大洋中脊和地幔柱之间的长期相互作用

正板块构造运动通常被认为是由俯冲带板块的拉力和洋中脊处的推力驱动的,也不时被来自下地幔热物质的上涌流所推动~([1-2])。在这个模式中,洋中脊的形态和位置与下地幔动力学机制无关,例如与提供了巨量岩浆物质,即大火成岩省的深源地幔柱无关~([2])。相比地幔柱和洋中脊,本文利用全球板块模型~([3])重建了大火成岩省最初的位置。我们发现大火成岩省常常形成于特殊的区域,即洋中脊和     

中国东部大陆岩石圈地幔及幔源岩浆岩水含量和氢同位素组成

中国东部华北陆块和华南陆块的地幔包体单矿物和全岩水含量变化很大,总体低于全球其他克拉通和非克拉通岩石圈地幔包体单矿物和全岩水含量.然而,具有新生岩石圈地幔来源的莒南橄榄岩包体单矿物和全岩水含量总体高于其他中国东部岩石圈地幔包体,指示中国东部新生岩石圈地幔的初始水含量并不低.地幔包体中单矿物水含量与Mg~#之间无明显相关关系,其中的辉石缺乏水扩散环带,因此地幔包体的低水含量与包体随玄武岩岩浆上升过程的水扩散丢失无关.大陆岩石圈地幔底部受到热软流圈地幔烘烤有可能会造成水的扩散丢失,但是熔体提取也可能是引起低水含量的原因之一.通过斑晶水含量计算得到的中国东部中生代和新生代玄武岩初始熔体水含量均高于正常洋中脊玄武岩.中生代玄武岩初始熔体水含量与岛弧玄武岩类似,而新生代玄武岩初始熔体水含量则与洋岛玄武岩和弧后盆地玄武岩类似(部分地区与岛弧玄武岩类似).这些结果表明,大陆玄武岩地幔源区相对富水,指示其地幔源区曾经受到深俯冲地壳脱水所形成的富水流体/含水熔体的交代,使其水含量升高.中国东部新生代幔源巨晶、包体矿物和玄武岩斑晶的氢同位素组成变化也很大,反映中国东部新生代岩石圈地幔氢同位素组成高度不均一.新生代岩石圈地幔具有高于亏损地幔的水含量和偏离亏损地幔值的氢同位素组成,反映其受到过俯冲太平洋板片部分熔融所产生熔体的交代.俯冲大洋板片脱水熔融产生的富水流体和含水熔体对大陆岩石圈地幔底部的交代导致其水含量增加,引起底部岩石黏滞度降低,进而导致岩石强度的降低,使其容易被构造侵蚀乃至拆沉.因此,大洋俯冲隧道中的壳幔相互作用是克拉通岩石圈减薄的重要诱因.     

岩石层,软流层和外围层（三）

5 外围层很明显,岩石层和软流层已经失去了它在现代地质学和地球化学文献中最初确切的地球物理含义。很难讨论OLB,CFB和MORB储层可能位置,因为现在预想它们与岩石层、软流层、上地幔和下地幔有联系。富集的、亏损的和较少亏损的岩浆很可能都起源于上地幔。甚至亏损上地幔的主张也需要热柱头或分层的CL在需要热点岩浆时局部补充软流层,或者用各种构造环境中的岩浆解释CL,热柱或下地幔。有一个时期曾经把大陆玄武岩的全部富集归因于地壳污染。那么在通过地壳之前,浅部地幔需要有一些玄武岩和富集方     

水与地幔的部分熔融

水对于地幔的部分熔融发挥了关键作用.地幔岩浆作用主要发生在板块边界(俯冲带和洋中脊)和若干板内热异常区域.在大洋俯冲带,俯冲板片释出的水可以诱发上覆地幔楔甚至板片自身发生熔融,导致弧岩浆作用,也有可能形成超临界流体.板片熔融和产生超临界流体的物理化学条件仍存在争议.在洋中脊和板内热异常区域,水和CO_2使上涌地幔发生熔融的起始深度增加,熔融比例增大.在地球深部层圈边界可能发生低程度的地幔熔融,如岩石圈和软流圈边界、上地幔和过渡带边界、过渡带和下地幔边界等,其成因一般认为与边界两侧矿物储水能力的差异有关.水可以促进地幔岩石熔融的根本原因在于水是一种不相容组分,强烈倾向于富集在硅酸盐熔体相(矿物-熔体的水分配系数远小于1),从而令其吉布斯自由能降低.前人对水在橄榄石、辉石和石榴石等地幔矿物与熔体之间的分配行为已经研究得比较充分,但水对硅酸盐熔体密度和迁移性质的影响还需要更进一步的高温高压实验和计算制约.     

太平洋大塔穆火山研究进展及对巨型洋底火山成因的启示

坐落在西北太平洋的沙茨基海隆为地球上第三大洋底高原,而其中的大塔穆火山被称为"地球上最大的单体火山".本文综述了国际科学团队近期对大塔穆火山进行的多次海洋地质与地球物理调查,阐述"地幔柱"与"洋中脊"两种端元成因假说各自的重要证据以及争论的焦点问题.沙茨基海隆自南西向北东年龄逐渐变年轻、火山规模变小,是支持"地幔柱"假说的直接证据.大塔穆火山上巨厚块状熔岩、低坡度盾状单体火山构造代表地幔柱头岩浆大规模快速喷发,而奥里火山和希尔绍夫火山枕状熔岩则反映从地幔柱头过渡到地幔柱尾的过程中岩浆作用减弱.另一方面,大塔穆火山水下喷发,岩石样品显示洋中脊玄武岩的特征,以及地壳厚度与平均速度负相关性(反映化学异常来源),这些证据与"地幔柱"假说的预测不符,因而更支持"洋中脊"假说.然而"洋中脊"假说不能解释大塔穆火山单个来源如何输出如此大量的岩浆.再一方面,由人工地震长剖面观测到的莫霍面与艾里重力均衡模型所预测的莫霍面基本吻合,但此观测本身并不能区别更符合哪一种端元模型.总之,大塔穆火山既有"地幔柱"的特征,又有"洋中脊"的特征,单靠一种端元模式无法解释所有的重要观测.因此,"地幔柱-洋中脊相互作用"可能是一种更合理的替代模型,但地幔柱与洋中脊相互作用的具体过程及机制等重要问题目前尚未解决,仍需进一步研究.获取高精度地磁异常等观测资料以及开展三维地球动力学模拟将实质性地推动对沙茨基海隆等洋底高原形成机制的研究.     

东亚大地幔楔与中国东部新生代板内玄武岩成因

西太平洋板块俯冲、东亚大地幔楔及其在东亚大陆边缘演化中的作用逐渐被学术界重视.文章对东亚大地幔楔的物质组成、化学不均一性以及中国东部新生代板内玄武岩的成因进行综述,并尝试提出大地幔楔体系中板内岩浆的成因机制.主要认识包括:(1)中国东部新生代玄武岩大致可以解释为高硅和低硅端员熔体的混合物.东北、华北和华南玄武岩共享一个低硅熔体端员,它具有高全碱、和型微量元素特征,其~(206)Pb/~(204)Pb较典型HIMU玄武岩偏低,Nd-Hf同位素具有(年轻的)太平洋洋壳特征,源区为含碳酸盐的榴辉岩+橄榄岩地幔.高硅玄武岩端员具有低全碱、和其Pb-Nd-Hf同位素落入印度洋型地幔范围,源区为石榴石辉石岩.高硅玄武岩同位素组成表现出地区差异:华北具有EM1型富集组分特征,华南具有EM2型富集组分特点,而东北兼有EM1和EM2两种富集组分.(2)中国东部新生代玄武岩源区含有洋壳、水、沉积碳酸盐和岩石圈地幔组分,说明东亚大地幔楔含有大量再循环物质.根据其主要出现在大兴安岭-太行山重力梯度带以东地区,并结合滞留板块的空间分布和地幔导电率特征,推测这些再循环组分主要来源于滞留在地幔过渡带的太平洋板片,而EM1或EM2组分来自浅部的岩石圈地幔.(3)根据石榴石辉石岩和碳酸盐化榴辉岩/橄榄岩的固相线,限定高硅玄武岩和低硅玄武岩的初始起源深度分别为100km和~300km.东亚大地幔楔具有垂向不均一的结构:上部含有EM1或EM2地幔组分,显示为印度洋地幔型同位素特征,下部含有太平洋板块物质组分;自下而上H_2O和CO_2含量逐渐降低.(4)在地幔过渡带中滞留板片的脱碳和脱水作用及相关的熔融和交代作用是大地幔楔体系中板内岩浆成因的主要驱动力.     

北祁连玉石沟蛇绿岩印度洋MORB型同位素组成特征及其地质意义

系统研究了北祁连山玉石沟蛇绿岩单元内枕状玄武岩的元素与Sr, Nd, Pb 同位素地球化学特征. 玉石沟蛇绿岩单元内枕状玄武岩属于拉斑玄武岩系列, 球粒陨石标准化稀土元素分配模式为近平坦型, (La/Yb)_N介于0.98~1.27 之间; Nb, Ta, Zr和Hf 无亏损, 显示出MORB 型玄武岩的特征; 经构造环境图解判别, 样品落入了MORB 区域内, 表明其形成于洋中脊环境或者成熟弧后盆地环境. Sr, Nd和Pb同位素组成特征表明其地幔源区主要存在DMM (亏损地幔)和EMII (II型富集地幔)两类地幔组分端元. 枕状玄武岩具有印度洋MORB型同位素组成特征, 与特提斯洋域地幔的同位素组成类似; 微量元素比值也与中国境内特提斯构造域内已知蛇绿岩的N-MORB 型玄武岩的特征微量元素比值相一致. 北祁连山其他蛇绿岩单元内枕状玄武岩也表现出印度洋MORB型同位素组成特征, 从而初步表明北祁连古洋曾是特提斯构造域的一部分. 这对于研究北祁连的大地构造演化和归属有着重要的意义.     

研究揭示地幔深处的温度控制洋中脊的火山活动

<正>2014年4月4日《Science》发表题为"洋中脊下深部温度变化的地球物理和地球化学证据"(Geophysical and geochemical evidence for deep temperature variations beneath midocean ridges)的文章指出,地震波数据显示地幔深处的温度控制洋中脊与洋底巨大山脉的海拔高度和火山活动。洋中脊是地幔对流上升形成的,是板块分离的部位,也是新地     

西藏洞错蛇绿岩的构造环境:岩石学、地球化学和年代学制约

洞错蛇绿岩出露于班公-怒江缝合带西段,可恢复的洋壳总厚度大于5 km,自下而上依次由地幔橄榄岩、堆晶杂岩、基性岩床(墙)杂岩和基性熔岩组成,呈构造岩片侵位于侏罗系(木嘎岗日群J2mg)地层中.洞错蛇绿岩的堆晶岩杂岩具有纯橄岩-橄长岩-橄榄辉长岩的岩石组合,反映其属DTG系列镁铁-超镁铁堆晶岩;基性熔岩富碱(Na2O+K2O),TiO2,P2O5,且具有LREE显著富集的右倾REE配分型式((La/Yb)N=6.94～16.6)和Th,Nb,Ta,Zr,Hf略具正异常的微量元素组成特征,属典型的洋岛玄武岩(OIB),与洋中脊玄武岩(MORB)和板块汇聚环境下的岛弧玄武岩(IAB)存在明显差异.基性熔岩所具有的87Sr/86Sr比值(0.704363～0.705007)高、143Nd/144Nd比值(0.512708～0.512887)低,以及εNd(t)值介于2.7～5.8等,反映其来源于亏损地幔(DM)与富集地幔(EM Ⅰ)二组分混合的地幔源区.综合分析表明洞错蛇绿岩形成于有大量富集地幔物质上侵的洋岛(OIB)环境,与"岛弧型"蛇绿岩和"洋中脊型"蛇绿岩存在明显差异.新获得的堆晶橄长岩中锆石SHRIMP U-Pb年龄为(132±3)Ma,玄武岩的全岩39Ar/40Ar年龄为(137.4±2.7)和(140.9±2.8)Ma,一致地反映洞错蛇绿岩形成于早白垩世,揭示班公-怒江缝合带西段在早白垩世尚处于洋盆形成和发展阶段.     

岩浆与构造作用对洋壳厚度的影响——以西北印度洋为例

洋中脊及邻区洋盆的洋壳厚度能很好地反映区域岩浆补给特征,对于研究洋中脊内部及周缘岩浆活动和构造演化过程具有很好的指示意义.西北印度洋中脊作为典型的慢速扩张洋中脊,其扩张过程与周缘构造活动具有很强的时空关系.本文利用剩余地幔布格重力异常反演了西北印度洋洋壳厚度,由此分析区域内洋壳厚度分布和岩浆补给特征.研究发现,西北印度洋洋壳平均厚度为7.8 km,受区域构造背景影响厚度变化较大.根据洋壳厚度的统计学分布特征,将区域内洋壳分为三种类型:薄洋壳(小于4.5 km)、正常洋壳(4.5~6.5 km)和厚洋壳(大于6.5 km),根据西北印度洋中脊周缘(~40 Ma内)洋壳厚度变化特征可将洋中脊划分为5段,发现洋中脊洋壳厚度受区域构造活动和地幔温度所控制,其中薄洋壳主要受转换断层影响造成区域洋壳厚度减薄,而厚洋壳主要受地幔温度和地幔柱作用影响,并在S4洋中脊段显示出较强的热点与洋中脊相互作用,同时微陆块的裂解和漂移也可能是导致洋壳厚度差异的原因之一.     

洋中脊构造及地震调查现状

介绍了洋中脊的全球分布和构造特征,对全球主要的、不同扩张速率的洋中脊进行了分类和列表描述;对洋中脊的构造特征,如地形特征、地壳厚度与扩张速率的关系及扩张轴下的岩浆房的特征、洋中脊与地幔柱的相互作用进行了阐述。回顾了海底地震仪在洋中脊构造调查中的应用及取得的主要成果。简要介绍了我国将用海底地震仪开展洋中脊构造调查的技术路线。     

现今的地幔流动及其与板块构造的相互作用:从观测证据得到的推论

地震波速度结构层析成像和地震各向异性分析,是推测现今地幔流动的主要观测依据．从已有研究结果看,全球尺度的地幔流动的两个主要边界驱动力是顶部的冷却和底部的加热,地幔的密度和粘度控制流动速率．沿海沟由消减板带动的地幔下沉,和沿热点下面幔柱及洋中脊的地幔上升,是地幔垂直向流动的表现．GPS等测量显示的全球板块运动在一定条件下反映地幔顶部的水平流动．地幔柱可能有不同的根源深度,沿幔柱上升的地幔流在200—350km深度转变为水平流动．消减带附近有复杂的地幔流动格局,表明局部构造条件对地幔流动的影响．大陆下一般出现两个地幔各向异性层,较深的可能反映地幔流动,并与大陆根的状态有关．在不同构造环境下,地幔流动与板块构造之间有不同形态的相互作用关系,它可能驱动板块运动,也可能对板块运动产生阻力。     

河北平泉骆驼峰碱性玄武质角砾岩筒的岩石学特征与岩浆起源

本文讨论了骆驼峰火山岩筒内不同源区的碱性系列玄武岩与石英拉斑玄武岩的特征。认为碱性橄榄玄武岩-碧玄岩是由石榴石二辉橄榄岩地幔(5—8%)熔融产生;橄榄霞石岩是碱性橄榄玄武岩-碧玄岩在岩石圈地幔内分异产生;石英拉斑玄武岩是岩石圈地幔的熔浆。尖晶石二辉橄榄岩是碱性玄武岩浆上升过程中捕获的地幔碎片     

阿尼玛卿蛇绿岩带OIB和MORB的地球化学及空间分布特征: 玛积雪山古洋脊热点构造证据

阿尼玛卿蛇绿岩带晚古生代镁铁质火山岩以OIB, E-MORB和N-MORB组合为特征. 与世界典型的同类岩石相比, 这些岩石类型总体上表现为较低的Ce/Pb和Nb/U值, 少量岩石具有Nb的亏损和Pb的富集. OIB的(La/Yb)_N = 5~20, N-MORB的(La/Yb)_N = 0.41~0.5. OIB显示了典型洋岛玄武岩的不相容元素富集特点, N-MORB则具明显的亏损性质, E-MORB介于两者之间. 这些岩石围绕玛积雪山厚度较大的OIB熔岩和辉长岩向东西两侧呈现过渡关系, 即由德尔尼的N-MORB, OIB和E-MORB组合到玛积雪山的OIB向西又复为布青山的N-MORB, OIB和E-MORB. 从岩石类型组合和空间分布特征、玛积雪山的岩石厚度并结合OIB与MORB地球化学特征及推断的源区交代关系分析, 玛积雪山可能代表了古地幔柱沿洋中脊形成的洋脊热点构造或洋中脊岛, 极类似于今天的冰岛热点构造.     

地球的构造层:上地幔和地壳的相互作用

内生地质作用,包括构造、岩浆和变质作用,形成叫“内生态”的规则组合。这些状态是:地槽的、造山的、地台、裂谷、构造岩浆活动(地洼)、地裂作用的、高原玄武岩、大洋盆地和洋中脊。内生状态与整个构造层的结构、组分和状态的特殊性有关,也就是说,不仅仅与地壳有关,而且也与上地幔有关。     

南海东部海盆扩张过程的数值模拟

南海的形成演化一直是国内外关注的热点之一,南海的扩张发生在早渐新世-早中新世,并且在南海的扩张中至少包括一次洋脊跃迁.本文采用上升离散地幔流和热对流耦合模型模拟了南海东部海盆扩张、洋中脊跃迁和扩张停止后岩石圈的热结构演化和岩浆熔融过程.数值模拟结果表明,洋中脊跃迁是南海扩张中的一个重要的过程,由于洋脊跃迁使得在两洋脊之...     

西南印度洋中脊地质构造特征及其地球动力学意义

西南印度洋中脊（SWIR）增生的洋壳面积仅占印度洋的15%左右,但其具有比东南印度洋中脊和西北印度洋中脊更悠久而复杂的演化历史.基于已有的地质、地球物理和地球化学等资料,系统总结了SWIR的地质构造特征,并讨论了SWIR的演化过程、洋脊地幔的不均一性、洋脊周边海底高原成因等核心问题.SWIR地形中段高、东西两段低,空间重力异常基本与地形变化一致.按转换断层一级边界可将SWIR划分为20个一级段.SWIR的磁异常条带呈现两端渐进式分布和中段带状分布特征,对应洋脊的三期演化历史.SWIR的地幔源区极不均一,尤其是中新元古代造山带根部集中拆离的中段.源区地幔的不均一性与大陆裂解和洋脊演化过程密切相关.SWIR的东端与西北印度洋中脊和东南印度洋中脊的邻近洋脊段具有地球化学亲缘性,西端与大西洋中脊和南美洲—南极洲洋中脊的邻近洋脊段具有地球化学亲缘性,这与SWIR的渐近式扩张有关.SWIR周边海底高原普遍具有较大的地壳厚度,其成因除了陆壳基底之外,可能与热点火山作用、热点-洋脊相互作用或热点-三联点相互作用有关,目前尚未形成统一的认识.SWIR的形成演化及其作用域内的熔融异常（如海底高原）是冈瓦纳大陆裂解、残留岩石圈地幔、软流圈地幔和深部地幔热柱物质共同作用的结果.了解SWIR的演化过程对揭示冈瓦纳大陆的裂解过程和印度洋的演化具有重要意义.     

碧口火山岩系地球化学特征及Sr-Nd-Pb同位素组成——晋宁期扬子北缘裂解的证据

碧口火山岩系的形成环境及构造属性是解决扬子板块前寒武纪构造格局与演化的关键问题之一.最新的研究发现,碧口火山岩系含有洋中脊玄武岩、洋岛碱性玄武岩、洋岛拉斑玄武岩等几种残余洋壳的组成单元以及与大洋俯冲有关的弧火山岩体系.总体上各岩石组成单元之间呈构造接触,表明碧口火山岩系为一蛇绿混杂岩带,结合已有研究资料,暗示新元古代晋宁造山运动晚期扬子陆块北缘曾经发育并存在过一个古洋盆.同时,其同位素地球化学显示Dupal异常,表明洋盆可能发育于南半球位置,并且火山岩地幔源区可能受俯冲板片相变脱水作用而具有EMⅠ和EMⅡ富集端员成分.综合现有岩石地球化学资料,新元古代晋宁期碧口蛇绿混杂岩系代表了当时扬子板块北缘一个局部裂解事件.     

塔里木早二叠世大火成岩省的成因模式

近20年来,塔里木早二叠世大火成岩省在各类火成岩的空间分布、时间序列、地球化学特征、地幔源区和岩浆演化等方面有了深入的认识,为揭示大火成岩省的成因模式和演化过程奠定了坚实的基础.本文将主要基于塔里木大火成岩省存在的两阶段岩浆产物,结合前期研究基础和前人研究成果,系统论证塔里木早二叠世大火成岩省成因的两阶段熔融模式.模式认为塔里木大火成岩省的形成与地幔柱活动有关,其地幔柱作用形式兼具"巴哈纳型"和"德干型"两种特点,即早期高热的地幔柱引起了岩石圈地幔的低程度部分熔融,后期地幔柱上升绝热减压引起地幔柱自身部分熔融.在早期熔融事件中,地幔柱主要表现为上部岩石圈熔融所需的热供给,后期熔融过程中地幔柱成为熔融发生的主要场所和物质供给源.第一阶段喷发的两类玄武岩具有高~(87)Sr/~(86)Sr、低~(143)Nd/~(144)Nd的同位素特征,富集大离子亲石元素和高场强元素,为富集的大陆岩石圈地幔部分熔融的产物,具有"巴哈纳型"特征;而第二阶段产出的基性-超基性侵入岩具有相对两类玄武岩较低的~(87)Sr/~(86)Sr,较高的~(143)Nd/~(144)Nd比值,为地幔热柱熔融的产物,具有"德干型"特征.其中第一阶段,可细分为Group1和Group2两类玄武岩,Group2玄武岩相对Group1玄武岩具有较低的~(87)Sr/~(86)Sr,较高的~(143)Nd/~(144)Nd比值.Group2玄武岩显示连接Group1玄武岩和第二阶段岩浆作用的过渡类型特征,表明塔里木早二叠世大火成岩省是地幔柱与岩石圈地幔持续相互作用的结果.关于塔里木大火成岩省成因模式的研究有助于增进对塔里木大火成岩省岩浆作用、深部地质过程和地球动力学过程的全面认识,有利于丰富大火成岩省的成因理论和地幔柱活动理论.     

板缘向板内环境的过渡—辽河盆地古近纪玄武岩地球化学

产于辽河盆地东部凹陷的古近纪火山岩以碱性橄榄玄武岩和橄榄玄武岩为主. 岩石地球化学分析表明, 玄武岩总体富集高场强元素(HFSE), 相对亏损大离子亲石元素(LILE), 具有较明显的洋岛玄武岩(OIB)特征. 玄武岩具明显的Ba, Sr和Zr正异常, 较高的Ce/Pb, U/Pb和Zr/Hf值显示有洋壳物质的加入. 玄武岩同时具亏损的Sr, Nd, Pb同位素组成, 显示有EMI型富集地幔和亏损地幔(DMM)的加入. 结合华北东部中、新生代以来的构造环境及岩石圈演化特征, 作者认为, 本区玄武岩来源于板内软流圈地幔的上涌, 同时有来自俯冲的大洋岩石圈成分的加入, 并进一步推测华北板块东部从晚中生代板缘环境到晚新生代板内环境的转折发生于古近纪, 与太平洋板块俯冲角度的变陡有关.