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211工程

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地球化学学科群
来源:中国地质大学(武汉)地学院    编辑:佚名    时间:2014-03-19    
 

项目负责人:鲍征宇教授

建设目标:在现有学科优势的基础上,瞄准大陆动力学、地质系统复杂性和环境生态等当前重大科学问题,以壳幔演化动力学、地质系统复杂性和环境地球化学作为主要发展方向,并使分析化学成为博士点学科。

建设任务:以壳幔演化动力学和地质系统复杂性为优先方向,达到国际先进水平;发展环境地球化学方向;促进分析化学博士点建设。

取得的研究成果简介:

一、地质系统的复杂性

学科带头人於崇文院士历时8年完成巨著《地质系统的复杂性》,从“地质科学的基本问题是地质系统的复杂性”这一个新视角出发,由重大基础地质问题中凝炼出相应的基础理论问题,提出了一种地质科学的复杂性理论―“地质作用的自组织临界过程动力学―地质系统在混沌边缘分形生长”和相应的方法论,对于从重大基础地质问题中所凝炼出的众多基础理论问题作系统和较深入的剖析。

二、超高压岩石流变学研究

①揭示榴辉岩的高温高压脱水致裂——俯冲带地震和板块断离-拆沉的新机制 。研究成果在《Nature》杂志上发表:实验结果表明,在缺少含水相矿物条件下,榴辉岩绿辉石和石榴石的晶格缺陷中可能含有大量结构水(OH),这些结构水在一定的温压条件下可以发生动力学不稳定性而在矿物颗粒边界析出并形成微量熔体,从而导致岩石有效压应力的下降并诱发高压条件下岩石的脆性破裂,可以解释洋壳俯冲带中等深度地震活动新的成因机制。这种断裂机制的另一方面潜在重要性是在于揭示了岩石高压失稳只需要极少量低粘度流体的参与(含量少于1%),由于大洋深俯冲带中橄榄岩中少量含水矿物(如斜硅镁石)或少量的亚稳态相矿物(如亚稳态直辉石)的存在,因此这种结构水脱水诱发断裂机制的新认识,为深源地震(400-700km)机制也提供了新的启示。

②中国大陆科学钻超高压岩石物理性质研究取得新认识。高密度榴辉岩与低密度片麻岩之间的反射系数(Rc>0.3)是引起苏鲁地区地震强反射体的主因;不同尺度韧性剪切带糜棱岩和透入性应变面理组构是增强地震波各向异性的反射载体。为苏鲁地区地震强反射推断的地球物理模型的合理解释提供岩石物性方面重要约束,同时也为地球物理深部探测与实验岩石物理学的交*提供一条有效途径;

③建立大陆深俯冲超高压榴辉岩流变本构方程,其意义在于:榴辉岩力学强度与方辉橄榄岩相当,榴辉岩岩石圈板陆单独发生拆沉作用可能性不大;拆沉的主要原因与熔融——水弱化塑性变形有关。为大陆造山带俯冲板块断开(或拆沉)机制提供实验方面的证据。

④发现大别碧溪岭石榴二辉橄榄岩透辉石中斜顽辉石出溶体,该出熔体特殊的微结构特征表明该岩石至少来自于 250 km以下。这一发现,为大别-苏鲁超高压变质带具有>200 km超深来源的观点提供了另一个新证据。该成果2004年在美国地球物理年会(AGU 2004 Fall Meeting)进行了展示,受到广泛关注。现已投《American Mineralogist》,正在审稿。

三、大陆下地壳再循环与壳幔交换作用

下地壳的拆沉再循环是重要的地球动力学过程:拆沉作用发生在地球深部,难以直接观测,研究难度大,现有下地壳再循环的证据基本是间接的。

①发现辽西晚侏罗世兴隆沟高镁火山岩存在异常的斜方辉石反环带证明来自古老大陆下地壳榴辉岩熔融产生的岩浆曾与地幔相互作用为下地壳拆沉再循环提供了令人信服的证据。

②为中国东部中生代壳幔交换提供了新认识。高山等人在《Nature》杂志上发表研究成果,审稿人认为 “他们的模型将对地壳生长和地幔动力学的认识产生重要影响(their model will strongly influence the way in which we think about crustal growth and mantle geodynamics )”。

四、我校成为中国地调局生态、农业环境地球化学理论和方法研究的主要依托单位

参与了有关规范和指南的编写和讨论,这一研究领域的拓展将大大增强本学科服务于国民经济和社会发展的能力。

五、确立计算化学作为应用化学的重点方向

对半导体表面低介电常数材料成膜机理、LixMn2O4正极材料中Li离子吸附/脱附机理、金属纳米线热性质等方面进行了有效的研究。完成了电分析化学实验室建设,已在教学和科研中发挥重要作用。