大别造山带构造归属:海西期以来地幔化学成分特征证据

通过对海西期以来幔源岩石化学成分 (特别是高度不相容元素对比值和具有相似性质的元素对比值 )研究并与相邻构造单元 (扬子板块北缘、华北板块南缘、北秦岭带、南秦岭带 )地幔特征对比表明 ,大别造山带中海西期春秋庙 -王母观辉长岩、碰撞后晚燕山早期镁铁 -超镁铁质岩体 (包括南、北大别造山带 )以及产于大别造山带南部和扬子地块北缘的晚燕山晚期碱性玄武岩源区地幔 ,均具有富Sc、Cu ,贫MgO ,低Zr/Hf和高Rb/Sr、Ba/Sr、Ba/La、Nb/Ta、Yb/Hf等特征。源区地幔的这些特点与元古宙以来扬子地幔特征相似 ,而与华北地幔特征存在显著区别 ,反映大别造山带发育在扬子地幔上。根据大量的地质学、构造地质学、岩石学、地球物理及地球化学等研究结果 ,指出桐柏 -商城 -磨子潭 -晓天断裂带是秦岭造山带中商丹断裂带的东延。综合研究证实大别造山带主体属南秦岭的组成部分。

峨眉山玄武岩地幔源成分及其变化的微量元素标志

根据峨眉山玄武岩系岩石的稀土元素、不相容元素特征，估计了产生其母岩浆的地幔源成分，在讨论了地幔平衡部分熔融和岩浆分离结晶过程中强不相容元素与一般不相容元素的比值变化后，提出用双对数图解来判别地幔成分、元素总分配系数及母岩浆形成时地幔熔融度的原理。根据Ｌａ，Ｃｅ和Ｓｃ，Ｙｂ在地幔－岩浆过程中地球化学特征，运用上述原理，讨论了峨眉山玄武岩系母岩浆的地幔成分及其变化，计算了地幔矿物相组成和部分熔融度。

地幔过渡带间断面结构地震学成像研究进展

地幔过渡带位于410-km和660-km两个地震学间断面之间,是深入认识地球内部温度结构、物质组成以及动力学演化过程的关键区域.地幔过渡带的上下界面分别对应橄榄石到瓦兹利石和林伍德石到布里奇曼石和铁方镁石的矿物相变.本文总结了地幔过渡带间断面结构的主要地震学研究方法以及研究进展.这些方法包括SS和PP前驱波方法、接收函数方法、ScS多次反射波方法、P'P'前驱波方法、三重震相波形模拟方法、背景噪声体波干涉成像方法等.总体而言,地幔过渡带的厚度与地幔过渡带速度在大尺度结构上存在正相关性,表明两者都主要受控于温度结构,与橄榄石矿物相变预测一致.然而,地震学观测得到的410-km和660-km间断面的绝对深度和几何形态则缺乏相关性,可能是由于地幔过渡带上下界面处的横向温度变化特征并不一致或者由于水含量和化学成分等差异所导致.410-km和660-km间断面的强度(包括速度、密度和波阻抗跳跃值)和宽度主要受到地幔过渡带化学成分和水含量的影响.一些地震学研究还探测到了地幔过渡带内部的520-km和560-km间断面,前者被认为由瓦兹利石到林伍德石的相变所导致,而后者可能与钙-钙钛矿从超硅石榴子石中出溶有关.地幔过渡带附近的低速层可能与过渡带物质进入上下地幔发生脱水熔融存在一定联系.尽管地幔过渡带研究取得了长足进展,但仍有许多重要科学问题悬而未决.精确可靠的地幔过渡带地震学成像结果可以为这些问题提供关键信息,但同时也需要与矿物物理学、地球动力学、地球化学等学科交叉融合.本文最后对未来的地幔过渡带地震学研究方向进行了展望.

地幔地球化学研究进展:微量元素和同位素特征

系统介绍了近年来地幔同位素地球化学的研究进展，概述了ＳｒＮｄＨｆＰｂ、Ｏｓ、ＨｅＡｒ和Ｎｅ同位素在幔源岩石示踪和成因鉴别上所取得的成果，指出同位素在地幔岩石研究的重要作用；简要总结了全球及区域地幔平均化学成分的主要研究手段和某些全球均一比值（如Ｎｂ／Ｕ、Ｙ／Ｈｏ和Ｃｅ／Ｐｂ）的意义；并提出分析技术的落后和基础理论的停滞是影响同位素和微量元素在地幔研究中应用和发展的主要因素。

地幔地球化学:洋岛玄武岩制约

对地幔的地球化学研究为理解地球的形成和演化、其内部结构以及地幔动力学提供了重要制约.全地球的成分是通过由地幔岩石与球粒陨石对比所得到,并由此引出了球粒陨石质地球模型.这个模型认为地球难熔元素比例与球粒陨石相同,但挥发份相对亏损.洋岛玄武岩可能是源于地幔柱深部成因,进而成为研究深部地球的独特途径.洋岛玄武岩同位素组成变化可用有限几个地幔端元(例如,DMM、EM1、EM2和HIMU)来描述,由此用来解译重要的地幔过程.地壳物质通过俯冲和拆沉进入深部地幔,对地幔不均一的形成起到了重要作用.然而,这些地壳物质如何由部分熔融所提取,例如洋岛玄武岩成因中贫橄榄石岩石的作用,仍是热点争论话题.高~3He/~4He地幔的位置和成因仍有争议,存在从下地幔未演化(或弱演化)的原始物质到浅部成因的高程度演化物质的看法,后者包括古老熔融残留、弧下镁铁质堆晶和再循环含水矿物.可能存在的核幔相互作用被假定为洋岛玄武岩中诸如放射成因^(186)Os以及Fe和Ni的富集之类地球化学特征形成的原因.诸如^(142)Nd、^(182)W和Xe同位素之类的短寿命核素的微小但重要的变化在古老和现代岩石中均有报道,这暗示地幔必须在地球形成后100Myr内即发生分异,而且地幔并未被对流所有效均一化.

矿物高温高压下弹性的第一性原理计算研究进展

矿物在高温高压下的弹性特性是我们将地球内部波速信息转换为地球内部成分、温度时所不可缺的最基本数据,是我们理解地球内部水的分布、地球动力学特性等的基础.最近十多年来,弹性特性的研究取得了长足的进展.第一性原理计算方法无需引进任何经验参数,所得的结果跟实验可以比拟,可以提供认识地球内部所需的高温高压弹性系统可靠数据,在矿物高温高压下弹性研究中扮演了越来越重要的角色.这一方面得益于计算能力的提高,同时也由于计算方法的进步,如最近发展的新方法所需的计算量不到常规方法的十分之一,且保持计算精度,新方法缓解了常规方法惊人计算量对矿物弹性研究的制约,加速了我们对地球内部主要矿物弹性特性的获取,有力地深化了我们对地球内部成分动力学特性的认识.目前我们对下地幔的主要矿物的弹性特性已经有比较好的认识,包括温度、压强、铁含量对弹性的影响,以及铁的自旋转变下铁方镁石体模量的反常降低,利用这些数据限定下地幔铁方镁石最可能的含量为10~15%.其自旋转变效应足以在层析成像中产生清晰的信号,例如在~1700km处纵波的温度敏感性不到~2300km深处的几分之一,全球P波图像及夏威夷、冰岛等热点下面的地幔柱P波图像在相应深度的＂中断＂都可能与铁方镁石自旋转变有关.地球动力学模拟也发现铁的自旋转变对太平洋和非洲下面大低波速块体的两大结构特点（包括清晰的边界以及从核幔边界一直稳定到边界以上近千千米）的形成扮演关键的角色,从不同的角度表明下地幔铁发生了自旋转变.计算也研究了大部分上地幔和地幔过渡带的矿物弹性特性包括水含量对地幔过渡带矿物弹性的影响,以及俯冲带含水矿物及其他不含水的主要矿物的弹性特性,以帮助弄清俯冲带的含水及水的运移状况,水在地球内部的分布等.但目前水对矿物弹性影响的计算工作基本上还没考虑温度的影响,俯冲带的温度比周围地幔低,温度的效应是不容忽视的问题,应该是将来进一步研究的重要方向.铁及其合金在高温高压下的弹性也被计算大量的研究,这些研究为更好地确定地核轻元素的种类及其含量提供基础数据,但现有的弹性数据还远未能满足我们认识地球内部结构对弹性数据的需求,我们还有大量的工作需要展开.

金伯利岩记录早期地球的分异残留物质

洋岛玄武岩是研究深部地幔最常用的样品,但是它们普遍年轻(小于两百万年),不能为地幔的长期状态提供直接证据。近年来对金伯利岩Nd-Hf同位素的研究表明,金伯利岩在地质历史时期的大部分时间里保留了其原有的地幔成分。金伯利岩是目前已知的起源最深的样品,而且岩浆上升速度快,因此,对古老金伯利岩进行研究可以为早期地球的深部地幔成分提供更可靠的信息。