皖东新生代玄武岩成因:洋壳-大陆岩石圈地幔相互作用的地球化学证据

尽管前人对中国东部新生代大陆玄武岩已经开展了大量的地质地球化学研究,提出了不同地幔源区组分的存在,但就其成因机制来说仍然存在严重分歧.     

特约主题:地幔地球化学研究进展

2018年5月19-22日,由中国矿物岩石地球化学学会地幔矿物岩石地球化学专业委员会主办,中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室承办的2018年地幔矿物岩石地球化学研讨会在武汉成功召开。会议期间,中科院地质与地球物理所周新华研究员提议,就会议中涉及的地幔地球化学最新研究进展出个专辑,得到与会者的积极响应。本专题共邀请7个课题组撰写文章7篇,分别就大陆克拉通岩石圈地幔演化、典型EM1型玄武岩的成因、水在大火成岩省中的作用、强亲铁亲铜元素地球化学、南海地幔组成与动力学这些地幔地球化学中的关键问题和最新进展进行了详细解读。     

向"深地"和"深海"进军征途中——地幔矿物学岩石学地球化学十年进展

21世纪第二个十年(2010-2020)是我国矿物岩石地球化学蓬勃发展的十年,是从克拉通破坏到造山带演化,从大陆到大洋岩石圈,从深度到广度全面进军的十年,亦是从追赶到超越的十年.这十年我国矿物岩石地球化学家在地幔矿物学、岩石学和地球化学领域取得了众多突破性进展.这些进展集中在两个方面:一是来源于地幔直接样品的,如地幔矿物学、大陆和大洋岩石圈、造山带橄榄岩和地幔中的水;二是来源于幔源岩浆的,如大陆和大洋玄武岩、基性-超基性杂岩体和火成碳酸岩.特别需要指出的是,非传统稳定同位素即金属稳定同位素新方法(如Li、Mg、Fe和Ca同位素等)的开发和广泛应用,大大提升了我国地幔岩石学和地球化学研究进程,实现了从追赶到超越的历史性跨越.     

化学地球动力学研究进展

化学地球动力学是地球化学与地球动力学之间的交叉学科,是20世纪末期地幔地球化学研究的热点和前沿。随着人们对板片-地幔相互作用机制及其地球化学效应的认识,化学地球动力学研究已经从地幔不均一性本身拓展到具体俯冲板片对地幔成分的影响。这个拓展为我们认识地球内部的运作机制、俯冲带壳幔相互作用和地幔不均一性的尺度等重要科学问题做出了重大贡献。本文系统回顾了大洋玄武岩成因与地壳物质再循环、大洋玄武岩源区的岩石学性质、板块俯冲与大洋玄武岩成因、大陆镁铁质超镁铁质岩成因和板片-地幔相互作用以及花岗岩成因与大陆动力学等方面的突出进展,对化学地球动力学领域存在的重要科学问题和今后的研究方向也提出了建议。     

秦岭显生宙地幔组成及其演化

通过对秦岭造山带及扬子克拉通北缘显生宙时期 3个含地幔捕虏体的煌斑岩、钾镁煌斑岩、碱性玄武岩以及 11个不含捕虏体的辉石岩、辉长岩、玄武岩出露点的岩石地球化学对比研究 ,揭示出研究区地幔演化经历了自古生代的OIB亏损地幔到中生代的高度富集地幔再到中生代末期 -新生代的OIB MORB的亏损地幔的两次明显变更。制约这种变更的主要因素是熔融岩浆时源区发生的层圈相互作用类型。鉴于大陆岩石圈软流层体系的特征 ,有必要划分出岩石圈 /软流层相互作用带(过渡带 ) ,它是大陆岩浆作用的重要源区。     

机器学习在地幔地球化学研究中的应用

高温高压条件下的热力学平衡是开展地幔地球化学研究的重要基础。目前，对地幔条件下矿物和熔体的热力学平衡的认识还存在一些不足，即地幔地球化学的实验和天然样品数据(压强、温度和成分等)构成的高维度矩阵中离散点之间的关系还未被充分厘清。机器学习是挖掘数据的有效工具，通过回归、分类等算法，可以为地幔条件下的热力学平衡提供新认识。已开展的实例研究包括温压计、熔体中元素的溶解度、矿物的三价铁含量、判断地幔捕掳体是否发生交代作用、判断样品是否发生氢扩散作用，等等。本研究方向的发展还需要机器学习方法的普及、基础数据库正确率和数据质量的提高以及算法的改进。     

塔里木西北缘阿克苏地区大陆拉斑玄武岩对新元古代裂解事件的制约

塔里木西北缘新元古界苏盖特布拉克组不整合覆盖在前寒武纪阿克苏群蓝片岩及侵入其中的基性岩墙之上,苏盖特布拉克组底部发育两层玄武岩夹层,其形成时代和成因背景对认识塔里木板块前寒武纪构造演化及有关的超大陆循环和地球动力学过程具有重要意义。本文对这两层玄武岩进行了全岩地球化学和锆石U-Pb年代学研究。结果显示,玄武岩均属于大陆拉斑玄武岩系列,微量元素地球化学特性与典型的大陆溢流玄武岩非常相似,其岩浆来源于富集地幔,并遭受了一定程度的地壳混染作用。玄武岩中锆石的LA-ICP-MS U-Pb年龄分布在1945~755Ma,这些锆石均属于玄武岩浆上升过程中从地壳岩石捕获的继承锆石,记录了塔里木北缘元古代期间多期变质和岩浆事件。这一年龄范围表明,玄武岩形成的时代应晚于755Ma。本文的研究结果表明,阿克苏大陆拉斑玄武岩形成于板内裂谷环境,可能与新元古代Rodinia超大陆之下的地幔柱活动有关,是塔里木板块从Rodinia超大陆裂解出来的直接证据。     

国际地球化学研究现状与发展前沿——国际地球化学大会Goldschmidt 2011印象

对国际地球化学大会Goldschmidt 2011的基本情况、5个大会主题报告和23个分会报告作了较详细介绍与评述。这5个大会主题报告是:地幔中的挥发组分对板内岩浆作用的影响,地球深部挥发组分的循环:从远古到现代,利用地球化学信息研究末次冰川消退及其对河流的影响,外星大气:一个由热到可居住的世界,深海中的微生物群落与甲烷氧化作用。23个分会报告包括:宇宙化学,行星形成;早期地球:从地核到大气;地球深部动力学及其演化;从地幔至地壳:洋脊与板内岩浆活动;大陆壳的形成及演化;循环:俯冲,地幔楔与弧火山作用;地球环境演化;从纳米到大陆尺度界面与界面过程;火山与自然灾害地球化学;地球资源:能源;地球资源:矿;气候变化;大气气溶胶的源、汇及影响;风化、气候、构造与地表过程;海洋大气:过去与现在;人类活动产生的地球化学影响;生物地球化学:从微生物到宏观与循环;分析技术前沿;计算地球化学前沿;矿物学与矿物物理学前沿;水文地球化学与全球水资源可持续发展;一般主题;特别议题。文章重点阐述了国际地球化学目前的研究现状、热点领域、未来发展方向三个方面。对生物地球化学的研究现状与发展趋势作了专题评述。     

中国东部大陆莫霍面形态与锡矿分布关系初探

中国东部大陆锡矿主要分布在南岭地幔台坪隆起区和东部地幔陡坡带内.这两个地域是富锡的深部构造地球化学区带,也是找锡矿的最有利地带.中国东部锡矿的形成,主要与地球深部过程地台活化的构造—岩浆活动有关.     

川西丹巴地区新元古代变质玄武岩成因及构造意义

对扬子地块西缘康滇裂谷北段的丹巴变质玄武岩进行了系统的岩石学、元素-Nd同位素地球化学研究,结果表明该岩石为碱性玄武岩,样品相对富MgO、富TiO2,Mg#值介于0.51～0.59之间.稀土总量较高,轻重稀土分馏较明显,Th、Nb、Ta、Zr、Hf和LREE等不相容元素富集,Y和HREE明显亏损,地球化学特征与洋岛玄武岩(OIB)类似.岩浆形成于板内裂谷环境,起源于类似OIB的地幔源区,并在上升过程中受到了大陆岩石圈地幔(SCLM)物质不同程度的混染,同时还可能有少量下地壳物质的混染.样品在岩石化学上表现出地幔柱岩浆作用的痕迹,很可能与导致Rodinia超级大陆裂解的新元古代地幔柱事件有关.     

造山带碳酸岩起源与深部碳循环

碳酸岩是揭示地幔地球化学动力学的"探针岩石",迄今有关碳酸岩的研究集中在裂谷环境,而鲜见造山带地区碳酸岩研究的报道。在四川攀西喜马拉雅期造山带、秦岭造山带和华北中央造山带内均有碳酸岩产出,且蕴藏了大型稀土和钼矿床,是研究深俯冲、壳-幔作用和深部碳循环的理想实验室。传统观念认为碳酸岩形成于裂谷环境与地幔柱活动相关,而造山带碳酸岩很可能是陆源富碳沉积物俯冲至地幔低程度熔融的产物。中国造山带内碳酸岩地球化学研究均显示了地壳物质对碳酸岩地幔源区的贡献,这暗示地表碳俯冲至深部地幔,交代地幔发生熔融,这不仅为较还原的地幔源区提供富氧成分,还可以使碳酸岩的母体岩浆更富集稀土,形成稀土矿床。     

格陵兰和拉布拉多演化中的太古宙地壳的地球化学特征

近来就太古宙时期大陆地壳的形成机制和增长速率问题发生了很大的争论,出现了两大派。一派认为在地球历史的早期阶段,地壳发生分离,在以后较年青的地壳形成过程中又多次发生了地幔的旋回。另一派认为或因地幔的化学分异作用,或因地幔派生物质的部分融熔,而使大陆地壳周期性地或连续地增长。本文我们从野外地质、地球化学和同位索资料的角度来讨论北大西洋克拉通的两个     

花岗岩:大陆地质研究的突破口以及若干关键科学问题——“岩石学报”花岗岩专辑代序

地球是宇宙中迄今唯一发现有花岗岩的星球。从物质组成而言,大洋的核心问题是玄武岩,大陆的核心问题是花岗岩。花岗岩从被发现的那一天起,围绕它的产状、成因和演化过程及其地质意义的争论就没有停止过。最早的陆壳由长英质片麻岩TTG组成,TTG不能从地幔中直接熔出,是地幔熔融的玄武岩再次熔融形成的。初始的陆壳富钠,太古宙以后的陆壳开始明显富钾。洋壳的寿命仅2~3亿年,陆壳的寿命可长达40~44亿年。花岗岩记录了大陆形成与演化的全过程,大陆演化对于认知地球具有无法替代的作用。因此,花岗岩在某种程度上可以作为陆壳的代用词。20世纪60年代兴起的板块构造理论是地球科学的一次革命,但是,板块构造理论并未解决大陆形成、演化和改造的根本问题。此外,花岗岩与大陆成矿作用关系也非常密切。花岗岩成因还存在诸多待解难题。对花岗岩的研究,只有跳出岩石学和岩石地球化学的范畴,才能真正理解大陆构造的问题。花岗岩所凝聚的科学问题是对板块构造理论的巨大挑战,也是固体地球科学理论创新的重大机遇。花岗岩研究从岩石地球化学层面跃升到陆壳演化层面,是研究思维和理论创新的突破,是21世纪花岗岩研究的重大转折。     

羌塘东部治多县直根尕卡一带二叠纪栖霞期火山岩地球化学特征及其构造意义

羌塘东部治多县直根尕卡一带二叠纪栖霞期火山岩主要由中基性火山碎屑岩及熔岩组成,火山岩地球化学研究表明,其主元素表现为高TiO_2和低TiO_2两种特征,球粒陨石标准化稀土配分模式为LREE富集型.MORB标准化的微量元素配分型式为大洋隆起型,显示岩浆形成于板内裂谷构造环境.Sr、Nd、Pb同位素地球化学研究表明火山岩显示明显的亏损地幔源区特征.综合研究表明直根尕卡一带二叠纪栖霞期火山岩形成于大陆边缘拉张构造(或陆缘始裂谷)环境,岩浆起源于地幔,属地幔柱作用的产物.     

地壳早期演化的研究进展

地壳早期演化研究的主题是探讨早期大陆形成、生长和再循环的地质过程及其地球化学和地球物理模式。由于陆上古老岩石分布极为有限,围绕着陆壳生长速率的争论持续了30多年。地球化学家基于陆壳从地幔萃取而成并导致被萃取后的地幔在地球化学上产生亏损的认识,提出了许多重要的大陆形成、生长、再循环模式。近年来发展起来的高精度MC ICPMS分析技术,使单颗粒锆石Lu Hf同位素系统分析为评价早期地壳演化提供了更多的信息和更为可靠的证据。不同大陆早前寒武纪地壳及地幔地球物理和地球化学状态研究表明,陆壳再循环作用、壳—幔以及壳内（如古老的地壳重熔作用及其与相对较新的地壳发生广泛的混合作用）相互作用是早期大陆演化的重要地质过程。     

中国合肥盆地新生代火山岩成因岩石学研究

古新世和渐新世（可能至中新世）玄武岩质岩石的零星露头产在中国东部的合肥盆地中。前者是拉班玄武岩质，而后者是碱性玄武岩质。对它们进行了详细的岩石学以及微量元素和同位素地球化学研究，古新世拉斑玄武岩浆应该来源于一个老地幔楔的部分熔融，而这个地幔楔是由早中生代扬子板块向华北板块之下消减而形成的。自渐新世，中国东部大陆进入了张裂的大陆边缘阶段。该阶段的碱性玄武岩浆可能来源于软流圈。     

大陆地壳中元素地球化学分异指数排序模式

深入分析了元素相容性、元素两相间的分配系数与壳幔元素地球化学分异间的关系,建立壳幔元素地球化学分异模型,提出不相容元素在地壳富集与壳幔岩石部分熔融过程相关的观点。收集并整理了原始地幔、地壳各层圈60余种元素的平均化学成分。以壳幔元素的地球化学分异理论模型为依据,计算得到壳幔元素地球化学分异强度指数,并分析了元素分异指数与元素相容性的关系。根据分异指数数值大小由高到低排序得到大陆地壳元素地球化学分异强度的序列。最左边元素为正强分异元素,即强不相容元素,富集于大陆上地壳;最右边为负强分异元素,即强相容元素,在大陆上地壳相对贫化。分异指数值靠近1的元素在地壳的富集和贫化不明显,属于过渡型。根据该序列提出元素地球化学一种新的分类法,分布于序列左边的正强分异元素为亲地壳元素类,分布于序列右边的负强分异元素为亲地幔元素,处于两者之间的元素成为亲地壳 亲地幔的过渡元素,并在周期表中列出了各类元素的位置。新划分的三大类元素在周期表中呈现有规律的分布。     

碳酸岩与铂族元素地球化学

碳酸岩（carbonatite）被视为一种研究大陆地幔地球化学的“探针岩石”,通过对这类岩石的研究,在探讨地幔组成与演化、地幔交代作用与不均一性以及岩浆形成的动力学背景、岩浆来源及演化和有关矿产的成矿作用等方面,具有重要的理论意义和实际价值。铂族元素（Platinum—group elements,简称PGE）在研究核-幔分异、地幔组成与演化以及幔源岩石（主要为基性-超基性岩）形成的大地构造背景、岩浆起源及演化,以及探讨K／T界线与陨石撞击事件等方面具有重要意义。本文在概述国内外碳酸岩和PGE地球化学研究现状的基础上,结合地质事实和地球化学研究成果,认为碳酸岩熔体具有一定携带PGE的能力,可利用PGE地球化学来探讨碳酸岩的源区特征和岩浆形成与演化过程;同时指出,碳酸岩PGE地球化学研究过程中还存在许多悬而未决的科学问题。     

塔里木西南缘新元古代辉绿岩及玄武岩的地球化学特征：新元古代超大陆（Rodinia）裂解的证据

塔里木西南缘(西昆仑北带)发育新元古代辉绿岩及玄武岩，辉绿岩侵入青白口系而被南华系超覆，玄武岩发育在南华系下部。初步的岩石地球化学研究表明，辉绿岩及玄武岩形成于大陆板内裂解背景，来自EMI型地幔源区。结合对本区格林威尔期造山事件的确定以及新元古代815Ma左右的A型片麻状花岗岩的发现，表明新元古代玄武岩喷发、辉绿岩岩墙侵入等是古塔里木板块作为Rodinia超大陆的一员在新元古代发生裂解的岩浆事件，我们推测超大陆裂解与地幔柱活动有关。     

川西康定—丹巴地区新元古代基性岩墙成因及源区性质

提要：扬子地块西缘新元古代岩浆岩分布广泛,目前对其成因和构造背景的认识还存在很大争议。本文报道了川西康滇裂谷北段康定—丹巴地区新元古代基性岩墙的岩石学、元素地球化学和Sm-Nd同位素特征,探讨其岩石成因、岩浆源区性质和岩浆熔融深度。结果表明岩石样品属拉斑系列,形成于板内裂谷环境,岩浆在上升侵位过程中受到了初生岛弧地壳物质不同程度的混染。岩浆起源于亏损地幔源区,是尖晶石地幔橄榄岩部分熔融的产物,很可能与导致Rodinia超级大陆裂解的新元古代地幔柱事件有关。