比较行星地质学

比较行星地质学欧阳自远（中国科学院地球化学研究所贵阳５５０００２）关键词比较行星地质学，地球，行星１比较行星地质学的诞生比较行星地质学是以地球为基础，对比研究太阳系各行星（特别是类地行星）的物质组成、表面特征、地质构造、物理场、内部结构和演化历史的学...     

铀钍的地球化学及对地壳演化和生物进化的影响

本文论述了在含挥发份和贫挥发份条件下Ｕ、Ｔｈ的迁移行为及其对地球和行星演化的影响,并阐述了造成地球独特地质演化历史的原因。提出了Ｕ、Ｔｈ在地球中的迁移模式以及该模式对地壳形成、演化的控制作用和对生物发展演化的可能影响。     

“行星地质与化学”专辑序

正行星科学起源于天文学和地球科学,是伴随人类月球和行星探测工程快速诞生的学科,与全球板块活动理论同时期建立。经过半个多世纪的发展,行星科学已细分为行星地质、行星化学、行星物理、天体生物学等成熟的分支。其中,行星地质学使用多源遥感数据和模拟对比的方法,主要目的是了解天体的地质演化;行星化学起源于传统地球化学和陨石学,主要目的是了解天体物质的起源和演化。行星地质和化学从跨越天体的角度研究地质过程和地球化学的本质,为探索地球的起源和演化,尤其是地球早期演化、生命起源等重大科学问题提供了独特的视角。     

21世纪地球科学研究的重大科学问题

凝炼地球科学研究的重大科学问题,对推动地球科学基础研究的发展具有重要意义。美国国家研究理事会（National Research Council）2008年3月发布的研究报告《地球的起源和演化：变化行星的研究问题》提出了21世纪固体地球科学研究的10个重大科学问题：①地球和其他行星的起源;②地球早期的演化历史;③生命的起源;④地球内部的运动及其对地表的影响;⑤地球的板块构造与大陆;⑥地球的物质特性对地球过程的控制;⑦气候变化的原因与幅度;⑧地球—生命的相互作用;⑨地震、火山喷发等灾害及其后果的预测;⑩地球内外流体运动对人类环境的影响。这些重大科学问题对我国的地学发展战略研究及地球科学基础研究均将具有重要的借鉴和指导意义。主要依据NRC的《地球的起源和演化：变化行星的研究问题》报告,对这些重大科学问题进行了解读和分析。     

当代地球科学的一个重要发展趋向——岩矿地质学——二十七届国际地质大会重要议题之一

当代地质学理论体系与其他基础理论学科一样,正在经历着一场重大的变革,它肩负着对整个宇宙和生命进行总体研究的使命,不仅要解释地球的结构与演化,而且还要阐明行星的形成,对天体的形成与演化作出科学论断。岩矿地质学作为地球科学的一个重要组成部份,其研究领域越来越广阔,意义越来越理远。由于各种先进测试手段和数学方法的广泛采用。使得矿物学、岩石学和地球化学的命     

行星地球不均一成因和演化的理论框架初探

地球是太阳系的一部分 ,研究地球的成因和演化必须要与太阳系的形成结合起来。文章在综合最新的地球化学、地球物理和天体化学研究资料的基础上 ,对地球的不均一成因进行了理论上的推导。对星子学说、地球的多阶段堆积模型和地球化学不均一性以及它们的相互关系进行了论述 ,从行星演化的角度阐述地球不均一成因的理论框架。根据行星起源的星子学说 ,以及天体化学、地球化学和深部地质地球化学和地球物理资料的多重限制 ,行星地球的增生经历了两个主要阶段 ,即原地球的形成阶段和晚期星子堆积形成上地幔镶饰层阶段。早前寒武纪岩石的铅、钕、氧同位素的研究表明 ,在地球形成的初期就存在化学不均一性 ,而这种不均一性很可能代表初始堆积星子化学组成的差异     

类地行星热物理条件与热演化影响因素分析——以火星地幔热柱演化为例

太阳系内类地行星具有相似的岩石层包围金属核的圈层结构,在行星幔的热演化历史起源方面具有同时性和同源性,并且都在早期变形重力位能加热的基础上随放射性热能衰减而冷却。但是,由于半径、密度、粘度以及表层构造属性等物理条件的差异,其热演化历史各具特色。依据基本的热对流和热传导方程,我们计算分析了类地行星热物理条件差异对行星幔热演化历史的影响。计算表明,类地行星热演化的早期,行星幔热对流是主要的散热方式。半径较大的行星表面热流密度大,平均散热量也大。半径较小的行星内部温差小,粘滞系数高,对流能力低,提早进入传导散热状态,且传导散热的岩石层也比大行星厚。不同边界层热物理条件下,类地行星幔热演化历史会分别出现逐渐冷却的平稳式、包含热柱上涌的波动式、行星幔幕次翻转的周期式等特点不同的热演化过程。火星内部曾经存在的地幔热柱构造与火星地幔热动力学演化过程密切相关。我们从火星地幔热动力学演化模型出发,定量计算与地幔热柱构造演化相关的地幔热动力学演化特征,通过三维球壳数值模拟,研究了火星地幔热演化历史上可能存在的热柱活动造成的火星热演化历史的非单调变化,火星地幔对流环结构随时间的演变方式,以及与边界相关的地幔热柱对火星地形的影响。     

特约主编致读者

<正>在地球上,通过对地质构造的研究,我们可以掌握不同尺度构造运动的发生、发展和终止的过程,了解这一过程对地球地貌、矿产资源、环境和生物演化等所产生的影响。在以月球研究为代表的行星地质学中,研究方式和手段有很大的区别,但通过对行星表面构造现象的研究同样有助于我们了解行星的结构、形成和演化以及与地球的关系。在国家高技术研究发展计划"863"项目"绕月探测工程科学数据应用与研究"子课题     

第七届国际地质年代学、宇宙年代学和同位素地质学学术讨论会简介

第七届国际地质年代学、宇宙年代学和同位素地质学学术讨论会于1990年9月24—29日在澳大利亚堪培拉召开。与会代表来自25个国家,共560人。一般会议讨论内容几乎涉及同位素地球科学的各个领域。专题会议讨论的内容包括地球的开端——从宇宙尘到行星形成、地球的第一个10亿年、地壳地幔和大气圈的同位素演化、地质历史中的界线事件、岩石的热历史和地表同位素地球化学等六大领域,它们基本代表了     

制约类地行星大气层和水体发育的主要因素

根据行星探测的资料,综合分析了水星、金星、地球(包括月球)、火星的大气层和水体的发育特征,对比了金星、火星的大气层与水体同地球的差异。类地行星质量小、体积小、密度大、旋转慢、卫星少甚至没有、挥发性元素较类木行星少、距离太阳较近,早期残留的原始大气层已经被早期太阳在金牛变星阶段的强烈太阳风所驱赶,加上巨大而频繁的撞击作用,使原始大气层被驱赶殆尽。现在的大气层是次生的,是由行星内部的去气作用形成的。类地行星的大气层、水体的发育和表生作用的特征与行星的质量大小(表征行星内部能量的大小和构造活动的强烈及持续时间)及行星与太阳的距离等因素有关。在类地行星中,地球和金星质量最大,逃逸速度最大,可将更多的气体“束缚”在它们表面,因此它们的大气有着复杂的组成和较大的密度。火星质量较小,逃逸速度不到地球的一半,在漫长的演化历史中,大气逐渐逸散进入太空,大气密度变得很稀薄。水星质量更小,而且最靠近太阳,不仅太阳风的驱赶作用强烈,而且表面温度高,气体分子的热运动更加剧烈,加剧了大气的逸散,所以水星的大气层极为稀薄,并且主要为太阳风成分。月球质量最小,几乎没有大气层,更没有水体的发育。行星的热演化历史对大气层和水体发育具有重要的制     

再论中国大陆斑岩Cu-Mo-Au矿床成矿作用

本文在综述斑岩铜矿(PCDs)最新研究进展基础上,结合最新资料,重点阐释了中国大陆非弧环境PCDs的地球动力学背景、成矿岩浆起源、岩浆-流体系统演化、成矿金属(Cu,Au,Mo)和H₂O来源及富集过程。中国大型PCDs除少量产于岩浆弧外,主要产于碰撞造山环境的构造转换和地壳伸展阶段、陆内造山环境的岩石圈伸展和崩塌阶段以及活化克拉通的边缘及内部。这些非弧环境成矿斑岩多呈彼此孤立的近等间距分布的岩株或岩瘤产出,以高钾为特征,显示埃达克岩地球化学亲和性。成矿岩浆主要起源于加厚的镁铁质新生下地壳或拆沉的古老下地壳,少数起源于遭受早期俯冲板片流体/熔体交代改造过的富集地幔。大陆碰撞和陆内俯冲引起的地壳大规模增厚和紧随其后的板片撕裂、断离、岩石圈拆沉和软流圈上涌,是形成这些成矿岩浆的主要动力机制。与岩浆弧环境斑岩类似,非弧环境斑岩也相对富水(>4%H₂O)和高f(O₂)值(ΔFMQ≥+2),但H₂O不是来自俯冲板片,而是主要来自新生下地壳的角闪石分解或/和幔源富水超钾质岩浆水注入;金属Cu(Au)主要来自新生的镁铁质下地壳中含Cu硫化物的熔融分解,或者来自拆沉下地壳熔体与金属再富集的地幔岩反应,而金属Mo则主要来自具有高Mo丰度的大陆地壳。不论在岩浆弧还是非弧环境,成矿岩浆通常相对富集成矿金属(Cu,Au,Mo),但PCDs的形成并不要求成矿岩浆在初始阶段就异常富集金属组分,但要求金属硫化物相在岩浆流体出溶前没有从岩浆中饱和分离。浅成侵位的斑岩体(1~6 km)虽然可以出溶成矿流体,但大型PCDs通常要求成矿流体出溶自深部(侵位深度≥6 km)、有镁铁质岩浆持续补给的稳定大体积岩浆房。斑岩体可以分凝出不混溶的低盐度的气相和高盐度的液相,岩浆房则直接出溶出高温低盐度的富金属超临界流体。高盐度液相和低密度的超临界气相流体均可以迁移金属,伴随大规模热液蚀变,形成PCDs。     

A new generation of the tectonic-geodynamic model of the earth: Review of the problem

Presented are the review and analysis of a series of works of Russian scientists devoted to the motion of continents and to global tectonics and geodynamics. The increasing number of publications on this subject is accounted for by controversy and imperfection of some theoretical aspects of plate tectonics. This is especially true of processes in deep mantle geospheres. The analysis performed shows that a transition to creating tectonogeodynamic models of a new generation has already started. Important components of the models are the development of the problem of a detached continent drift, primarily, mechanisms of this motion. The publications under consideration provide insight into several such mechanisms: the effect of the tidal forces of the Moon and Sun, which induce discrete wave motion in all mantle geospheres down to the core; the difference in density of oceanic and continental masses; the continental drift over the mantle as a result of cohesion; and the tectonic flow, which implies a structure-forming motion of both minor (at the microlevel) and major rock masses in the Earth’s crust and mantle. The globalization of tectonic and geodynamic models has already allowed the advance of such a timely problem as the history of the geologic evolution of deep geospheres.     

大陆下地壳高电导率的起源：矿物中的结构水

大地电磁学的测定结果显示，大陆下地壳可能具有异常高的电导率(10-4~10-2 S/m)。认识这种异常现象的起源，对于更好地理解地球内部的结构和一些典型的地质学过程具有重要的意义。虽然目前有多种机制试图对大陆下地壳高电导率现象进行解释，但是争论依然激烈，已有的模型(含水矿物模型、孔隙流体模型、颗粒边界石墨膜模型和正空穴电子对模型等)都不能提供令人信服的答案。对安徽女山下地壳麻粒岩包体中的主要组成矿物(斜长石、斜方辉石、单斜辉石)的Micro FTIR分析表明：这三种矿物普遍含有结构水，含量分别可以高至~1 700×10-6、~1 600×10-6和~2 400×10-6。麻粒岩中结构水的存在可能会对大陆下地壳的电导率分布产生重要的影响，从而可能为认识其起源提供一个新的解释方法。     

Extraterrestrial factors and their role in the Earth’s tectonic evolution in the Early Precambrian

The paper is focused on the fundamental problem of influence of extraterrestrial factors on the Earth’s geologic and tectonic evolution. Extraterrestrial factors played a decisive role in the Earth’s genesis, the formation of the first Hadean continental crust, and the beginning of the Archean era. Their significant influence persisted in the later epochs: Even in the Phanerozoic, extraterrestrial factors might have had a considerable influence on the environment. The sialic cores of protocontinental crust (4.4-3.9 Ga) with first-generation greenstone zones (3.8-3.2 Ga) and the global system of granite-greenstone belts (3.1-2.7 Ga) formed in the rotation-plume regime, mainly in the subequatorial hot belt. The formation of these global structures was, to a large extent, influenced by asteroid impacts, which caused the impact-triggered genesis of mantle plumes. Dramatic changes in the subsequent geologic history began at 2.7-2.0 Ga; at 2.0 Ga they terminated with the Moon’s transition to an orbit similar to the present-day one (50 ± 3 Earth’s radii), accompanied by the abrupt slowdown of the Earth’s axial rotation, the termination of formation of the layer D", and the start of recent plate tectonics, which is accompanied by the plume tectonics.     

日本的综合大洋钻探计划(IODP)

对日本的IODP活动以及科学目标进行简要介绍。IODP核心技术支撑之一的立管钻探船“地球号”可在水深4 000 m的海底钻进7 000 m,钻达发震带和上地幔,实现日本的IODP科学目标。日本的IODP科学规划主要有三大科学主题和八项研究目标,三大科学主题包括地幔过程和地球系统演化,地壳作用过程和地球系统演化,俯冲带和地球系统演化过程中的动力学及物质循环。其八项研究目标为：①钻探西太平洋洋底高原,认识核—幔作用过程;②钻探太平洋白垩纪—新生代沉积物,详细研究地球温室期间的物质循环及从温室环境到冰室环境的转化过程;③钻探大洋岛弧,认识大陆地壳形成过程;④钻探扩张的弧后,认识洋壳岩石圈形成过程;⑤钻探亚洲边缘海及陆坡,认识陆壳—洋壳—大气圈关系;⑥调查增生楔中的碳循环及深部生物圈;⑦调查汇聚板块边缘大地震周期及形成机制、构造及物质循环;⑧研究生活于增生楔环境中极端微生物生物学。     

地球运动周期性之初探

周期性是宇宙一切事物运动发展的普遍现象。从宏观空间--天体的运动,如银河系的旋转,太阳黑子的活动;到微观世界--基本粒子的运动,相同或类似现象在时间上莫不具有循环往复的特点。各种物质运动形式的周期性已逐渐地越来越多地为人们所认识,从昼夜的交替及四季的递变认识到地球自转与公转的周期,通过天文观测又进一步认识了日、月蚀出现的周期及其他一些天体运动的周期。     

类地天体与地球地质作用的比较研究

<正> 一、概述 地球是作为一员星球在银河系中运动和发展的。因而,它的形成和演化是应服从于一般星球形成和演化规律的。特别是与地球相邻近,而且特征也相近的星球,在形成和演化方面应有更多共同特点。 比较法是认识、鉴别事物的重要方法。事物是从与其他事物比较中反映出它的特性和共性的,在现在科学水平上,能与地球相比较的天体在亿万星球中还是极少数,我们将这些与地球相邻近,而特征又近似的天体称类地天体。     

Water content in natural eclogite and implication for water transport into the deep upper mantle

Infrared spectroscopy and ion micro-probe measurements showed that the major constituent minerals of eclogites from the Kokchetav massif, which have been subducted to 180 km depths, contain significant amounts of water up to 870 ppm H₂O (by weight) in omphacite, 130 ppm H₂O in garnet and 740 ppm H₂O in rutile. Omphacite shows three hydroxyl absorption bands at 3440–3460, 3500–3530 and 3600–3625 cm^− 1, garnet has a single band at 3580–3630 cm^− 1 and rutile has a single sharp band at 3280 cm^− 1. The hydroxyl absorbance at these wavenumbers changes with the crystal orientation in polarized infrared radiation, indicating that the water is structurally incorporated in these minerals. The water contents in omphacite and garnet increase systematically with the metamorphic pressure of the host eclogites. The partitioning coefficient of the water content between coexisting garnet and omphacite is similar in different eclogites, D^Grt/Omp0.1–0.2, but decreases slightly at high pressure. Based on the mineral proportions of the eclogites, we estimate bulk-rock water content in the eclogites ranging from 3070 to 300 ppm H₂O (by weight). Although hydrous minerals are absent in the diamond-grade eclogite (60 kbar and 1000 °C), trace amounts of water are incorporated in the nominally anhydrous minerals such as omphacite and garnet. The presence of significant water in these minerals implies that the subducting oceanic crust can transport considerable amounts of water into the deep upper mantle beyond the stability of hydrous minerals. Such water may be stored in the deep upper mantle and have an important influence on dynamics in the Earth's interior.     

华北古陆的形成与构造演化史

以华北古陆为例，论述了地球演化史中经历的三大阶段：（１）古陆的形成阶段（４６００～１８００Ｍａ）：地球形成早期，以地幔对流为主导作用，到早太古宙出现初始古陆核，地幔对流驱动的地体拼贴和板底垫托是陆壳形成的主要方式；中太古宙开始出现一定规模的坳陷盆地，发育了基性火山岩 碎屑岩 镁质碳酸盐岩等表壳岩，同时伴随着大量中基性、花岗质岩浆活动；晚太古宙和早元古宙是陆壳形成的主要时期，并已具现今板块活动特征。地幔热柱与板块构造共同控制着地壳运动。（２）古陆稳定发展阶段（１８００～２５０Ｍａ）：地幔热柱活动较弱，古陆主要表现为缓慢的升降运动（造陆运动）。（３）地球新活动时期（２５０Ｍａ至今）：地幔热柱活动进入一个新的活跃时期。岩石圈发生明显的热减薄，地幔热柱表现为多级演化，并导致盆岭系的形成。     

盆地形成与演化的动力学类型及其地球动力学机制

借鉴国内外已有的盆地研究成果,在盆地分析的基础上,从岩石圈板块作用、岩石圈深部作用和岩石圈表生作用3个方面,兼顾系统性、科学性和应用性,确立了盆地新的分类原则,由此深入研究了盆地形成与演化的动力学类型,并进一步阐述了盆地形成与演化的地球动力学机制。研究结果表明:在盆地分类中,首先主要根据盆地形成的地球动力学环境如岩石圈板块作用环境、深部作用环境以及表生作用环境来划分大类;再根据盆地形成与演化的各种地质作用及其动力学过程如构造作用(伸展、挤压或剪切过程)、热力作用及重力作用进行主要类型划分;再根据盆地的基底性质和地壳类型(如陆壳、洋壳或过渡壳)以及盆地的沉积充填史和构造古地理等(如海相盆地、陆相盆地或过渡相盆地)细分亚类。盆地形成与演化的动力学类型主要包括:单一构造或热体制下盆地演化时的原型盆地类型、单一重力体制下盆地演化的原型盆地类型、多种构造-热体制下盆地演化的叠合盆地类型以及多种构造-热体制下盆地演化的残留盆地类型。在单一构造或热体制下,从板块作用或壳幔作用角度原型盆地动力学类型主要划分为:伸展盆地(陆内伸展盆地、陆间伸展盆地、大洋伸展盆地和弧后伸展盆地),挠曲盆地(弧后挠曲盆地、周缘挠曲盆地、陆内挠曲盆地),走滑盆地(走滑伸展盆地、走滑挠曲盆地)以及克拉通盆地(克拉通退缩盆地、克拉通扩展盆地和克拉通迁移盆地);单一重力体制下原型盆地动力学类型有负载盆地和撞击盆地;多种构造-热体制下的叠合盆地动力学类型有叠加盆地和复合盆地;多种构造-热体制下盆地演化的残留盆地动力学类型有伸展隆起下局部沉降引起的残留盆地、推覆褶皱隆起引起的残留盆地、俯冲至局部碰撞引起的残留盆地及周边抬升隆起引起的残留盆地。关于盆地形成与演化的地球动力学机制包括:岩石圈的板块作用机制,岩石圈的深部作用机制以及岩石圈的表生作用机制。岩石圈的板块作用机制包括板块伸展、挤压和剪切作用;岩石圈的深部作用机制包括软流圈与超级地幔柱对岩石圈的作用,尤其是壳幔作用;岩石圈的表生作用机制也很重要,包括盆地的重力作用、大气作用、海洋作用和生物作用。通过本文的研究,可以为研究整个岩石圈演化、壳幔作用、地球动力学过程以及成藏成矿机制奠定重要理论基础;同时,对于沉积盆地矿产资源、能源资源、水资源勘探和开发,以及灾害防治和环境保护也具有重要应用价值。