地球早期大陆地壳的形成与演化

现代地球岩石圈主要由镁铁质上地幔和长英质地壳两个储集层组成,研究大陆地壳的形成和演化对揭示地球早期地质过程和物质循环、厘定板块构造启动时限具有重要意义。冥古宙—始太古代具有更高的地幔潜能温度和地温梯度,岩浆海冷却形成薄的原始地壳;大洋岩石圈表现为韧性,主要构造机制应为停滞盖层模式,有地幔柱参与。太古宙片麻岩中奥长花岗岩—英云闪长岩—花岗闪长岩(TTG)的出现标志着镁铁质原始地壳向长英质陆壳转变的开始。本文总结了地球早期停滞盖层模式到现代板块构造模式下含水玄武岩部分熔融、结晶分异形成大陆地壳的过程,主要包含幔源岩浆停滞盖层(“自下而上”的热管火山岩和“自上而下”的深成侵入岩构造模式)、增厚镁铁质地壳部分熔融、俯冲洋壳、岛弧及洋底高原部分熔融模式;陆壳的破坏和消减主要受陨石撞击、分层沉降、重力不稳导致拆沉控制;板块构造的出现进一步促进了地球内部的热量扩散,俯冲作用加快了洋壳和陆壳之间的物质循环。最后,结合太古宙变质岩、古老克拉通岩石学特征和锆石Hf、O及全岩Nd、Sr、Ar、Ti同位素组成,讨论了陆壳的形成时间和演化过程：3.0 Ga之前形成了现有陆壳体积的60%～70%,厚度约为20～4...     

大陆板片-地幔相互作用:来自大别造山带碰撞后安山质火山岩的地球化学证据

俯冲到地幔深度的地壳物质不可避免地在板片-地幔界面与地幔楔发生相互作用,由此形成的超镁铁质交代岩就是造山带镁铁质火成岩的地幔源区.因此,造山带镁铁质火成岩为研究俯冲地壳物质再循环和壳-幔相互作用提供了重要研究对象.为了揭示俯冲陆壳物质再循环的机制和过程,对大别造山带碰撞后安山质火山岩开展了元素和同位素地球化学研究.这些安山质火山岩的SIMS锆石U-Pb年龄为124±3~130±2 Ma,表明其形成于早白垩世.此外,残留锆石的U-Pb年龄为中新元古代和三叠纪,分别对应于大别-苏鲁造山带超高压变火成岩的原岩年龄和变质年龄.它们具有岛弧型微量元素特征、富集的Sr-Nd-Hf同位素组成,以及变化的且大多不同于正常地幔的锆石δ18O值.这些元素和同位素特征指示,这些安山质火山岩是交代富集的造山带岩石圈地幔部分熔融的产物.在三叠纪华南陆块俯冲于华北陆块之下的过程中,俯冲华南陆壳来源的长英质熔体交代了上覆华北岩石圈地幔楔橄榄岩,大陆俯冲隧道内的熔体-橄榄岩反应产生了富沃、富集的镁铁质地幔交代岩.这种地幔交代岩在早白垩世发生部分熔融,就形成了所观察到的安山质火山岩.因此,碰撞造山带镁铁质岩浆岩的地幔源区是通过大陆俯冲隧道内板片-地幔相互作用形成的,而加入地幔楔中长英质熔体的比例决定了这些镁铁质岩浆岩的岩石化学和地球化学成分.      

地质历史中板块构造启动时间

地质历史中板块构造是何时开始启动的长期存在着激烈的争论,最极端的一是认为板块构造在新元古代的800 Ma前开始,二是在冥古宙4.3 Ga就已启动,多数学者认为在太古宙末开始启动。确定板块构造启动时间主要依据以下几方面:(1)地球动力学特点,如地幔的热状态以及粘塑性地幔对流模拟表明,板块构造可能是在地球热和冷停滞状态之间演化的一个相。在太古宙较热的地球中,板片强度低,板片的频繁断离阻止了形成类似现代样式的长期俯冲体系,太古宙的板块构造是短期的、阵发性的;(2)代表俯冲的标志的蛇绿岩、蓝片岩和超高压(UHP)变质地体;(3)具有弧特征的岩石组合,如拉斑玄武岩-安山岩-英安岩-流纹岩及英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(TTG)岩套;(4)增生楔中混杂岩和大洋板块地层、前陆盆地、大陆裂谷、双变质带、造山带;(5)与俯冲带关系密切的造山型Au矿、斑岩Cu矿和浅成热液矿床、火山岩型块状硫化物矿床(VHMS),它们最早出现的年龄一致在3.5~3.1 Ga,指示了板块构造的开始;(6)世界不同地区大陆的Ni/Co、Cr/Zn比值随沉积年龄变年轻而降低,陆壳从3.0 Ga前的镁铁质转变为2.5 Ga时的长英质,表明全球板块构造的启动应在3.0 Ga的古中太古代;(7)冥古宙锆石、太古宙金刚石中矿物包裹体及Hf、O、C、N同位素组成研究表明,冥古宙地球表面存在类似板块汇聚边缘,太古宙含有大陆沉积物的海洋岩石圈俯冲进入地幔。     

青藏高原巨厚地壳：生长、加厚与演化

大陆地壳约占地表面积的40%, 其成因与生长, 是一个关乎人类生存和资源供给的基础地学问题。人们普遍认为, 大洋俯冲通过岛弧拼贴和幔源岩浆底侵形成造山带新生陆壳,大陆碰撞过程只对现存地壳进行再造,不产生新生地壳。青藏高原经历古/新特提斯大洋俯冲和印 亚大陆强烈碰撞, 拥有全球最厚的陆壳(65~80km), 是研究大陆地壳的形成、生长、加厚、演化与保存的天然实验室。我们研究表明, 古/新特提斯大洋的相继俯冲消减, 产生多期次的幔源镁铁质弧岩浆(270~66Ma), 在弧地壳下部底侵和上部侵位, 导致地壳侧向加积和垂向生长并加厚约10km。在同(软)碰撞期(65~41Ma), 印度大陆岩石圈俯冲导致俯冲前缘的洋壳板片回转和断离, 诱发软流圈地幔熔融及其幔源岩浆上升侵位, 在冈底斯碰撞带形成新生地壳, 并导致地壳加厚6~9km。在晚(硬)碰撞期(40~26Ma), 冈底斯碰撞造山带内不同地壳块体(地体)间发生逆冲叠覆, 导致中深层次地壳缩短加厚10~20km; 在碰撞带的后陆区, 印度大陆岩石圈地幔俯冲诱发软流圈沿地幔通道上涌, 侵蚀和吞噬地幔岩石圈, 并诱发其部分熔融, 向地壳注入大量幔源镁铁质岩浆, 形成新生地壳, 维持高原生长。在后碰撞期(<25Ma), 碰撞带和后陆区均发生地壳伸展与有限减薄, 伴有新生地幔组分少量注入和高原陆表强烈剥蚀。粗略估计：形成并保存于大陆碰撞造山带的新生地壳量占整个陆壳的28%, 大洋俯冲与大陆碰撞分别为青藏高原贡献了75%和25%的新生地壳。我们提出, 青藏高原巨厚地壳的形成发育, 实际上是幔源岩浆向地壳注入添加与中下地壳缩短加厚连续或交互作用的结果。伴随大洋俯冲与大陆碰撞, 巨厚地壳物质组成发生以新生地壳形成和古老地壳再造为特征的动态演变。镁铁质新生下地壳的大规模重熔与长英质岩浆大量侵位可能是巨厚地壳长英质化的主要机制。     

峨眉山大火成岩省中攀枝花A型花岗岩的锆石U-Pb年龄、元素及Sr-Nd-Hf同位素地球化学

了解A型花岗质岩浆的形成过程是探讨大陆内部地壳演化和生长的基本前提.特别是其同位素组成可以反映形成过程中壳幔物质的贡献并用于确定其构造背景.研究证实,地球演化历史中重要的初生地壳形成阶段均与大型的地幔上涌事件密切相关[1].大陆地壳之下的软流圈地幔上涌带来的巨大热量可以导致大陆岩石圈地幔和镁铁质下地壳的广泛部分熔融,从而形成双峰式的镁铁质和长英质侵人体[2].     

俯冲陆壳和洋壳对华北克拉通中生代岩石圈地幔改造的氧同位素记录

来自华北克拉通山东省中生代镁铁质岩石及地幔包体的橄榄石氧同位素组成显示,早白垩世岩石圈地幔主要受到了来自俯冲的华南陆壳不同组分的改造作用,包括镁铁质下地壳和长英质上地壳组分以及少量的海相沉积碳酸盐岩,而晚白垩世的岩石圈地幔则受到了来自俯冲的太平洋板块的改造。早白垩世受俯冲陆壳改造的岩石圈地幔橄榄石相对正常地幔高δ¹⁸O (6.0‰～7.2‰),而晚白垩世被俯冲洋壳改造的局部地幔则相对正常地幔低δ¹⁸O (4.1‰～5.3‰)。板块俯冲作用是导致华北克拉通岩石圈地幔破坏的重要深部机制,三叠纪华南陆壳深俯冲导致了华北克拉通地幔强烈富集相容组分而转变为易熔的岩石圈,早白垩世大规模幔源岩浆的侵位很可能与俯冲大陆板片的整体断离或拆离作用相关;晚中生代以来的太平洋俯冲作用则引发了岩石圈地幔的置换和增生作用,形成了目前新、老地幔共存的格局。     

罗迪尼亚超大陆聚合在华南陆块北缘的镁铁质岩浆岩记录

超大陆的聚合必然伴随着从大洋俯冲、弧陆碰撞到陆陆碰撞等一系列板块汇聚和造山过程,这些不同阶段的俯冲和汇聚过程会产生不同特征的岩浆岩记录.华南陆块是新元古代罗迪尼亚超大陆的重要组成部分,在这个超大陆聚合过程中有格林维尔期洋壳俯冲及其伴随的壳幔相互作用.总结了华南陆块北缘记录的罗迪尼亚超大陆聚合不同阶段发生的岩浆活动,比较了其产物的地球化学特征,探讨了它们对应的构造环境.华南陆块北缘900~950 Ma的岩浆活动产物以镁铁质岩浆岩为主,伴随有少量斜长花岗岩,为洋壳俯冲作用的产物.当洋壳俯冲到大陆边缘之下形成安第斯型俯冲带,古老陆源沉积物也被携带进入俯冲带,由此部分熔融产生的含水熔体交代上覆地幔楔形成极度富集的造山带岩石圈地幔,其在新元古代中期发生部分熔融形成具有极负锆石ε_Hf（t）值的镁铁质岩浆岩.因此,在罗迪尼亚超大陆聚合过程中地幔楔被交代形成镁铁质-超镁铁质交代岩,其中一部分在俯冲阶段就发生部分熔融形成大洋弧或大陆弧镁铁质岩浆岩,另一部分在俯冲之后由于大陆裂断引起造山带岩石圈拉张使其与上覆地壳一起部分熔融形成双峰式岩浆岩.      

前寒武纪地球动力学(Ⅷ):华北克拉通太古宙末期地壳生长方式

地球早期大陆地壳的生长方式和壳幔动力学机制一直是国际前寒武纪研究的热点问题。尽管太古宙是大陆地壳生长的主要时期已基本获得共识,但是对于太古宙时期地壳生长的具体方式和壳幔动力学过程仍然存在很大的争议。部分学者提出地幔柱或者与拆沉相关的垂向构造体制,而其他学者主张与俯冲相关的侧向增生模式或者地幔柱-岛弧的联合作用体制。研究表明,太古宙末期科马提岩明显减少、富钾花岗质岩石普遍发育、地壳再循环速度显著增强,反映地壳演化的壳幔动力学机制发生了明显的转变。华北克拉通以发育大规模2.5~2.6Ga构造岩浆活动为特征,是探讨太古宙末期地壳生长方式和壳幔动力学机制转变的关键地区。本文系统总结了近些年来华北克拉通东部陆块西北缘早前寒武纪研究的最新进展,特别是对辽西、冀东、辽北和五台地区的新太古代晚期(约2.5~2.6Ga)表壳岩变质火山岩系进行了系统的岩石成因和壳幔作用探讨。研究表明,上述地区的变质铁镁质岩石可以划分为3个岩石成因系列:MORB型、IAT(岛弧拉斑玄武岩)型和CAB(岛弧钙碱性玄武岩)型,它们的原岩分别起源于洋中脊软流圈地幔以及受到不同程度俯冲流体交代的地幔楔的部分熔融。变质安山质-英安质火山岩分别具有类似高镁安山岩和埃达克岩的地球化学特征,它们的原岩形成过程可能与俯冲板片的部分熔融以及板片熔体与地幔楔的相互作用有关。结合整个东部陆块早前寒武纪的研究进展,我们提出华北克拉通在太古宙末期(约2.5和约2.7Ga)经历了强烈的地壳生长过程,其中新太古代早期(约2.7Ga)地壳生长以地幔柱-岛弧联合作用体制为主,而新太古代末期(约2.5~2.6Ga)以洋内俯冲和弧陆增生作用体制占主导地位。新太古代末期与俯冲增生相关的构造岩浆活动在Tarim克拉通、印度南部、南极洲Vestfold Hills地体以及南澳Gawler克拉通被广泛报道,这可能与类似显生宙板块构造体制的启动以及太古宙末期Kenorland超大陆的汇聚过程有关。     

大陆的起源

太阳系固体星球都有类似的核-幔-壳结构,但唯独人类居住的地球具有长英质组成的大陆壳。太古宙大陆克拉通主要由英云闪长岩(Tonalite)-奥长花岗岩(Trondhjemite)-花岗闪长岩(Granodiorite)为主的TTG深成侵入体变质而成的正片麻岩和由基性-超基性酸性火山岩及少量沉积岩变质的表壳岩(绿岩)组成。已有的资料显示这些太古宙大陆岩石组合起源于大洋壳的部分熔融。大洋壳分为大洋盆地、洋中脊、岛弧和洋底高原(大洋岛)。前两者地壳的平均厚度只有5~10km,不可能成为形成太古宙TTG深成侵入体的场所。因此,长英质大陆或起源于板块构造体制下的岛弧,或起源于地幔柱体制下的洋底高原。板块构造体制下的岛弧模式能够很好地解释太古宙克拉通TTG深成岩的成因,即俯冲大洋板片部分熔融所形成的埃达克岩相当于太古宙高压(高Al2O2)型TTG,而俯冲板片脱水导致地幔楔部分熔融形成的玄武质地壳再次熔融所形成的钙碱性花岗质岩石相当于太古宙低压(低Al2O2)型TTG。然而,板块构造体制下的岛弧模式不能令人满意地解释太古宙绿岩带火山岩组合中缺少大量的安山岩、科马提岩~1600℃高温形成环境、克拉通规模近于同时侵位的TTG岩套、大规模卵形构造样式、代表性的逆时针P-T轨迹变质作用演化等诸多特征。相反,地幔柱洋底高原模式能够合理地解释太古宙绿岩双峰式火山岩组合的成因,即基性的拉斑玄武岩和超基性的科马提岩分别来自地幔柱头部部分熔融和尾柱熔浆,而酸性的英安岩、流纹质英安岩和流纹岩是地幔柱热异常导致的洋底高原底部的部分熔融物。按照地幔柱洋底高原模式,太古宙TTG岩浆是由洋底高原底部玄武质地壳的部分熔融而成,这样能够合理地解释为什么太古宙TTG能够在短时间内巨量产出并在形成时间上没有任何系统变化。地幔柱洋底高原模式还能合理地解释太古宙克拉通穹隆构造(dome-and-keel structure)样式、近等压冷却型(IBC)逆时针P-T轨迹,缺少蓝片岩和双变质带的等典型岛弧俯冲带的标志的特征。本文在对大陆起源的岛弧模式和地幔柱洋底高原模式综合评述的基础上,提出一个大陆起源于洋底高原的两阶段模式。     

辽东-胶东半岛三叠纪镁铁质岩浆岩:记录从洋壳俯冲到大陆碰撞的构造转换

大陆碰撞造山带中出露的镁铁质岩浆岩,特别是形成于洋陆转换和大陆碰撞关键时期的镁铁质岩浆岩,对理解从大洋俯冲到大陆碰撞化学地球动力学过程的转变,以及发展板块构造理论具有重要意义.本文通过对苏鲁造山带和华北东南缘(胶东和辽东地区)三叠纪镁铁质岩浆岩同位素年代学和地球化学的系统总结,概括出从大洋俯冲到大陆碰撞过程中古洋壳和大陆地壳物质再循环的岩石地球化学记录.早-中三叠世洋岛型镁铁质岩浆岩属于同碰撞岩浆岩,具有洋岛型微量元素特征和弱富集的放射成因同位素组成,记录了先前俯冲古特提斯洋壳来源的熔体与上覆地幔楔橄榄岩的相互作用;晚三叠世岛弧型镁铁质岩浆岩属于同折返岩浆岩,具有弧型微量元素特征和相对富集的放射成因同位素组成,记录了随后俯冲的华南陆壳来源的熔体与上覆华北岩石圈地幔之间的相互作用.因此,辽东-胶东半岛三叠纪镁铁质岩浆岩记录了大陆俯冲带不同类型的壳幔相互作用及其形成的化学动力学过程.     

陆壳的垂向增生

陆壳的垂向增生是幔源物质进入到下地壳和下地壳物质进入到地幔的双向过程 ,前者主要表现为壳下底侵作用 ,后者主要表现为岩石圈规模的拆沉作用 ,其中拆沉作用往往诱发了陆壳下大规模的底侵作用。下地壳部分熔融残余的超镁铁质岩沉入到岩石圈地幔的过程称为陆壳沉没作用 ,它可能是陆壳物质进入地幔的一种重要方式。     

长江中下游中生代安山质火山岩记录的新元古代大洋板片-地幔相互作用

大陆弧安山岩的形成是大洋板片向大陆边缘之下俯冲的结果,但是在具体形成机制上存在很大争议.针对这个问题,对长江中下游地区中生代安山质火山岩及其伴生的玄武质和英安质火山岩进行了系统的岩石地球化学研究,结果对大陆弧安山质火成岩的成因提出了新的机制.分析表明,这些岩石形成于早白垩世,它们不仅表现出典型的岛弧型微量元素分布特征,而且具有高度富集的Sr-Nd-Hf同位素和高的放射成因Pb以及高的氧同位素组成.通过全岩和矿物地球化学成分变化检查发现,地壳混染和岩浆混合作用对其成分的富集特征贡献有限,而其岩浆源区含有丰富的俯冲地壳衍生物质才是其成分富集的根本原因.虽然这些火山岩的喷发年龄为中生代,但是其岩浆源区形成于新元古代早期的华夏洋壳俯冲对扬子克拉通边缘之下地幔楔的交代作用.大陆弧安山岩地幔源区中含有大量俯冲洋壳沉积物部分熔融产生的含水熔体,显著区别于大洋弧玄武岩的地幔源区,其中只含有少量俯冲洋壳来源的富水溶液和含水熔体.正是这些含水熔体交代上覆地幔楔橄榄岩,形成了不同程度富集的超镁铁质-镁铁质地幔源区.在早白垩纪时期,古太平洋俯冲过程的远弧后拉张导致中国东部岩石圈发生部分熔融,其中超镁铁质地幔源区熔融形成玄武质火山岩,镁铁质地幔源区则熔融形成安山质火山岩.因此,大陆弧安山岩成因与大洋弧玄武岩一样,可分为源区形成和源区熔融两个阶段,其中第一阶段对应于俯冲带壳幔相互作用.      

华北地台和秦岭—大别—苏鲁造山带的中生代花岗岩与深部地球动力学过程

近年来的研究证实 ,华北地台和大别—苏鲁造山带的中生代花岗岩与同时代的镁铁质超镁铁质岩有类似的Sr、Nd同位素特点 ,许多花岗岩和火山岩还具有类似埃达克岩的地球化学性质。在此基础上 ,根据现已积累的大量Sr、Nd同位素资料 ,从整个华北地台岩石圈的角度论证了中生代岩石圈地幔富集的性质、富集地幔发生的时代及其形成机制 ,进而探讨了岩浆活动的动力学机制 ,指出本区岩石圈富集地幔的形成是在Pangea超大陆裂解时岩石圈大规模拆沉减薄 ,被拆沉的太古宙古老地壳重循环进入地幔改变了地幔成分所致 ,说明超大陆裂解、岩石圈大规模拆沉减薄和富集地幔形成之间有密切的成因联系 ,超大陆裂解伴随着大陆地壳生长和消亡 (重循环 )的大体平衡。结合全球地震层析资料 ,进一步探讨了由俯冲大洋残片转化的下地壳同古老克拉通地壳物质在花岗岩源区中的重要意义。     

中国东部新生代玄武岩记录古太平洋俯冲带壳幔相互作用

大陆玄武岩通常具有与洋岛玄武岩相似的地球化学成分,其中含有显著的壳源组分.对于洋岛玄武岩来说,虽然其中的壳源组分归咎于深俯冲大洋板片的再循环,但是对板片俯冲过程中的壳幔相互作用缺乏研究.对于大陆玄武岩来说,由于其形成与特定大洋板片在大陆边缘之下的俯冲有关,可以用来确定古大洋板片俯冲的地壳物质再循环.本文总结了我们对中国东部新生代玄武岩所进行的一系列地球化学研究,结果记录了古太平洋板片俯冲析出流体对地幔楔的化学交代作用.这些大陆玄武岩普遍具有与洋岛玄武岩类似的地球化学成分,在微量元素组成上表现为富集LILE和LREE、亏损HREE,但是不亏损HFSE的分布特点,在放射成因同位素组成上表现为亏损至弱富集的Sr-Nd同位素组成.在排除地壳混染效应之后,这些玄武岩的地球化学特征可以由其地幔源区中壳源组分的性质来解释.俯冲大洋地壳部分熔融产生的熔体提供了地幔源区中的壳源组分,其中包括洋壳镁铁质火成岩、海底沉积物和大陆下地壳三种组分.华北和华南新生代大陆玄武岩在Pb同位素组成上存在显著差异,反映它们地幔源区中的壳源组分有所区别.中国东部新生代玄武岩的地幔源区是古太平洋板片于中生代俯冲至亚欧大陆东部之下时,在>200 km的俯冲带深度发生壳幔相互作用的产物.在新生代期间,随着俯冲太平洋板片的回卷引起的中国东部大陆岩石圈拉张和软流圈地幔上涌,那些交代成因的地幔源区发生部分熔融,形成了现今所见的新生代玄武岩.      

地幔及地幔喷流柱构造

实验模拟自然地幔是层圈状的。地幔在地球演化中起着关键作用。地球地壳是地幔超镁铁质和镁铁质岩浆固化形成的。安山质大陆地壳是由于地幔派生岩浆供热使镁铁质地壳增生，后期再造形成的．在幔一核边界由地幔熔体派生的喷流柱是从较深地倒传导热的主要媒介，地幔喷流柱在大陆和大洋都可以发生。“幔柱构造”认为一直俯冲到核慢界面的冷板片所构成的巨岩块是形成地幔对流的控制因素。关键词：地幔地幔喷流柱幔柱构造了解地慢成分和地慢对流之间的关系，了解大陆及海洋地壳相互作用，是现代岩石学和地球化学的主要任务之一。现在人们所认识的…     

俯冲带部分熔融

俯冲带是地幔对流环的下沉翼,是地球内部的重要物理与化学系统。俯冲带具有比周围地幔更低的温度,因此,一般认为俯冲板片并不会发生部分熔融,而是脱水导致上覆地幔楔发生部分熔融。但是,也有研究认为,在水化的洋壳俯冲过程中可以发生部分熔融。特别是在下列情况下,俯冲洋壳的部分熔融是俯冲带岩浆作用的重要方式。年轻的大洋岩石圈发生低角度缓慢俯冲时,洋壳物质可以发生饱和水或脱水熔融,基性岩部分熔融形成埃达克岩。太古代的俯冲带很可能具有与年轻大洋岩石圈俯冲带类似的热结构,俯冲的洋壳板片部分熔融可以形成英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩。平俯冲大洋高原中的基性岩可以发生部分熔融产生埃达克岩。扩张洋中脊俯冲可以导致板片窗边缘的洋壳部分熔融形成埃达克岩。与俯冲洋壳相比,俯冲的大陆地壳具有很低的水含量,较难发生部分熔融,但在超高压变质陆壳岩石的折返过程中可以经历广泛的脱水熔融。超高压变质岩在地幔深部熔融形成的熔体与地幔相互作用是碰撞造山带富钾岩浆岩的可能成因机制。碰撞造山带的加厚下地壳可经历长期的高温与高压变质和脱水熔融,形成S型花岗岩和埃达克质岩石。     

中国东部中生代大规模岩浆活动与长英质大火成岩省问题

笔者认为,中国东部中生代大规模岩浆活动很难用太平洋板块的俯冲来解释,中国东部中生代大规模岩浆活动可能相当于几个不同时期发育的长英质大火成岩省,与中生代东亚超级地幔柱的活动有关.世界上存在两类大火成岩省,一类以镁铁质岩为主(M-LIP);另一类以长英质岩为主(F-LIP).中国也存在上述两类大火成岩省,二叠纪的峨眉山玄武岩属于前者,中国东部中生代大规模的岩浆活动属于后者.二者可能均与地幔柱的活动有关,不同在于镁铁质大火成岩省的地幔柱上升停滞在岩石圈底部,在那里发生部分熔融形成大规模玄武岩喷发;而与长英质大火成岩省有关的地幔柱可抵达下地壳底部直接烘烤和加热下地壳,形成长英质成分的岩浆岩.学术界通常认为中国东部中生代大规模岩浆活动与太平洋板块向西俯冲导致的软流圈地幔上升有关,本文却认为它可能与来自下地幔的地幔柱有关.大火成岩省矿产丰富,与镁铁质大火成岩省有关的矿产有铜、镍、铬、铂、钯等,与长英质大火成岩省有关的矿产有金、铜、钨、锡、钼、铋、锑、铀等.     

前寒武纪地球动力学(Ⅲ):前寒武纪地质基本特征

地球45.6~5.43亿年处于前寒武纪,具有很多独特的古气候、沉积、岩浆、变质、变形等地质特征,地幔和岩石圈的动力学机制也非常不同。本文通过总结前寒武纪地球动力学进展,系统介绍了前寒武纪地壳和岩石圈物质组成与性质、地壳生长的幕式增生特征、太古宙地幔温度和黏度变化、地壳和岩石圈厚度变化、地壳和岩石圈强度与流变结构演变。地球38~25亿年期间的热流值是现今热流值的2.5~4倍,在热的早期地球期间,下地幔热的积累比上地幔热损失快,导致周期性循环翻转,即上升的下地幔穿过干的橄榄岩固相线,并在大于150km深处经历大规模熔融。这就是太古宙大陆岩石圈地幔形成的机制和能量背景,但在太古宙以后,因地球的长期冷却,这种机制终结了。太古宙高热流值也说明太古宙热地幔难以支撑较大的地形高差,太古宙岩石圈强度也不大,在重力作用下会发生快速地形响应。但是,随着巨型基性岩墙群(大约2.75和2.45Ga)首次出现以及表壳岩系的出现,又意味着太古宙晚期地壳逐步足够刚性,允许熔体上升穿过地壳并冷却固化。前寒武纪重大地质事件的根本原因都是因为地球热振荡衰减的结果,前寒武纪地壳生长(增生)、超大陆形成、岩浆作用、成矿作用等都是不等周期、非线性的幕式演化,从TTG大规模短时间集中式形成,表明早期大陆生长模式可能以垂向增生为主。最后,探讨了冥古宙特征,大陆起源、生长和保存机制,前寒武纪超大陆重建与机制和早期地球环境-生命协同演化等前寒武纪关键科学问题和前沿。     

大陆碰撞造山带镁铁质岩浆岩记录俯冲古洋壳物质再循环

在大陆碰撞造山带中寻找消失的古洋壳再循环及其壳幔相互作用的证据,对理解从洋壳俯冲到陆壳俯冲化学地球动力学过程的转变,以及板块构造理论的发展具有重要意义.通过对桐柏-红安造山带晚古生代和晚中生代镁铁质岩浆岩的岩石地球化学特征进行总结,可以识别出俯冲古洋壳再循环的岩石学和地球化学记录.晚古生代岛弧型镁铁质岩石具有弧型微量元素特征和相对亏损的放射成因同位素组成,记录了俯冲古洋壳在弧下深度（80~160 km）的流体交代作用;而晚中生代洋岛型镁铁质岩石OIB型微量元素特征和亏损-弱富集的放射成因同位素组成,记录了俯冲古洋壳在弧后深度（>200 km）的熔体交代作用.这一定性的解释也进一步得到了定量计算的证实,其结果表明镁铁质岩浆岩中的不相容元素的含量以及放射性成因同位素的富集程度,主要受控于地幔源区中所加入的地壳组分的性质和比例.因此,碰撞造山带中的岛弧型和洋岛型镁铁质岩浆岩,分别记录了弧下和弧后深度的俯冲古洋壳物质再循环.      

中生代华北南缘带状岩石圈结构特征及其大陆形成演化意义

大陆岩石圈根的形成与破坏是当前固体地球科学的重大研究课题之一.对独具时空特色的华北东部地块南缘信阳中生代火山岩中一系列包括下地壳镁铁质-长英质的麻粒岩、榴辉岩、变辉长岩、辉石岩和上地幔橄榄岩等岩石包体进行了系统的定深、定年研究, 建立了华北中生代(~160Ma) 多块体结合部位的组成和年龄呈带状结构的岩石圈几何模型, 并在此基础上分析了形成的动力学过程.在华北南缘地表出露最老~2.85Ga的岩石之下的30km处(上部下地壳), 由年龄为3.6~3.4Ga的长英质麻粒岩和辉石岩组成; 更深处30~40km位置, 则由具古元古代年龄(2.0~1.8Ga) 的镁铁质-长英质麻粒岩和变辉长岩构成, 其形成过程与华北东部地块与西部地块的碰撞有关, 记录着全球性的哥伦比亚超大陆汇聚事件.Hf同位素数据显示在这次重要事件里, 既有新生地幔物质加入, 也有古老地壳(3.8~3.0Ga) 组分的再熔融作用.在来自下地壳更深处的榴辉岩(40~45km) 和上地幔橄榄岩(> 45km), 它们的主要年龄分别是古生代(440~260Ma) 和早中生代(228~219Ma), 记录着在显生宙不同时期扬子与华北碰撞的动力学过程.