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    天然成因金刚石一般产自于金伯利岩筒、钾镁煌斑岩、蛇绿岩体中,少量形成于陨石撞击。金刚石的碳稳定同位素能为它们的生长过程提供关键线索,能够示踪地幔物质循环,尤其是深部碳循环过程。目前金刚石微区碳同位素分析主要仪器设备(纳米)离子探针造价高,且对制样要求较高,迫切需要开发一种快速、准确、高效的测试方法。

    近期,中国地质科学院地质研究所开展激光剥蚀多接收器质谱法(LA-MC-ICP-MS)技术攻关,评估使用LA-MC-ICP-MS测定金刚石碳同位素可行性,取得了系列新认识。一是评估了激光参数对碳同位素分析的影响。按梯度调整激光参数,当信噪比优于4,可以获得跟离子探针类似的精度;采用合金制靶而非环氧树脂,可以有效降低碳的背景值,从而提升信噪比。二是揭示了基体效应的产生机制:通过对ICP中12C+13C/12C和40Ar3+进行了高空间分辨率耦合成像研究,阐明了40Ar3+的离子化动力学,获得了元素之间互相影响电离(基体效应)的直接证据,核素电离过程的相互影响导致元素和同位素分馏,这是产生基体效应的机制之一(图1)。三是确定了ICP中碳同位素分析的最稳定区域以便于高精度碳同位素分析。四是验证了LA-MC-ICP-MS方法的可靠性:对两种金刚石(天然金刚石(D-N-1)和合成金刚石(D-HTHP))分别使用多种技术手段进行了测量,既标定了标样也验证了该方法的可靠性,尽管空间分辨率略逊于(纳米)离子探针,但充分表明LA-MC-ICP-MS是一种快速、精确、准确的金刚石碳同位素分析方法。

    本研究通过样品制备工艺的改进、等离子体性质研究、标样研制等工作,揭示了基体效应的形成机制,评估了使用LA-MC-ICP-MS测试碳同位素的可行性,建立了金刚石激光微区碳同位素分析方法,为后续基体效应的深入研究和其它碳酸盐碳同位素分析方法研发奠定基础。该项技术已成功为珠宝鉴定行业区分出十余种人工合成及天然金刚石,并且已经为地质所深部碳循环等课题组提供了技术支撑。

    图1 等离子体中元素同位素分布(Neptune Plus)

    金刚石激光微区碳同位素分析方法取得新认识

    2013年1月10-11日,中国地质科学院在北京召开了2012年度科技成果汇报交流暨十大科技进展评选会。来自国土资源部、教育部、中国科学院、国家自然科学基金委员会、中国地震局、中国石油化工集团公司等部门54位院士、专家组成的评选委员会,经过认真、严谨的评审和投票,评选出中国地质科学院2012年度十大科技进展和特别进展。

    特别进展:深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe)与国际同步  

    中国地质科学院董树文研究员、李廷栋院士及深部探测专项团队在财政部、科技部支持,国土资源部组织实施下,成功实现了技术创新与重大科学发现的并举,完成了6000km深地震反射剖面,使我国进入国际深部探测大国的行列,建立了全国大地电磁参数网和地球化学基准网,实施的6口科学钻探获得重要发现,实现矿集区立体探测,关键地区地应力监测、岩石圈动力学模拟、大陆地壳结构与演化研究取得长足进展,探测仪器装备研制取得重要突破。专项被认为是我国由地质大国向地质强国转变的标志性重大地学计划,在世界地球科学领域具有很强的影响力,具有经济社会意义巨大创新价值,在大科学计划组织实施方面做了有益的探索,为实施“地壳探测工程”重大科技专项奠定了坚实基础。专项被两院院士评为 “2011年度中国科技十大进展新闻。

    大漠中的地震探测

    2012年度十大科技进展:  

    1、世界首幅数字化1:500万国际亚洲地质图编制完成  

    我国地质学家主导编制数字化1:500万国际亚洲地质图,获得高度评价。地质研究所任纪舜院士研究团队在地质调查项目资助下,按照世界地质图委员会相关决议,联合欧亚20个国家130余位科学家,历时7年,共同编制完成1:500万国际亚洲地质图,在ArcGIS平台建立地质图空间数据库。图幅范围西起阿尔卑斯,东到马里亚那海沟,北至北冰洋,南到爪哇海沟,包括亚洲大陆、欧洲大部、非洲东部、澳大利亚西北部、菲律宾海、印度洋北部及西太平洋部分地区。国际评审委员会认为,1:500万国际亚洲地质图是当代地质编图杰作,具有里程碑意义。

    1比500万国际亚洲地质图

    2Hf同位素填图揭示青藏高原南部地壳生长过程与成矿  

    应用锆石Hf同位素示踪新技术,揭示青藏高原南部岩石圈结构、地壳生长过程及控矿作用,取得重要创新研究成果。地质研究所侯增谦研究团队在国家重点基础研究发展计划(973)项目资助下,通过Hf同位素填图,发现拉萨地体中央为前寒武纪微陆块,两侧为幔源物质注入的新生地壳;特提斯俯冲造山和印度—亚洲大陆碰撞导致微陆块发生垂向增生和侧向增生,对成矿金属来源和矿床分布产生显著控制作用。斑岩铜矿床产于新生下地壳区,矽卡岩型铁铜矿床发育在陆块内部及再造边缘,铅锌矿床则发育在残存的微陆块内部及边缘,深化了对碰撞造山带区域成矿规律的认识。

    青藏高原南部Hf同位素填图及成矿系统分布

    3、柴达木盆地古环境重建与成矿作用研究卓有成效  

    柴达木盆地科学钻探工程揭示古环境变化与成矿过程。矿产资源研究所郑绵平院士研究团队在地质调查项目和国家自然科学基金联合资助下,在柴达木盆地东部获得1.17Ma以来高精度年代学数据和高分辨率古环境记录,揭示晚更新世晚期以前一百余万年处于凉温或偏暖湿的古气候环境;在柴达木盆地西部发现第四纪早期发育15期冬季风强盛的冷期沉积,在柴达木盆地中部发现冬/夏季风重要界线和柴中成盐突变带。合理厘定察尔汗含钾盐矿层,提出高山深盆多级盐盆地迁聚成钾模式,分析了三湖区第四纪生物气成因和控制因素,为柴达木盆地资源评价提供了重要依据。

    柴达木察尔汗盐湖第一个全取芯深孔QC-1岩芯略图

    4、青藏高原南部变质作用和构造演化取得创新性进展  

    地质研究所大陆构造与动力学国家重点实验室张泽明研究员、董昕助理研究员团队在地质调查项目资助下,对拉萨地体的变质作用和构造演化取得了多项重要进展:在该地块北部发现约650 Ma的高压麻粒岩;在中部鉴别出曾被认为是前寒武纪基底实为三叠纪变质岩;发现地体东南部发育有高温、高压、高氧化度的埃达克质晚白垩纪紫苏花岗岩;确定了南部与冈底斯岩基共生的中、新生代高级变质岩与侵入体共同构成该岩浆弧的中、下地壳;厘定了地体北部安多地块自新元古代至侏罗纪的变质演化历史;揭示出南迦巴瓦变质岩系的古元古代和早古生代两期新岩浆变质事件。上述成果为全方位厘定拉萨地体的变质演化历史和成矿地质背景做出重要贡献,成果已在国际主流地学期刊发表,获得较高引用。

    青藏高原拉萨地体变质地质图

    5、发现一种新的金刚石富集类型——蛇绿岩型金刚石  

    地质研究所大陆构造与动力学国家重点实验室杨经绥研究员为首的地幔岩研究团队在科技部、国家自然科学基金和地质调查项目联合资助下,在雅鲁藏布江的西段和缅甸的密支那地幔橄榄岩、丁青地幔橄榄岩和新疆萨尔托海铬铁矿中新发现金刚石等超高压矿物。项目组已在全球5条板块缝合带的10个蛇绿岩块中发现了金刚石等深部矿物,并在铬铁矿中发现原位产出的金刚石,其金刚石的C同位素值和矿物包裹体不同于金伯利岩型金刚石和超高压变质型金刚石。由此认为,确定了一种产在蛇绿岩地幔橄榄岩中新的金刚石产出类型,并命名为蛇绿岩型金刚石,从而开辟了金刚石勘查的新方向。

    蛇绿岩型金刚石的产地分布图

    6、井间跨度500米的电磁波探测与层析成像系统研制成功  

    自主研发大透距地下电磁波探测与层析成像系统达到国际先进水平。地球物理地球化学勘查研究所高文利研究员团队在国家高技术研究发展计划(863)项目资助下,相继突破低频—大功率发射、高灵敏度接收、井中天线技术等关键技术,成功研制适用于钻孔间和坑道间工作的地下数据采集系统,同时研发科研样机及配套数据处理解释系统,形成了具有自主知识产权的大透距地下电磁波层析成像系统。测试检验表明,系统稳定可靠,井间探测距离可达500多米,能够精细探测盲矿及溶洞,为地质勘查提供了高分辨率技术设备。

    地下电磁波数据采集系统

    7、多元素形态分析技术突破展示出生态环境地球化学应用新前景  

    发展溴、碘、砷、镉等有益有害元素形态分析技术,开创了元素分析地球化学新领域。国家地质实验测试中心李冰研究员团队在国家自然科学基金、公益性行业专项、地质调查项目联合资助下,采用高效液相色谱—电感耦合等离子体质谱联用技术,建立了元素价态、金属有机化合物、生物有效形态分析技术方法体系,包括高品矿泉水溴酸盐检测技术、碘地球化学调查方法、生物样品砷形态分析技术、植物样品镉形态分析方法,灵敏度高、检出限低,为生态地球化学调查和环境评价提供了重要的实验检测技术支撑,具有重要应用前景。

    镉胁迫对印度芥菜细胞超微结构的影响

    8西藏阿里铜金矿科技找矿重大突破  

    发挥科技优势精心部署找矿勘探,在西藏阿里尕尔穷探获大型铜金矿。矿产资源研究所唐菊兴研究员团队在公益性行业科研专项和商业性勘查项目联合资助下,查明西藏阿里尕尔穷铜金矿床地质特征,研究成矿规律,新发现含锇自然铋、硫硒铋化物、碲硒铋化物、自然铁、锌铜互化物、铁铬镍互化物等特殊金属矿物,确定了矿床类型,建立了矿床模型。探获332+333类别铜资源量8.7万吨、共生金资源量27吨、伴生银资源量52吨,成为班公—怒江缝合带西段第一个达到详查程度的大型铜金矿床,实现科技找矿重大突破。

    尕尔穷矿区照片

    9、中国侏罗—白垩系界线及海陆相地层对比研究新进展  

    地质研究所季强、柳永淸研究员团队在地质调查项目资助下,通过对藏南地区9条海相侏罗—白垩系界线和辽西地区7条陆相界线地层剖面的研究,在藏南地区桑秀组底部获得了142Ma的年龄,表明国际侏罗—白垩系界线年龄值不会小于142Ma ,支持了国际地层委员会提出的145Ma的界线年龄;在冀北—辽西地区土城子组底部获得154Ma的年龄,在其顶部获得137Ma的年龄,表明侏罗—白垩系界线应置于土城子组内部。首次提出藏南地区海相侏罗—白垩系界线应置于柔扎组与桑秀组或甲不拉组之间,辽西地区陆相侏罗—白垩系界线应置于土城子组二段与三段之间,即置于真叶肢介—三尾拟蜉蝣间隔带之底,基本解决我国几十年来争论不休的侏罗—白垩系界线问题和海陆相界线地层对比问题。

    西藏浪卡子地区卡东桥侏罗—白垩系界线剖面

    10、深地震探测揭示长江中下游深部过程及构造岩浆成因系统  

    矿产资源研究所吕庆田研究员团队在国家深部探测专项(Sinoprobe-3)和国家自然科学基金重点项目联合资助下,使用主动源和被动源地震探测技术,捕获到长江中下游成矿带深部动力学过程的关键信息。发现上地幔存在异常速度和各向异性结构;成矿带边界断裂附近地壳出现“鳄鱼嘴”构造,即上地壳逆冲,下地壳俯冲并穿过Moho直到上地幔顶部;发现下地壳反射同相轴密度与火山活动强度成正比,且在庐枞火山岩盆地之下发现反射各向异性和多级岩浆活动留下的地震学痕迹;发现地壳变形的不均匀性和地壳变形与岩浆活动相互作用的新证据。提出了陆内巨型成矿带形成的深部过程与构造岩浆系统新模型,即陆内俯冲增厚、岩石圈拆沉、基性岩浆底侵、新生地壳熔融并发生MASH过程,诠释了陆内巨型成矿带的成因。

    穿过宁芜矿集区的反射地震偏移剖面

        中国地质科学院2012年十大科技进展是从1025项执行项目中,经过院属各单位筛选、推荐的22个优秀项目中评选产生,代表了院最新研究水平,受到院士专家的重视和好评。李廷栋院士认为,成果丰硕,创新良多,效益显著,贡献突出;具体表现包括:(1)涉及学科多,几乎覆盖院所有学科领域;(2)项目来源广,有国家科技专项、973和863项目、国家自然基金项目、公益性行业科研专项、地质调查项目及横向项目;(3)涉及地区广,包括国内不同地区、亚洲大陆及毗邻海域,立足国内,面向全球;(4)成果水平高,取得不少重要的新发现和新认识;(5)社会经济效益好,有助于建设美丽中国。

                               中国地质科学院

                                2013年1月11日

    中国地质科学院2012年度十大科技进展
    所在单位:中国地质科学院矿产资源研究所
    完成人员:毛景文、谢桂青、程彦博、于金杰、陈懋弘、袁顺达、赵海杰、吴胜华、段超、李宝龙等
    项目来源:国家自然科学基金委员会、科技部、国土资源部、中国地质调查局及企业项目
    起止时间:2004年-2014年

    主要进展

        华南地区中生代矿产主要集中在长江中下游地区及邻区和华夏地块及邻区,两个地区成矿作用既有一定差别,也有必然的内在联系。

      1. 提出华夏地块及邻区中生代金属矿产分布规律  时间分布规律:鉴别出中生代成矿存在三期大规模成矿作用,其形成时代分别为230-210 Ma, 170-150Ma和120-80Ma。三大成矿事件的两个重要转折期分别为170 Ma和135 Ma。空间分布规律:发现晚三叠世壳源稀有和钨锡矿床呈东西向分布,170-160 Ma形成的斑岩-矽卡岩铜多金属矿床(地幔来源为主)沿钦杭带分布,160-150 Ma形成的花岗岩有关钨锡矿床(地壳来源)集中出现在南岭中部,而同时代的中低温锑金矿出现在钨锡矿区的北西侧; 120-80Ma形成的铜铅锌锡金多金属矿产(地幔和地壳两种来源)分布在大陆边缘一系列伸展盆地中。

      2. 提出长江中下游地区及邻区中生代金属矿产分布规律   时间分布规律:鉴别出两期大规模成矿作用,其形成时代分别为148-137 Ma和135-123 Ma。空间分布规律:查明在148-137 Ma 期间于长江中下游隆起区形成5大斑岩-矽卡岩铜金铁钼矿集区,其南侧为江南古陆北部的斑岩-矽卡岩型钨矿带,两者同时代,空间上平行展布。在135-123 Ma期间于宁芜和庐枞盆地两个盆地形成一组玢岩铁矿及其相关的金矿。

      3. 厘定华南地区中生代成矿背景  厘定华南两大地区中生代矿产具有统一的成矿背景,即晚三叠世壳源稀有和钨锡矿床形成于华南与印支地块的碰撞及碰撞后环境,在造山带钨锡矿及其花岗岩体明显遭受挤压变形,在板内矿床未发生变化。170-135Ma期间Izanagi板块斜向大陆以低角度或平板俯冲,形成多个区带不同类型矿床组合。135-80Ma Izanagi板片运动方向发生变化,由斜向俯冲改变为几乎平行大陆边缘走滑,导致大陆发生伸展,绝大多数矿产聚集在一系列走滑拉分盆地。如果后俯冲的残留板片重熔形成的岩浆岩,与之伴生为斑岩铜钼金矿或玢岩铁矿;如果是地壳重熔形成的岩浆岩,与之伴生为锡矿床。因此,在这种特殊的构造背景下不同来源的矿产组合,同时产出于同一盆地内。

      4. 发现华南两条斑岩-矽卡岩型铜多金属成矿带和斑岩钨矿带成矿的内在联系  不同于南美大陆边缘岩浆弧斑岩铜矿分布特点,华南两条斑岩铜矿带呈NE走向分布,出现于三大构造单元之间(即华夏地块与杨子克拉通,杨子克拉通与秦岭-大别造山带之间)。研究提出俯冲板片在构造单元之间被撕裂,形成斑岩铜矿带,这是欧亚大陆中生代斑岩铜矿形成机制的最大特点。
    长江中下游铜矿带与其南侧的江南古陆钨矿带同时代平行产出是全球最具特色的矿产分布现象,此次研究发现两者同一构造事件的产物,均受撕裂俯冲板片的制约。由俯冲板片重熔产生的岩浆形成了斑岩-矽卡岩铜矿带,而当软流圈上升到上地壳,引致重熔形成壳源花岗岩和有关的斑岩-矽卡岩型钨矿带。

      5. 初步揭示了华南巨型矿产分带的“世纪之谜”   上一世纪20年代,我国著名地质学家翁文灏先生发现华南以南岭为核心,存在一个巨型的矿产分带,即从南岭向西北有W-Sn-Mo-Bi  → Cu-Pb-Zn → Sb-Au矿产分布现象。该问题的发现和提出已经成为“世纪之谜”。此次研究提出在170-160 Ma期间,低角度俯冲板片沿钦杭古结合带发生撕裂,形成斑岩-矽卡岩型铜多金属矿带,接着于160-150 Ma在钦杭带东部的南岭中部出现一个板片窗,软流圈直接上涌到上地壳,导致上地壳重熔形成大规模壳源花岗岩和有关的钨锡矿产。同时,由于板片窗导致区域温度上升,引发流体系统从高温区向西北的中低温区长距离运移,并在盆地中卸载形成了中低温锑金矿产。由于高温区与中低温区之间横跨钦杭成矿带,因此显示出翁文灏先生发现的巨型成矿分带。实际上,该巨型成矿分带是160-150 Ma成矿事件与170-160 Ma成矿事件复合在一起的产物。

      6. 提出矿床组合模型,推动找矿勘查取得重要突破   基于系统工作,研究提出多组矿产资源组合模型,推动了区域找矿勘查取得重要进展。例如,发现大陆边缘白垩纪中期盆地内多来源矿产资源的成矿规律后,提出盆地成矿的矿床组合模型。运用模型开展找矿预测和他人运用模型开展找矿勘查,均取得了显著地效果。

      国内外影响:在研究过程发表科技论文200余篇,其中SCI检索论文88篇(含国际刊物SCI检索论文40篇。这项成果在不仅影响了中国,也影响了世界。迄今为止,论文的SCI引文2300余次,CSCD引文4000余次,10篇论文在我国多个著名刊物《矿床地质》、《岩石学报》、《地学前缘》、《高校地质学报》、《中国地质》和《中国科学》中的点击率和引用率名列前茅,在国际矿床学界两个著名刊物《Mineralium Deposita》和《Ore Geology Reviews》中,3篇论文在2014年的引文率排名第一或名列前茅。更重要的十多篇论文被当今国际最著名矿床学家Richard Sillitoe, Richard Goldfarb 和Franco Pirajno在撰写专著和综述性论文时大量引用,并称为对太平洋西部大陆成矿提出了新认识和新思考。


    华夏地块及邻区中生代矿产分布规律图


    长江中下游地区及邻区中生代金属矿产成矿动力学模型图
    1-7 华南地区成矿规律与成矿背景

    蛇绿岩中的岩墙群

    Sobhi Nasir教授讲解构造演化过程

    与会人员考察枕状熔岩

    Juergen Koepke教授讲解层状辉长岩成因

     蛇绿岩是遗留在现在大陆造山带中的古代大洋岩石圈(壳)残片。蛇绿岩研究,对恢复古代板块构造格局和了解古代大洋岩石圈的演化具有重要研究意义。而且,蛇绿岩中含有现代工业必需的原材料之一的矿产——铬铁矿。由于铬铁矿具有类似于金刚石的八面体结构和耐风化等特殊的化学特性,使得其成为探讨上地幔岩石成因的重要指示矿物。

    11月13日~11月22日,国际地球科学计划“金刚石与地幔再循环”项目(IGCP-649)在阿曼苏丹国苏丹卡布斯大学举办了第五届蛇绿岩国际研讨会,并在阿曼北部地区组织了为期8天的野外考察。来自美国、德国、澳大利亚、俄罗斯、埃及、伊朗、摩洛哥以及中国国内众多高校及科研单位的近百名地质学家,交流探讨地幔橄榄岩岩石成因、铬铁矿成矿理论研究中涌现出的新技术新方法。与会人员还一起“穿越”大洋岩石圈,见到了蛇绿岩的完整层序,触摸到了莫霍面,更见到了闻名于世的Geotime枕状玄武岩。这对理解蛇绿岩的成因和侵位、探讨造山带增生过程以及地球深部动力学过程具有重要意义。

    与阿曼蛇绿岩的“亲密接触”

    IGCP-649项目主办的一年一度的蛇绿岩国际研讨会,搭建了一个国内外地质学者们的交流平台。

    本次研讨会由IGCP-649项目和苏丹卡布斯大学地球科学研究中心联合举办。会上,项目首席负责人、中国科学院院士杨经绥介绍了项目概况和启动5年来举办的活动和进展,阿曼苏丹卡布斯大学的Sobhi Nasir教授系统介绍了阿曼北部地质演化及蛇绿岩概况。各国与会专家围绕会议主题,以口头报告和展板的形式报道了各自团队在地幔橄榄岩岩石成因、铬铁矿成矿理论研究中取得的新的研究成果和进展,新开发的研究技术和方法,特别是针对岩石和矿体中特殊矿物开展的微观研究及同位素研究方法。这些方法的应用,对探讨深部地幔循环和蛇绿岩成因及就位机制具有重要的指示意义。

    在苏丹卡布斯大学Sobhi Nasir教授和德国汉诺威大学Juergen Koepke教授的带领下,与会人员对阿曼塞迈尔蛇绿岩(Semail)、马西拉蛇绿岩(Masirah)和巴台(Batain)混杂岩及其相关地质现象进行了考察。

    据介绍,塞迈尔蛇绿岩是特提斯蛇绿岩的典型代表,也是世界上出露规模最大、保存最完好的蛇绿岩,沿北西—南东向(NW-SE)呈带状展布,西起阿联酋东北部,一直延伸到阿曼的东海岸,全长近500千米。塞迈尔蛇绿岩具有典型蛇绿岩层序,自下而上包括变质底板、地幔橄榄岩、层状辉长岩、均质辉长岩、席状岩墙以及枕状玄武岩;其壳幔岩石厚度可达20千米。马西拉蛇绿岩位于阿曼东侧印度洋中的马西拉岛(Masirah)上,同样发育了地幔和地壳层序,但其厚度(2~3千米)比塞迈尔蛇绿岩要小很多。巴台混杂岩内发育多种不同岩性的岩石,包括灰岩、硅质岩、砂岩、纯橄岩铬铁矿以及大片的红色硅质岩,其时代主要是二叠纪—侏罗纪。

    百闻不如一见。与会人员纷纷表示,通过这次野外考察,加深了对蛇绿岩的认识,将有力推动今后相关研究工作的开展。来自北京大学的郭召杰教授、陈晶教授和刘平平副教授表示:“阿曼蛇绿岩带我们穿越大洋岩石圈,目睹了冰冷的深海硅质沉积物被炙热的玄武质岩浆烘烤裹挟,看见了宛若正在流淌的枕状玄武岩,见证了单冷凝边的直立岩墙群推动洋中脊的扩张,目击了大洋下地壳层状辉长岩和地幔橄榄岩之间的过渡。传说中的莫霍面,终于在阿曼揭开了她神秘的面纱;遥不可及、深不可测的洋中脊,也在阿曼把它的前世今生娓娓道来。此次阿曼蛇绿岩野外考察,对我们理解壳幔相互作用、莫霍面岩浆作用、洋壳的形成、洋脊的扩张等具有重要意义,也将推动我们对地球深部物质和过程的深刻理解。阿曼蛇绿岩实地观察获得的第一手资料,将为我们今后的课堂教学提供珍贵的素材。”

    蛇绿岩研究助力探究地球深部物质再循环

    IGCP-649项目是一项全球性科研项目计划,2015年获得联合国教科文组织(UNESCO)和国际地科联(IUGS)批准,项目期限为2015~2020年,为期5年。该项目主要研究全球范围内不同造山带中蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿及其伴生矿物的成因研究,探讨大洋岩石圈地幔的形成和演化过程以及壳幔物质深部再循环的地球前沿热点问题。蛇绿岩型金刚石等深部地幔矿物的发现,无疑为问题的解决提供了最好的证据。

    该项目由中国地质调查局地质研究所地幔研究中心承担,中国科学院院士杨经绥任首席科学家。截至目前,IGCP-649项目在中国、塞浦路斯、古巴、澳大利亚和阿曼举办的5届国际蛇绿岩研讨会,均选址在世界上著名的蛇绿岩地区召开,吸引了国内外很多学者参与。与会人员考察了祁连山蛇绿岩、塞浦路斯特罗多斯(Troodos)蛇绿岩、古巴东部马亚里—巴拉科阿(Mayarí-Baracoa)蛇绿岩和铬铁矿、法属新喀里多尼亚岛屿的蛇绿岩,以及阿曼塞迈尔蛇绿岩(Semail)、马西拉蛇绿岩(Masirah)和巴台(Batain)混杂岩,看到了分布在欧亚板块、美洲板块、澳大利亚板块等板块边界发育和出露最典型的蛇绿岩。

    该项目启动以来,在土耳其、阿尔巴尼亚和缅甸等地的蛇绿岩地幔岩和铬铁矿中,找到金刚石和碳硅石等一批超高压强还原的矿物组合,并且发现了一些新矿物。最近,经绥矿、志琴矿和巴登珠矿已经获国际新矿物委员会批准。研究成果先后在《Episode》《Gondwana Research》和 《Lithosphere》等国际期刊,以及《地球科学》和《地质学报》等国内期刊刊发了专辑。目前,历年IGCP会议成员均已收到野外采集的样品,大量后续研究工作正在进行之中。

    本次野外考察的阿曼蛇绿岩,作为全球出露面积最大、构造重置最少的蛇绿岩,是世界上最能代表古代海洋岩石圈的蛇绿岩之一。研究阿曼蛇绿岩的地幔异常矿物,可以有效验证已有的研究成果,提高学科影响力,推动地幔矿物学研究走向国际。另外,阿曼蛇绿岩作为国际知名蛇绿岩,研究程度很高,这有助于厘定地幔异常矿物储库形成的过程,完善现有的理论模型。

    地幔矿物学研究的最终目的是建立可验证的深部动力学模型。因而本次阿曼蛇绿岩研究和未来可探讨的科学问题有许多。例如:长期以来被认为是新特提斯上地幔和洋壳残余的阿曼蛇绿岩是否保存了深部地幔的异常矿物群?地幔深部的异常矿物群如何就位到浅部?运输这些异常矿物的介质是流体、熔体、还是塑性地幔的对流?如果阿曼蛇绿岩存在地幔异常矿物群,它们的源区是单一的深部地幔亦或是记录俯冲板片信息?如果阿曼蛇绿岩存在地幔异常矿物群,那它们是如何被改造的,深部物质存在过的证据是如何被大量擦除的?这些问题的答案,将推动对地球深部物质和过程的深刻理解。

    西藏罗布莎发现多种新矿物

    新世纪以来,以杨经绥为首的地幔研究中心团队,对西藏罗布莎蛇绿岩铬铁矿进行了长期而持续的研究,在罗布莎铬铁矿的地幔矿物研究中取得了很多新的进展,并陆续在豆荚状铬铁矿以及赋矿围岩地幔橄榄岩中发现了强还原、超高压和壳源地幔矿物等特殊地幔矿物群,为探讨铬铁矿深部成因开辟了一条新的道路,在国内外引起了强烈反响。

    2006~2019年期间,国际新矿物委员会批准了在西藏罗布莎铬铁矿中新发现的多种新矿物:罗布莎矿(Luobosaite)、曲松矿(Qusongite)、雅鲁矿(Yarlongite)、藏布矿(Zangboite)、青松矿(Qingsongite)、经绥矿(Jingsuiite)、志琴矿(Zhiqininte)和巴登珠矿(Badengzhuite)。这些新矿物的发现,证明罗布莎铬铁矿具有异常地幔矿物群,是重要的地幔异常矿物储库。尤其近几年,项目组在全球5个古板块边界的14处蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中相继找到金刚石等深地幔矿物,证明蛇绿岩及铬铁矿作为地幔异常矿物储库可能具有全球普遍性。

    研究还发现,不同于金伯利岩中来自地幔的金刚石以及俯冲带变质榴辉岩中的金刚石,蛇绿岩型金刚石具有生物碳特征,同时蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中出现的深部矿物形成深度可达地幔过渡带之下。据此,杨经绥等建立了深地幔物质再循环模式,认为岩石圈物质可俯冲至地幔过渡带和下地幔深度(410~660千米),被肢解熔融后进入深部流体,随温压条件改变结晶出金刚石等超高压和超还原矿物,再随地幔柱或地幔对流上涌而回到地表,通过板块构造从大洋中脊运移到俯冲碰撞带,赋存于蛇绿岩带中。这一模式的建立,较好地诠释了俯冲带发生的深俯冲作用和地球深部的再循环系统,同时也将对认识地球的碳循环和碳含量变化作出重要贡献。

    IGCP-649项目将研究的重点聚焦于俯冲物质深地幔再循环的全球蛇绿岩记录,试图解决俯冲物质到达地幔的深度以及从深部地幔回到浅部的轨迹这一关键科学问题。项目组在杨经绥院士的带领下,将积极开展全球蛇绿岩大洋地幔橄榄岩—铬铁矿中的金刚石和深地幔再循环后续再研究。

    穿越大洋岩石圈之旅

        2013年1月10-11日,中国地质科学院在北京召开了2012年度科技成果汇报交流暨十大科技进展评选会。来自国土资源部、教育部、中国科学院、国家自然科学基金委员会、中国地震局、中国石油化工集团公司等部门54位院士、专家组成的评选委员会,经过认真、严谨的评审和投票,评选出中国地质科学院2012年度十大科技进展和特别进展。 

      特别进展:深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe)与国际同步

      中国地质科学院董树文研究员、李廷栋院士及深部探测专项团队在财政部、科技部支持,国土资源部组织实施下,成功实现了技术创新与重大科学发现的并举,完成了6000km深地震反射剖面,使我国进入国际深部探测大国的行列,建立了全国大地电磁参数网和地球化学基准网,实施的6口科学钻探获得重要发现,实现矿集区立体探测,关键地区地应力监测、岩石圈动力学模拟、大陆地壳结构与演化研究取得长足进展,探测仪器装备研制取得重要突破。专项被认为是我国由地质大国向地质强国转变的标志性重大地学计划,在世界地球科学领域具有很强的影响力,具有经济社会意义巨大创新价值,在大科学计划组织实施方面做了有益的探索,为实施“地壳探测工程”重大科技专项奠定了坚实基础。专项被两院院士评为 “2011年度中国科技十大进展新闻。 

    大漠中的地震探测

      2012年度十大科技进展:

      1、世界首幅数字化1:500万国际亚洲地质图编制完成

      我国地质学家主导编制数字化1:500万国际亚洲地质图,获得高度评价。地质研究所任纪舜院士研究团队在地质调查项目资助下,按照世界地质图委员会相关决议,联合欧亚20个国家130余位科学家,历时7年,共同编制完成1:500万国际亚洲地质图,在ArcGIS平台建立地质图空间数据库。图幅范围西起阿尔卑斯,东到马里亚那海沟,北至北冰洋,南到爪哇海沟,包括亚洲大陆、欧洲大部、非洲东部、澳大利亚西北部、菲律宾海、印度洋北部及西太平洋部分地区。国际评审委员会认为,1:500万国际亚洲地质图是当代地质编图杰作,具有里程碑意义。

    1比500万国际亚洲地质图

      2、Hf同位素填图揭示青藏高原南部地壳生长过程与成矿

      应用锆石Hf同位素示踪新技术,揭示青藏高原南部岩石圈结构、地壳生长过程及控矿作用,取得重要创新研究成果。地质研究所侯增谦研究团队在国家重点基础研究发展计划(973)项目资助下,通过Hf同位素填图,发现拉萨地体中央为前寒武纪微陆块,两侧为幔源物质注入的新生地壳;特提斯俯冲造山和印度—亚洲大陆碰撞导致微陆块发生垂向增生和侧向增生,对成矿金属来源和矿床分布产生显著控制作用。斑岩铜矿床产于新生下地壳区,矽卡岩型铁铜矿床发育在陆块内部及再造边缘,铅锌矿床则发育在残存的微陆块内部及边缘,深化了对碰撞造山带区域成矿规律的认识。

    青藏高原南部Hf同位素填图及成矿系统分布

      3、柴达木盆地古环境重建与成矿作用研究卓有成效

      柴达木盆地科学钻探工程揭示古环境变化与成矿过程。矿产资源研究所郑绵平院士研究团队在地质调查项目和国家自然科学基金联合资助下,在柴达木盆地东部获得1.17Ma以来高精度年代学数据和高分辨率古环境记录,揭示晚更新世晚期以前一百余万年处于凉温或偏暖湿的古气候环境;在柴达木盆地西部发现第四纪早期发育15期冬季风强盛的冷期沉积,在柴达木盆地中部发现冬/夏季风重要界线和柴中成盐突变带。合理厘定察尔汗含钾盐矿层,提出高山深盆多级盐盆地迁聚成钾模式,分析了三湖区第四纪生物气成因和控制因素,为柴达木盆地资源评价提供了重要依据。

    柴达木察尔汗盐湖第一个全取芯深孔QC-1岩芯略图

      4、青藏高原南部变质作用和构造演化取得创新性进展

        地质研究所大陆构造与动力学国家重点实验室张泽明研究员、董昕助理研究员团队在地质调查项目资助下,对拉萨地体的变质作用和构造演化取得了多项重要进展:在该地块北部发现约650 Ma的高压麻粒岩;在中部鉴别出曾被认为是前寒武纪基底实为三叠纪变质岩;发现地体东南部发育有高温、高压、高氧化度的埃达克质晚白垩纪紫苏花岗岩;确定了南部与冈底斯岩基共生的中、新生代高级变质岩与侵入体共同构成该岩浆弧的中、下地壳;厘定了地体北部安多地块自新元古代至侏罗纪的变质演化历史;揭示出南迦巴瓦变质岩系的古元古代和早古生代两期新岩浆变质事件。上述成果为全方位厘定拉萨地体的变质演化历史和成矿地质背景做出重要贡献,成果已在国际主流地学期刊发表,获得较高引用。

    青藏高原拉萨地体变质地质图

      5、发现一种新的金刚石富集类型——蛇绿岩型金刚石

        地质研究所大陆构造与动力学国家重点实验室杨经绥研究员为首的地幔岩研究团队在科技部、国家自然科学基金和地质调查项目联合资助下,在雅鲁藏布江的西段和缅甸的密支那地幔橄榄岩、丁青地幔橄榄岩和新疆萨尔托海铬铁矿中新发现金刚石等超高压矿物。项目组已在全球5条板块缝合带的10个蛇绿岩块中发现了金刚石等深部矿物,并在铬铁矿中发现原位产出的金刚石,其金刚石的C同位素值和矿物包裹体不同于金伯利岩型金刚石和超高压变质型金刚石。由此认为,确定了一种产在蛇绿岩地幔橄榄岩中新的金刚石产出类型,并命名为蛇绿岩型金刚石,从而开辟了金刚石勘查的新方向。

    蛇绿岩型金刚石的产地分布图

      6、井间跨度500米的电磁波探测与层析成像系统研制成功

      自主研发大透距地下电磁波探测与层析成像系统达到国际先进水平。地球物理地球化学勘查研究所高文利研究员团队在国家高技术研究发展计划(863)项目资助下,相继突破低频—大功率发射、高灵敏度接收、井中天线技术等关键技术,成功研制适用于钻孔间和坑道间工作的地下数据采集系统,同时研发科研样机及配套数据处理解释系统,形成了具有自主知识产权的大透距地下电磁波层析成像系统。测试检验表明,系统稳定可靠,井间探测距离可达500多米,能够精细探测盲矿及溶洞,为地质勘查提供了高分辨率技术设备。

    地下电磁波数据采集系统

      7、多元素形态分析技术突破展示出生态环境地球化学应用新前景

      发展溴、碘、砷、镉等有益有害元素形态分析技术,开创了元素分析地球化学新领域。国家地质实验测试中心李冰研究员团队在国家自然科学基金、公益性行业专项、地质调查项目联合资助下,采用高效液相色谱—电感耦合等离子体质谱联用技术,建立了元素价态、金属有机化合物、生物有效形态分析技术方法体系,包括高品矿泉水溴酸盐检测技术、碘地球化学调查方法、生物样品砷形态分析技术、植物样品镉形态分析方法,灵敏度高、检出限低,为生态地球化学调查和环境评价提供了重要的实验检测技术支撑,具有重要应用前景。

    镉胁迫对印度芥菜细胞超微结构的影响

      8、西藏阿里铜金矿科技找矿重大突破 

        发挥科技优势精心部署找矿勘探,在西藏阿里尕尔穷探获大型铜金矿。矿产资源研究所唐菊兴研究员团队在公益性行业科研专项和商业性勘查项目联合资助下,查明西藏阿里尕尔穷铜金矿床地质特征,研究成矿规律,新发现含锇自然铋、硫硒铋化物、碲硒铋化物、自然铁、锌铜互化物、铁铬镍互化物等特殊金属矿物,确定了矿床类型,建立了矿床模型。探获332+333类别铜资源量8.7万吨、共生金资源量27吨、伴生银资源量52吨,成为班公—怒江缝合带西段第一个达到详查程度的大型铜金矿床,实现科技找矿重大突破。 

    尕尔穷矿区照片

      9、中国侏罗—白垩系界线及海陆相地层对比研究新进展

        地质研究所季强、柳永淸研究员团队在地质调查项目资助下,通过对藏南地区9条海相侏罗—白垩系界线和辽西地区7条陆相界线地层剖面的研究,在藏南地区桑秀组底部获得了142Ma的年龄,表明国际侏罗—白垩系界线年龄值不会小于142Ma ,支持了国际地层委员会提出的145Ma的界线年龄;在冀北—辽西地区土城子组底部获得154Ma的年龄,在其顶部获得137Ma的年龄,表明侏罗—白垩系界线应置于土城子组内部。首次提出藏南地区海相侏罗—白垩系界线应置于柔扎组与桑秀组或甲不拉组之间,辽西地区陆相侏罗—白垩系界线应置于土城子组二段与三段之间,即置于真叶肢介—三尾拟蜉蝣间隔带之底,基本解决我国几十年来争论不休的侏罗—白垩系界线问题和海陆相界线地层对比问题。

    西藏浪卡子地区卡东桥侏罗—白垩系界线剖面

      10、深地震探测揭示长江中下游深部过程及构造岩浆成因系统

      矿产资源研究所吕庆田研究员团队在国家深部探测专项(Sinoprobe-3)和国家自然科学基金重点项目联合资助下,使用主动源和被动源地震探测技术,捕获到长江中下游成矿带深部动力学过程的关键信息。发现上地幔存在异常速度和各向异性结构;成矿带边界断裂附近地壳出现“鳄鱼嘴”构造,即上地壳逆冲,下地壳俯冲并穿过Moho直到上地幔顶部;发现下地壳反射同相轴密度与火山活动强度成正比,且在庐枞火山岩盆地之下发现反射各向异性和多级岩浆活动留下的地震学痕迹;发现地壳变形的不均匀性和地壳变形与岩浆活动相互作用的新证据。提出了陆内巨型成矿带形成的深部过程与构造岩浆系统新模型,即陆内俯冲增厚、岩石圈拆沉、基性岩浆底侵、新生地壳熔融并发生MASH过程,诠释了陆内巨型成矿带的成因。

    穿过宁芜矿集区的反射地震偏移剖面

        中国地质科学院2012年十大科技进展是从1025项执行项目中,经过院属各单位筛选、推荐的22个优秀项目中评选产生,代表了院最新研究水平,受到院士专家的重视和好评。李廷栋院士认为,成果丰硕,创新良多,效益显著,贡献突出;具体表现包括:(1)涉及学科多,几乎覆盖院所有学科领域;(2)项目来源广,有国家科技专项、973和863项目、国家自然基金项目、公益性行业科研专项、地质调查项目及横向项目;(3)涉及地区广,包括国内不同地区、亚洲大陆及毗邻海域,立足国内,面向全球;(4)成果水平高,取得不少重要的新发现和新认识;(5)社会经济效益好,有助于建设美丽中国。



    中国地质科学院2012年度十大科技进展