地壳生长及深部物质架构研究与问题:以中亚造山带（北疆地区）为例

岩浆岩区域多元同位素示踪填图是探索地球深部物质组成架构、研究地壳生长的重要途径.中亚造山带作为全球最大、最典型的显生宙增生型造山带，发育巨量岩浆岩，是研究造山带深部物质组成架构及地壳生长的天然实验室.介绍了在中亚造山带西段的北疆地区同位素示踪填图的成果，并探讨了存在和需要研究的新问题.阿尔泰-准噶尔-天山的花岗岩同位素廊带填图初步揭示，阿尔泰中部深部物质较老，准噶尔年轻，东天山-北山更老，这种物质组成结构是同造山水平生长和后造山垂向生长的结果.西天山及邻区Hf同位素填图揭示了同一微陆块内部复杂的新老地壳组成架构，提出周期性地壳生长/再循环模式.同位素填图揭示的深部物质组成类型——尤其是年轻地壳的组成类型——仍需进一步探索.需要探索多元同位素示踪、填图结果的异同、关联性及其影响因素，并与地球物理探测、岩石学实验模拟结果相结合，最终构建以岩石探针和同位素示踪填图为核心的，结合地球物理探测、深部钻探和深部过程模拟的岩石圈三维物质与结构探测的理论和技术方法体系.      

同位素填图与深部物质探测(Ⅰ):揭示岩石圈组成演变与地壳生长

固体地球科学的一个重要任务是探测地球深部过程与不同圈层协同演变。深部物质探测、地球物理结构探测和深钻一起构成深部探测的三大途径。岩浆岩“探针”及区域同位素(如全岩Nd、锆石Hf)示踪填图是深部物质探测的主要手段,可以用来揭示深部物质组成特征及时空变化,确定不同类型地壳省,划分大地构造边界,估算大陆地壳生长量、方式,分析区域成矿规律。这一技术广泛应用后,有望实现深部结构探测与物质探测结合,开展深部物质填图。中国大陆是深部物质探测的良好实验室,需要解决的重大问题包括：多块体拼合的岩石圈及陆壳深部物质组成架构,不同类型造山带地壳生长与深部物质组成结构,不同构造单元深部物质组成与成矿作用及其浅部成矿制约。文中重点总结和探讨了岩浆岩全岩Sr-Nd同位素和锆石Lu-Hf同位素区域填图以及捕获锆石信息填图的思路、方法和注意的问题,以及可以解决的重大地质问题,并探索性提出今后开展的重点研究方向。     

克拉通岩石圈三维物质架构示踪方法

克拉通岩石圈三维物质组成架构示踪是当今地球科学研究前沿，面临系列挑战。在对已有相关成果系统梳理的基础上，分别阐述了实现由点到面、由局部到全时空、由单一方法到多学科综合约束3个战略思路转变的基本要点；并以华北克拉通为例，提出了亟待深化的研究领域和未来方向。多种地球物理方法联立约束和综合解释，不仅开拓了岩石圈物质组成研究的新思路，而且有利于获得更可信的结果。逼近实际的岩石圈物质组成架构必须符合岩石探针、岩石圈物性结构、岩石物理性质与矿物及化学组成的测试分析/模拟计算结果等观测事实，并遵循地球化学热力学-地球动力学理论框架；这就需克服单一资料和方法各自的局限性，由单一手段向多方法综合约束转变，实现多学科融合来开展岩石圈物质组成的研究。据此提出“循序渐进、逐步深化”和“反馈修正、不断逼近”的岩石圈物质组成架构的多学科综合示踪研究流程。华北克拉通岩石圈三维物质架构研究的重点在于通过多学科的深度融合，恢复不同时期的构造格架和对应的物质组成，示踪其岩石圈物质架构的演变过程。     

同位素填图与深部物质探测(Ⅱ)：揭示地壳三维架构与区域成矿规律

地球深部是大规模成矿作用的“驱动机”、“供应源”和“传输带”。深入揭示深部物质组成与分布、物质循环与能量转换、三维架构与动力过程,对理解成矿作用至关重要。岩浆岩“探针”及区域同位素(如全岩Nd、锆石Hf)填图是探索深部物质组成与演化过程的主要手段,可以探测地壳深部物质组成的三维架构,揭示新生地壳/古老地壳/再造地壳的空间分布与时空演变,从而为提升区域成矿规律认识提供深部物质制约证据,有助于成矿潜力的定量半定量评价及其区域成矿预测。文章重点总结和探讨了岩浆岩全岩Nd同位素和锆石Hf同位素区域填图在解决地壳三维架构与成矿规律方面的应用成果,深入探讨了巨量岩浆岩发育的深部驱动机制及其成矿制约,对比总结了不同类型造山带(如中亚增生造山带、青藏高原碰撞造山带、秦岭复合造山带等)和不同克拉通的地壳深部组成结构与成矿制约特色。研究显示：不论是什么造山带和克拉通,深部年轻地壳分布区制约了铜金、铜镍等矿床的形成分布;古老地壳控制了大型钼矿、铅锌矿、稀有金属等矿产;两者过渡地带常常发育铁矿等。这些研究不仅揭示了区域成矿规律,而且对成矿预测与成矿潜力评价有潜在的应用价值,有可能成为成矿规律研究特别是深部物质探测及成矿背景研究的新方向。     

大陆深部地壳物质成分识别方法综述

本文系统总结了大陆深部地壳物质成分识别研究方法和元素丰度合理性检验的方法,以期为大陆深部地壳物质成分探测提供技术方法体系。深部地壳物质成分识别的主要方法有:①因构造运动抬升出露到地表的中下地壳剖面;②地表出露的高级变质地体;③产于火山岩中的深部地壳捕掳体,如麻粒岩捕掳体;④地球物理测深资料与深部岩石物理性质的高温高压实验测定结果之间的拟合和⑤壳源岩浆岩源区地球化学示踪。元素丰度合理性检验的方法主要有地表热流和元素比值法。     

基于地表地质调查剖面网络基础上的复杂造山带三维地质调查与建模方法

三维地质填图是一项探索性很强的开拓性工作,目前尚无成熟经验可循.对于地球物理和钻探资料相对有限的复杂造山带成矿带地区,区域性的三维地质结构的揭示更具挑战性.结合西准噶尔克拉玛依后山地区三维地质填图实践,提出造山带基岩三维地质填图的基本思路,对具有一定幅面一定比例尺的区域三维地质填图与建模的方法技术进行了总结,提出针对造山带区域的“基于地表地质调查剖面网络基础上的地质-地球物理-钻孔联合约束的三维地质调查方法体系”,探索实践“基于地表地质调查剖面网络基础上的三维地质建模技术方法”,强调建模的数据基础来自地表基础地质调查的系统路线剖面和实测剖面,即以地表实测地质路线为基础结合地球物理和钻探资料向下合理延拓,从而实现“区域三维地质填图”概念上的三维地质结构的数字表达.      

Mg同位素示踪中国东部中生代深部碳循环

地球深部碳循环对全球气候变化、生命探索和岩石圈演化的研究具有重要意义。中国东部岩石圈是地球深部碳循环的重要场所,其减薄与破坏与深部碳循环密切相关。中生代太平洋板块俯冲是制约中国东部岩石圈减薄与破坏的关键,对华北克拉通和华南板块的大规模金属成矿作用具有重要作用。笔者等系统阐述了Mg示踪地球深部碳循环原理,例举了镁同位素示踪中国东部深部碳循环的实例,论述了中生代俯冲的古太平洋板块所释放的碳酸盐熔体/流体与地幔相互作用,是造成中国东部地幔具有普遍的轻Mg同位素组成的重要原因。此外,指出轻镁同位素的多解性,提出多同位素联合示踪是未来研究地球深部碳循环的趋势。     

Mg同位素示踪中国东部中生代深部碳循环

地球深部碳循环对全球气候变化、生命探索和岩石圈演化的研究具有重要意义。中国东部岩石圈是地球深部碳循环的重要场所,其减薄与破坏与深部碳循环密切相关。中生代太平洋板块俯冲是制约中国东部岩石圈减薄与破坏的关键,对华北克拉通和华南板块的大规模金属成矿作用具有重要作用。笔者等系统阐述了Mg示踪地球深部碳循环原理,例举了镁同位素示踪中国东部深部碳循环的实例,论述了中生代俯冲的古太平洋板块所释放的碳酸盐熔体/流体与地幔相互作用,是造成中国东部地幔具有普遍的轻Mg同位素组成的重要原因。此外,指出轻镁同位素的多解性,提出多同位素联合示踪是未来研究地球深部碳循环的趋势。     

东昆仑—西秦岭造山带对接处三叠纪花岗质岩石时空演化、物源特征对比及其大地构造意义

造山带组成与演化是大地构造研究的主要课题, 造山带之间的对接关系更是造山带研究的重要节点。在两大造山带对接地带, 构造-岩浆演化的对比, 特别是深部物质组成结构和基底属性的对比, 可为完整认识造山带的物质组成和构造演化提供重要的依据。基于花岗质岩石同位素填图(Sm-Nd、Lu-Hf)在其年代学、区域性大面积展步和易于示踪等方面的优势, 区域性的同位素填图逐步成为一项重要的技术方法, 应用于探讨造山带深部组成结构, 对比造山带基底属性异同。     

大地构造火成岩岩石学研究

大地构造火成岩岩石学是岩石学和大地构造学研究相结合的学科,与传统的研究思路和方法相比,它重视深部地质过程的研究,尤其是大陆动力学的成就。通过深部物质信息（火成岩及包体、中高级变质岩）的研究,反演深部物质组成,为大地构造单元的划分对比提供深部证据;基性超基性构造岩浆带的研究是揭示古构造块体边界、超壳深大断裂的窗口;岩石圈组成的岩石学模型和垂向岩石圈分层界面的研究对于重新认识Ｍｏｈｏ面、低速层和大陆岩石圈结构意义重大。岩石学探针、同位素地球化学示踪和科学深钻、超深钻是现代大地构造火成岩岩石学研究的主要方法和手段。