华北大陆地壳─上地幔岩石学结构与演化

本文基于出露的前寒武纪变质岩系、中、新生代岩浆活动以及新生代玄武岩中上地幔包体的岩石学与地质压力计研究，结合地球物理测涤资料与高温高压下岩石中地震波传播速度的实验成果，提出了华北大陆三个地区（河北平原、太行－五台、鄂尔多斯）的地壳－上地幔岩石学结构，讨论了界面性质及其演化。在强调ｖ＿ｐ、ｖｂ、σ结构与岩石学结构共同约束的基础上，有效地识别了不同地区硅铝质陆壳在物质组成上的差异和上地幔低速层或矿物相转变等特征。本文提出壳－幔岩石学结构及其演化，密切地与陆壳主要形成时期的太古－早元古构造岩浆事件相关，又与显生宙构造岩浆事件对它的改造程度有关，壳－幔岩石学结构是我们追索大陆的构造性质及其演化的一个重要记录和科学依据。

冀东黑云母片麻岩在1GPa压力下脱水熔融实验

报道冀东黑云母片麻岩在１ＧＰａ压力下脱水熔融实验的相关系。其固相线温度为８１２℃，黑云母消失的温度为８３７℃，角闪石消失的温度为８８７℃，在８６２℃时开始形成斜方辉石和单斜辉石。实验表明，在温度８１２—９５０℃范围内形成水不饱和的花岗质岩浆，数量为２０％－３０％，而留下的难熔残余是斜方辉石＋单斜辉石＋石榴石＋斜长石＋石英±角闪石，后者与麻粒岩相岩石的矿物组合相符合，暗示下地壳岩石经生成花岗质熔浆的熔融事件后，留下的将是麻粒岩相岩石。

冀东陆壳结构的岩石学模型

冀东地区的古老变质岩系是一个出露的大陆地壳断面。根据变质岩系的变质相、亚相的研究和地质温压计计算的结果推定的深度,并结合地球物理测深资料,以及笔者测定和前人的岩石高压下波速实验资料提出了本区大陆地壳结构的岩石学模型。下地壳由麻粒岩相岩石组成,上部为角闪石麻粒岩亚相的中性成分的麻粒岩,下部为辉石麻粒岩亚相的基性成分的麻粒岩构成,底部夹有透镜状蛇纹石化橄榄岩以及紫苏花岗岩。中地壳主要由高角闪岩相的中性-中酸性成分的片麻岩、片岩构成,顶部为低角闪岩相的片麻岩、片岩,广泛发育英云闪长岩和花岗闪长岩岩体,含隙间高温流体相(fluid phase),形成高导-低速层。上地壳主要为绿片岩相(部分低角闪岩相)的板岩、千枚岩、片岩、变粒岩以及花岗岩组成,顶部为沉积盖层。

黑云母片麻岩—H_2O系统在0.1—0.2GPa压力下的熔融实验

本文提出了冀东黑云母片麻岩—H2O系统在0.1一0.2GPa压力下熔融买验的相关系。其固相线温度分別为0.1GPa时762℃,0.2GPa时712℃。黑云母消失的温度分別为0.1GPa时787℃,0.2GPa时737℃,石英消失的温度分别为0.1GPa时837.℃,0.2GPa时787.℃。采用Burn-ham模型计算的在液相线温度下岩浆饱和水的含量分別为0.1GPa时3.8%与0.2GPa时5.8%。根据实验结果以及早前寒武纪时冀东陆壳的古地温可知,该区早前寒武纪角阿岩相岩石分布的地区广泛出现的混合岩化作用应主要归因于陆壳岩石(黑云母片麻岩等)的局部熔融作用。由实验结果以及现代冀东陆壳的地温可推知,壳内低速层可能不是由岩石局部熔融所引起,而是由岩石中含有隙间水流体引起。

冀东早前寒武角闪岩相、绿片岩相岩石及中、上地壳分层的讨论

现今陆壳结构的分层主要建立在地震波速度分层模型的基础上。近年来的研究表明,将地球物理模型与岩石学模型结合起来,就可对陆壳结构的分层提出更好的约束条件,这是当前岩石圈层圈结构研究的一个重要新趋势。笔者提出冀东地区角闪岩亚相的划分和绿片岩相归属于高温亚相的意见,并由此推导中、上地壳的分层,为地震研究提供岩石介质的背景资料。

冀东陆壳热结构─—由岩石学模型推导

本文根据变质岩矿物对的平衡热力学研究结果，提出冀东地区早前寒武纪陆壳平均地温分布曲线，并讨论现代陆亮地温曲线的两种可能形态．早前寒武纪在相当于中、下地壳的部分，地温的平均梯度约为７．３℃／ｋｍ，它预示了对流热传输占有重要地位（约占６５％）．基于传导热传输的假设，现代地温分布是一条平滑的曲线，而基于中地壳是一个含水的低速层以及对流热传输的假设，现代地温分布则可能是一条折线．退变质作用引起的放热与扩容可能是诱发地震的能量来源之一．

陆壳岩石学

陆壳岩石学是一个新的学科研究方向，它是研究陆壳，特别是其深部物质的化学、物理学与动力学的探针。８０年代初Ｆｏｕｎｔａｉｎ提出了世界上五个地区的陆壳断面，提出上、中、下地壳分别由绿片岩相、角闪岩相与麻粒岩相岩石构成。近年来笔者提出华北大陆三个地区的陆壳断面。陆壳岩石学是多次构造－岩浆事件的记录，陆壳岩石在物理与化学上的不均匀性是我们追索大陆动力学的重要科学依据。今后的发展趋势是研究陆壳细结构岩石学、陆壳类型及其动力学、陆壳岩石学与地质灾害、环境、城市地质学的关系等。

关于华北克拉通燕山期岩石圈减薄的机制与过程的讨论:是拆沉,还是热侵蚀和化学交代?

关于华北克拉通燕山期岩石圈减薄作用,主要有两种模型:(1)岩石圈拆沉;(2)热侵蚀和/或化学交代。文中主要从岩浆活动与构造变形两个途径,通过(1)燕山带造山幕和结构要素组合以及造山过程的p-T-t轨迹;(2)收缩构造变形、火成岩构造组合和下地壳岩石捕虏体3个独立证据提出陆壳的构造加厚;(3)火成岩成因的壳幔相互作用模型和热模拟等,试图讨论华北地区克拉通有浮力的岩石圈如何转变为密度大的岩石圈,随之发生拆沉作用,而不是热侵蚀或化学交代机制使岩石圈地幔改造为EMI印记实现的减薄作用。大量对流的软流圈物质注入克拉通是诱发陆壳发生局部熔融所必需的条件。底侵玄武质岩浆的加热并弱化先前的冷和强的克拉通地壳,创造一个流变学条件,以使收缩构造变形和陆壳加厚成为可能。陆壳最下部和岩石圈地幔中形成的大量玄武质岩石,在构造加厚作用下,相转变为榴辉岩,致使原先有浮力的岩石圈转变为密度大的岩石圈,随之发生拆沉作用。

火成岩组合与构造环境:讨论

讨论了不同构造环境下的火成岩组合:(1)洋中脊扩张,(2)洋岛,(3)岛弧,(4)MORS型和SSZ型蛇绿岩,(5)活动大陆边缘弧,(6)与俯冲作用有关的火成岩弧的组成极性,(7)大陆碰撞,(8)大陆裂谷,(9)稳定的克拉通或地台等环境的火成岩组合。强调不同作者采用不同的参数坐标定义的拉斑玄武岩系列(TH),钙碱性系列(CA)和碱性系列(A)等学术含义的差别,指出不要因为在语言书写上的相同混淆了它们在学术含义上的差别,而造成有关构造环境识别的误解。探讨了识别洋中脊扩张型(MORS)和洋俯冲带上面(SSZ)蛇绿岩(套)在火成岩组合上的差别。基于高温高压实验成果,提出定义高镁安山岩(HMA)时,对应于w(SiO2)的w(MgO)的最低值(表2)。讨论了镁安山岩—英安岩(MAD)和埃达克岩(adakite)的术语,建议采用Kay(1978)的镁安山岩—英安岩来定义(而不是用adakite来定义)俯冲洋壳板片局部熔融产生的岩浆,认为具高Sr/Y,低FeO/MgO,高MgO,高Ni,Cr的镁安山岩—英安岩才能满足板片熔浆(slab-melt)特征的要求,而不是只强调高Sr/Y这个指标。根据有关大陆碰撞造山的不同分类方案及其术语的确切含义,强调了后造山与大陆裂谷环境的A型/r的识别在于前者与CA/r共生,后者则无CA/r共生,A与CA的学术含义是Peacock钙碱指数的分类。

华北地台前寒武花岗岩类、陆壳演化与克拉通形成

通过华北前寒武纪花岗岩类的研究，提出英云闪长岩和奥长花岗岩（Ｔ１Ｔ２）代表不成熟陆壳组成，Ｔ１Ｔ２Ｇ１Ｇ２代表半成熟陆壳组成，花岗闪长岩和花岗岩（Ｇ１Ｇ２）代表成熟陆壳组成。讨论了大陆根的形成与性质。识别出华北地台内１０个太古陆核。讨论了中太古代初始陆核、新太古代陆核；新太古代末两个微大陆尺度的陆核的形成；

大别造山带燕山期造山作用的岩浆岩石学证据

在区域地质填图基础上研究了大别地区燕山期岩浆岩,重新划分了该区燕山期岩浆作用期次,发现大别地区在燕山期存在一个完整的造山岩浆旋回。首次提出本区燕山晚期岩浆岩为双峰式组合,与燕山早期岩浆岩属高钾钙(碱)性-钾玄岩组合一起构成一个从挤压到伸展的造山岩浆旋回,成为燕山期造山的重要佐证。岩浆岩成因特点揭示出本区的岩石圈结构在燕山期存在一个从双倍陆壳到正常陆壳的过程,深部地质过程则是底侵作用和拆沉作用的继续。

中国北方大陆下的地幔热柱与岩石圈运动

本文首次提出中国北方大陆下存在一个地幔热柱的论证,并提出亚热柱(sub—plume)的新概念。热柱的中心与边缘部分的隙间熔浆分别为苦橄质玄武岩与碱性玄武岩。在渐新世到中新世约18.4 Ma内,北方大陆以3.26cm/a的速率向东南飘移了约600km,使日本海、渤海—华北平原等脱离热柱。导致晚第三纪日本海扩张的停止,渤海—华北平原等早第三纪火山喷发的突然中止。火山喷发期间,在热柱头部若干个亚热柱的形成,好似若干个“铆钉”穿入岩石圈,有效地阻止了岩石圈的飘移(这时的飘移速率只有0.05cm/a),我们把火山喷发称为固定岩石圈的“铆钉效应”。

华北地区新生代岩石圈伸展减薄的机制与过程

华北地区可划分出2个岩石圈尺度的构造单元:西面的鄂尔多斯克拉通块体和东部的华北裂谷盆地。华北裂谷由主体的似环状盆地和周边山岭组成,还有大的似环状盆地中央的苏鲁淮山岭。华北裂谷盆地,在古近纪(E)和新近纪(N)—第四纪(Q)时期分别通过主要的纯剪切(pureshearing)和分布剪切(distributedshesring)(均含简单剪切组分)变形机制形成,它们导源于软流圈上涌诱发的巨大岩石圈减薄作用。然而,鄂尔多斯块体周边的断陷盆地带则是通过简单剪切(simpleshearing)变形机制形成,它们导源于鄂尔多斯克拉通块体的隆升和作用于鄂尔多斯南缘的六盘山与来自青藏高原碰撞带的北东向挤压力的联合作用。新生代时期,在快速的岩石圈大幅度减薄的时期内,华北地区东部向东伸展的速率比西部的鄂尔多斯块体大得多,它暗示软流圈物质向东的流动可能主动地拖拉着上覆岩石圈向东移动。可能有3条这样的通道,允许青藏碰撞带下面的软流圈物质向东流动,它们是:(a)高原南部过松潘—甘孜、三江达南海;(b)高原北部经六盘山、鄂尔多斯周边和华北—东北平原达日本海;(c)帕米尔经天山、蒙古西部、贝加尔达鄂霍次克海。

安徽省庐枞与滁州盆地火山岩岩石学特征与Fe-Cu成矿的关系

庐枞盆地与滁州盆地的火山岩岩石组合分别为钾玄岩-安粗岩-粗面岩组合和安粗岩-粗面岩组合,并分别与Fe,Cu矿有成生联系,形成于早白垩世,约130Ma。庐枞盆地与滁州盆地的火山岩组合,具明显不同的化学特征,他们分别为:①SiO2-ALK系统的碱性和亚碱性,②Peacock’s碱钙系统的碱性(A,～50.8)和钙碱性(CA,～57),③SiO2-FeO*/MgO系统中的拉斑玄武质(TH,或Fe质)和钙碱性(CA,或Mg质)。庐枞盆地火山岩母岩浆源于上地幔软流圈,滁州盆地火山岩则源于俯冲的玄武质洋壳,优先富Fe的地幔和优先富Cu的玄武岩源在局部熔融时提供多量的Fe和Cu元素被萃取进入岩浆,致使两个盆地火山岩分别具有Fe与Cu成矿专属性。它们形成于与伊佐奈崎洋俯冲有关的活动大陆边缘火山弧的内带。火山岩组合成矿专属性的讨论为区域成矿潜力评价提供重要参考。谨以此文庆贺常印佛院士80华诞。

大别造山带岩石学结构和热结构及其地质意义

岩石学结构和热结构表明大别碰撞造山带是由两个不同岩石—构造单元叠置形成,代表两个深部地壳物质剖面。本文通过对高压、超高压岩石形成过程中岩石物理(密度)性质分析,指出大陆长英质地壳自身在特定岩石学结构情况下可以俯冲至地幔深度。低温、快速折返是缺乏同碰撞和碰撞后花岗岩类的主要原因。“浮沉子效应”是超高压岩石形成和折返的力学机制。

英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(TTG)岩石构造组合及其亚类划分

TTG岩石构造组合(或岩类)表征洋壳俯冲作用。本文提出TTG岩类的4个亚类:(1)镁安山岩系列(MA)低压型TTG亚类,形成于非常年轻和很热的洋壳俯冲,压力≤1 500-1 600 MPa,深度≤50-60 km,例如活动洋中脊俯冲的板片窗的边缘;(2)镁安山岩系列(MA)高压型TTG亚类,形成于比较年轻和较热的洋壳俯冲,压力≥1 500-1 600 MPa,深度≥50-60 km;(3)低镁(或非镁)安山岩系列(LMA)低压型TTG亚类,形成于洋内弧下地壳,压力≤1 500-1 600 MPa,深度≤50-60 km;(4)低镁(或非镁)安山岩系列(LMA)高压型TTG亚类,形成了大陆边缘弧山根带,压力≥1 500-1 600 MPa,深度≥50-60 km。对TTG岩类4个亚类的研究,并结合对无TTG形成的老的冷的俯冲带洋壳和冷的弧地壳以及幔楔有无岩浆产生等方面的研究,可以重建岩浆弧的壳幔结构和热结构,进而可为与洋俯冲有关的成矿作用提供地质背景。

华北太行—燕山—辽西地区燕山期(J—K)造山过程与成矿作用

太行—燕山—辽西造山带是中国东部一个重要的燕山期(J—K)Au-Mo-Pb-Zn-Ag-Cu-Fe金属成矿带,亦是燕山期煤田分布的重要地带。讨论了该区18个燕山期金属矿床及其相关的侵入体的同位素年龄,两者在时间上的总体一致性,以及重要煤田的形成与特征时代的沉积建造相伴生,均从年代学的约束方面提供了成矿作用与燕山期岩浆—构造事件的成因联系。在已有的燕山造山带岩浆构造事件序列的基础上,把成矿作用纳入其中,提出了该造山带燕山期岩浆—沉积—构造—成矿事件序列的初步框架。进而,从物质组成的角度,讨论了该造山带金属成矿作用与火成岩组合的成因联系;同时也讨论了成矿作用可能的源区以及成矿作用的阶段性与造山带之间的成生联系。提出了造山带与成矿作用的初步框架模型。前造山幕—初始造山幕(J1)和后造山幕(K21)比较宁静的构造环境和湿热环境为煤田形成提供良好的动力学环境。同造山幕的大规模岩浆活动为金属矿床形成提供重要背景:早期造山幕(J2)伴随古老下地壳的熔融,生成以安山质为主的岩浆活动及伴生主要的Au和Pb、Zn矿床;峰期造山幕(J3),陆壳升温达峰值,导致上地壳岩石的大规模熔融作用,形成大规模花岗质岩浆的侵入,伴生大量Mo矿;晚期造山幕(K11),“过热的”上部地壳开始降温,壳幔深部的镁铁质岩浆更多地喷出和侵入,伴生Fe矿床的形成,同时,新形成的侏罗纪下地壳熔融,伴生Cu矿。

格尔木－额济纳旗地学断面走廊域地壳－上地幔岩石学结构与深部过程

基于岩石学研究与地球物理场的结合，提出了祁连山、柴达木与北山３个地区的壳幔岩石学结构．认为造山带加厚的下地壳与山根带分别由高压麻粒岩相与榴辉岩相岩石构成，对断面走廊域进行了岩石学填图．探讨了山根的形成与不对称、陆壳物质的分异与新莫霍界面的形成、造山岩石圈增厚机制、岩石围拆沉与玄武岩岩浆底侵作用等．讨论了青藏高原南、北缘岩石图增厚机制的差异及其岩石学标志．

华北地区三类岩石圈的壳幔岩石学结构与化学结构及其大陆动力学意义

根据地质和地球物理特征表现出的岩石圈不连续 ,华北地区可区分出鄂尔多斯克拉通型、燕山太行造山带型和华北平原裂谷型三类岩石圈。依据岩石学方法、壳幔演化模型、造山带形成过程以及地震波速与岩石化学成分之间的关系 ,建立了华北地区三类型岩石圈的壳幔岩石学结构和化学结构 ,讨论了不同岩石圈类型的壳幔物质结构、地壳和岩石圈地幔厚度的地质含义、岩石圈不连续在划分岩石圈单元中的作用及不同类型岩石圈形成的大陆动力学意义。

对流地幔输入大陆与大陆成矿作用

文章讨论了对流地幔向大陆的输入是大陆成矿作用的直接驱动力。以华北燕山造山带为例,认为卷入的对流地幔可能深达670km界面。对流地幔的热和物质输入大陆诱发形成一个新的被扰乱的岩石圈–软流圈系统(LAS),它成为大陆成矿作用的重要深部环境。提出了被扰乱的大陆岩石圈–软流圈系统及其成矿作用的4个类型:①伸展环境下的岩石圈巨大减薄作用;②挤压环境下的岩石圈巨大减薄作用;③挤压环境下的岩石圈巨大加厚作用;④太古克拉通岩石圈根在造陆运动中,地幔深部小的热扰乱。最后讨论了大陆成矿作用的基本过程。