蛇绿岩研究的最新进展

关于蛇绿岩的形成、定义和分类争论了近200年。早期蛇绿岩被认为是有成因联系的几种岩石的组合,发育在优地槽的核部。在板块构造中它被看作形成于洋脊的古洋壳残片。经过几十年的研究,发现导致蛇绿岩多样性的因素很多,一个新的定义和分类方案被提出。新定义强调了蛇绿岩形成的构造环境,认为在威尔逊旋回的各个阶段都会形成性质不同的蛇绿岩,并根据生成环境将蛇绿岩分为两大类．即与俯冲作用无关和与俯冲作用相关的蛇绿岩,两大类型还可以划分出不同的亚类。这些类型的蛇绿岩有其特有的地球化学、岩石学指标和内部结构。最近的研究还发现蛇绿岩产生的主要时段与全球超大陆的形成、裂解,以及巨型地幔柱活动的时间吻合。根据新分类方案,一部分前寒武纪绿岩应属于蛇绿岩,表明在太古宙时期地球已进入板块构造体制。新的定义和分类为蛇绿岩研究指出了新的方向。     

青海省沱沱河地区乌石峰蛇绿混杂岩形成环境探讨

青海沱沱河晚古生代乌石峰蛇绿混杂岩(CPW)是古特提斯缝合系中可可西里增生楔的一部分,具典型的碰撞混杂岩带特征。基于Dilek等对蛇绿岩新定义和分类方案,并运用其推荐的SiO2-MgO图解、MORB标准化微量元素比值蛛网图、Ti/V图解和Nb/Yb-Th/Yb图解对乌石峰蛇绿混杂岩的形成环境进行了判别和探讨,发现青海沱沱河乌石峰蛇绿岩应形成于弧后-弧前环境,为与俯冲作用相关的上盘俯冲带型的次级类型弧后-弧前型蛇绿岩。     

新特提斯洋俯冲起始的地质记录:土耳其南部蛇绿岩和变质底板

在现行板块构造理论的框架下,板块的初始俯冲是岩浆活动和构造运动发生转变的重要过程,亦是理解板块运动的关键节点。在俯冲起始过程中,主要存在四个方面的地质记录,分别为一系列地球化学成分多样的岩浆活动、SSZ型蛇绿岩、变质底板和玻安岩及其对应的铬铁矿床。特提斯造山带作为公认的研究板块构造理论尤其是初始俯冲的关键场所,一直备受地学界的重视。而土耳其南部构造带作为特提斯造山带的重要组成部分,亦是确定亚欧板块和阿拉伯板块之间缝合线存在的重要标志。该南部构造带是研究新特提斯洋俯冲起始的理想场所,上述关于俯冲初始的四个地质记录均保存良好,且有如下方面的重要特点:1)不同地区的镁铁质岩石甚至同一地区的镁铁质岩石具有不同的地球化学特征,从似洋中脊玄武岩,到过渡型岩石类型和玻安质岩石均有发育; 2)大部分蛇绿岩具有完整的序列,各单元及变质底板岩石中普遍发育侵入的基性岩脉,产状多变,是多期岩浆事件的产物; 3)蛇绿岩下部通常发育一套角闪岩相变质底板,且其年龄与蛇绿岩的形成年龄基本一致; 4)蛇绿岩中普遍发育铬铁矿床,以高Cr型为主,部分蛇绿岩中还赋存高Al-高Cr的过渡型铬铁矿,均被认为是幔源岩浆与地幔橄榄岩反应的产物。因而,这些地质体完整记录了新特提斯洋形成-俯冲-消减的演化过程。     

蛇绿岩研究进展、存在问题及思考

20世纪70年代建立的蛇绿岩（Ophiolite）概念认为出露在缝合带中的一套镁铁一超镁铁岩组合是大洋岩石圈的残留，其岩性单元可以与现代大洋岩石圈各个层圈一一对应，所以蛇绿岩是确定古板块边界的重要证据，该认识促进了板块构造学说的发展。近年来完善的MOR型和SSZ型蛇绿岩理论体系认为MOR型蛇绿岩形成于洋中脊（MOR），SSZ型蛇绿岩形成于俯冲带上（Supra—Subduction Zone），二者的地幔橄榄岩、堆晶岩组合及上部熔岩在岩石学、矿物学和地球化学方面均有不同的特征，洋陆俯冲和洋内俯冲是形成SSZ型蛇绿岩的两种机制，较为合理地解释了蛇绿岩的多样性及其与大洋岩石圈的差异。由于大洋板块的俯冲作用，在缝合带中MOR型蛇绿岩很少被保存下来，保存较好的大多数为SSZ型蛇绿岩。本文探讨了蛇绿岩研究中经常遇到的问题并提出了解决的思路，同时认为Rodinia超大陆前是否存在蛇绿岩、太古宙绿岩是否为蛇绿岩均为有待深入研究的问题。     

从洋中脊到俯冲带的快速转换

<正>板块俯冲是地球上最基本的也是最明显的板块构造过程,但是新的俯冲带从哪里形成以及如何形成,目前都还没有很好的地质限定。海洋扩张中心虽然是板块构造系统中最薄弱的部分之一,但是由于新形成的海洋岩石圈的浮力作用,以前都认为它不容易参与俯冲。美国圣路易斯大学的John     

华北克拉通的形成以及早期板块构造

地球上最早的地壳岩石是高钠的花岗质(TTG)岩石,但是否有更老的洋壳存在过、以及陆壳是怎样形成的,涉及到地球动力学几乎所有的问题。其中板块构造是在什么时候开始的,就是个延续了数十年热度不减的前沿科学问题。流行的说法是板块构造始于新元古代,也有一些学者认为在新太古代就已经开始,或者认为自从地球上有了水的记录,就开始有板块构造。在众多的判别板块构造的标志中,蛇绿岩残片和古老的高压变质岩无疑是两个最具影响力的问题。前者可以确定有远古的古老洋壳存在过并成为缝合带中的残片,后者可以指示曾有地表的岩石单元被俯冲到深部,是俯冲、消减与碰撞的岩石学证据。本文在讨论和比较了太古宙绿岩带与蛇绿岩,以及早前寒武纪高温高压(HTHP)麻粒岩/高温—超高温(HT-UHT)麻粒岩与造山带高压变质带之后,认为尚不能作为板块构造的证据。本文还对华北的新太古代末的稳定大陆形成以及古元古代活动带的裂谷-俯冲-碰撞进行了论述。提出华北克拉通在新太古代末的绿岩带-高级区格局可能标志着热体制下有限的横向活动构造,微陆块被火山-沉积岩系焊接,随后发生变质作用和花岗岩化,完成稳定大陆的克拉通化过程。其构造机制可能是适度规模且多发的地幔柱构造控制下小尺度的横向构造运动的机制。华北克拉通的古元古代活动带有与绿岩带-高级区不同的构造样式,表壳岩带状分布,经受了强烈的变形以及中级变质作用,伴随花岗岩的侵入,虽然没有蛇绿岩和高压变质带,但已表现出板块构造的雏形特征。     

西准噶尔蛇绿岩:古大洋俯冲增生过程的记录

蛇绿岩记录了大洋岩石圈形成、演化、消亡的全过程,是刻画区域板块构造和洋 陆格局演化的关键证据。本文通过系统梳理前人相关研究,总结西准噶尔蛇绿岩最新研究成果,探讨大陆地壳增生方式、恢复古大洋演化历史,从而对西准噶尔构造体制转化提供新制约。西准噶尔地区发育多条震旦纪—石炭纪被构造肢解的蛇绿岩带,具有典型的岩块 基质结构,绝大多数蛇绿岩包括正常洋壳组分和海山/大洋高原残片,其中基性岩具有MORB和OIB的地球化学特征。基于前人研究,本文认为在西准噶尔古大洋发育过程中,发育不同时代与地幔柱有关的海山/大洋高原,同时存在增生型和侵蚀型两类汇聚板块边界。另外,大洋高原增生不仅是大陆地壳增生的有效途径之一,还可能诱发俯冲极性反转和传递。而在大洋高原形成初期,还可能存在地幔柱诱发俯冲起始机制。     

19世纪以来全球蛇绿岩研究综述

蛇绿岩普遍被发现在碰撞型和增生型两种造山带缝合线上,因此经常被用来确定板块边界。自从欧洲地质学家在19世纪早期提出蛇绿岩的概念以来,蛇绿岩的研究经历了几个发展阶段。早期研究认为蛇绿岩是侵入地槽的一套侵入岩;板块构造理论兴起后,蛇绿岩被认为是产生于大洋中脊的洋壳;在1972年的Penrose会议上,科学家们将蛇绿岩定义为一套从基性岩到超基性岩的,可以区分的复式岩体。此后,蛇绿岩的起源(构造背景),侵位机制,特征等研究都取得了很多进展。进入21世纪,出现了一些较好的蛇绿岩形成模式和划分方法。     

大洋岛弧的前世今生

根据板块构造理论,板块的边界是地质作用最为强烈的地区,因而它们是当今固体地球科学研究的重点。依据应力性质的不同,地球上板块的边界类型有扩张的洋中脊、汇聚的俯冲带和调节板块运动差异的转换断层三种。就汇聚型板块边界而言,它又可进一步划分为洋-洋俯冲的大洋或洋内岛弧带(Intra-oceanic arc)、洋-陆俯冲的安第斯型活动大陆边缘带和陆-陆接触的大陆碰撞带三种。相对而言,大洋岛弧的研究程度最低。传统认为最典型的大洋岛弧——日本诸岛,已不再被认为是洋-洋俯冲的产物,因为已有研究显示它是从亚洲大陆裂解的碎块。根据目前的调查,现今的大洋岛弧主要集中在西太平洋地区,以太平洋与菲律宾板块间的Izu-Bonin-Mariana弧和太平洋-澳大利亚间的西南太平洋岛弧为代表。大洋岛弧研究的最重要问题是,洋洋之间如何产生了俯冲。目前多倾向于认为:大洋中的转换断层可使不同时代的大洋岩石圈相互接触,在这种情况下,较老的岩石圈由于冷却时间较长而密度相对较大,因而可下沉而俯冲到较年轻的岩石圈之下。这一模型也被誉为蛇绿岩形成的初始俯冲定律(Subduction Initial Rule,简称SIR)。但存在的问题是,目前全球还没发现有转换断层转变为俯冲带的实例。更何况,全球大洋中发育如此众多的转换断层,但为何只在西太平洋发育大洋岛弧?本文通过对资料的总结还发现,这些大洋岛弧基本都是从亚洲或者澳大利亚大陆东部边缘裂解的碎块,只是后期的弧后扩张作用使裂解的碎块发生强烈的改造,形成具有类似大洋岩石圈的特点。目前提出的洋-洋自发形成俯冲带的模型并没有理论基础,也没有实际地质事实的支持。但在加勒比海、斯科舍海和阿留申地区,大洋岛弧的出现与洋底高原诱发的俯冲带跃迁或俯冲极性反转有关。因此,板块构造理论中的洋洋初始俯冲模式需要进一步资料的验证。     

陕西勉、略一带古板块缝合带存在标志及与南秦岭板块构造的演化关系

本文运用扳块构造的观点,从蛇绿岩、混杂堆积和双变质带等方面论述了陕西勉县—略阳一带南秦岭褶皱带与摩天岭褶皱带之间的古板块缝合带的存在标志。并对缝合带两侧岩石、构造组合特征、古板映构造环境类型及板块俯冲与南秦岭构造的演化关系、俯冲方向及蛇绿岩套、古缝合带的形成时代等问题进行了探讨,认为板块俯冲方向指北,经两次碰撞后最终形成缝合带。本文还结合板块构造理论,探讨了南秦岭古板构造与矿产分布的关系及矿产分布规律,并进行了成矿预测。     

The Orosirian (1800–2050 Ma) plate tectonic episode: Key for reconstructing the Proterozoic tectonic record

Eight lines of evidence indicate that the Orosirian Period in mid-Paleoproterozoic time was characterized by plate tectonics: ophiolites, low T/P metamorphism including eclogites, passive margin formation, tall mountains, paleomagnetic constraints, ore deposits, abundant S-type granites, and seismic images of paleo-subduction zones. This plate tectonic episode occurred about 1 billion years earlier than the present plate tectonic episode began in Neoproterozoic time. The two plate tectonic episodes bracket the ‘Boring Billion’, which may have been a protracted single lid tectonic episode that began when the supercontinent Nuna or Columbia formed. Recognition of multiple lines of evidence for Orosirian plate tectonics demonstrates that Earth’s tectonic style can be reconstructed with some confidence back to at least Early Paleoproterozoic time, and thus the absence of compelling evidence for Mesoproterozoic plate tectonics is not obvious due to poor preservation. A tectono-magmatic lull ～2.3 Ga suggests an earlier episode of single lid tectonics. Evidence for two episodes of plate tectonics and two episodes of single lid tectonics indicates that Earth switched between single lid and plate tectonics multiple times during the last 2.4 Ga.     

中国蛇绿岩概论

<正> 自七十年代初期板块构造学说引进我国后,蛇绿岩的研究逐渐引起我国地学界的重视。特别是在空间、时间上,蛇绿岩在我国有着广袤、多期的分布特征,近几年来在科研工作中、区域地质调查及普查找矿中,较普遍地开展了蛇绿岩的研究。1981年和1982年分别在西安、沈阳召开了有关蛇绿岩和板块构造及其成矿关系的会议;与会代表来自祖国各方,他们从不同地学专业,提出了具一定水平的论述,为今后进一步开展工作,提供了大量有价值的资料。     

地球接受太阳辐射能量变化对板块构造影响的估算

板块构造理论可以被认为是构造地质学研究的基本模型和框架。传统板块构造理论认为岩石圈板块在软流圈上方随软流圈对流发生运动,软流圈对流所需要的能量则完全由地球内部能量,如重力势能和放射性衰变产生的热能提供。但是近年来的一些研究证明了气候变化会对板块构造活动,如造山带活动产生直接影响。对传统的板块构造所需能量全部由地球内部提供这一观点做出了补充和更新。本文主要从两个方面对外动力作用可能影响板块构造做出分析,一是利用傅里叶分析证明了太阳辐射变化在构造活动,如洋中脊两侧地貌和火山沉积物中均能够留下记录;二是建立了一个简单的平面力学模型,探究洋流同大陆的力学作用会如何影响大陆运动特征。虽然这一模型忽略了很多因素,定量计算的结果本身并不具有很严格的数据绝对意义。但是这一模型的结果可以证明地球所有板块构造活动中释放的能量低于地球系统每年从太阳辐射中接收的能量,而且模型得到的大陆运动特征同现今实际观测下的运动特征存在一致性,洋流向大陆岩石圈传递的能量同地震活动释放的能量处于同一量级,从侧面可以证明洋流可能对板块构造产生了较大的影响。     

Plate kinematics, origin and tectonic emplacement of supra-subduction ophiolites in SE Asia

A unique feature of the Circum Pacific orogenic belts is the occurrence of ophiolitic bodies of various sizes, most of which display petrological and geochemical characteristics typical of supra-subduction zone oceanic crust. In SE Asia, a majority of the ophiolites appear to have originated at convergent margins, and specifically in backarc or island arc settings, which evolved either along the edge of the Sunda (Eurasia) and Australian cratons, or within the Philippine Sea Plate. These ophiolites were later accreted to continental margins during the Tertiary. Because of fast relative plate velocities, tectonic regimes at the active margins of these three plates also changed rapidly. Strain partitioning associated with oblique convergence caused arc-trench systems to move further away from the locus of their accretion. We distinguish “relatively autochthonous ophiolites” resulting from the shortening of marginal basins such as the present-day South China Sea or the Coral Sea, and “highly displaced ophiolites” developed in oblique convergent margins, where they were dismantled, transported and locally severely sheared during final docking. In peri-cratonic mobile belts (i.e. the Philippine Mobile Belt) we find a series of oceanic basins which have been slightly deformed and uplifted. Varying lithologies and geochemical compositions of tectonic units in these basins, as well as their age discrepancies, suggest important displacements along major wrench faults.We have used plate tectonic reconstructions to restore the former backarc basins and island arcs characterized by known petro-geochemical data to their original location and their former tectonic settings. Some of the ophiolites occurring in front of the Sunda plate represent supra-subduction zone basins formed along the Australian Craton margin during the Mesozoic. The Philippine Sea Basin, the Huatung basin south of Taiwan, and composite ophiolitic basements of the Philippines and Halmahera may represent remnants of such marginal basins. The portion of the Philippine Sea Plate carrying the Taiwan–Philippine arc and its composite ophiolitic/continental crustal basement might have actually originated in a different setting, closer to that of the Papua New Guinea Ophiolite, and then have been displaced rapidly as a result of shearing associated with fast oblique convergence.     

早期大陆与板块构造启动——前沿热点介绍与展望

板块构造的启动时间和机制,一直是国内外地球科学界关注的焦点,有不少热点文章对此进行了讨论。它涉及的不仅是早期地球的构造机制问题,更关系到整个地球的演化历史、变化过程和演化规律,以及地球的未来。本文对国内外的研究状况、研究重点进行了简单述评,强调地球的"热状态和热演化"是构造机制演化的关键控制因素,提出大陆形成和岩石圈的演化与板块构造起源关联密切,是理解早期板块构造启动的重要研究内容。华北克拉通是代表性的古老大陆,本文对它的研究状况给出了介绍和评述。文章最后展望了"早期大陆与板块构造启动"这一重要科学问题的研究方向,并对相应的研究方法提出了评论和建议性意见。     

关于大陆构造研究的一些思考与讨论

指出板块构造理论在解释大陆构造中的不足之处,从而在进一步深化板块构造理论发展的同时,构建大陆构造理论体系;通过长期大陆构造研究实践并利用国内外大陆造山带的6个例子提出有关大陆的基本问题,诸如早期大陆起源、超大陆方式演化的大陆演化机制以及大洋和大陆岩石圈的本质不同和构造旋回;说明大陆是由板块构造(包括可能的板块构造远程效应)和大陆自身机制分别形成的组分的拼合体.主张大陆有自身的机制操控它的起源、保存和演化.在排除了来自板块边缘以及板块远程效应的作用力的前提下,出现在陆内环境的造山作用可由大陆本身尤其可能由陆内中小块体之间的相互作用引发.需要强化大陆构造研究,在深化板块构造理论的同时,探索和创建大陆构造理论体系.     

造山带构造研究中几个重要学术概念问题的讨论

简要分析和评述了造山带构造研究中的几个重要学术概念问题：造山带，造山带类型、造山作用和造山过程、造山带构造格局、造山作用模式。指出不宜将造山带定义直接与板块边缘构造位置和板块间相互作用联系在一起；造山作用和造山带不仅出现在板块之间相互作用的地带，而且可以出现在远离板边界的地方－－即所谓板内造山带。强调了板内造山带研究的重要性，提出了确定板内造山的主要依据，指出在造山带分类、造山带构造山带。强调了板内造山带研究的重要性，提出了确定内造山带的主要依据，指出在造山带分类、造山带构造格局和造山作用过程中应充分注意内造山带的客观存在，以及板内造山带成因动力机制研究中需要着重考虑的重要方面。     

K_2O/(Na_2O+CaO)--SiO_2/Al_2O_3:一个用于推断复理石形成时板块构造背景的判别图

沉积岩中的主要氧化物:SiO_2,Al_2O_3,K_2O,Na_2O,CaO的丰度及其SiO_2/Al_2O_3,K_2O/(Na_2O+CaO)值的变化与物源区类型和板块构造背景密切相关。因此,利用砂岩的化学成分可以判断其形成时的板块构造背景。笔者重点研究了造山带中重要且分布广泛的复理石中杂砂岩的化学成分及其与板块构造背景之间的关系,绘制了用于推断复理石形成时的板块构造背景的SiO_2/Al_2O_3——K_2O/(Na_2O+CaO)双变量判别图。经对15组不同时代复理石的180个化学成分进行投影分析,能有效地分开不同板块构造背景下的复理石。