广东惠州市黄沙洞地区潜在地幔上涌现象及其对高温地热成因影响

广东惠州市黄沙洞地热田位于中国大热流异常区的东南沿海区。2013年首次在该地区钻探发现广东省内温度最高地热井,地热井井口自流水温98.2℃,井底测得最高水温118.2℃。2018年施工的惠热1#于2900 m测得热水温度为127.7℃,井口最高稳定温度118℃,最大流量137 m^(3)/h。深部热储温度采用无蒸汽损失石英温标计算为142.4℃,指示地热资源成藏潜力巨大。本文为探究该地区高温地热成因,结合区域地质构造特征、地球物理信息、岩石地球化学、气体地球化学、深部钻探信息,提出了高温地热区深部潜在地幔物质上涌现象为主要控制因素。研究区处于高重力异常区的北缘,处在线性重力阶梯带上,航磁异常显示深部存在隐伏岩体。高温地热井周边深部软流圈出现一定面积的垂向带状高导低阻体异常,反映可能有大规模的地幔上涌现象,且存在有较高的壳幔热流值,中下地壳可能存在热扰动的地质结构,紫金—博罗及莲花山深大断裂对软流圈的隆起具有一定的控制作用。研究区花岗岩多数显示为变杂砂岩部分熔融,少数为角闪岩和变安山岩部分熔融,指示研究区花岗岩存在地幔物质的加入。研究区浅层地下冷水稀有气体的比值R/Ra(^(4)He/^(20)Ne)(/^(4)He/^(20)Ne)air均大于1,显示出地幔上涌影响。研究区内存在生热率较高的花岗岩体,但出露规模不大,年龄为150 Ma左右,花岗岩生热率虽然较高,但岩体的生热率不足以形成较高的大地热流背景值。惠热1#深部钻探在2000 m发现基性辉长岩脉,与晚侏罗世二长花岗岩侵入接触关系明显,为深部地壳或上地幔的玄武质岩浆经侵入作用形成。黄沙洞地区高温地热的成因主要是软流圈上侵造成的上地幔的热对流。

华北新构造:印欧碰撞远场效应与太平洋俯冲地幔上涌之间的相互作用

作为大陆内部典型的伸展断陷区和强震活动区,华北地区处于东部太平洋板块俯冲构造和西部印欧大陆碰撞构造的双重大地构造背景之下,其新构造运动相当复杂:西部沿鄂尔多斯地块周缘两个地堑盆地系引张伸展断陷作用、中部太行山块体的局部断陷和整体隆升、东部华北平原区和渤海湾海域区的区域沉降,南缘沿秦岭构造带的左旋走滑拉张活动,东缘沿郯庐断裂带的右旋挤压走滑活动。这些不同类型的断裂构造在晚新生代的阶段性活动,产生了复杂的构造地貌组合特征。综合研究发现,华北晚新生代经历了3期伸展断陷-挤压隆升演化阶段:新近纪晚期(10～2.5 Ma)、早中更新世和晚更新世以来。地壳引张应力方向或NW-SE、或NE-SW向;地块隆升导致湖盆的消亡,挤压应力方向为NE-SW至W-E向。研究认为,华北地区新构造受两个岩石圈构造过程的相互影响:印欧碰撞产生的远程效应和东部岩石圈地幔的上涌。一方面,青藏高原东北缘地块的持续推挤及其构造应力向东的传递导致鄂尔多斯地块反时针旋转和秦岭山地的向东挤出逃逸,这个挤出构造动力学统治了华北地区晚新生代的引张伸展、斜张走滑和挤压变形。尤其是,新近纪晚期强烈的NW-SE向地壳伸展变形与青藏东缘挤出造山作用同步(10～9 Ma至4.2 Ma);上新世末期(约2.5 Ma)、晚更新世早期(约200～70 ka)和晚更新世晚期—全新世(约20 ka以来)3次构造挤压事件与青藏高原东缘构造事件基本对应。另一方面,岩石圈地幔上涌主导了华北东部平原区的区域地壳沉降,同时伴随着早、中更新世的5期幔源火山活动。这两个岩石圈构造作用力此消彼长,深刻统治着华北地区新构造与现今活动构造以及地震构造。

桂东南富钾岩浆杂岩的Nd同位素组成:华南中生代地幔物质上涌事件

广西东南部罗容杂岩体由辉长岩 -闪长岩 -二长岩 -正长岩组成 ,马山由碱性辉长岩 -正长岩 -花岗闪长岩 -花岗岩组成。它们富 K、富大离子亲石元素 (L IL ) ,无 Nb、Ta负异常等特征表明它们是形成于板内环境的钾玄质侵入岩。罗容杂岩体的各种岩石和马山的基性岩的εNd(T)高 ,为 +1.5到 +3.3,它们是交代地幔部分熔融产生的岩浆在地壳深部分异的产物。马山的花岗岩的εNd(T)稍低 ,为 - 0 .6 ,此岩石单元是由幔源岩浆加热地壳使之熔融的壳源岩浆形成的 ,并伴有与幔源岩浆的混合或交换。此二杂岩体形成于拉张构造环境。地幔物质上涌导致了中生代华南地壳张裂以及华南大规模花岗岩和相关矿床的形成。

鄂尔多斯及周边地区上地幔三维P波速度结构及其构造意义

利用中国地震科学台阵密集流动地震台站和固定地震台站记录的远震P波资料,采用走时层析成像方法反演获得了鄂尔多斯及周边地区上地幔的精细速度结构。结果显示,鄂尔多斯地块下方存在较厚的高速异常,其中西部深度约为180 km,北部约为150 km,中部的局部地区可达300 km,表明鄂尔多斯地块总体上仍保持克拉通特性。鄂尔多斯地块北部相对较薄的岩石圈可能与地幔物质上涌对岩石圈进行了加热和改造有关,其西部岩石圈的减薄可能与青藏高原东北缘上地幔热物质的横向扩展有关。华北克拉通东部地块、中部地块及鄂尔多斯地块东北部的上地幔表现出大范围的低速异常,推测可能与太平洋板块后撤导致的伸展构造背景、滞留板片脱水以及板片前缘局部对流有关。在该地区的伸展背景下,岩石圈或软流圈的熔融物沿着软弱带上涌并形成了包括大同火山在内的火山群。

青藏高原地震与地幔热流上涌关系密切

中国地震局地球物理勘探中心的高级工程师张先和赵丽,根据对青藏高原地震分布情况及航磁资料处理结果的分析,发现青藏高原地震分布主要有两个特点,并指出这与小尺度地幔热流上涌活动有密切关系。

地幔活动在南海扩张中的作用数值模拟与讨论

对于地幔活动对南海扩张有无影响及影响大小这一问题,目前仍存在不同观点。本文采用数值模拟方法对地幔活动在南海扩张中的作用和影响进行了考查,结果表明:地幔上涌作用能引起南海岩石圈很大程度的减薄,但对南海地壳减薄影响很小;地幔上涌作用是南海扩张的重要动力学因素之一,但只在地幔上涌作用下要很长的时间才能打开南海。

胶东半岛早白垩世地壳隆升剥蚀及其动力学意义

地壳大规模的隆升剥蚀通常是重大地质事件的响应,是地球动力学研究的重要内容之一。本文总结了胶东半岛中生代燕山期不同阶段的花岗岩侵位和金矿形成深度并以此估算了胶东半岛地壳隆升-剥蚀的厚度。结果表明胶东半岛在中生代早白垩世140～110Ma期间,地壳隆升-剥蚀厚约7km,而从早白垩末期至今的110Ma以来,地壳隆升-剥蚀厚度不足4km这表明胶东半岛早白垩世140～110Ma期间曾发生了一次重大地质事件,从而导致了胶东半岛整体快速隆升和剥蚀。该事件与中国东部岩石圈减薄的峰期时限耦合,应是岩石圈减薄的深部动力学过程的浅部响应。隆升-剥蚀的深部过程可能与该区造山加厚地壳的拆沉有关,同时还伴有因古太平洋斜向加速俯冲所引起的地幔上涌共同作用有关。

南海扩张的动力学因素及其数值模拟讨论

由于南海处于欧亚板块、太平洋板块和印度-澳大利亚板块的交汇区,演化历史十分复杂,历来存在多种成因观点的争论。本文采用数值模拟方法,在XiaBinetal.(2005)、夏斌等(2004)、崔学军等(2005)、谢建华等(2005)相关工作基础上,对南海扩张机制进行了进一步探讨,并针对南海地区“近南北向水平拉张”南海扩张的贡献大小,以及“近南北向水平拉张”与“地幔上涌”在南海扩张中作用的相互关系进行了数值模拟实验。结果表明由印度-欧亚板块碰撞和太平洋板块向欧亚板块俯冲的共同作用,所导致的“南北向构造拉张”和“地幔上涌”的共同作用能有效引起岩石圈和地壳两者很大程度的减薄。因此认为这种“南北向构造拉张”和“地幔上涌”的共同作用方式最有利于南海的扩张。

广东三水盆地双峰式火山岩:空间展布、岩石学特征及其盆地动力学意义

广东三水盆地内广泛分布有晚白垩纪-始新世火山岩,在化学成分上他们表现为以玄武岩类(SiO2=44.45%～54.46%;K2O+Na2O=3%～6%)和粗面岩-流纹岩(SiO2=59.23%～73.27%;K2O+Na2O=7.5%～12%)为主的双峰式特征。这些火山岩大致由十三期火山活动所形成,其中,早期形成以粗面岩-流纹岩为主的火山岩分布在盆地的边缘,晚期以玄武岩类为主的火山活动出现在盆地的中部。火山岩的时空分布特征反映了随着盆地断陷程度的不断加深导致岩浆由来自浅部岩浆房向深部岩浆房转化的过程。盆地内岩浆岩主要受区域地幔上涌-部分熔融所控制,盆地的断陷过程诱发了不同深度岩浆房内岩浆的喷发。三水盆地火山岩的不对称分布暗示了盆地的东侧向沿海方向的拉伸更加强烈。

雅鲁藏布大峡谷地质成因

文中总结了雅鲁藏布大峡谷科学探险考察中获得的岩石学和构造地质学认识与区域上已经取得的多学科成果，论述了雅鲁藏布大峡谷得以形成的根本原因是该地区深部存在着地幔上涌体，雅鲁藏布大峡谷和大拐弯的形成是地幔上涌体作用于岩石圈和地表的效应。地幔上涌体的确认揭开了该地区所特有的生物学、气候特征等方面的奥秘，雅鲁藏布大峡谷及其周缘地区是大陆动力学研究、壳 幔动力学、地球系统中各圈层间耦合作用及大陆块体运动学研究最理想的野外实验室。

中国东部地区深部结构的层析成像

利用中国国家台网60个宽频带地震台站和国际地震中心(ISC)592个台站分别记录的1996—2007和1990—2004的震相报告,从中提取出可供反演使用的远震事件9806个,共12078个高质量的P波初至走时数据,对中国东部地区进行了远震P波层析成像研究。结果显示,在五大连池火山区和大同火山区有明显的低速异常,大同火山源区较深。另外几个明显的低速区分别分布在广东地区、渤海湾地区和长江中下游地区。四川盆地的高速特征和扬子板块的低速特征在纵剖面图像上也较为明显。中国东南部的软流圈中存在大面积的地幔上涌,认为是由板块之间的碰撞俯冲、引起大尺度地幔横向流动造成的,而太平洋板块的作用局限于其俯冲的"远程效应",为大范围的软流圈物质上涌提供了东侧的深部动力条件。

塔里木西克尔新生代碧玄岩中辉石岩捕虏体的发现及其地质意义

首次在塔里木西克尔地区新生代碧玄岩中发现了辉石岩捕虏体。其主要矿物为ol+opx+cpx+pl+sp,含少量次生amp和phl。辉石岩中单斜辉石和斜方辉石普遍发育出溶结构。尖晶石明显分为晶形和产状不同的两个世代。变质成因的斜长石包裹大量高度自形的微小尖晶石颗粒。通过结构分析,出溶成份恢复,矿物温压计投图和P-T视剖面图分析确定:辉石岩捕虏体最初可能为无斜长石的尖晶石二辉岩,在降压至～1.5GPa,温度为1100～1200℃的过程中新生变质斜长石包裹了第二世代的自形尖晶石微晶;进一步的降温降压过程导致单斜和斜方辉石出溶和斜长石、橄榄石的生长,最终斜方辉石所记录的压力为～0.9GPa,温度为800～900℃。该变质作用过程说明辉石岩从尖晶石二辉岩稳定深度(>45km,A'点)抬升至斜长石二辉岩稳定深度(～28km,B点)并发生冷却,该过程可能代表了塔里木板块的壳幔过渡带曾发生了较大幅度的抬升,可能与地幔上涌造成的大陆岩石圈伸展、减薄有关。

南海北部阳江-一统暗沙断裂带与新近纪岩浆活动

阳江-一统暗沙断裂带是南海北部珠江口盆地极其重要的中-新生代构造带和转换带。基于钻井资料和大范围、高密度的二维、三维地震资料,本文初步揭示阳江-一统暗沙断裂带走向为NW-NWW向、宽约30km,沿着断裂走向从陆架至洋陆边界断裂带可分为北-中-南三段,断裂在新生代选择性活化,具有多重走滑断裂叠合和基底岩浆底辟强烈等特点,表明其在新生代构造调节作用中发展成一个活动断裂带。通过对断裂带及其围区新近纪岩浆活动的系统解析,首次揭示了新近纪岩浆沿该深大断裂在大陆架-深水大陆坡均有强烈活动,具有沿断裂带走向呈带状分布、南早北晚和多期次幕式迁移等特征。新近纪岩浆活动开始于23.0 Ma,在断裂带南段的云开低凸起及邻区形成强烈的基底岩浆底辟。岩浆喷发作用集中在21.1~19.1 Ma、18.5 Ma、15.5~13.5 Ma和8~6 Ma等4个时期。在21.1~19.1 Ma期间,岩浆活动迁移到中段的开平东洼和神狐隆起东缘之间,出现了强烈的火山裂隙式喷发。18.5 Ma以来,断裂带南段-中段火山喷发作用基本停止,岩浆活动向北迁移到北段的阳江东凹一带,具有中心式溢流相喷发叠合裂隙式火山喷发的特征。推测阳江-一统暗沙断裂带新近纪的岩浆来源于南海北部地幔上涌区的下地壳高速体减压熔融,而断裂带上岩浆活动表现出的时空不均一性和幕式迁移性,可能与地幔上涌区向海倾斜特性及断裂带分段差异活动有关。

增生造山过程中大陆地壳的净生长——来自中亚造山带中段南缘岩浆岩的约束

软流圈地幔上涌是大陆地壳净生长的重要方式,这种壳幔作用在增生造山作用过程的地质表现如何有待深入研究。内蒙古西部的居延海地区位于中亚造山带中段南缘,处于北山造山带与阿拉善地块北缘造山带的构造衔接部位。通过对居延海地区4口井所钻获的具壳幔作用特征的花岗质岩石的研究,本文深入剖析了增生造山过程中软流圈地幔物质贡献及其具体地质表现。首先,花岗质岩石中的闪长质暗色微粒包体(富含针状磷灰石微晶)指示了壳幔岩浆混合特征。再者,花岗质岩浆锆石结晶年龄为306~313Ma,具有正的ε_(Hf)(t)值,平均值介于+13.0~+14.3之间,二阶段模式年龄t_(DM2)平均值介于410~588Ma之间,揭示一次显著的大陆地壳净生长事件,锆石Hf同位素表明花岗质岩浆源区具有初生陆壳重熔和亏损幔源岩浆混合的特征。以上地质事实暗示居延海所在的中亚造山带中段南缘晚石炭世处于洋中脊俯冲或俯冲板片回卷的地球动力学过程中。

南海成因模式述评

南海的构造演化与其周边的板块构造运动有密切关系,一直是地学研究的热点问题。现对中外学者关于南海成因模式的观点、模式进行综述分析,讨论涉及主动成因10种,被动类成因7种,涉及代表性观点20个,每一观点都能合理解释一些宏观地质现象,也都与另一些地质现象相悖,还需要进一步修正、发展或用新的资料来验证。这是南海研究日趋成熟的表现,未来将会逐渐各个学说融合发展。从史学的角度讨论了“南海观点”之演变,认为未来主要趋向是研究方法多元化、精细化、定量化,认为南海与周围地块之间主被动关系研究、东南亚盆地群响应序列之间对比、岩石圈结构学、区域岩石发展史、不同学说的动力学定量对比与评价是未来的主要研究关注点,并充分考虑外围被动因素,融合南海的发育历史,并将中生代南海的岩石圈禀赋及历史融于其中是南海成因模式研究的重要方向。

华北克拉通北缘显生宙四次底侵作用及其构造岩浆活动与深部背景

通过对华北克拉通北缘显生宙四次(P1,T3,J1,K1)底侵作用的研究,将华北克拉通的活化与岩石圈深部地幔物质的底辟体上涌联系起来。不同阶段底侵作用在岩浆来源深度、与构造格局关系、对地壳垂向增生的贡献、幔源物质脉动式上涌等方面的差异与变化,显示它们是一个分阶段连续热演化的深部过程,其动力学机制是深部的高热流和地幔物质的向上运移。对应于地幔物质上涌,必然存在同期的地幔底辟体隆起的岩石圈结构变化。通过对华北中生代盆山系形成机制的讨论,认为该区高分辨率面波层析成像所显示的地幔底辟体上涌的特征可以反映中生代岩石圈底侵作用的深部背景。

大兴安岭诺敏河火山群远震P波衰减研究

板内火山活动是板内下方深部物质组成的重要视窗,而中国东北是研究板内火山的热点场所.中国东北火山活动主要沿大兴安岭及松辽盆地周缘分布,隐匿在大兴安岭内的各火山群落鲜有地球物理观测.本研究聚焦于大兴安岭北部的诺敏河火山群,利用围绕诺敏河火山布设的43个流动台站记录到的17个远震事件数据,通过时间域波形匹配法计算了300条直达P波震相的Δt*,并进一步采用贝叶斯蒙特卡洛方法反演得到了研究区的二维Δt*模型,为约束诺敏河火山地区的深部结构提供了新的观测证据.结果显示研究区高衰减区域与火山活动在空间位置上有很好的一致性.诺敏河火山与研究区北端临近小古里河火山区域均观测到高Δt*值,可能由区域下方热地幔物质上涌导致.诺敏河火山东部、科洛河火山西部区域观测到低Δt*值,与高衰减区域最大Δt*差值达约0.3±0.05 s,可能由两部分原因导致:该区域下方残留未被侵蚀的岩石圈,以及局部区域或存在的部分熔融导致的残留地幔矿物脱水.

论多因复成矿床的形成机理

结合现代大陆动力学与地球动力学最新理论与研究和应用进展,以及国内几个典型矿床的成矿实例分析,本文重新审视了地台活化区(即地洼区)多因复成矿床的形成机理。作者认为,陈国达先生所研究的地台活化区应特指中国东部或全球类似地区大地构造发展至中生代时期因发生强烈构造–岩浆活动和相关成矿作用而在大陆地壳的表现。由于成矿作用与大地构造发展和/或地球动力学事件具有密切的成因联系,以及由于地壳演化及其大地构造发展阶段还具有独特性或存在某些差异,成矿作用从而表现出多旋回性、特殊性或叠加改造和富化特点;特别是,地台活化区往往包含多大地构造发展阶段,并发生大规模构造变形、岩浆活动和变质作用等构造–岩浆–热(流体)事件,因而这种活化构造区内的成矿作用往往具有多因复成成矿特征,并形成了具有经济意义的、大而富的矿床。实质上,多因复成矿床是多地质过程包括沉积作用、构造变形、岩浆作用和变质作用及伴生的大规模流体事件等耦合的产物,其动力学机制可能来源于(多期或幕式)地幔(柱)对流和上涌及壳?幔相互作用或地幔柱–岩石圈板块相互作用。作者最后指出,多因复成矿床今后的研究重点仍应关注其成矿动力学机制与过程。

从深部背景看燕山陆内造山作用的主因

中生代华北燕山造山带是陆内造山作用的典型,但长期来对造山作用的动力学机制存在多种分歧观点。本文尝试将岩石圈不同深度的构造整合在一起,探索陆内造山作用的主因。本文拟从燕山带中生代构造运动的基本特征入手,选择集宁-承德基底岩石圈断裂带作为先存构造薄弱带,结合不同深度层次的地质作用:①地表的断陷盆地及其火山-沉积岩建造;②断块构造的差异隆升;③固态流变和地热活动;④幔源或者壳幔混溶的火山岩,论证先存构造薄弱带的活化现象。在此基础上,通过幔源熔-流体的交代作用讨论了岩石圈强度的弱化,结合岩石圈结构的层析成像研究,得到初步结论:地幔底辟体上涌是华北克拉通中生代构造活化的重要背景。不排除不同板块间相互作用的影响。最后,从与国外典型的陆内造山带的对比中,进一步认识到:深部地幔物质上涌和上部岩石圈物质的均衡调整,是陆内造山与陆缘造山的本质区别。

从中国东部地貌演变,看中-新生代成矿成藏作用

中国地势可分为4个阶梯(青藏高原、中部高地、东部平原和海域大陆架),地势分布的特点与热岩石圈厚度的变化基本一致,其成因与印度板块和太平洋板块对欧亚板块的俯冲有关。东部地貌的变化,常依据中酸性岩浆岩分布、区域构造演化、地层沉积和剥蚀、黏土矿物组成、古环境和古气候变化及海水Sr同位素资料来推测。根据埋深不同的4种埃达克岩的时空分布,推断在晚侏罗世—早白垩世,中国东部地区经历了高原萌生期、高原成熟期、高原垮塌期和高原残留期的演化过程。尤其是华北高原成熟-垮塌期与区内断陷盆地的形成及大规模成矿作用密切相关,以渤海湾盆地和胶东金矿集中区为例进行了剖析,并通过地震层析成像资料予以证实;华北克拉通岩石圈的减薄及破坏,由岩石圈拆沉和热侵蚀作用所致,与高原成熟-垮塌期的岩浆活动和成矿期相吻合,埃达克岩的形成也是太平洋板块与地幔上隆热幔柱相互作用的结果。这种认识为深部找矿找藏工作提供了成矿学的理论基础。