一种判断岩石圈破坏机制的新方法技术

本发明专利技术属于岩石地球化学技术领域，涉及一种判断岩石圈破坏机制的新方法，从两种破坏机制的原理出发，以克拉通不同地区幔源岩浆岩为研究对象，利用全球岛弧和洋岛岩浆岩数据，构建幔源岩浆岩源区判别模型，通过对研究区幔源岩浆岩源区进行判别，分析地幔源区的演化特征，进而依据地幔源区演化特征实现对岩石圈破坏机制的判别，将地幔源区演化特征引入到岩石圈破坏机制判别当中，建立了地幔源区判别模型，设计了岩石圈破坏机制判别标准，降低了现有判别方法的不确定性，实现了对岩石圈破坏机制更好地判别。制更好地判别。制更好地判别。

【技术实现步骤摘要】
一种判断岩石圈破坏机制的新方法

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[0001]本专利技术属于岩石地球化学
，涉及一种判断岩石圈破坏机制的新方法，用于判断岩石圈的破坏机制是拆沉作用或热侵蚀作用。

技术介绍
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[0002]克拉通是地球表面相对稳定的构造单元，它由上部古老的大陆地壳和下部的岩石圈地幔组成，克拉通岩石圈具有形成时代老、密度低、水含量低、拥有巨厚岩石圈根等特点。低密度和低含水量使其能够漂浮于软流圈之上，同时巨厚的岩石圈根拥有很强的刚性从而使其能够减少后期地质作用带来的破坏和影响。因此，在克拉通形成以后，其内部构造稳定、没有大规模火山
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构造活动，传统理论认为克拉通是稳定的。然而，通过对全球前寒武纪克拉通岩石圈进行对比研究，发现多个克拉通岩石圈发生过显著的减薄，例如，华北克拉通从古生代到新生代，岩石圈从200km减薄到约100km，发生了上百公里的减薄；印度克拉通从1.1Ga到65Ma，其岩石圈从200km减薄到80km，减薄厚度超过100km；西伯利亚克拉通从360Ma到220Ma，岩石圈从200km减薄到150km，减薄厚度约50km，等等。同时，随着研究的深入，发现岩石圈减薄仅是表象，而克拉通破坏才是其本质，正因如此，克拉通岩石圈破坏已经成为大陆动力学研究的一个热点。
[0003]岩石圈破坏是克拉通地质演化的基本事实，对于岩石圈破坏的机制，前人提出了两种主要的模型，即热化学侵蚀与拆沉，其中拆沉作用泛指由于重力不稳定性而导致岩石圈地幔和/或下地壳沉入软流圈或深部地幔的过程，代表一种自上而下的破坏过程，拆沉模型认为，在碰撞造山过程中，地壳厚度加厚，下地壳在超高压条件下由于变质作用生成密度较大的榴辉岩，密度较大的榴辉岩使下地壳处于重力不稳定状态，进而导致下地壳与下伏的岩石圈地幔一起拆沉进入软流圈之中，拆沉作用将导致大规模的岩浆作用和快速的岩石圈减薄过程。与拆沉模型相反，热化学侵蚀模型代表一种自下而上的破坏过程，热化学侵蚀模型认为，由于上涌的软流圈对上覆岩石圈地幔底部的不断加热烘烤，使得岩石圈地幔底部物质发生软化，在软流圈水平流动产生的水平方向的剪切应力作用下转化为软流圈的一部分，同时这样的侵蚀会加剧软流圈向上覆岩石圈传导热的程度，从而进一步软化岩石圈底部，导致新一轮的剥蚀，在宏观上就变现为岩石圈的减薄，理论计算表明，热化学侵蚀模型是一个缓慢的过程，如果热化学侵蚀作用为克拉通破坏的主要机制，那么破坏的时间至少要持续100个百万年。
[0004]上述两种岩石圈破坏机制代表了不同的破坏过程，拆沉作用代表一种快速的破坏过程，将导致短期内强烈的岩浆活动，而热化学侵蚀作用代表一种缓慢的破坏过程，与之对应岩浆活动的持续时间应当较长，因此，岩浆活动的时间成为判断岩石圈破坏机制的一种方法。但是，在具体应用过程中，以岩浆活动时间为判别指标的判别结果存在一定的争议，以华北克拉通为例，有学者认为，华北地区中生代岩浆作用的发育年代大约在220
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70Ma，显示华北克拉通破坏的时间跨度较大，也表明岩浆的产生不是一步到位的，而是发展演化的结果，岩石圈破坏机制应对应热化学侵蚀作用。而又有学者认为，华北克拉通中生代岩浆活
动呈幕式分布，不论哪一期对应克拉通破坏，都表明该事件的发生是相对快速而短暂的，岩石圈破坏机制应对应拆沉作用。因此，亟需在现有判别方法的基础上，增加约束条件，以此来实现对岩石圈破坏机制更好的判别。

技术实现思路
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[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种判断岩石圈破坏机制的新方法，引入岩浆岩地幔源区信息作为约束条件，通过建立地幔源区判别模型，分析岩浆岩地幔源区及其演化特征，进而实现对克拉通不同地区岩石圈破坏机制的判别。
[0006]为实现上述目的，本专利技术从两种破坏机制的原理出发，以克拉通不同地区幔源岩浆岩为研究对象，利用全球岛弧和洋岛岩浆岩数据，构建幔源岩浆岩源区判别模型，通过对研究区幔源岩浆岩源区进行判别，分析地幔源区的演化特征，进而依据地幔源区演化特征实现对岩石圈破坏机制的判别，具体步骤如下：
[0007]S1、设计岩石圈破坏机制判别标准
[0008]若某一地区岩浆岩地幔源区前期为软流圈，后期转变为岩石圈或后期不再产生岩石圈地幔来源岩浆岩，则该地区岩石圈破坏机制为拆沉作用；若某一地区岩浆岩地幔源区前期为岩石圈，后期逐渐转变为软流圈，且由岩石圈到软流圈的源区转变时间大于100Ma，则该地区岩石圈破坏机制为热化学侵蚀作用；
[0009]S2、收集洋岛和岛弧岩浆岩数据
[0010]依托GEOROC数据库，从中下载岛弧(Convergent Margins)和洋岛(Ocean Islands)构造环境的所有数据,经过整理得到岛弧岩浆岩样品数据4385条，洋岛岩浆岩样品数据1494条,每条样品包含35个地球化学元素含量数据；
[0011]S3、建立幔源岩浆岩源区判别模型；
[0012]S4、收集研究区幔源岩浆岩数据
[0013]对待研究区相关文献进行调研，从文献中整理出具有地幔源区特征的样品，每条样品记录其年龄，并采集35个地球化学元素信息，并且按照样品的年龄信息将幔源岩浆岩划分为不同的活动期次获得研究区幔源岩浆岩数据；
[0014]S5、分析研究区地幔源区特征，确定岩石圈破坏机制
[0015]根据收集到的研究区幔源岩浆岩数据，首先，利用式(1)
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(3)对幔源岩浆岩数据进行处理，然后将其带入到建立好的幔源岩浆岩源区判别模型之中，在同一岩浆活动期次内，若岩石圈地幔来源岩浆岩的样品数量多于软流圈地幔来源岩浆岩样品数量，则将该活动期次内地幔源区定义为岩石圈地幔；若软流圈地幔来源岩浆岩的样品数量多于岩石圈地幔来源岩浆岩样品数量，则将该活动期次内地幔源区定义为软流圈地幔，最后，依据地幔源区判别结果与S1提出的破坏机制判别标准对研究区岩石圈破坏机制进行判别。
[0016]作为本专利技术的进一步技术方案，步骤S2所述35个地球化学元素为SiO2、TiO2、Al2O3、FeO
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、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Cr、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、Hf、Ta、Th、U。
[0017]作为本专利技术的进一步技术方案，步骤S3的具体过程为：
[0018]首先，利用式(1)
‑
(3)对岛弧和洋岛数据进行处理：
[0019][0020][0021][0022]式中x
N
为地球化学元素的含量，S
*
为经过中心化对数比变换之后的样品数据，为样品数据的平均值；σ为数据的标准差；
[0023]其次，利用随机森林算法构建判别模型，将经过处理之后的岛弧和洋岛数据输入随机森林算法当中，利用混淆矩阵对模型准确度进行评价。
[0024]本专利技术与现有技术相比，将地幔源区演化特征引入到岩石圈破坏机制判别当中，建立了地幔源区判别模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种判断岩石圈破坏机制的新方法，其特征在于，具体步骤如下：S1、设计岩石圈破坏机制判别标准若某一地区岩浆岩地幔源区前期为软流圈，后期转变为岩石圈或后期不再产生岩石圈地幔来源岩浆岩，则该地区岩石圈破坏机制为拆沉作用；若某一地区岩浆岩地幔源区前期为岩石圈，后期逐渐转变为软流圈，且由岩石圈到软流圈的源区转变时间大于100Ma，则该地区岩石圈破坏机制为热化学侵蚀作用；S2、收集洋岛和岛弧岩浆岩数据依托GEOROC数据库，从中下载岛弧和洋岛构造环境的所有数据,经过整理得到岛弧岩浆岩样品数据4385条，洋岛岩浆岩样品数据1494条,每条样品包含35个地球化学元素含量数据；S3、建立幔源岩浆岩源区判别模型；S4、收集研究区幔源岩浆岩数据对待研究区相关文献进行调研，从文献中整理出具有地幔源区特征的样品，每条样品记录其年龄，并采集35个地球化学元素信息，并且按照样品的年龄信息将幔源岩浆岩划分为不同的活动期次获得研究区幔源岩浆岩数据；S5、分析研究区地幔源区特征，确定岩石圈破坏机制根据收集到的研究区幔源岩浆岩数据，首先，利用式(1)
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(3)对幔源岩浆岩数据进行处理，然后将其带入到建立好的幔源岩浆岩源区判别模型之中，在同一岩浆活动期次内，若岩石圈地幔来源岩浆岩的样品数量多于软流圈地幔来源岩浆岩样品数量...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔岩，常象春，刘展飞，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：