造山带岩石圈化学结构平面图的编制——以秦岭—大别造山带为例

国内外岩石圈化学组成的编图研究还处于探索阶段。笔者从岩石圈化学结构的思路出发 ,提出了编图的 3个地球化学指标 (铅同位素组成、T2DM 和同位素年代学 )和表示方法。以秦岭—大别造山带为例 ,同位素组成图可以反映构造分区和地壳生长历史 ,对造山过程和深部壳幔相互作用也有明确的显示 ;结合地质年代学的资料 ,化学结构平面图具有反映时空演化四维信息的能力。     

造山带岩石圈化学结构平面图的编制--以秦岭-大别造山带为例

国内外岩石圈化学组成的编图研究还处于探索阶段。从岩石圈化学结构的思路出发，提出了编图的3个地球化学指标（铅同位素组成、T2DM和同位素年代学）和表示方法。以秦岭－大别造山带为例，同位素组成图可以反映构造分区和地壳生长历史，对造山过程和深部壳幔相互作用也有明确的显示；结合地质年代学的资料，化学结构平面图具有反映时空演化的能力。     

秦岭造山带前寒武纪地幔化学分区及壳幔物质循环——Pb，Nd同位素及微量元素证据

对秦岭造山带４个构造单元前寒武纪基性火山岩６４个岩石样品的Ｐｂ同位素，２４个岩石样品的Ｎｄ同位素和３８个岩石样品的微量元素组成进行了同位素组成间、微量元素对比值间和同位素组成与微量元素含量比值间相关变异分析，并研究了岩石Ｐｂ同位素组成的拓扑学特征．结果表明：秦岭造山带前寒武纪地幔可划分成４个化学分区；４个分区中华北地台南缘区长期独立演化，具典型大陆岩石圈特征；另３个地幔分区间相关演化，且均不同程度地与大洋环境相联系，说明在岩石圈尺度上前寒武纪北秦岭与华北地台间的边界是秦岭地区最重要的地幔化学不均一界面；前寒武纪北秦岭带幔源岩浆与南秦岭带和扬子地台北缘区幔源岩浆的源区组成既有差异，晚期又有一定相似性，反映前寒武纪晚期南秦岭带和扬子地台岩石圈块体已向北秦岭带和华北地台俯冲，故南北秦岭间的分界既是秦岭造山带内的地幔化学不均一界面，又是秦岭造山带岩石圈构造界面；秦岭造山带各构造区带在造壳过程同时也存在地壳物质回返地幔的过程，由于岩石圈构造环境的差异，不同时期各构造区带参加壳幔物质循环的地壳组分有所不同     

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。     

秦岭大别造山带地壳化学结构研究

大陆地壳不同结构层之间化学组成(含元素和同位素组成)的系统性差异可以称为地壳化学结构，地球化学参考模型(GERM)能够作为参照标准进行地壳化学结构(元素组成)的对比分析，据此提出了反映地壳演化特征的蛛网图标准化方法。对秦岭—大别造山带的尝试发现，造山带总体上具有物质组成分异较弱的特点；造山带及邻区太古亩结晶基底太华群、崆岭群的化学组成都不能代表全部的下地壳，可能仅代表了下地壳上部，而大别群可能经历了复杂的构造熟化过程。通过对造山带地壳化学结构的分析，指出铕负异常可能并非为地壳拆沉作用所造成。     

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.      

秦岭造山带前寒武纪地幔化学分区及壳幔物质循环…

对秦岭造山带４个构造单元前寒武纪基性火山岩６４个岩石样品的Ｐｂ同位素，２４个岩石样品的Ｎｄ同位素和３８个岩石样品的微量元素组成进行了同位素组成间、微量元素对比值间和同位素组成与微量元素含量比值间相关变异分析，并研究了岩石Ｐｂ同位素组成的拓扑学特征。结果表明，秦岭造山带前寒武纪地幔可划分为４个化学分区；４个分区中经地台南缘区长期独立演化，具典型大陆岩石圈特征；另３个地幔分区间相关演化，且均不同程度地     

扬子崆岭新太古代壳-幔地球化学特征及其与华北克拉通-大别造山带的对比

认识华北与扬子克拉通太古宙时期是否属同一岩石圈块体以及大别造山带的归属对研究中国大陆早期演化历史具有重要地质意义．对新太古代斜长角闪岩和ＴＴＧ片麻岩组合样品系统的元素和同位素地球化学研究结果表明,新太古代扬子崆岭与华北陆块存在岩石圈地幔性质上的明显差异,其ＴＴＧ片麻岩的岩浆形成环境与条件也区别显著．湖北大别杂岩在一系列地球化学特征上表现出与扬子崆岭不同的特殊性,而与扬子北缘后河杂岩地球化学特征相似．崆岭斜长角闪岩、ＴＴＧ片麻岩和华北ＴＴＧ片麻岩的Ｕ,Ｔｈ元素组成特征符合其Ｐｂ同位素填图成果,但华北斜长角闪岩Ｕ,Ｔｈ元素组成特点与其Ｐｂ同位素填图成果不一致     

锆石Hf和全岩Nd同位素填图研究进展:以三江特提斯造山带为例

近年来,区域性的Nd-Hf同位素填图正成为探索岩石圈结构和演化,制约陆块边界位置和壳-幔相互作用以及它们与金属成矿作用耦合关系的重要研究方法。目前的研究主要集中于中国的拉萨地体以及澳大利亚太古宙尤冈克拉通,包括地体地壳性质与空间变化规律、成矿系统约束和区域找矿潜力等方面。本文以三江特提斯造山带为例,使用克里格插值法在MAPGIS平台完成同位素等值线图,基此解析三江地区岩石圈结构以及大规模成矿作用。Nd-Hf同位素填图支持昌宁-孟连缝合带为冈瓦纳和泛华夏古陆的分界。昌宁-孟连缝合带划分了两个εNd(t)同位素明显不同的异常区,缝合带以西表现为古老地壳基地组成,而缝合带以东部表现为较年轻的地体。三江特提斯造山带中不同类型与岩浆岩有关的发矿床大多汇聚在同位素边界处,这些同位素边界可能代表着地体边界或缝合带、岩浆弧。沿金沙江-哀牢山缝合带分布的斑岩型或斑岩-矽卡岩型Cu-(Mo)矿床,具有高εHf(t)正值和较高εNd(t)负值的特征,对应始新世钾质斑岩及有关的矿化。在腾冲-保山地块、义敦岛弧和临沧次地块,具有低εHf(t),低εNd(t)值岩浆岩分布特征,主要形成与过铝质花岗岩型有关的锡-钨矿床。因此,我们认为区域尺度的同位素填图对研究岩石圈结构和演化、解剖壳-幔相互作用机理、解析深部动力学机制和成矿机制、总结区域成矿规律和指导区域成矿潜力具有重要意义。     

阿尔金—祁连—昆仑造山带早古生代构造格架及结晶岩年代学研究进展

阿尔金—祁连—昆仑(阿祁昆)造山带早古生代加里东期的构造事件一直是国内外研究的热点,近年来发表了大量的研究成果。本文着重调研了各造山带内构造混杂带的重要组成部分——蛇绿岩、岩浆岩和高压—超高压变质岩的地球化学特征,尤其是同位素年代学资料。蛇绿岩的地球化学特征表明阿尔金—祁连—昆仑地区早古生代的蛇绿岩有MORB和OIB两种类型,其产出于成熟的洋盆、小洋盆或是与消减带有关的弧前或弧后盆地,还有很大的争议。根据大量的同位素年代学资料,阿尔金—祁连—昆仑地区洋盆在晚新元古代开启,寒武纪发育成熟,于中—晚奥陶世开始发生俯冲消减作用,晚志留世—早泥盆世进入碰撞后伸展阶段。再者,通过同位素年代学数据对比,证明北阿尔金与北祁连、南阿尔金与柴达木北缘、西昆仑与东昆仑在早古生代分别为同一条构造带,于新生代期间被活动的阿尔金左行走滑断裂错开了400多千米。     

内蒙古喀喇沁早白垩世橄辉云煌岩岩筒

探寻地幔物质上涌的通道口，是大陆岩石圈研究所感兴趣的，它将为人们提供更多的岩石圈深部信息。本文报道的是在内蒙古喀喇沁黑龙潭火山颈中发现的橄辉云煌岩，其K-Ar同位素年龄为124Ma。火山活动明显受到中生代构造活动控制。火山岩的元素地球化学特征反映岩浆来自富集地幔，在源区存在陆壳的混染作用。     

构造地质学的发展趋势

现代构造地质学在其发展过程中,采用了先进方法和高新技术,拓宽了应用和服务的范围,使其研究内容得以扩大和探化,新构造观不断形成,学科结构发生重大变革。目前,构造变形作用与物理化学作用的关系,岩石圈三维结构和作用过程,大陆动力学以及全球动力学等研究领域是构造地质学的前沿研究领域。     

从闪长质岩石包体角度探讨太行山——燕山造山带壳幔成矿作用

文中首次从闪长质岩包体的角度讨论了上地幔，中，下地壳成分及岩浆演化过程对成矿作用的影响，指出太行山－燕山造山带成矿作用及其区域成矿规律明显受到壳幔成矿体系的制     

太行山中生代板内造山作用与华北大陆岩石圈巨大减薄

近年来,华北大陆岩石圈巨大减薄成为国际地学界关注的焦点之一,但对其减薄的时间、机制仍然知之甚少。约束条件的多解性和表面上相互矛盾的证据导致了对区域构造发展史的模糊认识。笔者认为,华北板内造山过程是理解岩石圈巨大减薄机制的关键,因为华北岩石圈是在造山带而不是在克拉通基础上开始减薄过程的。岩石圈减薄过程可以划分为拆沉减薄、伸展减薄、热减薄和化学侵蚀减薄4种类型。前者依赖于岩石圈重力不稳定性,是一种突变过程;后三者取决于软流圈挤出构造,属于渐变过程。减薄过程主要始于120~110Ma的拆沉减薄,其标志是造山后脉岩组合的形成。亚洲大陆软流圈的多阶段汇聚过程造成软流圈向东挤出,是中国东部中新生代以来岩石圈持续减薄的重要基础。因此,大陆动力学与大洋最重要的区别之一就是大陆岩石圈经常发生减薄作用,特别是拆沉作用,并由此将软流圈系统区分为浅部混染系统和深部纯净系统,火成岩的地球化学属性主要取决于岩浆起源的深度。     

Speculations on the nature and cause of mantle heterogeneity

Hotspots and hotspot tracks are on, or start on, preexisting lithospheric features such as fracture zones, transform faults, continental sutures, ridges and former plate boundaries. Volcanism is often associated with these features and with regions of lithospheric extension, thinning, and preexisting thin spots. The lithosphere clearly controls the location of volcanism. The nature of the volcanism and the presence of ‘melting anomalies’ or ‘hotspots’, however, reflect the intrinsic chemical and lithologic heterogeneity of the upper mantle. Melting anomalies—shallow regions of ridges, volcanic chains, flood basalts, radial dike swarms—and continental breakup are frequently attributed to the impingement of deep mantle thermal plumes on the base of the lithosphere. The heat required for volcanism in the plume hypothesis is from the core. Alternatively, mantle fertility and melting point, ponding and focusing, and edge effects, i.e., plate tectonic and near-surface phenomena, may control the volumes and rates of magmatism. The heat required is from the mantle, mainly from internal heating and conduction into recycled fragments. The magnitude of magmatism appears to reflect the fertility, not the absolute temperature, of the asthenosphere. I attribute the chemical heterogeneity of the upper mantle to subduction of young plates, aseismic ridges and seamount chains, and to delamination of the lower continental crust. These heterogeneities eventually warm up past the melting point of eclogite and become buoyant low-velocity diapirs that undergo further adiabatic decompression melting as they encounter thin or spreading regions of the lithosphere. The heat required for the melting of cold subducted and delaminated material is extracted from the essentially infinite heat reservoir of the mantle, not the core. Melting in the upper mantle does not requires the instability of a deep thermal boundary layer or high absolute temperatures. Melts from recycled oceanic crust, and seamounts—and possibly even plateaus—pond beneath the lithosphere, particularly beneath basins and suture zones, with locally thin, weak or young lithosphere. The characteristic scale lengths—150 to 600 km—of variations in bathymetry and magma chemistry, and the variable productivity of volcanic chains, may reflect compositional heterogeneity of the asthenosphere, not the scales of mantle convection or the spacing of hot plumes. High-frequency seismic waves, scattering, coda studies and deep reflection profiles are needed to detect the kind of chemical heterogeneity and small-scale layering predicted from the recycling hypothesis.     

大陆岩石圈研究进展

从地震学、地球化学、岩石学等不同学科的角度,对大陆岩石圈研究进展做了简要介绍。不同学科的最新研究成果表明,岩石圈在热状态、化学成分和力学行为等方面具有高度非均匀性。这不仅表现为岩石圈性质和结构随深度的变化,而且还反映在不同时代、大陆与海洋以及克拉通和造山带岩石圈结构特征的显著差异上。性质和结构的差异体现了岩石圈形成和长期演化过程的复杂性。我们认为,不同岩石圈块体之间、岩石圈与深部对流地幔之间普遍存在着相互作用。这种相互作用被认为是稳定克拉通岩石圈遭受改造甚至破坏的深部机制,同时还是地球深、浅部物质交换的重要方式,因而显著影响着地球深部的对流和地表的构造过程。值得注意的是,由于岩石圈本身定义的模糊性及其厚度的不确定性,地震活动与岩石圈强度之间的关系以及大陆岩石圈演化的规律性等问题仍有待于进一步的研究和探索。     

Paleolithospheric structure revealed by continental geoid anomalies

Lithospheric geoid anomalies record changes in elevation and potential energy experienced by continental lithosphere. Estimates of local isostatic equilibration and potential energy, in tandem with lithosphere-related geoid anomalies, can be used to estimate paleolithospheric thickness, providing a clearer understanding of how and why continental topography is developed. We employ several simplifying assumptions about the crustal and mantle lithosphere density and structure (and readily acknowledge that our results are therefore first-order approximations) to predict the pre-orogenic structure of the lithosphere. At the outset we emphasize that while this approach does not provide an exhaustive evaluation of the deformation mechanism, it does serve to quantify the relative role played by the variations in the crustal and upper mantle components of the lithosphere. In this way we are able to use independent measurement of lithospheric geoid anomalies, current (post-orogenic) elevation and lithospheric structure, and paleoelevation information to estimate topographic development and structural support over time. Application of this technique to the southwestern United States indicates that the uplift of the Colorado Plateau is the result of processes in both the crust and mantle lithosphere and that the lithosphere of the pre-orogenic Southern Basin and Range was thinned relative to the Northern Basin and Range and Colorado Plateau. Although we use the southwestern U.S. as an example, this method can help constrain uplift mechanisms for any region for which the structure and geoid anomaly of the modern lithosphere is well understood.     

Petrology and geochemistry of spinel peridotite xenoliths from Hannuoba and Qixia, North China craton

We report mineralogical and chemical compositions of spinel peridotite xenoliths from two Tertiary alkali basalt localities on the Archean North China craton (Hannuoba, located in the central orogenic block, and Qixia, in the eastern block). The two peridotite suites have major element compositions that are indistinguishable from each other and reflect variable degrees (0–25%) of melt extraction from a primitive mantle source. Their compositions are markedly different from typical cratonic lithosphere, consistent with previous suggestions for removal of the Archean mantle lithosphere beneath this craton. Our previously published Os isotopic results for these samples [Earth Planet. Sci. Lett. 198 (2002) 307] show that lithosphere replacement occurred in the Paleoproterozoic beneath Hannuoba, but in the Phanerozoic beneath Qixia. Thus, we see no evidence for a compositional distinction between Proterozoic and Phanerozoic continental lithospheric mantle. The Hannuoba xenoliths equilibrated over a more extensive temperature (hence depth) interval than the Qixia xenoliths. Neither suite shows a correlation between equilibration temperature and major element composition, indicating that the lithosphere is not chemically stratified in either area. Trace element and Sr and Nd isotopic compositions of the Hannuoba xenoliths reflect recent metasomatic overprinting that is not related to the Tertiary magmatism in this area.     

岩石圈热—流变结构与大陆动力学

由于大陆内部存在上千公里宽的弥散边界变形带，板块构造理论用于解释新生代大陆内部的显著的构造变形遇到了困难。因此，探讨大陆岩石圈的构造变形机制、演化及动力学过程从而成为国际地球科学的热点研究领域---大陆动力学。大量的地震测深、地震层析成像技术的应用对岩石圈的精细结构研究，已揭示岩石圈结构和物质组成存在显著的横向非均质性。这种横向非均质性是地质时期内大陆岩石圈经历多期次构造-热事件叠加与改造所形成的。同时，也决定了岩石圈热-流变学结构的横向分块、纵向分层的特性。大陆岩石圈热-流变学结构非均质性及其构造继承性对大陆内部构造变形起控制作用。所以，大陆动力学应注重开展大陆变形的运动学、大陆岩石圈的热-流变学结构和大陆变形的地球动力学数值模拟研究。     

中国大陆密度和地震波速扰动异常的年龄属性研究

大陆动力学研究需要物质随空间和时间的变化的信息。三维密度和地震波速度扰动图像反映岩石圈物质的空间分布,要和大地构造学中的时间尺度信息综合起来,才能恢复动力学作用的过程。本文通过对比不同构造期的构造图和地壳不同深度的地球物理性质图像,研究中国大陆密度以及地震波速度扰动和构造事件的相关度。研究表明,岩石圈地幔的密度和波速扰动和现今板块构造的相关度是高的,说明岩石圈地幔的密度大黏度高,不仅地震波速快得多,物质蠕动的速度也比下地壳慢得多,板块运动产生的变形保存时间比较久。中国大陆中地壳的密度扰动和白垩纪以来的构造事件的相关度是高的,说明中地壳的密度扰动主要反映了白垩纪以来的构造事件。中国大陆上地壳结晶基底的密度扰动和侏罗纪以来的构造事件的相关度是高的,说明上地壳的密度扰动可以反映燕山期的构造事件。对于中国大陆而言,下地壳的波速变化和板块构造没有明显的相关性;不过下地壳深层的密度扰动也反映新构造期的构造事件。其原因可能是因为下地壳的物质黏度比较低,物质蠕动的速度比岩石圈地幔快得多,板块运动产生的变形不容易保存。总之,应用不同深度的密度扰动图像分别推测不同地质时期的地壳构造运动发生的地点和范围是可行的,地壳深层的三维密度扰动成像有可能提供180Ma以来中国大陆地质作用事件的有关信息。