塔西南甫沙地区被动顶板双重构造和乌泊尔地区背驮盆地的数值模拟

塔里木盆地西南缘前陆褶皱冲断带发育被动顶板双重构造(甫沙地区)和背驮盆地(乌泊尔地区)两种明显不同的构造类型。为了探讨它们的不同成因,利用有限差分软件FLAC开展了一系列二维数值模拟研究。采用遵循平面应变的黏弹塑性本构模型,设置两个滑脱层和三个能干层。同时考虑基底沉降、同构造剥蚀和沉积,缩短速率为8mm/a,剥蚀速率为每年侵蚀基准面以上高程的3×10-7(相当于每1000m每年剥蚀0.3mm)。在基底水平的情况下,采用均一的沉降速率1.6mm/a并以填平补齐的方式进行沉积时,3.5 Ma后发育成与甫沙地区相似的被动顶板双重构造。而当模型采用中部小两端大的拱形沉降速度以及填平补齐的沉积时最终发育成背驮盆地,和乌泊尔地区地质原型接近。模拟结果表明,同构造沉积地层对褶皱冲断带的影响巨大,当沉积物大量堆积在褶皱冲断带前缘时有利于被动顶板双重构造的形成,而沉积物大量堆积在逆冲楔顶与斜坡时则更有利于背驮盆地的发生。模拟结果认为甫沙地区和乌泊尔地区都接受了填平补齐的沉积方式,但基底沉降差异造成了两者的构造样式明显不同。在小范围内(后陆至前陆小于80km),甫沙地区基底以水平方式发生沉降,褶皱冲断带前缘接受了大量沉积;而乌泊尔地区基底在挤压下发生弯曲,使得后陆发生了更大的沉降从而接受了更多的沉积。     

江南造山带东段陈蔡地区新元古代高硅埃达克质花岗闪长岩的发现及其构造启示

华南由扬子板块与华夏板块在新元古代拼合而成,其拼合时间与演化模式一直广受争议。江南造山带是其重要的拼合带,带内保留一系列新元古代沉积作用-岩浆活动记录,是研究扬子板块与华夏板块拼贴碰撞时间与演化机制的理想场所。本文针对江南造山带东段陈蔡地区花岗闪长岩,开展了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、全岩主微量元素及Sr-Nd同位素地球化学研究。代表性样品的~(206)Pb/~(238)U加权平均年龄为838±5Ma和836±4Ma,为花岗闪长岩的原岩结晶年龄。样品K_2O含量为1.30%～2.57%,铝饱和指数(A/CNK)为1.01～1.54,为钙碱性过铝质花岗闪长岩。样品高Si O_2(63.38%～68.97%)、Al_2O_3(15.30%～16.70%)、Na_2O(3.89%～6.24%)、Sr(306×10~(-6)～628×10~(-6))、Sr/Y(26～80)和低Mg O含量(0.64%～1.99%)、K_2O/Na_2O(0.17～0.64)、低Y含量(3.38×10~(-6)～16.10×10~(-6))和Yb含量(0.42×10~(-6)～1.67×10~(-6)),δEu异常不明显,相对富集轻稀土和大离子亲石元素、强烈亏损重稀土和高场强元素、低~(87)Sr/~(86)Sr初始值(0.7015～0.7022)和高ε_(Nd)(t)值(+4.10～+6.13),具有与高硅埃达克岩相似的特征。结合区域构造演化背景,认为陈蔡花岗闪长岩是扬子板块与华夏板块之间的古洋壳向双溪坞陆弧地体俯冲的过程中,俯冲板片熔体被少量地幔楔橄榄岩同化和交代的产物,暗示838～836Ma时江南造山带东段仍处于俯冲消减阶段,扬子与华夏尚未完成最终拼合。综合现有证据,认为扬子与华夏在江南造山带各区段于ca.825～820Ma完成拼合。     

地壳放射性生热效应对大陆俯冲过程影响的数值模拟研究

岩体中的放射性生热是地幔对流和地壳变质作用的关键热源之一,但地壳放射性生热率是如何影响大陆俯冲-碰撞的动力学过程,尤其是大陆碰撞区域的热结构演化,尚未获得共识。本文使用热-力学数值模拟方法对上、下地壳放射性生热率进行系统的模拟实验,以研究其对大陆俯冲动力学演化过程的影响。模型实验表明,由于大陆上地壳富集U、Th和K等主要放射性生热元素,且放射性生热率的变化区间较大(1.0~3.0μW/m~3),导致其对大陆俯冲碰撞动力学演化过程的影响较为显著,主要包括进入俯冲通道内的上地壳体积大小、碰撞区域内地壳熔融范围、俯冲下地壳物质折返的规模和两大陆的耦合程度等四个方面。而大陆下地壳则以中-基性岩为主,相对亏损U、Th、K等主要放射性生热元素,且放射性生热率的变化区域较小(0.2~0.8μW/m~3),致使其对大陆俯冲演化过程的影响相对有限,主要通过控制俯冲下地壳以及大陆板片的粘滞度和流变强度的大小,进而制约大陆俯冲过程下地壳物质折返的规模以及板片倾角的大小。     

海南岛晨星早石炭世高度亏损N-MORB型玄武岩及其地质意义

海南岛地处印支陆块和华南陆块的交界地带,具有复杂的构造演化史,其拼合机制及精细时代一直备受争议.在海南岛昌江-琼海断裂以北的晨星地区识别出一套具高ε_Nd(t)值的火山岩,对其进行了全岩40Ar-39Ar年代学及主、微量元素和同位素地球化学研究.结果表明,该火山岩的全岩40Ar-39Ar坪年龄为328.1±2.6 Ma,代表了其喷发年龄;该变基性岩SiO₂含量为46.92%~52.58%,具有低TiO₂、低K₂O、高Al₂O₃的特征;稀土元素丰度为15.1×10-6~28.7×10-6, 呈现N-MORB型微量元素配分曲线, ε_Nd(t)高至9.02~9.85,显示出高度亏损的地球化学特征;其成因被解释为源于受流体交代作用改造的MORB型地幔源区.综合分析表明晨星地区变基性岩的形成可能与古特提斯洋陆俯冲格局下华南与印支陆块间的弧后盆地或有限洋演变有关.      

江南东段平水地区桃红闪长岩:早新元古代洋壳消减的证据

平水一带早新元古代岩浆岩的精细年代学约束及其形成构造背景的厘定是理清华南内部新元古代演化机制的重要突破口.对江南造山带东段平水地区桃红岩体中的闪长岩进行了详细的锆石U-Pb年代学(LA-ICP-MS)、全岩地球化学和Sr-Nd同位素研究,结果显示:闪长岩锆石U-Pb年龄为913±2 Ma和898±2 Ma,代表其形成年龄;去掉挥发分并百分化处理后,SiO₂、Al₂O₃、Na₂O和K₂O含量分别为58.33%~63.36%、15.76%~17.42%、2.62%~3.12%和0.53%~1.53%,属低钾-中钾系列;铝饱和指数(A/CNK) 为0.84~0.92,属偏铝质;轻重稀土分异明显((La/Yb)_N=4.65~6.09)、轻微Eu异常(δEu=0.82~1.01)、高场强元素(Nb、Ta、Ti、P) 强烈亏损、大离子亲石元素(Rb、Ba、K、Sr) 相对富集,具岛弧岩浆亲缘性;具低(87Sr/86Sr)_i值(0.703 060~0.703 076)、高ε_Nd(t) 值(+6.58~+6.76).综合研究认为桃红闪长岩为扬子与华夏陆块之间的古洋壳南东向俯冲的过程中,被俯冲板片流体和熔体改造的地幔楔橄榄岩部分熔融的产物;双溪坞群及其同期岩浆岩应是扬子与华夏陆块早期拼合阶段的产物,与格林威尔构造事件无关.      

大洋平板俯冲的数值模拟再现:洋–陆汇聚速率影响

利用地球动力学数值模拟方法探讨了洋-陆汇聚时,大洋岩石圈的绝对俯冲速率和上覆大陆岩石圈的向洋绝对逆冲速率对俯冲模式的影响,尤其是上覆大陆的向洋绝对逆冲速率与平板俯冲之间的关系。模型结果显示,对于年龄为40 Ma的含正常洋壳厚度的大洋岩石圈,在初始俯冲角度为现今洋–陆俯冲平均倾角的极小值(19°)条件下,低速大洋俯冲(绝对俯冲速率≤3 cm/a)且上覆大陆岩石圈向洋绝对逆冲速率≥1 cm/a时,具备形成平板俯冲的条件。当中–高速大洋俯冲(绝对俯冲速度3 cm/a)时,在上覆大陆的绝对逆冲速率不小于俯冲速率时可以形成平板俯冲。当增加初始俯冲角度到平均倾角的极大值(36°)时,仅在低速大洋俯冲(绝对俯冲速率≤3 cm/a)且绝对逆冲速率达到10 cm/a时(自然界中基本不存在),才有可能出现平板俯冲,其他情况均表现为陡俯冲。我们的模拟结果表明:(1)较高的大洋岩石圈绝对俯冲速率更容易克服板间耦合作用力而有利于陡俯冲形成;(2)较高的上覆大陆绝对逆冲速率更有利于俯冲板片弯曲而趋向于平板俯冲形成;(3)上覆大陆朝向海沟的逆冲速率会在俯冲板片下方产生水平向陆的地幔流,绝对逆冲速率越大该地幔流越强烈,导致作用于板片下表面的水平剪切分量越大而有利于板片弯折和平板俯冲发生;(4)初始俯冲角度的增加对平板俯冲的形成起到强烈抑制作用。这些能被现今平板俯冲,如具相似洋–陆汇聚速率条件的南美洲西海岸平板俯冲实例所验证。     

江西崇仁新元古代岛弧型斜长角闪岩的年代学、地球化学及其构造意义

为了解赣中周潭群的构造属性和华夏陆块的演化历史,本文对崇仁地区的斜长角闪岩开展了锆石U-Pb年代学和地球化学研究。结果表明,崇仁地区斜长角闪岩形成年龄为(870±9) Ma,其SiO_2含量为51. 22%～53. 11%,MgO为6. 16%～6. 74%,TiO_2为1. 23%～1. 40%,原岩为拉斑玄武岩。崇仁地区斜长角闪岩LaN/YbN值为1. 85～2. 12,GdN/YbN值为1. 10～1. 17,与E-MORB相比富集大离子亲石元素。样品亏损高场强元素,具有明显的Nb-Ta异常、Nb/La=0. 50～0. 72。样品的εNd(t)值为5. 1～6. 0,其源区为受俯冲组分改造的地幔楔,其构造背景为弧后盆地。结合前人在华夏陆块的工作,推测崇仁相山新元古代～870 Ma斜长角闪岩与北侧的弋阳周潭群火山岩指示了华夏内部新元古代弧后盆地的存在。     

地幔柱影响大陆板块漂移速率的数值模拟研究——对印度板块晚白垩世快速漂移的启示

本文利用二维地球动力学数值模拟方法研究地幔柱与大陆岩石圈相互作用,着重探讨上覆大陆岩石圈结构、地幔柱规模及二者间的相对位置等参数对上覆大陆漂移速率的影响。模拟结果表明,在地幔柱作用下,大陆是否含厚的岩石圈根对其自身的漂移速率有一定影响;在相同规模地幔柱作用下,大陆的漂移速率随着岩石圈根的增厚而减小。另外,大陆岩石圈越长其漂移速率越小,最终漂移距离越短。且随着地幔柱直径的增加,上覆大陆漂移速率和持续漂移时间都会随之增加。对于含岩石圈根模型而言,岩石圈根位置越靠近地幔柱上涌中心,上覆大陆的漂移速率越大,最终漂移距离越长。而对于不含岩石圈根模型,上覆大陆与地幔柱的相对位置同样影响较大。地幔柱越靠近上覆大陆岩石圈的边缘,其对于大陆漂移的影响越显著。上涌地幔柱对于上覆大陆漂移普遍起到10 cm/a以上的增速作用。模型结果对认识印度大陆在晚白垩世的快速向北漂移提供了重要的动力学约束和地质启示。