中国东部岩石圈减薄研究中的几个问题

中国东部岩石圈减薄是近 10年来国内外研究的热门课题 ,但关于岩石圈减薄的具体时间、机制及其构造控制因素 ,多有争论。根据目前的研究资料 ,文中对上述问题进行了全面的讨论。初步认为该岩石圈减薄发生在晚中生代 ,且在 12 0～ 130Ma的早白垩世达到高潮。综合分析认为 ,岩石圈的减薄与东侧太平洋板块的俯冲有关 ,即大洋板块的俯冲作用导致岩石圈加厚 ,进而发生岩石圈拆沉。Os同位素资料显示 ,由地幔橄榄岩包体所反映的新生代岩石圈地幔具有年轻性质 ,与古生代时的岩石圈地幔截然不同。因此笔者认为 ,中国东部现今的岩石圈地幔并不是减薄后的残留 ,它表明中生代时 ,岩石圈地幔和部分下地壳一起通过拆沉作用而沉入软流圈地幔 ,由此而导致软流圈地幔与地壳的直接接触。幔源岩浆的底侵及软流圈对地壳的直接加热作用 ,使上覆地壳发生大规模的岩浆和成矿作用 ,并导致中国东部中生代时期伸展构造的广泛发育。     

大兴安岭东部花岗岩类锆石饱和温度及其地质意义

通过对花岗岩锆石饱和温度的计算,求得大兴安岭东部不同时代花岗岩浆的起源温度,为探讨花岗岩的形成条件和构造背景提供重要信息。计算结果表明,大兴安岭地区早古生代花岗岩、部分晚古生代I 型花岗岩( ＜ 300 Ma) 、晚古生代A 型花岗岩( 260 ～ 290 Ma) 属于高温花岗岩,高热的产生与造山后伸展构造背景导致的软流圈上涌/幔源岩浆的底侵作用有关; 部分晚古生代I 型花岗岩 ( ＞ 300 Ma) 及侏罗纪花岗岩属于低温花岗岩,可能反映了一种有流体参与的与俯冲有关的构造背景; 白垩纪I 型花岗岩的锆石饱和温度与侏罗纪花岗岩基本相同,属低温花岗岩,其形成可能与流体的加入有关,流体可能来自古太平洋俯冲板片残留体; 而白垩纪A 型花岗岩属高温花岗岩,高热的产生可能与白垩纪时期板内伸展构造体制下岩石圈减薄导致的地幔岩浆底侵有关。     

华北克拉通兴城早白垩世玄武玢岩锆石、金红石地球化学特征及其地质意义

华北克拉通在中生代时期发生大规模的岩石圈减薄,伴生的早白垩世火山岩为研究克拉通破坏提供了窗口,但其中镁铁质火山岩成因和岩浆源区性质的争议,制约了对克拉通破坏机制和中生代岩石圈减薄结束时间的认识。本文用激光剥蚀电感耦合等离子质谱（LA-ICP-MS）方法对兴城玄武玢岩中的锆石、金红石进行了系统的微量元素分析,以揭示岩浆源区性质及其演化,并进一步探讨了华北克拉通中生代岩石圈减薄的机制和结束时间。锆石t_Ti温度计计算结果表明,兴城玄武玢岩锆石结晶温度为695~779℃,平均温度为730℃,说明玄武玢岩可能起源于俯冲带地幔楔交代橄榄岩。微量元素分析结果显示,锆石富集HREE,LREE与HREE分异明显,Nb、Ti亏损,Th、U和Hf相对富集,Ce、Eu呈不同程度的正、负异常;金红石Nb、Ti、Hf等高场强元素呈不同程度富集,Sr明显亏损,无明显的Ce、Eu异常。微量元素特征也显示玄武玢岩岩浆起源于岩石圈地幔交代橄榄岩,后期经历了氧化作用和分离结晶作用。结合区域内相关地质资料,认为兴城玄武玢岩岩浆为古老岛弧型岩浆。华北克拉通中生代岩石圈减薄的结束时间可约束到早白垩世晚期（约105 Ma）,高角度俯冲的古太平洋板块回撤为华北克拉通岩石圈减薄的一级动力学机制,热化学侵蚀或拆沉为二级机制。     

华南晚中生代大陆变形、深部过程及动力学

受控古太平洋板块俯冲及后撤作用,华南晚中生代经历了强烈大陆再造,并伴随幕式岩浆活动,是研究活动大陆边缘构造- 岩浆作用、壳幔过程和板块俯冲动力学的天然实验室。本文系统综述了近年来发表的构造变形、岩浆作用和深部结构等多学科成果,以构造解析为主线,深- 浅结合,在华南识别出与古太平洋板块俯冲相关的中晚侏罗世弧背缩短和白垩纪弧后伸展系统,厘定了二者的时空格架和叠加改造关系。弧背缩短系统以扬子中部的隔档- 隔槽式褶皱、深部多层滑脱和双重逆冲推覆构造为特征,具SE向NW的逆冲扩展变形规律,与古太平洋板块的前进式俯冲有关。白垩纪主体以大陆伸展为主,经历了伸展和挤压变形交替,并伴随着岩浆活动的爆发、迁移和停止,其可能与板片俯冲动力学变化有关。在此基础上,我们分析了白垩纪岩石圈长距离伸展的深部过程及浅表响应,提出了岩石圈随深度变化的分层差异伸展模式。自下而上,从岩石圈地幔到上地壳,应变近一致地表现为(W)NW- (E)SE伸展,反映了垂向变形一致性。可能的垂向应力传播过程：板片后撤诱发长距离地幔流,其在岩石圈底部形成剪切牵引应力,促进下岩石圈地幔被动拉伸;上岩石圈地幔局部发育强应变剪切带,作为应力传播构造,其可有效加强壳- 幔间剪切,促进下地壳韧性拉伸,将下地壳和岩石圈地幔的变形关联。我们认为岩石圈伸展、板片后撤和地幔流形成了三位一体的动力学耦合系统,将华南岩石圈长距离伸展的驱动力归结为：① 古太平洋俯冲带海沟后撤和板片回卷诱发的远程效应,和② 地幔流在岩石圈底部施加的剪切牵引应力。     

用玄武岩组成反演中—新生代华北岩石圈的演化

玄武岩的化学组成与地幔源区特征、部分熔融程度、地幔温度和岩石圈厚度等多个因素有关,因此可以用来反演深部地幔的演化。文中简要地阐述了用玄武岩组成获得岩石圈厚度及其变化的方法,并总结了有关华北中—新生代岩浆演化的两个最主要特征:(a)晚中生代岩浆活动经历了由早期的源自富集地幔的岩浆向后期亏损地幔起源岩浆的转变,而两个阶段为一岩浆间隙期(~10Ma)所分隔;(b)华北东、西部新生代玄武岩具有相反的碱性强度随时间的变化趋势。这些岩浆演化特征可以用岩石圈减薄过程中地幔地温梯度的逐渐升高、岩石圈地幔中富集组分在短时间内的不可再生以及岩石圈盖效应来解释。该认识为华北岩石圈减薄的时间尺度和机制以及减薄作用的时空不均一性提供了新的制约。     

大陆科学钻探先导孔（CCSD—P1）橄榄岩地幔属性及动力学意义

早中生代的扬子大陆向华北大陆的深俯冲碰撞作用以及中、新生代的华北东部岩石圈减薄作用是国际大陆动力学问题研究的两个热点。然而，把它们有机联系起来，探讨深部岩石圈演化动力学过程的研究还很少。报道了中国大陆科学钻探先导孔（CCSD-PP1）橄榄岩的矿物岩石化学分析结果。这些橄榄岩亏损玄武质组分（如低w（CaO＋Al2O3）、高Mg^#等），并经历了中元古代来自软流圈的碳酸岩熔体的交代作用和早中生代的超高压再平衡过程。结合已发表的华北捕虏体橄榄岩资料，对这一橄榄岩的原始地幔属性进行了分析。发现CCSD-PP1橄榄岩与华北古老岩石圈地幔组成相似，是早中生代来自华北岩石圈的构造侵入体。早中生代华北岩石圈的伸展减薄与苏鲁超高压变质岩石的折返提供了早期软流圈物质上涌的构造体制。     

松辽盆地北部营城组火山岩地球化学特征及地质意义

松辽盆地北部早白垩世营城组发育一套以流纹岩为主的中酸性火山岩,其具有高硅、铝,富碱和低镁、铁的特征,不同类型火山岩均具有轻稀土富集、重稀土亏损、轻重分异严重的特征。其中：酸性流纹岩表现为富集Pb、U、Th、Ta、Hf和Zr等元素,亏损Sr、Ba、Eu等元素;中性安山岩、粗安岩和基性玄武岩则亏损不明显;中酸性英安岩介于两者之间。地化特征分析表明,营城组岩浆来源于亏损地幔,是地幔底侵导致地壳部分熔融,并受到地幔物质的混染,酸性岩喷出前经历了较强的岩浆分异作用。构造判别图解指示营城组火山岩形成于板内伸展环境,具有与板块俯冲作用有关的、发育于活动陆缘或岛弧的火山岩类似的演化特征。结合中国东部构造环境演化特征,认为松辽盆地北部早白垩世火山活动可能是古太平洋板块北北西方向高速俯冲导致地壳岩石圈减薄、地幔物质上涌的产物。     

太平洋板块俯冲与中国东部中生代地质事件

中国东部至少自侏罗纪开始就一直处于俯冲大洋板块之上,但是有关俯冲板块对其影响程度一直有不同的认识。最近的研究表明,太平洋海山岛链的时空分布显示太平洋板块的漂移方向曾发生多次转折,这些转折与白垩纪中国东部的构造演化和岩浆事件有着密切的时空耦合关系。从时代和力学性质上看,太平洋板块俯冲方向的改变在很大程度上控制着中国东部中生代的盆地演化和郯庐断裂活动等重要地质事件。这些认识为理解中国东部构造演化提供了新的视角,包括岩石圈减薄的机制、郯庐断裂的演化,以及燕山期大规模岩浆活动等。本文重点分析了太平洋板块俯冲与中国东部中生代岩浆活动的对应关系。在125～140Ma太平洋板块向南西方向俯冲,造成中国东部岩石圈减薄,软流圈卸载上涌,发生减压部分熔融;约125Ma,太平洋板块漂移方向发生了大幅度转折,形成安第斯式的俯冲挤压,岩石圈停止减薄和减压部分熔融,出现岩浆宁静期。随着俯冲的深入,到110Ma前后俯冲板块后撤,形成弧后拉张,岩浆活动又重新开始。     

华北东部大陆地幔橄榄岩组成、年龄与岩石圈减薄

对比分析了华北东部地块陆下岩石圈地幔橄榄石Mg#值和单斜辉石的REE配分形式。报道了汉诺坝和鹤壁橄榄岩中不同产状硫化物的激光MC-ICPMS原位Re-Os年龄和信阳橄榄岩中锆石的U-Pb年龄和信阳橄榄岩锆石的U-Pb年龄。在这些资料基础上,进一步讨论了华北东部岩石圈中、新生代时的减薄机制。原位分析在揭示岩石圈深部过程的细节上,有比全岩分析更大的优越性,并揭示出了在华北深部有中元古代(14亿年)和新元古代(7～8亿年)热活动的记录。岩石圈拆沉作用不能很好地解释古老难熔地幔、过渡型地幔和新生饱满地幔并存的事实;同时,单纯的熔体-橄榄岩相互作用也难以解释中、新生代岩石圈的减薄过程和新生地幔单斜辉石中出现强烈LREE亏损现象,即历史复杂的克拉通岩石圈向历史明显简单的“大洋型”地幔的转换。因此,华北东部岩石圈减薄包括地幔伸展、熔-岩作用、侵蚀置换等复杂过程。这些过程可能包括:(1)早中生代时,扬子地块向北俯冲碰撞所引起华北岩石圈的熔/流体交代富集作用、地幔伸展和受扰动软流圈物质上涌并侵蚀被改造了的岩石圈;(2)晚中生代—古近纪,因太平洋俯冲的热扰动致使软流圈物质进一步的强烈侵蚀作用引起岩石圈的巨大减薄;(3)晚第三纪以来的软流圈热沉降作用所带来的小幅度岩石圈增厚过程。岩石圈先大幅减薄、后小幅增厚实现了最终的地幔置换和岩石圈整体的减薄过程。喷发时代为100Ma的阜新玄武岩所捕获的橄榄岩主体是饱满的,说明华北东部部分地区在此之前曾有过地幔置换作用。     

壳幔作用与花岗岩成因——以中国东南沿海为例

笔者在近年来的中国东南沿海花岗岩成因研究中,注意到下地壳之下的岩石圈地幔与下地壳之间必然有着十分密切的关系,认识到壳幔作用的重要形式是发生于壳－幔接口的玄武岩浆的底侵作用,它涉及地幔对地壳在“成分”和“热”两方面的贡献。研究表明,本区底侵作用十分发育,是中国东南大陆边缘陆壳演化的重要 过程。中国东南部中生代早期形成的花岗岩多为Ｓ－型花岗岩,它们主要是板块强烈挤压和导致地壳增厚,陆壳重熔形成的岩石。而且这期大规模花岗岩浆活动是与弧后拉张、岩石圈减薄 软流圈上涌作用直接有美．早期太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲对大陆裂解起了诱导作用中国东南部晚中生代缝合带的年龄为100～11OMa,可能代表了晚中生代构造－岩浆作用由挤压,地壳增厚,陆壳重熔向扩张岩石圈减薄一双蜂式岩浆作用机制的转变年龄。     

中国东部中、新生代岩石圈转型与减薄研究若干问题

文中对中国大陆岩石圈的持续热点研究领域?东部中、新生代岩石圈巨厚减薄所涉及的问题进行了简要评述,特别是对减薄问题的提出和认识的历史过程作了较详细的回顾。笔者特别强调了中生代华北岩石圈地幔高度化学不均一性所反映的减薄作用时空分布特征,以及中生代岩石圈地幔的两次转型所导致的高度化学不均一性,进而建议以岩石圈全面转型来描述这一大尺度地球动力学过程。在此基础上讨论了减薄过程的可能机制,认为虽然在局部地区有可能存在拆沉作用,但从全局来看目前更多的岩石地球化学证据与热减薄-化学减薄的假说相兼容。而反映地球深部圈层相互作用的中生代全球事件则被解释为中国东部岩石圈地幔全面转型的动力学背景。显然,对此问题的深化仍将构成本世纪我国固体地球科学一个重要研究领域。     

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。     

中国东部中生代岩浆作用与岩石圈减薄

对中国东部新生代玄武岩及其包体的Ｓｒ Ｎｄ 同位素资料的总结表明,中国东部现今岩石圈地幔具有强烈亏损性质,现今岩石圈地幔是新生的。岩石圈减薄主要发生在中生代晚期,并与中国东部大面积、强烈的中生代岩浆活动在时间上相对应,且具有自西向东岩石圈减薄逐渐增强的趋势。分析表明,中生代期间印度洋型软流圈地幔的侵入与中国东部的岩石圈减薄密切相关。     

中国东部中—新生代基性岩的同位素特征:源区性质及深部过程

胶州大西庄玄武岩的形成时代处于中生代和新生代之间,这给追索深部过程以及岩石圈演化提供了有利条件.其Pb同位素组成较为均一,[n(206Pb)/n(204Pb)](t)=18.18-18.24,[n(206Pb)/n(204Pb)](t)=15.42-15.44,[n(206Pb)/n(204Pb)](t)=37.87-...     

湘赣地区中生代镁铁质岩浆作用与岩石圈伸展

综合分析了华南内部中生代 (178～ 80Ma)镁铁质岩石的年代学和元素同位素地球化学特征。研究表明区内主要发育 4期镁铁质岩浆活动 :2 2 0Ma± ,175Ma± ,12 0～ 15 0Ma ,80～ 90Ma ,其中 2 2 0Ma仅在道县发育辉长岩包体。地球化学上区内 175Ma左右的宁远太阳山和赣中项家碱性玄武岩和 80～ 90Ma的镁铁质岩石主要表现为Hawaii OIB玄武岩的元素同位素地球化学特征 ,而175Ma的其他镁铁质岩石表现为岩石圈地幔属性。 12 0～ 15 0Ma的镁铁质岩石则介于岩石圈地幔端员与软流圈地幔端员之间。时、空上表现为以郴州—临武断裂为界 ,西侧自 170Ma左右的EMI型为主向 80～ 90Ma的OIB型为主迁移演化 ,而东侧则自老而新自EMII型 (175Ma)为主演变为以OIB型 (80～ 90Ma)为主。上述资料暗示区内至少存在 4期强烈的岩石圈减薄作用 ,软流圈物质上涌和岩石圈伸展减薄是华南中生代岩浆作用形成的主要机制。但 2 2 0Ma左右的伸展减薄范围局限 ,而较大规模的岩石圈伸展减薄和软流圈上涌始于 178Ma ,其形成可能与华南印支造山作用的后造山 (或后碰撞 )拉张裂解地球动力学背景有关。同时也暗示郴州—临武断裂可能是界定中生代EMI型扬子岩石圈和EMII型华夏岩石圈地幔的重要边界。     

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。     

中国东部岩石圈地幔的富化和置换过程

中国东部大陆主要由华北和华南两个古老地块在早中生代沿秦岭-大别-苏鲁造山带拼合形成,在显生宙特别是晚中生代时,东部大陆特别是华北东部发生显著活化,表现为浅部强烈的构造变形、盆地形成、岩浆活动、巨量成矿和深部岩石圈地幔的改造、减薄和增生作用,从而明显区别于全球其他稳定的克拉通地区。本文梳理了中国东部大陆演化历史和岩石圈地幔特征,认为华北和华南地块均由古老陆块拼合而成,块体初始规模小且内部发育薄弱带;显生宙以来华北、华南甚至整个中国东部都受到周边多个构造域的夹持影响,板片俯冲引起的软流圈上涌和熔流体活动沿大陆内部薄弱带和边缘有效侵蚀、改造上覆大陆岩石圈,使之发生减薄、再富集和置换作用,这种被改造的岩石圈地幔具有饱满的组成(富含玄武质组分)、较高的密度和较低的刚性程度,容易发生构造变形和部分熔融,使原本稳定的克拉通发生活化。因此,块体规模和内部薄弱带(内因)及周边构造环境(外因)是大陆稳定性的重要控制因素,中国东部大陆显生宙活化是这些因素协同作用的结果。     

太古宙克拉通岩石圈地幔研究现状述评

本文主要介绍了太古富克拉通岩石圈地幔的一些基本特征，国内外有关早期地幔研究的最新进展和发展趋势，主要包括以下几方面：１．太古宙岩石圈地幔的岩石组成和化学组成；２太古亩地幔同位素体系；３．太古亩地幔热状态和结构特征；４．幔内地质事件。通过研究主要获得以下认识：１．早太古代岩石圈演化以壳－幔分异作用为主，晚太古代以壳内分界作用为主；２．太古宙存在一个又厚又冷（２００ｋｍ）的岩石圈；３馒内地质作用与克拉通化存在成因上的联系。     

对“也谈铙钹寨超镁铁岩体的成因和构造类型的归属问题”一文评论的答疑

张旗先生的《评论》和他之前的工作没有提供饶钹寨岩体的“地幔交代作用”的证据；地幔交代作用不能作为判别地幔岩为大陆地幔和大洋地幔属性的标志，因为两者均可能发生地幔交代作用。根据铙钹寨岩体原岩为强烈亏损的方辉橄榄岩（和二辉橄榄岩）；伴有豆荚状铬铁矿及瘤状矿石和铬尖晶石成分具有蛇绿岩地幔岩属性（双峰分布）而非大陆地幔橄榄岩特征，认为该岩体带有蛇绿岩成员的某些特征，并认为该岩体经历了角闪岩相-麻粒岩相的变质作用。我们对《评论》中列举的所谓大陆地幔橄榄岩中也产有豆荚状铬铁矿的诸多例子给予了剖析，指出《评论》犯有基本概念的错误。