当代地球科学的一项重大前沿课题——幔汁研究

    深部地质研究的重点是上地幔;上地幔研究的核心是软流层;而软流层研究的关键则是幔汁。当今国际上对幔汁问题的理解尚处于拂晓阶段。如能当机立断紧紧抓住这一薄弱但又是前沿的要害问题集中攻而破之,将来会取得带有冲击波的一些成果—目下已此其时矣。
    在本文中将阐述下列三个问题:研究现状、笔者的论点及立项建议。     

幔汁成矿作用浅析

该文以幔汁的存在、幔汁的化学组分与物理化学性质等研究成果为依据,结合对元古宙昆阳裂谷内铜矿床的研究,对幔汁成矿的可能性作了初步探讨,从而首次提出了地幔泄气成矿作用。     

幔汁(HACONS流体)地球内动因探索

地球科学发展到今天, 中外所积累的实际资料之多早已达到一个临界点, 必然要从量变跃迁为理论认识上的质变。本文是这方面的一个尝试, 力图把地球看成一个整体, 提出以下五条地球内动因基本规律: (1) Na、K被幔汁的带入乃是地幔和地壳中产生各种类型岩浆的关键要素; (2) Na、K碱交代作用是整个热液作用中最重要的一个反应机制; (3) 大地构造源于幔壳溃变**(是幔汁在起主要作用); (4) 在地球的演化上, 地壳乃是地幔亏损(depletion)部分的向上分化、搬家, 地壳=原始地幔－亏损地幔; (5) 地球深部的Na、K流(即幔汁主体)是来自威力更大的地核氢(H+、H、H2)流的萃取和驱动。     

地球排气作用——建立整体地球科学的一条统纲

通过研究发现 ,现在可以用地球排气作用作为一条统纲 ,把原来分散的地球科学各个分支学科和谐地串联成为一个整体地球科学巨系统。地球排气的实质是幔汁 (HACONS超临界态流体 )从深部自发向上、向外的辐射排放 ,结果形成了地球内外的 5个气圈和气体地球动力学 ,幔汁上涌后通过碱交代作用产生蚀变和岩浆并促使原来为固体的上地幔、地壳发生溃变 ,在地球的 3个基本动力 ,即重力、地球自转变速、圈层旋转差速和天体 (主要是月球 )潮汐力联合作用的大前提下诱发出大地构造运动、地球演化和自然灾害。没有幔汁活动就没有壳幔运动。笔者初步认为 ,对现有流行的众多理论和结论都需要重新加以怀疑和再审鉴。否则 ,地球科学难以向前发展。我们今后不仅需要单科的或局域的岩石学家、地球化学家、大地构造学家、气象学家、海洋学家等 ,另外还需要有一大批整体地球科学家。     

对阜平康家峪铁矿成矿作用分析

康家峪铁矿是阜平地区一处重要的沉积变质型铁矿,其原始成生环境为陆核增生环境。本文简述了矿区地质特征、矿体地质特征,从幔枝构造成矿角度探讨了其成矿作用,指出阜平幔枝构造在康家峪铁矿隆升中起着重要作用,并说明了幔枝构造成矿理论,可以用来分析铁矿的隆升过程及保存状况。     

石油天然气藏幔汁加氢和碱交代成因的再认识

油气成因问题争论已有多年。本文在过去的无机成因论的基础上,现在再增加一些自己工作和国内外新进展进一步论证石油天然气藏的热液作用成因。此热液是地幔流体(HACONS简称幔汁)在玄武岩事件中沿盆地底部深断裂上涌减压降温的相变产物,通过加氢和碱交代作用形成油气矿藏。     

地球内部主要层圈相互作用研究的若干进展

20世纪90年代以来，人们正在探索建立一个统一的全球动力学体系及各圈层相互作用的热、物质运动机制。通过对地核、核幔边界、过渡带、岩石圈—软流圈地幔、地幔柱理论、壳幔边界和地壳内热、物质的交换和圈层流变运动方式等进行分析，讨论了地球各圈层之间存在的热与物质的交换机制以及底侵作用、拆沉作用和岩浆部分熔融作用等壳幔相互作用过程。认为壳幔作用过程表现为一种阶段式、递进式动力学和物理化学演化过程。壳幔相互作用不仅是大陆动力学演化的主要机制，而且与深部地幔的交代及上地壳变形、造山带、盆地形成和演化之间存在耦合过程。基于壳幔热和物质相互作用的研究可以对上地幔及更深层次的地质作用过程进行限定。     

新疆双亚幔柱模式及其控矿机制

文章简述了新疆地区的地质理论研究成果、矿产地质特征,认为准噶尔、塔里木双亚幔柱是新疆金属矿产呈现"8"字型分布的主要控制因素;双亚幔拉主体形成时期分别为石炭纪和二叠纪。准噶尔亚幔柱斜向天山造山带,塔里木亚幔柱近垂直,前者作用强烈、短暂,后者温和而漫长。准噶尔、塔里木盆地周缘薄弱带与内部构造体制为地幔深源岩浆及后碰撞造山岩浆的上侵提供了通道。天山造山带形成于晚石炭世,它受双亚幔柱挤压隆起作用有限,成矿局部叠加;二叠纪以来,以相对南北向挤压为主,是能源矿产主要形成时期;阿尔金、昆仑等山脉在新近纪快速隆升。基于幔枝构造启示,建议金属矿产地质找矿勘查与石油、煤炭及铀矿地质勘查展开合作,在准噶尔、塔里木两盆地内进行金属矿产综合找矿。     

用层控构造学说论油气与盐类的伴生及预测

依照"层控构造"观点,地球演化过程中,上地壳顶部最先出现断裂,而后在重力和水平力共同作用下发展成上地壳正断层。其中水平力来自于地球的自转速度变化等因素,后来正断层继续演化成盆-山系。此过程使含"H-A-C-O-N-S"即幔汁的地幔流体进入地壳表层,形成油气和盐类。盆-山系的断隆山如果受到后来陨星逆向或顺向撞击所派生的经向或纬向惯性力强烈挤压,促使断隆山利用断陷盆地侧向应变空间进行仰冲,形成仰冲型冲叠造山带。此过程由于产生了负压作用,使盆-山系形成时已经隆升的地幔流体再次上涌,导致幔汁进一步聚集,从而形成更多油气和盐类。利用这一理论分析了松辽盆地油气和鄂尔多斯盆地、青海柴达木盆地、库车盆地、准噶尔盆地的油气形成机制,并预测了罗布泊和塔里木的石油和盐类矿产,也解释了云南安宁盐矿下部伴生的油气显示,从而对油气的有机成因提出了挑战,认为无机成因是油气成因中更重要的原因,也提出了油气勘探的三位一体新概念:玄武岩-油气-盐类。     

壳-幔物质交换的岩浆岩石学研究

地质地球物理综合研究表明,岩石学地球化学意义上的壳幔边界与地球物理学确定的莫霍面并不等同,物质成分上的壳幔边界具有动态演化的特点,并具有两侧物质成分的双向交换。火成岩中的深源包体和出露的壳幔边界剖面研究揭示,岩浆底侵作用是地幔物质进入地壳的主要方式,并造成地壳垂向增生,而拆沉作用是地壳物质进入地幔的重要机制,上述两种过程的联合是大陆地壳内部地质演化的重要原因     

地幔动力系统与演化最新进展评述

评述了９０年代以来地幔动力学研究的一些最新的观测和理论模拟的进展,探讨该领域的几个主要热点问题,包括地幔内部转换带和核幔边界的物理化学性质与演化,俯冲板片热结构及其与地幔的相互作用,热点物理化学性质与地幔柱动力学模拟,地幔对流系统及其对表层地质过程的影响等。这些结果是在多学科交叉研究的背景下取得的。地震层析的结果超越了８０年代取得的大尺度地幔结构,得到了越来越精细的结构,如俯冲板片的结构,６６０ｋｍ间断面的起伏,ＣＭＢ的超低速层和各向异性等。俯冲板片在某些区域平躺在上地幔底部,造成６６０ｋｍ间断面的凹陷。已有明显的迹象表明,俯冲板片至少在某些区域达到了地幔底部,说明下地幔是驱动地表板块运动的地幔对流不可分隔的一部分。全地幔对流模式对地幔中存在不同的地幔地球化学源区的看法提出重大挑战,计算机模拟三维球坐标地幔对流已经成为现实,新的研究正试图把地表板块加入到对流的模拟之中,并再造板块运动的动力学演化史。最后,对这些领域的最新进展提出自己的分析和看法,认为地球动力系统演化研究所面临的难题是地球内部动力状态演变的历史记录问题。而这样的记录,尤其是早期记录,只能从地球表面的造山带和盆地记录中去寻找。认为建立地质记录与?     

Mantle Ichor HACONS—Its Geological Significance（Ⅱ）

The chemistry and migration patterns of the mantle ichor are discussed on a globle scale followed by evaluations of the significance of HACONSfluid with respect to various geological processes of fundamental interest.     

地幔热柱多级演化及其幔枝构造成矿控矿——以胶西北郭家店幔枝构造为例

文章简要介绍了幔枝构造成矿理论,探讨了幔枝构造的特征、单元划分、断裂构造体系以及成矿控矿作用。在燕山运动晚期,华北东部地区进入了以伸展构造为主的地幔热柱演化阶段,在胶西北地区形成了莱阳地幔亚热柱及其外围郭家店、栖蓬、牟乳等幔枝构造。其中,郭家店幔枝构造于燕山运动晚期发生强烈的构造活动,总体形成了以焦家断裂为主的拆离带和与其相交的以三山岛断裂为反向铲状断裂的构造体系,同时控制着玲珑、焦家、三山岛等一系列大型—超大型矿床的形成。在众多成矿控矿因素中,区域性断裂构造是重要的主导性因素,既为成矿流体的运移提供了通道,又为成矿储矿提供了有利空间。深源含矿流体可通过地幔热柱→地幔亚热柱→幔枝构造→有利构造扩容带,即脆韧性-韧脆性剪切带、侵入岩体的内外接触带、密集的构造裂隙带、各种脉岩与围岩的接触带等有利构造部位集聚成矿。近年来在胶西北深部勘查发现,浅部沿断裂展布的若干个大—中型金矿在其深部的成矿蚀变构造带可能是连为一体的,一起组合成为超大型金矿。      

郯庐断裂带中南段新生代玄武岩源区地幔特征及其演化

郯庐断裂带中南段新生代玄武岩随时代逐渐变新 ,碱性逐渐增强 ,轻、重稀土元素分离程度及不相容元素的富集程度也逐渐增强 ,Sr、Nd同位素组成越来越亏损。古地温线特征表明 ,断裂带之下的上地幔具有高的大地热流值。老第三纪拉斑玄武岩地幔源区主要以轻微富集的EMⅠ组分为主 ,新第三纪以来的碱性玄武岩来源于亏损地幔。研究区地幔源区随时间的演化受老第三纪软流圈上涌的影响 ,大量的深源流体对上部岩石圈地幔进行广泛的交代 ,从而使郯庐断裂带下面的岩石圈地幔出现不相容元素和LREE富集 ,且由轻微富集地幔转变为亏损地幔。     

气体地球动力学—一个重要的研究新方向

地球科学发展到今天,已要求从昔日的固体地球观向新的流体地球观转变。在动力学中流体才是最活动的因素。广义流体的含义指浆、液、气。固体只有渗透一定量的浆、气、液三者之一才有流动的可能或其应变速率加快。浆、液(主要是水)、气三者的动力学功能并不等同。无论是浆还是液均乃气的派生产物,没有气体则不可能形成浆或液。硅酸盐岩石的固体热传导微不足道。因此,在流体地球动力学中气体地球动力学乃是最有决定意义的核心问题。此气体是指地幔条件和环境中的气体,它和地壳、地表上的气体有很大不同。     

地幔流体研究进展

介绍了在地幔流体的成分、源区、形成机制、运移方式和分异模式以及地幔流体与地幔交代作用、岩浆作用和成矿作用的关系等方面研究的一些新进展 ,总结了地幔流体的研究途径和方法的一些新突破 ,并指出了今后的重点研究方向。     

地幔转换带中的水及其地球动力学意义

综述了近20年国际上地幔转换带中水的研究进展。前人研究表明,地球深部的水主要以OH-(hy-droxyl)形式存储在名义上无水矿物(NAMs)中。高温高压实验研究表明,地幔转换带中的主要矿物均具有较高的储水能力,且在转换带的温压条件下,其储水能力随着温度的升高而降低,其中瓦兹利石(β-Ol)和林伍德石(γ-Ol)的储水能力为2%～3%,超硅石榴子石(Mj)的储水能力为0.1%左右,据此估算地幔转换带的储水能力约为1.2%～1.91%,是地表水总量的3.9～6.2倍;而转换带除外的上地幔和下地幔主要矿物的含水量或储水能力均小于0.1%,因此与上、下地幔相比,地幔转换带可能是地幔的主要储水库。尽管地幔转换带具有较强的储水能力,但对地幔转换带的实际含水量还存在干、湿两方面的地质和地球物理证据和争议。地幔转换带中的水会对转换带中一系列的过程产生重要影响,当水含量增加时,橄榄石(Ol)向β-Ol、γ-Ol分解以及超硅石榴石的分解反应分别向低压、高压和低压方向迁移,从而由橄榄石向β-Ol和γ-Ol分解两个相变反应界定的转换带宽度也会增加;水还会使地幔深部的部分熔融温度降低,熔体的密度降低;同时,水的加入可以很好地解释地幔岩"pyrolite"模型在410km不连续面处产生的与地震波测量不相符突变,也可以解决全地幔对流模式所不能解释的地幔成分分层问题。因此,深入研究和探讨转换带中的水对地球深部动力学过程的影响,包括中国东部地区受太平洋板块深俯冲作用的影响,均具有重要的约束和研究意义。     

Tectonic Environments of Cenozoic Volcanic Rocks in China and Characteristics of the Source Regions in the Mantle

Extensive volcanism is one of the important features of Cenozoic geology in China.Based on temporal-spatial distribution,the volcanism was associated with three major different geological settings:1)the continental rift basalts in Northeast and North China;2)the tension-fault basalts on the continental margins of Southeast China; and 3) the collision-zone high-K volcanics in the Qinghai-Xizang Plateau and its vicinities.The characteristics of “depletion in the south and enrichment in the north“of the China continental mantle are strongly supported by isotopic evidence.The Cenozoic continental cal characters,into the following geochemical provinces:1)the depleted mantle in South China;2)the primary mantle in Northeast and NorthChina; 3)the hybrid and transi-tional mantle in the region of Shandong ,Anhui,Jiangsu and northern Zhejiang;4)the depleted mantle around the Bohai Bay and the Lower Liaohe River;5)the K-metasomatic enriched mantle in the northern part of Northeast China;and 6)the re-cycled enriched mantle in the ancient subduction zone in the Qinghai-Xizang Plateau and its surround-ings.These geochemical characteristics on a regional scale must be a reflection of the nature of lithosphere evolution.     

太古宙克拉通岩石圈地幔研究现状述评

本文主要介绍了太古富克拉通岩石圈地幔的一些基本特征，国内外有关早期地幔研究的最新进展和发展趋势，主要包括以下几方面：１．太古宙岩石圈地幔的岩石组成和化学组成；２太古亩地幔同位素体系；３．太古亩地幔热状态和结构特征；４．幔内地质事件。通过研究主要获得以下认识：１．早太古代岩石圈演化以壳－幔分异作用为主，晚太古代以壳内分界作用为主；２．太古宙存在一个又厚又冷（２００ｋｍ）的岩石圈；３馒内地质作用与克拉通化存在成因上的联系。