核幔边界条件下俯冲板片中水的滞留

俯冲板块中水的载体在高压下的存在形式和行为一直受到广泛的关注,并已经对此开展了实验和理论探索。虽然俯冲板块的地壳在低于~300 km的地方几乎完全脱水,但其地幔部分可以通过含水相将H2O输送到下地幔顶部(~700 km),甚至中下地幔(~1500 km)深度。在这些深度之外,一些释放出的水将溶入橄榄岩中的无水矿物中。同时,水还会进入俯冲板块的洋壳层中,使致密的SiO2相发生水化。

塔里木北部周缘前陆盆地早二叠世快速迁移与沉积相突变:俯冲板片拆沉的响应

塔里木北部周缘前陆盆地发育于泥盆纪末至早三叠世期间,完整地记录了南天山造山带的发育过程。该盆地在早二叠世由复理石盆地转化为磨拉石盆地,同时发生快速南移。同期幔源物质加入,有山根地壳熔融的岩浆活动、南天山造山带的整体隆升、热液成矿作用集中发育和变形、变质作用的激化使俯冲岩片的拆沉成为盆地转化与迁移的最佳机制。相同的转化过程及深部机制在其他造山带中也明显存在,表明俯冲岩片拆沉是造山作用一个不可或缺的环节。

深部俯冲板片三维构造重建及其几何学、运动学研究——以汤加—克马德克地区俯冲板片为例

西南太平洋板块与澳大利亚板块之间的汤加-克马德克俯冲带，是研究地球动力学最重要的区域之一．本文研究根据MIT～P08地震数据，结合板块构造边界、地震活动分布、海岸地形数据等，基于GOCAD软件平台建立三维地震层析成像，对西南太平洋板块的汤加-克马德克俯冲板片进行三维解释．地震层析成像显示汤加-斐济地区地幔至少存在三个“高速”异常体．早期汤加-克马德克俯冲板片穿过地幔转换带，并进入下地幔，最大深度达1600km．三维构造模型揭示了汤加克马德克板片在深度600～800km处存在断折形变，该俯冲板片去褶皱恢复后，测量其俯冲的最大位移达2600km．汤加-克马德克板片开始快速俯冲的时间至少在30Ma之前，平均移动速率约为68～104mrn／a．俯冲板片三维构造重建和恢复，可以有效揭示俯冲板片几何学、运动学，为研究深源地震成因、地球深部变化过程和动力学机制提供约束．

俯冲板片形貌特征和活动大陆边缘演化体制的关系

当大洋板块向大陆板块下俯冲时，上覆板块的边缘可以以沟—弧—盆体制发育，也可以不发育弧后拉伸盆地．为什么同属上覆板块边缘但可以这二种完全不同的体制演化是现代地球科学研究的一个热点．本文在查阅大量最新文献的基础上认为造成这二种不同演化体制除了与俯冲作用的年代学特征有关外还可能主要与俯冲板片的形貌不同所导致局部地幔对流方式不一有关．由于俯冲的倾角，俯冲达到的最大深度以及俯冲板片在６７０ｋｍ上下地幔过渡带处保存的形态等因素不同，造成仰冲板块边缘之下软流圈对流方式不一．从而，造成弧体近陆一侧是否将发生岩石圈拉伸的动力学过程．

西藏改则地区沙木罗组中早白垩世晚期闪长玢岩的发现:班公湖-怒江特提斯洋北向俯冲板片折返事件的响应

改则地区闪长玢岩位于藏西北班公湖-怒江成矿带西段北缘,呈岩脉状侵位在成岩于浅海环境的沙木罗组地层中,是班公湖-怒江特提斯洋向北俯冲造山消减过程的产物,而其岩石成因、地质意义和深部动力学过程等尚欠缺详细的研究。本文研究了发育于改则地区的闪长玢岩,对其开展了岩相学、锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学以及元素和同位素地球化学的研究,对其岩石成因、成岩构造地质背景、深部地球动力学过程等进行了分析和讨论,并对其含矿性进行了评价,为该地区下一步找矿方向提供了初步的设想。锆石U-Pb同位素年代测试显示闪长玢岩具有较多锆石结晶年龄段,相较于研究区出露的沙木罗组碎屑锆石年代学特征,其最新年龄段(117~126Ma)加权平均年龄为120.4Ma,可代表其结晶年龄。元素地球化学结果显示闪长玢岩具有弧岩浆的典型特征,属于高钾钙碱性和准铝质系列岩石,结合锆石微量元素等指标综合判断其属于I型花岗岩类岩石。本文综合全岩Sr-Nd-Pb同位素组成特征等分析认为,闪长玢岩形成于新生玄武质下地壳的部分熔融,岩浆源区残留相以角闪岩相为主,源区物质有少量沉积物组份的参与,侵位过程中分离结晶和地壳混染作用不明显。通过多种方法判别并结合区域构造背景,我们认为闪长玢岩成岩于班公湖-怒江特提斯洋北向俯冲板片折返的地球动力学背景。由于地处俯冲板片后端根部,改则地区闪长玢岩俯冲角度小于成岩于俯冲板片前端同时代的多龙矿集区中酸性岩浆岩,亦小于成岩于相同板片构造位置的103.5Ma的革吉闪长玢岩,暗示120.4~103.5Ma时班公湖-怒江特提斯洋北向俯冲板片仍处于持续折返阶段。由于其俯冲角度较小以及岩浆源区低氧逸度等因素导致其无法成矿。因此建议在多龙矿集区和改则县中间位置寻找可能的与俯冲背景有关的成矿靶区,但是否见矿还应考虑构造、围岩、后期保存等条件的影响。

地幔过渡带下部的低黏滞度层造成了俯冲板片的滞留

对过渡带中滞留板片的形成和演化,目前仍然存在许多模糊不清的认识。前人的很多研究多基于二维模型,因此对于板片地震结构的解释很困难。美国科罗拉多大学的科学家运用不同Clapeyron斜率,基于真实的尖晶石一后尖晶石相变和板块运动历史的地幔对流三维球状模型,对过去130Ma的俯冲板片运动进行了模拟,并与三种不同的地震层析成像模型进行了对比,试图通过这种方法找到控制过渡带内板片滞留的条件。

滇西特提斯造山带下扬子地块的俯冲板片

地震层析成像揭示出滇西特提斯造山带下 ２５０ ｋｍ深度的板片状高速异常，它的西侧有一宽约 ３００ ｋｍ的低速柱，在澜沧江－墨江段明显的低速上覆于板片之上。综合地质学和地球化学的研究资料，论证了该板片状高速异常是古特提斯洋闭合后扬子地块俯冲板片的一部分．始于６０～５０ Ｍａ的印度大陆和欧亚大陆的碰撞触发地幔热扰动，使软流层上涌，俯冲的扬子陆块有可能被断离，并导致新生代的岩浆活动和澜沧江－墨江段的底侵作用。

东北亚边缘地区地幔过渡带内滞留太平洋板片上界面的三重震相研究

东北亚地区下方地幔过渡带与太平洋俯冲滞留板片的相互作用对于区域深部物质运移和区域构造演化具有重要影响.基于中国国家数字台网记录的发生于鄂霍次克海与千岛群岛地区的两个深源地震的宽频带波形资料,我们发现了与660-km间断面上方一个特殊界面有关的清晰的新P波三重震相波形;通过对观测波形进行波形拟合以及搜索分析,本文获得了东北亚边缘地区下方660-km间断面附近的精细速度结构.结果表明:东北亚边缘下方的660-km间断面之上存在一高速异常层,其具有尖锐的速度异常上界面,深度介于455~510 km之间,P波速度异常达2%~4.5%;与此同时,该地区下方660-km间断面整体速度跃变量较小,且存在0~15 km的下沉;660-km间断面下沉与高速层上界面的形态具有很强的相关性,均表现为西浅东深、南浅北深的特征.结合前人研究结果,我们推测受日本—千岛海沟回撤速率差异的影响,西北太平洋俯冲板片对上地幔底部间断面作用的差异是造成660-km间断面整体形态南北差异的主要原因;而俯冲板片在地幔过渡带内的滞留并向西展平堆积使得板片上界面西侧较东侧更浅;滞留板片上界面的速度异常特征显示,俯冲沉积物可能到达地幔过渡带且经脱水相变形成了含黄玉的矿物.

喜马拉雅东构造结岩石圈板片深俯冲的地球物理证据

2009～2010年在南迦巴瓦地区进行了宽频带地震和大地电磁探测,分别处理获得东构造结及其邻区的地下300km以上的P波速度图像和两条大地电磁电阻率剖面。通过资料的对比和综合解释,发现电阻率分布与地震波速有较好的对应关系。研究结果表明:南迦巴瓦变质体的上地壳部分呈现明显高速高阻特征,为两侧的雅鲁藏布江缝合带所夹持;中下地壳具有不均匀性,且普遍呈低速低阻特征;印度板块在藏东南向欧亚板块的俯冲前缘越过嘉黎断裂,抵达班公湖-怒江缝合带;在拉萨地体的高速俯冲板片以下100km至200km深度范围内存在大规模的低速异常带,其上盘中下地壳也广泛发育低速高导体,指示青藏高原东南缘可能存在韧性易流动的物质向东、东南逃逸的通道,为印度板块在南迦巴瓦的深俯冲动力学模式提供了地球物理证据。

地震波数据揭示Casadia俯冲带“干”的Juan De Fuca板片

俯冲板片中的水（包括孔隙水和含水矿物中的结构水）对地球圈层之间的水循环、岛弧岩浆作用和地震活动等都有至关重要的影响。但是至今尚未综合研究过一个单一板片中水的含量、储存方式（孔隙水和结构水的相对比例）和分布（在沉积物、俯冲板片上地壳、下地壳和地幔中的分配）。

地幔内板片俯冲运动模式及其大地构造意义——俯冲的屏障与穿越机制

地震层析成像揭示了地幔内存在俯冲板片的重要证据,它们涉及多种几何形态和运动方式,地幔过渡带为其下沉的重要屏障,俯冲板片在这里发生停滞、变形和岩石圈物质积累。板片在个别地区可以俯冲到地核—地幔边界,堆积形成板块墓地,造成D″层物质组成和热学的不均一性。高温高压实验以及流变学计算模拟,对地幔组成及其物性提供了新的制约,板片俯冲地幔过程中,涉及矿物相变、黏度、密度、力学强度等因素的制约,地幔过渡带为俯冲重要屏障和相变界面。围绕板片俯冲的研究,提出地幔整体对流的新模式,板块墓地与超级地幔柱具有成因联系,成为全球地幔对流的重要环节,有待深入研究。板片俯冲是浅表板块构造与深部超级地幔柱的联系纽带和重要驱动力。

俯冲带地幔中的硫化物-硫酸盐交代作用与镍的释放

在俯冲带内,地幔橄榄岩与来自俯冲板片的流体或熔体之间的交代作用影响了弧下地幔的化学组成。其中,橄榄石在富硅熔体的作用下经历了交代过程,从而形成辉石岩。富含镍元素的橄榄石与硅酸盐以及富含硫的交代介质发生的化学反应,有可能导致镍从橄榄石中被释放,进而生成含有斜方辉石和镍硫化物的岩石。但是,在这个过程中,镍的具体行为仍存在争议。

东亚深部板片水平俯冲和撕裂

从地震层析成像资料推断的地幔中俯冲板片的现今结构是地质时期板块构造运动的结果。位于东亚下方660 lcm地幔不连续面之上的近水平状巨大板片可能是太平洋板块俯冲的残留部分。尽管己有大量的数值模型被用来探索俯冲板片停滞的动力学机制和地球物理参数,但由于板块构造历史的不确定性和地幔的不均一性,人们对这种水平结构板片的演化还没有完全了解。在这里我们提出,在最新的板块构造重建模式限定下的正向地幔流模型基本上可以解释东亚下方地震层析成像中的主要特征。另外,随着菲律宾海板块在中新世期间发生顺时针旋转,强烈的撕裂作用通过俯冲的西太平洋板片传播,导致内部板片的分裂。我们认为,这种与菲律宾海板块旋转有关的撕裂作用也会影响俯冲板片的水平结构。

中国东南部晚中生代A型花岗岩类与古太平洋板块俯冲-后撤

本文综述了中国东南部晚中生代A型花岗岩类的分布和成因的研究进展。按其形成时代和空间分布,将该区的A型花岗岩类分为4个带,即赣南-闽西南带、湘桂粤带、赣杭带和沿海带,并进行了年代学、地球化学和岩石组合的对比分析。在此基础上,讨论了4个分带的形成与古太平洋板块向中国东南大陆俯冲和后撤的过程。

中国东南部晚中生代花岗岩成因与深部动力学机制--古太平洋板块反复俯冲-后退模式

中国东南部晚中生代构造-岩浆活动强烈,花岗岩广泛分布。笔者近几年在赣南和闽西北鉴别出一系列早侏罗世镁铁质岩石和A型花岗岩,其中A型花岗岩呈北东向展布,构成一条早侏罗世A型花岗岩带。结合前人研究成果发现,中国东南部还存在另外3条A型花岗岩带,分别为晚侏罗世、早白垩世和晚白垩世A型花岗岩带,它们与早侏罗世A型花岗岩带一样均呈北东向展布,平行于现今海岸线,其中晚侏罗世A型花岗岩带更靠内陆一侧,早白垩世A型花岗岩带几乎与早侏罗世A型花岗岩带重叠,晚白垩世A型花岗岩带则分布于沿海地区。通过镁铁质和花岗质岩石成因综合研究,认为中国东南部晚中生代构造-岩浆活动可用古太平洋板块反复俯冲-后退模式来解释。

俯冲带火山岩硼及其同位素特征：华南中生代玄武岩初步研究

硼及其同位素能够有效地反映由于俯冲板片脱水引起的湿地幔楔部分熔融过程在火山岩中存留的地球化学信息。本次研究中使用同位素稀释法对华南中生代玄武岩进行了硼含量的测定，结合稀土与微量元素分析结果对玄武岩成因及构造背景进行探讨。玄武岩的硼含量主要集中在（1-5）×10^-6，只有几个样品具有较高的含量（最高可达19×10^-6），按时代和空间位置划分出的3组样品在硼含量上没有明显差别。在B／Ce，Nb／Be的协变图解上，中侏罗世玄武岩表现出OIB特征。最临近太平洋板块的白垩世东区玄武岩富集LILE，并出现Nb-Ta亏损，具有岛弧火山岩特征，但硼没有富集。进行系统的B-Li-O同位素分析能有效地揭示华南中生代玄武岩的形成过程及该区的构造演化。

西北太平洋俯冲带东北地区壳幔结构研究进展

总结了近年来西北太平洋俯冲前端东北地区地壳的精细结构和上地幔间断面410和660km的研究成果．认为；该区莫霍面深约为30～39km．410km的间断面有30km的深度异常，这种异常是否在过渡带正常或含水相变展布厚度的内，还是于谊区俯冲带的后退有关，还需做进一步的研究论证．在中国东北地区，日本海俯冲带向西倾斜，在660km的间断面上近似水平停滞汇集被大多数层析成像、接收函数、波形拟和以及深震研究所认同．然而，俯冲带具体的形式、大小范围，向下渗透到多深以厦在局部地区表现的横向不连续性的看法并不一致．由此带来的动力学模式什么力来支撑着停滞的板片，在板片最终下沉到下地幔以前，有多少俯冲的板片能停滞在间断面之上，这些问题都还需要更合理的解释．

西北太平洋俯冲带及其深震活动

俯冲带是理解地球内部物质循环和能量交换、大陆岩石圈演化、地震和火山活动及矿产资源分布等的重要环节.本文聚焦于西北太平洋俯冲带,通过汇集多种地震观测研究结果,清晰地揭示了由日本海沟至中国东北的俯冲板片整体活动图像,即整个西北太平洋俯冲板片的主压应力轴一致地稳定在俯冲方向上,俯冲板片上深浅部的显著地震活动存在密切的关联性;俯冲板片深处的亚稳态橄榄岩楔形区及其周边是深源地震多发区,深源地震可能是由亚稳态橄榄岩楔形区内的相变断层开始破裂的;在410~660 km深的地幔过渡带内处观测到的俯冲板片上下界面,揭示了俯冲板片的层状组分结构和板块下侧的高含水量.为更好地约束日本海下方的俯冲板片结构和深入探讨西太平洋的俯冲动力作用,有待于在全球罕有的大陆深部不断发生深震的西北太平洋俯冲区,开展海陆联合的地球物理探测及岩石高温高压实验和地球动力学模拟等研究.