玄武岩浆起源和演化的一些基本概念以及对中国东部中-新生代基性火山岩成因的新思路

以全球大地构造为背景讨论了玄武岩浆起源和演化的一些基本概念.这些概念的正确理解有助于合理解释各种环境中火成岩的形成机制,也有助于依据野外岩石组合来判别古构造环境.在此基础上结合已有资料和观察,对中国东部中生代岩石圈减薄及中-新生代基性火山岩成因提出了一些新解释.这些解释与地质观察相吻合,且符合基本的物理学原理.虽然中国东部基性火山活动可称为"板内"火山活动,但它实际上是板块构造的特殊产物.中国东部中生代岩石圈减薄是其下部被改造为软流层的缘故.这种改造是加水"软化"所致.水则源于中国东部地幔过渡带(410～660 km)内古太平洋(或其前身)俯冲板块脱水作用.其将岩石圈底部改造为软流层的过程,实际上就是岩石圈减薄的过程.因为软流层是地幔对流的重要部分,而大陆岩石圈则不直接参与地幔对流.中生代玄武岩具有εNd＜0的特征,说明其源于新近改造而成的软流层,亦即原古老岩石圈之底部.中国大陆北北东-南南西向的海拔梯度突变界线与东-西部重力异常,陆壳厚度变化,以及地幔地震波速变化梯度吻合.因此可将北北东-南南西向梯度线称为"东-西梯度界".该界东-西海拔高差(西部高原与东部丘陵平原),陆壳厚度差异(西部厚而东部薄)和100～150 km的深度范围地幔地震波速差异(西部快而东部慢),均受控于上地幔重力均衡原理.这表明西部高原岩石圈厚度＞150～200 km,而东部丘陵平原岩石圈厚度＜80km."遥远"的西太平洋俯冲带具有自然的地幔楔吸引作用.此吸引作用可引起中国东部"新生"软流层东流.软流层东流必将引起西部高原底部软流层的东向补给(流动).这一过程必然导致东移软流层的减压,即从西部的深源(岩石圈深度＞150～200 km处)到东部的浅源(岩石圈深度～80km处).东移软流层的减压分熔可合理解释具有软流圈地球化学特征(εNd＞0)的新生代中国东部基性火山活动及玄武岩的成因.这些对中国东部中-新生代地质过程的解释,将为更加细致的,以岩石学和地球化学为主的讨论所验证.     

青藏高原北缘深部地壳结构特征及其形成机制探讨

柴达木盆地－祁连山地区位于青藏高原北缘，同青藏高原主体一样，该区具有多层地壳结构特征，并普遍出现壳内低速层，地壳厚度是华北及华南地区的2倍以上。其形成可能与地壳的横向挤压缩短及幔源物质的底侵作用有关。随着底侵作用增强，地壳厚度加大，岩石圈厚度则越趋于减薄，地壳上部表现为拉张，下部发生壳幔深熔及幔源流体的交代作用，从而导致了地壳低速层，地热和浅源地震的发育。同时，这也是青藏高原出现热壳冷幔的原因之一。     

东海陆架盆地西湖凹陷岩石圈热流变性质

为了探讨东海陆架盆地西湖凹陷岩石圈热流变性质,本文以实测地温数据为依据,模拟西湖凹陷岩石圈热结构,在此基础上,应用流变学原理模拟确定西湖凹陷岩石圈流变性质。结果表明,西湖凹陷岩石圈为一个冷地壳-热地幔、强地壳-弱地幔的"奶油蛋糕"型岩石圈。西湖凹陷平均地表热流密度为71 m W/m~2,地幔热流密度为40~65 m W/m~2,对地表热流密度的贡献度达73%~79%,地表热流受地幔热流控制,莫霍面温度在700℃左右,热岩石圈平均厚度为66 km。西湖凹陷岩石圈流变分层明显,上、中地壳基本为脆性层,下地壳和岩石圈上地幔为韧性层,岩石圈总流变强度平均约为2.65′10~(12) N/m,其中地壳流变强度为2.12′10~(12) N/m,地幔流变强度为5.29′10~(11) N/m,有效弹性厚度为11.7~14.5 km,地壳的流变性质控制了岩石圈的流变行为。此外,西湖凹陷岩石圈总强度较低,在构造应力作用下易于变形,且存在壳幔解耦现象。西湖凹陷岩石圈热状态及流变性质决定了西湖凹陷东部地区主要以浅部地壳的断层滑动和地层破裂来调节深部的构造应力。     

基于岩石圈厚度和地幔横向黏度变化的地幔对流模型重估云南地区剪切波各向异性源的深度

在已有模型的基础上,考虑岩石圈厚度和软流层横向黏度的变化,本文建立了更接近地球实际情形的地幔对流模型,然后重新推测了导致云南地区剪切波各向异性的软流层源的深度。结果表明:岩石圈厚度和软流层横向黏度变化对云南地区的软流层各向异性源的深度及软流层的变形程度和机制具有重要影响;软流层各向异性对云南西南部区域、东部区域北纬26°N以南和四川盆地及其西缘的剪切波分裂具有明显的贡献,它们分别位于90~180、170~330和200~320 km深度;在云南西南部区域和东部区域北纬26°N以南,导致剪切波分裂的软流层可能处于大剪切变形状态,主要受地幔流动方向/流动平面模式控制,而四川盆地及其西缘的则处于小剪切变形状态,主要受应变模式的控制。     

大陆下地壳拆沉模式初探

下地壳拆沉是人们关注的问题,文中指出下地壳拆沉必须满足至少三个条件：（1）地壳加厚使其下部达到熘辉岩相是拆沉的前提.（2）大规模岩浆活动使大量低密度的中酸性物质移出下地壳,使下地壳密度增加直至超过下伏地幔.由于下地壳榴辉岩石部分熔融所形成的岩浆具有埃达克岩的地球化学特征,因此,大规模魂达克岩的熔出是下地壳拆沉的先决和必要条件.（3）岩石圈地幔转化为软流圈地幔,使下地壳能够进入地幔.陆壳下的岩石圈地幔原先是冷的、刚性的和不易流动的，如果有热和水的加入，可以被软化，使其变成热的、塑性的和易流动的软流圈地幔。因此，岩石圈了幔转化为软流圈地幔是下地壳拆沉的必要条件。作者认为，下地壳不大可能整体拆沉，而很可能是一块一块如飘雪花似地拆沉。如果下地壳的密度降低（低于下伏地幔），如果地幔停止热的供给，如果陆壳底部的软流圈地幔幔又恢复为岩石圈地幔，拆沉即终止。文中讨论了中国东部中生代下地壳拆沉的可能性，探讨了岩石圈减薄的机制，认为下地壳不需要也不可能与岩石圈地幔一道拆况。     

南海北部及其沿岸中、新生代壳幔相互作用与构造演化——纪念“陆缘扩张带”概念的倡导者陈国达教授

新生代火山岩中的深源捕虏体资料反映,南海北部及其沿岸地区岩石圈地幔的主体由主量元素易熔组分相对饱满的、同位素组成类似MORB-OIB型的、高温型的二辉橄榄岩所组成;但在其顶部残留有古老的岩石圈地幔,它由主量元素易熔组分相对贫瘠的、同位素组成类似EM型的、较低温的方辉橄榄岩组成。在下地壳底部,分布着由晚中生代幔源岩浆分离结晶和堆晶的基性麻粒岩。由此提出了该区中、新生代壳 -幔或岩石圈 -软流圈相互作用与构造演化的简略模式: (1)印支期 -燕山早期为地壳岩石圈厚度增大的华夏型后地台活化造山带环境;(2)燕山晚期岩石圈快速减薄(如拆沉作用),造山带拉伸塌陷,地壳深处并发生广泛的底侵作用; (3)始新世 -渐新世软流圈再次上涌(如地幔柱的影响),岩石圈地幔发生底蚀减薄,地壳也因为下部层的塑性流展和上部层的张裂拉伸而减薄; (4)中新世以来,由于地幔热源在拉伸环境中被释放,壳幔发生冷却,部分软流圈地幔转化为“新生的”岩石圈地幔。研究进一步说明,南海北部陆缘扩张是该区大陆构造演化到大陆活化造山带后期,在深部壳 -幔的相互作用下,岩石圈所发生的垂向减薄和侧向伸展,既不同于弧后扩张,也不是受控于大西洋式的海底扩张。     

曾母盆地西部岩石圈特性与有效弹性厚度: 来自构造模拟的约束

曾母盆地是南海南部最大的新生代沉积盆地,保留了南海新生代共轭边缘演化历史以及性质的重要信息。岩石圈有效弹性厚度Te是了解大陆地壳张裂时岩石圈强度的一个关键指标。本文选取曾母盆地西部的三条典型地震剖面,在构造解释的基础上,按照挠曲均衡原理,通过对三条剖面的反演模拟,对Te进行了敏感性测试。在此基础上利用弹性梁模型对三条剖面进行了正演模拟,来模拟盆地的形态以及主要地层单元的展布。模拟结果与实测剖面的对比表明,Te值取3～5km较为合理,盆地西部的脆性/韧性地壳转换深度为15km。正演和反演模拟中的拉张因子β具有不同的构造含义,正演模拟拉张因子β代表了脆性上地壳的拉伸程度,反演模拟的拉张因子则表示整个岩石圈的拉张作用,拉张因子同时呈向北增大的趋势。     

秦岭显生宙地幔组成及其演化

通过对秦岭造山带及扬子克拉通北缘显生宙时期 3个含地幔捕虏体的煌斑岩、钾镁煌斑岩、碱性玄武岩以及 11个不含捕虏体的辉石岩、辉长岩、玄武岩出露点的岩石地球化学对比研究 ,揭示出研究区地幔演化经历了自古生代的OIB亏损地幔到中生代的高度富集地幔再到中生代末期 -新生代的OIB MORB的亏损地幔的两次明显变更。制约这种变更的主要因素是熔融岩浆时源区发生的层圈相互作用类型。鉴于大陆岩石圈软流层体系的特征 ,有必要划分出岩石圈 /软流层相互作用带(过渡带 ) ,它是大陆岩浆作用的重要源区。     

湘东北中生代基性岩脉微量元素地球化学特征及岩石成因

湘东北中生代基性岩脉可以分为煌斑岩和辉绿岩两类，前者形成于136.61Ma，后者形成于86.18Ma,与华南中生代主要拉张时期相对应。岩石富集LREE，Eu负异常不明显，其形成主要受地幔部分熔融作用制约。早期煌斑岩类微量元素和Sr、Nd同位素总体上具有富集地幔（EMⅡ型）洋岛玄武岩（OIB）特征，富集Nd、P、Cs，而K、Rb、Sr、U、Th等富集程度不明显，Ta、Nb略有富集，具有软流圈地幔上涌地幔热柱玄武岩岩浆源区性质，表现出软流圈地幔上涌部分熔融的成岩特点。晚期辉绿岩类表现出Ta、Nb、Ti亏损，但LILE并不富集，反映地壳混染程度的增强，具有大陆拉张带（裂谷初期）形成的玄武岩岩浆源区性质，为岩石圈地幔部分熔融形成。二者具有不同的岩浆源区性质，从早期到晚期岩浆源区向上迁移并致使部分陆 物质混入，反映由热点式拉张到岩石圈伸展－减薄的作用过程。     

从卫星重力资料看中国及邻区地壳密度结构

本文应用小波多尺度分析等信息提取新方法,从地球重力场模型(EGM2008)经各项校正得到的中国及邻区卫星布格重力异常中提取和反演了中国及邻区上、中、下地壳的密度信息,揭示了区域地壳三维密度结构。下地壳低密度扰动主要出现在青藏高原和华南沿海到对马海峡一带,其它地区多现较高密度扰动。所有克拉通地体密度在中下地壳都是高密度的。中下地壳低密度扰动带可分成四类:(1)出现在板块边界的低密度扰动条带,(2)出现在中国西部挤压构造有关的山脉下方,(3)与拉张走滑构造有关的构造带,(4)和与大陆内部板内造山有关的构造带。上地壳结晶基底的低密度扰动可出现在显生宙造山带和未充分发育的大陆裂谷。碰撞俯冲造山带以地壳低密度大厚度为特征,但是板内造山带不同,以地壳局部高密度中厚度为特征,局部高密度反映了中基性结晶岩的存在,莫霍面上拱反映了中基性岩浆侵入。板内拉张裂谷带上地壳基底密度局部低、中地壳低速带发育反映拉张区的流体活动,而下地壳反射体发育、莫霍面变厚成层反映拉张区的玄武岩浆底侵。由于卫星重力测量资料分辨率毕竟有限,对中国东部地区还未能给出关于中地壳密度扰动的细节,还必须开展地面重力测量资料的小波多尺度分析。     

大洋岩石圈拆沉与大陆下地壳拆沉：不同的机制及意义——兼评“下地壳＋岩石圈地幔拆沉模式”

拆沉作用(delamination)是地球科学中一个重要的科学问题。本文认为,大洋岩石圈拆沉和大陆下地壳拆沉是不一样的:(1)拆沉的物质不同。大洋岩石圈拆沉的物质包括大洋地壳、岩石圈地幔甚至一部分软流圈地幔,它们共同进入地幔深部;而大陆下地壳拆沉仅仅限制在下地壳,不包括岩石圈地幔。(2)拆沉的动力不同。大洋岩石圈拆沉是由板块俯冲引起的,是地幔对流的产物,因此是一种快速的主动的拆沉;而下地壳拆沉是由于下地壳加厚使下地壳密度增加引起的,还要求其下刚性的岩石圈地幔转变成塑性的软流圈地幔才有可能发生。因此下地壳拆沉要克服许多阻力才能实现,使拆沉成为一个漫长的过程,是慢速的和被动的拆沉。(3)拆沉的过程不同。大洋岩石圈拆沉是由板块俯冲触发的,俯冲导致碰撞,大洋岩石圈从根部断裂,拆沉进入地幔。大陆下地壳拆沉由地壳加厚开始,使下地壳转变为榴辉岩相;随后,岩石圈地幔减薄,直至全部转化为软流圈地幔;下地壳发生部分熔融,形成大规模的(埃达克质)岩浆,使下地壳榴辉岩的密度大于下伏的地幔,从而引发拆沉。大陆下地壳拆沉不大可能是整体进行的,可能是一块一块地被蚕食、被拆沉的。(4)拆沉后的效应不同。大洋岩石圈地幔拆沉,使热的软流圈地幔上涌,从而引发了一系列地质效应:如岩浆活动、地壳抬升、构造松弛以及随后的造山带垮塌等。而下地壳拆沉只引起地壳减薄,高原和山脉垮塌,并不伴有大规模的岩浆活动和地壳抬升等过程。(5)拆沉与岩浆活动的关系不同。主动拆沉导致大规模岩浆活动,而被动拆沉是在大规模岩浆活动的基础上开始的。此外,文中还对"下地壳 岩石圈地幔拆沉"模式提出了质疑,认为该模式有许多难以理解的问题和太多推测的成分,而且与现在保存的地质事实不符。     

从地壳上地幔构造看大陆岩石圈伸展与裂解

本篇讨论大陆岩石圈拆沉、伸展与裂解作用过程。由于大陆岩石圈厚度大而且很不均匀,产生裂谷的机制比较复杂。大陆碰撞远程效应的触发,岩石圈拆沉,以及板块运动的不规则性和地球应力场方向转折,都可能产生岩石圈断裂和大陆裂谷。岩石圈拆沉为在重力作用下"去陆根"的作用过程,演化过程可分为大陆根拆离、地壳伸展和岩石圈地幔整体破裂三个阶段。大陆碰撞带、俯冲的大陆和大洋板块、克拉通区域岩石圈,都可能产生岩石圈拆沉。大陆岩石圈调查表明,拉张区可见地壳伸展、岩石圈拆离、软流圈上拱和热沉降;它们是大陆岩石圈伸展与裂解早期的主要表现。从初始拉张的盆岭省到成熟的张裂省,拆离后地壳伸展成复式地堑,下地壳幔源玄武岩浆侵位,断裂带贯通并切穿整个岩石圈,表明地壳伸展进入成熟阶段。中国东北松辽盆地和西欧北海盆地曾处于成熟的张裂省。岩石圈破裂为岩浆侵位提供了阻力很小的通道网。岩浆侵位作用伴随岩石圈破裂和热流体上涌,成熟的张裂省可发展成大陆裂谷。多数的大陆裂谷带并没有发展成威尔逊裂谷带和洋中脊,普通的大陆裂谷要演化为威尔逊裂谷带,必须有来自软流圈的长期和持续的热流和玄武质岩浆的供应。威尔逊裂谷带岩石圈地幔和软流圈为地震低速带,其根源可能与来自地幔底部的地幔热羽流有关。     

中国边缘海域及其邻区的岩石层结构与构造分析

利用中国边缘海域近年的地震层析成像结果,根据速度异常和各向异性分析东海、黄海和南海北部的岩石层结构和构造,讨论中朝块体和扬子块体在黄海内部的拼合边界(黄海东部断裂带)、东海陆架盆地上地幔异常与岩石层形成演化、南海北部地壳底部高速层的成因及地幔活动等问题。分析表明,黄海东部与朝鲜半岛之间存在一个深部构造界限(大致对应于黄海东部断裂带),分界两侧Pn波速度各向异性存在明显差异,反映不同构造应力和断裂剪切运动作用下的岩石层地幔变形特征。东海陆架下方的低速异常揭示了张裂盆地形成时期的地幔活动痕迹,表明中、新生代期间发生过地幔上涌并造成岩石层减薄,菲律宾海板块向西俯冲引发的地幔活动对东海陆架岩石层的形成、演化产生明显的影响。南海北部岩石层厚度较大并且温度相对偏低,地幔异常仅限于局部地区,估计南海北部大陆边缘的地壳底部高速层形成于张裂发生之前,或者是地壳形成时期壳幔分异时的产物。南海中央海盆的扩张不仅导致地壳拉张,软流层物质上涌,而且也造成岩石层地幔减薄甚至缺失。     

论燕山运动的深部地球动力学本质

对中国东部新生代玄武岩及其包体的矿物学、岩 石学和地球化学研究的总结发现,中国东部在燕山期主要表现为岩石圈的减薄,并在其东部 出现软流圈地幔与地壳直接接触的独特地质现象。早先应该存在的古老岩石圈地幔大多由于 拆沉作用而不复存在,现今岩石圈 地幔主体是在燕山晚期及其以后形成的。因此,中国东部燕山运动的本质就是岩石圈的减薄 乃至岩石圈地幔的消失。研究认为,这种岩石圈减薄的触发因素可能与当时东侧大洋板块的 俯冲有关。软流圈地幔与地壳直接接触的动力学效应是产生强烈的岩浆板底垫托作用及相伴 随的深部地壳的高温变质作用和部分熔融作用,形成巨量岩浆的侵位与喷发,并造成新生地 壳的显著增生和原有地壳的重新调整。同时,这种地球动力学过程将携带大量地幔物质（包 括成矿物质）进入地壳,并形成地壳尺度的大规模流体循环,从而产生大面积、突发性的巨 量成矿作用。     

拉张速率和岩石圈流变结构对大陆岩石圈破裂影响的数值模拟研究

拉张速率和岩石圈流变结构是影响大陆岩石圈破裂的重要因素,共同控制大陆裂谷的演化过程,最终形成不同结构的被动大陆边缘.本文通过热?动力学数值模拟,分析了拉张速率和岩石圈流变结构对初始裂谷形态及最终大陆边缘结构的影响.模拟结果显示,在不同下地壳厚度(15 km或20 km)和拉张速率(半拉张速率为2～50 mm/a)条件下...     

俄远东,中国东北的构造特点及岩石圈深部的不均一性

俄罗斯远东和中国东北前新生代可划分为８个大地构造单元。区域地质、深部地质、地球物理及新构造研究表明，地壳和地幔深部的不均一性反映了该区主要构造单元的深部构成和大地动力学等方面的特点。地热和地磁资料表明，远东地区软流层顶部具有起伏形态的特点，最大深度２００￣２５０Ｋｍ，浅部仅１００￣１４０ｋｍ，松辽盆地７５￣１００ｋｍ；在中国东北及亚太过渡带上地幔低速层厚度在０￣１００ｋｍ之间变化，计算数据表明，本     

地壳水化引起的大陆抬升

<正>长久以来,大范围内构造相对稳定的陆块单元的抬升一直未得到很好的解释,例如美国西部科迪勒拉造山带东部的高平原(high plains)和怀俄明克拉通就是典型的例子。不同于美国西部其他区域新生代以来的隆升可以不同程度归结于地壳短缩、岩浆和地幔岩石圈减薄等过程,高平原内部缺乏构造运动和岩浆活动,因此其隆升机制和动力学过程尚不清楚。考虑到整个科迪勒拉在大尺度上的抬升,控制高平原和怀俄明克拉通抬升的地质过程也同样影响科迪勒拉其他区域。因此弄清其抬升的机制具有     

贝加尔裂谷下的软流圈底辟：岩石学约束条件

地壳底部部分熔融物质的存在是对贝加尔裂谷带深部构造所提出的模型的主要依据之一，可以把这种上地幔异常解释为不连续的０－５０ｋｍ的 厚层，这种厚层是通过狭窄的通道与软流层连接的（流体，张性破裂模型），或解释为与地壳基底相接触的２００－３００ｋｍ宽的软流圈隆起（地幔柱模型）。来自于新生代玄武岩的地幔捕虏体的岩石学数据与热软流圈物质引起的壳下岩石圈的完全机构交代简单模式不一致，来源于４５－７５ｋｍ深处的尖     

中国东部壳-幔、岩石圈-软流圈之间的相互作用带：特征及转换时限

中国东部中—新生代,下部岩石圈存在壳与幔、岩石圈与软流圈两个相互作用带,它们是重要的岩浆源区,在层圈相互作用中,热和物质的交换及其动力学过程是引起中、新生代岩石圈内部层圈间的厚度调整、岩石圈不均匀减薄以及区域构造-岩浆-成矿作用的重要机理。大陆内部的壳-幔作用有3种类型:地幔来源的底侵熔体与下地壳的作用;下地壳拆沉进入弱化(weakening)了的岩石圈地幔二者发生的作用以及陆-陆碰撞深俯冲带的壳-幔相互作用。它们形成的火山岩组合有一定的差别,但源区都含有地壳组分。岩石圈-软流圈的作用带也是重要的岩浆源区,源区是以软流圈地幔为主,基本不含地壳组分。东部岩石圈的减薄时间大体与出现大规模软流圈来源的玄武岩喷发的时间一致,也与上述两类层圈作用转换的时间一致,大约在100Ma以后。     

华北陆块岩石圈减薄作用:热薄化与机械拉伸的数值模拟研究

针对华北陆块岩石圈减薄作用的动力学机制开展了一系列二维定量数值模拟研究。其模拟结果表明,在给定的岩石圈热传导和放射性生热条件下,岩石圈底部地幔热流(mantlethermalflux)的增加能导致岩石圈内热状态的明显改变,导致早古生代以来华北岩石圈厚度的巨大变化,当地幔热流达到35～40mWm-2,华北陆块的岩石圈厚度将减薄至100km以内。单纯的机械拉张同样能导致岩石圈厚度的薄化,但岩石圈厚度的减薄相对有限。即使拉张伸展率达25%,其岩石圈厚度最大减薄至150km。因此通过数值模拟的研究揭示了这样的事实,即华北陆块岩石圈厚度的减薄主要受制于岩石圈内热状态的变化,以热侵蚀的减薄方式为主,机械拉张作用可能对华北陆块岩石圈厚度的减薄作用有一定贡献。