大别造山带浅变质岩的地质-地球化学特征及成因机制

大别造山带超高压变质带内部及其北缘,出露仅经过绿片岩相变质作用的浅变质岩系。通过对部分浅变质岩的区域分布、地质特征及地球化学的综合研究表明,这些浅变质岩系形成于新元古代扬子板块北缘的裂陷盆地中,并遭受新元古代岩浆侵位和以寒冷气候位特征的大气降水热液蚀变,共同经历了与扬子大陆板块俯冲-碰撞过程中有关的构造热事件;因此认为这些浅变质为扬子板块俯冲过程中被“刮”下来的构造残片,为大陆板块俯冲过程中形成的加积杂岩,并为扬子板块与华北板块的俯冲和碰撞的动力学过程提供有力的科学佐证。在此基础上,厘定了大别造山带浅变质岩的形成及其与扬子大陆板块俯冲的构造模型。     

扬子板块北缘新元古代构造属性的岩浆事件制约

黄陵地区新元古代侵入杂岩可为研究扬子板块北缘新元古代构造演化过程及其深部动力学机制提供关键信息。依据岩石组合及分布特征,可将黄陵杂岩划分为黄陵庙岩套、三斗坪岩套、大老岭岩套和晓峰岩套四个单元。本文以黄陵杂岩的围岩崆岭杂岩中花岗片麻岩、黄陵庙黑云母花岗岩和三斗坪闪长岩为研究对象,在系统的野外地质和岩石学研究基础上,开展了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析。结果表明,崆岭杂岩花岗片麻岩原岩年龄为1978±13 Ma,且记录了2.5 Ga的构造-热事件。黄陵庙黑云母花岗岩和三斗坪闪长岩分别形成于815±9 Ma和813±6 Ma,与黄陵庙岩套和三斗坪岩套的侵位时限基本一致。综合分析本次研究结果与前人资料,认为黄陵杂岩主要形成于863～794 Ma,为新元古代早期岩浆活动的产物。通过综述区域地质和地球化学研究资料,认为黄陵杂岩形成于新元古代早期活动大陆边缘的构造环境,提出扬子板块北缘在新元古代早期经历了长期的俯冲-增生造山过程。     

甘肃北山地区榴辉岩的变质年龄：来自锆石的U-Pb同位素定年证据

北山造山带地处塔里木-中朝板块与哈萨克斯坦板块的交汇部分,主造山时期被认为是早古生代。榴辉岩产在北山造山带的南带,带中榴辉岩与大量基性超基性洋壳岩石和俯冲碰撞有关的花岗岩等伴生,反映该带有可能代表板块的边界。北山榴辉岩的锆石SHRIMP U-Pb同位素定年表明,榴辉岩相的变质年龄为(819±21)Ma,原岩年龄为(1007±20)Ma,表明北山地区存在新元古代一次重要的板块裂解和俯冲碰撞事件。与北山相邻的祁连山南部柴北缘地区近年也报道存在新元古代板块裂解和蛇绿岩洋壳形成事件,表明中国西部存在区域上的新元古代洋盆裂解事件,或称之为罗德尼亚大陆裂解事件。需强调的是,北山榴辉岩相变质事件发生在新元古代,柴北缘榴辉岩的原岩虽为新元古代洋壳岩石,但榴辉岩相变质作用则发生在早古生代,反映北山新元古代俯冲碰撞事件之后的又一次俯冲碰撞事件。     

南秦岭中,新元古代地层划分对比新认识

在运用板块动力学模式研究晚前寒武纪地层划分对比问题的基础上,根据南秦岭构造带区域地质的实际情况,提出在中、新元古代南秦岭曾经历了晋宁期造山作用和澄江期裂解作用两次重大构造事件,它们控制了区内不同岩石建造的形成和时,空分布,据此对区域内中,新元古代地层的划分对比提出了新的认识。     

太平洋板块中—新生代构造演化及板块重建

太平洋板块是一个中生代以来形成的地球上最大的大洋板块,但其起源机制、结构构造、构造演化等始终不清楚。太平洋板块内部的复杂性更是未受到重视,其内部的大火成岩省、海山链、微洋块、微陆块及其下部更深层地幔的微幔块都非常发育,这些复杂板内或板下构造代表的地球动力学含义亟待解决。文章基于最新的板块重建结果,试图分析其运动学过程,揭示太平洋板块形成与演化机制。研究表明,太平洋板块起源于RRR三节点,但不是一个纯粹的完整大洋板块,其增生演化过程经历了非威尔逊旋回模式,其板缘经历了一些外来微陆块或微洋块的并入,其内部也因各种原因出现了一些新生微洋块,总体表现为一个碎片化的镶嵌式板内格局。太平洋板块记录了与邻区板块相互作用的重要构造事件,大约55 Ma左右开始俯冲到东亚陆缘,导致东亚陆缘短暂的北西-南东向伸展,随后受印度-欧亚碰撞动力系统和太平洋俯冲动力系统联合控制,总体处于右行右阶的拉分背景,形成了一系列盆地群,俯冲后撤等逐渐形成了双俯冲系统。太平洋板块还记录了深浅部耦合过程,下地幔中的太平洋LLSVP通过遥相关对上部岩石圈微板块、大火成岩省分布具有决定性作用;火山链或热点揭示板块运动同时,也反映深浅部物质交换过程,海山群也揭示太平洋板块之下软流圈并非单一对流胞,其对流格局的多样性尚待深入研究。      

中国塔里木板块南华纪成冰事件及其地层对比

"雪球地球"假说为全球新元古代冰碛岩研究注入了新的活力。各国地质学家根据新元古代冰碛岩全球各大洲发育的特点,并依据同位素年龄、δ13C/δ18O和Sr的比值和化学蚀变指数(CIA)为全球的新元古界划分出4个冰期,但国际上的4个冰期的限定,是各大洲不同剖面冰期的集合。新元古代冰期事件周期变化视为早期生物复苏和早期动物分异的起点。由于国际埃迪卡拉系底界(GSSP)年龄,即成冰系顶界年龄确定后,使成冰系底界年龄成为当前研究的重点。中国新疆塔里木板块库鲁克塔格地区新元古代冰碛岩是目前世界各大陆中发育有4套连续的新元古代冰碛岩和多期火成岩事件的唯一剖面,它的进一步深入研究,可以备考全球冰期的同步性,以期建立全球新元古代冰碛岩标准剖面。本文报道了来自塔里木西南缘南华系波龙组的碎屑锆石年龄,有助于我们对塔里木板块西南缘南华系时代的限定。     

阿留申俯冲带几何学特征及运动学成因模式

阿留申俯冲带位于环太平洋俯冲带最北端,是东太平洋型俯冲和西太平洋俯冲的过渡区域。该俯冲带火山岛弧距离海沟的距离从东向西逐渐增大,而形成地球上独特的岛弧火山链与海沟V字型斜交的现象。这一现象的运动学成因目前并没有统一的认识。本文通过对阿留申俯冲带几何形态数据、运动学数据进行整理分析,尝试运用构造赤道理论探讨该现象形成的运动学背景。阿留申俯冲带的几何学数据表明:从俯冲带东段(175°E)至俯冲带西段(155°W),火山岛弧距俯冲海沟的距离从80 km增加至250 km。与此同时,俯冲板片的倾角由60°减小至30°。板块的运动学分析表明:相对北美板块,太平洋板块的东段的运动矢量为48 mm/a,向北运动;逐渐转变为西段的78mm/a,向西北方向运动。相对于软流圈,太平洋板块的运动方向没有改变,始终向西北方向运动,速率向西逐渐增加。因此,在俯冲带的东段太平洋板块的绝对运动方向和相对运动方向存在30°左右的夹角,而这个夹角在西段几乎不存在。太平洋板块的绝对运动方向和相对运动方向之间的夹角不同,会导致软流圈对俯冲板片的反作用力差异,从而形成不同的俯冲角度和俯冲带宽度。太平洋板块相对北美板块和相对地幔的速度方向夹角的变化被认为是引起阿留申火山弧与海沟"V"字型斜交的运动学成因。     

塔里木地块前寒武纪地质研究进展评述

塔里木地块是我国三大主要陆块之一.它是一个具有完整的前寒武纪基底且发育了良好的新元古代盖层沉积的大陆块体.笔者等综合了近十年来中外地质学家对塔里木前寒武系的研究成果,并对这些取得的资料进行系统分析,概括了塔里木前寒武纪构造演化阶段、过程以及塔里木在前寒武纪时期与全球性的超大陆汇聚和裂解事件的沉积、变质、岩浆及构造作用的耦合关系.特别指出,笔者等详细地讨论了含蓝片岩的阿克苏群可能的沉积时代、发生蓝片岩相变质的时间,并结合对新元古代岩浆事件的综合分析,提出塔里木在新元古代早期(900Ma)汇聚到澳大利亚北缘,成为Rodinia超大陆的一部分.在新元古代中—晚期,沿塔里木北缘的俯冲可能一直持续到760Ma.820～760Ma期间,新元古代Rodinia超级地幔柱和板块俯冲共同制约了塔里木北缘的岩浆作用和变质作用.这一模式可能对认识华南地区新元古代复杂的岩浆作用具有启示意义.     

再论“关于板块运动启动时间的争论”

笔者在"关于板块运动启动时间的争论"一文(陆松年等,2016)基础上,参阅公开发表的部分文章,介绍了前板块岩浆洋和停滞盖研究的新进展,并再次讨论有关板块运动启动时间的不同认识和观点。根据太阳系30个类地行星天体图像资料,硅酸盐质行星体在它的生命期由于冷却和岩石圈增厚似乎经历过多种构造样式,包括岩浆洋、多类型停滞盖以及板块构造。硅酸盐类行星由于增生、分异、撞击和放射性活动,使星体变热,发生熔融反应而形成"岩浆洋"。硅酸盐星球体早期很可能是大面积但寿命很短的岩浆洋,之后的星球可能受两种构造模型控制:停滞盖构造和板块构造。已有资料表明,停滞盖构造是类地行星的主要构造类型,而板块构造在类地行星中是十分罕见的。停滞盖构造是一个单一的、围绕天体的板块,基本由硅酸盐质岩石圈组成。停滞盖构造有三种主要变化形态——热管、滴状及柱状体、拆沉及上涌流。板块构造启动时间从>4.4Ga到0.85Ga至少有11种不同观点:认为板块构造始于冥古宙的有1种、始于始-古太古代的有3种、始于中-新太古代的有4种、始于古元古代有1种、始于新元古代的有2种。本文重点介绍了地球冥古宙-太古宙板块运动启动的地质学证据和特点。     

皖北新元古代大地构造演化研究进展

皖北发育了保存完整的新元古代沉积记录和少量的岩浆活动记录,是理解华北板块东南缘新元古代大地构造演化的重要窗口。本文对前人工作进行了总结并指出了当前存在的主要问题:(1)皖北新元古代沉积时限需要确认及(2)构造背景需要进一步认识。这些问题的解决需要从沉积岩和岩浆岩研究相结合的角度进行:以碳酸盐Sr、C同位素演化曲线、碎屑锆石年代学及侵入岩年代学共同约束皖北新元古界沉积时限,并综合沉积作用和岩浆作用的地球化学特征探讨皖北新元古代构造背景。     

变质作用、板块构造及超级大陆旋回

麻粒岩相超高温变质作用（GUHTM）主要发育于新太古代至寒武纪岩石中;推测在深部较年轻的,特别是新生代造山带岩石中也会有GUHTM存在。岩石中最初出现GUHTM记录意味着产生瞬时极高热流处的地球动力学发生了改变。许多GUHTM带可能发育于类似现代大陆弧后的构造背景中。在较热的地球上,超大陆及其裂解形成的循环组合,尤其是经岩石圈减薄的洋盆卷入到其外翻过程中可能产生比现代太平洋边缘更热的大陆弧后。中温榴辉岩 高压麻粒岩相变质作用（EHPGM）也是最先发现于新太古代岩石记录中,并发育于从元古宙至古生代岩石中。EHPGM带是对GUHTM带的补充,并经常认为是记录了从俯冲至碰撞造山作用的过程。在元古宙岩石记录中的蓝片岩明显记录了与现代俯冲作用相关的低热流梯度。以发育柯石英(±硬柱石)或金刚石为特征的硬柱石蓝片岩和榴辉岩（高压变质作用,HPM）及超高压变质岩（UHPM）主要是在显生宙形成。HPMUHPM记录了显生宙俯冲碰撞造山带早期碰撞过程中的低热流梯度及陆壳的深俯冲作用。尽管与直觉不同,在超级大陆聚敛期（Wilson旋回洋盆打开和关闭）的大陆地块增生过程,许多HPMUHPM带看来确实是通过小洋盆关闭而发育起来的,反映双重热体制的双重变质带仅发育于新太古代以来的岩石记录中。双重热体制是现代板块构造的特点,而双重变质作用则是板块构造在岩石记录中的特征性标志。尽管构造样式很可能不同,新太古代以来GUHTM和EHPGM带的发育证明“元古宙板块构造体制”的开始。以冷俯冲和大陆地壳深俯冲至地幔,以及其中的部分又从深达300 km处发生折返为标志,“元古宙板块构造体制”在新元古代进化为“现代板块构造体制”,这个转变可由岩石中的HPMUHPM证明。记录这种极端条件的变质带年龄是不一致的,而变质作用发生时间与各大陆岩石圈聚合到超级克拉通（如Superia/Sclavia）或超级大陆（如Nuna (Columbia), Rodinia, Gondwana, 和Pangea）的时间却是一致的。     

俯冲带形成机制的可检验假说和检验方案

五十年前板块构造理论的诞生是地球科学领域的一场革命,它为理解地球如何运作构建了基本框架。过去五十年对该理论的进一步研究告诉我们地质过程最终都是地球热损失的结果。例如,大洋岩石圈板块在洋中脊形成,其运动和增生以及最终通过俯冲带进入地幔导致地幔冷却降温,从而导致大规模的地幔对流。亦即,板块构造的直接驱动力是俯冲大洋岩石圈板块的下沉力。因此,没有俯冲带就没有板块构造,但是俯冲带如何开始仍然有争议。对俯冲起始的研究从未中断,有数值模拟也有地质推断。2014年在西太平洋用三个IODP航次(350、351和352)来检验“自发”和“诱发”俯冲开始的想法。所有这些努力都值得肯定,但这些是无法检验的想法。无法检验意味着没有结果。本文介绍至今唯一可用地质学方法检验的假说,亦即“岩石圈内横向物质组成差异导致的浮力差是俯冲带形成的起因”。这种浮力差位于海底高原的边部和被动大陆边缘,因此这些部位是未来俯冲带起始的必然轨迹。在远离这些部位的正常洋盆内因缺乏浮力差而俯冲带不可能起始。换句话说,“所有岛弧一定有大陆(或海底高原)基底”,这可以通过采集和研究岛弧基底岩石来验证。     

华北克拉通的形成以及早期板块构造

地球上最早的地壳岩石是高钠的花岗质(TTG)岩石,但是否有更老的洋壳存在过、以及陆壳是怎样形成的,涉及到地球动力学几乎所有的问题。其中板块构造是在什么时候开始的,就是个延续了数十年热度不减的前沿科学问题。流行的说法是板块构造始于新元古代,也有一些学者认为在新太古代就已经开始,或者认为自从地球上有了水的记录,就开始有板块构造。在众多的判别板块构造的标志中,蛇绿岩残片和古老的高压变质岩无疑是两个最具影响力的问题。前者可以确定有远古的古老洋壳存在过并成为缝合带中的残片,后者可以指示曾有地表的岩石单元被俯冲到深部,是俯冲、消减与碰撞的岩石学证据。本文在讨论和比较了太古宙绿岩带与蛇绿岩,以及早前寒武纪高温高压(HTHP)麻粒岩/高温—超高温(HT-UHT)麻粒岩与造山带高压变质带之后,认为尚不能作为板块构造的证据。本文还对华北的新太古代末的稳定大陆形成以及古元古代活动带的裂谷-俯冲-碰撞进行了论述。提出华北克拉通在新太古代末的绿岩带-高级区格局可能标志着热体制下有限的横向活动构造,微陆块被火山-沉积岩系焊接,随后发生变质作用和花岗岩化,完成稳定大陆的克拉通化过程。其构造机制可能是适度规模且多发的地幔柱构造控制下小尺度的横向构造运动的机制。华北克拉通的古元古代活动带有与绿岩带-高级区不同的构造样式,表壳岩带状分布,经受了强烈的变形以及中级变质作用,伴随花岗岩的侵入,虽然没有蛇绿岩和高压变质带,但已表现出板块构造的雏形特征。     

地体的单向和多向聚合与离散

地体构造是对板块构造理论的发展和补充,它受控于全球板块动力学体系,因此不能将地体与板块割裂开来去研究.其相对于刚性板块的小规模、多样性和广泛性,对了解全球板块的离散和大陆的拼贴增生过程具有十分重要意义.地体构造无处不在,它不仅存在于中、新生代陆缘造山带中,也存在于古老造山带中,一些古老的克拉通实际上也是由不同的地体拼合...     

Late Cenozoic brittle deformation in the Southern Patagonian Andes: Record of plate coupling/decoupling during variable subduction?

The Andes of southern Patagonia experienced a Miocene shift towards faster and higher angle subduction followed by the approach and collision of the Chile oceanic ridge. We present a kinematic study characterizing palaeostress fields computed from brittle tectonics to better constrain upper crustal deformation during this complex scenario. Although previous studies already suggested variable kinematics, it is striking that in a long‐lasting subduction environment, the computed palaeostress tensors are mostly strike‐slip (55%), while 35% are extensional, and only 10% compressive which are concentrated along a main frontal thrust. Cross‐cutting relationships and synsedimentary deformation indicate that a long‐lived strike‐slip regime was punctuated by a lower Miocene extensional event in the foreland before the main compressional event. The results are discussed in contrasting geodynamic models of plate coupling/decoupling versus direction and rate of convergence of the subducting plate, to explain the main mechanisms that control back‐arc deformation.     

试论大陆构造研究问题

本文对大陆构造研究中存在的某些问题作了初步讨论,认为大陆构造研究不能照搬板块构造或地体构造理论,而应博采众长,并以活动论思想为指导,建立起大陆构造的几何学、运动学和动力学的知识体系才能担负起创造性发展大陆构造的时代重任。     

关于大陆构造研究的一些思考与讨论

指出板块构造理论在解释大陆构造中的不足之处,从而在进一步深化板块构造理论发展的同时,构建大陆构造理论体系;通过长期大陆构造研究实践并利用国内外大陆造山带的6个例子提出有关大陆的基本问题,诸如早期大陆起源、超大陆方式演化的大陆演化机制以及大洋和大陆岩石圈的本质不同和构造旋回;说明大陆是由板块构造(包括可能的板块构造远程效应)和大陆自身机制分别形成的组分的拼合体.主张大陆有自身的机制操控它的起源、保存和演化.在排除了来自板块边缘以及板块远程效应的作用力的前提下,出现在陆内环境的造山作用可由大陆本身尤其可能由陆内中小块体之间的相互作用引发.需要强化大陆构造研究,在深化板块构造理论的同时,探索和创建大陆构造理论体系.     

大地构造学和地球动力学现代问题——从板块构造学到全球动力学

６０年代板块构造概念的出现标志着地球科学革命性的进步。３０年来，我们获得的经验表明，现代板块构造在岩石圈和软流圈物性、三种板块运动形式、扩张和俯冲的均衡以及板块运动原因等都与经典板块构造有很大不同。同时，它仍有一些问题和缺陷。世纪交替之时，随着象地震层析成像等新技术的发展，有可能建立新的全球理论来取代板块构造。新理论应该包括整个固体地球，岩石圈是分层的，而且地球内部的对流准自动地进行。同时，地球层圈之间具有相互作用。还应该承认，构造圈（岩石圈＋软流圈，深至４００ｋｍ）中以板块构造为主，而在软流圈之下地幔柱构造起控制作用。在所有的上部层圈能够探测到抬升或下降过程中热—物质流之间的补偿。整个地球历史中，地球和其层圈的内生过程，包括板块构造和地幔柱构造相互作用的变化，具有旋回性和方向性。由此，地球体积呈脉动性变化是必然的。此外，还必须考虑宇宙因素对地球动力学的影响     

Initiation of plate tectonics in the Hadean: Eclogitization triggered by the ABEL Bombardment

When plate tectonics began on the Earth has been long debated and here we argue this topic based on the records of Earth-Moon geology and asteroid belt to conclude that the onset of plate tectonics was during the middle Hadean(4.37-4.20 Ga). The trigger of the initiation of plate tectonics is the ABEL Bombardment, which delivered oceanic and atmospheric components on a completely dry reductive Earth, originally comprised of enstatite chondrite-like materials. Through the accretion of volatiles, shock metamorphism processed with vaporization of both CI chondrite and supracrustal rocks at the bombarded location, and significant recrystallization went through under wet conditions, caused considerable eclogitization in the primordial continents composed of felsic upper crust of 21 km thick anorthosite, and 50 km or even thicker KREEP lower crust. Eclogitization must have yielded a powerful slab-pull force to initiate plate tectonics in the middle Hadean. Another important factor is the size of the bombardment. By creating Pacific Ocean class crater by 1000 km across impactor, rigid plate operating stagnant lid tectonics since the early Hadean was severely destroyed, and oceanic lithosphere was generated to have bi-modal lithosphere on the Earth to enable the operation of plate tectonics.Considering the importance of the ABEL Bombardment event which initiated plate tectonics including the appearance of ocean and atmosphere, we propose that the Hadean Eon can be subdivided into three periods:(1) early Hadean(4.57-4.37 Ga),(2) middle Hadean(4.37-4.20 Ga), and(3) late Hadean(4.20-4.00 Ga).     

论全球岩石圈板块构造的动力学机制

全球板块构造的动力学机制问题是一个热门但至今尚未解决的难题。本文首先回顾了近百年来大地构造学的各种主要假说和近四十年来板块构造学说的许多新进展。在上述研究的基础上, 受Rampino和Stothers关于陨击作用可引起地表重大灾变事件思想的启发,笔者提出了一个新的假说。基于中、新生代(200 Ma以来)每隔33 Ma太阳系就会穿越一次银河系星际物质密集的银道面,诱发太阳系内部引力场的巨变,使部分小行星失稳,从而撞击地球。笔者根据用以描述中生代以来全球板块构造的七种不同的运动模式, 提出了巨大陨星在不同地点、以不同角度撞击地表岩石圈,可能诱发地幔底辟的形成,从而推动板块呈放射状或单向运移的假说,也即在200、170、100、65和0.78 Ma等时期的陨击事件基本上是垂直地表面而撞击的,从而诱发地幔底辟的形成和岩石圈板块的放射状张裂和运移;138 Ma的陨击事件可能是指向印度板块的斜向撞击;而35 Ma时期的微玻璃陨石撞击事件则是陨石以极低角度撞击地球表面的表现。陨石撞击地球,这是太阳系内部各星体之间引力作用变化的表现,因而此假说不是什么外因作用论。