从中亚正ε_(Nd)值花岗岩看超大陆演化和大陆地壳生长的关系

超大陆演化着重研究超大陆的聚合和裂解、离散,大陆地壳生长着重探索大陆地壳的生长和消亡。长期以来,人们都是如此将两者割裂开来研究的。本文从中亚造山带显生宙花岗岩同劳亚大陆的关系出发,进一步探讨超大陆演化、大陆地壳生长和地幔中俯冲板片雪崩事件(slab avalanche events)三者之间的关系,强调在超大陆形成时伴随大陆地壳急剧生长,在超大陆裂解、离散时大陆地壳的生长和消亡大体上保持平衡。无论超大陆演化或是大陆地壳生长都同地幔对流形式的变化有着密切的联系。

中国花岗岩与大陆地壳生长方式初步研究

中国大陆造山带花岗岩可分为东西两个区,西区的中亚造山带、秦祁昆造山带和青藏高原冈底斯造山带为与大洋发育有关的造山带花岗岩,东区主体的东北、华北和华南是形成于中国大陆拼合之后的燕山期造山带花岗岩。根据不同造山带花岗岩的形成背景、地质地球化学特征差异,以阿尔泰、东昆仑、华北燕山、东北和南岭造山带花岗岩为例讨论花岗岩与大陆地壳生长的关系,区分出中国大陆的5种大陆地壳生长方式:阿尔泰式是古亚洲洋背景上形成的古生代对流地幔物质、热输入和上地壳混合为主的方式;东昆仑式是元古代造山带TTG陆壳背景基础上古生代—早中生代对流地幔物质和热输入,改造元古宙造山带基底的方式;东北式是燕山期中亚造山带背景上对流地幔物质和热输入改造显生宙陆壳的生长方式;燕山式是燕山期对流地幔物质和热输入改造太古宙基底的方式;南岭式燕山期对流地幔输入大陆的是以热为主、物质为辅,大陆地壳生长是以陆壳物质再循环为主(零增长)的生长方式。它们构成中国大陆显生宙地壳生长的基本方式。

兴蒙造山带正ε(Nd,t)值花岗岩的成因和大陆地壳生长

大陆地壳的生长速率和地壳生长的位置均是地球科学中的最基本的问题。现有的许多大陆地壳生长模式认为 ,90 %的大陆地壳生长于 18亿年以前 ,显生宙以来的地壳生长不到整个地壳的 10 % ,主要位于活动大陆边缘。近年来在兴蒙造山带发现大量具有新生地壳来源性质的花岗岩产生于 50 0～ 10 0Ma ,对上述传统看法提出了挑战。现有的Nd同位素资料表明 ,兴蒙造山带的显生宙花岗岩 ,不论形成于什么时代和什么构造背景 ,也不论属于何种成因类型 ,几乎都具有正ε(Nd ,t)值和年轻的Nd模式年龄tDM 。从西往东 ,随着时代逐渐变新ε(Nd ,t)值有逐渐降低的趋势。花岗岩的tDM同由蛇绿岩和岛弧杂岩记录的古亚洲洋扩张的时间基本一致。只有一些在新元古代微陆块上的花岗岩才显示负ε(Nd ,t)值和较老的tDM,反映了其源岩包括前寒武纪地壳同地幔来源物质的不同程度混合。兴蒙造山带的花岗岩具有地幔来源的ε(Nd ,t)值 ,说明这些花岗岩中有一部分 (例如加里东期和海西早期 )可能同板块俯冲作用有关 ,花岗岩的来源是被交代的地幔楔。而大面积的晚古生代—中生代花岗岩则可能是由 80 0～6 0 0Ma前俯冲的洋壳形成的新生大陆地壳在拉伸体制下部分熔融而成。如果情况是这样 ,显生宙就曾发生过大规模的地壳生长。板内岩浆活动 。

再论大陆地壳断裂拗陷带中的华南型块状硫化物矿床

华南海西—印支断裂拗陷带中的块状硫化物矿床(MSD)主要产于晚古生代海侵岩系底部附近碎屑岩向碳酸盐地层的过渡部位,含矿岩系中伴有少量双峰式火山岩和大量喷流岩,矿床中最基本的矿物共生关系是变质反应关系,金属元素和矿物相的分布往往显示地层学垂直分带和侧向分带,这种分带是同生沉积-成岩、活化转移和后期改造叠加等因素综合作用的产物。层状矿体下盘可以存在着代表海底热液通道的脉状、角砾状和浸染状矿化,与之伴生的硅化、绢云母化和钾长石化等蚀变反映了大陆地壳及其沉积物的富硅、富钾特征。与块状硫化物呈相变关系的层状铁锰矿床下方可存在脉状铅锌和金矿床。南岭地区的断裂拗陷带形成于后加里东大陆内部,而长江中下游则处于向被动陆缘演化的环境。两个地区晚古生代MSD在成分和成矿特征等方面的一系列差异,反映了成矿时基底陆壳成熟度的差异,而钨和锡则是成熟陆壳上MSD的特征元素。与国外苏利文型明显不同的是,华南地区矿床除了与确定无疑的火山岩伴生外,所含有用金属更加丰富多彩,并且往往受到后期花岗岩类岩浆及其热液的改造和叠加,因此可称之为华南型矿床,并以此代表大陆地壳上MSD的成矿特征。

北山南部柳园地区古生代-早中生代大陆地壳增生过程中的岩浆活动与成矿效应

北山造山带地处中亚造山带南缘。古生代时期板块构造体制下古亚洲洋的裂解-扩展-消亡与汇聚大陆边缘的俯冲-碰撞-伸展循环造就了其大陆地壳增生与再造演化的基本背景,并形成了一系列记录这些因果演变连续过程的岩浆侵入与喷发事件。在系统总结最近几年积累的年代学和岩石地球化学资料的基础上,以一些带有特定过程印记的标志性岩浆事件为纲领,表征这些古生代岩浆作用形成过程中的地球动力学演变,揭示其所记录的北山南部的多阶段增生与再造演化机制,并初步探讨有利地球动力学过程制约下的岩浆活动引起的成矿效应。

前寒武纪地球动力学(Ⅶ):早期大陆地壳的形成与演化

冥古宙到太古宙大陆地壳主要由花岗质片麻岩区和绿岩带构造单元组成。大量的研究表明,以花岗质岩石出现为标志的大陆地壳最早的碎屑锆石记录为约4.4Ga,最早的英云闪长质-花岗闪长质片麻岩形成于约4.03Ga,最早的绿岩带层序形成于约3.8Ga。冥古宙到始—古太古代时期的花岗质片麻岩区主要由英云闪长质-奥长花岗质-花岗闪长质片麻岩组成(TTG片麻岩),中—新太古代,尤其是新太古代晚期TTG片麻岩仍然为花岗质片麻岩区的主要岩石组成,但是花岗质片麻岩的成分出现了明显的多样化趋势,最明显的标志就是出现了大量的花岗闪长岩-二长花岗岩-碱长花岗岩组合。绿岩带的组成较为复杂,早期科马提岩、拉斑玄武岩等铁镁质火山岩占主导地位,组合有BIF等沉积层序,尤其是科马提岩的出现标志着高温地幔岩浆作用占主导作用。而晚期绿岩带科马提岩占的比重已经明显较少,大量出现拉斑玄武质-钙碱性玄武质到英安质火山岩和副变质沉积层序,局部出现类玻安岩、埃达克岩的变质火山岩记录。地球动力学体制研究表明,冥古宙到古太古代以地幔柱构造体制占主导地位,从始太古代到古太古代(>3.0Ga)地幔柱活动和地幔对流使岩石圈不断加厚。在地幔对流沉降部位,由于地幔对流的拖曳使其铁镁质地壳逆冲堆垛并不断增厚,其深部发生麻粒岩相-榴辉岩相变质、部分熔融形成初始的大陆地壳花岗质岩石,并孕育了早期高温状态的板块热俯冲。中太古代晚期和新太古代初期形成了以榴辉岩为标志的类现代板片俯冲的构造体制,新太古代末期尽管地幔柱构造体制在局部仍起重要作用,但是类现代板片俯冲构造体制已经成为这一时期主导的动力学体制。

板块俯冲起始与大陆地壳演化

组成大陆地壳的物质主要来自两个地质过程:地幔柱活动和板块俯冲。目前大多数研究认为板块俯冲起始于30多亿年前。在板块俯冲起始之前,基性的初始地壳物质受热重熔是大陆地壳生长的主要方式,其中,地幔柱活动是关键。地幔柱不仅向地壳输送玄武质岩浆,同时导致已有玄武质岩石和沉积岩通过部分熔融向中酸性岩石转化。当原始岩石圈强度足够大时,地幔柱会导致岩石圈倾斜、破裂,产生下滑力,诱发板块俯冲。板块俯冲引发岩浆活动,产生大量的岩浆岩,如岛弧安山岩、弧后盆玄武岩等。这些岩浆岩通过喷发、侵位,再经由块体拼贴、增生等过程加入到大陆地壳,是大陆地壳生长的主要途径。同时,板内岩浆活动乃至地幔柱活动等也与板块俯冲有直接或者间接的联系。俯冲再循环物质促进地幔柱发育,也为大陆地壳的生长提供物源和热能。与此同时,大陆地壳不断风化剥蚀,其中一部分沉积物随俯冲板块再循环到地幔,而板块俯冲过程也通过俯冲剥蚀等过程,将仰冲盘岩石圈物质刮削带入地幔。这些是大陆地壳消减的主要途径。目前大陆地壳增生和消减基本处于动态平衡。

Adakitic火成岩对大陆地壳增厚过程的指示:以青藏北部火山岩为例

Adakitic火成岩可以通过几种不同的岩浆作用方式产生,其中下地壳镁铁质岩石的直接部分熔融和拆沉下地壳的部分熔融可能是两种重要的adakitic火成岩形成方式。在一个大陆厚地壳背景,adakitic火成岩的产生指示了它们的岩浆源区位于大于40 km的下地壳之中,因此,暗示该大陆地壳的最小厚度超过40 km。青藏高原腹地的羌塘地区分布有40 Ma左右的“低镁”和“高镁”adakitic安山岩-英安岩-流纹岩,它们应分别是青藏高原厚大陆地壳下部镁铁质岩石直接部分熔融和拆沉的下地壳脱水熔融的产物。这套adakitic火山岩的厘定指示出在40 Ma左右时,青藏羌塘地区或更大范围的大陆地壳已经加厚到超过40 km,其地表在当时或稍后可能已经开始了隆升。

华北北部古生代大陆地壳增生过程中的岩浆作用与成矿效应

包括前寒武纪克拉通与显生宙造山带两大构造单元的华北北部,古生代时期板块构造体制下古亚洲洋的裂解-扩展-消亡与汇聚大陆边缘的俯冲-碰撞-伸展循环构成了其大陆地壳增生与再造演化的基本图景,并形成了一系列记录这些因果演变连续过程的岩浆侵入与喷发事件。这些物质记录无疑是研究汇聚大陆边缘壳-幔作用和物质交换、大陆地壳演化与大规模成矿作用耦合关系的绝佳窗口。本文在系统总结最近几年积累的年代学和岩石地球化学资料的基础上,以一些带有特定过程印记的标志性岩浆事件为纲领,表征这些古生代岩浆作用形成过程中的地球动力学演变,揭示其所记录的华北北部大陆地壳的多阶段增生与再造演化机制,并初步探讨了有利地球动力学过程制约下的岩浆行为引起的成矿物质聚集效应。

大陆地壳锂铍迁移-循环过程与富集-成矿机制

锂铍金属是世界关键金属资源,矿床类型多样,成矿作用发生在大陆地壳。但大陆地壳中锂铍元素的迁移-循环规律及不同锂铍矿床间的成因联系尚不清楚。本文系统地总结与梳理了大陆地壳结构与物质循环特征和不同类型锂铍金属矿床间的成因联系,提出大陆地壳锂铍循环-成矿系统的概念与模型,并将大陆地壳锂铍的迁移与循环划分为四个过程:变质过程、深熔过程、花岗岩浆过程、花岗质岩浆岩风化、淋滤与蚀变的浅-表生过程。沉积岩中锂铍元素在变质过程中可富集到一些变质矿物中,一些富锂铍黏土矿物也在变质过程转变成新的富锂铍变质矿物(如绿泥石、云母与堇青石);地壳深熔过程使得锂铍元素从变质矿物中释放出来并聚集在花岗岩浆中,麻粒岩相深熔(如黑云母脱水熔融与堇青石分解熔融)可能是锂铍大规模成矿的主要熔融方式;绝大多数锂铍矿床与花岗岩浆及其岩浆岩有关,是花岗岩浆与花岗质岩浆岩在不同演化阶段与不同方式富集成矿的结果;浅-表生过程对锂铍花岗岩-伟晶岩和流纹岩与流纹质凝灰岩的物理化学改造,可形成盐湖卤水型锂矿床、黏土型锂矿床以及各种次生锂铍矿床。变质过程中锂铍的迁移与富集机制,大型-超大型花岗岩-伟晶岩型锂铍矿床形成条件与关键控制因素等问题,是亟待研究与思考的科学问题。

中国黄土的平均化学成分:上部大陆地壳的一种典型代表

本文通过对黄河中游地区马兰黄土的大面积野外实地考察，系统采样和室内分析测试，并采用质量加权平均的计算方法，给出了较为准确的中国黄土平均化学成分数据．中国黄土相对于下地壳和全地壳较富大离子半径的亲石元素而贫亲铁元素；与上部大陆地壳相比，中国黄土除相对较富Ｃａ．Ｂ而贫Ｎａ、Ｎｂ外，其余绝大多数化学元素的丰度均非常接近甚至几乎相等。由此表明。中国黄土确属典型的上部大陆地壳物质，它不仅为暴露的上部大陆地壳提供了一种理想的天然平均样品，而且中国黄土的平均化学成分完全可以作为上部大陆地壳化学成分的代表而加以应用。

东北亚大陆地壳运动的GPS研究

Amurian板块是 2 0年前提出的位于东北亚地区的板内块体 ,目前 ,关于Amurian板块还存在很多争论 ,如Amurian板块是否存在、其南部边界在哪里。介绍了围绕确定Amurian板块这一科学问题所进行的一系列东北亚地区地壳运动学的研究 。

华北克拉通中部大陆地壳断面磁性结构研究及意义

为探讨华北克拉通中部地壳的磁性结构与深部地质过程之间的相互关系，测量了五台-集宁地壳剖面４４件岩石样品的磁性参量及磁滞回线．结合岩石学、地球化学及磁卫星资料的综合研究结果表明，整个断面具有明显的磁性分带结构特征．上地壳、中地壳与下地壳上部岩石饱和磁化强度（Ｊｓ）的平均值分别为５８．７Ａ／ｍ、６８１．２Ａ／ｍ与１０６８．０Ａ／ｍ，而饱和等温剩磁ＪＳＩＲＭ为４．１Ａ／ｍ、７７．９Ａ／ｍ和１３８.４Ａ／ｍ.磁性与变质相及成分对应分析显示，断面内的磁性结构主要受变质作用控制（尤其是变酸性岩与变基性岩）．Ｊｓ值的变异系数Ｖｃ，上地壳为６２．２％、中地壳为６２．５％、下地壳为１４３．７％，而ＪＳＩＲＭ值的变异系数则分别为７０７％、８６．１％、１６５.４％．中一下地壳之间Ｖｃ值的差异远大于上一中地壳，显示了地壳深部磁性强度的非均一分布特征．本区中一下地壳岩石的磁化强度明显高于秦岭造山带北缘的登封群与太华群，这一差异可能与两区地壳深部热结构的明显差异相关．结合磁卫星长波长磁异常分析推测，地壳断面中基性麻粒岩的磁性代表了区域下地壳的磁化强度，如果地壳深部的剩余磁性以热粘滞剩磁（ＴＶＲＴ）为主，则可估算出本区下地壳磁化强度约为４.?

中国大陆地壳地震震中分布的卫星磁异常约束

陆壳中的地震更危险,但其分布更具有弥散性,尤其在中国大陆地区;因此可靠且易用的地震警示信息显得非常重要.目前这类信息主要来自历史地震目录,大地测量及构造等资料,还需要补充其它的地学资料.本文提出一种来自卫星地壳磁场的约束.对于中国大陆的壳内地震(MS≥5.0),研究表明其大都(80%以上)位于卫星地壳磁场的垂向磁感应强度分量的零等值线上或附近,并且理论上可以用一作用于半无限磁弹性平面中的集中力所产生的磁场分布来进行相应解释.尽管存在许多不确定因素,这种新的独立于传统资料的约束,提供了更为详细的地震警示性信息.同时,在缺少历史地震目录,大地测量及构造资料的地区,这种约束可作为一种先导性的监测信息加以使用.

大陆地壳活动带片麻岩穹隆构造与分层流变

大陆克拉通化与造山带形成后的活化与再造机理和条件,是板块构造理论登陆面对的重要课题,针对广泛发育于陆缘、陆内环境中的大陆地壳活动带开展的深入研究为此提供了重要约束。以中下地壳深变质岩为核,中浅变质岩为幔部的穹隆构造是大陆地壳活动带最为典型特征构造样式之一。本文基于对古元古代—新生代不同时期典型大陆地壳活动带内片麻岩穹隆构造的分析,总结出以下共性特点:(1)发育厚皮构造,强烈的热异常与高应变使得活动带中保存着下地壳基底岩石卷入地壳变形过程的痕迹;(2)核部往往由高级变质岩石(通常伴有花岗岩或混合岩)组成,变质程度主体为低角闪岩相到高角闪岩相,局部可以达到麻粒岩相,从核部向幔部变质程度逐渐降低;(3)分层(或层状)流变是地壳活动带变形的重要表现形式;(4)中、深层次的岩石共同遭受了强烈剪切变形作用的改造,不同构造层次(核部与幔部)岩石中的构造具有几何学、运动学和动力学上的一致性,拉伸线理和不同尺度的a型褶皱广泛发育,伴随着区域尺度的a型或b型穹隆构造;(5)幔部岩系与核部岩系具有特征的运动学上的耦合关系而流变学上的解耦,二者之间及内部常发育不同尺度的剪切不连续面(Tectonic discontinuity contact,TDC)。基于上述特点分析,本文提出切向(近水平)剪切流动与多流变层分层流动是大陆地壳活动带中、下地壳流动一致性的体现。多种变形体制叠加,包括近水平切向流动作用的主要贡献并辅以垂向运动的叠加或递进变形,造就了现今大陆地壳活动带中广泛发育的片麻岩穹隆构造,它们递进演化成为线性a型穹隆群、b型穹隆或演变为变质核杂岩构造。

应用大地热流和地下流体氦同位素组成资料计算中国大陆地壳生热元素丰度

根据能量守恒原理和中国大陆实测热流数据,给出中国大陆地壳生热率上限值为1.3μWm-3。根据热流值和地下流体氦同位素组成资料,估算出中国大陆地壳生热率为0.58～1.12μWm-3,中位数为0.85μWm-3,相应的铀、钍、钾丰度范围分别是0.83～1.76μg/g、3.16～6.69μg/g和1.0%～2.12%。中国陆壳铀、钍、钾元素整体丰度值明显高于太古宇地壳,反映中国陆壳成分演化程度较高。同时,中国大陆地壳成分具有明显的横向非均匀性特征:东部地壳相对西北部富集铀、钍、钾等强不相容元素,褶皱带相对克拉通地区富集铀、钍、钾元素。基于大陆地壳SiO2含量与地壳生热率之间的正相关关系推断,中国东部地壳较西部富长英质组分,褶皱带地壳成分较克拉通富长英质组分。此区域性变化特征与基于地震波速资料推断的结果相符。基于中国大陆地壳生热率变化范围以及地震波速低于全球平均值的特征,推断Rudnick和Fountain(1995)、Rudnick和Gao(2003)、Weaver和Tarney(1984)、Shaw等(1986)以及Wedepohl(1995)的全球陆壳成分模型均高估了铀、钍、钾等强不相容元素丰度。

序：大陆地壳的形成演化与成矿

大陆地壳的形成与演化是地质学研究的核心内容之一。在地质历史上，大陆地壳的形成与演化表现出阶段性进化特征，可以区分出4个构造阶段：第一个阶段，是前板块构造阶段，也是早期大陆地壳生长和岩石圈（克拉通）形成阶段，时代为太古宙（4．0-2．5Ga）；第二个阶段，是早期板块构造阶段，也就是板块构造逐渐形成的阶段，时代为古元古代（2．5-1．8Ga）；第三个阶段，是板块构造巩固发展的阶段，或称为地球中年期，也是地表环境发生巨变的阶段，时代为古元古代晚期-新元古代早期（1．8—0．75Ga）；第四个阶段，是现代板块构造阶段，开始于新元古代晚期（0．75Ga-今）。不同阶段，形成不同类型的矿产资源（Zhai et al．，2015）。

关于大陆地壳消亡与再生循环过程的新认识——大别山新的区域地质资料和榴辉岩专题研究成果提出的启示

越来越多的区域地质资料显示,大别山 UHP 榴辉岩相变质的大陆岩石以及在片麻岩中发现的含有柯石英包裹体的锆石和含有绿辉石包裹体的石榴子石等重矿物可能却是一个已经熔融了的榴辉岩相大陆岩片遗留下来的残留体,它们被包裹在由变形、变质深成侵入体构成的正片麻岩之中。这些深成侵入体底辟在扬子陆决北缘新元古代低-中级变质的火山一沉积地层之下。依据上述区域地质事实,本文认为,大别山含有榴辉岩残留体的高级片麻岩不是一个“UHP 变质地体”或“含有榴辉岩外来构造块体的混杂岩”,其原岩应该是一套由榴辉岩化大陆岩片熔融形成的深成岩浆底辟体。由此本文提出一个新的理论假说和构造模型,即深俯冲到地幔软流圈之中的大陆边缘在不同的深度发生了相应的 HP-UHP 榴辉岩相变质作用,随着与俯冲洋壳的断离,其在浮力的作用下快速底垫在仰冲大陆边缘之下并发生部分熔融,熔融体底辟并置换了造山带原有的根,后经过同结晶过程的变形和变质作用形成一套含有榴辉岩相残留体的,高级片麻岩本文称之为再生地壳。

褶皱的地震波反射响应及其大陆地壳构造地质意义

褶皱是挤压造山带中最普遍的地质构造,但是为什么在地震反射剖面上却极少呈现褶皱呢?本文从一个构造地质学者的角度出发,数值模拟了几种常见褶皱构造的地震波反射响应。结果表明,传统的反射地震技术并不能正确成像闭合褶皱、斜歪或倒转褶皱及二级以上的多级复合褶皱。褶皱陡倾翼的反射消失,而褶皱转折端的反射形成一系列断断续续分布的假水平层理,这些假水平层理在下地壳中极易被错误地解释成由地壳拉张形成的水平构造层理或由底侵作用形成的水平基性岩席。笔者认为,老、中、新褶皱造山带的下地壳中大多数不连续水平反射可能是由褶皱造成的。