Geology文章认为金成矿是洋中脊与地幔柱相互作用的结果

最新一期Geology（2012年10月18日）发表了有关金成矿机理的研究论文（Golden plumes：Substantialgold enrichment of oceanic crust during ridge-plume interaction）。文章指出,地幔柱活动可以揭示地壳中金的富集过程。研究提出了＂金地幔柱＂的概念,并首次对大洋玄武岩金的富集程度进行了系统研究。研究显示,位于洋中脊的冰岛地幔柱作用正日益使该区域洋壳富集金成分,其金的富集程度为正常水平的13倍,     

洋中脊地幔熔岩上涌的地球物理模型

岩浆的上涌会沿反块扩张轴形成新的洋壳。这一现象似乎不只发生在扩张轴下面的狭窄地带。确切地说,熔融物质分布在宽度与深度均超过１００ｋｍ的区域范围内。此外,熔融带位于快速运动板块轴下方一侧的中部。     

慢速扩张脊下的复杂熔-岩相互作用：来自大西洋北纬14°97′区段洋中脊含铬铁矿纯橄岩的记录

在大西洋洋中脊北纬14°97′附近贫岩浆型慢速扩张脊区段的洋底岩石调查中,拖网取样及洋底钻探均发现蛇纹石化地幔岩石中有脉状纯橄岩。纯橄岩中的铬铁矿粒度以毫米级为主,个别颗粒直径接近厘米级别,成分上显示中等程度的铬值与镁值(Cr^#=52.2～56.1;Mg^#=44.6～51.5)较高的TiO₂含量(0.60%～0.91%)。铬铁矿内部包裹体中大量出现韭闪石+金云母组合,并发现自形磷灰石包裹体。这些特征与“俯冲带型铬铁矿”的成分特征及矿物包裹体组合非常类似。本文的样品观察说明在洋中脊下方的熔体通道内,高度演化的熔体可以形成小体积的富水岩浆并参与铬铁矿的形成。拖网调查与钻探研究证实,研究区的纯橄岩、异剥橄榄岩、富橄榄石橄长岩、辉石岩、辉长岩及橄榄辉长岩等均以脉体形式产于难熔的大洋岩石圈橄榄岩质地幔中。这些脉状岩石共同记录了洋中脊玄武质熔体向上迁移过程中与围岩方辉橄榄岩间的熔-岩反应,属于“交代橄榄岩”的范畴,揭示了慢速扩张洋脊之下熔体迁移诱发的复杂熔-岩相互作用。     

海南地幔柱与南海形成演化

东南亚上地幔地震层析成像表明,海南岛周围之下存在地幔柱,近垂直的低波速柱体位于海南岛及南海之下,从浅部向下穿越660 km的不连续面处（上下地幔的分界面）并一直延伸到1 900 km。南海及周边地区包括雷琼半岛、海南岛、北部湾盆地、广西北海涠洲岛、以及中南半岛等地,分布有一定量的新生代碱性玄武岩,它们的地球化学数据显示出OIB的特点并具有DUPAL异常,表明其源区较深。此外,由南海新生代碱性玄武岩中的橄榄石-流体平衡所推导的南海底地幔潜在温度（ 1 661℃）位于夏威夷（1 688℃）与冰岛热点（1 637℃）相应值之间,为海南岛地幔柱的存在提供了岩石学及矿物化学方面的约束。基于以上地球物理学、地球化学及矿物化学方面的证据,结合数字模拟实验资料,表明在海南岛及邻近区域之下存在地幔柱。建立了一个南海形成演化的初步模型：（1）50~32 Ma,印度洋板块-欧亚板块碰撞及其所导致的太平洋板块后退的综合效应为南海地区提供了一个伸展环境,进而为地幔柱物质的上升提供了通道;（2）32~21 Ma,当地幔柱柱头到达软流圈时, 由于侧向物质流与扩张中心发生相互作用,促进了南海的扩张,并在26~24 Ma期间发生了洋脊重新就位,使扩张中心从原来的18°N附近（即现今西北海盆的中心）调整到15.5°N附近（即现今的东部亚盆）;（3）21~15.5 Ma, 随着地幔柱效应的逐渐增强,热点-洋脊相互作用越来越强烈,在大约21 Ma发生了洋脊的再次重新就位事件,诱发了西南海盆的扩张;（4）15.5 Ma~现在,由于印澳板块前缘与巽他大陆碰撞,使得南海大约在15.5 Ma停止扩张,并沿着南沙海槽及吕宋海沟向菲律宾岛弧及巴拉望地块之下俯冲,而南海热点继续活动,直到第四纪还有碱性玄武岩喷出 地表。     

大西洋中脊26°S玄武岩岩石成因及构造意义: 来自Hf同位素的约束

大西洋中脊是慢速扩张洋脊的典型代表。本文以大西洋中脊26°S地区脊轴及海山玄武岩代表性样品为研究对象, 开展系统的Sr-Nd-Pb-Hf同位素研究, 并结合已发表的数据, 探讨研究区玄武岩成因及地幔源区性质和演化, 旨在为认识地幔不均一性和地幔柱-洋脊相互作用方式提供关键证据。样品主-微量元素与Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析结果表明, 所有样品均显示同位素富集的N-MORB特征。此外, 大西洋26°S玄武岩主微量元素和同位素具有较大的变化范围, 且同位素之间呈现出良好的相关关系, 表明其是亏损软流圈地幔熔融的结果, 但有富集组分参与。结合元素和同位素特征以及Sr-Nd-Hf同位素定量模拟结果, 富集组分可能为Tristan da Cunha地幔柱残余组分, 显示EMⅠ型富集地幔特征。同位素定量模拟结果表明: 海山玄武岩地幔源区组成为约90%~95%的亏损组分和10%~5%的富集组分; 而脊轴玄武岩地幔源区富集组分较少(< 5%)。点位6、7海山玄武岩样品显示高放射成因Pb同位素组成, 符合Dupal异常边界条件。定量计算表明, 造成其异常的原因可能与EMⅠ型组分参与有关, 这与同位素定量模拟结果相吻合。本文研究的同位素不同程度富集N-MORB可能的成因机制为: 远端地幔柱-洋脊相互作用, 即Tristan da Cunha地幔柱距离洋脊>1000km, 地幔柱在运移至大西洋中脊的过程中, 岩石圈厚度明显变薄, 为减压熔融的发生提供了良好条件, 使残余地幔柱物质不相容元素亏损, 但同位素组成保留源区富集的特征。地幔柱残余物质到达大西洋中脊下方后, 参与洋脊地区减压熔融, 最终形成研究区不相容元素亏损且同位素富集的N-MORB。因此, 本文研究的同位素富集的N-MORB可能记录了远端柱-脊相互作用和洋脊之下富集地幔柱物质再熔融的过程, 为认识地幔不均一性提供了新的岩石学和地球化学证据。因此, 地幔柱-洋脊相互作用不仅是E-MORB的可能成因, 对理解N-MORB形成也有十分重要的意义。

     

智利洋中脊玄武岩与会聚板块边缘火山岩的地球化学亲缘性

在地球历史上曾多次出现活动扩张中心与俯冲带的碰撞。在现今几个有限的发生洋脊俯冲作用的地区，智闪脊具最简单的构造演化历史。采集于智利海沟附近的洋脊玄琥岩以其同弧火山岩的亲缘性而与其它地区的洋玄武岩的地球化学特征不同。所观察到的化学变化表明，亏损的洋下地幔受到了可能来自俯冲带的大洋沉积物和变质洋壳的混染。     

沙茨基海隆(ShatskyRise)白垩纪玄武岩的地球化学特征及其地幔柱-洋中脊相互作用过程

沙茨基海隆(Shatsky Rise)是白垩纪早期形成的西北太平洋大火成岩省, 其成因和演化过程目前仍存在较大争议。本次研究对沙茨基海隆白垩纪玄武岩进行了全岩主量、微量元素、Sr-Nd-Pb同位素的分析。沙茨基海隆玄武岩主要属于拉斑玄武岩, 具有较亏损的大离子亲石元素和轻稀土元素以及较富集的重稀土元素的特征, 没有明显的Eu异常(δEu=0.99~1.29), 与正常洋中脊玄武岩(N-MORB)的微量元素配分模式较为相似。然而该系列玄武岩却具有相对较富集的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr(0.702986~0.703991)和¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd(0.513034~0.513194)同位素比值、较富集的²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb(15.439~15.508)和²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb(37.853~38.488)同位素比值, 与富集的洋岛玄武岩(OIB)和岛弧火山岩的同位素成分较为相似, 且源区混入高U/Pb比值(HIMU型)的富集地幔成分。稀土元素部分熔融模拟反演表明沙茨基海隆火山岩的原始岩浆可能起源于尖晶石相二辉橄榄岩源区, 且具有较高程度的部分熔融作用(>10%)。在以上研究基础上, 本文提出地幔柱-洋中脊相互作用模型来解释沙茨基海隆拉斑玄武岩较亏损的不相容元素成分和较富集的同位素成分这一特殊地球化学特征。由于来自扩张洋中脊的强大拉张应力的影响, 地幔柱岩浆物质将流向洋中脊并发生减压部分熔融, 导致不相容元素的高度亏损, 但由于放射成因元素(Sm、Rb和U)的半衰期相对较长, 同位素成分则难以在较短时间内被改变, 因此本文推测沙茨基海隆同位素富集的N-MORB拉斑玄武岩可能是地幔柱-洋中脊相互作用的产物。

     

大西洋中脊26°S热液区玄武岩地球化学特征及其地幔源区性质

南大西洋中脊(SMAR)属于慢速扩张脊,26°S(SMAR 26°S)热液区是中国新近发现的以玄武岩为基岩的热液区。本次研究对热液区的玄武岩开展了岩相学和地球化学研究,揭示玄武岩的地球化学特征和岩浆源区性质,探讨其成矿潜力。结果表明,该热液区玄武岩地球化学特征和正常洋中脊玄武岩(N-MORB)相似,为钠质拉斑玄武岩;它们是由下伏亏损的尖晶石二辉橄榄岩地幔部分熔融而成。玄武岩所具有的低w(K_2O)(0.05%～0.25%)、低(Ce/Yb)_N比值(0.62～0.86),以及异常指数(Nb~*1,P~*1,Sr~*≤1,Zr~*1)特征,表明源区地幔性质不均一,且受到了不同程度的陆壳物质混染;w(MgO)为7.52%～8.81%,指示热液区岩浆结晶分异程度低,岩浆演化不彻底。轻微的Eu正异常(δEu值为1.03～1.15),指示玄武岩形成过程中受到一定程度高温热液流体的影响,并处于强还原环境。与其他热液区玄武岩相比,研究区玄武岩Ba,Rb等高度不相容元素含量较低,均显示正Eu异常,岩石-海水相互作用弱。研究区玄武岩的Zn和Cu的含量分别为72.0～148.0×10~(-6)和79.9～138.5×10~(-6),与MARK区和大西洋46°～32°S热液区玄武岩相比,研究区玄武岩可能具有更大的成矿潜力。     

地幔柱大辩论及如何验证地幔柱假说

目前关于地幔柱存在与否的争论主要集中在地幔柱学说的三个假设上:(1)起源于地球核幔边界缓慢上升的细长柱状热物质流;(2)热点下具有异常高温地幔;(3)地幔柱是相对静止的。这三个方面的验证需要今后深部地球物理探测、岩石学和古地磁等学科的综合运用和进一步的工作。文中认为,地幔柱学说依然能合理地解释地球上一级地质现象,反对地幔柱的学者过分强调了一些小尺度的与地幔柱理论不符的细节,而小尺度地壳特征显然还受到其他许多因素的影响。可以从以下5个方面来鉴别老地幔柱:(1)大规模火山作用前的地壳抬升;(2)放射状岩墙群;(3)火山作用的物理特征;(4)火山链的年代学变化;(5)地幔柱产出岩浆的化学组成。研究表明,峨眉山大火成岩省满足其中的3到4个指标,因此地幔柱是形成峨眉山玄武岩的主要动力学机制。     

南海复蘑菇状地幔低速柱结构及其地幔动力学

运用高分辨率天然地震面波层析成像和体波层析成像技术,研究东亚西太平洋地区及全球地幔三维速度结构时发现南海地区地幔存在深达2000km以上的巨型复蘑菇状地幔低速柱,结合地质、地球化学和地球物理相关标志,将复蘑菇状地幔低速柱称为南海复蘑菇状地幔柱。本文在论述南海复蘑菇状地幔柱的地质地球物理特征基础上,将地幔柱划分为柱头、柱体、柱尾、幔枝和热点等部分,建立起地幔柱三维几何结构模型,探讨了复蘑菇状地幔柱在南海海盆扩张过程中的主导作用以及欧亚板块、菲律宾海板块和印度洋板块相互作用对南海演化过程的影响。     

南海热幔柱构造与油气分布

南海处于欧亚、印度—澳大利亚和太平洋—菲律宾海三大板块的夹持地带,区内以NE向深海区-海盆为中心,周围有众多的含油气盆地。南海区具有"北断(裂)、南褶(皱)、东(俯)冲、西(碰)撞"的构造特征。南海及其周缘新生代玄武岩和花岗岩广为分布,故有潜在的大火成岩省之称。其中,火山岩以碱性玄武岩为主,多为OIB型成因,其成岩年龄自南海中心至外围呈由新逐渐变老的趋势。深部地幔流动呈现出涡旋式上涌的特点,上地幔明显具环带状结构,中心部位为上升流,外围为下降流,表现出热幔柱和冷幔柱活动"双模式"对流。从区域S波速度扰动异常来看,在670km间断面,对热流体上涌确有阻挡作用。通过层析成像研究,证实本区存在巨型复蘑菇云状地幔低速体,演化过程和相邻板块活动构成相辅相成关系。由于地幔热流体上涌,促使地壳-岩石圈上隆、熔融、减薄和断陷,形成南海从边缘向中心(海盆)热流温度逐步升高的轨迹,基本控制油气田"外油内气"环形有序分布的格局。     

软流圈地幔成分不均一性的研究进展与意义

软流圈通常是指位于岩石圈之下、地幔过渡带之上的地幔圈层,可以发生长期缓慢变形,从而可以在全球范围内对流。软流圈是地球上岩浆岩的重要源区,并作为重要的参考体系广泛应用于讨论地球形成演化、壳幔相互作用、地壳生长等一系列重大地质问题。根据大洋玄武岩的研究结果,软流圈地幔被普遍认为具有相对均一的地球化学组成。然而,深海橄榄岩的元素与同位素组成却显示软流圈的成分存在强烈的不均一性。大量的研究显示软流圈中广泛残存有古老的再循环地幔,其来源既包括再循环的俯冲大洋岩石圈地幔,也包括通过不同方式进入软流圈的古老克拉通地幔。蛇绿岩的研究结果表明这种不均一性也同样存在于不同地质时期的软流圈地幔。本文通过总结洋中脊玄武岩、深海橄榄岩和蛇绿岩的相关研究,揭示软流圈地幔中不均一性的组成与来源,并讨论了它们对于软流圈在洋中脊下方熔融过程的影响。

     

华南显生宙时期岩石圈地幔的性质与形成时代

火山岩携带的橄榄岩捕虏体是研究深部岩石圈地幔成分特征与热结构状态的最直接样品。湖北大洪山早奥陶世钾镁煌斑岩携带的石榴二辉橄榄岩具有富集的地球化学特征,指示当时的岩石圈厚度可达110 km。华南内陆地区宁远和道县早侏罗世玄武岩所携带的地幔包体具有饱满的成分特征,代表遭受了较低程度部分熔融的地幔残留。宁远地幔包体的全岩Re-Os同位素特征显示该地区中生代大陆岩石圈地幔为从软流圈新增生而形成的新生地幔。这表明内陆地区古生代存在的富集地幔被完全拆沉,并被新生地幔所取代;中生代内陆地区的岩石圈拆沉作用可能与该地区自225 Ma以来大规模的岩石圈伸展作用有关。华南新生代地幔包体主要分布在沿海地区。通过地幔包体矿物成分估算获得的温度与压力资料揭示新生代沿海地区岩石圈厚度约为80～90 km,并具有热的地温梯度。无论是全岩还是硫化物的Re-Os同位素特征都表明沿海地区在新生代仍残留有古元古代岩石圈地幔,表明新生代沿海地区的拉张作用仅导致了岩石圈地幔的部分拆沉和减薄。     

The mantle,CO2 and the giant Aptian chemogenic lacustrine carbonate factory of the South Atlantic: Some carbonates are made,not born

During the Aptian (Cretaceous), in what is now the South Atlantic, the largest chemogenic (abiotic) carbonate factory so far identified in the Phanerozoic geological record developed as a vast hyper-alkaline lake system. This covered at least 330 000 km², producing carbonates, locally over 500 m thick, in what are now the offshore Santos and Campos basins (Brazil), and Kwanza Basin (Angola). Current evidence supports the view that almost all of this carbonate was chemogenic in origin, precipitated from hyper-alkaline, shallow lake waters, probably by evaporation. This unit, best documented from offshore Brazil and known as the Barra Velha Formation (Santos Basin) and the Macabu Formation (Campos Basin), consists of just two basic carbonate components, millimetre to centimetre sized crystal shrubs and spherulites. These are commonly in situ but can also be reworked into a range of detrital facies. Demonstrable microbialites are generally rare. These carbonates are associated with Mg silicates (as clays) which had a profound influence not only on the textural development of the in situ carbonates, but also on their diagenesis. The dissolution of the clays produced much of the porosity in these limestones, which are the hosts for multi-billion barrel oil fields. The source of the carbonate was most likely from metasomatic alteration of mafic rocks, such as continental flood basalts related to Atlantic opening, with some contribution from much older continental basement. Clear evidence that serpentinization of possible exhumed mantle is lacking but mantle CO₂ is likely to have been a critical factor in determining the composition of the fluids from which the carbonates formed and the high alkalinities of the lake waters.     

地幔热柱多级演化及其幔枝构造成矿控矿——以胶西北郭家店幔枝构造为例

文章简要介绍了幔枝构造成矿理论,探讨了幔枝构造的特征、单元划分、断裂构造体系以及成矿控矿作用。在燕山运动晚期,华北东部地区进入了以伸展构造为主的地幔热柱演化阶段,在胶西北地区形成了莱阳地幔亚热柱及其外围郭家店、栖蓬、牟乳等幔枝构造。其中,郭家店幔枝构造于燕山运动晚期发生强烈的构造活动,总体形成了以焦家断裂为主的拆离带和与其相交的以三山岛断裂为反向铲状断裂的构造体系,同时控制着玲珑、焦家、三山岛等一系列大型—超大型矿床的形成。在众多成矿控矿因素中,区域性断裂构造是重要的主导性因素,既为成矿流体的运移提供了通道,又为成矿储矿提供了有利空间。深源含矿流体可通过地幔热柱→地幔亚热柱→幔枝构造→有利构造扩容带,即脆韧性-韧脆性剪切带、侵入岩体的内外接触带、密集的构造裂隙带、各种脉岩与围岩的接触带等有利构造部位集聚成矿。近年来在胶西北深部勘查发现,浅部沿断裂展布的若干个大—中型金矿在其深部的成矿蚀变构造带可能是连为一体的,一起组合成为超大型金矿。     

A study on Emei mantle plume activity and the origin of high-As coal in southwestern Guizhou Province

1IntroductionIn recent years deep-going investigations into thestructure of the deep interior of the Earth have provedthat the region of Southwest China where the Emeishanbasalts are widespread is an igneous rock provincecommonly accepted by the internati…     

试论湖南衡阳盆地与地幔柱的关系及其对关键矿产深部探测的意义

衡阳盆地是华南地区独具特色的中—新生代陆相沉积盆地,其形成机制与丰富的矿产资源都十分引人注目。衡阳盆地近等轴形态,地形上表现为典型的“盆山体系”,重力资料显示出地幔隆起的特征,构造形式上发育“棋盘状”和“环形(弧形)”格局,火成岩与成矿元素组合以及同位素特征均具有幔源特征,这表明衡阳盆地的形成与华南地区中生代地幔柱活动之间具有密切的成因联系。盆地及其周缘矿产资源具有长时期、多矿种、强富集的特征。不同时代和不同矿种组合的成矿作用与区域岩浆作用和盆地沉积作用具有明显的专属性。衡阳盆地及周边不但出现了丰富的有色金属和非金属矿产,也出现了钨锡铌钽铋碲铀等关键矿产,但后者的工作程度最低。因此,在深部矿产探测过程中应做到“四注意四加强”。     

武当山十堰地区二叠纪E-MORB型玄武岩识别及构造意义

大比例尺构造—岩相填图和测试分析研究显示南秦岭武当山并非统一前寒武纪基底组成,在十堰和两郧断裂之间的黄龙—方滩及丹江口银洞山等地区识别和厘定出一套中生代混杂岩带,开展混杂岩带内物质组成和成因研究对正确认识武当山造山作用和区域构造演化有重要意义。本文重点对武当山十堰黄龙—方滩地区混杂岩带内玄武岩块体岩石成因及时代进行研究,岩石地球化学显示玄武岩块体为亚碱性拉斑玄武岩系列,具有中等Ti、Zr、Hf、Nd含量、弱轻稀土富集重稀土亏损的E-MORB(Enriched Mid-ocean ridge basalt,富集型洋中脊玄武岩)特征,其岩浆为尖晶石二辉橄榄岩低压、高度部分熔融形成,源区可能受富集地幔或俯冲作用等影响导致富集高场强不相容元素;锆石U-Pb测年表明其为中二叠世火山作用产物;区域地质特征及岩石成因研究共同指示该套E-MORB形成于洋中脊或附近海山环境。综上,武当山十堰地区中—晚二叠世存在洋盆,该成果为理解十堰黄龙—方滩混杂岩带成因机制和正确认识南秦岭显生宙构造属性提供了基础资料。