近期，中国地质科学院地质研究所尹继元研究员、中国科学院新疆分院肖文交院士、中国地质科学院地质研究所王涛研究员、黄河研究员和陈文研究员等通过对中亚造山带西准噶尔洋内弧古生代侵入岩开展详细的锆石U-Pb年龄和Hf-O同位素研究（图1），取得了新进展。

大陆地壳的形成与演化一直是地球科学研究领域的核心问题。大陆地壳的成熟过程，尤其是如何在洋内弧环境下从初始的玄武质成分转变为安山质和英安质成分，成为理解大陆地壳生长机制的关键科学问题。尽管洋内弧通常由玄武质成分构成，但大陆地壳整体成分更偏安山质或英安质，这种差异性突显了从洋内弧玄武质地壳向成熟长英质地壳转变的复杂性。由于洋内弧背景中各岩浆源区普遍具有亏损的放射性同位素特征，通过传统的同位素方法来识别循环地壳来源的花岗岩具有一定挑战性。因此，准确识别花岗岩的源区对于揭示洋内弧的岩浆成因与地壳分异过程具有重要科学意义。

针对以上关键科学问题，中国地质科学院地质研究所取得的主要进展如下：

图1. (a) 中亚造山带的简化构造分区；(b) 西准噶尔地区的地质图。

一是识别出西准噶尔洋内弧四期岩浆活动及其时空分布。这四期岩浆活动分别为早寒武世至早奥陶世（515-486 Ma）、晚奥陶世至中泥盆世（445-392 Ma）、早石炭世（343-310 Ma）以及晚石炭世至中二叠世（309-259 Ma），在时间与空间上表现出显著的差异性。早寒武世至早奥陶世侵入岩主要集中在西准噶尔南部的巴尔雷克和玛依勒地区；晚奥陶世至中泥盆世侵入岩主要分布在西准噶尔北部成吉思火山弧；早石炭世侵入岩主要分布在西准噶尔北部的萨乌尔火山弧；晚石炭-中二叠世侵入岩遍布整个西准噶尔地区，且不受构造边界的限制。所有岩浆岩均显示出较高的锆石Hf同位素值和全岩Nd同位素值，但锆石O同位素值则存在显著变化。根据锆石δ18O值，侵入岩可以分为两类：高δ18O（大于6.5‰）和地幔类似的δ18O值（约5.5‰）（图2）。

图2. 西准噶尔洋岛弧古生代侵入岩锆石U-Pb年龄与Hf-O同位素数据相关图。

二是理清了西准噶尔古生代侵入岩δ18O特征及其时空差异。通过对西准噶尔古生代侵入岩进行锆石O同位素填图显示，高δ18O值的侵入岩主要分布在西准噶尔南部，而地幔类似δ18O值的侵入岩则主要分布于西准噶尔北部，表明它们源于不同的岩浆源区并经历了不同的形成过程（图3）。高δ18O的侵入岩形成过程涉及表壳岩与新生玄武质下地壳的参与，而地幔类似的δ18O值的侵入岩则记录了多样的岩浆源区和过程，如交代亏损地幔的部分熔融、亏损地幔与新生地壳的混合、新生洋内弧地壳或镁铁质下地壳的部分熔融等。

图3. (a) 锆石O同位素等值线图，显示西准噶尔洋岛弧古生代侵入岩的锆石δ18O ​值的时空变化；

(b) Hf同位素等值线图，显示西准噶尔洋岛弧古生代侵入岩的TDM2 的时空变化。

三是查明了西准噶尔地区三次显著地壳生长事件。锆石Hf同位素与Hf模式年龄研究结果表明，西准噶尔地区在约656-684 Ma、524-536 Ma和441-471 Ma期间经历了三次显著的地壳生长事件（图3和4）。这些事件与亏损地幔周期性重熔有关，表明西准噶尔在早古生代经历了显著的地壳生长。尽管上述事件中形成的新生物质在地壳中存留长达260 Ma，并在此期间被反复熔融，但其仍保留了与地幔类似的初始氧同位素组成。

图4. 西准噶尔洋岛弧岩浆锆石年龄直方图，与锆石δ18O值 < 6.5%的Hf模式年龄分布对比。

四是揭示了西准噶尔地区岩浆活动峰期与地壳生长期不同步，提出了洋中脊俯冲作用是洋内弧地壳成分转变的重要机制。西准噶尔地区地壳生长主要发生在早古生代，而大面积的岩浆活动期主要发生在晚志留-早泥盆世和晚石炭-早二叠世，显示两者并不同步。这两期显著的岩浆活动可能记录了洋脊俯冲事件（图5）。在这些时期，高温伸展的背景促进了镁铁质下地壳、洋壳与表壳岩等广泛熔融，推动了从洋内弧地壳从玄武质向长英质大陆地壳成分的转变。

图5. 西准噶尔古生代多岛弧俯冲–增生系统的构造演化图。

本项研究通过对中亚造山带西准噶尔洋内弧古生代侵入岩系统的Hf-O同位素填图，识别出洋内弧背景下花岗岩质岩石的岩浆源区及其与年轻表壳岩的物质循环的关系，为重建洋内弧地壳从玄武质向长英质的成熟转变过程提供了新见解，也为探讨大陆地壳生长与演化提供了新视角。

该研究成果获得国家自然科学基金项目（41830216）、国家重点研发计划项目课题（2019YFA0708601）和国际地学计划IGCP664联合资助，近期发表在国际权威的地学期刊Earth- Science Reviews上。

近日，中国地质调查局青岛海洋地质研究所在莱州湾海岸带地下咸（卤）水演化研究方面实现新突破，该研究揭示了长期开采条件下含卤地下水系统的水化学演化规律，为卤水资源的可持续开发利用提供了理论基础。该成果发表在环境科学领域国际顶级期刊Science of the Total Environment（IF=10.753）。

莱州湾海岸带地下卤水水动力水环境敏感脆弱，易受人类活动胁迫，特别是近几十年大规模工业化开采，引起地下淡水咸化、卤水浓度下降，地下水水化学是否发生重要改变？在人类开采活动影响下不同界面的水化学变化过程以及未来卤水的水化学变化趋势尚不明确。因此，为满足卤水资源的可持续开发利用和保护地下水环境，急需清晰阐明人类活动影响下的含卤地下水系统水化学演变规律。该研究基于长序列地下水水化学数据，定量分析和模拟地下卤水开采过程中的多界面（卤水/咸水、咸水/淡水）地下水水化学演化过程。

研究表明，过度开采前后卤水地下水位和浓度变化显著。通过稳定同位素特征发现浅层地下咸水对地下卤水具有补给作用。在近海卤水/咸水界面处的浅层地下咸水和深层地下咸水均受海水入侵影响。其中，浅层地下咸水经历咸化过程，深层地下水经历了一个淡化过程。在咸/淡水界面处的浅层地下咸水受淡水开采的影响呈现复杂的演变过程，而深层地下水受卤水侵入影响呈现咸化过程。水化学模拟结果表明，在限制开采阶段，由于石膏和岩盐的溶解，卤水浓度得到了恢复，但是恢复程度有限。

该研究成果受国家自然科学基金（U2106203，41977173和42076070）、中国地质调查局项目（DD20211401）等项目资助。

2016年12月2日，国土资源部/广西岩溶动力学重点实验室和国土资源部岩溶生态系统与石漠化治理重点实验室2016年度学术委员会在桂林顺利召开。中国科学院袁道先院士出席并主持会议。

国土资源部/广西岩溶动力学重点实验室和国土资源部岩溶生态系统与石漠化治理重点实验室分别对2016年在实验室建设情况、年度科研情况、开放基金申请和结题情况以及实验成果等方面进行了工作总结。

学术委员代表王世杰研究员、孙永革教授、唐常源教授、蒋勇军教授分别详细介绍了“喀斯特地区地-气交换的初步监测结果”、“The fate of carbon in HCO3- in Karst ecosystem: an organic geochemical perspective”、“北江流域降雨及河水同位素特征”和“重庆雪玉洞洞穴CO2浓度动态变化与影响因素”方面的研究成果，并和袁道先院士及其他与会科技人员探讨了以前成果的创新之处以及下一步可以继续完善和深入研究的方向。

中国地质调查局岩溶地质研究所郭芳研究员、罗为群副研究员、蒲俊兵副研究员和杨奇勇副研究分别详细介绍了岩溶动力学实验室和生态实验室2016年在“Karst Hydrology and Aquatic-ecosystems Impacted by Human Activities and Climate Change”“岩溶峰丛洼地土地整理与土壤改良技术研究”、“岩溶水CO2脱气通量初步研究”和“基于地理权重回归的岩溶区土壤厚度空间预测研究”方面的研究成果。

张建兵、陈颖、徐力刚等7位岩溶动力学实验室和生态实验室开放课题的项目负责人分别对各种承担的开放课题的研究进展、经费使用情况以及取得的成果进行了详细汇报。

与会的学术委员对岩溶动力学实验室和生态实验室2016年的工作以及取得的成果给予了充分肯定。

中国地质调查局水文地质环境地质研究所在北方陆相页岩气开发中地下水循环演变及异常评估研究取得新进展。该研究以我国北方侏罗统大煤沟组页岩气储层为研究对象，分析页岩地层水的主要补给来源和水化学演化机制，识别地层水赋予返排液的地球化学特征，筛选返排液潜在识别指标，揭示水力压裂引发的水岩作用对页岩矿物相关识别指标的影响及其机理，提出可广泛应用于我国北方陆相页岩返排液污染浅层含水层的标识，为我国北方陆相页岩气开发区地下水循环演变及异常评估提供科学依据。

随着全球范围内页岩气开采程度的不断增长，主要页岩气开采国对页岩气开发潜在的地下水影响越发关注，使水力压裂返排液在浅层地下水中的识别成为当前研究热点。研究发现：一是大煤沟组陆相页岩地层水起源于受大气降水补给的古湖水，并在形成过程中发生了蒸发浓缩作用、硫酸盐热化学还原作用、长石的伊利石化/高岭石化作用、白云石/方解石化作用和硼酸盐溶解作用，使地层水形成了独特的水化学和同位素特征，并通过和压裂液的混合作用，赋予了返排液与其相似的地球化学特征。经分析Br/Cl、Ba/Sr、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和δ¹¹B可作为返排液的潜在识别指标。二是压裂引发的页岩中长石溶解，可赋予返排液陆相页岩独特的硼同位素指纹特征，而且不因地层水的混合而明显改变。因此，硼同位素可广泛应用于我国北方以大气降水为主要补给来源的浅层地下水中陆相页岩返排液的污染标识。但压裂引发的页岩中碳酸盐矿物溶解，释放低⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值、高元素浓度的Sr，阻碍返排液“继承”陆相富硅酸盐页岩高⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和高Ba/Sr的特征，故⁸⁷Sr/⁸⁶Sr和Ba/Sr成为贫碳酸盐陆相页岩返排液污染标识的潜力较大。

大煤沟组陆相页岩压裂返排液主要识别指标及其特征区间值

 大煤沟组陆相页岩压裂返排液主要识别指标对压裂引发水岩作用的响应

铜的富集机制一直是学术界关注的热点。新疆库车蒸发岩盆地不仅广泛发育地表卤水及结晶盐花，并且浅部地层碎屑岩节理面、破碎带可见绿色含铜矿物与石膏、石盐大范围共生产出的现象，该现象一直未能得到合理解释。为此，中国地质调查局矿产资源研究所（以下简称“资源所”）曹养同副研究员及其合作者开展了矿物学研究，确定绿色含铜矿物为副氯铜矿，相关共生矿物为石膏、钙芒硝、石盐，其形成受控于卤水中盐类矿物结晶序列规律。同位素研究进一步证实，来源于蒸发岩地层的溶滤卤水通过对含铜碎屑岩地层进行淋滤形成含铜卤水，随后又通过蒸发浓缩作用在地表快速（周期尺度以月计）富集成铜。该研究成果不仅揭示了表生铜矿富集新机制，同时也为区域找矿勘查工作提供了新思路。

上述成果受到中央级科研院所基本科研业务费（项目编号：YYWF201716）及自然科学基金面上项目（项目编号：41972082）共同资助，分别发表于国际地学权威期刊《Geofluids》和《Chemical Geology》。

图1 新疆库车蒸发岩盆地盐丘、盐泉、铜（矿）化点分布

图2 地表铜富集与卤水、石盐、石膏关系 　　

图3 副氯铜矿与石膏、钙芒硝、石盐共生及其铜同位素特征

论文信息：

Yangtong Cao*, Haiming Xu. 2021. A Rapid Cu Enrichment Mechanism from Cu-Bearing Brine in Kuqa Basin, Xinjiang, China: Controlled by Crystallized Sequence of Saline Minerals. Geofluids. 2021: 5550271.

Yangtong Cao. 2022. Origin of paratacamite in the Kuqa Basin, Xinjiang, China: Defined by Cu isotope values. Chemical Geology. 602: 120902.

西准噶尔地区是典型的古生代洋内弧，是中亚造山带发育规模最大、最年轻的地壳增长区，出露大量极度亏损Sr–Nd–Hf 同位素特征的花岗岩。而花岗岩是大陆地壳的重要岩石组成成分，对研究大陆地壳形成和演化过程具有重要意义，不同形成成因可能对应不同的地壳演化和成熟过程，其动力学机制也可能存在较大差异。目前，西准噶尔地区花岗岩岩浆源区仍存在争议，因此，研究该地区古生代花岗岩的源区组成和形成机制是急需解决的关键科学问题。

针对上述科学问题，中国地质调查局地质研究所尹继元博士及其合作者对西准噶尔南部花岗岩开展了详细的岩石学、全岩地球化学和锆石Hf-O 同位素研究。研究表明：

西准噶尔晚石炭世花岗岩包含铁黑云母和绿钙闪石，为典型的碱性花岗岩（图1）。它们不仅具有亏损Hf-Nd同位素组成和年轻的Hf模式年龄，还有高的氧同位素特征（δ18Ozrn=7.2‰-11.9‰），暗示其源区包含有年轻的、风化沉积物（图2a和b）。稀土和Hf-O同位素模拟显示，这些年轻沉积物的含量可达50%（图3a和b），表明年轻沉积物在碱性花岗岩形成过程中扮演着重要的角色。

西准噶尔南部330-311 Ma的侵入岩主要为辉长岩和闪长岩，具有相对低的氧同位素组分（4.5‰-6.9‰），源区为底侵的地幔分异物或者未蚀变的洋壳（图2b）。311 Ma之后的侵入岩主要为碱性花岗岩，具有高的氧同位素值（7.2‰-11.9‰）（图2b）。这种氧同位素组成的突变可能暗示源区组分发生了显著地改变（图2b）。因为早期大量的沉积物随板片俯冲到深部，它们相对于上地幔具有正浮力，因此上升至弧壳底部。在311 Ma后，西准噶尔地区发生洋脊俯冲事件，促使沉积物广泛熔融，其熔体上升过程中与中地壳熔体混合形成了碱性花岗岩。这些年轻沉积物的重熔促进洋内弧地壳从基性到酸性的转变，导致洋弧地壳成熟为大陆地壳。

锆石Hf-O同位素组成能有效识别碱性花岗岩源区中的年轻表壳岩组分，从而示踪表壳物质的再循环。而洋内弧年轻沉积物的循环与重熔可促进洋弧地壳成熟，这一研究为揭示大洋弧向大陆地壳转变过程提供了新的启示。

本研究得到国家重点研发计划项目（2019YFA0708601和2017YFC0601206）和国家自然科学基金（41888101, 41873060和41830216）等项目联合资助。成果发表于国际权威学术刊物Geological Society of America Bulletin：Yin J.Y*., Xiao, W.J., Spencer, C.J.., Sun, M., Chen, W., Huang, H.Q., Yuan, C., Zhang, Y.Y., Tao, Z.L., Huang, H., Xia, X.P., 2020. The role and significance of juvenile sediments in the formation of A-type granites, West Junggar oceanic arc (NW China): zircon Hf-O isotopic perspectives. GSA Bulletin, doi.org/10.1130/B35790.1. ）

原文链接：https://doi.org/10.1130/B35790.1

图1 新疆西准噶尔区域地质简图和采样位置　　

图2 西准噶尔地区花岗岩的年龄与Hf-O同位素关系图

图3 西准噶尔地区花岗岩的全岩稀土和锆石Hf-O同位素模拟估算图

弧岩浆作用是大陆地壳生长的主要方式之一，其岩浆起源与性质是深入理解大陆地壳的形成和演化的关键。前人研究揭示，横亘于青藏高原南部的冈底斯弧是典型的大陆弧，其弧壳具有显著的南部亏损（锆石εHf(t) > 0）、北部富集（锆石εHf(t) < 0）的锆石Hf同位素特征。但是，这一特殊Hf同位素组成的成因与演化过程还有待深入研究。

中国地质调查局地质研究所董昕研究员及其合作者对冈底斯弧北部巴松措和门巴地区约200 Ma的岩浆岩进行了系统研究，在明确其岩石成因和岩浆源区的基础上，探讨和细化了冈底斯弧北部地壳的演化过程。取得了如下主要认识：

1.冈底斯弧北部早侏罗世的岩浆岩包括巴松措地区约190 Ma的闪长岩堆晶和约200 Ma的花岗闪长岩堆晶（图1），以及门巴地区约190 Ma的寄主花岗质岩石和同期的镁铁质包体（图2）。

2.基于矿物组合、化学成分和全岩地球化学组成的研究（图3），巴松措地区的岩浆岩是偏镁铁质安山质岩浆通过角闪石、斜长石和榍石的分离结晶作用形成的；而门巴地区寄主花岗质岩石是安山质岩浆角闪石和斜长石分离结晶作用的产物。由于与寄主岩石具有相似的矿物组合和同位素地球化学组成，推测门巴地区镁铁质包体是与其寄主岩石同一母岩浆早期堆晶作用的产物。

3.上述早侏罗世岩浆岩具有继承的幔源同位素特征，通过全岩同位素模拟计算，提出了含水洋壳和不同比例的大陆地壳物质在源区发生部分熔融产生具有该地球化学特征母岩浆的合理解释（图4）。

4.结合前人发表的数据，冈底斯弧北部多期次（~215–170 Ma）岩浆岩记录了拉萨地体早中生代的地壳演化历史，即幔源物质的贡献随时间推移逐渐增多，具体表现为岩浆岩逐渐亏损的锆石Hf同位素组成上。

研究表明冈底斯弧壳经历了一个幔源物质贡献随时间推移逐渐增加的过程；同时，分离结晶作用是镁铁质岩浆包体的一种重要成因，而花岗质岩石具有的幔源地球化学特征可以是多解的。

上述研究受国家重点研发计划项目（2016YFC0600310）、国家自然科学基金项目（41872070和91855210）、中国地质科学院地质研究所基本科研业务费（J2006）和国家留学基金委访学项目（201809110024）的共同资助。成果发表在国际知名地学期刊《Lithos》上，详细内容请查阅文献：Dong Xin, Niu Yaoling, Zhang Zeming, Tian Zuolin, He Zhenyu. 2020. Mesozoic crustal evolution of southern Tibet: Constraints from the early Jurassic igneous rocks in the Central Lhasa terrane. Lithos, 366-367, 105557。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.lithos.2020.105557

图1 巴松措地区早侏罗世闪长岩堆晶和花岗闪长岩堆晶的野外和镜下照片

图2 门巴地区早侏罗世花岗质岩石的野外和镜下照片

图3 拉萨地体中部早侏罗世岩浆岩主量元素的二端元图解。Bulk-rock代表本研究样品的全岩主量元素成分；av. Pl代表本研究斜长石主量元素的平均成分；av. Amp代表本研究角闪石主量元素的平均成分；Bulk-rock of start material代表实验开始时物质的全岩主量元素成分；Melt代表平衡结晶实验过程中获得的熔体的全岩主量元素成分。

图4 拉萨地体晚三叠–早侏罗纪岩浆作用和地壳演化模式图。