岗片麻岩的原岩形成时代为780-800 Ma和750 Ma;(2)超高压变质时代为225~235Ma以及213~218Ma左右的角闪石相退变质年龄;(3)上述两类浅色脉体的锆石U-Pb定年结果(结合野外表现和岩相学分析)表明,部分熔融作用形成的锆石通常呈黑色、具有异常高的U含量,给出233±2 Ma和221±2Ma的年龄,确定了两期部分熔融作用发生的时代。因此,中大别花岗片麻岩和榴辉岩经历了225-235 Ma的超高压变质作用以及~230 Ma和~220 Ma的部分熔融作用,证明部分熔融作用发生在角闪岩相退变质阶段之前、超高压变质峰期作用之后。
  对碧溪岭片麻岩和花凉亭片麻岩的主微量元素及Sr-Nd-Pb同位素分析,发现两个地区的片麻岩稀土元素分配模式类似,但分别落在原岩形成环境判别图的不同位置,结合其原岩时代,指示它们的原岩形成于不同的大地构造背景。同时,同位素分析结果表明,当时间无论是换算到t=220Ma或t=750Ma时,花凉亭片麻岩和碧溪岭片麻岩各自的εNd(t)都很均一,但二者之间的εNd(t)值相差很大,意味着它们具有不同的岩浆源区和岩石成因,Pb同位素结果也显示了两者原岩的差异性。
[硕士论文] 周其伟
矿物学、岩石学、矿床学 中国矿业大学 2016(学位年度)
摘要:页岩气作为一种重要的清洁能源,已经越来越受到世界各国的重视,国内外专家学者纷纷对页岩气的勘探展开了深入研究。我国华南上扬子地区的海相页岩分布广泛,是我国页岩气勘探的重要区域。作为油气生成的物质基础,烃源岩的研究对页岩气的勘探至关重要。国内外专家学者在华南上扬子地区的烃源岩研究已取得很多重要的成果,但贵州松桃地区大塘坡组下段的一套富有机质的黑色岩系,还有待进一步探讨的必要。
  本文在野外剖面测量、室内岩心编录和综合查阅大量文献的基础上,综合运用岩石学、地球化学、沉积学等方面的学科知识,对贵州与松桃地区大塘坡组下段黑色岩系的岩石学基本特征、元素地球化学特征、有机质特征进行了详细的分析研究并探讨了黑色岩系的沉积环境。
  大塘坡组下段黑色岩系岩性组合主要为炭质页岩、含锰炭质页岩、菱锰矿、钙菱锰矿及少量的火山凝灰岩、凝灰质粘土岩,岩性呈“下细上粗”的沉积序列。
  大塘坡组下段黑色岩系的元素分析结果显示,本套地层形成于被动大陆边缘,沉积环境为缺氧还原环境,沉积物来源主要为陆源碎屑;锰矿层的沉积环境与炭质页岩有所差别,其构造背景为深水断陷盆地,水体条件为富锰、富有机质的强还原-滞留环境,物源则以热水活动的补充作用为主。本套地层沉积期的气候条件为温暖的湿润气候,构造活动在这一时期强度中等.
  对黑色岩系有机质的特征研究可知,黑色岩系中有机碳含量均大于1%,具备好烃源岩的特征;有机质类型为Ⅰ型干酪根,同样显示了优质烃源岩的特性;有机质成熟度达到了5.58%~5.66%,已达到过成熟阶段。因而大塘坡组黑色岩系在地质历史中的某一时期内已产生过大量的油气,在特定的地质条件下,本套地层是一套的优质的烃源岩,可以为上覆地层提供气源。
  综合大塘坡组黑色岩系岩石学、地球化学及有机质方面的研究,认为本套地层形成于缺氧的被动大陆边缘沉积环境。在沉积初期由于构造断裂活动的作用,在本区形成了滞留环境的断陷盆地。来自于地幔气的古天然气沿断裂薄弱地带泄露上升,形成大量的富含锰的热水溶液,因而在区内沉积了一套锰矿层,称为“大塘坡式锰矿”,是我国锰矿资源的重要产区。
[硕士论文] 邵培
矿产普查与勘探 中国矿业大学 2016(学位年度)
摘要:阐明煤对煤层生物气生成的影响及机理,是深入理解煤层生物气形成过程和创新煤层气资源评价方法的重要理论基础。为此,论文选用龙口煤田褐煤和淮南煤田肥煤为研究对象,利用现代测试技术方法,在分析其基本煤质特征基础上,研究其有机地球化学特征,然后进行生物气生成模拟实验。通过对比分析模拟实验中生物气生成量、生气速率及气体组分特点,研究中低煤级煤有机地球化学特征对生物气生成的影响。
  龙口褐煤为高水分、高挥发分、特低灰分的特低硫煤,淮南肥煤为高挥发分、低灰分的特低硫煤;所有煤样煤岩显微组分均以镜质组为主,其中无结构镜质体含量最高,壳质组以孢粉体和沥青质体为主,无机显微组分主要为粘土矿物和黄铁矿。煤样的氯仿沥青“A”含量均大于2.0%,属于好的气源岩,其中龙口褐煤有机质丰度高于淮南肥煤。龙口褐煤的“A”中非烃含量最高,有机质成熟度较低;饱和烃中正构烷烃为单峰型分布特征,主峰碳数为C31,碳数分布范围宽;干酪根富含较多的 H和O,碳同位素较轻,表明龙口煤田煤样有机质类型属于腐泥腐殖型。淮南肥煤的“A”中沥青含量最高,饱和烃含量最低,表明淮南煤的成熟度较高,P1和XJ的正构烷烃为单峰型分布特征,主峰碳为 C25,P3和ZJ为双峰型特征,前峰为C25,后峰为C31;干酪根富含较多的C,碳同位素较重,表明淮南煤田煤样有机质类型属于腐殖型。
  90天的生物气生成模拟实验结果显示,中低煤级煤生物气生成过程分为3个阶段,第一个阶段是生气速率迅速上升期,生气量较多;第二阶段是生气速率平稳下降期,生气累积量平缓增长;第三阶段为生气速率趋于稳定期,生气量较少。但中、低煤级煤的最高生气速率出现时间有所差异,龙口褐煤生气速率在30天达到最大,淮南肥煤在20天达到最大。气体组分以CH4和CO2为主,其中部分含有少量的重烃,气体为特干气,符合生物气的特点。CH4含量随时间延长呈现上升趋势,而 CO2的含量与之相反,指示模拟实验后期代谢类型以乙酸发酵为主,也有部分CO2还原参与。
  高有机质丰度、低有机质成熟度、混合有机质类型的有机地球化学特征有利于生物气生成,表现为生气速率高,生气量大;煤中灰分物质对生气速率有影响,其中黄铁矿和粘土矿物作用显著,可以提高生物活性,加快生气速率;煤有机质中含有较多的小分子侧链,且有机质分子的异构化水平较高时,有利于生物降解。
[硕士论文] 郭子文
地质资源与地质工程 太原理工大学 2016(学位年度)
摘要:近一个世纪以来人类对矿物燃料(如煤、石油等)的大量使用,造成了空气中CO2等温室气体的含量越来越多,以致由温室效应引起的全球气候变化越来越明显,如仍不采取有效措施遏制其发展,将对自然生态系统和人类社会的发展造成不可估量的影响。因此,国际社会纷纷开始关注并逐步实施了一系列的节能减排项目,设法减少对空气中温室气体的排放,在此背景之下,CO2捕集和封存(Carbon Capture& Storage简称CCS)技术应运而生。
  然而,在长期的CO2注入和储存过程中,难免会有CO2沿钻井、断层、断裂带及储盖层裂隙向外界逃逸。因此运用有效技术手段对注入储层内部的 CO2运移与分布状况以及因渗漏所造成的环境影响等进行监测,对保证整个储存工程的安全、持久、有效进行具有重大意义。
  目前的监测技术,包含了以大气、土壤植被、水体、地层以及地球化学流体等为对象的几十种监测技术,技术方法涉及地球物理、地球化学、遥感和自动控制等众多领域。现运用较为成熟的监测技术主要有遥感红外线成像技术、土壤空气累积室技术、非人工源微地震监测技术、电磁法和重磁技术等,但应用活性炭测氡法监测CO2在煤层中的分布特征在国内乃至国际上尚属首次。
  本文在搜集查阅了大量文献的基础上,对CO2监测技术的研究现状进行了综述,并在此基础上重点研究了活性炭测氡法的监测原理及其特点,分两个阶段探索分析了煤层注入CO2影响下地表氡浓度变化的原因。煤层压裂施工阶段造成自由氡析出量增加并向地表加速迁移,CO2持续注入阶段造成自由氡析出量减少并使氡的运移通道闭锁,在两个阶段的综合影响下,地表相关区域内的氡浓度水平降低并且氡气分布更加均衡,这为活性炭测氡法监测CO2注入煤层后在其内部的分布特征奠定了理论基础。
  通过对CO2注入前后注入孔周围氡值剖面图、注入孔周围测区氡值平面等值线图以及试验区氡值趋势面图的对比分析发现,地下注入CO2后,注入孔周围所监测到的地表浅部氡气浓度明显下降,且整条测线的数据波动相较注入前更加平稳。在此基础上,作者引进变异函数来处理具有区域化变量特点的测氡数据,以变异函数分维值这一特定参数来精细表征测氡数据在某一确定方向上的变化程度大小。通过对CO2注入前后ZKZS-001孔位置不同方向测氡数据的分维值特点进行分析,结合压裂工艺及当地地质条件,得出试验区内CO2注入后在东西方向的运移程度强于其在南北方向的运移程度的结论。这也表明,活性炭测氡法是监测注入煤层内部CO2分布情况的有效手段。
[硕士论文] 杨秉飞
矿物学、岩石学、矿床学 合肥工业大学 2016(学位年度)
摘要:大别造山带是位于中国东部的典型的碰撞造山带,形成于华南、华北板块碰撞过程中。大别造山带在造山后发生了大规模岩浆活动和混合岩化作用,现今混合岩主要露于北大别单元内。前人对混合岩进行的定年工作显示混合岩化过程发生于早白垩世,但并不是所有的混合岩都能够得到早白垩世年龄。北大别单元内混合岩表现出明显的变形特征,但该变形是否与混合岩化过程同时发生仍没有充足的证据。而获得混合岩变形时间对于建立造山带造山后地壳减薄机制具有重要意义。
  基于以上问题,本次工作对北大别单元内出露的混合岩进行了详细的观察,并按照混合岩变形强度的差异将其划分为3个区域:天堂寨岩体以北、天堂寨岩体以南以及岳西地区。其中天堂寨岩体以北表现为条带状分布的混合岩;天堂寨岩体以南表现为强烈揉皱变形的混合岩;岳西地区混合岩以条带状混合岩为主,部分混合岩表现为揉皱变形。详细的显微镜下观察和EBSD(电子背散射衍射)测试显示,虽然混合岩在露头尺度表现为不同的变形程度,但在显微尺度内其变形程度基本相同,暗示所有混合岩发生了相同的变形过程。北大别单元内除强烈揉皱变形混合岩外,所有混合岩发生了上盘向NW的运动,矿物拉伸线理为NW-SE向。岩石早期经历了高温(大于600℃)条件下的变形;后期经历了低温(400℃左右)条件下的绿片岩相变形。
  对变形强弱不同的5个混合岩浅色体样品中的锆石进行了微区LA-ICP MS(激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱)U-Pb定年。弱变形的2个混合岩样品D9和D11中锆石边部宽度普遍大于激光束斑直径,获得早白垩世年龄的加权平均值分别为131.3±1.8Ma和131.6±1.3Ma。强烈褶皱变形的2个混合岩样品D21和D49中锆石边部宽度都小于激光束斑直径,没有获得早白垩世的年龄。强烈褶皱变形的样品D14中极少数锆石边部大于激光束斑直径,获得早白垩世年龄的加权平均值为123.9±4.2Ma。这暗示混合岩的强烈变形抑制了锆石边部的生长,但同时也表明北大别单元内混合岩经历了同一期变形事件。弱变形混合岩较宽的锆石边部和强变形岩石较窄的锆石边部形成于同一事件中,因而弱变形混合岩锆石边部记录的年龄即为混合岩变形的发生时间。本次工作显示,北大别单元混合岩变形事件发生于131 Ma左右。
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