北秦岭微古陆形成与演化的地球化学证据

由东秦岭相邻构造单元中前寒武纪基底岩石和显生宙花岗岩长石铅同位素组成、幔源镁铁质岩石钕同位素组成和某些不相容元素对比值的对比研究,结合沉积岩地球化学分析,论证了北秦岭不属于华北克拉通的组成部分,而应为于古元古代在强亏损型上地幔之上的新生地壳基础上发展形成的微古陆,最初可能具有洋岛性质,并位于临近华北陆块边缘的地方。     

东秦岭商丹构造带陆壳俯冲碰撞——花岗质岩浆源区同位素示踪证据

根据东秦岭商丹构造带两侧晚古生代～早中古生代碰撞型花岗岩类Pb,Nd和Sr同位素地球化学特征,对岩浆源区进行了分析,论证了北秦岭碰撞型花岗岩类的岩浆源区并不主要来自于原北秦岭的基底岩层,而其源区物质主要来自于商丹构造带南侧的南秦岭中、下地壳,这为东秦岭造山带在陆-陆相互作用阶段.南秦岭地壳滑脱俯冲于北秦岭陆块之下提供了直接的证据.     

秦岭造山带与邻域华北克拉通和扬子克拉通的壳、幔精细速度结构与深层过程

秦岭造山带与其南北两侧华北克拉通和扬子克拉通属三大构造单元,不论其各构造单元体还是其界带构造均甚为复杂,并受到多期次构造运动的制约,形成了大陆内部特异的造山过程.尽管在这一地域曾做过大量的地表地质工作和一些相关的地球物理工作,但对其壳、幔精细结构、深层动力过程,特别是同步穿越华北克拉通、秦岭-大巴造山带和扬子克拉通系统的耦合研究甚少.为了研究和探索该地域的壳、幔精细速度结构和其形成的深层过程,专门布置了一条北起榆林,向南经咸阳、宁陕直抵涪陵长达1000 km的高精度地震宽角反射、折射波场探测剖面.通过剖面辖区高分辨率的数据采集,数据处理、反演和壳、幔层、块精细速度结构,发现剖面辖区深部壳、幔结构存在特异的速度和结构变化,并厘定了一系列的新认识.研究结果表明:(1)秦岭—大巴造山带具有同一基底,其形成乃为结晶基底隆升所致,即它的形成仅涉及到上地壳的受力变形和空间状态.造山带与其南、北两侧的前陆盆地为陆内造山过程中同一深层过程的产物,但其沉积速率和形态却不相同.华北克拉通与秦岭造山带之间前陆盆地B_fc拉张为该区Moho界面的局部隆升所致.(2)首次提出了沿1000 km长剖面连续的沉积建造、结晶基底、上地壳、下地壳和上地幔顶部的层、块速度结构和各界面的起伏变化与空间状态.基于地震波边界场响应厘定了华北克拉通、秦岭—大巴造山带和扬子克拉通的分区界带.论述了三大构造单元各自的内部结构和其相邻界域的速度变化特征.(3)该区大陆内部速度结构和不同类型断裂分布及层序在华北克拉通、秦岭—大巴造山带、扬子克拉通三大块体地域存在显著差异.不同规模、层次与产状的断裂分布反映出它们在变形行为和机制上及所受构造运动的制约上均存在明显的差异.     

地球物理观察和岩石包体约束华北岩石圈地幔结构、性质及过程

对岩石圈物理、化学结构进行多维度的高精度限定,可为其形成演化等重要基础科学问题提供可靠依据.华北深部岩石圈经历多期次复杂改造过程,导致物理、化学结构参数的改变.厘清岩石圈精细结构中各参数空间分布特征,有助于对改造范围、程度及机制进行有效制约.通过地震学、重力学及地热学综合研究,结合深源岩石包体的定深(岩石圈中的层位)、定性(化学的和物理的)和定年(形成和改造年龄)成果,文章构建了华北岩石圈地幔多维度物理、化学结构模型.研究表明:华北陆块岩石圈地幔横向上存在高度不均一性,除陆块内部的局部地区保留有太古宙-古元古代难熔、强烈交代的地幔,大部分已转变为元古代甚至显生宙饱满、弱交代的地幔.岩石圈地幔结构组成特征表明,华北东部地幔受改造强烈,甚至最终完全置换;华北中部过渡带和西部保持相对稳定,但是西南缘岩石圈受到明显改造.     

秦岭造山带上地幔各向异性及相关的壳幔耦合型式

秦岭是具有复杂地壳结构、经历长期构造演化的复合型大陆造山带.本文通过地震资料精细反演上地幔各向异性,探索秦岭造山带构造演化及成因动力.采用最小切向能量法、最小特征值法和“叠加”分析法求得覆盖秦岭造山带及周边地区41个地震台站的SKS横波分裂结果:快波偏振方向(φ)和快、慢波的时间延迟(δt),据此绘制了秦岭造山带上地幔各向异性图.将已发表的地表GPS观测结果与上地幔各向异性相结合作上地幔变形因素分析,发现秦岭造山带自西向东的上地幔变形因素不是单一垂直连贯变形或地幔流动,而是共存的.同时,其上地幔变形的主控因素有区域性变化.研究表明秦岭造山带西、中部上地幔变形以壳幔垂直连贯变形为主,属壳幔强耦合,东部壳、幔耦合变弱,上地幔变形以简单地幔流动为主控因素.同时,SKS快波偏振方向(φ)于秦岭造山带显示出南缘略向北凸、北缘略向南凸的弧形展布,反映了造山带两侧刚性较强的扬子地块与鄂尔多斯地块旋转与秦岭造山带南北缘弧形流动有关.     

地球物理综合观测揭示秦岭—桐柏—大别复合造山带地壳及上地幔结构

秦岭—桐柏—大别复合造山带(以下称为秦岭大别造山带)属于中国中央造山带的一部分,由华北克拉通与扬子克拉通汇聚形成.对于秦岭大别造山带及其周缘地区的研究,可以为这一大陆碰撞造山带的形成与演化过程提供重要信息.本文整合研究区域的接收函数与背景噪声数据,采用H-κ叠加分析、接收函数与背景噪声联合反演、克希霍夫偏移成像等方法,得到了沿秦岭东西方向具有高分辨率的地壳及上地幔结构.研究结果显示:(1)莫霍面深度由西向东逐步抬升,由剖面西侧最深约55 km上升至剖面东侧最浅约30 km;莫霍面于东西秦岭之间起伏明显;桐柏以及东大别下方莫霍面局部加深.(2)西秦岭中下地壳观测到的高速异常阻隔了青藏高原东北缘地壳低速异常的向东扩张,反映了青藏高原东北缘的中下地壳流没有通过西秦岭继续向东流动.(3)西秦岭岩石圈地幔顶部高速异常延伸至100 km深度(剖面底部),桐柏—西大别岩石圈地幔顶部高速延伸至70 km深度,东大别、东秦岭岩石圈地幔顶部未见较大深度范围的高速异常.     

苏北-胶南构造混杂岩带的地质特征和岩性地层柱

本文简要介绍了产于华北板块与扬子板块碰撞带范围内的苏北-胶南构造混杂岩带的地质构造背景,并系统地研究滑移介质、中-浅源和深源构造块的基本特征。在深源构造岩块的研究基础上建立了壳幔过渡带至上地幔段的岩性地层柱,对上地幔可能存在的地质作用类型进行了探讨     

利用远震接收函数的共转换点叠加方法研究华北克拉通上地幔过渡带结构

上地幔过渡带的结构形态对于研究上覆岩石圈的构造环境有十分重要的意义。本文通过对横跨华北克拉通中东部的一条北西向的测线L上分布的35个宽频带台站记录的远震数据进行接收函数的计算和共转换点叠加成像,得到了测线下方上地幔过渡带的结构。成像结果表明：华北克拉通的三个陆块处于不同的构造环境,西部陆块较为稳定,中部造山带位于地幔对...     

华北陆块中奥陶世绝对位置探讨

"幔柱生成带理论"认为现今的热点以及显生宙经过古板块重建后的板块上的大岩浆岩省和金伯利岩岩体的位置大致位于大剪切波低速省在地表投影的边缘.在板块上具有可识别且年代确定的大岩浆岩省或金伯利岩岩体时,可依据"幔柱生成带理论"对板块的绝对位置进行恢复.本文在前人对华北陆块中奥陶世金伯利岩岩体研究的基础上,对华北陆块中奥陶世的古地磁数据进行分析和筛选,并结合前期奥陶纪的全球古板块再造及全球构造格局研究,辅以岩相生物古地理分析,将华北陆块中奥陶世的绝对位置确定为:纬度在约16.6°~19.1°S,经度在约10°W.在地理位置上位于西伯利亚和冈瓦纳大陆之间,靠近西伯利亚板块.且在寒武纪-奥陶纪,华北陆块在经向上具有逐渐远离冈瓦纳大陆并向西伯利亚板块靠拢的趋势.     

中国东部大陆岩石圈地幔及幔源岩浆岩水含量和氢同位素组成

中国东部华北陆块和华南陆块的地幔包体单矿物和全岩水含量变化很大,总体低于全球其他克拉通和非克拉通岩石圈地幔包体单矿物和全岩水含量.然而,具有新生岩石圈地幔来源的莒南橄榄岩包体单矿物和全岩水含量总体高于其他中国东部岩石圈地幔包体,指示中国东部新生岩石圈地幔的初始水含量并不低.地幔包体中单矿物水含量与Mg~#之间无明显相关关系,其中的辉石缺乏水扩散环带,因此地幔包体的低水含量与包体随玄武岩岩浆上升过程的水扩散丢失无关.大陆岩石圈地幔底部受到热软流圈地幔烘烤有可能会造成水的扩散丢失,但是熔体提取也可能是引起低水含量的原因之一.通过斑晶水含量计算得到的中国东部中生代和新生代玄武岩初始熔体水含量均高于正常洋中脊玄武岩.中生代玄武岩初始熔体水含量与岛弧玄武岩类似,而新生代玄武岩初始熔体水含量则与洋岛玄武岩和弧后盆地玄武岩类似(部分地区与岛弧玄武岩类似).这些结果表明,大陆玄武岩地幔源区相对富水,指示其地幔源区曾经受到深俯冲地壳脱水所形成的富水流体/含水熔体的交代,使其水含量升高.中国东部新生代幔源巨晶、包体矿物和玄武岩斑晶的氢同位素组成变化也很大,反映中国东部新生代岩石圈地幔氢同位素组成高度不均一.新生代岩石圈地幔具有高于亏损地幔的水含量和偏离亏损地幔值的氢同位素组成,反映其受到过俯冲太平洋板片部分熔融所产生熔体的交代.俯冲大洋板片脱水熔融产生的富水流体和含水熔体对大陆岩石圈地幔底部的交代导致其水含量增加,引起底部岩石黏滞度降低,进而导致岩石强度的降低,使其容易被构造侵蚀乃至拆沉.因此,大洋俯冲隧道中的壳幔相互作用是克拉通岩石圈减薄的重要诱因.     

秦岭-大别勉略构造带蛇绿岩与相关火山岩性质及其时空分布

勉略构造带蛇绿岩及相关火山岩的系统研究表明, 该构造带由德尔尼-南坪-琵琶寺-康县至略阳-勉县地区, 并越巴山弧型构造向东到达随县花山, 最东延伸至大别山南缘清水河地区. 从西到东1500余公里断续残存蛇绿混杂岩, 包括蛇绿岩及相关的岛弧、洋岛等火山岩, 揭示了沿线曾存在已消失的古洋盆与古碰撞缝合带. 洋盆主要扩张形成时期是在石炭纪-二叠纪期间, 它对于确立华北-秦岭陆块与扬子陆块的碰撞时代和秦岭造山带的形成与演化均有重要的大地构造意义.     

南秦岭勉略构造带三岔子古岩浆弧的地球化学特征及形成时代

南秦岭勉略构造带三岔子镁铁-超镁铁杂岩可划分为两个岩块: 三岔子古岩浆弧和庄科古洋壳残片(蛇绿岩). 三岔子古岩浆弧主要由岛弧型安山质熔岩、玄武及玄武安山质辉(闪)长岩、安山质岩墙、斜长花岗岩及部分超镁铁岩组成, 它们具有典型的岛弧火山岩地球化学特征, 如高场强元素(Nb, Ti)亏损和低Cr, Ni含量. 该类岩石的轻稀土富集和富钾的特征及斜长花岗岩中含有9亿年锆石捕掳晶特征表明它们可能发育在南秦岭微陆块南缘的活动陆缘环境. 斜长花岗岩的岩浆锆石U-Pb年龄为(300±61) Ma, 它表明勉略古洋盆在石炭纪已开始向南秦岭微陆块下消减. 这一年龄和大别山浒湾构造带洋壳俯冲成因榴辉岩的形成时代(309 Ma)一致, 它说明勉略洋在石炭纪可东延至大别山. 三岔子古岩浆弧中类似高镁埃达克岩的存在表明这一俯冲洋壳是年轻(< 25 Ma)而且较热的大洋岩石圈.     

早二叠世塔里木陆块的经度：来自大火成岩省的制约

经度的确定是板块重建的难点. 塔里木盆地下二叠统大规模溢流玄武岩已被确定为大火成岩省, 提供了一次根据大火成岩省来定量确定塔里木陆块早二叠世经度的机遇. 核幔边界约2800 km深处地震波低速带与全球300 Ma以来喷发的大火成岩省之间的关系已得到建立: 恢复喷发位置后, 大火成岩省全部分布在核幔边界低速带的边缘之上, 其中大部分在非洲LLSVP和太平洋LLSVP边缘, 个别在规模较小的LSVPs边缘. 在使用塔里木陆块早二叠世古地磁数据来限定其纬度的基础上, 本文利用上述理论方法, 并联系前人的地质结论, 发现塔里木大火成岩省约290 Ma喷发时的位置最可能为20°N, 60°E. 本文提出, 塔里木大火成岩省与西伯利亚大火成岩省相似, 其喷发时并不在两大LLSVPs的边缘带上, 而最可能与非洲LLSVP东侧附近一个单独的、范围较小的LSVP(20°N, 60°E)相关联, 暗示重建之前的假设"塔里木大火成岩省源自核幔边界"是合理的. 如果塔里木、峨眉山和西伯利亚大火成岩省都源自核幔边界, 上述(20°N, 60°E)位置的获得说明三者都不是同一幔源.     

秦岭造山带岩石圈电性结构及其地球动力学意义

秦岭造山带三维电性结构特征的详细研究结果，结合其他多种地球物理和地质资料分析发现，自中新生代以来，尤其是晚近时期华北和扬子两地块向秦岭造山带持续陆内俯冲过程中，由于南秦岭岩石圈向北挤入作用，秦岭造山带的后陆冲断褶带和北秦岭厚皮叠瓦逆冲带，现今处于岩石圈叠置加厚与拆沉作用的初始期；与之相反，南秦岭正在经历拆沉－底侵的物质再循环作用，佛坪一带可能发育新的地幔柱；此外，在造山带北、南深部边界与内部不同岩石圈块体之间还伴随强烈的不同性质的走滑作用和物质侧向传输．最后探讨了秦岭造山带构造拆沉与巨厚岩石圈并存以及走滑构造作用等的地球动力学意义．     

西昆仑库科西鲁克地区基性岩脉地球化学及构造意义

新疆库科西鲁克地区广泛发育基性岩脉,多呈岩墙、岩枝和小岩滴。基性岩脉岩石类型为辉长岩和辉绿岩。辉长岩属于碱性玄武岩,而辉绿岩属于过铝质碱性系列碱玄武岩与粗面玄武岩过渡型,其形成深度（浅成相）比辉长岩浅（中深成相）。区内基性岩脉形成于闭合边缘岛弧、活动陆缘造山带环境,是由幔源原生岩浆经过分异并同化混染地壳物质而形成,结晶分异是控制岩浆演化的主要因素。辉长岩中δEu具有弱的亏损。辉绿岩δEu为正异常,而C e均具弱亏损,成岩氧逸度较高,其成因与典型的I型花岗岩类相似,为壳幔混合型。辉长岩偏幔源,而辉绿岩偏壳源,可能为幔源岩浆上侵受围岩混染所致。辉长岩年龄（119 M a）要比辉绿岩年龄（46.1M a）老,辉长岩为冈底斯陆块向欧亚大陆板块碰撞拼贴过程中,逆冲挤压结束的标志,辉绿岩为大规模逆冲挤压剪切结束,青藏高原隆升初期拉张作用的产物。     

鄂尔多斯盆地周缘及西峰地区延长组长8、长6沉积物源——来自岩石地球化学的证据

鄂尔多斯盆地西南部地区长8沉积期的物源主要来自西南方向,其次为东南方向.长6沉积期除来自和长8相同方向的物源外,还受到盆地东北与东部方向物源的影响,悦乐-玄马-固城-合水-宁县一带为混合物源区.长8和长6地层的稀土元素特征均显示出轻、重稀土分馏中等到强、弱～中等铕负异常的右倾模式,表明源区主要与分异较好的陆壳物质有关.地球化学特征与源区母岩性质及其构造背景分析结果表明,长8沉积母岩主要来自盆地西南缘过渡型大陆和基底隆起陆块以及少量混合再旋回造山带源区的变质岩与沉积岩以及少量火成岩.长6段除来自盆地西南缘过渡型大陆和基底隆起陆块源区外,盆地东北缘基底隆起陆块的结晶基底及沉积盖层也有贡献.长6母岩区以含较多长英质岩性为特征.     

秦岭地区深部结构与矿床分布的关系

详细的地球物理与区域成矿学的研究,揭示了秦岭地区中生代矿床分布与壳幔深部结构的关系。东秦岭中生代矿床随着远离鲁山深断裂带矿化强度减弱。东、西秦岭矿床类型的差别与壳-幔流变调整作用的强度有关。秦岭地区的立交桥式三维结构对矿床分布,尤其是超大型中生代内生矿床的分布有明显制约。     

贺根山镁铁-超镁铁岩与缝合带的关系——来自地球物理的证据

长期以来,对内蒙古贺根山缝合带中的镁铁-超镁铁岩,有着"蛇绿岩"、"岩浆岩"、"幔源熔-流体"等不同认识.近年来在铬铁矿中发现了金刚石等深部地幔矿物,如何认识携带这些物质的幔源熔-流体的上涌?缝合带在镁铁-超镁铁岩的形成过程中起到什么作用?解决问题的关键之一是弄清镁铁-超镁铁岩的深部产状,这需要来自地球物理观测数据的依据.本文基于航磁和重力数据的研究表明,贺根山地区的蛇绿岩块均呈现高磁异常特征,其中贺根山岩块埋深明显大于其他岩块,表现为高磁异常与低重力异常,与地表出露的蛇纹石化的镁铁-超镁铁岩带对应.对航磁化极异常与布格重力异常数据做了向上延拓处理,进行了磁源形态及底界深度的估算,并利用基于相异度算子的边缘增强方法辅助识别断裂.结果表明,贺根山岩块贯穿地壳,且附近存在超壳断裂.地表至中地壳主要由蛇纹石化的镁铁-超镁铁岩组成,下地壳主要为超镁铁质岩组成,它们充填在一组宽约30km的NEE向断裂带中,大地电磁测深剖面揭示的壳-幔电性结构进一步证实控制缝合带的是岩石圈断裂,贺根山缝合带具有明显的根部.由此推测,在地幔底辟上涌的背景下,幔源熔-流体沿着岩石圈断裂持续上升到达浅表,暗示该区板块的拼合可能是通过深部幔源物质的侵入而成的.     

青藏高原东缘麻当新生代钠质碱性玄武岩成因及其深部动力学意义

麻当新生代玄武岩出露于青藏高原东缘,位于青藏、华北和扬子三大构造域的交接转换部位.岩石SiO2介于42%～51%之间,Na2O/K2O>4,为一套钠质碱性玄武岩系列.微量及稀土元素显示典型板内洋岛型(OIB-type)碱性玄武岩的特征,明显富集Ba,Th,Nb,Ta等元素,而K和Rb相对较低;Sr-Nd-Pb同位素体系显示了明显的混合源区特征.新生代以来青藏东缘西秦岭-松潘地区受青藏、扬子及华北三大构造体系域的控制,西秦岭-松潘构造结处于从下部地幔到上部陆壳物质的总体汇聚拼贴阶段,地幔具有显著的混合特征.麻当玄武岩正是在这种特定的构造背景下,由西秦岭-松潘构造结多源混合的软流圈地幔部分熔融的产物.     

华北地区上地幔温度及岩石圈厚度分布研究

上地幔温度是控制地幔流变性和动力学过程的关键参数之一.本文利用高分辨率S波地震层析成像速度结果,基于岩石温度与地震波速度的关系,研究了华北地区上地幔50~300 km深度范围内的温度分布和"热"岩石圈厚度.为了验证结果的可靠性,本文用计算的上地幔60 km深度处的温度作为底面约束,得到了相应的地表热流.计算地表热流与观测地表热流之间符合程度较好,相对误差大部分都在地表热流观测误差范围之内.通过对上地幔的温度分布进行分析,我们研究发现:(1)在上地幔浅部,温度与地表构造之间有很好的对应关系.在小于170 km的深度上,温度呈现东高西低的分布态势.温度较高的区域集中在东部的河淮盆地、渤海湾盆地、华北平原和中部陆块的交界处、西部鄂尔多斯高原北缘的银川―河套地堑以及阴山地区,同时,这些地区的岩石圈厚度也相应较薄,大约为80~100 km;(2)西部的鄂尔多斯高原是整个华北地区岩石圈地幔温度最低的地区,比东部地区低200~400 ℃,岩石圈厚度相应最厚,平均岩石圈厚度达到140~150 km,最厚处超过160 km.(3)在170 km以下的软流圈地幔部分,温度分布发生反转,西部温度高于东部,表明东、西部陆块在地质历史时期经历了不同的深部地幔动力学过程.