南海西南次海盆扩张期热液循环与洋壳增生的数值模拟

洋壳厚度受多方面因素的影响，前人大多关注地幔温度、地幔源成分等岩石圈深部因素，很少关注岩石圈浅层的热液循环对洋壳厚度的影响。利用基于有限元的数值模拟手段，对扩张期不同背景(洋中脊、拆离断层)、不同扩张速率的热液循环与洋壳增生的关系进行研究。结果表明：洋壳增生达到稳定前，热液循环导致理论洋壳厚度发生阶段性减薄，减薄量随时间改变，并且推迟了上地幔中熔融体出现的时间；当洋壳增生达到稳定后，热液循环下产生的理论洋壳厚度反而比无热液循环的更厚。结合洋壳增生过程中对流热通量的变化分析，在洋壳增生前期的上地幔温度低，驱动热液循环的热源小，产生的对流热通量相对较小且不稳定，热液循环缓慢冷却上地幔顶部的温度，进而推迟上地幔初始熔融的时间，减弱上地幔的熔融，并造成一定时间阶段内的生成理论洋壳比正常理论洋壳厚度更薄；当洋壳增生达到稳定后，对流热通量达到最大并稳定，热液循环持续快速的冷却上地幔顶部温度，导致上地幔深部的热向上地幔顶部补给，反而增大了上地幔顶部的温度和熔融量，进而增大了理论洋壳厚度。随着扩张速率的增大，理论洋壳厚度增大，对流热通量增大，热液循环导致的洋壳阶段性减薄的最大减薄量也增大，阶段性减薄的时间缩短。结合南海西南次海盆的洋壳结构特征分析：两条横跨南海西南次海盆的地震剖面显示，海盆内存在异常薄的洋壳区域，并且两条地震剖面的最薄洋壳厚度相差0. 85 km,推测海盆内异常薄洋壳和不同扩张时期的最薄洋壳厚度差异受到扩张期热液循环阶段性减薄洋壳作用的影响。     

地球上地幔底部的一个全球性熔融层

正上地幔410 km不连续面顶部存在一个全球性的地震波低速层,尤其是该低速层显示出横向不连续性。通常,这一地震学观测被认为是由于局部效应导致出现部分熔融,比如俯冲洋壳脱水或与地幔柱有关的含水硅酸盐矿物减压脱水、地幔过渡带滤水器模型等多种推测。但是到目前为止还没有可靠的实验结果来证实这些假说。法国国家科学研究中心的Freitas     

西藏班公湖蛇绿混杂岩带演化特征

蛇绿岩带是大陆造山带中残存的古大洋岩石圈和上地幔的残片,它记录了洋壳地幔的对流、变形、熔融以及交代过程;蛇绿混杂岩带是不同时代、不同大小、不同构造环境的沉积物及洋壳和上地幔的残片,经俯冲消减、碰撞后混杂堆积构成的无序组合带,它涵盖了洋盆形成、俯冲消亡、弧-弧或弧-陆碰撞到陆内汇聚的造山作用时空演化全过程.从班公湖蛇绿岩带内部结构、岩石学特征、地球化学特征等方面进行了详细的野外调查和研究,最后从地质构造、地球化学及区域对比3个方面,分析了班公湖蛇绿岩的形成环境.     

蛇绿岩中上地幔物质流动和熔融迁移

着重介绍了洋脊扩张环境下的上地幔物质流动和上涌几何学、蛇绿岩中熔融迁移构造和熔融迁移的模式、国内在这一领域的研究现状和存在的问题；强调了上地幔物质流动和熔融迁移是蛇绿岩研究的一个重要方面，今后应加强这一领域的研究。     

罗迪尼亚超大陆聚合在华南陆块北缘的镁铁质岩浆岩记录

超大陆的聚合必然伴随着从大洋俯冲、弧陆碰撞到陆陆碰撞等一系列板块汇聚和造山过程,这些不同阶段的俯冲和汇聚过程会产生不同特征的岩浆岩记录.华南陆块是新元古代罗迪尼亚超大陆的重要组成部分,在这个超大陆聚合过程中有格林维尔期洋壳俯冲及其伴随的壳幔相互作用.总结了华南陆块北缘记录的罗迪尼亚超大陆聚合不同阶段发生的岩浆活动,比较了其产物的地球化学特征,探讨了它们对应的构造环境.华南陆块北缘900~950 Ma的岩浆活动产物以镁铁质岩浆岩为主,伴随有少量斜长花岗岩,为洋壳俯冲作用的产物.当洋壳俯冲到大陆边缘之下形成安第斯型俯冲带,古老陆源沉积物也被携带进入俯冲带,由此部分熔融产生的含水熔体交代上覆地幔楔形成极度富集的造山带岩石圈地幔,其在新元古代中期发生部分熔融形成具有极负锆石ε_Hf（t）值的镁铁质岩浆岩.因此,在罗迪尼亚超大陆聚合过程中地幔楔被交代形成镁铁质-超镁铁质交代岩,其中一部分在俯冲阶段就发生部分熔融形成大洋弧或大陆弧镁铁质岩浆岩,另一部分在俯冲之后由于大陆裂断引起造山带岩石圈拉张使其与上覆地壳一起部分熔融形成双峰式岩浆岩.      

长江中下游南京（宁）-芜湖（芜）段深部壳幔电性结构——宽频大地电磁测深研究

为了较全面、客观地认识南京(宁)-芜胡(芜)地区岩石圈深部结构,探讨岩石圈热结构和壳、幔物质状态等重要科学问题,为矿集区成矿作用和成矿规律的研究提供依据,我们完成了6条宽频大地电磁测深剖面。通过分析各剖面电性成像结果,讨论了研究区地壳-上地幔导电性的"拟三维"结构,发现测区普遍存在连续的下地壳-上地幔低阻层,仅在巢湖冲褶体断开。结合区域热流结果,我们认为下地壳-上地幔有较好的导电性,可能存在局部"熔融体"或"含水剪切断裂",其物质状态很可能是热的、软弱的。此外,我们通过物质状态和电性界面推断了上地幔隆起的位置和长江深断裂带的分布范围,认为长江断裂带不但存在,而且由多条北深南浅的断裂组成,较为复杂。     

地幔不同深度单斜辉石含水量的高压实验

在1.5~5GPa、1100~1200℃条件下开展了含水大陆碱性玄武岩的熔融实验研究。通过红外光谱分析其中单斜辉石的结构水,计算得到其量为1173(153)×10-6～2049(197)×10-6。结果表明:当P<3GPa时,随着压力增大,单斜辉石的含水量逐渐增加,在3GPa附近达到峰值,之后随着压力的增大单斜辉石含水量又逐渐减少。单斜辉石含水量随压力的这种变化关系可能受单斜辉石中Al含量的影响。该研究为了解上地幔不同深度处水的分布提供了实验证据。     

动态部分熔融作用及其地球物理意义

本文着重阐述了上地幔动态部分熔融动力学的几个基本问题:(1)初始熔融物的产生;(2)渗透和萃取;(3)运移和聚集;(4)研究方法、内容及其地球物理意义。笔者强调指出,在初始熔融阶段,两面角是控制上地幔熔融物的几何分布、渗透性和连通性能的关键参数,少量熔融物(2%~5%)不仅会使软流圈中地震波速下降、导电率增加,而且还引起上地幔非弹性衰减现象。     

大洋板块运动方向反转控制活动陆缘岩石圈张裂过程数值模拟

为了更好的探究大洋板块运动方向反转与大陆岩石圈张裂之间的动力学关系,以数值模拟为手段来正演大洋板块的反向俯冲,同时考虑光滑洋壳、海山链、海底高原、薄弱带等构造单元加入先期俯冲时对大陆岩石圈张裂的影响.结果显示:大陆岩石圈在大洋板块反向俯冲的过程中会被拉伸减薄,并出现局部岩石圈的颈缩直至张裂、同时伴随有软流圈地幔的上涌和减压熔融等现象.此外,含有不同构造单元的洋壳参与先期俯冲会对陆缘造成不同程度的破坏,从而影响拖曳过程中大陆岩石圈的应变集中,并导致大陆岩石圈在不同时间、不同位置出现张裂.模拟结果可用于对比南海陆缘在新生代张裂中表现的穿时等特征,亦可为其他被动陆缘张裂的动力学研究提供借鉴.      

东南沿海地区古近纪大陆岩石圈地幔特征及成因

东南沿海地区新生代玄武岩中的橄榄岩包体来自岩石圈地幔 ,上地幔橄榄岩包体的岩石学及地球化学特征都记录了地幔演化的历史。普宁橄榄岩包体斜方辉石含量与太古宙克拉通地幔类似 ,但在矿物学、REE、痕量元素和Sr Nd同位素上又与太古宙岩石圈地幔不同。橄榄岩包体的岩相学、矿物学、REE、痕量元素特征都提供了含H2 O富Si流体交代橄榄岩的证据 ,这种流体可能主要是洋壳物质局部熔融而成。流体交代使橄榄岩富Si,同时富Sr、Pb和强不相容元素等大洋岩石圈物质。这表明普宁大陆岩石圈地幔既保留太古宙岩石圈地幔的特征 ,又具有大洋俯冲地幔的特征 ,它是古老岩石圈地幔向大洋岩石圈地幔转换的一部分 ,这种转换可能是大洋岩石圈与大陆岩石圈地幔相互作用的结果。     

南海海盆区深部结构的不对称性及控制因素

南海海盆区具有复杂的构造演化史,但目前对其深部结构的不对称性的研究和控制因素的探讨还存在不足.利用南海最新的重力数据和从27条地震剖面上获取的海盆范围沉积物精确数据计算了全海盆的剩余地幔布格重力异常(residual mantle Bouguer anomaly,RMBA),并反演了海盆的地壳厚度,运用Crust1.0...     

南海西北次海盆及其邻区地壳结构和构造意义

西北次海盆的深部地壳结构蕴含着南海北部陆缘拉张过程的重要信息.广角反射/折射测线(OBS2006-2)长386 km,是目前唯一的一条沿NEE向穿过西沙地块、并平行于西北次海盆扩张脊的深地震测线.通过射线追踪与走时模拟方法(RAYINVR),获得了OBS2006-2测线下方的速度结构.结果表明:西沙地块的沉积层厚度约为1~2 km,而西北次海盆的沉积层厚度大约为2~3 km;Moho界面从西沙地块的27 km逐步抬升到西北次海盆的12 km,Moho界面下方的速度为7.8~8.0 km/s;未发现壳内高速层和低速层.在西沙地块和西北次海盆的过渡区,有着较大量的岩浆活动信息,推测与西北次海盆的初始扩张有关.OBS2006-2测线中114.5°E以西的地区为减薄的陆壳,而114.5°E以东的地区为洋壳,莫霍面在陆壳与洋壳的结合处剧烈抬升,地壳厚度明显减薄.西北次海盆的扩张脊下方可能有残余岩浆的存在.      

南海西南次海盆深部结构研究进展与展望

西南次海盆位于南海渐进式扩张的西南端,共轭陆缘结构和残留扩张脊保留完整,是研究南海深部结构和动力学机制的关键区域。前期研究发现,西南次海盆洋陆过渡带较窄、同扩张断层发育、地震反射莫霍面不清晰、具有慢速扩张等特征。然而,由于不同探测方法获取的地壳结构具有多解性,使得西南次海盆洋陆转换过程、慢速扩张洋壳结构与增生模式以及龙门海山岩石性质与地幔成因机制等基础科学问题尚存争议。为此我们建议在西南次海盆开展地质取样获取海山岩石样品,确定其年龄与性质,分析扩张后海山形成的深部动力过程;并对关键构造部署高精度的地震反射/折射联合探测,结合岩石物理分析,对西南次海盆进行构造成像和物质组成参数正反演,以实现壳幔尺度的地震学透视,为探索西南次海盆洋陆转换过程和洋壳增生模式提供重要的地球物理证据,以丰富和完善南海的动力学演化模式。     

南海南部地壳结构的重力模拟及伸展模式探讨

对南海南部地壳结构研究有助于揭示南海完整的演化历史。本研究对南海南部获取的两条多道地震剖面进行了地震 解释,并对重力数据进行了壳幔密度反演。其中 NH973-1 测线始于南海西南次海盆,覆盖了南沙中部的北段;NH973-2 测 线始于南海东部次海盆,穿越礼乐滩东侧。反演结果显示,莫霍面埋深在海盆区 10~11 km,陆缘区 15~21 km 左右,洋壳向 陆壳莫霍面深度迅速增加。海盆区厚度在 6~7 km,为典型的洋壳;陆缘区地壳厚度在 15~19 km,为减薄型地壳。进一步研 究表明(1)在西南次海盆残余扩张脊之下,莫霍面比两侧略深;(2)在礼乐滩外侧海盆区有高值重力异常体,推测为洋壳与深 部岩浆混合的块体;(3)南沙区域上地壳存在高密度带,且横向上岩性可能变化。南海南部陆缘未发现有下地壳高速层,有 比较一致的构造属性和拉张样式,为非火山型陆缘。我们对两条测线陆缘的伸展因子进行了计算,发现上地壳脆性拉伸因 子与全地壳拉伸因子存在差异,其陆缘的拉张模式在纵向上是不均匀一的。     

Asymmetry in oceanic crustal structure of the South China Sea basin and its implications on mantle geodynamics

ABSTRACT

We investigated the oceanic crustal structure and lithospheric dynamics of the South China Sea (SCS) basin through a comprehensive analysis of residual gravity anomaly and bathymetry combined with seismic constraints and interpretation from geodynamic modelling. We first calculated the residual mantle Bouguer anomaly (RMBA) of the oceanic crustal regions of the SCS by removing from free-air gravity anomaly the predicted gravitational attractions of water-sediment, sediment-crust, and crust-mantle interfaces, as well as the effects of lithospheric plate cooling, using the latest crustal age constraints including IODP Expedition 349 and recent deep-tow magnetic surveys. We then calculated models of the gravity-derived crustal thickness and calibrated them using the available seismic refraction profiles of the SCS. The gravity-derived crustal thickness models correlate positively with seismically determined crustal thickness values. Our analysis revealed that the isochron-averaged RMBA are consistently more negative over the northern flank of the SCS basin than the southern conjugate for magnetic anomaly chrons C8n (~25.18 Ma) to C5Dn (~17.38 Ma), implying warmer mantle and/or thicker crust over much of the northern flank. Computational geodynamic modelling yielded the following interpretations: (1) Models of asymmetric and variable spreading rates based on the relatively high-resolution deep-tow magnetic analysis would predict alternating thicker and thinner crust at the northern flank than the southern conjugate, which is inconsistent with the observed systematically thicker crust on the northern flank. (2) Models of episodic southward ridge jumps could reproduce the observed N-S asymmetry, but only for crustal age of 23.6–20 Ma. (3) Southward migration of the SCS ridge axis would predict slightly thinner crust at the northern flank, which is inconsistent with the observations. (4) Models of higher mantle temperatures of up to 25–50°C or >2% less depleted mantle sources on the northern flank could produce large enough anomalies to explain the observed N-S asymmetries.     

Crustal Structure across the Northwestern Margin of South China Sea: Evidence for Magma‐poor Rifting from a Wide‐angle Seismic Profile

We present results from a 484 km wide-angle seismic profile acquired in the northwest part of the South China Sea (SCS) during OBS2006 cruise. The line that runs along a previously acquired multi-channel seismic line (SO49-18) crosses the continental slope of the northern margin, the Northwest Subbasin (NWSB) of the South China Sea, the Zhongsha Massif and partly the oceanic basin of the South China Sea. Seismic sections recorded on 13 ocean-bottom seismometers were used to identify refracted phases from the crustal layer and also reflected phases from the crust-mantle boundary (Moho). Inversion of the traveltimes using a simple start model reveals crustal images in the study area. The velocity model shows that crustal thickness below the continental slope is between 14 and 23 km. The continental part of the line is characterized by gentle landward mantle uplift and an abrupt oceanward one. The velocities in the lower crust do not exceed 6.9 km/s. With the new data we can exclude a high-velocity lower crustal body (velocities above 7.0 km/s) at the location of the line. We conclude that this part of the South China Sea margin developed by a magma-poor rifting. Both, the NWSB and the Southwest Sub-basin (SWSB) reveal velocities typical for oceanic crust with crustal thickness between 5 and 7 km. The Zhongsha Massif in between is extremely stretched with only 6–10 km continental crust left. Crustal velocity is below 6.5 km/s; possibly indicating the absence of the lower crust. Multi-channel seismic profile shows that the Yitongansha Uplift in the slope area and the Zhongsha Massif are only mildly deformed. We considered them as rigid continent blocks which acted as rift shoulders of the main rift subsequently resulting in the formation of the Northwest Sub-basin. The extension was mainly accommodated by a ductile lower crustal flows, which might have been extremely attenuated and flow into the oceanic basin during the spreading stage. We compared the crustal structures along the northern margin and found an east-west thicken trend of the crust below the continent slope. This might be contributed by the east-west sea-floor spreading along the continental margin.     

Direct observation of adakite melts generated in the lower continental crust, Fiordland, New Zealand

Adakites have a distinct chemistry that links them to melting of a mafic source at high pressure. They have been attributed to melting of subducted oceanic crust or melting of the mafic crustal roots of thick continental arcs, and are an important contrast to mantle wedge melting as a means of generating continental crust. We report the first direct evidence for the generation of adakitic melts in mafic lower continental crust, in an exhumed Cretaceous arc in the South Island of New Zealand. The lower crustal Pembroke Granulite has the bulk chemistry and partial melting textures involving peritectic garnet appropriate for a source region for an adakitic melt. The melt migrated from the area through a fracture network now filled with trondhjemitic veins. Emplacement of the melt was in the upper crust of the Cretaceous section, illustrated by the presence of coeval adakites in the upper crustal Nelson-Westland region.     

中国东部新生代玄武岩记录古太平洋俯冲带壳幔相互作用

大陆玄武岩通常具有与洋岛玄武岩相似的地球化学成分,其中含有显著的壳源组分.对于洋岛玄武岩来说,虽然其中的壳源组分归咎于深俯冲大洋板片的再循环,但是对板片俯冲过程中的壳幔相互作用缺乏研究.对于大陆玄武岩来说,由于其形成与特定大洋板片在大陆边缘之下的俯冲有关,可以用来确定古大洋板片俯冲的地壳物质再循环.本文总结了我们对中国东部新生代玄武岩所进行的一系列地球化学研究,结果记录了古太平洋板片俯冲析出流体对地幔楔的化学交代作用.这些大陆玄武岩普遍具有与洋岛玄武岩类似的地球化学成分,在微量元素组成上表现为富集LILE和LREE、亏损HREE,但是不亏损HFSE的分布特点,在放射成因同位素组成上表现为亏损至弱富集的Sr-Nd同位素组成.在排除地壳混染效应之后,这些玄武岩的地球化学特征可以由其地幔源区中壳源组分的性质来解释.俯冲大洋地壳部分熔融产生的熔体提供了地幔源区中的壳源组分,其中包括洋壳镁铁质火成岩、海底沉积物和大陆下地壳三种组分.华北和华南新生代大陆玄武岩在Pb同位素组成上存在显著差异,反映它们地幔源区中的壳源组分有所区别.中国东部新生代玄武岩的地幔源区是古太平洋板片于中生代俯冲至亚欧大陆东部之下时,在>200 km的俯冲带深度发生壳幔相互作用的产物.在新生代期间,随着俯冲太平洋板片的回卷引起的中国东部大陆岩石圈拉张和软流圈地幔上涌,那些交代成因的地幔源区发生部分熔融,形成了现今所见的新生代玄武岩.      

南海北部陆缘地壳结构特征及其构造过程

根据“北部湾大陆缘地壳结构ＰＳ转换波测深”等地球物理测量结果,本文研究了南海北部陆缘的地壳结构特征,讨论了其白垩纪以来的构造过程。地球物理测量表明,由陆向海,南海北部陆缘地壳由陆壳、过渡壳变为洋壳,厚度由３４ｋｍ减薄至８ｋｍ左右。垂向上地壳为３层结构模式。陆壳、过渡壳和洋壳的下地壳Ｐ波速度普遍较高。地壳伸展系数的计算表明南海北部陆缘伸展主要发育于陆坡地区。结合区域地质研究,本文认为：南海北部陆缘及