全球三大洋底高原重力异常与地壳厚度特征及对比研究*

翁通爪哇高原、凯尔盖朗高原与沙茨基海隆是全球三大洋底高原, 是大量岩浆喷发到地表的结果, 火山面积分别达1.90×10⁶、1.25×10⁶、0.53×10⁶km²。本文详细分析了该三大洋底高原的地形、剩余地幔布格重力异常(residual mantle Bouguer anomaly, RMBA)与重力反演的相对地壳厚度, 并结合地质与地球化学特征约束进行对比研究。结果显示, 翁通爪哇高原、凯尔盖朗高原与沙茨基海隆分别高出周围海底约4.3、5、4km, 相应的地幔布格重力异常最大变化值分别为250、330、200mGal, 以及相应的相对地壳厚度变化分别为11、13、9km, 表明形成三大洋底高原的岩浆量远远大于正常洋中脊的岩浆量。此外, 三大洋底高原皆形成于洋中脊附近。Nd、Pb、Hf同位素比值分析表明, 翁通爪哇高原的玄武岩组分为洋岛玄武岩; 凯尔盖朗高原大部分类似于洋岛玄武岩, 并含有洋中脊玄武岩组分; 沙茨基海隆的玄武岩组分主要为东太平洋海隆正常洋中脊玄武岩, 却又存在少量位于全球洋岛玄武岩范围内。这些特征揭示了三大洋底高原可能形成于“地幔柱-洋中脊相互作用”。对此本文提出了两种模式: 一为洋中脊被地幔柱拖拽至其上方; 二为洋中脊之下的软流圈受到地幔柱影响, 从而产生超常熔融与超厚地壳。     

赤道印度洋的第四纪碳酸盐记录及其与生产率变化的关系

赤道印度洋的自然地理学特征是由３个向北延伸的线状高地（Ｎｉｎｅｔｙｅａｓｔ海岭、Ｃｈａｇｏｓ＿Ｌａｃｃａｄｉｖｅ海岭和Ｃａｒｌｓｂｅｒｇ海岭）分隔的一系列盆地组成。在赤道印度洋西部３０３８ｍ水深处钻探了ＯＤＰ７０９Ａ站位,该站位位于Ｍａｄｉｎｇｌｅｙ中脊顶峰附近的一个小盆地中,而Ｍａｄｉｎｇｌｅｙ中脊则是Ｃａｒｌｓｂｅｒｇ海岭和Ｍａｓｃａｒｅｎｅ高原北部之间的一个区域高地。不规则的基底地貌被厚度从小于５０ｍ至大于４００ｍ不等的沉积物所覆盖。由于印度洋的北部陆地封堵、复杂的自然地理和强的季风,印度洋…     

东经九十度海岭有效弹性厚度计算及其对构造运动的解释

有效弹性厚度(T_e)表示岩石圈抵抗变形的能力,其大小主要取决于岩石圈内部的温度结构和地壳物质组成。作为全球最长的海岭之一,东经九十度海岭(NER)来源与形成过程一直是国内外科学家研究的热点,然而受到该地区复杂构造活动的影响,研究者对海岭的形成过程仍缺乏清晰认识。本文从T_e的角度出发,通过空间褶积方法计算了沿着NER不同位置处T_e的空间分布特征。计算结果表明,整个海岭的T_e主要在0~35 km之间变化,表现为北(8°N~1°N)高(平均值为20 km)、中(1°N~15°S)低(平均值在5 km以下)、南(15°S~30°S)高(平均值为30 km),变化趋势与凯尔盖朗热点的3期岩浆活动相对应。T_e的变化反映了NER形成过程中东南印度洋脊与热点的相对位置的调整,说明NER是凯尔盖朗热点、印度洋板块扩张与东南印度洋洋中脊迁移三者共同作用的结果。最后,结合T_e的结果与ROYER板块重构的结果,本文提出了NER形成过程的模式。     

北部湾玄武岩地幔源区性质的地球化学示踪及其构造环境

北部湾发育一系列上新世玄武岩，其全岩K—Ar年龄为5．9—2．4Ma，是伴随北部湾盆地拉张而形成的一次较大规模的岩浆活动。岩石化学和微量元素地球化学研究表明，该玄武岩属于碱性玄武岩系，具有OIB型微量元素配分模式，形成于较均一的地幔源区，具有以EM2型地幔端元为主、混有HIMU和EMl型端元的地幔源区性质，形成于地幔柱或地幔热点的构造环境。北部湾盆地与红河剪切断裂带具有相同的地幔源区，而与受太平洋板块影响的地幔源区差别较大。玄武岩形成和北部湾盆地拉张主要受印度板块向欧亚板块俯冲导致的红河断裂带大规模剪切走滑控制，5Ma左右红河断裂带由左行走滑剪切转变为右行走滑剪切的构造性质转换可能是导致地幔异常扰动和岩浆活动的地球动力学机制。     

太平洋、印度洋中脊型地幔在两个时间段的位置——来自澳大利亚新生代玄武岩Pb、Sr和Nd同位素证据

弄清不同化学成分的软流圈库及其分布有利于了解大规模地幔对流模式及全球范围地幔化学域如Ｄｕｐａｌ异常（主要位于印度洋的一种地幔域,为Ｐｂ、Ｓｒ同位素异常的大洋玄武岩）、印度洋中脊玄武岩（ＭＯＲＢ）型地幔和冈瓦纳岩石圈地幔等的成因和物源。印度洋ＭＯＲＢ在...     

西北印度洋中脊玄武岩源区地幔特征

利用全球岩石地球化学数据库(Pet DB)中有关卡尔斯伯格洋脊(CR)、北中印度洋脊(NCIR)及南中印度洋脊(SCIR)玄武岩的微量元素及同位素组成数据,分析了玄武岩的元素地球化学特征及其沿脊轴的变化,旨在探讨玄武岩源区地幔的(不)均一性及岩浆作用过程的差异。初步研究结果表明:CR、NCIR及SCIR玄武岩组成相近,仅在个别脊段表现有微量稀土元素和同位素组成上的差异,玄武岩整体与N-MORB组成特征相近,与先前通常认为的典型印度洋中脊玄武岩不同。玄武质岩浆主要源自尖晶石二辉橄榄岩地幔的熔融,岩浆源区主要由两个地幔端元构成,即以亏损型地幔(DMM)为主(69%),其次为富集型地幔(EMⅡ,27%)。富集组分可能源自古老陆壳物质的混染。自CR经NCIR到SCIR整个印度洋中脊西北分支玄武岩的Sr、Nd及Pb同位素组成表现出均一性,表明岩浆源区地幔组成相近。在SCIR 19°S附近脊段岩浆源区地幔存在有不均一性,有EMⅡ型地幔端元混入的迹象。在CR 3.5°N附近脊段,玄武岩明显富集K、Ba、La及U等微量元素,但由于缺少同位素数据,源区地幔特征有待进一步研究。在上述研究成果的基础上,提出了该区大比例尺的调查填图及密集采样和精细室内分析是CR深入研究的基础,同时加强Sr、Nd、Pb及Re、Os、Be等同位素分析测试,可提供揭示CR地幔不均一性的可靠依据,而厘清印度洋型地幔对CR的影响程度则有助于深入认识地幔不均一性的成因及地幔动力学过程。     

Amerasian盆地西部构造

Amerasian盆地东部为加拿大深水盆地。通过正负地貌构造对比，证实该盆地西部为复杂地形。后者主要是Lomonosov海岭、Alpha海岭、Mendeleev隆起、Arlis高原、Chuk-chi冰盖和Northwind海岭。实际上，本地貌构造单元与Makarov盆地和一些更小的沉降区整体代表一个超深陆架。该陆架连接北美和亚洲大陆，属于浸没于水中的Hyperborean地台的一部分。     

大西洋中脊玄武岩岩浆源区性质、潜在温度及其指示意义

洋中脊玄武岩（MORB）的微量元素成分和同位素比值具有变化范围大的特点，这些变化很难简单地用地幔部分熔融和结晶分异等岩浆演化过程来解释。传统观点认为洋中脊玄武岩的地球化学成分的多样性是由其下部地幔成分的大尺度不均一性决定的。这种地幔不均一性则是外来物质的加入造成的，如再循环的地壳物质、下大陆岩石圈、交代的岩石圈和外地核等成分加入到上地幔中。在本研究中，我们对大西洋洋中脊的玄武岩展开研究工作，评估了玄武岩源区的温压条件并综合对比了微量元素和同位素比值。靠近地幔柱的洋中脊玄武岩的地球化学和同位素成分具有较大的变化。地幔柱对洋中脊地区的影响范围可以达到1400公里，但并不是每个地幔柱都能够影响其周围1400km范围内的所有洋中脊脊段。未受地幔柱影响的洋中脊玄武岩成分和地幔潜在温度均没有异常表现。我们认为上述现象是由于地幔柱柱头形状不同造成的。地幔柱的流动形状可以分为管状和饼状两种，饼状地幔柱影响其周围的地幔是没有方向性的，而管状地幔柱对其周围地幔的影响在方向上具有选择性。沿着大西洋中脊的玄武岩的元素和同位素比值变化较大，暗示其源区具有较高的不均一性。我们认为该地区地幔不均一性主要是由于上地幔中加入了俯冲板片和拆沉下地壳造成的。另外，地幔柱的活动也不容忽视，它们影响了其周围部分洋脊段的成分变化。     

Reykjanes海岭以下热点产生浮流的地震证据

在过去的５５Ｍａ期间冰岛的大量火山被认为是由于高温地幔羽的存在 ,使得与大西洋洋中脊（ＭＡＲ）海底扩张有关的减压熔融增强而造成的。尽管地幔羽对海岭的冲击在冰岛海台是最强的 ,但大量的观测表明沿冰岛南部ＭＡＲ的扩张及与其相关的火山受热点的影响而发生了改变。特别是缓慢扩张的ＲＲ比典型的ＭＡＲ要热 ,Ｒｅｙｋｊａｎｅｓ海岭处的海底非常浅 ,地形非常光滑 ,缺乏典型的缓慢扩张中心所具有的割裂和轴谷 ,而且地壳异常厚。此外 ,沿Ｒｅｙｋｊａｎｅｓ海岭喷发的玄武岩的地球化学表明 ,它是冰岛地幔羽源和大西洋洋中脊源的混合。这…     

夏威夷地幔柱动力学

长期以来夏威夷群岛已成为地球动力学理论的发源地,在夏威夷发现的“热点”导致了深部热地幔柱理论的诞生,该理论认为流体地幔是夏威夷大洋火山岛及其它大洋岛弧形成的根源。海洋岛屿玄武岩和洋中脊玄武岩之间的化学与同位素差异一直被地球化学家用来约束地幔对流及地球化学演化模型,Ｂｉｌｃｈｅｒｔ－Ｔｏｆｔ等人展示的铪（Ｈｆ）同位素资料显示夏威夷熔岩中存在古深海沉积物,除自身意义外,该发现说明夏威夷地幔柱的地球化学和地震资料联合分析有助于解决长期困扰地学家的最重要的问题：地幔对流是否成层？成层地幔对流学说最初起源…     

印度洋玄武岩中大陆组分的成因

印度洋玄武岩的地球化学特征与太平洋、大西洋的玄武岩不同。在87Sr/86Sr一定的情况下其143Nd/144Nd比值较低，而在206Pb/204Pb 一定的情况下其207Pb/204Pb 和208Pb/204Pb比值较高（Dupré等，1983； Mahoney 等，1998）。印度洋地幔源的玄武岩内存有来自大陆岩石圈的组分是造成这些不同的原因（ Rehk?mper和 Hofmann，1997）。部分印度洋洋中脊玄武岩（MORBs）的另一个特征是具有较低的206Pb/204Pb比值，这可能意味着大陆岩石圈与其软流圈的源发生了混合（Dupré等，1983； Mahoney 等，1992）。最近，大陆下的地幔分层现象已被用…     

南海海盆及其周缘岩浆岩地球化学特征对岩浆过程及地幔结构的指示意义

本文通过对昆嵩高原,三水盆地以及玳瑁海山岩浆岩的地球化学研究来揭示南海海盆以及周边地区的岩浆过程以及地幔源区的性质。昆嵩,三水及玳瑁海山玄武质岩浆的地球化学特征均反应这些岩浆并非来源于一个起源于核幔边界的深部地幔柱,而是来源于较浅的岩浆源区,例如岩石圈下地幔或者软流圈地幔。此外,南海海盆岩浆岩的地幔源区较昆嵩高原和三水盆地岩浆岩的地幔源区更加亏损并且表现出较低的地幔温度。这些差异可能表明三水盆地内的岩浆活动被南海的开张所抑制,而之后又在昆嵩高原复苏。研究区的地幔表现出不均一性,其中的富集地幔端元表现出EM2的特征。这个EM2富集端员是由于伴随着大陆沉积物的中生代古南海板块俯冲到研究区地幔中所形成的。     

洋中脊与地幔柱热点相互作用研究进展

地表热点是认识地幔柱假说以及地幔柱动力学的窗口,发生在洋脊与热点之间的相互作用则是了解地球上两大动力系统(板块构造和地幔柱)的直接联系的最有利地区。研究洋脊-热点之间的相互作用对于揭示地幔动力学、热点附近洋壳构造的演变以及与热点密切相关的洋中脊处的岩浆热液活动具有重要的意义。在肯定地幔柱假说的基础上,对洋脊-地幔柱(热点)的模拟实验以及三大洋中不同扩张脊与热点相互作用的最新研究作了系统的介绍和评述,指出室内模拟实验以及地质学、岩石学、地球化学和地球物理学(特别是高分辨率的地震技术)的结合研究将是本领域研究的发展趋势。     

印度洋Carlsberg洋脊玄武岩岩石地球化学特征及其地质意义

本文对采自印度洋Carlsberg脊14个站位的新鲜玄武岩样品进行了常量和微量元素组成分析,旨在研究岩浆源区地幔的性质以及岩浆作用过程。研究结果表明:该区玄武岩为典型的源于亏损型地幔的大洋中脊玄武岩,不同样品经历了不同程度的结晶分异作用,演化过程主要受控于橄榄石的结晶分异作用,部分样品中有单斜辉石结晶分异作用的影响,斜长石的结晶分异作用不显著;玄武岩岩浆来源于亏损型尖晶石二辉橄榄岩地幔的熔融,主微量元素组成中尚未见到富集型组分混入的证据;源区地幔不同比例的熔融作用及其后岩浆演化过程的差异是造成不同样品间地球化学性质差异的主要原因,彼此独立的局部岩浆作用过程是岩浆作用差异的主控制因素。Carlsberg脊玄武岩整体与全球标准大洋中脊玄武岩(N-MORB)平均组分相近,不同脊段间岩浆源区地幔的组成、熔融程度(比例)和熔融深度等无明显差异,这种特征向南直到CIR的北段。     

西南印度洋中脊玄武岩地球化学特征及其对岩浆过程的指示意义

对采自西南印度洋中脊(SWIR)50°E附近5个站位的玄武岩样品进行了岩石学和元素地球化学研究。样品主量元素、TAS分类图解和AFM图解显示,SWIR研究区样品类型主要为低钾拉斑玄武岩。相对原始地幔SWIR区玄武岩具有Ba、Nb、Sr负异常,K表现为正异常。稀土元素分配模式均为左倾型,具有轻微的Eu、Ce正异常;SWIR区玄武岩都起源于上地幔,SWIR玄武岩则明显向EMⅡ端元偏移。SWIR玄武岩地幔源区相对最为富集,可能为DM和EMⅡ的混合源区,存在少量的陆壳成分。研究区玄武质岩浆起源深度为尖晶石橄榄岩区域处于中度还原环境下,经历了明显的橄榄石+单斜辉石+斜长石的分离结晶。     

地幔柱中原始惰性气体的特性

惰性气体在解译地球的分异过程时是重要的示踪剂。它们证明了经强烈去气的浅地幔以及去气较轻的深部地幔的存在 ,而这二者间通过地幔柱相联。二者均包含不能由大气或地壳次生的原生Ｈｅ和太阳Ｎｅ。它们还获得了不同程度的放射成因、核成因及裂变成因同位素（４Ｈｅ ,２１Ｎｅ ,４０Ａｒ ,１２９Ｘｅ ,１３１ ,１３２ ,１３４ ,１３６Ｘｅ） ,这些同位素形成于早期地幔大量去气之后。浅地幔作为洋中脊玄武岩（ＭＯＲＢ）的源区 ,其元素及同位素组成已较好地建立 ,而关于深地幔柱惰性气体的特性仍存争论。夏威夷与冰岛地幔柱玄武岩中均包含大…     

大洋地幔化学组成不均一性成因研究回顾及展望

认识地幔组成不均一性及其成因对于揭示固体地球的演化规律具有重要意义。简要论述了全球典型大洋玄武岩(洋岛/海山玄武岩(OIB)、洋中脊玄武岩(MORB))源区组成不均一性的化学特征及成因,并分析了国内外对地幔组成不均一性的认识不足之处和原因。30多年以来,玄武岩地球化学研究主要围绕地幔组成端元成分差异性及其成因,包括HIMU(‘μ’=~(238)U/~(204)Pb)、EMI和EMII及FOZO(同位素组成介于HIMU和MORB之间)富集端元,以及DMM亏损地幔端元(包括印度洋型(Indian-type MORB)和太平洋型(Pacific-type MORB)。富集地幔端元通常被认为与板块构造导致的地球化学循环有关,然而,这些端元的成因存在多解性。尽管过去常将亏损地幔作为一个地幔端元,但全球主要地幔库的亏损端元之间的同位素差别也是长期演化的结果,地幔亏损端元组成差异的研究也是至关重要的。地幔端元成因的多解性主要是由于对板块构造导致物质循环的关键环节了解不够,以及对地球早期熔融导致的上地幔亏损过程的认识不足。在总结研究现状和科学问题的基础上,本文指出地幔不均一性成因研究的潜力方向和方法:(1)深化对玄武质洋壳深部地幔压力下的物理化学相变研究,认识再循环洋壳重返浅部地幔的基本理论前提;(2)利用年轻的大陆裂张海盆玄武岩,有效检验大陆富集物质是否拆离进入地幔软流圈;(3)碳酸岩熔体来源及其对碱性玄武岩富集端元组成的贡献;(4)板块俯冲进入地幔过程中化学分异过程。     

印度洋大地构造背景及其构造演化——印度洋底大地构造图研究进展

印度洋底大地构造图(1∶1 500万)基于最新地球物理数据,结合中国大洋调查航次积累的地貌、地质、地球物理和矿产资源资料编制,综合反映印度洋底及周缘地质、地貌、地球物理和资源分布等特征,将为理解和推进印度洋盆构造演化和资源分布研究提供理论支撑。本文介绍了该图编制的思路和方法、数据来源、图面内容和大地构造单元划分,认为印度洋盆具有多微陆块、多期扩张、多洋底高原、无震海岭和"入"字形洋中脊等特征。在前人研究基础上,将印度洋盆地构造演化归纳为3个阶段:(1)冈瓦纳大陆裂解与洋盆初始张开(侏罗纪-白垩纪中期);(2)洋盆持续张开与扩张中心跃迁(白垩纪中期-古近纪初期);(3)印度板块与欧亚板块俯冲碰撞及非洲板块裂解(新生代)。在扩张中心跃迁式的发育形式下,现今印度洋盆多微陆块、多期扩张中心和"入"字形的洋中脊基本构造格局在古近纪早期便已形成。     

西太平洋板内玄武岩的同位素地球化学特征

西太平洋板内玄武岩主要是南太平洋中生代板内岩浆作用的产物。对西太平洋板内玄武岩和南太平洋板内玄武岩的对比研究有助于进一步揭示南太平洋超级地幔柱的性质及其时空演化规律。本文收集整理了西太平洋板内玄武岩的Sr,Nd,Pb同位素数据,并与南太平洋板内玄武岩对比。得到如下认识:(1)西太平洋板内玄武岩同位素组成极不均一,覆盖了所有的富集地幔端元,但主要表现为HIMU和EM-1两端元的混合特征;(2)与南太平洋板内玄武岩相比,西太平洋板内玄武岩的同位素组成的极端程度相对偏低,可能是其地幔源区各组分间混合更均匀的结果;(3)自约120 Ma以来,由于HIMU组分在西太平洋板内玄武岩中持续存在,而EM-1和EM-2型组分表现为断续出现,这可能暗示HIMU端元与两种富集端元在深部地幔中所处的空间不同。     

中国东部大陆边缘中生代晚期增生过程的数值模拟:以那丹哈达为例

许多现存造山带中均发现了洋岛玄武岩(OIB)和地幔柱型蛇绿岩记录,因此洋底高原增生是大陆生长的重要方式,但目前对控制洋底高原增生过程的机制仍不清楚。采用热-机械-岩石学模型数值模拟研究洋底高原的陆缘增生过程,结果显示洋底高原向大陆边缘增生具有3个控制因素:(1)减薄的大陆边缘;(2)海洋岩石圈中的"薄弱"层;(3)年轻的洋底高原。模拟结果与中国东北地区那丹哈达地体的野外构造解析结果和地球化学特征结合,揭示了洋底高原和东北亚大陆边缘的强烈挤压引起俯冲带的应变集中,产生与阿尔卑斯型褶皱相关的高角度逆冲断层和背冲断层,并伴随低级变质作用的构造折返过程。