软流圈地幔成分不均一性的研究进展与意义

软流圈通常是指位于岩石圈之下、地幔过渡带之上的地幔圈层,可以发生长期缓慢变形,从而可以在全球范围内对流。软流圈是地球上岩浆岩的重要源区,并作为重要的参考体系广泛应用于讨论地球形成演化、壳幔相互作用、地壳生长等一系列重大地质问题。根据大洋玄武岩的研究结果,软流圈地幔被普遍认为具有相对均一的地球化学组成。然而,深海橄榄岩的元素与同位素组成却显示软流圈的成分存在强烈的不均一性。大量的研究显示软流圈中广泛残存有古老的再循环地幔,其来源既包括再循环的俯冲大洋岩石圈地幔,也包括通过不同方式进入软流圈的古老克拉通地幔。蛇绿岩的研究结果表明这种不均一性也同样存在于不同地质时期的软流圈地幔。本文通过总结洋中脊玄武岩、深海橄榄岩和蛇绿岩的相关研究,揭示软流圈地幔中不均一性的组成与来源,并讨论了它们对于软流圈在洋中脊下方熔融过程的影响。

天山石炭纪大火成岩省与地幔柱

中国西北部(中亚地区)天山造山带中分布的石炭纪碰撞后裂谷火山岩系构成了一个分布范围约150×104km2的大火成岩省。该火山岩系主要由玄武质熔岩组成,其次还包含有中性和酸性熔岩及火山碎屑岩。玄武岩所形成的化学和同位素阵列表明,它们是由来源于2个不同源区的组分混合产生的。一种组分来源于岩石圈地幔,另一种组分来源于与夏威夷(Hawaii)、冰岛(Iceland)和留尼汪岛(Reunion)等洋岛玄武岩源区相似的软流圈。显然,该大火成岩省的形成与地幔柱活动有关。

南北构造带南段上地幔各向异性特征

对布设在南北构造带南段的中国地震科学探测台阵项目一期350个宽频带流动台站和中国地震台网90个宽频带固定台站记录的远震XKS(SKS、SKKS和PKS)波形资料作偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索法和"叠加"分析方法求得每一个台站的XKS波的快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,获得了南北构造带南段上地幔各向异性图像.结果显示研究区的各向异性具有明显的南北分区特征,北部的快波方向为近N-S方向,而南部主要表现为近E-W方向,且北部的平均时间延迟小于南部.分析表明,具有厚岩石圈的北部的各向异性主要由岩石圈变形引起,是一种垂直连贯变形模式;具有薄岩石圈的南部的各向异性主要由软流圈地幔流引起,缅甸和巽达板片的后撤/回转作用产生了指向西南的软流圈地幔流,在岩石圈底部和软流圈之间产生了一个水平差异运动,产生了一个与简单剪切一致的软流圈变形结构,从而产生了南部观测的各向异性.

南北构造带北段上地幔各向异性特征

对布设在南北构造带北段的中国地震科学探测台阵项目二期674个宽频带流动台站和鄂尔多斯台阵21个宽频带流动台站记录的远震XKS(SKS、SKKS和PKS)波形资料作偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索法和"叠加"分析方法求得每一个台站的XKS波的快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,并结合该区域出版的122个固定台站的分裂结果,获得了南北构造带北段上地幔各向异性图像.快波方向分布显示青藏高原东北缘、阿拉善块体和鄂尔多斯块体西缘的快波方向主要表现为NW—SE方向,秦岭造山带的快波方向为近E—W方向,鄂尔多斯块体内部的快波方向在北部为近N—S方向,南部表现为近E—W方向.时间延迟分布来看,鄂尔多斯块体的时间延迟不仅明显小于其周缘地区,而且小于其他构造单元,特别是在高原东北缘、阿拉善块体和鄂尔多斯块体的交汇地区的时间延迟很大,反映了构造稳定单元的时间延迟小于构造活跃单元.通过比较快波方向的横波分裂测量值与地表变形场模拟的预测值,并结合研究区地质构造和岩石圈结构特征分析表明,在青藏高原东北缘、阿拉善块体和鄂尔多斯块体西缘各向异性主要由岩石圈变形引起,地表变形与地幔变形一致,地壳耦合于地幔,是一种垂直连贯变形模式;秦岭造山带的各向异性不仅来自于岩石圈,而且其岩石圈板块驱动的软流圈地幔流作用不可忽视;鄂尔多斯块体内部深浅变形不一致,具有弱的各向异性、厚的岩石圈和构造稳定的特征,我们认为其各向异性可能保留了古老克拉通的"化石"各向异性.

华北上地幔各向异性研究

对华北地震科学台阵的200个宽频带和甚宽带地震台站所记录的远震SKS(SKKS)波形资料作偏振分析,采用最小切向能量的网格搜索法和叠加分析方法求得每一个台站的SKS(SKKS)快波偏振方向和快、慢波的时间延迟,并结合已发表的固定台站的结果,获得了华北上地幔各向异性图像.从得到结果看,华北东部各向异性快波方向基本为NWW-SEE方向,而西部的快波方向转到NW-SE或NNW-SSE.快、慢波时间延迟范围是0.50～1.47s,华北西部的平均快、慢波时间延迟小于华北东部.在华北东部,快波方向与绝对板块运动(APM)方向基本一致,预示了NWW向的软流圈地幔流是引起该区域上地幔各向异性的主要原因,它使得上地幔橄榄岩等晶体的晶格优势取向沿地幔物质流动方向,从而导致了NWW趋向的快波方向.然而,在稳定的西部,快波方向既不与绝对板块运动方向一致,也不与构造走向一致,这种弱各向异性很可能是遗留在古老克拉通的厚的岩石圈内的"化石"各向异性.

华北中西部和青藏高原东北缘上地幔各向异性变形特征

基于华北中西部和青藏高原东北缘3个流动台阵共480个台站新得到的远震XKS(SKS、SKKS和PKS)波分裂结果,并结合研究区已得到的987个台站的分裂结果,获得了高分辨率的上地幔各向异性图像.分析表明,鄂尔多斯块体的时间延迟较小,反映了其稳定性和弱的各向异性变形特征,可能保留了古老克拉通根的“化石”各向异性,但其靠近边缘的局部区域表现出与相邻边缘相一致的各向异性特征,反映了其局部区域受到了与其相邻边缘的构造活动影响.青藏高原东北缘、阿拉善块体和鄂尔多斯块体西缘快波方向主要为NW-SE方向,鄂尔多斯块体北缘主要为NNW-SSE方向,反映了青藏高原沿NE方向推挤过程中岩石圈沿NW-SE方向和NNW-SSE方向发生了伸展变形;位于四川盆地和鄂尔多斯块体两个刚性块体间的秦岭造山带的快波方向为近E-W方向或NWW-SEE方向,时间延迟较大,推测岩石圈东向挤出和软流圈东流共同促进了观测的各向异性;在鄂尔多斯块体南部边缘,快波方向自西向东逆时针沿西南缘六盘山的NW-SE方向转到南缘渭河地堑的近E-W方向再到东南缘太行山的NEE-SWW方向,推断该区域可能存在一个绕刚性块体的逆时针软流圈绕流,与上覆岩石圈左旋简单剪切变形产生了观测的各向异性,并一起驱动了鄂尔多斯块体的逆时针旋转.作为华北克拉通东西部的过渡带,华北中部的各向异性相对复杂,其东部快波方向为近E-W方向或NWW-SEE方向,时间延迟较大,其各向异性主要反映了太平洋板块西向俯冲作用引起的地幔流;其西北部吕梁山的各向异性主要由岩石圈沿NNW-SSE到NW-SE的拉张变形导致,而西南部太行山的各向异性还反映了软流圈绕流作用.鄂尔多斯块体东北缘大同火山区存在一个快波方向顺时针快速旋转且时间延迟较小的区域,可能与火山群下地幔岩浆上涌形成的局部地幔对流相关.紧邻华北北部的中亚造山带中南部快波方向为近E-W方向,其各向异性不仅受到与构造走向一致的岩石圈变形作用,而且也受到太平洋板块西向俯冲引起的地幔流影响.

基于横波分裂、GPS和断裂第四纪滑动速率数据研究中国大陆及邻区岩石圈/软流圈动力学特征

中国大陆及邻区位于欧亚大陆东南部,4个重要的板块强烈交互作用,东部受到太平洋板块和菲律宾海板块的俯冲作用,西部受到印度板块的碰撞作用,形成了诸多俯冲带、造山带及数千千米的大陆离散变形带。因此,中国大陆及邻区是开展地球动力学研究的天然实验室。提高对岩石圈和软流圈变形特征的认识对理解中国大陆及邻区的动力学含义具有重要意义。本研究将通过联合地表变形场和地幔变形场来分析中国大陆及邻区的岩石圈壳幔耦合程度和软流圈的地幔流特征。本研究收集了位于中国大陆及邻区的宽频带固定和流动地震台(共1 800个台)记录的XKS(SKS,SKKS,PKS)波形资料,采用最小切向能量的网格搜索和叠加分析方法测量了每个台站的各向异性参数,即快波偏振方向和快、慢波时间延迟,并利用他人在区域内的993个宽频带地震台站得到的横波分裂参数,一起组成表征地幔变形场的数据集;并利用发表的约3 600个GPS和断裂第四纪滑动速率测量数据,采用连续样条函数方法求取了中国大陆及邻区的地表连续变形场(速度场和应变率场)。根据应变率分布和岩石圈构造特征,按照高应变率和厚岩石圈区域采取岩石圈变形模式分析,定量求取和确定每个测点的岩石圈变形类型(左旋简单剪切、右旋简单剪切和纯剪切变形),通过预测的横波分裂参数与实测参数的对比来确定岩石圈壳幔力学耦合程度。研究结果表明,大部分地区符合垂直连贯变形模式,属于壳幔耦合特征,如青藏高原、天山造山带、阿尔泰造山带、台湾造山带、琉球岛弧等构造单元,但在印度板块和欧亚板块陆-陆碰撞带——喜马拉雅碰撞带、日本和稳定的四川盆地、塔里木盆地等区域,可能由于板块俯冲导致的复杂构造变形或一种古老的"化石"各向异性并不符合垂直连贯变形模式。在低应变率和薄岩石圈区域采用简单软流圈变形模式分析,假设各向异性是由于岩石圈底部和软流圈之间的运动速度差异引起的。基于预测的地幔流和地表速度场模拟的快波方向与XKS波分裂快波方向之间的比较,通过迭代反演确定了最佳地幔流。研究结果显示,长白山火山活动区将中国东部下面软流圈地幔流分成两部分,北部顺时针旋转的地幔流向东运动,指向东方的太平洋俯冲带,而南部顺时针旋转的地幔流自北向南由向南运动变化到向西南运动,指向西南的缅甸俯冲带和巽达俯冲带。长白山火山活动区下的热地幔上涌使得中国东部软流圈地幔流分成流动方向相反的两部分,北部的顺时针旋转的地幔流向东运动,而南部的顺时针旋转的地幔流自北向南,由向南运动到向西南运动。而在蒙古地区拟合的最佳软流圈地幔流为顺时针旋转的地幔涡流,其形成可能与太平洋板片俯冲、后撤/回转,以及巨厚岩石圈的西伯利亚克拉通的几何形态相关。东亚地区的太平洋板片、巽达板片和缅甸板片的俯冲作用和后撤/回转作用导致了中国大陆及邻区顺时针旋转的软流圈地幔流,使得与岩石圈底部产生了一个水平差异运动,在软流圈中产生一个与简单剪切一致的变形结构,进而形成了研究区所观测到的各向异性。

特提斯喜马拉雅然巴地区早白垩世变基性岩的岩浆源区和成因机制

藏南特提斯喜马拉雅构造单元中出露有大量的早白垩世基性岩,记录了印度大陆北缘在新生代碰撞造山前的深部构造—岩浆过程,其成因机制是研究印度被动大陆边缘形成演化历史的关键。文章对特提斯喜马拉雅东部然巴地区出露的早白垩世变基性岩进行了较为系统的岩相学和地球化学研究。这些变基性岩主要包括角闪石岩和斜长角闪岩,以脉体或透镜体形式出露于然巴穹窿周边的变沉积岩地层中。地球化学结果显示,它们的原岩为拉斑玄武岩系列岩石,具有较低的SiO_(2)含量(44.78~47.42 wt%),TiO_(2)含量变化较大(0.73~2.16 wt%),较为富MgO(7.31~9.60 wt%)和FeOt(9.68~15.87wt%),Mg~#值中等偏高(46.4~63.9)。在同位素组成上,这些变基性岩的ε_(Nd)(t)值主要变化于5.7~6.5之间,落入印度洋MORB范围内,指示亏损地幔源区的贡献。另一方面,这些变基性岩具有类似于E-MORB的稀土和微量元素配分特征,指示岩浆中应存在富集组分的物质贡献。由于然巴变基性岩并未表现出明显的高场强元素亏损特征,同时它们的Nb/U比值与地幔系列岩石相近,因此推测这些基性岩在成岩过程中受陆壳混染的程度不高,其富集组分主要应是来自富集地幔源区的贡献。综上,然巴早白垩世基性岩可能是来自亏损的软流圈地幔与富集的印度大陆岩石圈地幔相互作用的产物,该岩浆作用发生在东冈瓦纳大陆的裂解早期(约140 Ma),是凯尔盖朗地幔柱活动早期阶段引发软流圈地幔上涌的结果。

西南天山二叠纪中酸性侵入岩的地质学和地球化学：岩石成因和构造背景

选择3个典型岩体,即位于西南天山东段的拜城县英买来岩体和位于西段阔克萨岭区的川乌鲁岩体、巴雷公岩体(为了对比,也选择了位于塔里木盆地西北缘的麻扎山岩体),进行了岩石学和地球化学研究。结果表明,这些岩体具有不同的特点。英买来岩体为黑云母花岗岩和二云母花岗岩,具有高的SiO2含量,弱过铝,高的Sr同位素初始值(约0.710)和负的εNd(t)值(-4～-6),属于S—A型之间的过渡类型。麻扎山岩体由正长岩组成,属于碱性岩,微量元素标准化图解和其他岩体明显不同的是没有明显的Nb和Ta的负异常。川乌鲁岩体是一个由3个不同期次岩石组成的杂岩体,主体为正长岩-二长岩,地球化学特征显示是由基性岩浆和酸性岩浆不同程度混合形成的。位于同一构造区的巴雷公岩体则与川乌鲁岩体中的花岗斑岩的地球化学特征相似。综合岩石学和地球化学特征推测,南天山东段的英买来岩体是地壳熔融的结果,没有任何地幔物质加入的地球化学信息,西段的阔克萨岭地区酸性岩浆的形成则可能是来自于幔源底侵的基性岩浆导致薄的地壳发生熔融的结果。麻扎山岩体则完全是不同构造背景的产物,有可能与发生在塔里木盆地的二叠纪大规模的岩浆活动有关。因此,二叠纪岩浆活动的性质主要受地壳成分和结构的控制。

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。

西藏邦铺矿区辉绿玢岩成因及对区域构造岩浆演化的指示

邦铺是继驱龙、甲玛之后在冈底斯斑岩成矿带发现的又一大型的斑岩型矿床。该矿床的成矿作用以斑岩Mo—Cu矿化为主，伴生矽卡岩型Pb—Zn矿化。矿区出露岩体面积较广，种类较多，约占矿区总面积的50％。辉绿玢岩位于矿区的北侧，呈独立脉体产出。其SiO2含量变化于48．39％-50．08％之间，（K2O＋Na2O）平均为3．50％，铝饱和指数A／CNK为1．23，属于过铝质系列，MgO=7．92％-9．12％，Mg^#=61．72～64．79。稀土总量∑REE变化于44．93x10～-67．58×10^-6之间．轻重稀土间的分馏不明显，富集Sr、Ba、U，强烈亏损Rb、K等元素。相容元素Ni、Cr含量平均值分别为89×10^-6和256×10^-6，相对于原生玄武岩浆范围较小，说明邦铺辉绿玢岩经历了一定程度的橄榄石、单斜辉石等镁铁质矿物的分离结晶，但程度不高，可以近似认为辉绿玢岩是岩浆源区平衡部分熔融的产物。锆石U-Pb年龄为14．46±0．38Ma，与成矿年龄14．92Ma相近，锆石原位εHf（t）平均值为4．7。邦铺辉绿玢岩岩石地球化学特征与达孜玄武岩具有高度的一致性，表明二者具有相同的源区，即由于印度板片发生断离，软流圈物质上涌并部分熔融而形成。其成岩年龄的差距是印度板片向北俯冲到不同位置的结果。邦铺辉绿玢岩在成岩过程中受到一定程度地壳物质的混染。它的发现可以作为后碰撞期岩浆活动的一个基性端元，从而为限定地幔性质、岩浆活动时期、以及探索地幔物质对区域岩浆活动及对成矿的影响提供了机会.

内蒙古突泉县牤牛海地区超镁铁质岩地球化学及源区特征

内蒙古突泉县牤牛海地区发育超镁铁质岩,主要岩石类型为蛇纹石化橄榄岩、辉石橄榄岩、异剥辉石橄榄岩和蛇纹岩,局部蛇纹岩中可见显微鬣刺假象结构,包括蛇纹石呈假像的柱状中空骸晶结构、鱼骨状或羽状结构。岩石化学具有高镁(w(MgO)为33.63%~39.44%)、铬(2 200×10^(-6)~17 200×10^(-6))、镍(1 900×10^(-6)~3 000×10^(-6)),高CaO/Al_2O_3(0.56~39.01,平均为7.05),低钛(w(TiO_2)为0.01%~0.02%)、低铝(w(Al2O3)为0.03%~0.36%)、低碱(w(K_2O+Na_2O)为0.03%~0.65%)特征,类似科马提岩;Mg#值(平均为87)与纯橄榄岩(86)接近;稀土元素(w(∑REE)为0.32×10^(-6)~2.79×10^(-6))明显低于大洋脊含量,轻稀土富集(LREE/HREE为2.80~16.68),Eu正异常明显(δEu为0.59~4.84);微量元素富集大离子亲石元素(LILE)Rb、Ba、Sr,亏损高场强元素(HFSE)Nb、P等。说明超镁铁质岩石岩浆源自亏损软流圈地幔,并受到俯冲流体交代作用,形成于岛弧环境。牤牛海超镁铁质岩与西部包括突泉围场、好老鹿场、超日海乌拉、梅劳特乌拉、苏尼特左旗二道井一带超镁铁质岩共同构成一条近东西向展布的超镁铁质岩(蛇绿岩)带,通过地质建造分析,认为该构造带可能为华北板块与西伯利亚板块最终缝合带。

青藏高原东北缘红墙玄武岩的年代学、地球化学特征及成因初探

西秦岭地处青藏高原东北缘,是古亚洲构造域、特提斯构造域和滨太平洋构造域的交接转换带,也是分野中国大陆东、西部地理与地质构造的关键部位。该区广泛分布了大量中生代火山岩。由于该区基础地质研究程度很低,特别是缺少可靠的年代学和地球化学资料,对该区中生代火山岩的成因及地球动力学背景一直存在争议,影响了人们对西秦岭大地构造属性及发展演化历史的全面认识。文中提供了甘肃西秦岭夏河县麻当乡红墙村中生代玄武岩的岩相学、地球化学和同位素年代学研究资料和数据,对火山岩的成因与动力学条件进行了初步讨论。红墙玄武岩中分离出的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果表明,该玄武岩形成于(104.8±0.99)Ma(MSWD=0.63),与野外观察结果一致,证明红墙玄武岩是早白垩世火山作用产物。岩相学和地球化学的观察和研究显示,该套岩石以出现斜长石斑晶、基质中出现大量斜长石微晶或微斑晶为特征,岩石具有较高的SiO2、Al2O3、Na2O和较低的CaO,属于钠质碱性玄武岩,而不同于该研究区东部礼县—宕昌一带新生代超钾质火山岩。红墙玄武岩在地球化学方面具有富集轻稀土和部分高场强元素(如Nb、Ta、Zr、Hf、Ti等),亏损大离子亲石元素(Rb、K等),正的εNd(t)=5.9～7.5和低的87Sr/86Sr(t)=0.703 3～0.705 6以及206Pb/204Pb(t)=17.707～18.319、207Pb/204Pb(t)=15.398～15.626和208Pb/204Pb(t)=37.266～38.454等特征。所有这些特征一致表明,红墙早白垩世玄武岩具有与大陆OIB相似的地球化学特征,其源区可能具有DMM和PREMA端员混合的特点,推测其主要来自亏损的软流圈地幔。结合对火山岩产出大地构造背景的综合分析及与礼县—宕昌新生代超钾质火山岩的对比,提出红墙早白垩世钠质碱性玄武岩是大陆裂谷岩浆作用的产物,其成因和动力学背景与自中生代以来南北构造带的裂谷性质及其发展演化有关。西秦岭东、西两段新生代与早白垩世火山岩在岩相学、全岩化学以及岩石系列和类型方面的差异,可能与不同时期软流圈地幔源区的演化、岩浆起源深度和部分熔融程度等有关。

中亚造山带壳幔各向异性

中亚造山带是显生宙以来最大的陆売增生造山带,由前寒武纪微陆块、岛弧、蛇绿混杂岩带以及大陆边缘区等不同构造单元之间相互作用而成,是研究大陆动力学的理想场所。而介质变形的方向和大小可以通过地震各向异性反映出来。因此,开展中亚造山带壳幔各向异性研究有助于我们理解该区域岩石圈变形和深部地幔过程。本文利用新的地震观测数据,使用剪切波分裂方法,获取了研究区地壳及上地幔各向异性参数,并对地幔流特征进行了数值模拟,讨论了其可能的地球动力学含义。利用中国东北地区116个流动台站和31个固定台站平均观测时间2年以上的地震数据开展了SKS分裂研究,得到了377对各向异性参数。结果表明,大致以127°E为界,东西两部分各向异性特征差异明显。其中,西部地区各向异性快波偏振方向变化范围为N143?199°E,平均N169°E,与晚中生代岩石圈伸展方向一致;各向异性延迟时间平均值约为0.8s,主要为残留在岩石圈中的古老变形。而在研究区东部,各向异性方向比较杂乱,NNW-SSE朝向的各向异性被观测到,并伴随较大的延迟时间,可能与太平洋板块撕裂回撤而产生的地幔流动有关。此外,佳木斯地块被观测到了近W-E向的各向异性快波方向,可能与太平洋板块西向俯冲有关。利用位于蒙古地区105套流动地震台站数据开展了SKS分裂研究,测量到231对各向异性参数。结果表明,蒙古地区各向异性大致以蒙古主缝合线和华北克拉通北部边缘为界,从北到南划分为3个区域:在蒙古主缝合线以北,各向异性快波方向主要呈NW-SE向,范围从N118°E至N155°E,平均N134°E,延迟时间从0.6 s到2.4 s变化,平均值为(1.4±0.4)s,其中有6个台站各向异性程度十分强烈,可能与局部地幔流有关;蒙古主缝合线以南区域,各向异性快波偏振方向介于N44°E到N103°E之间,平均N81.4°E,基本与韧性走滑断层剪切方向一致,平均延迟时间为0.8 s,可能与断裂引起剪切作用有关;而在华北克拉通北部边缘区域,各向异性快波偏振方向骤变为NNW-SSE向,推测与岩石圈在早白垩纪的伸展构造有关,为残留在岩石圈内部的化石各向异性。肯特山以南和阿巴嘎火山地区,33个台站只测量到null结果,推测与地幔热物质上涌有关。使用蒙古中南部地区69套流动地震台站数据,对接收函数Pms震相进行分裂研究,获取了1 473对地壳各向异性参数。结果表明,蒙古中南部地壳各向异性分布不均匀,在54个台站得到了NE-SW向各向异性快波偏振方向,平均值为N58°E±16°,与最大水平主应力方向和区域内主要断层走向一致,说明这部分地壳各向异性的主要成因与上地壳流体填充的微裂隙有关。而NW-SE向各向异性快波偏振方向在53个台站被观测到,各向异性方向变化范围平均N132°E±16°,与研究区大部分SKS分裂快波方向具有较好的一致性,说明下地壳造岩矿物晶格定向排列是各向异性的主要成因。利用GPS和断层第四纪滑动速率数据,计算得到了地表速度场。在简单软流圈地幔流假设下,联合地表速度场和实际测量各向异性数据,模拟了蒙古地区地幔流运动速度,结果表明蒙古下方存着两种可能的地幔流形式:在HS3热点参考系下,地幔流方向为NW向,大小约为25 mm/a;而在NNR无旋参考系下,地幔流方向为NE向,大小约为16 mm/a。

华北克拉通东部新生代碱性玄武岩源区研究概述

随着分析测试技术的发展,和有关项目的开展,国内外学者对华北东部新生代碱性玄武岩研究已日渐深入,并积累了较丰富的地球化学资料。本文从本区新生代碱性玄武岩的地球化学特征出发,对玄武岩的成因、源区性质和深部作用过程进行了较为全面的总结。玄武岩地球化学特征表明其源区经历过不同程度的富集作用,来自俯冲洋壳的熔体/流体改造可能为源区富集作用的主要机制,从而形成类似OIB特征的大陆玄武岩,结合本区所处的大地构造环境,太平洋板块的俯冲可能是华北克拉通东部地区新生代岩浆源区富集的主要因素。

土耳其中部阿哲格尔火山湖新生代玄武岩的地球化学与岩石成因

阿哲格尔火山湖玄武岩是位于卡帕多利亚火成岩省(CVP)东部的第四纪火山岩之一。与CVP中其他火山岩相比,玄武岩具有演化程度较低,成分上更接近原始岩浆的特征。玄武岩记录了两期深部岩浆活动:橄榄石捕掳晶Fo值高达89,尖晶石包裹体具有低Cr~#、高Al的特征,表明了早期岩浆源区可能为受俯冲板片流体交代的岩石圈地幔;除样品TCA02外,玄武岩ΣCe/ΣY比值为1.39~2.11,^(143)Nd/^(144)Nd比值为0.51287~0.51288,Th/Nb比值为0.15~0.16,具有大陆裂谷玄武岩的特征,反应了晚期的碱性岩浆起源于软流圈地幔。与CVP早-中更新世钙碱性岩浆相对比,晚期碱性岩浆的高场强元素(如Nb、Ta)具有弱的负异常,K、Ba等大离子亲石元素富集程度较低,揭示了岩浆在上升演化过程中存在富集交代的岩石圈地幔物质的加入。

利用地球化学方法判别大陆玄武岩和岛弧玄武岩

大陆地壳或岩石圈的混染作用可以给出似消减带信号,并导致将受到混染的大陆玄武岩误判为岛弧玄武岩。没有受到混染的软流圈(或地幔柱)源大陆玄武质岩石通常是以(Th/Nb)N<1、Nb/La≥1、低87Sr/86Sr(t)比值、高εNd(t)值及La/Nb和La/Ba比值与洋岛玄武岩相似并以具有缺乏Nb、Ta、Ti负异常的“隆起”状多元素地幔标准化分配型式为特征。当在所研究的火山岩系中发现有未受到混染的软流圈(或地幔柱)源玄武质岩石存在,基本上就可以排除它们有属于岛弧或活动大陆边缘火山岩系的可能。对于那些具有消减带信号的基性熔岩,可以根据Zr含量和Zr/Y比值,或利用Zr/Y-Zr图解,判断它们是否真正是岛弧或活动大陆边缘玄武岩。

特提斯喜马拉雅带中段东部三叠纪火山岩的地球化学和岩石成因

三叠纪火山岩分布于特提斯喜马拉雅带中段东部,古地理上位于大印度北东部。分别采用原子吸收分光度法、ICP-MS和全岩同位素稀释法对三叠纪火山岩的主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素进行了分析,并用来研究其成分特征和成因。岩相学和地球化学指标显示三叠纪火山岩为玄武岩,MgO含量均很低(范围在4．27%～7．72%),属于演化岩浆。早三叠世热马组和中三叠世桑康组具有较高的TiO_2、TFeO和P_2O_5含量,稀土元素总量和轻重稀土元素的分馏程度均较高,Ti/V、Ti/Y、Zr/Y比值较高,富集高场强元素(如Nb、Zr等),地球化学特征与峨眉山高Ti玄武岩相似,以更富集La、Ce、Zr、Hf等元素而有别于夏威夷碱性玄武岩,它们属大陆边缘裂谷背景的具有OIB型地球化学特征的碱性玄武岩;晚三叠世涅如组玄武岩以较低TiO_2、TFeO和P_2O_5含量为特征,稀土元素总量和轻重稀土分馏程度均较低,高场强元素(如Nb、Zr等)丰度很低,为大陆边缘裂谷背景的具有E-MORB地球化学特征的拉斑玄武岩。三叠纪玄武岩Nd同位素组成随时间从轻度富集到亏损(ε_(Nd)(t)=-1．2→0．5→4．4),指示岩浆源区具有从轻度富集到亏损的演化趋势。不相容元素(如La/Sm、La/Ta以及(Th/Ta)_(PM)、(La/Nb)_(PM)等)指示热马组和桑康组玄武岩遭受了一定程度下地壳混染,而涅如组没有遭受地壳混染。热马组和桑康组玄武岩还显示岩石圈地幔物质的印记,并与石榴石相二辉橄榄岩的低度部分熔融有关,而涅如组玄武岩除了具有E-MORB特征外,还与尖晶石相二辉橄榄岩的较高程度部分熔融有关。它们被解释为上涌的软流圈地幔物质与岩石圈地幔物质混合后在不同程度的拉张背景下发生减压熔融的产物。特提斯喜马拉雅带的三叠纪裂谷作用很可能具有主动裂谷作用的性质,较小规模的火山岩浆作用可用裂谷带之下上涌的地幔物质由于传导作用而变冷或正在孕育的地幔柱成因模式来解释。

增生造山过程中大陆地壳的净生长——来自中亚造山带中段南缘岩浆岩的约束

软流圈地幔上涌是大陆地壳净生长的重要方式,这种壳幔作用在增生造山作用过程的地质表现如何有待深入研究。内蒙古西部的居延海地区位于中亚造山带中段南缘,处于北山造山带与阿拉善地块北缘造山带的构造衔接部位。通过对居延海地区4口井所钻获的具壳幔作用特征的花岗质岩石的研究,本文深入剖析了增生造山过程中软流圈地幔物质贡献及其具体地质表现。首先,花岗质岩石中的闪长质暗色微粒包体(富含针状磷灰石微晶)指示了壳幔岩浆混合特征。再者,花岗质岩浆锆石结晶年龄为306~313Ma,具有正的ε_(Hf)(t)值,平均值介于+13.0~+14.3之间,二阶段模式年龄t_(DM2)平均值介于410~588Ma之间,揭示一次显著的大陆地壳净生长事件,锆石Hf同位素表明花岗质岩浆源区具有初生陆壳重熔和亏损幔源岩浆混合的特征。以上地质事实暗示居延海所在的中亚造山带中段南缘晚石炭世处于洋中脊俯冲或俯冲板片回卷的地球动力学过程中。

福建早侏罗世火山岩岩石地球化学特征及岩石成因研究

选择较有代表性的永定、平和、长泰—同安、闽清—永泰等地早侏罗世火山岩岩石主量、微量和Sr、Nd同位素分析测试成果,开展岩石地球化学特征对比研究,探讨岩浆起源、演化和不同类别的岩石成因。研究认为,早侏罗世火山岩主要属亚碱性钾质-普通系列,玄武岩属亚碱性高铁拉斑玄武岩系列。玄武岩稀土含量较高,配分曲线与典型OIB玄武岩变化趋势一致;高场强元素(HFSE)除Nb略亏损外,Ti、Zr、Nd具有明显正异常,Ta具有弱正异常;原始地幔标准化曲线位于典型大陆弧玄武岩之上。流纹岩稀土含量高,轻稀土富集,Eu负异常明显,高场强元素Nb、Zr等具有清晰正异常,Ti、P负异常明显。岩石地球化学特征研究表明早侏罗世火山岩岩石成因与地幔岩浆作用有关:基性单元——玄武质岩石岩浆主要来自于软流圈,亏损的地幔源区可能有早期富集岩石圈物质加入或是由于软流圈地幔上涌萃取了岩石圈地幔富集组分。酸性单元——流纹质岩石主要形成于上地壳,但不排除有幔源物质的混合。安山岩-英安岩是底侵的镁铁质岩浆与下地壳部分熔融岩浆混合均一化形成典型的MASH岩浆。早中生代处于印支运动后造山大陆裂解的地球动力学背景,后造山岩石圈伸展拉张致使软流圈减压上涌和部分熔融,所产生的岩浆沿北东向展布的裂解区域喷出地表形成火山岩带。