古特提斯蛇绿岩的综合对比及其动力学意义--以德尔尼蛇绿岩为例

获得的德尔尼蛇绿岩变基性火山岩的Nd-Pb同位素特征表明地幔源区由混合了第2类富集地幔(EMII)的亏损地幔(DMM)组成, 同位素组成与印度洋和南太平洋MORB类似, 具备DUPAL异常. 在此基础上进行的综合对比显示德尔尼蛇绿岩在物质组成、形成时代和源区特征方面均与三江地区的古特提斯蛇绿岩一致, 阿尼玛卿古特提斯洋盆的演化也与三江和秦岭地区的多个古特提斯洋盆在裂解、扩张、萎缩和碰撞的时代上基本保持同步. 结合前人工作及区域资料, 这为东古特提斯域洋盆的演化受控于下地幔组分积极参与的深部过程提供了进一步证据, 这一过程影响了中生代的东亚大地构造格局.     

古特提斯蛇绿岩的综合对比及其动力学意义

获得的德尔尼蛇绿岩变基性火山岩的Nd-Pb同位素特征表明地幔源区由混合了第2类富集地幔(EMII)的亏损地幔(DMM)组成, 同位素组成与印度洋和南太平洋MORB类似, 具备DUPAL异常. 在此基础上进行的综合对比显示德尔尼蛇绿岩在物质组成、形成时代和源区特征方面均与三江地区的古特提斯蛇绿岩一致, 阿尼玛卿古特提斯洋盆的演化也与三江和秦岭地区的多个古特提斯洋盆在裂解、扩张、萎缩和碰撞的时代上基本保持同步. 结合前人工作及区域资料, 这为东古特提斯域洋盆的演化受控于下地幔组分积极参与的深部过程提供了进一步证据, 这一过程影响了中生代的东亚大地构造格局.     

北秦岭微古陆形成与演化的地球化学证据

由东秦岭相邻构造单元中前寒武纪基底岩石和显生宙花岗岩长石铅同位素组成、幔源镁铁质岩石钕同位素组成和某些不相容元素对比值的对比研究,结合沉积岩地球化学分析,论证了北秦岭不属于华北克拉通的组成部分,而应为于古元古代在强亏损型上地幔之上的新生地壳基础上发展形成的微古陆,最初可能具有洋岛性质,并位于临近华北陆块边缘的地方。     

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.     

东秦岭及邻区壳、幔地球化学分区和演化及其大地构造意义

通过东秦岭及邻区壳源、幔源和前寒武纪基底岩石Pb和Nd同位素组成对比研究,辅以部分微量元素示踪,探讨了华北陆块南缘、北秦岭、南秦岭及扬子陆块北缘的构造归属,地壳增生历史及早期上地幔的演化,进而分析了它们的大地构造意义.     

中国东南部中生代陆内岩浆作用的动力学背景

根据叠置在华夏和扬子陆块的中生代岩浆岩的时代，岩石系列和岩石组合以及Ｓｒ、Ｎｄ同位素特征，分析中生代岩 浆作用特提斯陆内俯冲和碰撞－古太平洋俯冲走的动力学背景。在２３０－１５０Ｍａ间，特提斯构造域的影响是华北与扬子陆块的水平碰撞缩短，华夏西南部是离散陆块的陆内俯冲，基结果在华夏陆块形成大规模高Ｉｓｒ低εＮｄ（ｔ）的Ｓ型花岗岩。１４５－９０Ｍａ间，在特提斯构造域深部效应的基础上叠加了古太平洋的俯冲走     

河南信阳古消减杂岩

在秦岭构造带东段大别山北麓的河南信阳附近,作者发现了一个古消减带,其中消减杂岩由蛇绿岩:混杂岩及低温高压变质带的岩石组成。推断古板块会聚边缘的构造发育史可以划分为以下三个阶段: Ⅰ、晚元古代(约800—7000百万年前),东秦岭古洋壳向北朝华北古陆之下俯冲,产生了初始的桐柏岛弧及弧后的边缘海。 Ⅱ、元古代末(约700—600百万年前),俯冲带极性反向,边缘海洋壳向南朝桐柏岛弧之下消减,从而产生了信阳消减杂岩。 Ⅲ、早古生代初(约600—500百万年前),边缘海闭合,桐柏岛弧增生于华北古陆的南缘,东秦岭古洋壳沿岛弧之南的一个新贝尼奥夫带再次向北俯冲     

随州花山蛇绿构造混杂岩的厘定及其大地构造意义

地质、地球化学综合研究证明 ,在秦岭造山带南缘襄 (樊 ) 广 (济 )断裂带的三里岗 三阳区段残存有花山蛇绿构造混杂岩 ,是以多条断裂和韧性剪切带为骨架 ,剪切包容花山蛇绿岩块、小阜岛弧火山岩、深海沉积岩、弧前沉积以及来自两侧陆块的基底和盖层沉积岩块 .地球化学研究表明 ,花山蛇绿岩的玄武质岩石类似于MORB的性质 ,形成于初始小洋盆构造环境 ;小阜火山岩形成于岛弧构造环境 .该混杂岩带因存在蛇绿岩及岛弧火山岩而成为具有重要大地构造意义的蛇绿构造混杂岩 ,指示曾存在古板块构造缝合带 ,标志着南秦岭与扬子板块之间确曾存在过古洋盆———花山小洋盆 .     

青藏高原羌塘中部变玄武岩锆石SHRIMP年代学及Nd-Pb同位素特征

羌塘中部双湖地区齐陇乌如沟出露一套面积较小的变质基性岩,岩性为变玄武岩和含石榴石斜长角闪岩,通过SHRIMP分析获得该变玄武岩的锆石U/Pb年龄为(463.3±4.7)Ma,表明该火山岩的形成时代为中奥陶世.该年龄值与羌塘地块桃形湖和果干加年山蛇绿岩中的变质基性岩一致.该套火山岩具有与N-MORB相似的地球化学特征,推测其可能为蛇绿岩的组分,代表了原特提斯洋消亡的残迹,说明原特提斯洋盆在龙木错-双湖缝合带的形成时代最早可以追溯到中奥陶世.同位素地球化学研究表明,岩浆源区具有亏损地幔(DM)和富集地幔(EMII)地幔端元的混合特征并具有Dupal异常,而Dupal异常与雅鲁藏布江缝合带所代表的新特提斯洋、昌宁-孟连缝合带所代表的古特提斯洋及三江地区古特提斯洋Dupal异常相似,说明它们继承了原特提斯洋地幔域的属性,龙木错-双湖缝合带可能代表了冈瓦纳大陆的北界.     

华北克拉通岩石圈地幔特征与演化过程

克拉通能否长期稳定存在,主要取决于岩石圈地幔的特征和属性.中生代以来,华北岩石圈地幔的组成和性质发生了根本性转变,导致了克拉通破坏.尽管目前取得了上述共识,但是对岩石圈地幔转变形式与机制的认识仍然存在分歧.本文以华北克拉通破坏前后岩石圈地幔的特征为视角,对华北不同时代幔源岩石及地幔捕虏体的研究结果进行综述,旨在为上述问题的讨论提供新的思路.华北古生代岩石圈厚达200km,具有高度难熔、SrNd同位素富集的克拉通型岩石圈地幔特征;中生代岩石圈地幔具有易熔、同位素高度富集的特征,在空间上具有明显的不均一性和分布规律;在新生代,华北东部岩石圈厚约60～80km,具有易熔、同位素亏损的大洋型岩石圈地幔特征;中部带岩石圈厚度大于100km,岩石圈地幔具有上老下新的双层结构;西部岩石圈厚达200km,仍然保存有克拉通型古老地幔.岩石圈地幔组成的转变主要是通过橄榄岩-熔体反应的方式实现的.古生代周边板块的多次俯冲作用使华北克拉通边缘地区岩石圈地幔的组成发生了明显改变.中生代古太平洋板块俯冲作用的叠加,促成华北东部岩石圈地幔组成和性质的根本转变,导致克拉通破坏区域的面积占华北总面积的1/2以上.从克拉通破坏的峰期时间和破坏区域空间展布来看,古太平洋板块俯冲及其驱动的深部动力学过程是华北克拉通破坏的一级控制因素.造成东部岩石圈巨厚减薄的主导因素是俯冲板块回转、海沟后撤引起的大陆岩石圈伸展.俯冲板块机械侵蚀、熔流体交代作用造成的岩石圈弱化、非稳态地幔流动伴随的热-化学侵蚀和岩石圈局部拆沉共同加剧了岩石圈减薄和克拉通破坏的进程.     

地球物理综合观测揭示秦岭—桐柏—大别复合造山带地壳及上地幔结构

秦岭—桐柏—大别复合造山带(以下称为秦岭大别造山带)属于中国中央造山带的一部分,由华北克拉通与扬子克拉通汇聚形成.对于秦岭大别造山带及其周缘地区的研究,可以为这一大陆碰撞造山带的形成与演化过程提供重要信息.本文整合研究区域的接收函数与背景噪声数据,采用H-κ叠加分析、接收函数与背景噪声联合反演、克希霍夫偏移成像等方法,得到了沿秦岭东西方向具有高分辨率的地壳及上地幔结构.研究结果显示:(1)莫霍面深度由西向东逐步抬升,由剖面西侧最深约55 km上升至剖面东侧最浅约30 km;莫霍面于东西秦岭之间起伏明显;桐柏以及东大别下方莫霍面局部加深.(2)西秦岭中下地壳观测到的高速异常阻隔了青藏高原东北缘地壳低速异常的向东扩张,反映了青藏高原东北缘的中下地壳流没有通过西秦岭继续向东流动.(3)西秦岭岩石圈地幔顶部高速异常延伸至100 km深度(剖面底部),桐柏—西大别岩石圈地幔顶部高速延伸至70 km深度,东大别、东秦岭岩石圈地幔顶部未见较大深度范围的高速异常.     

泰国西北部掸泰地块内部古特提斯远洋残迹: 放射虫生物地层学证据

在泰国西北部Mae Hong Son-Mae Sariang地区层状燧石中发现早石炭世、晚二叠世和中-晚三叠世放射虫化石, 据此并结合已发表的该地区放射虫生物地层学资料可以认为, 研究区在晚古生代和三叠纪存在远洋盆地. 该盆地与泰国北部Chiang Dao地区洋盆及昌宁-孟连构造带洋盆相连, 代表了古特提斯多岛洋的主支洋盆. 该主支洋盆位于“掸泰地块”内部. 所以, “掸泰地块”在古特提斯构造阶段不是单一的地块, 而是由古特提斯主洋盆分割的、亲冈瓦纳和华夏构造域的陆壳地体组成.     

华北中生代镁铁质岩浆作用与克拉通减薄和破坏

华北克拉通在中生代发生了岩石圈减薄,古老的大陆岩石圈地幔在减薄后被年轻的新生岩石圈地幔所取代.与此同时,华北克拉通发生了破坏,以大规模早白垩世岩浆作用为标志.尽管对这个现象有了共识,但是对华北克拉通岩石圈破坏的机制仍然存在争议.文章以华北中生代镁铁质岩浆作用为视角,试图对上述争议提出解决办法.华北中生代镁铁质岩浆作用以早白垩世的~121Ma为分界点,在此之前的镁铁质岩浆岩兼具岛弧玄武岩微量元素组成和明显富集Sr-Nd同位素组成的特点,而在此之后才开始出现兼具洋岛玄武岩微量元素组成和亏损至弱富集Sr-Nd同位素组成的镁铁质岩浆岩.这个差异表明,华北克拉通岩石圈地幔的地球化学性质在~121Ma发生了根本性转变.尽管华北克拉通在晚三叠世也出现过镁铁质岩浆作用,但是其成因是深俯冲华南陆块折返的结果,而古太平洋板块俯冲在那时尚未启动.古太平洋板块自侏罗纪开始向欧亚大陆东部之下俯冲,俯冲板片与上覆岩石圈地幔楔之间处于耦合状态,是俯冲板片脱水导致华北克拉通地幔的弱化阶段.古老岛弧型镁铁质岩浆岩的地幔源区可能既有侏罗纪时期俯冲古太平洋板片衍生流体与华北克拉通岩石圈地幔之间反应的产物,也有三叠纪时期俯冲华南陆壳衍生熔体与华北克拉通岩石圈地幔之间反应的产物.对于新生洋岛型镁铁质岩浆岩的地幔源区来说,则可能是俯冲古太平洋板片衍生熔体与华北岩石圈之下软流圈地幔之间反应的产物.从~144Ma开始,俯冲的古太平洋板片发生回卷,克拉通岩石圈底部受到侧向充填的软流圈地幔加热,导致弱化的克拉通岩石圈地幔发生减薄.在130~120Ma期间,减薄后的大陆岩石圈发生大规模破坏,不仅地幔楔下部超镁铁质交代岩发生部分熔融形成具有古老岛弧型地球化学信息的镁铁质岩浆岩,而且这些地区的下地壳岩石也受到加热发生大规模长英质岩浆作用.与此同时,回卷板片地壳岩石受到侧向充填的软流圈地幔加热,产生长英质熔体交代上覆软流圈地幔橄榄岩,这样在~121Ma开始部分熔融形成具有新生洋岛型地球化学信息的镁铁质岩浆岩,标志着华北克拉通岩石圈地幔已经被新生岩石圈地幔所取代.古太平洋板片在中生代时期向中国东部大陆之下的俯冲并不像现今地震层析成像所观察到的那样直接俯冲至地幔过渡带,而是像纳斯卡板块向美洲大陆之下俯冲那样为低角度俯冲.这种低角度俯冲不仅物理上可以直接侵蚀岩石圈地幔,而且化学上可以交代岩石圈地幔.因此,古太平洋板片与大陆岩石圈地幔之间的相互作用才是导致华北克拉通岩石圈地幔减薄和破坏的一级地球动力学机制.     

三维电性结构揭示的中国东北地区新生代火山深部起源

利用上地幔尺度的三维电性结构探讨了中国东北地区新生代火山的深部起源及彼此间联系.文章在该地区采集并获得了高质量的长周期大地电磁全阻抗张量数据,并采用高斯-牛顿法进行三维反演,得到了电阻率模型.该电阻率模型显示,中国东北地区高阻岩石圈内,存在多个局部低阻异常,它们在空间上和该区新生代火山对应;在上地幔深部,环松辽盆地分布三个低阻异常;软流圈中存在着脉状低阻异常,联系着岩石圈内和上地幔深部的低阻异常.岩石物理分析表明,这些低阻异常由流体熔融物质引起.俯冲到中国东北地区地幔转换带中的西太平洋板块发生持续脱水作用,模型则进一步揭示,这些水向上迁移到松辽盆地下方的转换带顶部并引起上地幔底部的部分熔融,在浮力作用下形成热物质上升流,融透软流圈后底辟于干枯岩石圈底部,最后刺穿较为薄弱或者活化的缝合带等构造边界,排出地表形成包括长白山火山、哈拉哈火山等整个中国东北地区新生代大规模火山事件.因此认为,中国东北地区的新生代火山"本是同根生",它们均起源于上地幔深部的环状低阻异常.     

西昆仑造山带下岩石圈地幔速度结构

在已完成的新疆地学断面研究计划实施中曾在西昆仑山前布置了14个宽频带地震台站.利用记录到的远震P波初至和层析成像方法，研究了西昆仑造山带下的岩石圈地幔结构特征.在已有地震学证据基础上，层析成像结果显示，西昆仑造山带下的高速岩石圈地幔可能是印度岩石圈地幔的俯冲前缘.沿东经80°深度剖面图像显示，在西昆仑造山带下的150～300km处，高速异常的岩石圈地幔前锋与低速异常的塔里木块体岩石圈地幔发生了面对面碰撞.     

大陆俯冲带两类壳幔相互作用

板块俯冲作用是实现地壳与地幔之间物质和能量转换的重要机制,俯冲带岩浆岩是研究地壳物质再循环及其壳幔相互作用的重要载体.本文通过对红安-大别-苏鲁造山带和华北东南缘碰撞后镁铁质岩浆岩的同位素年代学和地球化学的系统总结,概括出两种类型的大陆俯冲带壳幔相互作用,对应于两类地球化学性质截然不同的镁铁质火成岩.第一类岩石显示弧型微量元素分布特征(富集LILE,LREE和Pb,亏损HFSE)和相对富集的放射成因Sr-Nd同位素组成,而第二类具有OIB型微量元素分布特征(富集LILE和LREE,HFSE不亏损)和相对亏损的放射成因Sr-Nd同位素组成.它们都具有变化的且不同于正常地幔的锆石O同位素组成,含有残留的地壳锆石.这些地球化学特征表明,这两类镁铁质火成岩来源于不同地球化学性质的地幔源区,其中第二类岩石的地幔源区是先前俯冲古洋壳来源的熔体与上覆新生岩石圈地幔反应形成的,而第一类岩石的地幔源区是随后俯冲的华南陆壳来源的长英质熔体与上覆华北古老岩石圈地幔反应形成的.因此,在大陆俯冲带存在两种类型的壳幔相互作用,碰撞后镁铁质岩浆岩为大陆碰撞造山带不同类型的板片-地幔相互作用提供了岩石学和地球化学记录.     

Dupal异常研究的现状与趋势

Dupal异常是迄今为止在地球表面出现并反映地幔地球化学特征的最大同位素异常域.首先是在南半球现代大洋玄武岩中发现了以南纬30°为中心近环球分布的Dupal异常域,近年又在北半球的中国东部、日本海等非大洋玄武岩中发现了Dupal异常.现在认为Dupal异常源区既可赋存于岩石层地幔,亦可源自深部软流层地幔或更深,但对Dupal异常源形成机制仍无定论,对北半球的Dupal异常其源区是否来自南半球地幔还有不同认识.Dupal异常源可能是多成因的,不能排除星外物质冲击的可能性.南半球大洋地幔大规模同位素异常的存在对模拟地幔对流提出了制约,也为探索地幔地球化学特征提供了新途径.     

地球物理剖面揭示大兴安岭域壳幔结构及其地质意义

大兴安岭域,包括大兴安岭及其两侧盆地,穿过额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块和辽源地体.本文在东北地区已有的近东西向的全球地学断面（GGT）资料基础上,在大兴安岭两侧补充了2条近南北向的地球物理剖面,组构了综合地球物理栅状图;又结合区域内其他7条经综合解译的地球物理剖面,分析讨论了研究区壳幔结构特征及其地质意义.论文得到如下初步结果：（1）研究区莫霍界面以大兴安岭重力梯级带为分界,西部和东部深度有明显差异;以索伦山-西拉木伦河缝合带为界的南北岩石圈-软流圈界面（LAB）深度、软流圈有明显差异.呈现出地壳东西分带、岩石圈地幔南北分块的特征.（2）额尔古纳-兴安微板块具有较稳定的岩石圈地幔组构,与南部的中朝板块的岩石圈地幔具有较大差别;额尔古纳地块与西伯利亚板块的岩石圈特征更为接近.（3）获得古缝合带位置线索.林西以南的翁牛特下方存在明显的LAB南北向抬升,这是古亚洲洋闭合在岩石圈尺度上留下的遗迹;索伦山缝合带东延至西拉木伦河,是古亚洲洋闭合的场所.（4）大兴安岭域跨过两条板块缝合带,该区域北部与中部岩石圈组构特征相近,但它们的岩石圈地幔基底并不相同,这是在塔源-喜桂图缝合带于早古生代的拼合之后由数亿年的长期壳幔物质横向均衡作用所致.     

重力驱动的特提斯单向裂解-聚合动力学

地球自5亿年以来,大量陆块从南方的冈瓦纳大陆不断裂解,相继形成原、古、新特提斯大洋.这些陆块随后陆续漂向北方的劳亚大陆,并与之发生碰撞拼合,形成全球最显著的大陆碰撞造山带,又称特提斯构造域.对源自冈瓦纳陆块的漂移历史,目前已建立了较为清晰的框架性认识,但上述大陆单向裂解-聚合的驱动机制却是特提斯研究中极具争议的问题.通过重新审视特提斯构造域内陆块裂解-拼合历史、大洋俯冲起始的地质记录和全球大尺度深部地球物理特征发现,特提斯洋的大洋板片向欧亚大陆的俯冲是这些陆块运动的"引擎".大洋向欧亚大陆的持续俯冲作用,使得处于大洋另一侧的冈瓦纳大陆被动陆缘发生裂解,进而形成新的大洋.由于持续的俯冲作用,老的大洋不断消减并最终导致裂解的陆块与欧亚大陆碰撞,同时裂解的陆块和冈瓦纳大陆之间新的大洋不断扩张.碰撞以后,俯冲作用能够从碰撞带跃迁至大洋内部产生新的俯冲带,从而使得俯冲"引擎"得以持续运转.多期次的碰撞-俯冲-裂解的转换,使大陆块体周期性地从冈瓦纳裂解并陆续的向欧亚大陆汇聚拼合.俯冲向欧亚大陆之下的大洋板片如同一列单程列车,不断地把陆块从冈瓦纳运向欧亚大陆,使得冈瓦纳不断减小,欧亚大陆持续增大.由于这些大洋板块均属特提斯构造域,我们因此将其称之为"特提斯号"单程列车,而驱动列车单向运行的机制是俯冲板块的重力作用.     

环太平洋构造和特提斯构造的对比

古特提斯是泛大洋的一个巨大海湾。所以,古特提斯的闭合史可以被认为是古太平洋构造演化的一部分。古特提斯闭合(基梅里阶)引起的造山系演化与环太平洋构造演化十分相似,而不同于新特提斯洋闭合史。新特提斯洋闭合时,现在组成特提斯造山复合体90%的是一个大型的造山拼贴体,是基梅里演化沿着劳亚古陆南部边缘堆积起来的。