超级地幔树对全球构造的控制作用

全球横波低速异常体成像发现: Jason超级地幔柱与Tuzo超级地幔柱彷佛植根于地球外核顶部、生长在核幔边界(core mantle boundary, CMB)上的两株榕树,我们将其命名为超级地幔树(super mantle tree),以突出Jason超级地幔柱与Tuzo超级地幔柱连接地核与地壳的纽带特征,强调它们在地球演化过程中对全球构造的作用。地幔柱仅是超级地幔树的局部分支。我们定义超级地幔树为4层结构：① 植根于地球外核顶部;② 1600~2890 km为“树干”; ③ 110~1600 km为“树冠”;④ 110 km以上为“树枝”。“树枝”平面分布形态与全球板块轮廓大致相似,意味着板块构造可能起始于地球110 km处。推测地球深度1550~1600 km之间可能存在一个地球化学过渡层;Jason超级地幔树与Tuzo超级地幔树之间可能存在地球化学分隔面(简称地幔分隔面),地幔分隔面将地球划分为太平洋半球与大西洋半球;它的地面投影北端大致指向地磁北极,南端基本指向地磁南极。外核顶部脉动作用可能是地幔运动的动因,地核运动控制地幔运动。Tuzo超级地幔树逆时针旋转控制大西洋半球旋转形态,Tuzo超级地幔树的“细树干”伸向南大西洋, Tuzo超级地幔树“粗树干”伸向北大西洋,使得中大西洋脊减薄。Jason超级地幔树顺时针旋转控制太平洋半球旋转形态以及环太平洋地区地貌构造形态。青藏高原及邻区地质地球物理三维构造模型说明：向北运动的Tuzo超级地幔树“树枝”与向西运动的Jason超级地幔树“树枝”共同作用,形成青藏高原东构造结。     

俯冲板块形成的金属熔体造成了核幔边界的超低速区

正三十年前地震学家们发现核幔边界之上存在分布不均的超低速区(ultralow velocity zones,简为ULVZs),通常和大低速省(large low shear velocity provinces,简为LLSVPs)紧密相连。虽然认识其成因对于理解核幔边界的热和化学状态乃至于深部地球的演化历史至关重要,但是目前尚未有定论。硅酸盐熔体常被用来解释ULVZs的成     

下地幔CaSiO3钙钛矿的稳定性及其对LLSVPs的启示

LLSVPs的成因是当前固体地球科学研究的前沿热点,对这一成因的认识仍然存在很大的争议。认识LLSVPs的成因,对了解全球地幔对流性质、下地幔热结构以及化学物质的运输和演化等具有重要的科学意义。CaSiO₃钙钛矿（Ca-Pv）作为下地幔最丰富的矿物之一,也是近年来学术界关注的热点。Ca-Pv在下地幔条件下的晶体结构仍然是目前研究的主要问题之一,Ca-Pv能否与其结构和化学式都相近的含铁布里奇曼石形成固溶体?本文通过第一性原理地球化学计算,研究了Ca-Pv及固溶体的基态稳定性,弹性性质和地震波波速特性。研究结果表明,在20～120 GPa压力下,Ca-Pv最稳定的基态结构为四方结构。基态下Ca-Pv的弹性波速值低于Mg-Pv约5%。与非互溶体系相比,x（Fe）为0%～10%的固溶体体系,引起了-2%～0%的剪切波波速负异常;-1.2%～0%的纵波波速负异常;-0.45～0.15%的体波速异常。因此,推测固溶体Mg_1-x-yCa_xFe_ySiO₃可能作为下地幔LLSVPs的候选矿物组...     

内华达大盆地中第三纪卡林型矿化与黄石公园古热点有关吗？

提出在４３￣３４Ｍａ期间发生的岩浆作用、张性构造以及集中于内华达大盆地的金矿化与黄石古热眯的演化之间存在的成因联系。该模式与新生代的区域构造相吻合,并提出了始新世一渐新世岩浆事件与卡林型金矿之间在空间上一致的一种可能解释。这些特点集中体现于大盆地的Ｂａｔｔｌｅ山区,并与推测的４０￣３０Ｍａ以来黄石热点的位置恰好重合。黄石公园热点可能是一个起源于核幔边界的地幔柱,核幔边界被认为是一个异常富集金及与金     

地幔柱构造、大火成岩省及其地质效应

地幔柱是源于核幔边界或上下地幔边界的热异常物质 ,其隐含的巨大能量导致地幔的大规模熔融和大火成岩省的形成。不同时代的科马提岩和苦橄岩的地球化学性质表明地幔柱源区经历了由太古宙时的亏损源区向现代OIB型源区演化的历程 ,可能与壳幔再循环强度的不断增加有关。地幔柱活动和大火成岩事件与大陆裂解 ,全球气候变迁 ,生物灭绝事件 ,磁极倒转和一些大型矿产资源的形成均有密切的联系。文中还介绍了中国开展地幔柱和大火成岩省研究的概况。     

贝加尔裂谷带通京盆地新生代火山岩石学与地球化学特征及其构造意义

位于贝加尔裂谷带西南端通京盆地的尚加泰火山玄武岩由高拉长石—中长石、贵橄榄石、次透辉石、火山玻璃组成,据对S iO2与全碱(N a2O K2O)的关系判断,均为碱性橄榄玄武岩,微量元素、稀土元素分布型式与板内碱性玄武岩一致,推测原始岩浆来源于上地幔距地表200 km~250 km深度处,在距地表约40 km处即莫霍面附近开始冷却结晶,该火山活动区可能成因于异常地幔凸起中的物质-能量流沿着断裂在通京盆地内的上升。     

峨眉山大火成岩省的形成机制及空间展布:来自沉积地层学的新证据

对西南地区茅口灰岩生物地层对比和峨眉山玄武岩与茅口灰岩之间的界面特征的研究表明,上扬子西缘茅口灰岩在玄武岩喷发前存在差异剥蚀,自西到东可分为深度剥蚀带(内带)、部分剥蚀带(中带)、古风化壳或短暂沉积间断带(外带)和连续沉积带;整个剥蚀区的范围同峨眉山玄武岩分布区基本一致。差异剥蚀是中二叠世晚期上扬子西缘一次快速地壳抬升和穹状隆起的结果,这说明峨眉山大火成岩省的形成与地幔柱活动有关。根据上升地幔柱地表抬升模型对峨眉山大火成岩省空间展布进行了讨论,并推算出该大火成岩省的规模。     

融合化探信息的遥感异常提取

遥感信息与化探信息为地表地质体或地质现象物理特性和化学特性的表现,矿物特征光谱是对矿物化学组分的响应,二者存在密切的关联。2种信息融合既要达到空间位置的精确对应,又要根据物质成因的相关性,实现2种数据间数据层、决策(符号)层等不同层次的数据耦合,提高异常信息提取的准确度。通过对遥感与化探信息形成机理及特点的分析可知,二者在空间和成因上具有一定的相关性。采用反距离加权插值法,将化探散点数据转化为栅格数据结构并进行空间尺度的转换和配准,选择和研究区异常相关的4种元素(Au、As、Sb、Bi)与原始遥感数据进行融合,对融合后数据采用主成分分析的方法对内蒙古苏尼特左旗地区进行蚀变信息提取,较单独利用遥感数据提取结果剔除了无意义的异常信息点,异常区域更为具体。经野外检查,验证多处地表岩石蚀变的存在,证实了该方法的有效性。     

根据多时相夜间MODIS LST推断的腾冲地区新生代火山岩岩浆囊分布与活动特征

腾冲火山地热区位于印度板块与欧亚板块俯冲-碰撞带的弧后活动区,是我国新生代火山-地热最为活动的地区之一.本文利用MODIS夜间月平均地表温度(Land Surface Temperature,LST)数据,计算了研究区2001～2011年132个月的月平均地表温度,圈定了地温异常区;分析了异常区年内及年际间的平均地表温度变化趋势,推测了可能的地下岩浆囊分布位置及活动特征.研究结果表明,腾冲地区现今地下可能存在3个岩浆囊:第1个位于五合-新华-蒲川-团田一带,面积约为537km2,地温异常最明显;第2个位于朗蒲-热海-马鞍山地区,面积约为226km2,地温异常次之;第3个位于马站-曲石之间,面积约为28km2,地温异常较为明显.3个地温异常区在年内的地表温度变化趋势基本一致,而且周期性明显,均在5～6月份和8～9月份出现2个温度峰.其中朗蒲-热海-马鞍山异常区的地温变化波动最大,可能反映地下岩浆囊地热系统与地表地下水系统的对流交换活动性更强.MODIS夜间月平均地表温度数据得出的结果与测震、GPS形变、He同位素比值及最大相对地热梯度等方法推测的地温异常区范围具有很好的一致性,特别是地温异常区年内温度周期性变化的发现,表明卫星热红外遥感技术应用于地热异常实时监测与研究的巨大潜力.     

长白山火山下方地幔转换带中滞留的俯冲太平洋板块存在空缺吗?

针对近年来长白山火山下方地幔转换带中是否存在低波速异常指示的太平洋板块"空缺"而引起的不同科学认识的热烈辩论,本文主要回顾了我国东北地区地幔转换带的体波成像结果。使用相对走时残差的远震体波成像结果显示,长白山火山以西地幔转换带中存在低波速异常指示的太平洋板块"空缺";而使用绝对走时残差的区域成像和全球成像结果,尽管展示出长白山火山以西比以东略低的波速异常,但长白山火山以东至我国东北重力梯度带区域下方的地幔转换带均展示出明显的连续的高波速异常。在接收函数分析时,如果以全球平均值660km而非我国东北地区平均值670km作为基准,来分析660km间断面是抬升还是下沉;以全球平均值250km而非我国东北地区平均值260km作为基准,来分析地幔转换带是增厚还是减薄的话,则可以得到长白山火山以东至我国东北重力梯度带区域660km间断面下沉与地幔转换带增厚的认识。这种与绝对走时残差成像结果展示的地幔转换带为连续的高波速异常结果相一致的结果,说明太平洋板块俯冲前缘已由日本海沟抵达我国东北松辽盆地与大兴安岭交界处。结合高温高压实验、数值模拟与岩石地球化学研究结果,本文并不支持长白山火山以西的地幔转换带存在低波速异常指示的板块"空缺"和地幔转换带"减薄"的认识。长白山火山的深部起源与太平洋板块深俯冲至我国东北松辽盆地与大兴安岭交界处形成的"大地幔楔"结构动力学相关。     

地幔柱数值模拟研究进展

国外大量的数值模拟研究表明地幔柱由热浮力驱动,流体的黏度对地幔柱的形状和物质组成有着很大的影响,地幔柱可造成岩石圈的熔蚀减薄和地表隆升,数值模拟可以定量地得出地幔柱运动的速度、岩石圈的熔融量和熔融温度等要素,但这些模拟描述的仅是物理过程,缺乏与化学动力学相耦合.国内开发的可对峨眉地幔柱进行数值模拟的软件MantlePlume1.0也存在许多需要进一步研究解决的问题,如峨眉山玄武岩的物质来源、活动中心、喷发时限、喷发规模、岩石圈的隆升程度,以及峨眉地幔柱的温压条件和断裂构造形成机理等.     

地幔柱构造对松辽盆地及渤海湾盆地形成的制约

中国东部松辽盆地和渤海湾盆地形成与演化的深部动力学机制尚未得到很好的解释．通过对区域地震资料盆地沉积记录、火山岩岩石探针和大地构造演化历史的综合分析,认为地幔柱(柱头直径约500km)在晚侏罗世一晚白垩世时形成于松辽地区,经历了软流圈地幔上涌、地壳抬升与伸展、火山活动,导致松辽盆地的形成;由于华北板块向北移动,始新世时地幔柱(柱头直径600-800km)移动到京津一渤海湾地区,类似的地质过程形成了渤海湾盆地．渤海湾地幔柱的活动还可能是京津唐地区地震多发的根本原因。     

The effect of the large-scale mantle flow field on the Iceland hotspot track

Fluid dynamical simulations were carried out in order to investigate the effect of the large-scale mantle flow field and the depth of the plume source on the structure of the Iceland plume through time. The time-dependent location and shape of the plume in the Earth's mantle was calculated in a global model and it was refined in the upper mantle using a 3D Cartesian model box. Global flow was computed based on density heterogeneities derived from seismic tomography. Plate motion history served as a velocity boundary condition in both models. Hotspot tracks of the plume conduits and the plume head were calculated and compared to actual bathymetry of the North Atlantic. If a plume source in the lowermost mantle is assumed, the calculated surface position of the plume conduit has a southward component of motion due to southward flow in the lower mantle. Depending on tomography model, assumed plume age and buoyancy the southward component is more or less dominating. Plume models having a source at the 660 km discontinuity are only influenced by flow in the upper mantle and transition zone and hence rather yield westward hotspot motion. Many whole-mantle plume models result in a V-shaped track, which does not match the straight Greenland–Iceland–Faroe ridge. Models without strong southward motion, such as for a plume source at 660 km depth, match actual bathymetry better. Plume tracks were calculated from both plume conduits and plume heads. A plume head of 120 K anomalous temperature gives the best match between plume head track and bathymetry.     

地幔柱研究中几个问题的探讨及其找矿意义

本文在简要回顾地幔柱研究历史的基础上,针对近年来研究中提出的一些科学问题进行初步的探讨,提出了识别古老地幔柱的地质一环境一地球化学综合判别原则,提出了存在地幔柱的第3种类型,而埃达克岩很可能是第3类地幔柱的典型产物之一,指出了地幔柱对于成矿作用影响的双重性,也指出了地幔柱研究将对成矿学研究产生深刻的影响及其对于地质找矿的意义。中国西南部地区以二叠纪峨眉山玄武岩为标志的峨眉地幔柱最终喷发于海陆过渡相环境,具有与俄罗斯西伯利亚地幔柱类似的成矿条件和含矿性,有着良好的找矿前景。     

峨眉地幔柱轴部的榴辉岩-地幔岩源区:主元素、痕量元素及Sr、Nd、Pb同位素证据

峨眉山大陆溢流玄武岩(ECFB)的西南部以丽江、大理和攀枝花三角区为中心的苦橄岩分布区,面积约5×10 4 km2 ,为峨眉地幔柱的轴部区。Sr、Nd、Pb同位素和痕量元素研究表明,大部分火山岩样品落在洋岛火山岩成分范围内,并存在类似FOZO、HIMU和EM - 的三个端元。这说明它们是在地幔柱轴部,由地幔岩和榴辉岩(古玄武质洋壳)组成的源区产生的岩浆形成的。岩浆源区再循环玄武质洋壳的存在可能是该区超大型钒钛磁铁矿床形成的根本原因。少部分分布在洋岛火山岩成分范围之外的样品,一部分属于地幔柱岩浆与地壳混染产物,另一部分低Ti岩石可能与岩石圈反应有关。地幔端元的地球化学特征如下:FOZO端元以白林山苦橄玄武岩(YB-0 1)为代表,低87Sr/86 Sr(0 .70 36 ) ,高1 43Nd/1 44 Nd(0 .5 12 7) ,中等2 0 6 Pb/2 0 7Pb(18.5 6 93) ;Nb/U =36 .6 7,Th/Nb =0 .0 82 ,L a/Nb=0 .91,Zr/Nb=6 .2 3。HIMU端元以丽江苦橄岩(JL - 2 9)为代表,高2 0 6 Pb/2 0 4 Pb(2 0 .6 4 12 )和2 0 7Pb/2 0 4 Pb(15 .74 89) ,低87Sr/86 Sr(0 .70 4 8)。EM - 端元包括两部分:1以二滩苦橄岩-玄武岩(R- 1、3、5、8)为代表,高87Sr/86 Sr(0 .70 73) ,低1 43Nd/1 44 Nd(0 .5 12 3) ,低2 0 6 Pb/2 0 4 Pb(17.996 8)和2 0 8Pb/2 0 4 Pb(37.94 5 0 )     

地幔柱的概念、分类、演化与大规模成矿——对中国西南部的探讨

自核幔边界上升的物质 ,当其汇聚成圆柱状的结合体 ,并因其相对于周围地幔环境来说具有温度更高、活动性更强、粘度更低等特点而能够上升到壳幔边界时 ,一般可以演化成为具有宽厚的冠状构造和细长的尾部构造的地幔柱。地幔柱进一步与地壳发生作用 ,可以在地表记录下一系列的热点或形成巨大的火成岩省。根据地幔柱最后出露的位置 ,可以将其分为洋壳和陆壳环境下产出的两种基本类型 ,也可以根据其演化历史分出不同的阶段 ,如初始阶段、上升阶段、成熟阶段和衰退阶段。中国西南部地区可能经历了两次以上的地幔柱冲击 ,二叠纪的峨眉山玄武岩是一个古生代晚期演化比较彻底的地幔柱留下的记录 ,而新生代以来的地幔柱活动可能正在发育 ,深部物质的大规模上隆可能是青藏高原隆升的一个原因 ,大量的散布的幔源岩浆活动和流体作用可能是中国西南部大规模成矿作用的重要原因。     

峨眉地幔柱动力学数值模拟的初步研究

在地幔柱的研究中 ,计算机数值模拟是一种常用的重要方法。地幔柱动力学定量模型主要由质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程组成 ,经计算模拟最终得到了温度场时空变化曲线。模拟结果表明 :①峨眉地幔柱上升到地壳大约需要 10 0× 10 6a,而后在短期内喷发 ;②地幔柱演化过程中上升阶段和壳幔相互作用阶段所消耗的时间最长 ;③证明了地幔柱的脉动性 ,地幔柱的物质和能量是以脉动的形式向上传输的 ,同时也提供了板块运移的动力 ;④物质的粘度对于地幔柱的形成和发展起着重要作用 ;⑤地幔柱对地壳的重熔作用持续时间很长 ,这为大规模矿床的形成提供了时间条件。     

试论地幔柱对于我国两大金矿集中区的控制意义

胶东和滇黔桂是我国两个典型的金矿集中区,它们在成矿特征和矿床成因上各不相同,但作为金矿集中区,它们可能都受到地幔柱构造的制约或影响,金可能都主要来自于深部或者来自于地幔柱头部,而容矿围岩的差别只是一个金的“捕集器”的不同而已。另外,胶东地幔柱演化较成熟,地壳物质剥蚀更强烈,因而大型金矿出露较多;而滇黔桂地区剥蚀相当弱,深部可能存在更大规模的金矿。     

峨眉地幔柱的动力学特征

峨眉地幔柱起源于赤道附近,头部直径约８００ｋｍ。它的动力学特征主要反映在四大地质事件上：１．基性岩浆活动,地幔柱头部减压熔融引起大规模玄武岩浆喷发和大量基性－超基性岩体侵入。峨眉山玄武岩分布面积约５０万ｋｍ２,主喷发期在早、晚二叠世之间,活动时限海西晚期－印支期;２．酸性岩浆活动,地幔柱对深部地壳的热改造引起大规模酸性岩浆喷发并形成３００ｋｍ长的花岗岩带,酸性火山喷发产物除流纹岩外,酸性火山灰沉积遍及整个华南地区;３．古地热场与改造成矿作用,在地幔柱作用下,上扬子及其外围地区曾经存在一个古地热场,地热异常从海西晚期持续到燕山期,长时期的地热异常驱动热水循环,引起大规模改造成矿作用,形成分布广泛的层控金属矿床;４．地壳升降与裂陷,华南海西－印支期的地壳运动与地幔柱有密切关系,当它到达岩石圈底部之后,上覆岩石圈受热软化,伸展变薄,地壳沉降引起栖霞期海平面大幅度上升以及茅口期的强烈拉张与裂陷,地幔柱活动对大气圈、水圈、生物圈都有重要影响,它可能造成大规模生物绝灭。     

“三江”古特提斯地幔热柱——洋中脊玄武岩证据

“三江”特提斯巨型造山带由４条板块缝合带和夹于其间的微陆块和弧地体构成。在古特提斯洋闭合而成的澜沧江和金沙江缝合带内，均发育典型的蛇绿岩－蛇绿混杂岩和洋岛玄武岩（ＯＩＢ）组合。ＯＩＢ集中产出于大洋的特定区段（２２０－２４０Ｎ──澜沧江洋；２４０－２７０Ｎ──金沙江洋），形成于洋壳（ＭＯＲＢ）顶部，并被浅水碳酸盐岩覆盖，ＯＩＢ主要岩石类型为苦橄玄武岩、夏威夷岩和钾质粗面玄武岩，三者具特定的空间配置与时间演变规律。根据三江地区ＯＩＢ时空展布规律、岩石组合特点、岩石地球化学特征、源岩化学估算及热幔柱实验成果，提出早古生代时期的澜沧江洋和金沙江洋岩石围下方分别出现地幔热拉，其直径约２００－２５０ｋｍ，具特定的不同于周围地幔的热－化学结构。地幔热柱的尾柱区高热物质熔融，产生苦橄质或苦橄玄武质熔浆，地幔热拉上涌，其冠形头部与周围地幔“混杂”而具化学分带，该区物质熔融，产生富Ｎａ和富Ｋ质ＯＩＢ。