青藏高原的地幔结构:地幔羽、地幔剪切带及岩石圈俯冲板片的拆沉

通过横穿青藏高原近 80 0 0km长的 4条天然地震层析剖面 ,获得 4 0 0km深度以上的地壳和地幔速度图像及地震波各向异性 ,揭示了青藏高原 4 0 0km深度范围内的地壳和地幔结构特征。地幔速度图像显示 ,青藏高原腹地的深地幔中存在以大型低速异常体为特征的地幔羽 ,其可能通过热通道与大面积分布的可可西里新生代高钾碱性火山作用有成因联系 ;阿尔金、康西瓦、金沙江、嘉黎及雅鲁藏布江等走滑断裂可下延至 30 0～ 4 0 0km深度 ,显示了低速高热物质组成的垂向低速异常带特征及大型超岩石圈或地幔剪切带的产出 ;发现康西瓦、东昆仑—金沙江、班公湖—怒江和雅鲁藏布缝合带下部存在不连续的高速异常带 ,可以解释为青藏高原地体拼合及碰撞过程中可能保留的加里东、古特提斯和中特提斯大洋岩石圈“化石”残片 ,是“拆沉”的地球物理证据。印度大陆岩石圈的巨厚俯冲板片以 15～ 2 0°倾角向北插入唐古拉山下 30 0km深处 ,并被高热物质组成的地幔剪切带分开。结合新的横穿喜马拉雅及青藏高原的地幔层析资料 ,提出青藏高原碰撞动力学新模式 :青藏高原南部印度岩石圈板片的翻卷式陆内超深俯冲 ,北缘克拉通向南的陆内俯冲 ,腹地深部的地幔羽上涌 ,以及地幔范围内的高原“右旋隆升”及物质向东及北东方向运动及挤出。

华北克拉通中生代拆沉陆壳物质对岩石圈地幔的改造:来自橄榄岩捕虏体中角闪石的成分制约

对鲁西和太行山南段早白垩世高镁闪长岩中橄榄岩捕虏体中的角闪石进行了主量元素和痕量元素分析，并讨论了角闪石成分与改造岩石圈地幔熔体的性质与来源之间的关系。研究结果表明，橄榄岩类捕虏体中的角闪石主要为交代成因。在化学上，它们属于钙质角闪石。太行山南段符山橄榄岩捕虏体中的角闪石属于镁质普通角闪石和浅闪石或浅闪石质普通角闪石；鲁西铁铜沟橄榄岩捕虏体中的角闪石为韭闪石质普通角闪石、浅闪石质普通角闪石和镁绿钙闲石质普通角阏石。与板内橄榄岩捕虏体中的角闪石相比，鲁西和太行山南段早白垩世高镁闪长岩橄榄岩捕虏体中的角闪石具有相对高的Mg^#（鲁西：86．0-90．8；太行山：90．7-94．2）和SiO2（鲁西：44．04％-46．98％；太行山：47．09％-49．79％）以及相对低的Na20（1．92％-2．51％）、TiO2（0．01％-1．46％）、Nb（0．29×10^-6-1．98x10“）和Zr（1．61×10^-6-5．34×10^-6），这与来自俯冲带之上地幔楔橄榄岩捕虏体中的角闪石相类似。综合橄榄岩捕虏体的地球化学特征，可以判定华北克拉通早白垩世岩石圈地幔遭受了起源于拆沉陆壳物质熔融熔体的改造。

地壳与弱化岩石圈地幔的相互作用:以燕山造山带为例

燕山造山带中生代发育4期钙碱性火山活动,它们的源区组成都是受壳幔相互作用的制约,其中髫髻山组和义县组分布广泛,具有代表性．髫髻山组岩性比较单一,地球化学参数变化范围小,岩浆的AFC作用不强烈,源区成分不复杂．依据Kay et al．(1991)的方法,估算了早-中侏罗世燕山地区的地壳厚度为40-45 km.髫髻山组粗安岩是在加厚的地壳 (40-45 km)条件下,源区是含角闪石的石榴石麻粒岩+底侵的基性岩的壳幔过渡带熔融形成．义县组火山岩的源区为下地壳+岩石圈地幔,地幔组分较髫髻山组增加．研究区中生代早期地壳开始加厚,发生下地壳拆沉,进入流变学性质改变了的“弱化的岩石圈地幔”,二者发生作用．岩石圈地幔在中生代晚期受到流体、熔体、地幔矿物中活化的分子水、剪切构造作用,以及温、压条件改变的影响,导致岩石圈地幔发生不均一的局部弱化,为容纳拆沉的下地壳提供了优化场所．推测弱化岩石圈地幔出现于135 Ma以后燕山地区发育的小型拉伸盆地之下,以及对应的小型软流圈底辟体之上．上述模型可以与俯冲带的楔形地幔与俯冲洋壳的相互作用相对比．

金星的地幔对流、岩石圈演化和表面更新

金星在大小、轨道半径等方面与地球非常接近,但现今的观测显示金星在大气、表面温度、重力与地形特征等方面与地球非常不同.对固体金星而言,最显著特征是有火山活动但没有活动的板块构造运动、表面平均大约500±200 Ma的年龄显示金星发生过全球性表面快速更新、重力与地形强相关.本文在简要介绍已有工作的基础上,主要介绍我们基于这些观测特征开展的金星动力学研究,包括现今地幔的对流模式、相变对表面更新的影响、地壳厚度、岩石圈演化与表面更新等研究工作和取得的初步认识.

陆内岩石圈拆沉:来自四川盆地西南缘地幔转换带成像的约束

四川盆地西南缘毗邻喜马拉雅东构造结,受印度-欧亚大陆俯冲、碰撞的共同作用,是研究陆内岩石圈构造演化和深浅部动力学过程的理想场所.本研究基于布设在跨四川盆地和川滇地块的高密集宽频带地震台阵波形数据,利用多频率、多模型P波接收函数对区域下方的地幔转换带速度间断面进行了精细成像.研究结果发现,在安宁河-小江断裂带西侧, 660-km间断面出现10~30km“渐变式”下沉,这可能与印度板块自西向东俯冲带来的热异常效应相关.在四川盆地与川滇地块交界处, 410-km间断面在小范围内沿测线表现出5~10km的抬升;而660-km间断面存在横向尺度~150km的剧烈下沉,幅值可达30km.结合地表观测和动力学数值模拟研究结果,认为四川盆地西南缘地幔转换带速度间断面横向小尺度的剧烈变化,正体现了该应力集中区岩石圈“滴落式”拆沉的影响,拆沉的岩石圈碎片在上地幔底部堆叠导致了660-km间断面的局域显著下沉.本研究为较难探测的小规模陆内岩石圈“滴落式”拆沉提供了地震学观测证据,也为受板块/陆块俯冲、碰撞等影响的陆内应力集中区的深浅部动力学过程研究提供了新的思路.

大陆下地壳拆沉模式初探

下地壳拆沉是人们关注的问题,文中指出下地壳拆沉必须满足至少三个条件：(I)地壳加厚使其下部达到榴辉岩相是拆沉的前提。(2)大规模岩浆活动使大量低密度的中酸性物质移出下地壳,使下地壳密度增加直至超过下伏地幔。由于下地壳榴辉岩相岩石部分熔融所形成的岩浆具有埃达克岩的地球化学特征,因此,大规模埃达克岩的熔出是下地壳拆沉的先决和必要条件。(3)岩石圈地幔转化为软流圈地幔,使下地壳能够进入地幔。陆壳下的岩石圈地幔原先是冷的、刚性的和不易流动的,如果有热和水的加入,可以被软化,使其变成热的、塑性的和易流动的软流圈地幔。因此,岩石圈地幔转化为软流圈地幔是下地壳拆沉的必要和充分条件。作者认为,下地壳不大可能整体拆沉,而很可能是一块一块如飘雪花似地拆沉。如果下地壳的密度降低(低于下伏地幔),如果地幔停止热的供给,如果陆壳底部的软流圈地幔又恢复为岩石圈地幔,拆沉即终止。文中讨论了中国东部中生代下地壳拆沉的可能性,探讨了岩石圈减薄的机制,认为下地壳不需要也不可能与岩石圈地幔一道拆沉。

大陆岩石圈与地球深部动力过程的协同演化

陆地是人类最主要的栖息地,然而其下方岩石圈的性质仍存在很多未知的因素.传统的板块构造理论认为大陆漂移是受大洋板块运动所控制,大陆岩石圈与对流地幔的物质交换局限在板块边界或热点附近,而大陆内部,尤其是克拉通的构造变形主要是大陆岩石圈对深部动力过程的被动响应.该认识的一个理论基础是tectosphere模型,即大陆内部的克拉通岩石圈地幔密度小而黏度高,从而能够长期稳定存在.然而近期的研究表明,克拉通岩石圈并非如传统认为的长期保持稳定,很多克拉通都发生过不同程度的结构改变,甚至破坏.相应地,对克拉通岩石圈地幔动力学性质的认知也在发生重大转变,如发现其密度高于周围地幔并且具有分层性,而其内部也存在不同尺度的薄弱带/层,在特定的构造扰动下,克拉通岩石圈会发生失稳而形成大规模拆沉.因此,本文认为,大陆岩石圈与深部地幔在超大陆时间尺度上是协同演化的,前者可以通过拆沉和折返的形式主动参与地幔对流,进而更加深刻地影响深浅能量和物质交换.这一认识的转变表明,大陆岩石圈对深部动力过程具有主动作用,因此我们对固体地球演化、环境气候变迁等重大问题的探索需要更多地引入大陆岩石圈本身的贡献.

从藏南陆-陆碰撞带深部结构构造演化探讨斑岩铜矿的成岩成矿问题

本文以INDEPTH项目对印度大陆与欧亚大陆碰撞带深部成像结果为基础，从构造演化角度探讨藏南陆．陆碰撞带冈底斯斑岩铜矿带的成矿作用问题。深部探测给出的碰撞带深部结构与侯增谦等地质学家提出的深部结构有较大的异同，如何协调起来以深化对藏南陆．陆碰撞条件下成矿作用的认识，这是本文讨论的中心。藏南碰撞带成矿实际上是在新特提斯大洋岩石圈俯冲形成的冈底斯岩浆弧成矿作用的基础上，再经过陆-陆碰撞挤压强烈改造后的再成矿。碰撞带的深部结构构造演化的特点是：（1）新特提斯大洋岩石圈板块向北连续俯冲了约120Ma，形成的冈底斯陆缘火山岩浆弧带，这导致了陆缘带地壳增厚并含有大量的地幔岩浆流体物质（如南美安第斯成矿带那样）；（2）在印度大陆与冈底斯陆缘弧接近碰撞时，在对挤中新特提斯大洋洋壳与大洋岩石圈地幔发生向上挤出与向下拆沉，并使部分洋壳残片和大洋岩石圈物质保存在中上地壳内；（3）两大陆岩石圈碰撞对接后，印度岩石圈地幔加深达70～80km并沿地壳底部向北推进，并将加厚地壳内大量的成矿物质、钙碱性岩浆，洋壳及新生的下地壳，以及部分地幔物质从地壳底部将其围限起来，成为后期再成矿的物质基础；（4）查明了碰撞带深部壳／幔问产生了一层中间速度层（相当于MASH层），在中上地壳部位出现一层巨大的部分熔融层；（5）在碰撞挤压下冈底斯带内产生多组断裂构造，大型逆冲断裂系与背冲断裂，并引发了含矿岩浆的再活动，并在浮力（下地壳内）和挤压力作用下多次活动上升生成斑岩型铜矿床；（6）成矿后地表遭受过强烈的风化剥蚀作用，使矿床出露地表。

济南和邹平辉长岩的Pb-Sr-Nd同位素特征和岩浆源区中下地壳物质贡献

对鲁西晚中生代济南和邹平辉长岩的Pb-Sr-Nd同位素和元素组成的研究,给出(87Sr/86Sr)i=0.7041～0.7056,εNd(t)=-6.0～-13.0,(Pb/204Pb)i=16.545～16.998,(207Pb/204Pb)i=15.242～15.350,(208Pb/204Pb)i=36.488～36.944(除206SD792表现出高放射成因Pb外)。由于辉长岩的堆晶性质,其微量元素组成不能用于指示其物质来源。与EMⅠ型大洋和大陆玄武岩对比,表明济南和邹平辉长岩的源区具有与EMⅠ地幔端元一致的同位素特征,但在Pb同位素图解上有明显的下地壳物质的贡献。下地壳物质的参与可能与拆沉有关。

塔里木盆地与天山山脉晚新生代盆山耦合机制

根据塔里木盆地北缘地质构造几何学和运动学资料、油气勘探地震剖面、人工地震测深、地震层析成像以及地热资料,提出了塔里木盆地、准噶尔盆地岩石圈地幔在天山岩石圈之下碰撞并发生拆沉的盆山耦合机制的概念模型。由于印藏碰撞,青藏高原的北部前缘岩石圈地幔与塔里木盆地岩石圈地幔形成V字形碰撞结构,推动塔里木地块的高强度岩石圈向北运动并俯冲到天山岩石圈之下,以水平俯冲作用在中天山北缘岩石圈之下与准噶尔盆地向南俯冲的岩石圈地幔碰撞,并发生后剥拆离。塔里木岩石圈俯冲的过程中,形成库车再生前陆盆地和再生前陆冲断带以及再生天山山脉。冲断量约为塔里木俯冲量的20％。这一盆山耦合模型可以解释盆地构造、盆地沉降、山脉隆升、岩石圈深部构造和热特征。

新疆尼勒克县圆头山后碰撞花岗斑岩的同位素年代学及地球化学特征

圆头山黑云母花岗斑岩位于尼勒克县城南，岩体普遍发育的铜矿化，以中部碎裂带中矿化最强。岩石具有典型的斑状结构，斑晶由碱性长石和黑云母组成，基质以长石、云母和石英为主，并合有少量的硫化物。圆头山黑云母花岗斑岩的轻重稀土分馏明显，并且明显富集大离子亲石元素（LLLE）（除sr外）和Pb，同时亏损高场强元素（HFSE）和Nb、Ta、P、Ti，显示出弧火山岩的地球化学特征。圆头山黑云母花岗形成年龄为269±3Ma，其源区以具有弧火山岩特征的下地壳为主，同时含有少量的幔源物质，而且在岩体的侵位过程中有高（^87Sr／^86sr）i（0．706054～0．709228）和高Pb含量（5．05×10＾-6～32．5×10＾-6）的陆秃物质混梁。在下地元物质熔融过程中，位于下地元底邵的富水和成矿元索的MASH帝物质也被圈入，使原始岩浆富水和成矿物质。圆头山黑云母花岗斑形成于碰撞后阶段，岩石的形成主要受岩石圈地幔拆沉作用的控制，而岩石圈地幔的拆沉可能与中亚造山带的垮塌或塔里木地幔柱活动有关。

西藏高原西北缘钾质火山岩地球化学特征及其地质涵义

西藏高原西北缘钾质火山岩属橄榄玄粗岩（shoshonite）系列。其K-Ar同位素年龄变化于0．28～7．79Ma，属中新世末-更新世；其K2O／Na2O几乎均〉1，Mg^#值有较宽的范围（从0．51～0．64），且具有较低的Cr-Ni含量（均≤326×10^-6）。它们代表着经历了不同程度分异演化的岩浆结晶产物。研究区钾质火山岩（shoshonites）以高度富集LREE和LILE（K，Rb，Sr，Ba，Th）以及高度亏损HREE和HFSE（Nb，Ta，Zr，Hf，Ti）等元素为特征。（La／Yb）。高达29．82～84．94。钾质火山岩对球粒陨石标准化的REE配分型式均为向右陡倾的LREE富集型。对原始地幔标准化的痕量元素蛛网图均具有明显的Nb，Ta，Ti负异常。钾质火山岩具有较高的。^87Sr／^84Sr（0．707755～0．710426）和较低的^143Nd／^144Nd（0．51196～0．512439）比值。上述特征表明这些火山岩来源于富集的地幔源区。钾质火山岩较高的Ba／Nb比值（40．84～97．28）、较高的Th／Ta及Ce／Yb比值（131～366）、和较低的Nb／Y比值（0．9～3．3），结合Th／Yb—Ta／Yb及（Th×100）／Zr（Nb×100）／Zr判别图，提示了它们也形成于活动大陆边缘，但与其伴生的钙碱性火山岩为早期与俯冲作用有关的火山岩，而钾质火山岩则为晚期岩石圈拆沉作用的产物。

云南马关碧(钾)玄质火山角砾岩中矿物混晶包体特征及其地质意义

在云南马关碧(钾)玄质火山角砾岩中发现了一类特殊包体,呈红色与黑色两种。经X射线粉晶衍射鉴定,红色者为以锰铝榴石为主要结晶相的隐晶—非晶质混晶,黑色者为以绿辉石为主要结晶相的隐晶—非晶质混晶。两种矿物混晶包体在一定程度上类似于熔浆玻璃或熔体囊,它们具有同源演化的相似地球化学特征。文中通过对两种矿物混晶包体的显微特征与地球化学分析研究表明,它们是亏损地幔部分熔融的产物,并作为一种不混溶熔体成分被碱性玄武岩浆携带、运移上升。它们代表了石榴石相(榴辉岩相)地幔源区组分,暗示新生代时期软流圈上涌除释放小体积交代熔体交代上地幔使其富集之外,还造成岩石圈地幔拆沉,尖晶石相地幔组分向石榴石相地幔组分转变。另外,据两种混晶包体与其他类型包体和寄主岩岩浆的不同来源,推测马关地区深部岩石圈地幔经交代作用发生过两次转换。首先是由原始地幔向亏损地幔转化,并发生部分熔融,其后是由亏损地幔转化为富集地幔,形成富碱岩浆和与其互不混溶的进一步富集成矿元素的地幔流体。由此暗示滇西地区与富碱斑岩有关的多金属成矿作用即受制于这一深部地质过程与壳幔混染机制。

中国超大型钼矿床

中国目前共发现并探明10超大型钼矿床,其成因类型全部属于斑岩型矿床。超大型钼矿床特点是:①全部位于古板块对接带的仰冲带一侧,属于被动的冒地槽单元外侧;②成矿母岩:a.岩石学名称绝大多数是花岗斑岩类;b.岩石化学:三高一低,即高酸、高碱、高钾、低钙镁的正常太平洋型钙碱性系列的超浅成侵入岩;c.岩石地球化学:Mo,W均为特富集元素,Cu,Pb,Zn则为中等富集,从而说明成矿物质主要来源于上地幔与下地壳的混熔体;从成矿母岩的成岩和成矿年代学方面可知,中国超大型钼矿床主要形成于中生代燕山白垩纪中、晚期。

南海成因模式述评

南海的构造演化与其周边的板块构造运动有密切关系,一直是地学研究的热点问题。现对中外学者关于南海成因模式的观点、模式进行综述分析,讨论涉及主动成因10种,被动类成因7种,涉及代表性观点20个,每一观点都能合理解释一些宏观地质现象,也都与另一些地质现象相悖,还需要进一步修正、发展或用新的资料来验证。这是南海研究日趋成熟的表现,未来将会逐渐各个学说融合发展。从史学的角度讨论了“南海观点”之演变,认为未来主要趋向是研究方法多元化、精细化、定量化,认为南海与周围地块之间主被动关系研究、东南亚盆地群响应序列之间对比、岩石圈结构学、区域岩石发展史、不同学说的动力学定量对比与评价是未来的主要研究关注点,并充分考虑外围被动因素,融合南海的发育历史,并将中生代南海的岩石圈禀赋及历史融于其中是南海成因模式研究的重要方向。

华北地区重力和地形及其对克拉通破坏深部过程的约束

以重力和地形数据研究现今华北克拉通区域岩石圈热化学结构,探讨华北克拉通破坏过程。首先计算自由空气重力异常、布格重力异常、Airy均衡重力异常;再利用地震学莫霍面观测从地形和布格异常中扣除对应部分,计算残余重力异常及残余地形;最后对残余重力异常进行剩余密度反演。结果表明:1)华北克拉通中、东部存在浮力;2)克拉通东部由温度效应引起的密度负扰动效应略强于化学组分差异引起的密度正扰动;3)现今华北克拉通东部是古老克拉通型地幔和新生正常地幔的混合物,约保留50%~60%古老克拉通地幔成分;4)由重力和密度约束得到的混合地幔结果支持前人提出的多期幕式拆沉的华北克拉通深部破坏过程。