钼同位素揭示地球早期大陆地壳的快速生长和破坏北大核心CSCD

地球早期,尤其是冥古代-早太古代时期大陆地壳的性质、范围和产生机制一直是地球科学研究的前沿问题。在已有的大陆地壳生长模式中,有些认为当前大陆地壳的60%~80%在30亿年前就已形成,而有些则倾向于一个渐进的地壳生长模式。不论哪种模式,大都基于锆石的形成年龄或者壳幔系统的放射性同位素演化。然而,由于不能限定再循环物质的量,锆石仅能限定地壳生长的年龄下限。相反,放射性同位素体系演化曲线可有助于了解地幔亏损过程,壳幔分离和地壳再循环作用。基于长寿命同位素(Sr、Nd及Hf)体系在壳幔间的互补性,前人估计要达到当前地壳和亏损地幔间的组成平衡,只需25%~50%的地幔物质经历熔体抽提。     

地球早期大陆地壳的形成与演化

现代地球岩石圈主要由镁铁质上地幔和长英质地壳两个储集层组成,研究大陆地壳的形成和演化对揭示地球早期地质过程和物质循环、厘定板块构造启动时限具有重要意义。冥古宙—始太古代具有更高的地幔潜能温度和地温梯度,岩浆海冷却形成薄的原始地壳;大洋岩石圈表现为韧性,主要构造机制应为停滞盖层模式,有地幔柱参与。太古宙片麻岩中奥长花岗岩—英云闪长岩—花岗闪长岩（TTG）的出现标志着镁铁质原始地壳向长英质陆壳转变的开始。本文总结了地球早期停滞盖层模式到现代板块构造模式下含水玄武岩部分熔融、结晶分异形成大陆地壳的过程,主要包含幔源岩浆停滞盖层（“自下而上”的热管火山岩和“自上而下”的深成侵入岩构造模式）、增厚镁铁质地壳部分熔融、俯冲洋壳、岛弧及洋底高原部分熔融模式;陆壳的破坏和消减主要受陨石撞击、分层沉降、重力不稳导致拆沉控制;板块构造的出现进一步促进了地球内部的热量扩散,俯冲作用加快了洋壳和陆壳之间的物质循环。最后,结合太古宙变质岩、古老克拉通岩石学特征和锆石Hf、O及全岩Nd、Sr、Ar、Ti同位素组成,讨论了陆壳的形成时间和演化过程： 3.0 Ga之前形成了现有陆壳体积的60%~70%,厚度约为20~40 km;3.0~2.5 Ga,地壳改造速率明显增加,陆壳生长和破坏速率达到动态平衡,表明全球性现代板块构造体制逐渐成为控制大陆形成、裂解和陆壳演化的主要因素。     

地球早期大陆地壳的形成与演化

现代地球岩石圈主要由镁铁质上地幔和长英质地壳两个储集层组成,研究大陆地壳的形成和演化对揭示地球早期地质过程和物质循环、厘定板块构造启动时限具有重要意义。冥古宙—始太古代具有更高的地幔潜能温度和地温梯度,岩浆海冷却形成薄的原始地壳;大洋岩石圈表现为韧性,主要构造机制应为停滞盖层模式,有地幔柱参与。太古宙片麻岩中奥长花岗岩—英云闪长岩—花岗闪长岩(TTG)的出现标志着镁铁质原始地壳向长英质陆壳转变的开始。本文总结了地球早期停滞盖层模式到现代板块构造模式下含水玄武岩部分熔融、结晶分异形成大陆地壳的过程,主要包含幔源岩浆停滞盖层(“自下而上”的热管火山岩和“自上而下”的深成侵入岩构造模式)、增厚镁铁质地壳部分熔融、俯冲洋壳、岛弧及洋底高原部分熔融模式;陆壳的破坏和消减主要受陨石撞击、分层沉降、重力不稳导致拆沉控制;板块构造的出现进一步促进了地球内部的热量扩散,俯冲作用加快了洋壳和陆壳之间的物质循环。最后,结合太古宙变质岩、古老克拉通岩石学特征和锆石Hf、O及全岩Nd、Sr、Ar、Ti同位素组成,讨论了陆壳的形成时间和演化过程：3.0 Ga之前形成了现有陆壳体积的60%～70%,厚度约为20～4...     

研究地球发展早期阶段地壳形成过程的同位素方法

本文研讨了地球在地质发育早期阶段地壳形成的模式。根据放射性同位素地球化学(Pb、Sr、Nd)资料及地质年代学数据证明,地壳是靠上地幔物质在各个构造—岩浆期不断补充而形成的,是一个具有长期性和方向性的作用过程,最早的构造岩浆期发生在38—36     

中国大陆科学钻探主孔揭示的大陆地壳生热模型

本文对大陆科学钻探主孔149块岩心样品进行了系统的岩石放射性生热元素U、Th和K的含量测试,同时结合该井浅部井段前人的实测数据,揭示了上地壳5km生热率的垂向分布。结果显示,以1650m为界,上下两段生热率均随深度呈增加趋势,与正常地壳生热率特征不同,显示出超高压变质带独特的生热率垂向变化特征。结合地壳的岩性分布,建立了苏鲁超高压变质带地壳的生热模型。该模型中,地壳厚32km,其中上地壳0-10km,由超高压变质岩片组成,按岩性又详细分为8层,生热率变化在0．49～1．73μWm^-3。中地壳10～20km,由片麻岩组成,生热率为生热率1．51μWm^-3。下地壳20～32km为麻粒岩,生热率0．31μWm^-3。整个地壳热流约31mW／m^2,其中上地壳12mW／m^2。上地壳厚度和热流分别占整个地壳的31％和39％。与华北和下扬子地壳生热模型相比,上地壳热流整个地壳热流的比例最低。这表明,苏鲁超高压变质带,作为中朝与扬子板块俯冲-碰撞的产物,其地壳生率垂向分布与正常大陆地壳（华北、下扬子）相比,具有显著的不同。     

华北克拉通南部太古宙大陆地壳的生长和演化

太古宙约占地球已有演化历史的三分之一强,这一时期涉及到大陆地壳起源、陆壳的巨量生长和稳定以及板块构造作用的启动、建立等诸多最根本的全球性重大地质事件。太古宙岩石在华北克拉通南部的涑水、登封、太华、霍邱和五河等杂岩中广泛出露,这为解析上述重大科学问题提供难得的素材。近十年来,在华北克拉通南部古生代-中生代火山岩或早前寒武纪变沉积岩中陆续发现冥古宙-古太古代的捕获/碎屑锆石,暗示南部地块依然尚存地球形成最初期的陆壳物质。根据华北克拉通南部太古宙岩石年龄统计结果显示有2850~2700Ma和2580~2480Ma两个突出年龄区间,对应的峰值年龄分别为~2.76Ga和~2.52Ga。其中~2.76Ga的岩石主要出露于南部的鲁山、霍邱、五河和中条山地区。此外,在华北克拉通诸多地区,诸如怀安、阜平、五台、中条等地区的花岗质片麻岩和变质沉积岩中也均发现年龄为~2.76Ga的碎屑锆石或者继承锆石,暗示华北克拉通2.85~2.70Ga岩石的分布似乎比现今出露范围更为广泛。与整个华北克拉通类似,2.58~2.48Ga岩石亦在克拉通南部广泛分布,尤其是嵩箕地区的登封杂岩几乎全部是由新太古代晚期的岩石组成。~2.52Ga是华北克拉通南部,乃至整个克拉通太古宙地壳演化最突出、最重要的岩浆-构造事件,明显有别于全球其它诸多典型克拉通。已有的同位素资料研究表明华北克拉通南部,乃至整个克拉通在太古宙经历了两期明显的地壳生长事件：一期发生在2.85~2.70Ga左右,以形成于此时期的涑水杂岩中花岗质岩石和鲁山太华片麻岩系中深成侵入岩和斜长角闪岩为代表;另一期发生在2.58~2.48Ga,以登封杂岩、涑水杂岩以及小秦岭地区太华杂岩中~2.52Ga各类花岗质岩石和变基性岩为代表。华北克拉通正是经过这两期陆壳巨量生长事件之后完成初始的克拉通化。我们在登封杂岩中识别出形成于俯冲汇聚环境的TTG质片麻岩、类似于赞岐岩的变闪长岩和具有N-MORB地球化学特征的变基性火山岩,提出其构成"新太古代构造混杂岩",标志着新太古代末期具有现代体制的板块构造在华北克拉通南部已经开始启动。最近,在登封杂岩中识别出的新太古代双变质带也支持上述观点。     

大陆下地壳物质组成和同位素组成及其指示意义

采用统计方法对20组世界各地大陆下地壳组成的估计值进行分析，其结果表明大陆下地壳组成具双峰式分布特征，峰值代表了A、B两种元组分。组分A为幔源垫托岩浆的结晶分凝产物，组分B为古老的大陆壳物质。大陆下地壳物质组成和同位素成分确定和探讨对建立恰当大陆动力学模型具有深元的指示意义。     

中国大陆地壳铅同位素演化的动力学模型

根据中国大陆中、新生代花岗岩长铅同位素数据库,沿用“铅构造模型”的基本思想并作部分改进,建立了中国大陆地壳铅同位素的动力学演化模型。与全球平均的铅同位素演化曲线相比,中国大陆地壳的原始物质相对较贫铀富钍,并且中国大陆的上地壳和下地壳在演化过程中分异得更加彻底。将本模型应用于大别地区中生代花岗岩长石铅同位素数据,结果发现它们具有壳幔铅混合的特征,并且以上下地壳物质混合产生的类地幔铅为主,花岗岩源岩中含有较高的富Th下地壳组分。     

太古代科马提岩和硅质高镁玄武岩的化学和同位素组成:地球早期历史及大陆地壳形成的制约条件

对太古代科马提岩(AK)和硅质高镁玄武岩的研究能够提供地球形成过程的模型,热力学条件和证实假定的太古代地幔中岩浆海的存在以及早期太古代地壳的岩石成因和太古代镁铁质和超镁铁质杂岩的成矿作用(PGE)等方面的约束机制。 AK一般轻稀土元素(LREE)亏损并具有∈Nd的正初始值(3.5Ga时为+2、2.7Ga时为+4),说明其来源于长期LREE亏损的地幔源(John等,1988)。表明在3.8Ma之前广泛的长英质地壳存在的证据很少,因此需要有另一种导致这种亏损的地壳形成机制(Galen和Galdstein,1988)。极低的Ti Zr和Y丰度值以及Ti-Cu-Pd比率与富尖晶石的Iherzohte捕虏体(来自原始地幔)的相似性,说明AK是由单阶段地幔大规模熔融形成的(Sun,1987)。形成AK的高温(≥2000℃)热源可能来自约670km,相转换     

大洋地壳和大陆地壳的元素丰度

大洋地壳和大陆地壳是全球大地构造的两个基本构造单元,研究大地构造各级单元中化学元素及其同位素的丰度,是构造地球化学的一个基础研究课题。这个研究课题的基本内容,包括丰度值的计算和丰度规律的研究,以及这些丰度值和规律在解决理论问题和实际问题上的应用。     

早期地球存在稳定大陆

C．A．埃里克森等人在康迪主编的《太古宙地壳演化》（1994）一书中介绍了太古宙稳定大陆架和裂谷的沉积层序时，认为早期地球不全是“全球活动”的，至少含有32亿年和更早的稳定大陆。本文对其重要论点做一简要介绍。太古宙沉积岩广泛发育在广大克拉通边缘，也保存在高级地体和绿岩带中。这种沉积序列主要是稳定大陆架和裂谷的。裂谷沉积层序包括砾岩、砂岩和泥岩及有关的镁铁质和长奖质火山岩等。稳定大陆架沉积层序主要是石英碎屑岩、叠层石碳酸盐岩、泥岩和铁建造等。这里介绍的沉积层序不包括前陆盆观（foreland－basin）层序，例如上…     

俯冲带岩浆作用与大陆地壳生长

大陆地壳的起源、生长和改造一直都是国际地学界广泛关注的热点问题,目前仍存在一定的争议,特别体现在陆壳增生的方式和速率上.为了探讨大陆地壳的生长方式,简要综述了俯冲带及其岩浆作用和大陆地壳生长的研究成果.俯冲带可划分为洋洋俯冲带、洋陆俯冲带和陆陆俯冲带,其岩浆作用以产出弧岩浆岩为主要特征,被广泛接受为大陆地壳生长的主要方式.目前主要有两种陆壳生长的假说:玄武岩模式和安山岩模式.玄武岩模式主要通过拆沉和底垫过程来实现新生地壳向大陆地壳的演化;安山岩模式则强调陆壳直接形成于产出安山质岩浆的俯冲带岩浆弧环境.俯冲带和碰撞带等板块汇聚边界是显生宙大陆地壳生长和改造的主要位置,俯冲带岩浆作用对陆壳生长发挥着重要的作用.      

大陆下地壳流变性质与华北克拉通破坏机制

综述了中国东部地壳结构与组成的基本特征,介绍了华北克拉通岩石圈减薄作用这一近年来备受国内外地球动力学界关注的重大科学问题,归纳和总结了目前关于华北克拉通减薄机制的各种模型,并结合大陆岩石圈流变学结构模型,强调从流变学角度探讨华北克拉通下地壳的流变性质对研究和解决华北克拉通破坏机制的意义,提出进行更精细的、结合定量结构水研究的高温高压流变学实验模拟研究可能是解决华北克拉通破坏机制问题的关键手段之一。     

深部地震反射剖面与大陆地壳的生长

深部地震反射剖面提供了以横向和垂向增生方式生长的显生宙地壳类型与大小的证据。对横穿会聚带剖面的解释,证明大陆壳受到大洋岩石圈碎片的构造板底垫托作用。横穿伸展带的剖面提供了地壳的岩浆板底垫托作用的证据。除了对活动区的研究以外,西欧、北美、澳大利亚大部分地区的深部反射剖面,显示下地壳具有强反射性,并且其地震特征不同于上地壳和上地幔。在许多地区的下部都发现层状构造,而这些地区属于不同的地壳类型,基底年龄从太古代到新生代;层状构造的年龄常常明显小于出露上地壳的构造或变质年龄。仅通过对上地壳的测量而估计出的地壳生长曲线,可能低估了显生宙地壳的增长,同样可能高估了平均地壳年龄。     

《地球大气圈、水圈和硅铝质大陆地壳的成生》

人类对赖以生存的地球大气圈、水圈、大陆地壳形成的认识,从感性到理性,不断积累、不断深入,但终究尚未获得圆满解决,仍在孜孜不倦追求和探索。新书作者,云南省地质科学研究所教授级高级工程师吕伯西,化费30年心血和磨砺,创立了全新的"高层