秦岭洛阳—伊川—十堰—秭归地学断面大陆岩石圈的岩石学模型

根据该地学断面Ｖｐ结构模型，造山带中基性火成岩、金伯利岩和花岗岩中的深源包体资料，以及火成岩和变质岩，特别是超高压变质岩和超基性岩的分布和组成所揭示的壳幔深部组成的信息，结合与相对应的岩石实验Ｖｐ数据的对比，建立了秦岭洛阳－伊川－十堰－秭归地学断面及邻区的岩石圈组成的岩石学模型。这一岩石学模型表明，华北与扬子克拉通，南北秦岭造山带与其克拉通的过渡带岩石圈的岩石学模型各不相同。华北克拉通下地壳是以麻粒岩相中酸性片麻岩和紫苏花岗岩为主，同时含有基性麻粒岩，而扬子克拉通的下地壳是以角闪岩相－麻粒岩相酸性片麻岩和ＴＴＧ为主体，广泛存在基性火成岩层。南北秦岭造山带的中下地壳各自继承了扬子和华北克拉通的中下地壳的特点，但已被强烈改造；南北秦岭造山带上地幔组成差异性较大，北秦岭上地幔上部以榴辉岩及榴闪岩为主，而南秦岭以蛇纹石化橄榄岩为主体，各单元１００ｋｍ以下的地幔都是一样的，都是石榴石二辉橄榄岩组成。因此，秦岭造山带是一个具有近３０亿年历史的由不同大陆块体拼合组成的，不具简单的岩石圈分层结构样式。     

大陆岩石圈流变动力学研究进展

综述了近年来宏观尺度上大陆岩石圈在流变结构、运动学和动力学研究方面的进展 ,简要介绍了INDEPTH ,KTB等科学工程的最新成果。固体地球科学的发展趋势表明 :查明岩石圈的物质组成和岩石圈的热结构是建立岩石圈流变结构模型的基础 ,高分辨率地球物理方法、大陆科学深钻和岩石学探针是研究岩石圈流变结构的重要途径 ;大地测量是研究岩石圈运动学的主要手段 ;定量计算岩石圈的流变学参数和模拟动力学演化过程是动力学研究的基本内容。     

华北地区燕山期岩石圈减薄的深部过程

大陆动力学领域今后 10～ 15a的主要科学目标是 ,建立东亚大陆中新生代演化的动力学模型 ,为资源勘查、灾害减轻和环境保护提供新的预测与评价理论。未来 10～ 2 0a会诞生地幔分异作用与岩石圈成因的综合性理论 ,为建立这个理论 ,采用地质学、岩石学探针、地球化学、数字模拟等学科交叉 ,以岩浆构造事件序列和火成岩构造组合为主线 ,探索华北燕山期岩石圈巨量减薄的机制与过程 ,对流地幔物质和热注入陆壳诱发壳幔相互作用、大规模岩浆活动和岩浆热构造变形之间的反馈关系。以岩石圈巨量减薄的深部过程这个视角 ,为华北地区大地构造性质的巨大转换 ,即从稳定的克拉通突发地转变为造山带的“燕山运动”或“大陆活化”提供深部动力学的科学依据。     

大数据驱动下变质岩岩石学研究展望

变质岩记录了地球特别是大陆形成以来的演化历史。变质作用是地球出现固态岩石后构造演化的物质记录,是地球岩石圈的黑匣子、深部探针和指示剂,是深时地质记录最典型的地质指纹。变质岩及变质作用承载了地球特别是大陆构造演化过程以及构造体制随时代演化的研究重任。随着变质相平衡研究的发展以及相关数据资料的积累,因应大数据时代的到来,如何完善变质岩岩石学知识体系,对分散的数据进行整合,形成新一代数据平台,运用大数据方法解决前沿科学问题,成为变质岩岩石学新的学科生长点。文章总结介绍了国内外与变质岩有关的数据库（如MetPetDB、PetDB等）,并对近年的研究热点做了综述。笔者认为,大数据驱动下,可以针对一些相关科学问题先行开展研究,如：（1）早期大陆的物质、形成机制、生长过程和稳定化; （2）造山带、克拉通结构以及洋陆相互作用的过程;（3）壳-幔相互作用、接触带结构、能量、相转换与物质交换;（4）地球的热体制演化及其与大陆结构与成分演变的时空联系。     

西藏南部印度-亚洲碰撞带岩石圈: 岩石学-地球化学约束

拟以岩石学和地球化学的研究为基础, 结合地球物理与构造地质学的研究成果, 从一个侧面探讨青藏高原岩石圈、特别是印度-亚洲主碰撞带岩石圈结构、组成及今后进一步的研究方向.印度-亚洲主碰撞带具有青藏高原最厚的地壳, 由初生地壳及再循环地壳两类不同性质的地壳构成; 青藏巨厚地壳是由于构造增厚及地幔物质注入(通过岩浆作用) 增厚两种机制形成的.碰撞以来藏南地壳加厚主要发生在约50~25Ma期间.青藏岩石圈地幔在地球化学和岩石学上是不均一的, 至少存在3种地球化学端元: (1) 新特提斯大洋岩石圈端元; (2) 印度陆下岩石圈端元; (3) 新特提斯闭合前青藏原有的岩石圈端元.在青藏高原还发现了一批壳幔深源岩石包体及高压-超高压矿物, 对于认识青藏深部有重要的意义.可以识别出青藏高原现今存在3种岩石圈结构类型: 第1种, 增厚的岩石圈(帕米尔型); 第2种, 减薄的岩石圈(冈底斯型); 第3种, 加厚-减薄-再加厚的岩石圈(羌塘型).这3类岩石圈是否在时间上具有先后顺序, 尚无明确的证据, 需要在今后加以注意.研究表明, 沿冈底斯带后碰撞钾质-超钾质火山活动, 可能与新特提斯洋俯冲板片在后碰撞阶段的断离及印度大陆岩石圈向青藏的持续俯冲作用有关, 但西段、中段与东段的动力学机制不相同.在青藏高原北部地区(羌塘、可可西里等地区), 后碰撞钾质-超钾质火山活动, 可能与波状外向扩展式的软流圈上隆引起的减压熔融有关.在高原北缘西昆仑、玉门等地区, 其形成机制可能为大规模走滑断层引起的减压熔融.青藏高原后碰撞火成活动具有明显而有规律的时空迁移.同碰撞的林子宗火山活动在65Ma左右始于冈底斯南部, 标志印度-亚洲大陆碰撞的开始.于45Ma左右火山活动向北迁移到羌塘-“三江”北段, 开始了后碰撞火山活动; 然后自内向外迁移, 即北向可可西里、南向冈底斯(在冈底斯内部又自西向东)、东向西秦岭迁移; 最后(6Ma以来), 再分别向高原的西北、东北、东南三隅迁移.结合已有地球物理资料, 一种可能的解释是它可能暗示由印度和亚洲大陆板块碰撞所诱发的深部物质(如中-下地壳、软流圈地幔物质) 流动.      

同位素填图与深部物质探测(Ⅰ):揭示岩石圈组成演变与地壳生长

固体地球科学的一个重要任务是探测地球深部过程与不同圈层协同演变。深部物质探测、地球物理结构探测和深钻一起构成深部探测的三大途径。岩浆岩“探针”及区域同位素(如全岩Nd、锆石Hf)示踪填图是深部物质探测的主要手段,可以用来揭示深部物质组成特征及时空变化,确定不同类型地壳省,划分大地构造边界,估算大陆地壳生长量、方式,分析区域成矿规律。这一技术广泛应用后,有望实现深部结构探测与物质探测结合,开展深部物质填图。中国大陆是深部物质探测的良好实验室,需要解决的重大问题包括：多块体拼合的岩石圈及陆壳深部物质组成架构,不同类型造山带地壳生长与深部物质组成结构,不同构造单元深部物质组成与成矿作用及其浅部成矿制约。文中重点总结和探讨了岩浆岩全岩Sr-Nd同位素和锆石Lu-Hf同位素区域填图以及捕获锆石信息填图的思路、方法和注意的问题,以及可以解决的重大地质问题,并探索性提出今后开展的重点研究方向。     

东南大陆边缘早侏罗世火成岩特征及其构造意义

东南大陆边缘早侏罗世火成岩主要呈双峰式火山岩、基性超基性杂岩体及A型花岗岩等形态产出。本文运用岩石学探针技术,通过早侏罗世火成岩岩石学与地球化学研究,并与晚中生代火成岩作对比,提出早侏罗世火成岩的形成与南岭东段近EW向张性断裂活动有关,标志着印支挤压造山的结束;之后东南大陆进入晚中生代NE向活动大陆边缘俯冲造山阶段,经历了挤压造山—剪切拉张过程,并在晚白垩世末期进入又一轮后造山拉张裂解阶段,即中生代时东南大陆边缘经历了早中生代(三叠纪—早侏罗世)和晚中生代(中侏罗世—晚白垩世)两期造山事件,其中早侏罗世的区域拉张作用是特提斯构造域向滨太平洋构造域转换的前奏,构造域转换可能始于中侏罗世(165Ma)。     

火成岩的10年研究进展和未来的挑战

文中简要列举了近年在火成岩领域的研究进展及今后发展方向,主要涉及7个方面内容：①新元古代末期大陆裂谷火山作用与Rodinia超级联合大陆裂解;②中亚石炭纪—早二叠世大规模裂谷火山事件的深部地球动力学背景及其与古特提斯裂解和晚古生代中亚大规模成矿事件的关系;③中—新生代东亚火山作用与岩石圈巨量减薄;④新生代印度—亚洲大陆碰撞与高原隆升的火山作用响应;⑤大火成岩省和地幔柱;⑥花岗岩与地球动力学环境;⑦铁镁—超铁镁岩与蛇绿岩。提出在下一个10年里,需要继续开展岩浆成因和演变、岩浆作用和构造环境的关系,变质岩石的P—T—t轨迹,以及变质作用、岩浆作用和大地构造的关系等方面的研究;需要研究更深层次的地壳和上地幔,以了解岩浆形成和运移的过程;海洋钻探有可能取得深部地壳或上地幔的样品,大陆钻探将钻到10 km及更深;将使用地震层析来描述地壳和上地幔的结构,确定俯冲带或地幔柱的位置,以及部分熔融的分布面积,等等。此外,分析和测试等方面的高新技术的开发和运用,以及实验岩石学的发展都对岩石学领域的发展起到至关重要的作用。     

中国大陆岩石圈岩石学结构、类型与不均一性

根据中国大陆的地质特征和现今地球物理特征,区分不同地区的岩石圈类型;依据岩石学方法、地球演化模型、地震波速与成分的关系等综合方法,建立了相应类型岩石圈的岩石学结构;根据岩石圈的动力学性质,划分出中国大陆克拉通、造山带、裂谷、边缘海洋壳和岛弧等5大岩石圈类型,首次构建出中国大陆岩石圈岩石学结构模型,展示了中国大陆岩石圈的不均一特征。     

2009年全国岩石学与地球动力学研讨会即将召开

2009年全国岩石学与地球动力学研讨会定于2009年9月20日～26日在长春召开,会议由会前专题讲座、会议研讨和会后野外地质考察3部分内容组成。研讨专题包括岩石圈减薄与克拉通破坏、地壳深俯冲与造山带地质演化、青藏高原构造-岩浆演化与成矿、造山带岩浆作用与大陆岩石圈演化、前寒武纪超大陆形成与演化、中哑造山带地质演化、构造域地质演化与成矿作用、大陆地壳形成与演化的沉积记录、计算与实验地球化学。请欲参会者尽快与会务组联系。     

中国大陆科学深钻发展的若干思考与建议

科学钻探是获取地球内部信息的最直接和最重要手段,在解决“向地球深部进军”战略科技问题上起着无可替代的作用。本文简要回顾国内外大陆科学钻探的发展历程和深钻的发展现状,分析大陆科学深钻发展特点与态势;围绕中国大陆科学深钻,梳理其关键科学技术问题、面临的挑战与机遇;在此基础上提出中国大陆科学深钻发展的目标、优先发展方向与发展途径建议。大陆科学深钻能够为地球动力学过程、地质灾害、地质资源和环境变化等全球关注的地球科学前沿问题提供独特的研究途径,但是其实施深度又受超高温和超高压等恶劣井眼环境的制约;现代科学技术的进步有力促进了大陆科学深钻中各项技术的发展,为超深井和特深井科学钻探提供重要支撑。中国大陆科学深钻应以9000～15000 m特深井为目标,注重“超深”“深时”和“深观”等领域的科学问题,优先发展地球深部构造、深部生命、深时气候和深部资源探测等方向,研究超深物质、动力学过程和岩石物理等实验技术,研发超高温超高压环境下的钻井、测井和长期观测等技术与装备,促使我国深地探测能力和水平实现一次飞跃。     

向"深地"和"深海"进军征途中——地幔矿物学岩石学地球化学十年进展

21世纪第二个十年(2010-2020)是我国矿物岩石地球化学蓬勃发展的十年,是从克拉通破坏到造山带演化,从大陆到大洋岩石圈,从深度到广度全面进军的十年,亦是从追赶到超越的十年.这十年我国矿物岩石地球化学家在地幔矿物学、岩石学和地球化学领域取得了众多突破性进展.这些进展集中在两个方面:一是来源于地幔直接样品的,如地幔矿物学、大陆和大洋岩石圈、造山带橄榄岩和地幔中的水;二是来源于幔源岩浆的,如大陆和大洋玄武岩、基性-超基性杂岩体和火成碳酸岩.特别需要指出的是,非传统稳定同位素即金属稳定同位素新方法(如Li、Mg、Fe和Ca同位素等)的开发和广泛应用,大大提升了我国地幔岩石学和地球化学研究进程,实现了从追赶到超越的历史性跨越.     

大陆岩石圈研究进展

从地震学、地球化学、岩石学等不同学科的角度,对大陆岩石圈研究进展做了简要介绍。不同学科的最新研究成果表明,岩石圈在热状态、化学成分和力学行为等方面具有高度非均匀性。这不仅表现为岩石圈性质和结构随深度的变化,而且还反映在不同时代、大陆与海洋以及克拉通和造山带岩石圈结构特征的显著差异上。性质和结构的差异体现了岩石圈形成和长期演化过程的复杂性。我们认为,不同岩石圈块体之间、岩石圈与深部对流地幔之间普遍存在着相互作用。这种相互作用被认为是稳定克拉通岩石圈遭受改造甚至破坏的深部机制,同时还是地球深、浅部物质交换的重要方式,因而显著影响着地球深部的对流和地表的构造过程。值得注意的是,由于岩石圈本身定义的模糊性及其厚度的不确定性,地震活动与岩石圈强度之间的关系以及大陆岩石圈演化的规律性等问题仍有待于进一步的研究和探索。     

峨眉火成岩省：结构、成因与特色

峨眉火成岩省既有其它大火成岩省（如印度德干火成岩省）的一般特征,更独具中国特色：其形成于全球性重大地质变革——大陆敛合与解体的大背景之下,和板块构造体制向大陆构造体制转化过渡的关键时期;处于东部滨太平洋构造域与西部古特提斯构造域的交汇、叠加与枢纽部位;显示清楚完好的地幔热柱“头冠”与“尾柱”轮廓;火成岩省岩石圈存在异常显著的地幔热—侵蚀作用;火成岩省西部发育三套各具特色的成矿系统。深入研究峨眉火成岩省,不仅可提供中国境内地幔热柱岩浆作用典型实例,而且可深刻理解大陆岩石圈深部作用过程和大陆动力学程式,以及大规模成矿作用的深部约束机制。     

中国大陆构造及动力学若干问题的认识

中国(东亚)大陆受特提斯、古亚洲和太平洋构造体系的制约,具有复杂的地体构架和特殊的岩石圈结构。本文从地学前沿——大陆动力学的视野出发,围绕中国大陆构造及动力学四个方面的研究,总结已有的进展并提出新的思考:①中国大陆板块下的构造和整个地幔运动的构架:地震层析资料揭示西太平洋板片向西俯冲到东亚大陆之下,其倾角逐渐减小,最后近水平地插进400～600km深度的地幔过渡带中,成为箕状几何形态的超深俯冲板片。印度岩石圈板片超深俯冲至青藏高原之下～800km的深度,在喜马拉雅西构造结部位发生双向不对称深俯冲,印度岩石圈板片向东俯冲至东构造结东侧之下300～500km的深度。②中国大陆变质基底的再活化:中国大陆的大部分陆块未受显生宙以来构造、变质和岩浆事件的改造与激活,在冈瓦纳大陆北缘的印度陆块和阿拉伯陆块北缘还发育有形成于泛非期(530～470Ma)的造山带,其影响范围至高喜马拉雅、拉萨地体和三江地区。新生代的变质活化普遍出现在喜马拉雅、南迦巴瓦、拉萨地体和三江-缅甸地区,最新的变质年龄仅2～1Ma(南迦巴瓦)。③中国主要高压-超高压变质带的大地构造背景及深俯冲-折返机制:中国及邻区含榴辉岩的高压-超高压(HP/UHP)变质带有洋壳(深)俯冲和陆壳(深)俯冲之分。青藏高原中,大部分洋壳俯冲形成的高压/超高压变质带与原-古特提斯洋盆中诸多微陆块之间的小洋盆的汇聚碰撞有关,陆壳深俯冲作用有两种机制,它们分别是大陆块之间剪式碰撞和撕裂式岩石圈舌形板片的深俯冲。④中国大陆造山带的深部物质可经3类机制挤出,即深部地壳物质"牙膏式"挤出、侧向挤出和"挤压转换式"挤出。     

地幔岩石学研究现状

地幔岩石学是六十年代以后发展起来的一个较新的岩石学领域,研究的对象主要是深部岩石及其中各种形成岩浆的地质作用。由于地幔的组成是超镁铁质岩及镁铁质岩,导源的岩浆也以这两类为主,所以也自然地涉及到它们的成因及成矿等作用。地幔岩石学是在大地构造学、岩理学、矿床学及地震地质学等学科发展基础上出现的。板块学说建立起全球构造的概念,即岩石圈板块活动的概念,并建立起地球各层圈的构成、     

花岗岩与大地构造

花岗岩(广义)是地球有别于其它星球及地球上大陆地壳有别于大洋地壳的物质标志,是大陆上分布最广的岩石之一。在已有研究基础上,本文系统阐述了花岗岩大地构造的内涵、研究思路、研究内容和发展方向。花岗岩大地构造将花岗岩视为一种构造标志体、地质体,是从花岗岩角度,探索解决大地构造问题,其研究内容可概括为物理特性(构造)、物质组成(岩石地化)和年代学三大方面,具体研究内容包括:(1)巨量花岗岩浆侵位的物理特性变化及其构造意义,包括岩浆上升迁移、汇聚定位及岩体(带)形成/构建过程;(2)花岗岩体变形改造及其构造意义;(3)花岗岩物源与大陆生长及深部结构,以新老物质组成,划分造山带类型;(4)巨型花岗岩带发育过程与大陆聚散,探索超大陆和中小板块聚散的岩浆响应。花岗岩大地构造丰富了大地构造研究内容,也有助深化花岗岩体(带)形成、发育过程和构造背景的认识。它的提出是当今地球科学学科交叉、融合发展的必要。     

全球典型大陆造山带中榴辉岩的折返机制:来自变质岩和地球物理的限制

大陆岩石圈深俯冲作用是地球科学领域的前沿热点,榴辉岩的折返机制是板块构造及动力学的关键科学问题。全球著名的大陆造山带中榴辉岩的p-T轨迹呈现差异性折返特征,为了揭示榴辉岩的折返机制,本文结合变质岩石学和地球物理学研究,选取3个典型大陆造山带——中生代—新生代的阿尔卑斯造山带、中生代的苏鲁—大别造山带和新生代的喜马拉雅造山带中的榴辉岩进行阐述。在阿尔卑斯造山带地区,地球物理研究结果发现,欧洲板块的俯冲造成了Adria地区下方的岩石圈存在明显厚度差异。同时,阿尔卑斯造山带Doria Maria和Pohorje地区以及Pohorje地区内部,榴辉岩折返历史也不尽相同,原因可能是亚德里亚大洋岩石圈断离后不同期次的逆冲推覆作用使其差异性斜向挤出。苏鲁—大别造山带中榴辉岩的快速折返,原因可能是华南板块与华北板块碰撞后岩石圈的拆沉或断离作用。在喜马拉雅造山带,西构造结和中喜马拉雅榴辉岩的折返存在差异性。在西构造结,那让和卡甘榴辉岩呈现不同的p-T轨迹和折返速率,变质岩石学和地球物理研究结果都表明它们的差异性折返很可能与印度-欧亚大陆碰撞过程中的构造挤压作用以及印度大陆岩石圈的断离作用有关。喜马拉雅造山带是年轻的正在进行造山活动的造山带,相较于古老的苏鲁-大别造山带,它更适合变质岩石学和地球物理学的综合研究。因此西构造结高压/超高压榴辉岩的折返机制——构造挤压和俯冲板块断离可应用于全球造山带。     

大陆岩石圈构造与地球动力学

从简述大陆岩石圈与地球动力学研究的基本现状和存在的问题入手,提出了今后十年岩石圈构造研究的五个重点课题,即岩石圈的流变性、岩石圈界面的性质、软流圈、岩石圈中的薄层及波导、岩石圈构造的横向变化。同时,讨论了震源及震源环境的研究,列出了今后的重要研究课题,最后论述了深部构造与中国大地构造的关系。     

聚敛型板块边缘岩浆作用及其相关沉积盆地

概括性地介绍了聚敛型板块边缘大地构造环境中的岩浆活动及其所形成的火成岩岩石构造组合类型,并以此为线索,将板块构造、岩石圈运动与沉积盆地的形成有机地结合起来,简要地分析和介绍了聚敛型板块边缘的主要沉积盆地类型及其沉降机理。指出盆地形成是板块构造、岩石圈运动在地壳浅部的一种表现形式,岩石圈板块运动直接受深部作用过程的制约,火山喷发或侵入是上地幔、深部地壳对流在地表或浅部地壳的表现。因此,对火成岩岩石组合或系列的研究,将为沉积盆地的形成与演化提出重要的深部动力学约束。