全球地震层析成像揭示深部地幔特提斯洋俯冲板片残留

特提斯演化描绘了过去5亿年来南方冈瓦纳大陆持续分离出陆块向北方漂移,并与北方大陆拼贴的过程.漂移中的陆块与南北大陆间形成的特提斯洋在经历数亿年的生长、演变和消亡后,随着早新生代印度-欧亚大陆碰撞完全闭合.然而,特提斯洋岩石圈并未消失,而是进入地球深部继续演化.特提斯俯冲板片当前在深部地幔中的位置、形态和体积记录了这个连续演化过程最新的瞬间,为特提斯研究提供至关重要的约束.本文总结分析了近二十年间的全球尺度全地幔地震层析成像研究结果,发现在特提斯域下地幔1000~2000km深度范围内存在一个北西-南东向的线性分布的地震高速异常体,称之为特提斯异常体.通过拟合上地幔已知俯冲板片对前人模型进行最优线性组合,观测到特提斯异常体长约8700km,宽约2600km,呈现南北双支平行结构.结合大洋俯冲起始的地质记录和地球动力学研究,本文认为特提斯异常体的主体部分代表了从晚侏罗纪到早新生代闭合这段时间内的新特提斯洋俯冲板片,其中北支由新特提斯洋在欧亚大陆南缘的俯冲下沉板片构成,南支可能反映了在白垩纪发生的新特提斯洋洋内俯冲板片下沉.特提斯异常体西端的部分高速异常可能代表少量的古特提斯洋残留,而东端的印度和孟加拉湾部分有沉入核幔边界带的迹象.本文最后对未来针对特提斯域的全地幔地震成像研究进行了展望.

内蒙古莫尔道嘎地区晚三叠世-早侏罗世花岗岩的年代学、地球化学及其地质意义

本文对内蒙古莫尔道嘎地区(额尔古纳地块)花岗质岩石行了锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学和岩石地球化学研究,确定其形成时代、岩石成因,从而揭示区域构造背景。莫尔道嘎地区花岗岩中的锆石均呈半自形-自形,震荡生长环带明显,暗示其岩浆成因。测年结果显示,研究区花岗岩可划分为两个期次:晚三叠世(~216Ma)和早侏罗世(201~195Ma)。莫尔道嘎地区晚三叠世-早侏罗世花岗岩的地球化学属性相似,它们具有高硅(SiO_(2)=67.09%~77.05%)、富铝(Al_(2)O_(3)=12.18%~16.83%)、贫铁(Fe_(2)O_(3)^(T)=1.30%~3.48%)等特征,属于准铝质-过铝质(A/CNK=0.97~1.13)、高钾钙碱性系列,具有I型花岗岩的地球化学属性。此外,晚三叠世-早侏罗世花岗岩相对富集大离子亲石元素(LILEs)和轻稀土元素(LREEs),亏损重稀土元素(HREEs)和高场强元素(HFSEs,Nb、Ta、P、Ti等),具有与俯冲带环境下形成的火成岩类似的特征。额尔古纳地块上同时期的钙碱性系列岩石组合的发现,进一步表明莫尔道嘎地区晚三叠世-早侏罗世花岗岩形成于活动大陆边缘环境。结合前人对东北地区中生代火成岩时空变异分布特征的研究,本文莫尔道嘎地区晚三叠世-早侏罗世花岗质岩体形成与蒙古-鄂霍茨克大洋板片南向俯冲作用密切相关。

重力驱动的特提斯单向裂解-聚合动力学

地球自5亿年以来,大量陆块从南方的冈瓦纳大陆不断裂解,相继形成原、古、新特提斯大洋.这些陆块随后陆续漂向北方的劳亚大陆,并与之发生碰撞拼合,形成全球最显著的大陆碰撞造山带,又称特提斯构造域.对源自冈瓦纳陆块的漂移历史,目前已建立了较为清晰的框架性认识,但上述大陆单向裂解-聚合的驱动机制却是特提斯研究中极具争议的问题.通过重新审视特提斯构造域内陆块裂解-拼合历史、大洋俯冲起始的地质记录和全球大尺度深部地球物理特征发现,特提斯洋的大洋板片向欧亚大陆的俯冲是这些陆块运动的"引擎".大洋向欧亚大陆的持续俯冲作用,使得处于大洋另一侧的冈瓦纳大陆被动陆缘发生裂解,进而形成新的大洋.由于持续的俯冲作用,老的大洋不断消减并最终导致裂解的陆块与欧亚大陆碰撞,同时裂解的陆块和冈瓦纳大陆之间新的大洋不断扩张.碰撞以后,俯冲作用能够从碰撞带跃迁至大洋内部产生新的俯冲带,从而使得俯冲"引擎"得以持续运转.多期次的碰撞-俯冲-裂解的转换,使大陆块体周期性地从冈瓦纳裂解并陆续的向欧亚大陆汇聚拼合.俯冲向欧亚大陆之下的大洋板片如同一列单程列车,不断地把陆块从冈瓦纳运向欧亚大陆,使得冈瓦纳不断减小,欧亚大陆持续增大.由于这些大洋板块均属特提斯构造域,我们因此将其称之为"特提斯号"单程列车,而驱动列车单向运行的机制是俯冲板块的重力作用.

西准噶尔晚古生代中基性岩墙群岩石学成因及地质意义

中基性岩墙群的形成及产出对研究区域大地构造背景和岩浆演化过程具有重要的地质意义.对西准噶尔地区的夏尔蒲中基性岩墙群和小西湖中基性岩墙群中样品（共18件）进行了岩石学、锆石U-Pb年代学、岩石地球化学和同位素地球化学等方面的研究.结果显示,夏尔蒲和小西湖岩墙群岩石类型以闪长玢岩为主,含少量辉绿岩.LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学表明夏尔蒲岩墙群的侵位年龄为308.6±5.5Ma.岩石均具有高Mg^#（〉40）、MgO（〉3%）、Al2O3（〉16%）;全岩A/CNK值多在0.9左右,A/NK〉2,属准铝质岩石;岩石整体属钙碱性玄武岩/安山岩系列.岩石具有较低的稀土总量（多在40×10^-6-60×10^-6）,具轻稀土富集、重稀土亏损及Eu正异常等特征（（La/Yb）N为3.03-11.32,δEu=1.00-1.20）;明显富集大离子亲石元素K、Rb、Ba、Sr,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti、Th,呈现了俯冲消减带岩石的地球化学特征.同时,岩石具有较高的Sr（均大于500×10^-6）、较低的Y（大多小于10×10^-6）和Yb（多在1×10^-6左右）含量,较高的Sr/Y比值（36-95）,大多数样品具有富镁埃达克质岩石的组成特征.岩石具有亏损的Sr-Nd同位素组成（（^87Sr/^86Sr）i=0.703 58-0.703 80,εNd（t）=5.76-6.34）.元素及同位素地球化学资料表明岩浆源区中既有亏损地幔组分的参与,又有俯冲消减作用的印迹.结合区域地质特征及前人研究成果,结果表明晚石炭世时西准噶尔地区已进入后碰撞阶段.由于俯冲残留大洋板片部分熔融,产生的熔体在与亏损地幔一定程度相互作用后,经单斜辉石的分离结晶而形成了夏尔蒲和小西湖岩墙群中富镁埃达克质岩石;而来源于亏损地幔的岩浆同样经单斜辉石的分离结晶后,形成了夏尔蒲岩墙群中的辉绿岩和小西湖岩墙群中的角闪闪长玢岩.大规模中基性岩墙群的产出则进一步表明晚石炭世时西准噶尔地区处于后碰撞的伸展拉张构造背景之下。

中国东部新生代玄武岩记录古太平洋俯冲带壳幔相互作用

大陆玄武岩通常具有与洋岛玄武岩相似的地球化学成分,其中含有显著的壳源组分.对于洋岛玄武岩来说,虽然其中的壳源组分归咎于深俯冲大洋板片的再循环,但是对板片俯冲过程中的壳幔相互作用缺乏研究.对于大陆玄武岩来说,由于其形成与特定大洋板片在大陆边缘之下的俯冲有关,可以用来确定古大洋板片俯冲的地壳物质再循环.本文总结了我们对中国东部新生代玄武岩所进行的一系列地球化学研究,结果记录了古太平洋板片俯冲析出流体对地幔楔的化学交代作用.这些大陆玄武岩普遍具有与洋岛玄武岩类似的地球化学成分,在微量元素组成上表现为富集LILE和LREE、亏损HREE,但是不亏损HFSE的分布特点,在放射成因同位素组成上表现为亏损至弱富集的Sr-Nd同位素组成.在排除地壳混染效应之后,这些玄武岩的地球化学特征可以由其地幔源区中壳源组分的性质来解释.俯冲大洋地壳部分熔融产生的熔体提供了地幔源区中的壳源组分,其中包括洋壳镁铁质火成岩、海底沉积物和大陆下地壳三种组分.华北和华南新生代大陆玄武岩在Pb同位素组成上存在显著差异,反映它们地幔源区中的壳源组分有所区别.中国东部新生代玄武岩的地幔源区是古太平洋板片于中生代俯冲至亚欧大陆东部之下时,在>200 km的俯冲带深度发生壳幔相互作用的产物.在新生代期间,随着俯冲太平洋板片的回卷引起的中国东部大陆岩石圈拉张和软流圈地幔上涌,那些交代成因的地幔源区发生部分熔融,形成了现今所见的新生代玄武岩.