广东三水盆地玄武岩源区特征与南海早期演化

南海在扩张前是否经历了陆内裂谷阶段是南海成因研究中一个重要的问题。三水盆地位于南海北部陆缘,其新生代以来喷发的双峰式火山岩具备大陆裂谷的岩石组合特征。通过对其中玄武岩主微量元素分析认为三水盆地玄武岩可以分为亚碱性和碱性玄武岩系列,两者均显示出明显的Nb、Ta正异常,相对于大陆地壳具有较低的Th/Sc、La/Nb和U/Al×1000,陆壳混染程度低;首次对盆地内玄武岩进行40Ar-39Ar测年,结合前人年代学结果表明玄武质岩浆强烈喷发的时段为61～54 Ma,其中亚碱性玄武岩喷发时间(60 Ma)早于碱性玄武岩(56 Ma);通过熔融柱模型反演得到亚碱性岩浆源区起止熔融温压分别为1 517℃(3.03 GPa)和1 471℃(2.25 GPa),深度为101～76 km,碱性岩浆源区起止熔融温压分别为1 555℃(3.33 GPa)和1 506℃(2.48 GPa),深度为110～84 km,整体为石榴石-尖晶石橄榄岩过渡区且呈逐渐变深的趋势。综合岩浆源区特征以及岩石组合特征认为三水盆地在古新世具备大陆裂谷特征。通过对比三水盆地与南海扩张期岩浆活动的分布时段及源区特征,发现三水盆地与南海扩张期岩浆活动时间分布存在较长间隔,深部过程差异较大,三水盆地岩浆活动与南海扩张并无直接因果联系。     

南海新生代岩浆活动的地球化学特征及其构造意义

基于已发表的和可利用的岩石学及地球化学数据,评述了南海地区新生代(特别是新生代海底扩张停止(17或15.5 Ma)以来)岩浆活动的地球化学特征及其成因,并讨论了其深部地球动力学背景及其对南海形成演化的构造意义.南海新生代早期(60～43 Ma或32 Ma)的岩浆活动呈现双峰式特点,主要出现在南海北缘一系列古近纪盆地内....     

南海北部晚新生代岩浆活动的发育特征与构造意义

南海北部陆缘具有极其独特的岩浆活动特征,其岩浆活动在大陆张裂和破裂期间表现的较为薄弱,而在裂后期尤其是海底扩张停止之后的晚新生代时期却变得极为强烈。通过总结南海北部晚新生代玄武岩浆的岩石学、年代学、地球物理学等方面的研究成果,从发育规模、物质属性、构造模式以及通道特征等方面系统揭示了岩浆活动的发育特征及其隐含的构造意义。结果显示:(1)南海北部晚新生代玄武岩均显示洋岛玄武岩(OIB)的物质属性,且与世界典型热点火山OIB具有相似的同位素分布范围;(2)南海北部海底火山的侵入和喷出体积量与世界典型的大火成岩省具有可对比性;(3)岩石圈伸展过程中所形成的张性断裂可能为后期玄武岩浆的活动提供了良好的通道;(4)沉积地层中所发现的岩脉与岩墙复合体与海底火山活动应该具有相同的岩浆来源;(5)全球和区域地震层析成像结果均显示了一条清晰的深部低速通道,暗示了南海北部晚新生代玄武岩浆活动可能与深部地幔柱存在紧密联系。     

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。     

山东蓬莱大黑山岛碱性火山岩地球化学特征

庙岛群岛中的大黑山岛出露碱性火山岩,对研究壳-幔过程及黄、渤海演化具重要意义。文中作者对大黑山岛火山岩的常、微量元素、K-Ar年龄及Nd-Sr-Pb同位素体系进行测试确定。结果表明,岩石属钠质碱性玄武岩系列,岩浆岩喷发可分为8Ma前和8Ma后两个阶段;岩石常量元素含量除K2O、Na2O外差异小;随着火山岩的演化,岩浆源区深度变大;大黑山火山岩Nd-Sr-Pb同位素比值与夏威夷洋岛玄武岩相似,其岩浆的地幔端元组分为PREMA DM,又以PREMA为主,并有MORB物质混入。     

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。     

南海西缘泰国晚新生代玄武岩岩浆过程研究及其地质意义

泰国晚新生代玄武质岩石主要为碱玄岩、玄武岩、粗玄岩和玄武粗安岩,属于碱性系列,呈现似洋岛玄武岩的地球化学特征,与南海地区其他位置的同时代玄武岩特征一致。本研究玄武岩的斑晶矿物主要为橄榄石、斜长石及少量的单斜辉石。利用全岩组分推算,泰国玄武岩源区岩性为石榴石辉石岩,与越南、北部湾等地同期玄武岩的岩性类似。本研究利用PRIMELT软件模拟计算了泰国晚新生代玄武岩的原始岩浆组分。利用反演的原始岩浆组分计算出本区域的玄武岩熔融温度范围为1 425～1 442℃,熔融压力范围为22.3～27.4 kbar,类似于海南岛(1 420～1 530℃,18～32 kbar)和越南南部地区(1 470～1 480℃,29.7～32.8 kbar)。本区域的地幔潜在温度为1 448～1 467℃,与越南南部(1 468～1 490℃)类似,稍低于海南岛北部(1 420～1 530℃)。总体上,泰国晚新生代玄武岩与南海地区其他区域同时代玄武岩的岩石地球化学特征和岩浆过程类似,它们的深部地球动力学背景均与海南地幔柱有关。     

南海中央海盆扩张期后海山链岩浆活动的热模拟研究

壳幔黏性结构是影响南海中央海盆扩张期后海山链岩浆活动的主要因素,研究其岩浆活动发育机制具有重要的科学意义。利用重、磁、测深及岩样分析数据提供的地壳结构和热力学参数,通过FEM数值模拟,研究了南海中央海盆珍贝-黄岩海山链之下黏性结构与岩浆熔融、运移活动的关系。根据黏性主要受压力和温度控制,但熔融期间的散热及脱水会增加黏性,设计了三种不同的黏性结构模型。计算结果表明：三种垂向黏性结构模型在不同的温度条件下,都可以使地幔熔融区最大熔融程度达到20%~25%。岩浆熔融程度与地幔热结构、熔融潜热和含水量有关,并受扩张速率影响,慢速扩张脊下的岩浆熔融程度相对较低。岩浆运移在扩张期后主要依靠减压熔融浮力,垂直上升至熔融区顶面后沿上倾面向脊轴运移。接近脊轴熔融带,部分熔融程度高,远离轴部熔融带,部分熔融程度较低。主要结论：南海中央海盆海底扩张期,海山链之下10 km深度具备形成拉斑玄武岩浆的条件;扩张期末,该地区25 km深度具备形成碱性玄武岩浆的条件。     

西太平洋若干沟-弧-盆体系及板内岩浆成因研究进展

板块俯冲和板内岩浆作用都是导致地表和地球内部物质大规模循环的重要地质过程。但是,两个地质过程的岩浆成因机制,以及成因上的内在联系都存在很大争议。西太平洋是全球沟-弧-盆体系最发育的地区,也是全球板内火山作用(海山和洋底高原)分布最集中的场所。为阐明西太平洋海盆的上地幔软流圈性质、岛弧岩浆形成的控制机制、以及板块内部火山作用(碱性火山岩)的成因机制,在中国科学院战略性先导科技专项(A类)"热带西太平洋海洋系统物质能量交换及其影响"项目的资助下,本文对西太平洋马里亚纳-雅浦俯冲系统、汤加-科玛迪克俯冲带及其俯冲前缘海盆的成因机制、南中国海扩张期海盆玄武岩和板内火山作用、西太平洋海盆上地幔的Dupal异常分布和成因机制等展开了系统的岩石学和地球化学研究,并取得了新的科学认识和成果。主要认识包括:(1)雅浦岛弧主要由变质岩-角闪岩组成,其形成于3—6Kbar温压条件下,代表岛弧下部来自帕里西维拉海盆的变质基底;(2)加洛林洋脊主要由玄武岩组成,其不是一个岛弧,而可能是一个地幔柱形成的洋底高原;(3)汤加-科玛迪克岛弧岩浆组成体现了西南太平洋俯冲板片俯冲速率的直接影响;(4)厘定了汤加-科玛迪克俯冲前缘板块的年龄(103.7Ma),并认识到其代表古太平洋扩张中心并消耗了Ontong Java超级地幔柱的组分;(5)首次在南海发现了碳酸盐化的硅酸岩岩浆向碱性玄武岩转化的现象,提出了板内碱性玄武岩成因的新链条;(6)西太平洋海盆的地幔广泛存在Dupal异常,该异常从西太平洋岛弧俯冲带一直延伸至南海海盆,其中南海海盆的Dupal异常主要受到大陆裂解和海南地幔柱作用的双重影响。通过以上认识,进一步揭示了西太平洋沟-弧-盆体系和板内岩浆体系作用机制,以及俯冲板片物质与板内火山活动之间的成因关联,这对于深刻理解板块构造导致的地球内外物质循环规律有一定的推动作用。     

晚中新世南海珍贝-黄岩海山岩浆活动及其演化:岩石地球化学和年代学证据

南海海盆15°N附近呈东西向展布的珍贝-黄岩海山被认为是32~17Ma前南海海盆的残留扩张中心.对采自黄岩海山的两个火山岩样品(9DG,9DG-2)进行了岩石学、地球化学和年代学研究.两个样品的SiO₂含量分别为60.3%和63.6%,Al₂O₃含量分别为17.56%和17.55%,TiO₂含量分别为0.48%和0.31%,碱度率分别为3.88和3.62.根据岩石学和岩石化学分类,样品属碱性系列的粗面岩.对稀土元素和微量元素分析表明岩石具有洋岛玄武岩(OIB)型配分型式,轻重稀土总量比(∑c(LREE)/∑c(HREE))和球粒陨石标准化镧镱比((La/Yb)N)分别高达17.22和27.23,并具有铕负异常和锶、磷、钛亏损的特点.样品9DG的锶-钕-铅同位素分析结果为锶-87的含量与锶-86的含量之比值为0.704183,钕-143的含量与钕-144的含量之比值为0.512827,铅-206的含量与铅-207的含量之比值为18.68668,铅-207的含量与铅-204的含量之值为15.67962,铅-208的含量与铅-204的含量之比值为39.00261,表明初始岩浆来自软流圈地幔,具有与珍贝海山玄武岩相似的同位素组成.经钾-氩法测年,粗面岩的年龄为(7.77±0.49)Ma,略晚于珍贝海山玄武岩的年龄[(9.1±1.29)~10.0±1.80Ma],属于南海扩张期后晚中新世火山活动的产物.对比珍贝海山玄武岩的地球化学和同位素特征,认为两者有相同的岩浆源区,但是它们经历了不同程度的结晶分异过程,在晚中新世期间珍贝-黄岩海山可能有地幔柱活动.     

南海北部及邻区岩石圈地幔特征与深部作用过程初探

对新生代火山活动携带到地表的超镁铁岩捕虏体岩石的主元素、微量元素和同位素特征的研究表明，南海北部及邻区岩石圈地幔组成和空间变化与大地构造分区有密切联系；区域上的岩石圈地幔经历过多重地幔交代作用，而与南海北部陆缘活化和陆缘扩张更为密切相关的地幔交代作用可能主要为高温型富Ｆｅ－Ｔｉ交代作用；软流圈热物质上升是引起大陆地壳活化的重要的深部作用因素。     

南海北部及邻区岩石圈地幔特征与深部作用过程初探

对新生代火山活动携带到地表的超镁铁岩捕虏体岩石的主元素，微量元素和同位素特征的研究表明，南海北部及邻区岩圈地幔组成和空间变化与大地构造分区有密切联系；区域上的岩石圈地幔经历过多重地幔交代作用，而与南海北部陆缘活化和陆缘扩张更为密切相关的地幔交代作用可能主要为高温型富Ｆｅ－Ｔｉ交代作用；软流圈热物质上升是引起大陆地壳活化的重要的深部作用因素。     

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。     

南海北缘白云凹陷新生代岩浆活动特征与期次

白云凹陷隶属于南海北缘珠江口盆地珠二坳陷,进入新生代以后白云凹陷及其邻区发育了剧烈的、多期次的岩浆活动,表现为强烈的火山喷发与岩浆侵入作用。从白云凹陷地质资料、井资料、地震资料出发,井震结合总结了不同类型岩浆岩体地震响应特征,并识别出了白云凹陷新生代发育的岩浆岩体,绘制了岩浆岩体平面分布图。白云凹陷新生代岩浆岩体主要分布于白云凹陷周围的隆起或凸起部位,且以白云凹陷南侧为主要分布区,白云凹陷内部岩浆岩体发育较少,在凹陷内部呈零星分布。利用岩浆活动期次划分方法(接触关系法、上覆沉积地层厚度法、两侧地层对比法),将白云凹陷新生代岩浆活动分为4期:32~23.8、23.8~10.5、10.5~5.5、5.5 Ma至今,绘制了各时期岩浆岩发育平面图,第1期对应构造演化阶段中的断拗转换期,后3期对应构造演化阶段中的拗陷期,并且随着区域构造演化的进行岩浆活动具有减弱的特征。     

南海及邻区岩浆岩时空分布特征及机制

南海的岩浆作用自始至终高度活跃,岩浆活动规模远远超出以前的想象。根据地壳发展阶段及其产生的岩浆作用强度和类型的差异,结合岩石同位素年龄资料,将南海及邻区划分为前吕梁期、吕梁期、晋宁期、加里东期、海西期、印支期、燕山期、喜马拉雅期等8个岩浆作用时期,主要分布于南海及周缘的广东、广西、海南岛、台湾岛、中南半岛、加里曼丹岛、菲律宾群岛,时代从前吕梁期至喜马拉雅期均有出露。南海及邻区最老的岩浆岩是在中南半岛出现的太古代黑云母花岗岩、紫苏花岗岩和辉长岩;最新的现代岩浆岩海陆均有发现,南海西南部和菲律宾等地区至今还有火山喷发岩浆活动。南海海区岩浆岩以燕山期和喜马拉雅期为主,燕山期以中酸性侵入岩为主,广泛分布于南海陆缘,尤其南海北部和西南部最甚;喜马拉雅期以强烈的基性、超基性岩浆活动为主,遍布于整个南海海区,以玄武岩为主。总体上,海区岩浆活动要比陆区晚。     

马里亚纳海槽热液活动区玄武岩的岩石地球化学特征

对拖网采自马里亚纳海槽热液活动区 (18°N附近 )的 8个玄武质岩石样品进行岩石地球化学初步研究。岩石富集 L IL E和 L REE,稀土分布型式呈右倾图式 ,L a N=10 .6 8～ 2 2 .6 4 ,(L a/Yb) N=1.6 1～ 2 .4 7,并略显 Eu正异常。在相对于原始地幔的标准化微量元素分布图中 ,7个样品具较明显的 Nb亏损和 Zr、Hf富集 ,而 1个样品不具 Nb的亏损 ;HFSE/HFSE、L IL E/HFSE、L IL E/L IL E等微量元素比值大都在 N- MORB和 EMI2个地幔端员组分间变化。这表明岩浆起源于受俯冲组分改造或影响的上地幔 ,且地幔源区存在明显的化学不均一性。与冲绳海槽玄武岩相比 ,马里亚纳海槽玄武岩的 Nb亏损明显减弱 ,暗示俯冲组分对地幔源区的影响程度也随之减弱 ,这反映出处于弧后张裂阶段的冲绳海槽与处于从弧后张裂向海底扩张过渡阶段的马里亚纳海槽 ,在岩浆起源及其动力学背景存在明显差异     

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。     

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。     

DSDP/ODP 504B孔上洋壳Nd和Pb同位素变化

低 8 6Sr/ 87Sr和高 14 3 Nd/ 14 4 Nd比值作为洋中脊玄武岩 ( MORB)的特征 ,表明偏离原先亏损的不相容元素的源区。同其它火山环境中的岩浆岩相比较 ,MORB具有相当均一的成分 ,然而在区域和局部范围内同位素和微量元素地球化学的变化较小但很明显。在许多地方 ,区域地球化学变化明显与地幔羽的影响有关。接近洋脊的海山和沿扩张脊的局部地球化学变化表明MORB幔源在较小区域也是不均匀的 ,洋脊表层取样只提供了局部地球化学变化的有限信息。因此 ,我们研究科斯塔里卡断裂南侧DSDP/ ODP50 4B孔新鲜玄武岩剖面是为了阐明太平洋洋壳…     

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。