印度尼西亚北苏拉威西岛弧岩浆作用及其对板块俯冲起始的制约

板块俯冲起始是板块构造理论的核心内容,但却研究最为薄弱。印度尼西亚北苏拉威西岛弧是始新世期间开始发育的一个印度洋洋内弧,其记录了多期次(包括印度洋、马鲁古海和西里伯斯海)的且处于不同演化阶段的俯冲作用及相应的俯冲起始过程,因此该岛弧是研究板块俯冲起始的天然实验室。本文通过回顾板块俯冲起始研究进展,结合北苏拉威西岛弧内已有的野外调查、锆石U-Pb定年、岩石地球化学特征等,以厘清区域内岛弧岩浆的岩石类型、形成时代、空间分布和岩浆活动节律,制约岛弧岩浆的构造背景和岩浆源区性质等,并着重关注该岛弧内可能与板块俯冲起始相关的地质和岩石记录,如弧前玄武岩、玻安岩、俯冲带(SSZ)型蛇绿岩、变质底板等。在此基础上,综合限定北苏拉威西岛弧记录的印度洋洋壳俯冲历史,探讨其俯冲起始的时间与地球动力学机制。本文仅抛砖引玉,期待更多学者参与到北苏拉威西岛弧板块俯冲起始的研究中来。

东天山吐哈盆地南缘古生代活动陆缘残片:中亚地区古亚洲洋板块俯冲的地质记录

本文根据对已有地质资料的综合研究,系统论述了吐哈盆地南缘古生代活动陆缘残片的时空分布、岩石组合和岩石化学特征,在此基础上对古亚洲洋构造演化进行了简要的探讨。该区活动陆缘残片由奥陶纪-志留纪(?)、泥盆纪、石炭纪火山沉积岩系和泥盆纪、石炭纪深成岩组成。这些不同时代岩浆岩的时空分布揭示出该区弧岩浆前锋带的演化具有向南逐渐迁移的特点。这些不同时代的火山岩和深成岩在岩石组合和岩石化学方面都类似于钙碱系列弧岩浆岩。它们的这些特征,结合它们的区域地质背景,使我们得出如下初步结论:它们的形成演化与以南侧康古尔塔格碰撞带中的洋壳残片为代表的古洋岩石圈板块向西伯利亚古板块之下的俯冲有关;它们很可能与出露在阿尔泰山南侧、蒙古南部和大兴安岭中部等地的类似杂岩一起构成了古亚洲洋中西伯利亚古板块活动陆缘;该活动陆缘的发育,揭示出古亚洲洋板块向西伯利亚古板块之下的俯冲在奥陶纪至石炭纪期间一直在持续进行。

太平洋板块俯冲与中国东部中生代地质事件

中国东部至少自侏罗纪开始就一直处于俯冲大洋板块之上，但是有关俯冲板块对其影响程度一直有不同的认识。最近的研究表明，太平洋海山岛链的时空分布显示太平洋板块的漂移方向曾发生多次转折，这些转折与白垩纪中国东部的构造演化和岩浆事件有着密切的时空耦合关系。从时代和力学性质上看，太平洋板块俯冲方向的改变在很大程度上控制着中国东部中生代的盆地演化和郯庐断裂活动等重要地质事件。这些认识为理解中国东部构造演化提供了新的视角，包括岩石圈减薄的机制、郯庐断裂的演化，以及燕山期大规模岩浆活动等。本文重点分析了太平洋板块俯冲与中国东部中生代岩浆活动的对应关系。在125～140Ma太平洋板块向南西方向俯冲，造成中国东部岩石圈减薄，软流圈卸载上涌，发生减压部分熔融；约125Ma，太平洋板块漂移方向发生了大幅度转折，形成安第斯式的俯冲挤压，岩石圈停止减薄和减压部分熔融，出现岩浆宁静期。随着俯冲的深入，到110Ma前后俯冲板块后撤，形成弧后拉张，岩浆活动又重新开始。

华南中生代岩浆岩时空分布和迁移与古太平洋板块俯冲过程

本文论述了近年来在华南中生代岩浆岩时空分布和迁移以及地质构造研究方面所取得的新成果,认为单一的古太平洋板块俯冲不可能形成如此多方向和如此宽的(>1000km)构造变形和岩浆岩;评述了目前被广泛引用在华夏地块晚中生代岩浆活动的古太平洋板块俯冲模式,确定了其主要贡献以及有待完善的要点。提出华南在中侏罗世(约175±5Ma),古太平洋板块进入大致由南往北斜向俯冲为主的构造体系,晚侏罗世早期(约120Ma)后太平洋板块俯冲方向发生了急剧变化,为古太平洋板块向西正向俯冲的构造体系,在白垩世中期(85±5Ma)由于华南大陆已成为被动陆缘。此时,大致同时代的东南沿海和台湾东部处于完全不同的构造背景,前者为伸展型的板内环境,后者为挤压型的弧陆碰撞环境。

太平洋板块俯冲对中国大陆的影响

在中国大陆及周边地区ITRF2000速度场的基础上,建立欧亚板块整体旋转与线性应变运动模型,得到中国大陆及邻区的局部形变场,分析此形变场发现东北块体和华北块体东部地壳存在一致的向西或北西西向运动,平均运动速率东北为2.9 mm/a,华北东部为1.4 mm/a,推测这是太平洋板块向欧亚板块俯冲的影响。其影响范围仅限于东北和华北块体,影响较大的是120°E以东和40°N以北地区。并分析太平洋板块俯冲对中国大陆影响的表现形式和形成机制。

新疆北部富蕴县埃达克岩的同位素年代学及其对古亚洲洋板块俯冲时限的制约

采用 LA-ICP-MS 锆石 U-Ph 同位素定年方法对分布于新疆北部富蕴县托让格库都克组中的埃达克岩进行了年代学研究。结果表明,以往被认为属早泥盆世的埃达克岩的形成年龄为441.3±1.8Ma,属早志留世。由于托让格库都克组中的埃达克岩被认为是由新生的古亚洲洋板块俯冲后部分熔融形成的,因此,埃达克岩的同位素年代学研究结果表明,新疆北部东准噶尔地区古亚洲洋的板块俯冲从早志留世就已经开始。这是首次采用精确的同位素定年手段确定的古亚洲洋板块俯冲作用开始的时间,具有十分重要的地质意义。

壳-幔演化和板块俯冲作用过程中的硼同位素示踪

硼同位素是近年来发展起来的一门新兴的稳定同位素地球化学方法。硼有两个稳定同位素 :10 B和11B。硼同位素组成自然界变化十分大 ,δ11B值为 - 37‰～ +58‰。对地幔岩石的硼同位素研究表明 ,原始地幔的δ11B值为 - 10‰± 2‰ ,B的质量分数估算为 (0 2 5± 0 1)×10 -6。相对而言 ,地壳岩石的B含量和δ11B值均较高。由于壳、幔岩石具有不同的B含量和δ11B值 ,硼同位素已被广泛应用于研究壳幔演化和板块俯冲作用过程 ,用于示踪俯冲板块中大洋沉积物和蚀变洋壳在地幔中的循环。

俯冲板块脱水相变对板块俯冲过程的影响

板块俯冲是地球上最重要的动力学过程之一,关于俯冲带相变对地幔楔和上覆板块影响前人已开展大量研究,但关于相变反应对俯冲板块的动力学影响研究较少。本研究在拉格朗日积分点有限元代码的基础上,实现了俯冲板块的相变,建立了二维自由俯冲模型,研究了俯冲过程中俯冲板块上矿物脱水相变对俯冲速度、俯冲板块形态、板块上的应力变化的影响。同时我们研究了薄弱带的黏度变化对俯冲起始与俯冲过程的影响。数值模拟实验结果显示:(1)俯冲板块脱水相变现象的发生降低了板块俯冲的速度,改变了俯冲板块的形态,在俯冲板块的相变界面处发生应力累积;(2)相较于矿物相变导致的黏度增大,俯冲起始角度仍是影响俯冲板块俯冲速度的主要因素;(3)薄弱带黏度越高越不利于俯冲板块与上覆板块的解耦,抑制了俯冲过程的进行。该研究为探究板块回卷的控制因素以及俯冲板块应力状态变化的影响因素提供了新的视角。

板块俯冲带岩浆作用过程的研究

综合分析了板块俯冲带岩浆活动的物质来源、岩浆上涌直至喷出的地球化学过程以及与这些过程相对应的时间尺度等研究的进展,指出了目前研究中存在的主要问题,并建议我国在该领域开展相关的研究中应:1)首先利用独有的地理优势,以处于弧后扩张作用早期的冲绳海槽为研究对象,开展相关的调查与研究;2)积极引进先进的技术手段;3)通过加强国际合作,积极参与国际合作项目,拓展研究领域。

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。

太平洋板块俯冲对中国东北深浅震影响机理的数值模拟

本文采用与深度有关的不同分层结构模型,并考虑太平洋板块俯冲角度差异等特征,建立太平洋板块向中国东北地区俯冲的2D纵向静力学模型。以太平洋板片俯冲速度为约束条件,通过变化俯冲板块的俯冲角度,数值模拟太平洋板块向中国东北的俯冲过程,探讨太平洋板块俯冲作用对于我国东北深浅震的影响,得到不同俯冲角度模型的深浅部应力场分布,揭示区域构造应力场的总体特征和断裂带局部特性,并讨论了活动断裂带以及邻近区域对东北地区深浅部构造应力场的响应。结果表明,太平洋板块俯冲角度的变化对于中国东北地区深浅震的地震活动格局具有重要影响,断裂带构造环境是浅源地震孕育的基本条件。

TTG岩系Nb-Ta-La分馏特征的地球化学模拟:对太古宙板块俯冲与大陆地壳生长机制的约束

TTG的Nb/Ta比值以及Nb、Ta相对于La(代表LILE)的亏损取决于部分熔融体系中金红石、角闪石作为残留相矿物存在与否。本研究采用金红石和低Mg#角闪石的微量元素分配系数模拟部分熔融过程中Nb-Ta-La的分馏。模拟结果表明:如果与TTG熔体平衡的残留相是不含金红石的石榴角闪岩,熔体Nb/Ta比值低于源岩但Ta含量不低于La;若残留相是含金红石的榴辉岩,熔体Nb、Ta的含量低于La但Nb/Ta比值高于源岩。所以,TTG熔体的残留相应为含有金红石和相对低Mg#的钙质角闪石的角闪榴辉岩。前者使熔体的Nb、Ta相对于LILE亏损,后者平衡金红石导致的熔体Nb-Ta分馏效应。满足形成常见的低Nb/Ta比值且Nb、Ta相对于LILE亏损的TTG的成岩机制是:俯冲洋壳玄武岩含水条件下的部分熔融,或科马提质玄武岩在增厚地壳下部的失水熔融。对应的地球动力学环境分别是俯冲带或水平运动导致的地壳块体碰撞叠复增厚带,暗示在早太古时期地球表层已经出现板块构造。与俯冲过程伴生的岩浆作用以及与碰撞叠复作用相关的科马提质玄武岩失水熔融作用是太古宙大陆地壳的重要生长方式。太古宙TTG岩系的Nb/Ta比值具有重要的成岩指示意义。

中生代兴蒙造山带东缘的古太平洋板块俯冲

兴蒙造山带东缘包括松辽盆地以东的小兴安岭-张广才岭造山带、布列亚-佳木斯-兴凯地块和锡霍特-阿林增生杂岩带,是古亚洲洋与古太平洋构造体系过渡的地带。岩浆岩研究表明,古太平洋板块在佳木斯地块的俯冲作用最早可能始于早二叠世,三叠纪-早侏罗世时,其俯冲影响到牡丹江断裂两侧,形成了南北向分布的岩浆岩带以及由黑龙江杂岩为代表的增生杂岩带,晚侏罗世-早白垩世时期,锡霍特-阿林的地体群沉积了来自佳木斯-兴凯地块和华北克拉通的碎屑物。由于古太平洋板块俯冲方向的变化,板片俯冲作用相关的岩浆活动在这段时期逐渐减弱,大量北北东向的左行走滑断裂将锡霍特-阿林的地体向北运移、拼贴至现今位置;同时,中国东北地区则转为伸展环境。晚白垩世时期,俯冲作用再次活跃,产生了锡霍特-阿林地区广泛的岩浆活动。

古太平洋板块俯冲-增生时限:饶河增生杂岩的地球化学和年代学制约

饶河杂岩作为那丹哈达增生杂岩的主体,是古太平洋板块西向俯冲的直接证据。饶河增生杂岩组成与增生过程的研究对限定古太平洋板块向欧亚大陆的俯冲与增生过程具有重要的指示意义。本文在野外地质调查和饶河大岱地区大比例尺填图基础上,明确了饶河杂岩主要由枕状玄武岩、辉长岩以及大洋板块沉积地层(OPS)组成,这些岩石均呈构造透镜体状分布在海沟沉积物中,并被中生代花岗质岩脉所穿切,因此为限定饶河增生杂岩的组成、增生和就位时代提供了关键制约。地球化学数据表明玄武岩具有洋岛玄武岩(OIB)的地球化学属性。LA-ICPMS锆石测试结果表明该地区玄武岩和辉长岩的形成时代分别为166±2Ma和214±5Ma,限定了饶河杂岩中镁铁质-超镁铁质岩石的形成时代为晚三叠世至中侏罗世。结合该区粉砂质泥岩和砂岩的沉积时代下限分别为167±3Ma和133±4Ma,表明饶河杂岩的增生时代为167~133Ma,此外样品的碎屑年龄信息表明基质的物源为邻近的佳木斯地块和中亚造山带东段,其中前寒武的碎屑年龄在中国东北的多个陆块均有出现,可能源于早前存在的前寒武纪基底。本文测得侵入饶河杂岩的2个二长花岗岩形成年龄分别为126±1Ma和105±2Ma,表明饶河杂岩中的花岗岩脉主要形成于两个阶段,其中较老的花岗岩侵入体进一步限定了饶河杂岩的最终就位时代为133Ma至126Ma,表明古太平洋板块在中侏罗世至早白垩世存在西向俯冲-增生作用,为古太平洋板块的构造演化提供了重要的制约。

板块俯冲对岩浆作用影响的同位素地球化学示踪研究

同位素已成为俯冲带岩浆作用研究中灵敏的地球化学示踪剂,是约束岩浆运移过程和时间尺度的有力工具。综述了近几十年来利用Sr-Nd-Pb-Hf同位素、Li和B同位素以及Be和短周期铀系同位素等方法,在俯冲带岩浆作用过程、时间尺度、岩浆源区物质特征、岩浆形成演化及控制机制等方面取得的进展和成果。最后指出将不同同位素研究应用于弧后盆地岩浆作用的研究中,必将为全球俯冲带岩浆作用研究带来突破性的进展和成果。

板块俯冲对济阳坳陷形成的制约

为了研究地幔柱、西太平洋板块俯冲对济阳坳陷的影响,在前人提出的地幔柱观点的基础上,总结济阳坳陷的地质特征及关于地震震源分布与板块俯冲的研究成果,发现济阳坳陷的沉积地层、岩浆活动、构造拉张、地热梯度、密度流成因的储集砂体由南而北有规律地分布;俯冲板块进入地幔的过程实际上构成了地幔对流的下降流,地幔660km(或670km)深处是俯冲板块进入地幔后地幔物质调整所引发的上升流的深度;西太平洋板块向下俯冲时下插角度由南而北减小,俯冲板块到达地震不连续面的时间自南向北增大,使地幔柱由南向北迁移,导致济阳坳陷的地质、地球物理特征具有规律分布的特点.

板块俯冲和岩浆过程中碳循环及深部碳储库

地球内部可能存储了地球上大部分的碳,地球的整个地质演化历史都伴随着碳循环。岩浆过程是重要的CO2释放途径,引起地表碳的增加。板块俯冲起动之后,俯冲带成为地表碳重返地球内部的基本途径。板块俯冲和岩浆过程构成了地表过程和地球内部之间的碳循环,在地质历史时期影响着地表的碳总量,对于宜居地球环境和一些重要矿产资源的形成具有重大意义。然而,相对地表过程的碳循环而言,国际上对深部碳循环的研究程度和取得的认识远远不足。对于地球深部碳的富集机制、赋存部位,以及碳在地球内部各圈层之间的交换规律,还存在很大争议。本文对与深部碳循环密切相关的深部碳储库、岩浆中的碳组成及其对岩浆成因的影响,以及板块俯冲过程中碳行为进行了总结。结果表明,无论是洋中脊玄武岩或洋岛玄武岩,其源区CO2组成都存在高度不均一性;与地幔柱有关的深源板内火山岩相对洋中脊具有异常高的CO2组成,显示深部地幔比上地幔或软流圈更富集碳。地球的地幔转换带(410~660km)、大陆岩石圈,甚至下地幔可能是重要的碳储库。碳酸岩熔体与岩石圈橄榄岩存在化学不平衡,长期的碳酸岩熔体交代作用可能导致大陆岩石圈是个重要碳储库;地幔转换带的高压还原环境可能使得来自上涌地幔或俯冲板片中的碳以金刚石形式存储。地幔转换带或更深的碳在上涌减压过程中通过氧化还原熔融可以转化为CO2,对地幔初始熔融和板内火山岩的成因(尤其是碱性火山岩)可能具有至关重要的作用。综合认为,导致地球内部富集碳的地质作用最可能是长期板块俯冲,但是目前国内外对与板块俯冲过程相关的碳行为和碳通量估算还存在很大的不足,未来有必要针对岩浆过程的CO2活动行为、俯冲板块中碳的转化行为以及脱碳规律重点开展研究。

吉林—日本区深震特征及板块俯冲图像分析

根据USGS地震资料:分析了吉林—日本深震区地震的深度特征,结果表明:吉林—日本深震区地震位于太平洋板块与欧亚大陆板块的交界带上,其北支地震活动强于南支,同时也揭示了该区地震深度、地震频次以及地震能量之间的关系,指出其最容易发生强震的地震层位在570～580km左右。由深度资料推断板块间的作用方式,太平洋板块向欧亚大陆的挤压是一个由浅入深的过程,在不同的部位其俯冲角度与俯冲距离是不一样的,一般来说,倾角越大,俯冲越陡,水平延伸距离越短;反之,倾角越小,俯冲越平缓,水平延伸距离越长。

2011年5月中俄边界深震震源机制所展示的太平洋板块俯冲动力作用

太平洋板块向欧亚板块俯冲（常称为日本俯冲带）经日本海沟插入中国东北大陆下约600km深处，到达吉林珲春一带，造成东北地区频繁发生深震活动。不少研究认为，太平洋板块俯冲是中国东北及邻区岩石圈减薄和伸展作用的重要动力来源。

扬子板块俯冲加积杂岩的初步研究

根据大别—苏鲁造山带浅变质岩系的地质产状，本文将其与高压—超高压岩石一起作为大陆板块俯冲的加积杂岩来考虑，发现它们在岩石类型、变质时代和原岩性质等方面具有一定的可比性，因此可看作为扬子板块大陆俯冲的加积杂岩。由此根据板块俯冲的加积楔模型，对浅变质岩系的形成和演化过程进行了地球动力学解释，结果对扬子板块俯冲及其与华北板块碰撞的俯冲带和缝合带位置提供了制约。