西太平洋雅浦海沟玄武岩成因及其地质意义:来自地球化学和Sr-Nd-Pb同位素的制约

初始岛弧岩浆作用对探明俯冲起始机制及俯冲带早期演化具有重要指示意义。为了更加深入的理解岛弧演化过程,本文对采集于雅浦海沟南北两个区域的玄武岩样品进行了详细的主、微量元素和Sr-Nd-Pb同位素分析。结果表明：雅浦海沟南北两部样品具有不同的岩石成因与构造意义。海沟北部样品地球化学特征与弧后盆地玄武岩类似,轻、重稀土元素无明显分馏,大离子亲石元素富集程度较低,Nb、Ta含量指示其地幔源区与马里亚纳海槽较为亏损的地幔源区相似,放射性Sr同位素偏高（0.704 646～0.704 794）,暗示其受后期海水蚀变影响强烈。综合其地球化学特征,认为雅浦海沟北部样品代表帕里西维拉海盆地壳,在卡罗琳洋脊与海沟碰撞这一地质过程中逆冲推覆至原雅浦岛弧之上。雅浦海沟南部样品与北部样品相比具有更低的MgO（4.18%～5.14%）、 TiO₂（0.69%～0.80%）和CaO（8.64%～10.25%）含量,Ti/V=11.56～14.07。稀土元素配分模式较为平坦,具有俯冲相关火成岩的典型微量元素特征。Ba/Yb值偏低,表明样品并未受到明显的板块流体影响;Th/Yb偏高,暗示样品可能受...     

俯冲带岩浆与岩石的相互作用：关于俯冲板块,地幔,地壳的实验研究

通过对下四种环境中岩浆混染作用的实验研究：（１）俯冲板块之上；（２）地幔－陆壳边界界之下和（３）地幔－际壳边界之上；（４）浅部地壳内。用含Ｈ２Ｏ硅质熔体橄榄岩或角闪岩之间反应的一系列清楚的边界确定了；（１）混染熔体内的扩散断面和（２）二种物质之质的结晶反应带。由含Ｈ２Ｏ的橄榄岩－英云闪长岩－花岗岩混合物确定了一些相界，这些相界能区分从俯冲板块中产生的并经过地幔上升的熔体的混染程度和与橄榄岩（如堆积     

鲁西中、新生代镁铁质岩浆作用与地幔化学演化

镁铁质火成岩作为分布最为广泛的典型幔源岩石, 已成为探索地幔化学性状及示踪岩石圈深部过程的主要研究对象.通过对典型样品元素-同位素组成的系统测定, 并结合前人已有资料, 综合研究了鲁西中生代和新生代镁铁质岩石的地质与地球化学特征.研究结果表明, 中生代镁铁质火成岩总体具有富轻稀土和大离子亲石元素、贫高场强元素、I_Sr值变化范围大(0.70396~0.71247)、ε_Nd (t) 值显著偏低(-9.20~-21.21) 的地球化学特征, 但该区南部和北部的中生代镁铁质岩石在元素-同位素组成上仍存在一定差别, 主要表现在南部较之北部镁铁质岩石具有更高的稀土总量(ΣREE为325.52×10-6~555.75×10-6)和轻、重稀土比值(LREE/HREE=17.75~25.97), 以及更高的LILE/HFSE比值(如La/Nb=6.37~13.85, Th/Nb=0.52~1.53).南部镁铁质岩石较之北部镁铁质岩石也更富放射成因锶, I_Sr值分别为0.70844~0.71247和0.70396~0.70598.元素-同位素综合示踪指示鲁西中生代地幔总体具有因岩石圈大规模拆沉作用形成的EMⅠ型富集地幔特征, 但其南部叠加了因深俯冲而进入地幔的扬子陆壳的影响, 因而表现出EMⅠ和EMⅡ组分混合的富集地幔特征.新生代玄武岩具有类似于大洋玄武岩的地球化学特征, 其源区应为亏损的软流圈地幔, 但在部分熔融形成岩浆之前遭受了近期的交代作用.自中生代至新生代, 华北克拉通地幔具有由富集向亏损演变的趋势, 这一化学性状的演变最可能是中生代以来岩石圈大规模拆沉作用, 导致软流圈地幔上涌并对原有岩石圈地幔再改造所致.      

板块俯冲带的构造岩浆活动与地幔矿物稳定性的成因关系

板块俯冲带是岩浆活动和地震的频发地带。本文对本俯冲带有关的地幔矿物稳定性的实验研究进行介绍，并对根据实验结果作出的地幔部分熔融所需水的来源、深源地震成因等问题的解释进行了评述。     

峨眉火成岩省岩浆矿床成矿作用与地幔柱动力学过程的耦合关系

峨眉火成岩省位于扬子地块西部,为中二叠世末地幔柱活动产物。迄今为止,峨眉火成岩省已发现超大型V-Ti磁铁矿矿床4处,大中型岩浆硫化物型Ni-Cu-(PGE)矿床近10处。这些矿床的含矿镁铁-超镁铁岩体为260Ma±,与峨眉山玄武岩为同一地幔柱的产物。系统归纳和分析上述两类含矿镁铁-超镁铁岩体在空间分布、岩体规模、岩石组合和造岩矿物组成等方面存在明显的差异:可以分为内带和外带,内带以巨厚的峨眉山玄武岩、大型层状岩体和众多小型镁铁-超镁铁岩体、低Ti玄武岩、碱性岩体和丰富的成矿作用为标志。外带则玄武岩厚度降低,以高-Ti玄武岩为主,很少有侵入岩体。在对这两类岩浆矿床的分布及其与低Ti和高Ti玄武岩地质和地球化学联系的归纳和分析基础上,结合对杨柳坪Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床成矿过程与峨眉山玄武岩岩浆起源和演化相互关系的研究结果,认为峨眉山火成岩省这些不同类型的矿床是地幔柱动力学过程不同阶段的产物。V-Ti磁铁矿矿床的形成于高Ti玄武岩浆有关,主要受控于岩浆的分离结晶作用;而Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床成矿主要取决于3个因素:高程度的部分熔融,下地壳同化混染和分离结晶。Ni-Cu-(PGE)硫化物矿床是地幔柱活动早期阶段的产物,而V-Ti磁铁矿矿床则形成则晚于岩浆硫化物矿床。     

地幔流体研究进展

介绍了在地幔流体的成分、源区、形成机制、运移方式和分异模式以及地幔流体与地幔交代作用、岩浆作用和成矿作用的关系等方面研究的一些新进展 ,总结了地幔流体的研究途径和方法的一些新突破 ,并指出了今后的重点研究方向。     

地幔脱气作用和大气圈惰性气体形成与演化

惰性气体同位素地球化学是研究地幔脱气作用和地球大气形成与演化的有效工具。根据惰性气体提供的信息,地球大气圈中惰性气体主要由地幔脱气形成。地球有三个截然不同的惰性气体储集库：ＭＯＲＢ（洋中脊玄武岩）型地幔（大量脱了气的地幔）,Ｌｏｉｈｉ（夏威夷洛尹黑海山）型地幔（少量脱了气的地幔）,和大气圈＋海洋＋大陆地壳。为了探索这三个气体储集库之间的联系,国外学者已建立了三种地幔脱气模式：①整体脱气（ＢＤ）模式,②溶解度控制脱气（ＳＣＤ）模式,和③稳定态脱气（ＳＳＤ）模式。其中ＳＣＤ模式能较好地解释各储集库中惰性气体同位素体系特征。ＳＣＤ模式认为地幔中各种气体的脱出程度和脱出历史不完全相同,主要受气体在硅酸盐熔体中的溶解度所控制,因而认为地球大气中的各种气体的演化史也不完全相同。从地球形成时算起,大气中惰性气体主要形成和演化的平均时间分别为：１３０Ｘｅ为（２１±７）Ｍａ,３６Ａｒ为（５６±１９）Ｍａ,３Ｈｅ为（３１０±１２０）Ｍａ,４０Ａｒ为１５００Ｍａ,４Ｈｅ为８００Ｍａ。     

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.      

地幔物质的性质,状态与演化及相变动力学研究进展

近年来，借助于高温高压实验技术，地球科学家们发现构成地幔的许多矿物随着压力的增加会发生矿物结构的改变，由此可以推断出深地幔矿物存在形。这些相变地幔主不连续面的形成有关，因而对相变的热力学及其相变动力学的研究可以为地幔对流及其热演化提供约束条件。     

胶南造山带形成与演化

胶南造山带前寒武纪结晶基底由晚太古代胶东岩，早元古代荆山群及粉子山群，中元古代海州岩群、晚元古代震旦纪朋河石组等变质地层和早－中元古代超镁铁质同夺、镁铁质岩、榴辉岩、晚元古代花岗岩类、榴辉岩等组成。这些岩石记录了造山带形成演化历史：２９００－２８００Ｍａ，胶东岩群中基性火山沉积形成，于２５００Ｍａ遭受中压相系角产偿岩相变质变形作用，之后有少量基性岩中基性火沉积岩形成，于２５００Ｍａ遭受中压相系角闪     

Geochemistry of peridotites from the Yap Trench,Western Pacific: implications for subduction zone mantle evolution

ABSTRACT

This study examines the major and trace elements of peridotites from the Yap Trench in the western Pacific to investigate mantle evolution beneath a subduction zone. Major element results show that the peridotites are low in Al₂O₃ (0.31–0.65 wt.%) and CaO (0.04–0.07 wt.%) contents and high in Mg# (Mg/(Mg+Fe)) (0.91–0.92) and have spinels with Cr# (Cr/(Cr+Al)) higher than 0.6 (0.61–0.73). Trace element results show that the peridotites have extremely low heavy rare earth element (HREE) contents compared with abyssal peridotites but have U-shaped chondrite-normalized rare earth element (REE) patterns. The degree of mantle melting estimated based on the major elements, HREEs, and spinel Cr# range from 19% to 25%, indicating that the Yap Trench peridotites may be residues of melting associated with the presence of water in the mantle source. In addition to light rare earth element (LREE) enrichment, the peridotites are characterized by high contents of highly incompatible elements, positive U and Sr anomalies, negative Ti anomalies, and high Zr/Hf ratios. The correlations between these elements and both the degree of serpentinization and high field strength element (HFSE) contents suggest that fluid alteration alone cannot account for the enrichment of the peridotites and that at least the enrichment of LREEs was likely caused by melt–mantle interaction. Comparison between the peridotites and the depletion trend defined by the primitive mantle (PM) and the depleted mantle (DM) suggests that the Yap Trench mantle was modified by subduction-related melt characterized by high contents of incompatible elements, high Zr/Hf ratios, and low HFSE contents. Hydrous melting may have been enhanced by tectonic erosion of the subducting Caroline Plate with complex tectonic morphostructures at the earliest stages of subduction initiation.     

Mantle peridotites from the Western Pacific

We review petrographical and petrological characteristics of mantle peridotite xenoliths from the Western Pacific to construct a petrologic model of the lithospheric mantle beneath the convergent plate boundary. The peridotite varies from highly depleted spinel harzburgite of low-pressure origin at the volcanic front of active arcs (Avacha of Kamchatka arc and Iraya of Luzon–Taiwan arc) to fertile spinel lherzolite of high-pressure origin at the Eurasian continental margin (from Sikhote-Alin through Korea to eastern China) through intermediate lherzolite–harzburgite at backarc side of Japan island arcs. Oxygen fugacity recorded by the peridotite xenoliths decreases from the frontal side of arc to the continental margin. The sub-arc type peridotite is expected to exist beneath the continental margin if accretion of island arc is one of the important processes for continental growth. Its absence suggests replacement by the continental lherzolite at the region of backarc to continental margin. Asthenospheric upwelling beneath the continental region, which has frequently occurred at the Western Pacific, has replaced depleted sub-cratonic peridotite with the fertile spinel lherzolite. Some of these mantle diapirs had opened backarc basins and strongly modified the lithospheric upper mantle by metasomatism and formation of Group II pyroxenites.     

岩浆作用、深部壳幔过程与资源-环境效应

本文提出3个大地构造单元中火成岩构造组合及其所应的岩石圈—软流圈系统的状态,着重讨论了岩浆作用与深部壳幔过程对成矿作用的约束,简要讨论了它们的环境效应。提出研究岩石圈—软流圈动力学的演化趋势对中国大陆未来预测的重要性。     

滇西古特提斯造山带的威尔逊旋回：岩浆活动记录和深部过程讨论

滇西古特提斯造山带威尔逊旋回的岩浆活动记录保存在昌宁－孟连带和金沙江－哀牢山带及其周围地区。在大陆拉张阶段,思茅地块之下的大陆岩石圈地幔是明显亏损的,指示它已经历过一次或几次部分熔融事件。洋盆阶段的ＭＯＲＢ源于强烈亏损的大洋岩石圈地幔源区,但与地幔柱发生广泛的混合作用,与现代印度洋脊下的大洋岩石圈地幔相似。从俯冲阶段到碰撞阶段,大陆地幔则变得越来越富集。文中还讨论了滇西古特提斯大陆岩石圈地幔和大洋岩石圈地幔的性质以及大陆岩石圈地幔转化为大洋岩石圈地幔的过程,推测板块扩张的起因可能与下地幔的活动有关。     

超大陆构造、地幔动力学和岩浆-成矿响应

超大陆是地球上全部或近乎全部(> 90%)大陆块的集合。推测最老的超大陆存在于3.0 Ga,称作Ur。由于年龄老,很难检测该超大陆的存在。地球的历史中,似乎曾有2次,所有的陆块被焊合到一起形成一个超大陆。地球历史中第一个真正被黏合在一起的超大陆大概是Columbia超大陆,它形成于1.85 ~1.90 Ga,在大约1.60 Ga开始破裂,于~1.3~1.2 Ga最终裂解。Columbia超大陆之后第二个真正被黏合在一起的超大陆是Rodinia超大陆,它存在于~1 100 Ma 到 540 Ma。Pangea (0.25 Ga)并不是一个真正的超大陆,只是一个很大的大陆块的集合体——准-超大陆。该准-超大陆的南半部(冈瓦纳古陆)有一个离散的历史,北半部(劳亚古陆——即古亚洲)有一个会聚的历史。目前,第三个超大陆还未形成,我们的星球尚处在一个未来真正超大陆(Amasia)的形成途中。超大陆形成和裂离的机制是有争议的话题。对于一些新近概念模型的综合分析表明,地幔动力学对于地球历史中超大陆的会聚和裂解有着重要的控制作用。超大陆的形成过程受超级沉降流的控制。超级沉降流通过如当今在西太平洋所见到的双向俯冲带而发生,它也为地质历史和P-波全地幔层析所认可。超级沉降流就像外太空的黑洞一样呑噬了所有物质,将大陆会聚到一个紧密的集合之中。超大陆的命运受控于超级地幔柱(超级上涌流),后者将大陆集合裂离。随着数字模型技术的进步及计算能力和资源的增强,地幔动力学的数字研究已经在识别地幔结构的地震层析图像方面取得了明显进展,并对地球动力学机制有了更好地理解。固体地球可以被认为是由上地幔中具水平运动的板块构造、下地幔中受垂直运动主宰的地幔柱构造和地幔底部以水平运动为特征的'反-板块构造’所构成。尽管地幔层析开启了进入深部地球的窗口,在增生造山带中被保存的"大洋板块地层"的叠瓦状残骸仍然构成了研究俯冲-增生-碰撞历史(特别是与地球表面古老超大陆聚合有关的俯冲-增生-碰撞历史)的有用的地质学工具。超大陆的动力学也影响着生命的起源和灭绝、地表环境变化以及岩浆作用和成矿作用。与超大陆会聚和裂解相伴的地幔下沉和地幔上涌引起大规模物质和能量的流动,也导致大规模岩浆作用和成矿作用、灾难性的环境变迁,有时甚至造成生物灭绝。当一个上升的地幔柱撞击超大陆的底部时,它所诱发的大陆裂谷化,形成大火成岩省、大规模成矿作用和火山喷发,可能会导致地幔柱的冬天,后果是生物灭绝和长时期的大洋缺氧。因此,与地幔动力学有关的超大陆构造为评估大陆地壳演化和破坏的历史,进行资源评价、了解生命的历史和追踪我们所居住的星球的主要地表环境变迁提供了一把钥匙。     

雅浦海沟北部深渊和超深渊沉积物的物质组成、来源和形成过程研究

为探究雅浦海沟北部深渊、超深渊沉积物的组成、来源和形成特征,以1 cm分层对采自该海域不同深度的五根柱状沉积物样品的0~8 cm沉积层进行了扫描电子显微镜(SEM)观察和X射线能谱(EDS)分析,并且分析了这些样品的含水率,锰结核含量, Al、Ca、Fe、Mn、Ti、Mg等6种常量金属和Ba、Co、Cr、Ni、Pb、Sr、V、Cu、Zn等9种微量金属元素含量,以及总有机碳(TOC)含量等参数。结果表明,研究区域沉积物主要为深海软泥沉积,是不同年代沉积物的复杂混合,包含以盘星石为代表的颗石藻、海绵骨针、放射虫和硅藻等多种微体古生物化石以及辉石、重晶石、钛铁矿、长石等多种矿物。沉积组分主要来自生物源、火山源、陆源和海底热液,其中陆源沉积出现于海沟东侧深渊区。海沟西侧崖壁的沉积物比东侧崖壁的沉积物更容易发育锰结核。研究区域沉积物含水率较高并且颗粒较大,其含水率随深度增加呈减少趋势。研究区域超深渊站位沉积物的TOC和微体古生物化石含量均高于深渊站位,存在明显的漏斗效应。整体上海沟西侧崖壁沉积物含水率和TOC含量低于东侧崖壁的沉积物。自更新世以来,雅浦海沟北部的碳酸钙补偿深度(CCD)线从4 568 m以深变为4 435 m至4 568 m之间。研究区域的沉积环境为氧化环境,其0~8 cm沉积层的古老沉积物与现代沉积物发生了混合和再沉积作用,形成年代跨度极大。研究区域沉积物的形成受到海沟坡度、水动力环境、重力滑塌、浊流沉积、火山活动、漏斗效应等多种因素的显著影响。     

冲绳海槽构造演化及其与岩浆、热液和沉积作用的关系：研究进展与展望

冲绳海槽是西太平洋沟-弧-盆体系中典型的弧后盆地。其独特的大地构造位置,岩浆、热液活动与沉积记录一直是学术界研究的热点。基于前人的研究成果,本文综述了冲绳海槽的构造活动对岩浆、热液与沉积的控制作用。菲律宾海板块的俯冲导致了冲绳海槽的形成,并发生了弧岩浆、弧后岩浆和斜切弧后岩浆作用,这三种岩浆作用导致了热液活动在平面分布上的三种不同分区。岩浆的发育和菲律宾海板块俯冲造成的断裂系统为冲绳海槽热液的发育分别提供了热源和通道。在~416 ka发生的浙闽隆起带沉降,导致了冲绳海槽北部的沉积物由粗变细。最后针对冲绳海槽的研究现状,文章对未来的进一步研究作了展望。     

西太平洋暖池核心区新不列颠海沟有机质来源及碳酸盐含量变化

深海有机质的来源与演化及其碳酸盐含量变化是碳循环的重要环节之一。通过分析新不列颠海沟水深3908 m采集的柱状沉积物总有机碳(TOC)和总氮(TN)的含量、有机碳的δ¹³C值和AMS-¹⁴C定年以及CaCO_3含量变化,探讨该海区的有机质来源与演化及碳酸盐含量变化与控制因素。研究发现:(1)该地区的有机质主要来源于海洋自生有机质,但受到陆源有机质输入的影响,其中在末次冰消期和全新世早期,海平面相对较低,但海平面逐渐上升会带来部分侵蚀的陆源土壤输入,而且作为降水带的赤道辐合带(ITCZ)位置偏南引起的陆源剥蚀物质输入增强,使陆源有机质贡献比例较高,主要来自巴布亚新几内亚森林土壤的有机质贡献;(2)该地区的CaCO_3含量在末次冰消期以来呈现出末次冰消期和全新世中晚期较低,而全新世早中期较高的特征,其变化主要受海平面变化和ITCZ迁移引起的陆源碎屑物质输入强弱的影响。