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    近日,中国地质科学院地质研究所李广旭博士后及其合作导师曾令森研究员等,对西藏南部冈底斯岩基东段朗县杂岩内出露的钠质煌斑岩开展了年代学、岩石学、全岩地球化学和同位素组成的系统分析和研究,揭示了钠质煌斑岩的成因及其动力学过程,取得重要成果。

    大陆岩石圈的持续俯冲也会导致俯冲板片的脱水和熔融。俯冲的碳酸盐物质熔融可以释放碳酸盐熔体,引发上覆岩石圈地幔的部分熔融,形成不同类型的碱性和钙碱性岩浆岩。煌斑岩是特殊的幔源岩浆岩,其成因往往与交代富集的岩石圈地幔有关,成为示踪深部物质组成和深部动力学过程的重要载体。钠质煌斑岩出露较少,研究程度低,导致其钠质属性的成因机制尚不清楚。由于不同性质和不同来源的交代介质会造成岩石圈地幔的富集特征和矿物组成的差异,需要进一步验证钠质煌斑岩的钠质属性或成因机制是否与交代介质的不同有关。

    研究取得了以下主要认识:一是朗县地区出露一套近南北向展布的基性岩脉,其矿物组成和地球化学特征表明该基性岩脉为钠质煌斑岩。该钠质煌斑岩主要由角闪石斑晶和斜长石(钠长石)基质组成(图1),具有较高的CaO和Na2O含量,但K2O含量低,因此Na2O/K2O比值异常高(>2.3,最高为68.1);具有明显的Nb–Ta–Zr–Hf–Ti负异常;强烈富集轻稀土元素和大离子亲石元素。

    二是朗县钠质煌斑岩侵位于始新世晚期(36.9 ± 0.3 Ma),是碳酸盐熔体交代作用形成的交代富集地幔部分熔融的结果。朗县煌斑岩的同位素组成(全岩Sr-Nd-Pb和锆石Hf同位素)明显不同于冈底斯岩基中-新生代的岩浆岩,尤其是更年轻(< 30 Ma)的钾质-超钾质岩石(图2),这意味朗县煌斑岩具有不同的岩浆源区。进一步的研究表明来源于交代富集的岩石圈地幔,其富集特征是由俯冲的印度大陆地壳来源的碳酸盐熔体交代作用造成的。

    三是朗县钠质煌斑岩的钠质属性与碳酸盐熔体的交代作用和源区矿物组成有关。朗县煌斑岩中大量的碳酸盐矿物(方解石)是原生的(图1)。异常低的Rb/Sr和Dy/Yb比值,同时具有较高的Ba/Rb比值,表明朗县煌斑岩是在石榴子石相二辉橄榄岩稳定域内由含角闪石的橄榄岩低程度部分熔融形成的。

    四是煌斑岩的侵位可能与印度-亚洲大陆后碰撞背景下增厚下地壳(约75 km)的局部拆沉引起的东西向伸展作用有关。

    图1朗县钠质煌斑岩的野外照片(a-c)、显微照片(d-f)和背散射照片(g-l)

    图2朗县煌斑岩的锆石Hf和全岩Sr-Nd-Pb同位素特征

    该研究在岩相学基础上,通过与钾质煌斑岩全岩元素和同位素组成的系统对比,揭示了钠质煌斑岩的钠质属性与碳酸盐熔体的交代作用有关,为理解后碰撞深部动力学过程和解译冈底斯岩基的岩石圈地幔的演化历史提供了新的启示。

    该研究得到国家自然科学基金(92055202)、第二次青藏高原科学考察与研究计划项目(2019QZKK0702)和中国地质调查项目(DD20221630和DD20221817)的联合资助。相关成果发表在国际著名地学期刊《Geological Society of America Bulletin》上。

     
    地质所李广旭、曾令森等研究员对钠质煌斑岩与碳酸盐...

    摘要:揭示出中央造山带秦祁昆结合部晚古生代一早中生代的沉积建造与沉积环境,在苏鲁超高压变质带北端威海地区识别出古元古代的超高温泥质麻粒岩,桐柏志留纪超高温变质作用可能与商丹洋洋脊俯冲作用有关。完成了5条横穿桐柏造山带的构造剖面,并在狼山1:5万填图区发现了3个铁矿(化)点。同时,修正了大兴安岭南段地壳构造单元划分。

    1.项目概况

    “重大构造事件与成矿制约”项目隶属于“关键地质问题综合调查”工程,包括5个子项目:“秦岭一大别造山带构造事件调查及1:5万填图试点”、“兴蒙造山带关键地区构造格架及廊带地质调查”、 “秦祁昆结合部构造事件调查及增生杂岩专题填图试点”、“华南造山带基底地质调查及1:5万填图试点”和“东天山沙泉子幅和狼山儿驼庙幅1:5万填图试点”。

    2.成果简介

    2014年取得的研究成果与进展如下:

    (1)揭示出中央造山带秦祁昆结合部晚古生代一早中生代的沉积建造与沉积环境。研究表明,结合部二叠系自北 向南表现为一套潮间一潮下带、陆缘斜坡相沉积组合,自东向西表现为三角洲、滨海相和陆缘斜坡相沉积组合。三叠系具有自北向南水体逐渐加深且沉积中心向南迁移的特征。古水流分析表明,研究区内三叠系碎屑物主要来自于北侧。 揭示出秦祁昆结合部蛇绿混杂岩的岩石组合特征,天峻南山蛇绿混杂岩主要是由橄榄岩、枕状玄武岩、硅质岩、辉长岩、灰岩、泥岩、粉砂岩共同构成,与上覆二叠系碎屑流沉积为不整合接触; 拉脊山六台水库一带蛇绿混杂岩主要由枕状玄武岩、硅质岩、辉长岩、蛇纹岩共同组成,与上覆志留系河流三角洲相沉积之间为不整合接触。提出泥盆纪一三叠纪秦祁昆结合部火山-岩浆-沉积作用形成于活动大陆边缘,是特提斯洋向北持续发生俯冲-增生造山作用的结果 (图1)。

    (1)在苏鲁超高压变质带北端威海地区识别出古元古代的超高温泥质麻粒岩。由泥质麻粒岩与大理岩、钙硅酸盐岩和片麻岩组成的变质表壳岩,以透镜体的形式产于经历了三叠纪超高压变质的新元古代正片麻岩中。泥质麻粒岩由石榴子石、矽线石、斜长石、钾长石、反条纹长石、石英、黑云母、白云母和金红石组成,麻粒岩峰期变质的温度和压力条件约为940°C和1.2GPa。锆石U-Pb定年结果给出了1845Ma的207Pb/206Pb年龄加权平均值。结合其他研究结果推 测,扬子板块北缘经历了古元古代的增生造山作用。在桐柏造山带中发现含假蓝宝石的基性麻粒岩(图2),通过锆 石U-Pb年龄、岩石学和相平衡模拟研究,确定桐柏麻粒岩经历了志留纪超高温变质作用,峰期温压条件为大于20C和8~10kbar。具有逆时针的P-T演化轨迹,变质时代为440~415Ma。桐柏志留纪超高温变质作用,可能与商丹洋洋脊俯冲作用有关。

    (3)完成了5条横穿桐柏造山带的构造剖面,发现桐柏杂岩体中的早期南北向拉伸线理和深熔作用,提出桐柏变 质-深熔地体的三维结构,在高压榴辉岩带与蓝片岩带之间韧性剪切带的糜棱岩中获得3组锆石年龄,分别为2400Ma、 2000Ma和1800Ma。

    (2)在狼山1:5万填图区发现了3个铁矿(化)点(图3 ),重新厘定了叠布斯格组岩石组成,填制出系列新生代大型逆冲断层、右行断裂和正断裂,揭示出白垩纪低角度拆离断层及上盘白垩纪拆离红盆,华北板块与阿拉善地块的边 界断裂。在叠布斯格杂岩中识别出3期褶皱,分别对应早古生代华北与阿拉善地块的拼贴、晚古生代古亚洲洋关闭和三叠纪左行走滑3个阶段。

    (3)兴蒙造山带关键地区构造格架与廊带地质调查取得重要进展,修正了大兴安岭南段地壳构造单元划分,提出 了新的构造单元划分方案。在西拉木伦河附近识别出三叠纪与碰撞相关的花岗岩,进一步限定西伯利亚和中朝古陆的 碰撞造山过程。

    (4)在东天山和北山发现一系列前寒武纪岩石(0.9 Ga和1.4 Ga),揭示出中亚造山带中古老地壳的形成和演化历
    史。在敦煌地块发现约440 Ma的高压基性麻粒岩,表明北山与塔里木板块在早古生代发生了碰撞造山。在塔里木板块 北缘(博斯腾湖南)发现约800Ma的高压麻粒岩,其很可能形成在塔里木板块与Rodinia超大陆的碰撞造山过程中。

    (5)研究表明,华夏地块古元古代基底曾经遭受麻粒岩相变质改造,具有顺时针样式P-T轨迹,经历1.93Ga和 1.87Ga两期构造热事件,存在古元古代末期的紫苏花岗岩。

    3.成果意义

    (1 )西秦岭楔晚古生代一中三叠世 活动大陆边缘的确定为中国南、北两大板块构造体质转换和秦岭、祁连、昆仑 造山带相互耦合过程研究提供了直接证据,同时将指导该区的地质找矿工作。

    (2)在苏鲁超高压变质带识别出古元古代超高温泥质麻粒岩,为苏鲁造山带及扬子板块北缘古元古代的构造演化 历史提供了制约。桐柏造山带秦岭群中含假蓝宝石基性麻粒岩的发现确定其经历了志留纪超高温变质作用,为秦岭-大别造山带早古生代的构造演化提供了制约。同时,也表明超高温变质作用可能比传统认识中的更为普遍。

    (3)桐柏变质-深熔地体三维结构的研究,将该造山带的岩浆和变质事件从早中生代碰撞造山到晚中生代伸展隆升 的演化连接起来,使人们更深人认识地壳深熔作用在造山带演化过程中的作用和重要性。

    (4)狼山地区古生代以来多期构造事件是阿拉善地块和华北板块之间受不同构造域影响的直接结果,同时也反映 了阿拉善和华北边界的位置和性质。

    (5)东天山-北山一系列前寒武纪岩石和敦煌地块约440Ma的高压基性麻粒岩的发现表明,东天山-北山造山带中的古老微陆块具有相同的前寒武纪地壳形成与演化历史,它们并不是来源于塔里木克拉通,这为揭示中亚造山带南部的构造演化和古老微陆块的起源提供了重要制约。

    (6 )华夏地块古元古代岩浆及变质事件的识别,为理解华夏地块基底生长与再造过程提供了地质依据。基底韧性 剪切带的几何学和运动学,是理解华南中生代陆内变形样式的关键,并为建立华南中生代陆内造山与南北陆缘板块碰 撞或古太平洋板块俯冲的动力学关系提供了约束。(中国地质科学院地质研究所 张泽明 张进 闫臻 周喜文 贺振宇 刘建峰 李建华 梁凤华 向华供稿)


    华南、中央和北方造山带研究取得重要成果

    428日,天津市第八十二中学150余名师生走进自然资源部中国地质调查局天津地质调查中心,与地质科研人员“零距离”接触,领略地学科技前沿,感受科研成果背后的故事。本次活动紧紧围绕“珍爱美丽地球守护自然资源”地球日主题,分科普讲座、“科普集市”、参观实验测试室等三个环节,为天津市第八十二中学的师生带来了一场精彩的地学科普盛宴。 

    活动伊始,天津地调中心科技人员为同学们作了题为《雄安新区地质演化过程及蕴含的资源环境》的科普讲座,介绍了雄安新区的6500万年来地质演化的过程,以及蕴含的地热、地下水和城市地下空间等资源。 

    “科普集市”集中共分为8个展台,集中展示了天津地调中心近年来的工作成果,并由科普志愿者为中学生们展示了多年来亲手采集的和田玉、岫岩玉、玛瑙、孔雀石、紫晶、萤石、骨骼化石、金伯利岩、榴辉岩、橄榄岩等百余种珍贵样品,现场讲解标本岩石成因与发现过程中故事,形成了科普人员与受众面对面交流,点对点服务的科普模式,打破地质科学的神秘面纱,促进了地学科技的科普化。 

    第四纪地质展台展示了记录渤海湾沧海桑田变化的海相贝壳和牡蛎礁,介绍了泥质海岸带地质环境研究动态。 

    前寒武纪地质展台展示了金伯利岩、榴辉岩、橄榄岩等典型的岩石标本,以及和田玉、岫岩玉等玉石标本,介绍了喀斯特岩溶地貌风景及其形成演化过程,阐述了偏光显微镜在岩石矿物鉴定中的应用情况。 

    境外地质展台前,志愿者们集中展示了一批“奇珍异宝”,其中不乏一些绚丽多彩的宝石或矿石,如孔雀石、方铅矿、黑钨矿、黄铜矿、黄铁矿、紫晶、萤石等,吸引了大量师生们的目光,他们仔细询问起这些宝石矿物的光学特征、化学成分、形成过程以及如何正确鉴别等方面内容。志愿者们从矿物摩氏硬度、晶体化学、地球化学、地质年代学及同位素地球化学等各个方面向他们全方位地科普了这些宝贝的“前世今生”。 

    在矿产院与铀矿办展台前,科普志愿者悉心准备和介绍了便携式显微镜、罗盘等器材,从各种矿物的个性生长、特殊地质现象的形成、仪器的使用等多方面为学生们讲述了野外工作中的新奇发现和地质世界的趣味现象,展示了鄂尔多斯盆地、中生代地层结构与演化过程的动画视频,同时为同学们分发了精心准备的《砂岩型铀矿是如何形成的?》《为什么铀矿是护航生态文明的低碳能源》《如何寻找砂岩型铀矿》等科普读物,将现象与知识融会贯通在一起,将绿色矿产勘查的理念讲解给广大中学生。 

    基础地质展示了各类化石、矿石、火山弹、玛瑙等,播放了造山带演化多媒体课件,介绍了地质灾害、大洋演化、第四纪火山地貌、石炭纪古生物宣传册。 

    在物化探展台前,展出了“珍爱美丽地球 守护自然资源”宣传读物,学生们接触到了给地球做“体检”的地球化学方法。 

    在水工环展台集中展示了多参数水质监测仪、环境X-γ剂量率仪、超声波水位探测仪等科技感十足的水文地质、工程地质和环境地质的监测设施和装备。 

    资料信息室展台前,展出了叠层石、海百合、珊瑚、震旦角石、植物化石、硅化木、谷纳氏螺、中华鲟鱼等古生物化石,让孩子们感受到了来自古生物学的科学魅力;同时还展示了铜蓝、铜绿、菊花石、黄铜矿、方铅矿、绳状火山熔岩和萤石等矿物标本,让孩子们了解到大自然的千姿百态;另外,还展示了《国际年代地层表》和《中国“金钉子”-全球标准层型剖面和点位研究》专著,介绍在我国建立的多颗金钉子,激发孩子们对科学探究的兴趣,同时了解我国地质科学家在国际学术界中所作的努力和取得的成果,提升民族自豪感。 

    同时,实验测试室安排了“4.22世界地球日专题宣传片”、“大型仪器设备”、“常规分析实验室”以及“显微镜下的岩石”等环节对同学们进行了科普宣传。学生们参观了X射线荧光光谱仪、电子探针、激光剥蚀多接收等离子体质谱仪等大型仪器设备和常规化学实验室,专业技术人员用通俗的语言讲解了岩石矿物、土壤等样品元素含量的测试过程,并对岩石矿物地质年代学的测试原理、实验流程以及实际应用进行了科普宣传;显微镜实验室的技术人员指导同学们观察了岩石样品薄片下的微形貌特征、基本矿物组成等。 

    这次活激发了同学们学地学、爱地质的热情,让他们用科学热情,为科普活动的可持续发展提供源泉和动力。 

     

    活动合影

    天津地调中心成功开展第50个世界地球日科普宣传活动

    目前,深部矿产资源勘查已成为我国未来矿产勘查的重要方向。近年来,随着全国危机矿山接替资源找矿和老矿山接替资源找矿等项目的实施,深部找矿勘查工作取得了一系列重要进展。这些新发现和新成果,不仅颠覆了对已有矿床成矿规律(成矿系统的发育深度和不同类型矿床的分带、叠合规律等)和矿床成因的认识,推动了科学研究“向深部进军”,还为深部矿产资源勘查提供了重要依据。本文选择近年来深部找矿取得重要突破的矿山,介绍其深部勘查的新发现及意义,以期引起业界对矿床系统的理解和再认识,更好地服务于深部矿产资源勘查工作。同时,结合已有的深部找矿经验,对下一步深部矿产勘查工作提出建议。

    深部找矿新发现促进矿床成因新认识

    1. 西藏罗布莎铬铁矿

    西藏罗布莎铬铁矿床是目前国内规模最大、研究和勘探程度相对最高的铬铁矿床,但经多年开采,矿山保有资源储量严重不足。

    自2006年以来,通过开展矿区含矿构造岩相带与矿体空间分布规律研究,同时配合重磁电综合解释,在矿床深部发现厚大隐伏矿体,实现我国铬铁矿找矿的重大突破。钻探资料显示,钻孔ZKWT02在孔深286.3~341.1米处见累计视厚度达46.28米的4层矿体,Cr2O3含量50%以上;钻孔ZK西2004于孔深334.5~426.9米处见4层矿,累计视厚度46.1米,Cr2O3含量约50%,发现的Cr-80单矿体资源量达115万吨,成为目前国内发现单体规模最大的铬铁矿矿体。此外,通过“千米钻”深孔ZK东04的实施,在孔深679.5米处见蚀变破碎带中的浸染状铬铁矿,验证了深部有规模较大的中央含矿构造岩相带的存在。

    通过深部找矿工作的实施和深部厚大铬铁矿体的发现,对该矿床的成矿规律和成矿模型取得了新的认识,打开了找矿空间。进一步验证了中央含矿构造岩相带对于深部铬铁矿体的控制意义,查明了豆荚状铬铁矿体主要赋存于罗布莎超基性岩体中北部的斜辉橄岩岩相带中,浸染状铬铁矿体赋存于岩体北部纯橄榄岩岩相带中;提出豆荚状铬铁矿形成的多阶段成因模式;矿体表现出成带分布、成群出现、分段集中的特点,与层状铬铁矿的形成机制完全不同,可能是含铬铁矿残浆受构造作用强力侵位的结果;建立了以西藏罗布莎铬铁矿为典型的“板块踫撞蛇绿混杂岩带超镁铁质岩岩相构造带控矿的找矿预测地质模型”。总之,深部找矿工作的开展为罗布莎铬铁矿以及国内同类型铬铁矿床下一步找矿勘查工作提供了新的思路。

    2. 广东大宝山铁铜钼多金属矿

    大宝山铁铜钼多金属矿床是一座以铁、铜、铅、锌、硫、钼为主的大型矿床。广东省地质局705地质大队曾于1958~1961年完成普查—勘探工作,并提交了相当于122b的铜多金属储量79.96万吨(品位0.86%),铅金属储量31.36万吨(品位1.77%),锌金属储量84.97万吨(品位4.44%),铁矿石储量8034万吨(品位49.69%),以及钼金属资源量(2M11,包括外围)2.26万吨。大宝山矿床经过半个多世纪开采,资源几尽枯竭,属严重危机矿山。

    经全国危机矿山接替资源找矿(2006~2009年)和老矿山接替资源找矿(2014年)两轮找矿勘查工作,在大宝山矿区深部分别探获了一处大型规模的斑岩型钼矿体和一处厚大的斑岩型铜硫矿体,取得了重大找矿突破。其中,斑岩型钼矿体主要呈似层状、透镜状产于花岗闪长斑岩和次英安斑岩中,受岩体和构造联合控制。矿体围岩蚀变分带明显,从浅部至深部分别为粘土化带→青磐岩化带→绢英岩化带→钾化带(如图),显示出典型的斑岩型成矿特点。斑岩型铜硫矿体主要赋存于泥盆系棋梓桥组灰岩、粉砂岩和次英安斑岩中,矿石类型以黄铁矿型铜矿石、磁黄铁矿型铜矿石和黄铁矿型硫矿石为主。由此,大宝山铁铜钼多金属矿床的矿体空间分布可分为深部的花岗斑岩型钼(钨)、铜硫矿、矽卡岩型钼(钨)矿、浅部的脉状、似层状铜铅锌矿以及远端的菱铁矿。

    关于大宝山铁铜钼多金属矿床的成因主要有3种观点,即与岩浆期后热液有关、与海相或陆相火山热液有关以及与沉积改造作用有关。大宝山深部斑岩型钼矿体和铜硫矿体的发现进一步改变了以往对该矿床成因的认识,为下一步找矿工作提供了重要线索和依据。祝新友等研究认为,大宝山矿床深部的斑岩型、矽卡岩钼钨铜矿化、浅部的脉状铜铅锌矿化以及远端的菱铁矿化构成了斑岩型或岩浆期后热液型成矿系统。应立娟等对层状铜硫矿体研究后认为,大宝山矿区及外围成矿作用与岩浆热液有关的,属同一成矿系统演化的产物。戴塔根等指出,大宝山多金属矿床斑岩型、矽卡岩型矿体与岩浆热液有关,而似层状铜铅锌矿体则与海底火山热液活动有关,并受后期岩浆热液的叠加改造。

    大宝山矿床37线剖面图

    3.江苏栖霞山铅锌矿

    江苏栖霞山铅锌多金属矿床位于南京市东郊的栖霞镇境内,处于长江中下游成矿带宁镇矿集区。2012年~2014年,地质矿产调查评价专项实施“江苏省南京市栖霞山铅锌矿接替资源勘查”项目,对矿床开展了深部找矿工作。在研究石炭系高骊山组与黄龙组硅/钙面控矿和脉状矿体侧伏规律的基础上,项目利用坑内钻追索和控制了1号主矿体在走向和倾向上的延伸,并新发现多层厚大铅锌矿体。尤其值得注意的是,在钻孔KK4603和KK4201中均发现金、银、铜矿化。其中,钻孔KK4201中银、金、铜平均品位分别为金 2.19克/吨、银 319.73克/吨、铜0.49%。经估算,本次工作新增333+334资源量:铅锌58.13万吨,共(伴)生金7.64吨、银1113吨、铜1.53万吨。

    栖霞山矿床是华东地区目前已发现规模最大的铅锌多金属矿床,前人开展了大量找矿研究工作。然而,关于该矿床的成因一直存在争议,即矿床的形成与岩浆热液成矿作用有关,还是与热水沉积成矿作用有关?此次通过深部找矿勘查工作,在栖霞山矿床深部发现银-金-铜矿化,一方面暗示矿床深部巨大的找矿前景,另一方面为矿床成因研究提供了新的线索和证据。根据这些深部矿化信息,张明超等对矿床开展了流体包裹体显微测温及氢-氧-硫-铅研究,指出栖霞山铅锌矿的成矿流体和成矿物质主要来源于岩浆,岩浆水和大气水的混合是导致矿质沉淀的重要因素。因此,栖霞山矿床深部勘查的新成果不仅促进了矿床成因方面的研究工作,取得了新认识,而且更为下一步找矿工作指明了方向。

    4.云南澜沧铅矿

    云南省澜沧老厂铅锌银多金属矿床一直被认为是以火山岩为容矿建造或与火山岩有关的块状硫化物矿床(VMS)。2006年实施矿山深部找矿工作以来,在矿区继ZK153101钻孔揭露了钼矿化带后,ZK14824、ZK14827钻孔均揭露了深部的钼矿(化)体。其中,ZK14827钻孔孔深1417.05米,圈定的工业矿体总长度696.25米,平均品位0.068%,矿体主要产于深部隐伏斑岩体(喜马拉雅期)和接触带内。深部隐伏斑岩体和岩浆型钼矿的发现引发了学者们对该矿床成因模式的争议。斑岩型或岩浆型成矿系统的存在已是事实,如果考虑前人的石炭纪的块状硫化物成矿系统,则应是2个成矿系统的叠加。

    朱裕生等强调“成矿系列”的“缺位找矿”理论,在多年前建立了“同位成矿”理论。在前人的理论认识基础上,可以对上述新发现给予验证和深化。韩润生等认为,澜沧老厂矿床是2套主要成矿系统、多种有利成矿要素有机耦合的结果,具多成矿动力学环境、大时间间隔和多类型成矿作用同位叠加的显著特征,是多种构造环境演变过程中形成的火山喷流沉积+隐伏斑岩热液成因为主的矿床,并将其成矿模式归纳为“双成矿系统同位叠加模式”。

    5.内蒙古毕力赫金矿

    早期勘查和研究认为,毕力赫金矿床赋存于晚侏罗世玛尼图组火山、次火山、火山碎屑岩系和隐爆角砾岩中,从基性的玄武岩到中酸性的流纹岩构成一套含金火山建造。其中的蚀变火山岩、次火山岩、角砾岩是主要的含金地质体,又是赋矿的直接围岩。主要岩性有安山质角砾熔岩、安山玢岩质角砾熔岩、闪长玢岩、热液角砾岩、蚀变玄武质角砾岩等。矿体的形态特征也表明其与火山机构关系密切。卿敏等通过对矿区深部、外围勘查和典型矿床解剖研究后认为,毕力赫金矿的成矿作用与海西期岩浆活动有关,成矿流体的性质、矿体空间产出与浅成花岗闪长斑岩关系密切,并在此基础上建立了矿田“斑岩-构造蚀变岩-浅成石英脉型矿化类型一体化”成矿模式。

    深部找矿新发现开拓区域找矿新思路 

    1. 内蒙古维拉斯托锡多金属矿

    维拉斯托锡多金属矿床位于大兴安岭南段,曾作为大型铜锌银多金属矿床进行开发和找矿工作。2013年,地质人员在勘查过程中发现矿区及外围的黑云斜长片麻岩中发育有含锡石英脉,进而推测深部可能存在隐伏矿体。2014年地质调查项目实施的老矿山找矿项目,在矿山深部发现石英脉型锡钨锌铜钼矿体、隐爆角砾岩型锡铜锌矿体和浸染状锡锌铷铌钽矿体。其中,隐爆角砾岩型矿体位于岩体顶部外接触带,呈筒状,角砾成分为主要为黑云斜长片麻岩,胶结物以石英、黑钨矿和锡石为主;石英脉型矿体赋存于下古生界锡林郭勒杂岩和石炭纪石英闪长岩中,总体倾向北东,矿物组合为石英、锡石、闪锌矿和黑云母等;浸染状锡锌铷铌钽矿体赋存于云英岩化和天河石化的岩体顶部,矿物组合主要为锡石、闪锌矿和黑钨矿等。项目已初步查明矿体30余条,其中,1号矿体为主矿体,长大于700米、宽大于300米,总体呈舒缓波状;矿体厚度(视厚)平均5.15米,Sn品位平均为0.89%;共提交锡金属量8.1万吨(333及以上),实现了大兴安岭南段锡矿找矿的重大突破。

     

    矿床三维空间结构模型示意图

    大兴安岭南段是我国重要的铅锌、银、铜、锡多金属成矿带。按照成矿物质来源和矿床组合,区内划分出3个成矿带,其中林西-甘珠尔庙一带以锡多金属成矿作用为主,而锡林浩特-霍林郭勒地区则以银铅锌成矿作用为主。因此,长期以来,大兴安岭南段的锡矿找矿工作一直以林西-甘珠尔庙地区为重点,但多年来始终未取得较大突破。维拉斯托矿床位于以银铅锌成矿作用为主的锡林浩特-霍林郭勒地区,其与拜仁达坝矿床一起曾作为大型银铅锌矿床开展找矿勘查和科学研究工作。然而,此次维拉斯托矿床深部锡多金属矿体的发现,显示出传统的银铅锌成矿区巨大的锡矿找矿潜力。最近,Liu et al、祝新友等和Wang et al研究认为,维拉斯托矿床的银铅锌矿体和锡矿体是同一成矿系统的产物,并指出浅部为热液型脉状铅锌银矿,深部则可能存在岩浆热液型锡(钨)多金属矿。因此,维拉斯托矿床深部锡多金属矿的发现不仅改变了人们以往对大兴安岭南段锡、银、铅锌成矿规律的认识,而且将影响该区域今后的锡矿找矿勘查思路,意义重大。

    2. 四川拉拉铜矿

    四川拉拉铜矿田位于扬子准地台康滇地轴中段,属东西走向的金沙江断裂褶皱带与川滇攀西大裂谷南北向构造带的交接复合部位。拉拉铜矿是我国西南重要的大型铜矿,也是四川省最大铜矿生产基地。矿田内金属矿产以铜为主,次为铁、镍,伴生金属有银、金、钴、钼、铂、钯等。2012年以前,经勘查的主要矿床(点)42个,其中大型矿床1个、中型矿床4个,其余为小型矿床和矿点,已累计探明铜资源量130万吨,铁资源量2600万吨,镍资源量5万吨。2012-2014年,老矿山接替资源勘查项目在拉拉落凼铜矿南部红泥坡矿区勘查取得了重大突破,新增333+334铜资源量63.22万吨,实现重大找矿突破。

    拉拉地区铜矿矿体赋存于古元古界河口群火山沉积岩系中,具有明显的层控特征。但与以往拉拉地区铜矿均赋存在河口群中部火山沉积旋回落凼组地层中不同的是,本次发现的红泥坡铜矿体主要赋存在河口群上部火山沉积旋回长冲岩组上段,其主矿体东西最大延伸1950米,南北延伸2100米;矿体平均厚度为10.37米;Cu品位平均为1.36%。红泥坡铜矿矿石矿物有磁铁矿、黄铜矿、黄铁矿、斑铜矿、辉钼矿、磁黄铁矿等;脉石矿物有钠长石、白云母、黑云母、钾长石、石英、铁白云石等。与典型的拉拉铜矿条带状矿石构造不同,红泥坡铜矿矿石构造以脉状、网脉状、角砾状为主。

    拉拉铜矿田是我国重要的铜矿集区,一直以来是研究的热点地区,众多学者对其进行了详细的研究并取得了丰富的成果。然而,由于矿床的复杂性,拉拉矿田的成因仍存在争议,目前主要的观点分为两类:一是一些学者根据其赋存于河口群落凼组海相火山岩中,矿体呈层状、似层状产出,矿石主要为块状、条带状构造,结合部分硫铅同位素数据显示成矿物质来自于河口群地层,据此认为矿床属于火山成因块状硫化物矿床(VMS),并认为成矿年龄与成岩年龄一致为16~17亿年,但拉拉铜矿目前较为可靠的辉钼矿Re-Os定年数据显示其可能的成矿年龄为10.86亿年,且该矿矿化元素仅有Cu和Fe,无Pb或Zn,显示其可能的VMS矿床成因证据仍显不足。

    ②也有学者认为其特征很类似IOCG矿床,其发育很强的钠长石化,出现大量的贫Ti磁铁矿,并富集Co、Au、P、F、REE等,而贫Pb、Zn;C-H-O-S同位素数据显示其岩浆热液来源,有部分成矿物质来自于地层;且根据辉钼矿的Re-Os同位素年龄得到其成矿年龄为10.86亿年,并与当时板内拉张环境密切相关。但与典型的IOCG相对比,落凼铜矿缺乏大范围分布的角砾状矿石,并且受断裂控制不明显,所以其可能的IOCG矿床成因也存在争议。红泥坡铜矿的发现及其揭示的矿床地质信息,为研究者研究拉拉铜矿田的成因机制提供了绝佳的契机,通过对其系统的解剖,有望最终确定拉拉铜矿田的矿床成因并建立找矿预测地质模型,进一步指明区域找矿方向。总之,红泥坡铜矿重大的找矿突破打开了拉拉地区广阔的找矿空间,新赋矿层位的发现明确了本地区下一步的找矿方向,并增强了矿山企业“拉拉外围找拉拉”的找矿信心,为川滇有色金属成矿带开展“拉拉式”铜矿找矿提供了可借鉴的成功经验。

    3. 江西相山铀矿

    江西相山铀矿田位于钦杭成矿带北东段,赣杭陆相火山岩铀成矿带西南端,德兴-遂川大断裂的南东侧,是我国重要的热液型铀矿田。以往对于相山铀矿田的研究工作主要侧重于铀的成矿作用机制和找矿预测等方面,且主要集中在矿田浅部。随着矿山深部找矿的实施,多个深孔均见到较好的铅锌铜等多金属矿化,且品位较高,已达综合利用价值。例如,钻孔CUSD3在孔深1095.4~1549.2米、1574.2~1577.5米分别见到铅锌铜矿化脉和铜多金属矿化脉。又如,钻孔ZK26-101在深部见约330米的铅、锌、银等多金属矿化,初步估算铅锌银矿资源量分别为Pb1.7万吨、Zn 0.88万吨、Ag76.2吨。地质特征显示,深部的铅锌银矿化主要赋存于流纹英安岩、碎斑熔岩及基底变质岩中,受断裂构造、岩层界面、火山塌陷构造复合控制;铜矿化主要分布于基底变质岩中。最新研究表明,相山铀矿田浅部的铀成矿作用与深部的铅锌铜成矿作用具有相同的成矿物质来源,属同一岩浆-热液成矿系统的产物。深部铅锌铜多金属矿化的发现构成了相山矿田上铀-中铅锌金-下铜的成矿空间模式,不仅加深了对矿田成矿规律的认识,拓展了深部找矿空间,而且开拓了区域找矿思路。

    4. 南京市梅山铁矿

    根据宁芜地区玢岩铁矿的成矿模式,梅山式铁矿为次火山岩体与火山岩接触带上下高温气液交代充填矿床和矿浆充填矿床,具透辉石-石榴子石-磷灰石-磁铁矿组合。近年来实施的梅山铁矿接替资源找矿项目中,在梅山铁矿层顶部硅化、黄铁矿化、碳酸盐化凝灰岩、沉积凝灰岩、凝灰角砾岩中发现了金矿体,同时这一层位也是梅山铁矿层顶部普遍存在的一个“近矿指示蚀变带”。据江苏省地矿局第一地质大队项目成果资料,ZK4101钻孔在392.2~407.8米处见到金处矿化15.6米,平均品位0.97克/吨;ZK4121钻孔在406.28~414.77米处见金矿层8.49米,平均品位1.88克/吨。初步估算新增333金矿资源量(金属量)2.85吨。

    宁芜地区铜金矿主要有铜井地区的铜井式铜矿,矿床类型均属火山-次火山热液型矿床。此类矿床的矿化与偏碱性、碱性火山活动有关,受区域构造裂隙或火山构造裂隙的控制。矿体一般呈脉状沿构造破碎带或破火山口构造成群出现,陡倾斜产出,与围岩界线清楚。矿石组合多为铜、金、多金属矿物与石英(重晶石、碳酸盐矿物)组合,并以中-低温热液充填型为主。典型矿床有铜井金铜矿(中型)、观山铜铅矿(小型)、谷里铜矿(小型)、金驹山金矿(小型)等。梅山铁矿矿体顶部层位发现的含金蚀变带与铁矿的密切关系可能反映铁矿和金矿是同一岩浆热液不同演化阶段形成的产物,当然目前也不能排除后期热液叠加成矿的可能。尽管目前对铁矿化和金矿化成生关系的认识还有待于进一步深化,但这一发现对宁芜地区玢岩铁矿的找矿不乏指导意义。

    5. 吉林夹皮沟金矿

    夹皮沟金矿位于华北克拉通北缘,是一座资源几近枯竭的危机矿山。该矿床虽有近200年的开采历史,但其成因却一直存在争议。前人曾先后提出过绿岩型、层控型、韧性剪切带型、变质热液型、岩浆热液型等多种成因模式,尤其以韧性剪切带型成因模式最为主要。近年来,随着老矿山接替资源找矿项目的开展,在夹皮沟矿床深部取得了重要突破。经钻孔验证,在夹皮沟矿床深部742~754.9米处见10米厚的细脉浸染型金矿体,平均金品位为2.2克/吨。钻孔编录结果显示,细脉浸染型金矿体主要产于隐伏的石英闪长岩体顶部接触带,矿石矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、方铅矿等,脉石矿物主要为石英、方解石等。此外,在八家子南西的头道溜河地区,还发现了与闪长玢岩体有关的爆破角砾岩型金矿床。多种金矿化类型的新发现,不仅加深了对夹皮沟金矿矿床系统的认识,而且为区域深部找矿提供了新的思路和方向。

    对下一步深部找矿工作的建议 

    1.持续推进矿集区找矿预测工作

    老矿山是开展深部矿产资源勘查的理想场所,而矿集区是大中型矿山密集分布的地区。矿集区矿产地质调查程度和找矿预测直接关系到老矿山及其外围的深部找矿工作。然而,由于种种原因,许多矿集区尚缺乏系统的矿产地质调查及找矿预测,直接阻碍了深部找矿突破。矿集区找矿预测工作主要包括以下两方面内容——

    一是在1∶5万矿产地质调查、地球物理测量、地球化学测量、矿产及异常检查、典型矿床研究、资源潜力评价等工作的基础上,确定重点工作区开展找矿预测。在重点工作区开展大比例尺专项地质填图(含修测)、专项物探、专项化探、专项样品采集及深部钻探探查等工作,系统研究工作区内主要矿床类型的成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志,构建找矿预测综合信息模型,预测矿体赋存位置,评价资源潜力,提交预测资源量,引导后续勘查。

    二是围绕深部找矿预测需求,开展矿集区及老矿山“三位一体”(成矿地质体、成矿构造和成矿结构面、成矿作用特征标志)找矿预测理论与方法创新与示范,主要包括:1)成矿构造与成矿结构面研究方法与模式建立;2)开展矿床深部定量预测理论与方法研究;3)基于2DGIS/3D建模平台构建矿集区“成矿地质体-成矿构造与成矿结构面-成矿作用特征标志”找矿预测模型。

    2.进一步加强勘查区找矿预测理论与方法研究

    勘查区找矿预测理论方法体系的创建,首次提出成矿地质体、成矿结构面、成矿作用特征标志的概念,在实际使用中取得了良好效果,切实指导了深部找矿。但是,勘查区找矿预测理论目前仍不完善,需要在实际的应用过程中进行修正。

    一是要结合矿山深部和外围找矿的新发现,重新认识各类矿床的成矿规律、成矿系统的发育深度和不同类型矿床的分带、叠合规律。以深部找矿为目标,通过建立典型矿集区脉、层、块、体矿化样式组成的上下、左右多元空间矿床矿化系统结构模型,突出反映找矿信息,进而指导矿山深部和外围找矿工作。

    二是矿床模式的研究要从矿床的角度走向矿集区,从单个的矿床成矿模式发展为典型矿床成矿模式之间的组合模式,从构造体系控矿发展为构造成矿系列的阶段,这对于认识成矿系列控矿的规律,深入总结和认识矿床和矿集区成矿规律,提高对深部矿床成矿理论的认识和指导矿产资源勘查实现重大的突破具有重要意义。

    3.加强科技引领,推进新方法和新技术的研发应用

    从近年来矿山深部找矿的经验来看,重大成果的取得无一不是根据新现象,打破旧思维,结合实际情况进行理论、方法和技术创新的结果。科技创新无疑将对未来深部矿产资源勘查工作起到重要引领作用。因此,在开展深部找矿勘查工作的同时,还应重点研发和推广适合深部找矿的物化探等技术方法。

    一是继续贯彻“三深一土”国土资源科技创新战略,针对矿集区3000米以浅的地下空间,重点研发覆盖区探测技术和深部地质结构与成矿系统探测技术,开展覆盖区物质组成识别标志研究、矿集区深大剖面探测、深部成矿系统蚀变标志研究等工作,查明各类重要成矿要素在深部空间的分布特征,尤其重点探明与成矿有关地质体、成矿构造与成矿结构面、成矿作用特征标志等关键成矿要素的空间展布规律和形态特征,建立符合矿集区深部找矿的地球物理和地球化学等技术的指标体系,构建矿集区深部地质三维结构模型。

    二是对成熟的新技术新方法进行推广应用。在科学分析矿集区地质条件的基础上,根据深部新发现,充分利用KGR抗干扰电法仪激电测深、大比例尺低飞航磁测量、井-地磁测反演技术、构造地球化学测量、1∶5万抗干扰电法扫面等先进技术方法,进行推广应用,总结出一套适合本地区寻找同类型矿床的物化探方法组合,进一步指导矿集区及外围深部勘探工程布置,开展深部矿产勘查示范。

    总之,深部找矿新发现进一步促进了深部成矿规律的认识,开拓了找矿思路,已成为持续推进矿产资源勘查“向深部进军”的强大动力。同时,深部找矿突破的实现,还需要系统的矿产地质调查、完善的找矿预测理论和先进的探测技术等作为强有力的支撑。

    深部找矿新发现及意义

    冯艳芳在长乐南澳构造带野外调查

    2001年,冯艳芳到中国地质调查局发展研究中心工作。那时地质行业的低谷刚刚过去,曙光初显,而她青春年少,意气风发,她在心里对自己说:“要想在事业上有发展,一定要脚踏实地,敢于担当,勇于奉献。”一晃过去17个年头,冯艳芳兢兢业业地参与和主持了多个重大项目,见证了我国地质调查事业的快速发展。

    中国地质调查局发展研究中心资料开发室副主任冯艳芳,集“2017北京榜样推荐人物”、“全国巾帼建功标兵”、“全国最美家庭”、“北京市西城区人大代表”等多种光环于一身。她却常说,自己只是浩瀚地质大军中一个不起眼的小兵,人生的理想是做好一名纯粹的地质人。

    纯粹的奉献,她主持了地质史上里程碑式项目

    2001年,冯艳芳硕士毕业,到中国地质调查局发展研究中心工作。那时地质行业的低谷刚刚过去,曙光初显,而她青春年少,意气风发。“发展研究中心”,念着单位的名字,她在心里对自己说:“要想在事业上有发展,一定要脚踏实地,敢于担当,勇于奉献。”一晃过去17个年头,冯艳芳兢兢业业地参与和主持了多个重大项目,见证了我国地质调查事业的快速发展。

    刚到发展研究中心,冯艳芳就参与了国家863计划“基于SIG的资源环境空间信息共享与应用服务”和“基于大型GIS的地质调查空间数据管理系统”两个项目。一些过去只能在书上看到名字的大专家,如今可以面对面交流,这让冯艳芳十分兴奋。在项目办公室负责组织协调和后勤服务的她,总是给人活力满满、热情洋溢的感觉。她勤勤恳恳,任劳任怨,生孩子前一天仍坚持工作,产假没休完就回到岗位,为项目的顺利实施作出了自己的贡献。紧接着,全国危机矿山接替资源找矿专项启动,冯艳芳再次被选入项目办公室。一切刚刚起步,事务繁琐,人手紧张,冯艳芳和同事们加班加点,用最短的时间让项目步入正轨。

    2006年,为全面掌握矿产资源现状,科学评价未查明矿产资源潜力,全国矿产资源潜力评价重大专项启动。冯艳芳被委以重任,负责组织其中的全国重要矿产成矿地质背景研究项目。说是一个项目,其实是一个有30个省(市、区)40多个单位2000余人参加的、规模空前的产学研大会战。在项目实施的8年时间里,冯艳芳管理业务双肩挑,一心扑在工作上,通常是白天组织管理,晚上整理资料,还频繁跑野外。

    在大家的共同努力下,全国重要矿产成矿地质背景研究项目取得了丰硕的成果,解决了我国诸多重大基础地质问题,指导有关省区圈定了一批找矿远景区,编制完成了5000余张中国成矿地质背景系列图件,培养了省级、大区和全国三个层次的学科带头人才群体和技术骨干。项目成果在全国矿产资源潜力评价46个项目中获得了“95.3”的最高分,被专家院士们树为地质史上的里程碑,并先后获得原国土资源部、中国地质调查局科技进步二等奖和一等奖,冯艳芳也被评为全国矿产资源潜力评价的先进个人。

    中国科学院院士李廷栋如此评价项目形成的中国大陆构造系列研究成果及其新的观点:“给中国沉寂多年的大地构造学科带来了新的篇章,输入了新鲜的血液,是中国大地构造认识之路上的崭新进步,该成果的问世,将会使中国大地构造研究继续向前加速发展与迈进。”

    在这紧张而忙碌的8年中,冯艳芳还承担了全国地质勘查进展分析项目,主持构建了我国市场经济体制下权威、全面、系统的地质勘查成果跟踪统计与通报系统,成果获2015年国土资源科学技术二等奖。

    2016年以来,冯艳芳负责全国系列基础地质的综合编图工作。如今20张不同类型的全国大地构造图已全部出版,不仅为各种矿产资源的找矿勘查提供了地质底图,对我国基础地质研究也有着重要的意义。此外,冯艳芳和她的团队积极支撑国家重大战略,提高地质调查成果的服务水平。他们编制的雄安新区的地质地貌图,为雄安新区规划建设提供基础依据;编制的扬子陆块区岩相古地理图,为南方页岩气勘查服务;编制的共和盆地地热资源地质背景图,为干热岩调查提供了直接的指引。

    纯粹的热爱,她啃下地质学一块“硬骨头”

    2005年,在项目管理岗位顺风顺水的冯艳芳,突然告诉领导,她想从事业务研究,想去跑野外。

    “我觉得自己还是更适合搞业务,组织协调不是我的特长。”冯艳芳这样说,其实她一直无法割舍心中那份天空地阔的地质情怀,“背着馒头进山,背着石头出来”的生活虽然艰苦,但她认为山野间才是实现一个地质人价值的最好舞台。

    没多久,全国重要矿产成矿地质背景研究项目便压在了她肩上。由于是水文地质专业出身,她渐渐感觉到过去的知识储备很难满足当下的工作需求。于是她决定读一个“矿物学、岩石学和矿床学”博士,她幸运地遇到了被自己称为人生导师的邓晋福教授。

    “邓老师不仅仅教会了我岩浆岩研究的知识、方法和技术,更重要的是,他深入浅出的讲解、耐心细致的教诲,让我深深地爱上了这个专业,以至于陶醉、痴迷和忘我。”说起邓老师,冯艳芳内心充满感恩之情。

    有一天,邓晋福问她:“东南沿海有一块硬骨头,你敢不敢啃下来?”这块“硬骨头”指的是“福建长乐—南澳构造带”。这里是研究和了解我国东部大陆大地构造演化的关键地段。长期以来,许多重要的地学问题仍处于探索和争论中。冯艳芳在老师的鼓励和指导下,向这一困扰地学界多年的难题发起挑战。

    实地踏勘,采集样品,实验分析,冯艳芳在充分收集和借鉴前人研究成果的基础上,采用多种科学方法,对长乐—南澳构造带花岗岩类年代学、岩石组合与构造演化进行了深入解剖和综合研究,取得了创新性成果。

    2009年一个秋雨连绵的清晨,冯艳芳在闽西北一处陡崖上发现了蛇纹石化很强烈的辉石橄榄岩,她非常激动,立即挥锤取样,没想到上面的危岩因受到扰动竟噼里啪啦地砸了下来。在大家的惊呼中,最大的一块岩石从她身边呼啸而过,翻滚落地,距离她的身体只有几厘米。而这并没有吓倒冯艳芳。2014年,她自愿申请参加了中国地质科学院地质研究所组织的狼山地质填图项目,面对坡度有70多度、海拔1600多米的狼山,为了获取第一手地质资料,她毅然向山顶爬去……

    纯粹的信念,她努力把温暖和光亮给更多的人

    冯艳芳有一个温馨幸福的家庭。但是多年来,她用在工作上的时间远比回家的时间长。

    她的爱人从事地质灾害勘查治理方面的工作,也是长年在野外一线,夫妻二人聚少离多,儿子只好托付给老人照顾。有多少次,当她风尘仆仆地回到家中,孩子已经睡着了,第二天,孩子还没醒,她又要出门了。

    2010年,全国地质勘查进展分析项目推进到关键节点,要进行全国性的数据统计与编报培训。北方片区的培训结束后,冯艳芳回到家中,看到丈夫搂着儿子蜷缩在床角,两人满脸的疲倦和憔悴,才得知儿子已经连续几天高烧不退。可第二天就是南方片区的培训报到,她拿出手机,正准备请假,丈夫却说:“家里的事有我呢,单位交代的事,是对你的信任,你应该完成。”冯艳芳泪流满面,她感受到的是苦,是累,是愧疚,也是幸福。她悉心照顾了儿子一夜,第二天一早,按原计划赶往会场。

    如今儿子长大了,也渐渐理解了妈妈。冯艳芳曾几次受邀去儿子的学校做科普讲座,也给孩子们讲讲地质工作。同学们听了都很感动,有的对冯艳芳的儿子说:“你妈妈真伟大。”儿子也曾在作文里写道:“小时候每当放学,别的孩子都有妈妈接,唯独我没有,那时妈妈的爱像橘子皮,是苦的。现在我知道妈妈在从事高尚的工作,就理解了她,妈妈的爱像橘子果肉,有酸,也有甜。”冯艳芳说,有时自己加班回家晚,儿子会把饭做好了等她,这让她内心充满欣慰和感动。

    拥有“最美家庭”的冯艳芳,一路走来,切身体会到年轻地质人家庭生活的不易。因此,她特别理解年轻人,愿意倾听他们的心声,努力为他们创造施展才华的机会,帮助他们解决生活中的难题。“每当看到身边的年轻人,虽然承受着房贷等巨大的现实压力,但工作上却勤勤恳恳,努力上进,我都会默默地下决心,一定要像老一辈地质人那样,负起传承的责任。”冯艳芳感慨道。

    2016年,冯艳芳当选为北京市西城区第16届人大代表。她时常利用休息时间走访社区困难群众,了解了他们的需求、渴望和心声,并将相关问题按轻重缓急进行了归类整理,分阶段按步骤向人大常委会提议和建议。针对呼声较高的集体户青年职工孩子入园入学难题、地科院周边交通拥堵问题、六层以下老居民楼加挂电梯等问题,冯艳芳积极向有关部门反映,推动了问题的解决。

    无私奉献,不求名利,坚定执著,心无旁骛,凭着渊博的学识,胸怀地质的希望,脚量祖国的山河,手绘地调的蓝图,在冯艳芳心里,这些,是一个纯粹地质人应有的品质。她一直在朝这个方向努力前进,因为这是她今生坚定的信念。

    向着心中那份纯粹

    2018年7月2日-16日,国际地球科学研究计划“金刚石和地幔再循环”项目(IGCP-649)在澳大利亚布里斯班昆士兰大学举办了第四届蛇绿岩国际研讨会。研讨会由IGCP-649项目和昆士兰大学地球与环境科学学院联合举办,吸引全球多国共60余人与会,自然资源部中国地质调查局地质所派出21位科研人员参加。

    昆士兰大学地球与环境科学学院院长Jonathan Aitchison教授与会致辞并系统介绍了新喀里多尼亚的地质演化及蛇绿岩概况。IGCP-649项目首席负责人中国地质调查局地质研究所杨经绥院士介绍了项目概况和进展;新喀里多尼亚大学Dominique教授带队野外考察。会议聚集了国内外多个研究蛇绿岩,尤其研究地幔岩的团队。各与会代表均汇报了各自团队在蛇绿岩、铬铁矿、超高压变质、俯冲带构造及流体演化等最新进展。研讨会气氛活跃,讨论深入。

    在新喀里多尼亚大学Dominique教授的带领下,与会人员对新喀里多尼亚蛇绿岩、铬铁矿以及相关构造及地幔动力学过程的综合性野外考察,包括蛇绿岩各地质单元(地幔橄榄岩、铬铁矿、纯橄岩、辉长岩、辉绿岩、枕状熔岩)以及高压变质岩、玻安岩等板片俯冲过程的记录和各种沉积相、构造变形等地质现象。

    IGCP-649项目是一项全球性的研究计划。该计划将从全球范围开展不同造山带中蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿及其伴生矿物(如金刚石等深部矿物)的研究,探讨大洋岩石圈地幔中深部地幔矿物的形成和碳的起源等新的科学问题,以及地幔的演化规律和蛇绿岩侵位期间发生在板块边缘的动力学过程。该项目2015年获联合国教科文组织(UNESCO)和国际地科联(IUGS)批准,周期为5年(2015-2020)。

    地质所科技人员参加第四届国际蛇绿岩研讨会

    大洋磁条带是什么?它是如何产生的?它的存在与发现又有什么意义?那就让我们来共同探索一下吧。

    大洋磁条带存在于大洋底部,看不见摸不着,20世纪50年代,人们通过磁测资料发现,在广阔的大洋底部存在着一条条带状磁异常,这些磁异常的走向与大洋底部称为“洋脊”的巨大山脉平行,以洋脊为中心,磁异常条带对称排列,呈周期性正负交替变化,每一条磁条带宽度不超过数十千米,长度可达数千千米,这些带状磁异常就是我们所谓的大洋磁条带。

    大洋磁条带又是如何产生的呢?说起大洋磁条带的成因,我们不得不提到另一个有名的假说——海底扩张说。20世纪60年代罗伯特•迪茨(Robert Dietz)和哈雷•赫斯(Harry Hess)提出了海底扩张说,即高热流的地幔岩浆沿洋中脊的裂谷上涌冷却形成新的洋壳,以洋中脊为界,新生洋壳扩张,把两边老的洋壳向两旁推挤,然后在海沟处洋壳潜入地幔消亡。但假说毕竟还是假说,得到广泛的认可,还需要确凿的证据。而大洋磁条带的发现为这一假说提供了最为有力的证据。

    1963年1月,加拿大地球物理学家劳伦斯•莫里(Lawrence Morley)提出:洋中脊处不断喷涌出来新岩浆,在冷却形成新洋壳的过程中,当其温度下降到居里点(500—450℃)以下,玄武岩、橄榄岩等洋壳岩石内的磁铁矿被磁化,记录下当时的地磁场。随着洋中脊处不断形成新洋壳把两边老的洋壳向两侧挤,于是地磁场就在洋中脊两侧被岩石对称记录了下来。在过去亿万年的地球发展过程中,地球磁场南北极曾多次发生倒转,新生洋壳岩石会按新的方向被磁化,从而形成了我们现在所看到的磁条带正负交替变化的现象,记载了沧海桑田变化的奥秘(图1)。这一经典理论现在被写入每本地质教材,但当时却遭到Nature及Journal of Geophysical Research的拒绝,直到1967年才被刊登在文学杂志Saturday Review上。同年,英国地质学家弗雷德里克•范恩(Frederick Vine)、德拉蒙德•马修斯(Drummond Matthews)根据海底扩张学说也提出相似的简单解释。三位科学家的研究成果,最终为人们广泛认同。

    大洋磁条带的存在与发现又有什么意义?现代磁测研究表明,垂直于洋中脊对称式分布的各磁异常条带的宽度和地磁场倒转事件的持续时间长短成正比关系:将磁异常条带宽度所代表的距离除以该条带的时间跨度就能够计算出海底扩张的速度,大约每年数厘米。因此,大洋磁条带不仅证明了海底扩张的存在,而且根据海底扩张的速度和海底的宽度就可以计算出整个洋底不同部分的年龄,最老的海底为侏罗纪,大约2.2亿年左右,它和实测的年龄数据十分吻合。

    大洋磁条带为研究大洋构造演化历史提供了依据。通过对大洋磁条带的探测,可以对大洋构造等进行深入研究。其中,洋底构造对解决地壳起源、演化等地质学根本问题关系极大。

    大洋磁条带

    大洋磁条带

    大洋磁条带的奥秘

    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

    古老大陆的起源以及超大陆的恢复与重建是全球地球科学家关注和竞相研究的热点。国内扬子地块中–新元古代岩石的成因和构造背景研究对揭示罗迪尼亚超大陆的形成与演化过程至关重要。目前,主要有以下两种认识:(1)地幔柱模式,扬子西缘洋壳俯冲过程起始于1100–1000 Ma,并且一直持续至850 Ma左右,随后的岩浆作用受控于850–830 Ma、830–795 Ma和780–745 Ma的多期地幔柱活动;(2)洋壳俯冲模式,扬子西缘洋壳俯冲过程从1100 Ma一直持续到750 Ma左右,相关岩浆作用与洋壳俯冲和弧后拉张相关。基于此,自然资源部中国地质调查局地质研究所胡培远副研究员和翟庆国研究员项目组对扬子西缘地区的石棉杂岩开展了一系列的研究工作,取得了阶段性进展。

    详细的野外调研、剖面测制和室内综合研究表明(图1),石棉杂岩保留了3期中–新元古代岩浆作用记录。第1期(1066 Ma)包括变质橄榄岩、玄武岩、辉长岩、辉绿岩和少量异剥钙榴岩。其中,玄武岩和辉长岩兼具N-MORB和岛弧玄武岩的特征,明显亏损的锆石Hf同位素(εHf(t)=+10.8~+18.3)和类似于幔源的锆石氧同位素组成(δ18O=4.6–5.6‰),与典型俯冲相关型(SSZ)蛇绿岩特征类似。第2期(937 Ma),主要为辉长岩,侵入于第1期变质橄榄岩中,具有相对稍微富集的锆石Hf同位素(εHf(t)=+7.9~+17.1)和类似于壳源的锆石氧同位素组成(δ18O=6.0–7.7‰),这些特征与岛弧玄武岩类似。第3期(839–836 Ma),包括辉绿岩和流纹岩;辉绿岩呈脉状侵入于第1期变质橄榄岩中,具有岛弧玄武岩类似的地球化学特征;流纹岩地球化学组成类似于A型花岗岩。综上所述,石棉杂岩记录了中–新元古代罗迪尼亚超大陆周缘的洋壳俯冲过程。

    图1 扬子地块西缘及石棉地区地质简图及中–新元古代主要岩浆记录的时空分布

    值得注意的是,扬子西缘地区尚没有与SSZ型蛇绿岩(1066 Ma)同时代岛弧岩浆岩的报道。已知的最古老弧岩浆岩为盐边地区的冷水箐岩体(936 Ma)和本次研究获得的第2期辉长岩(937 Ma)。扬子北缘存在近同时代的SSZ型蛇绿混杂岩(庙湾:1115 Ma)和弧岩浆岩(神农架:1103 Ma)以及稍年轻的弧岩浆岩(西厢群下段:950 Ma)。在综合这些研究资料的基础上,研究团队初步提出扬子西缘中–新元古代穿时性俯冲消减的新见解:(1)约1100–1000 Ma,扬子北缘开始发生洋壳的俯冲消减,形成了神农架弧,庙湾和石棉蛇绿混杂岩记录了相应的弧后扩张作用(图2a);(2)约1000–940 Ma,随着扬子北缘持续的洋壳俯冲,西厢群下段的玻安质岩石形成,与此同时扬子西缘的洋壳俯冲刚刚开始,并形成了冷水箐岩体和石棉蛇绿混杂岩中的新元古代基性岩脉(图2b);(3)约940–780 Ma,受俯冲板片后撤及断离的影响,扬子地块西–北缘岩浆活动逐渐增强,形成了广泛分布的俯冲增生杂岩和火山弧岩浆带(图3)。本研究成果符合前人提出的洋壳俯冲模式,对深入理解罗迪尼亚超大陆形成与演化过程具有重要的科学意义。

    图2 扬子地块西缘中元古代晚期–新元古代早期穿时性俯冲造山示意图

     

    图3扬子地块西缘俯冲增生杂岩和火山弧岩浆带形成示意图

    上述研究受到了国家自然科学基金(41872240和42072268)、中国地质调查局(DD20190060和DD20190370)等项目的资助。相关研究成果发表在国际知名地学期刊《Precambrian Research》上。1.Pei-yuan Hu, Qing-guo Zhai, Jun Wang, Yue Tang, Guang-ming Ren, Zhi-cai Zhu, Hao Wu. 2020. U–Pb zircon geochronology, geochemistry, and Sr–Nd–Hf–O isotopic study of Middle Neoproterozoic magmatic rocks in the Kangdian Rift, South China: Slab rollback and backarc extension at the northwestern edge of the Rodinia. Precambrian Research 347, 105863. 原文链接:https://doi.org/10.1016/j.precamres.2020.105863。2. Pei-yuan Hu, Qing-guo Zhai, Jun Wang, Yue Tang, Guang-ming Ren. 2017. The Shimian ophiolite in the western Yangtze Block, SW China: Zircon SHRIMP U-Pb ages, geochemical and Hf-O isotopic characteristics, and tectonic implications. Precambrian Research 298, 107-122. 原文链接:http://dx.doi.org/10.1016/j.precamres.2017.06.005

    扬子地块西缘前寒武纪构造演化方面研究新进展

    特提斯洋是地质历史时期存在于冈瓦纳和劳亚大陆之间的古大洋,根据洋盆的时空展布特征,可进一步划分为:原特提斯洋、古特提斯洋、中特提斯洋和新特提斯洋。中特提斯洋,也有学者称之为新特提斯洋北支,是二叠纪时期伴随着基梅里大陆从冈瓦纳大陆的裂解而逐渐打开形成的,现主要以青藏高原内部的班公湖-怒江缝合带为代表。蛇绿岩作为古大洋岩石圈的残余,是恢复和反演古大洋形成演化历史的最直接证据。班公湖-怒江缝合带一线蛇绿岩出露范围广,岩石组合完整且保存较好。过去的研究工作显示,这些蛇绿岩多具有俯冲相关(SSZ)蛇绿岩的特征,进而推断班公湖-怒江洋是有限小洋盆,或新特提斯洋的边缘海(弧后小洋盆),对于是否存在主洋盆(或大洋盆),尚没有清晰的认识。

    为了进一步研究中特提斯洋洋盆属性、形成演化及其动力学过程,自然资源部中国地质调查局地质研究所构造地质研究室唐跃博士后及其合作导师翟庆国研究员等,对班公湖-怒江缝合带中段地区的蛇绿岩开展了立典研究。研究团队选择典型蛇绿岩出露区开展了大比例尺专题地质填图(1:25000、1:5000),结合高精度的分析测试手段与综合室内研究,首次在班公湖-怒江缝合带中厘定出了典型的大洋中脊型(MOR)型蛇绿岩。

    藏北湖区位于班公湖-怒江缝合带中段,蛇绿岩广泛分布在长约200km,宽约160km的范围内(图1),是该缝合带中蛇绿岩最为发育的地区。仁错蛇绿岩地处藏北湖区蛇绿岩的最南端,野外填图工作发现,该蛇绿岩具有典型Penrose型蛇绿岩岩石组合,主要由地幔橄榄岩、层状和均质辉长岩、席状岩墙群、枕状熔岩及放射虫硅质岩组成(图2),尤其是大规模的均质辉长岩、席状岩墙和枕状玄武岩可与现今快速扩张的大洋中脊相类比(图3)。玄武岩、辉绿岩和辉长岩均显示出典型N-MORB的地球化学特征,明显正的全岩εNd(t)和锆石εHf(t)值以及与地幔岩浆岩类似的锆石O同位素组成。这些特征表明仁错蛇绿岩是典型的MOR型蛇绿岩,形成于快速扩张的大洋中脊环境,可能代表了中特提斯洋的主洋盆。在此基础上,对蛇绿岩中的辉长岩、辉绿岩和斜长花岗岩等开展了系统的锆石U-Pb定年,结果表明其时代主要集中于169-147 Ma之间(中-晚侏罗世)。

    结合其它相关研究资料,研究团队初步建立了班公湖-怒江中特提洋多岛弧盆体系的构造演化过程,主要经历了前侏罗纪的大洋扩张、早侏罗世晚期-中侏罗世早期的安多微陆块拼合以及俯冲南向跃迁、中侏罗世以来的南北双向俯冲,以及早白垩世的大洋闭合(图4)。这一研究成果为“中特提斯洋是一个与新特提斯洋并行的古大洋”的研究提供了关键的证据,改变了传统上对班公湖-怒江中特提斯洋属性(有限小洋盆)的认识,为深入认识中特提斯洋的形成演化及其动力学过程提供关键约束。

    本研究受国家自然科学基金(91755103, 41872240)、第二次青藏高原综合科学考察研究专项(2019QZKK0703)和中国地质调查局项目(DD20190060,DD20190370)等的资助。研究成果发表于国际著名地学期刊《Geological Society of America Bulletin》上:Tang Yue, Zhai Qingguo*, Chung Sunlin, Hu Peiyuan, Wang Jun, Xiao Xuchang, Song Biao, Wang Haitao, Lee Haoyang, 2020. First mid-ocean ridge-type ophiolite from the Meso-Tethys suture zone in the north-central Tibetan plateau. Geological Society of America Bulletin. V. 132, no. 9-10, p. 2202-2220.
    原文链接:https://doi.org/10.1130/B35500.1

    图1 班公湖-怒江缝合带中段藏北湖区构造简图

    图2 仁错蛇绿岩野外照片

    图3 仁错蛇绿岩层序剖面及其与邻区蛇绿岩对比

    图4 中特提洋中段构造演化模式图

    青藏高原中特提斯缝合带中首次厘定出MOR型蛇绿岩

    地球深部上地幔的氧化还原状态控制着岩石的部分熔融,同时影响变价元素、亲铜元素的价态和挥发分的形成,其与岩浆起源、成矿作用乃至大气圈的演化密切相关。例如青藏高原发育大量后碰撞斑岩铜矿床,其形成被认为与幔源超钾质岩浆有直接或间接的关系。当前,多数构造环境下的上地幔氧化还原状态已经得到了较好的约束,如俯冲带的楔形地幔通常是相对氧化的(ΔFMQ = 0 to +3),而克拉通地幔(ΔFMQ = −4 to −2)和大洋地幔(ΔFMQ = −1.2 to −0.4)是相对还原。相比之下,造山带之下的上地幔氧氧化还原状态研究程度较弱,有关造山带之下的上地幔逸度(fO2)数据较少,且变化范围较大(ΔFMQ = –4.5 to +2.6),影响造山带上地幔fO2变化的机制也尚未得到很好的限定。

    针对上述科学问题,自然资源部中国地质调查局地质研究所杨志明研究组选择青藏高原南部后碰撞(~25-8 Ma)超钾质岩中的二辉橄榄岩包体开展详细研究,首次报道了喜马拉雅造山带之下的上地幔fO2,以及超钾质岩浆从地幔源区到浅部地壳上升过程中的fO2变化。本次研究结果进一步暗示,后碰撞时青藏高原岩石圈地幔高fO2,有利于Cu、S等成矿物质从深部到浅部地壳的迁移,这可能是青藏高原大量发育后碰撞斑岩铜矿的关键。

     

    图1. 藏南后碰撞超钾质岩及其内地幔包体的ΔFMQ vs. T (A)、P (B)和全岩Mg# (C) 图解

      研究表明,二辉橄榄岩包体的fO2范围为ΔFMQ = +0.5 to +1.2(图1A,B),指示藏南~25-8 Ma时岩石圈地幔相比克拉通和大洋地幔更加氧化,大致落在俯冲带楔形地幔的fO2范围内。矿物学证据显示,源自俯冲于藏南陆壳之下的新特提斯洋壳和印度陆壳的富水流体和/或熔体对藏南岩石圈地幔的交代作用,很可能导致了其fO2的升高。此外,超钾质岩浆在从56km的古深度上升到15km的过程中,ΔFMQ从+0.8升高至+3.0(图1C)。这一fO2从深部到浅部过程的升高规律,与深部粗面安山质岩浆至浅部粗面质岩浆结晶分异过程中钛铁矿、硫化物和橄榄石含量降低等规律一致。因此,结晶分异作用,这一壳内岩浆演化过程,很可能导致了幔源岩浆fO2的变化,幔源岩浆fO2不能简单用来代表其源区氧化还原状态。

    本研究得到国家自然科学基金委、科技部重点研发计划项目资助,研究成果近期在线发表在著名地学期刊《Geology》上(Li, W.K., Yang, Z.M., Chiaradia, M., Lai, Y., Yu, C., and Zhang, J.Y., 2020. Redox state of southern Tibetan upper mantle and ultrapotassic magmas, Geology, doi: 10.1130/G47411.1)。原文链接:https://doi.org/10.1130/G47411.1

    地质所青藏高原南部上地幔氧化还原状态和超钾质岩的...

    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