裂谷盆地下的壳-幔结构及其成因机制讨论——以由近垂直反射地震剖面揭示的松辽盆地下的壳-幔结构为例

详细研究了七段、约130km长的近垂直反射地震剖面所揭示的松辽盆地下的壳幔结构。松辽盆地之下壳幔之间为相对厚的Moho过渡带。可分为薄Moho和透镜状Moho以及过渡型Moho,与之对应的壳幔结构也有差异。松辽盆地的发育阶段明显地可分为断陷期、拗陷期以及夭折期,不同的壳幔结构可能与松辽盆地不同的发育期存在密切联系。此外,通过对比,认为裂谷盆地区具有类似的特殊壳幔结构。在裂谷区,壳幔之间强烈相互作用,不同的地壳组成和裂谷形成的不同阶段是形成不同壳幔结构的主要原因,而且它们之间具有成因上的联系,并与裂谷的形成阶段相一致。     

华北地区三类岩石圈的壳幔岩石学结构与化学结构及其大陆动力学意义

根据地质和地球物理特征表现出的岩石圈不连续，华北地区可区分出鄂尔多斯克拉通型、燕山-太行造山带型和华北平原裂谷型三类岩石圈。依据岩石学方法、壳幔演化模型、造山带形成过程以及地震波速与岩石化学成分之间的关系，建立了华北地区三类型岩石圈的壳幔岩石学结构和化学结构，讨论了不同岩石圈类型的壳幔物质结构、地壳和岩石圈地幔厚度的地质含义、岩石圈不连续在划分岩石圈单元中的作用及不同类型岩石圈形成的大陆动力学意义。     

试论辽东地区古元古代壳幔混合杂岩

辽东地区古元古代条痕状花岗质杂岩呈东西向展布于辽东古裂谷带中,侵入辽河群,最高可达大石桥岩组。曾被认为是幔源岩浆结晶分异,或壳源重熔岩浆侵位的产物。岩石化学和地球化学研究表明,杂岩属钙碱性,是以Ｓ型花岗质岩为主的Ｉ型与Ｓ型的混合型花岗岩。杂岩物源主要来源于壳源区火山－沉积岩和壳幔过渡区的玄武岩－沉积岩,是壳幔混合层部分熔融体在伸展机制向挤压机制启动期转化阶段形成的复杂岩石,可称壳幔混合杂岩。     

不同构造环境下的壳─幔过渡带结构

位于中国西北部的天山造山带与准噶尔盆地是典型的盆岭构造。通过对横跨天山造山带与准噶尔盆地的沙雅-布尔津地学断面地震宽角反射、折射资料进行小波分析,获得了天山造山带与准噶尔盆地壳-幔过渡带的详细结构。结果表明,天山造山带的壳-幔间是以多个薄层过渡的。这些薄层的层厚度2～3km不等,层速度高低相间,总厚度约20km,平均速度较低,接近塔里木盆地下地壳的速度。塔里木盆地北缘与准噶尔盆地的壳-幔间不具有这种特点,其壳-幔间主要表现为一级间断面。而位于中国东北部的间阳-海城-东沟深地震测深剖面所揭示的辽东台隆-辽河盆地-燕山台褶带壳-幔过渡带的结构似乎具有完全相反的特征：辽河盆地的壳-幔过渡带比较复杂,它由数个薄层叠合而成,总厚度达15km;辽东台隆与燕山台褶带壳-幔过渡带结构十分简单,皆以一级间断面过渡为主。研究认为,造成二者差异的主要原因是它们所处的构造环境不同：前者为挤压环境,而后者为伸展环境。在挤压环境下,复杂的壳-幔过渡带形成于造山带的下面;而在伸展环境下,复杂的壳-幔过渡带形成于盆地的下面。壳-幔过渡的复杂程度与构造活动性相联系,在一定程度上反映了岩石圈目前的构造活动水平。     

秦岭造山带的壳幔结构及其形成,演化特征

地处华北地块和扬子地块之间的秦岭造山带是一个壳幔结构十分复杂的地带,它的形成、演化也有其漫长而复杂的过程。本文依据近年来在该地带及邻区取得的地球物理资料所显示的多种信息来推断其壳幔结构及其形成、演化的某些特征,并尝试利用反映不同深度范围物质密度分布不均信息的卫星重力资料,探讨其地球动力学等背景。     

不同构造环境下的壳─幔过渡带结构

位于中国西北部的天山造山带与准噶尔盆地是典型的盆岭构造。通过对横跨天山造山带与准噶尔盆地的沙雅-布尔津地学断面地震宽角反射、折射资料进行小波分析,获得了天山造山带与准噶尔盆地壳-幔过渡带的详细结构。结果表明,天山造山带的壳-幔间是以多个薄层过渡的。这些薄层的层厚度2～3km不等,层速度高低相间,总厚度约20km,平均速度较低,接近塔里木盆地下地壳的速度。塔里木盆地北缘与准噶尔盆地的壳-幔间不具有这种特点,其壳-幔间主要表现为一级间断面。而位于中国东北部的间阳-海城-东沟深地震测深剖面所揭示的辽东台隆-辽河盆地-燕山台褶带壳-幔过渡带的结构似乎具有完全相反的特征：辽河盆地的壳-幔过渡带比较复杂,它由数个薄层叠合而成,总厚度达15km;辽东台隆与燕山台褶带壳-幔过渡带结构十分简单,皆以一级间断面过渡为主。研究认为,造成二者差异的主要原因是它们所处的构造环境不同：前者为挤压环境,而后者为伸展环境。在挤压环境下,复杂的壳-幔过渡带形成于造山带的下面;而在伸展环境下,复杂的壳-幔过渡带形成于盆地的下面。壳-幔过渡的复杂程度与构造活动性相联系,在一定程度上反映了岩石圈目前的构造活动水平。     

鄂东南成矿区壳幔结构及其特征

鄂东南成矿区壳幔具有典型的层状结构，各层具有鲜明的地质、地球地球化学特征。硅镁层为地球形成时的原始地壳，硅铝层和上构造层为地球形成后膨涨增生而成。建立了壳、幔结构综合理想模式。     

北秦岭古聚会带壳幔再循环

以同构造期代表古洋壳残片的蛇绿岩及产于古岛弧的玄武岩为基础，通过Ｎｄ，Ｐｂ同位素与微量元素示踪及岩浆源区分析，揭示出北秦岭元古宙上地幔以强亏损（εＮｄ（ｔ）＋６．３～＋７．３）和高的Ｙｂ／Ｈｆ，Ｎｂ／Ｌａ和Ｔｈ／Ｌａ比值为特征，北秦岭地壳和上地幔明显具有Ｐｂ同位素比值高的特征．北秦岭丹凤群岛弧火山岩、二郎坪群弧后玄武岩以及松树沟蛇绿岩中变拉斑玄武岩εＮｄ（ｔ）、放射成因Ｐｂ同位素、Ｙ／Ｔｂ和Ｔｉ－ＭｇＯ研究表明，本区玄武岩存在两类性质不同的岩浆源．一类与亏损的北秦岭岩石圈上地幔源区有关；另一类与携带海洋沉积物的洋壳板块俯冲参与有关．由此，论证了北秦岭古聚会带壳幔之间物质再循环     

华北大陆地壳—上地幔岩石学结构与演化

本文基于出露的前寒武纪变质岩系、中、新生代岩浆活动以及新生代玄武岩中上地幔包体的岩石学与地质压力计研究，结合地球物理测深资料与高温高压下岩石中地震波传播速度的实验成果，提出了华北大陆三个地区(河北平原、太行一五台、鄂尔多斯)的地壳一上地幔岩石学结构，讨论了界面性质及其演化。在强调Vp、 Vs、a结构与岩石学结构共同约束的基础上，有效地识别了不同地区硅铝质陆壳在物质组成上的差异和上地幔低速层或矿物相转变等特征。本文提出壳-幔岩石学结构及其演化，密切地与陆壳主要形成时期的太古一早元古构造岩浆事件相关，又与显生宙构造岩浆事件对它的改造程度有关，壳-幔岩石学结构是我们追索大陆的构造性质及其演化的一个重要记录和科学依据。     

岩石圈地幔结构及其对中国大型盆地的演化意义

P_n波是通过莫霍面下方的上地幔顶部的地震波.由于P_n波的速度随温度和物质成分而变化, 以及P_n波各向异性可以反映地幔形变的历史.因此P_n波的速度以及各向异性成为探索岩石圈结构的重要工具.中国岩石圈地幔的P_n速度的特征是很高速的异常区和很低速的异常区呈镶嵌状出现, 反映了地质结构的不均匀性.西部大型盆地(塔里木、准噶尔、吐哈、柴达木和四川盆地) 具有较高的P_n速度和较弱的各向异性, 反映出这些盆地的岩石圈是冷的和坚硬的, 其变形较小.大面积的华北地区, 在太古代的基底下具有明显的P_n波低速度.研究结果表明与这些地区裂谷、岩石圈减薄和地幔上涌区相一致.P_n波各向异性与在最新(和目前正在进行) 的大规模变形期间, 岩石圈地幔沿NNE向右旋简单剪切相一致.华北的金矿藏以及华北和松辽盆地的石油储藏的位置明显地与该区的低P_n波速度区相吻合, 表明该区金属成矿和油储的形成与中、新生代以来在岩石圈地幔中的热活动, 以及壳幔之间的相互作用过程密切相关.      

对构造物理学中壳-幔细结构的某些探讨

壳-幔细结构与地壳运动、构造变形、地震活动及其成因机制、岩浆活动、变质作用与成矿作用、地球的温度变化及演化等基本地学问题密切相关。本文以我国苏、浙、皖区和东海大陆架地壳细结构研究为例,结合国内外深部地质资料,探讨了异常地幔的三种可能成因;指出了苏南-东海大陆架有滑脱构造的某些地壳细结构特征;认为Moho面之下的M_0面可作为Air?模式的均衡补偿面。最后,文中给出了苏、浙、皖区均衡模式。     

南襄盆地及邻域壳幔结构地球物理特征与油气条件分析

位于秦岭-大别造山带中部的南襄盆地,主要由泌阳凹陷、南阳凹陷和襄樊凹陷组成.该盆地及邻域的壳幔结构主要特点是中部地壳明显比两侧地带厚,而上部地壳和下部地壳薄于两侧;Moho界面起伏较大,盆地中部Moho界面深约30 km,盆地边缘约35 km;Moho界面起伏与盆地呈"镜像关系";地震软流圈顶部在盆地一带表现为凸起"柱状"形态,最浅约70 km.根据该盆地内控制凹陷的断层形态以及泌阳凹陷油气条件,预测该盆地具有良好的油气前景.     

胶东燕山期大型超大型金矿集区形成的壳幔结构探讨：来自致矿火成岩(组合)的约束

大型超大型金属矿床形成的深部物质组成和壳幔结构一直是地学研究中被关注的焦点和难点问题。胶东地区发育很多(燕山期)的大型超大型的金矿,是我国著名的金矿集区。本文基于板块构造理论,通过揭示区域火成岩、致矿火成岩组合及其特征,探讨金矿发育时的深部物质组成和壳幔结构。区域上成矿前的侵入岩组合为含少量英云闪长岩+奥长花岗岩(TT)的花岗闪长岩+花岗岩(G1G2)组合;区域上发育的青山群为含有高镁安山岩(HMA)和镁安山岩(MA)的玄武安山岩安山岩英安岩流纹岩以及粗安岩玄粗岩粗面岩组合;矿集区的致矿火成岩组合为含有高Mg闪长岩类(HMgδ)+Mg闪长岩类(Mgδ)的宽谱系岩墙群(WSDS),岩性从基性到酸性均有。上述火成岩组合,以及TTG1、HMA与MA系列火山岩、HMgδ和Mgδ的存在,指示弧火成岩的组合,其各种岩石地球化学特征亦具有弧的特征,因此,上述火成岩及金矿形成于洋俯冲环境,具有俯冲带的壳幔结构和物质组成。各种不同的火成岩指示其可能分别来源于俯冲带不同部位的局部熔融,指示洋壳、上覆地幔楔以及上覆陆壳具有异常热的壳幔结构,即热的洋壳、热的上覆地幔(软流圈)、热的陆壳。致矿火成岩事件、成矿事件均在大规模的壳源(或壳幔)侵入岩浆活动之后。     

壳幔混合及花岗质岩浆的形成

花岗岩成因与壳幔作用有着密切的联系,花岗岩成分不单来源于地壳,还有地幔物质的参与,不同程度的壳幔混合可形成类型多样的花岗质岩石。本文简要总结了在俯冲作用、底侵作用、拆沉作用及地幔柱活动过程中花岗质岩浆的形成,并对此类花岗岩的岩石学及地球化学特征进行了描述。鉴于此,可初步判断花岗岩的形成是否与壳幔相互作用有关,但还没有一种统一的模式能对其进行有效的解释。     

青藏高原壳幔结构构造的基本特征

青藏高原是新生代以来由于印度板块与欧亚板块碰撞而迅速隆起,平均海拔超过4000 m的高原,是研究碰撞过程和形成演化的理想窗口。有关青藏高原的碰撞过程及印度板块岩石圈北缘界线,至今仍然存在较大争议,这可能主要是由于不同研究方法获得认识的差异性和局限性所导致。基于此,本文利用前人深部结构资料,讨论了高原岩石圈的壳幔构造及物质组成等,并从新的地质视角讨论了班怒带的大地构造属性。通过梳理前人的深部结构资料,认为青藏高原的壳幔岩石圈结构较为复杂,如高原内部岩石圈厚度显著大于周缘地区,中下地壳及上地幔广泛分布着低速高导层,这些特殊的地质地球物理结构是印亚板块碰撞的结果。此外,本文进一步对比分析了班怒带的地质与地球物理结构,揭示该构造带两侧存在显著的差异,认为其是印度岩石圈的北缘,这对于认识青藏高原的形成演化具有重要的意义。     

东非大裂谷的地壳和上地幔密度结构

利用卫星重力场数据和小波多尺度分析方法对东非大裂谷进行三维密度结构成像,取得了东非大裂谷地壳和上地幔多个深度等效层上的密度扰动图像,为东非大裂谷岩石圈结构和动力学的研究提供了重要佐证。结果表明,东非大裂谷中段的西支裂谷与东支裂谷的幔源熔体同源,但是西支裂谷发育较不充分、形成较晚。东非大裂谷的动力学模式为熔流体上涌的树形分叉模式,其要点包括：① 低密度流体在软流圈大面积上涌;② 流体在岩石圈继续上涌,部分转化为基性岩浆岩,平面面积缩小;③ 进入地壳后上涌熔流体分叉成多支,平面总面积进一步缩小; ④ 熔流体上涌到上地壳后仅在裂谷带活动,反映为火山链和玄武岩带。     

东非大裂谷的地壳和上地幔密度结构

利用卫星重力场数据和小波多尺度分析方法对东非大裂谷进行三维密度结构成像,取得了东非大裂谷地壳和上地幔多个深度等效层上的密度扰动图像,为东非大裂谷岩石圈结构和动力学的研究提供了重要佐证。结果表明,东非大裂谷中段的西支裂谷与东支裂谷的幔源熔体同源,但是西支裂谷发育较不充分、形成较晚。东非大裂谷的动力学模式为熔流体上涌的树形分叉模式,其要点包括：① 低密度流体在软流圈大面积上涌;② 流体在岩石圈继续上涌,部分转化为基性岩浆岩,平面面积缩小;③ 进入地壳后上涌熔流体分叉成多支,平面总面积进一步缩小; ④ 熔流体上涌到上地壳后仅在裂谷带活动,反映为火山链和玄武岩带。     

壳幔过渡带的复杂性特征及其动力学意义

不同构造单元的地震测深资料Pm波形的复杂性有明显的差异,这种差异与深部构造特征有密切的联系。利用波的瞬时特性和波列长度,给出一种地震波形复杂性系数的计算方法。古老稳定的地块的Moho复杂性系数小,反映一级间断面的特征;反之对于活动性强烈地块,Moho复杂性系数大,反映壳幔过渡带的特征。处理了穿过青藏高原东北缘的一条地震测深剖面,并对结果进行了动力学意义的解释。     

下扬子及其邻区地壳和上地幔结构的接收函数研究及其地质意义

本文通过对两条宽频地震密集台站剖面记录的远震事件进行接收函数分析,得到了切过下扬子地区的高分辨率地壳和上地幔顶部结构断面。接收函数结果揭示了此区主要块体结构特征以及地表出露晚中生代岩浆岩以及相关矿床下方的深部结构响应:①中生代以来新生或活化的地质构造对下扬子及其邻区地壳结构的控制作用明显;②在大别造山带中下地壳出现低速震相,指示了大别造山带下方地壳深部存在低速物质,可能是大别造山带下方地壳中发育的韧性剪切带,此韧性剪切带可能与大别超高压变质岩被抬升剥露于地表的动力学作用有关;③在江南造山带东段怀玉山地区中下地壳观测到褶皱和逆冲叠瓦状复杂转换震相结构,与江南造山带西段雪峰山地区中下地壳结构相似,可能反映了隐伏的元古代江南造山带;④在德兴矿床和皖南白垩纪花岗岩群正下方观测到Moho和LAB界面的突变上隆现象,可能指示了晚中生代以来在华南东部下扬子地区岩石圈的薄弱区域,软流圈的上涌造成了岩石圈地幔的局部破坏,壳幔结构的局部异常是壳幔物质相互作用的结果。以上地震学观测揭示了下扬子及其邻区下方一些重要的壳幔结构特征,反映了华南大陆东部在不同地质历史时期经历的独特构造演化事件,为我们深入理解华南板块的形成和早期演化以及后期中生代以来华南东部强烈的岩浆和成矿作用的深部机制提供了关键的地球物理约束信息。     

华北克拉通晚中生代壳-幔拆离作用: 岩石流变学约束

大陆岩石圈的流变学结构对于岩石圈深部过程(壳/幔过程)有着深刻的影响,直接表现在岩石圈壳-幔结构与浅部构造上.本文注意到华北克拉通晚中生代岩石圈减薄期间地壳的伸展、拆离与减薄在不同地区的宏观、微观构造及地壳岩石流变学等方面的差异表现与区域变化,以及现今和晚中生代时期岩石圈厚度的不均匀性.讨论了以水为主体的地质流体的存在对于岩石圈流变性的影响.综合克拉通东部与西部地壳/地幔厚度变化特点以及下地壳和上地幔含水性特点,阐述了晚中生代时期华北克拉通岩石圈内部壳幔耦合与解耦的规律,提出了华北岩石圈壳-幔拆离作用模型以解释华北克拉通晚中生代岩石圈减薄的基本现象与深部过程.提出区域性伸展作用是岩石圈减薄的主要动力学因素,东部地区在晚中生代伸展作用过程中壳-幔具有典型的解耦性,上部地壳、下部地壳和岩石圈地幔的变形具有显著差异性.而西部区壳幔总体具有耦合性,下地壳与岩石圈地幔共同构成流变学强度很高且难以变形的岩石圈根.