初论幔柱构造成矿体系

从板块构造与板块边界矿床、超大陆旋回与大陆边界矿床、地幔热点与大陆内部矿床的角度 ,阐述了幔柱构造成矿体系的基本思想、分类、成矿特征及旋回性 ,提出了热幔柱和冷幔柱两个成矿体系和地幔热柱 -热点、地幔热柱 -大陆裂谷、地幔热柱 -大洋扩张、冷幔柱 -前寒武纪硅铝壳造山、冷幔柱 -显生宙硅铝壳 /洋壳造山等五个成矿系统 ,并初步划分了矿床成矿系列 ,例举了某些典型矿床。     

华北克拉通晚中生代壳-幔拆离作用: 岩石流变学约束

大陆岩石圈的流变学结构对于岩石圈深部过程(壳/幔过程)有着深刻的影响,直接表现在岩石圈壳-幔结构与浅部构造上.本文注意到华北克拉通晚中生代岩石圈减薄期间地壳的伸展、拆离与减薄在不同地区的宏观、微观构造及地壳岩石流变学等方面的差异表现与区域变化,以及现今和晚中生代时期岩石圈厚度的不均匀性.讨论了以水为主体的地质流体的存在对于岩石圈流变性的影响.综合克拉通东部与西部地壳/地幔厚度变化特点以及下地壳和上地幔含水性特点,阐述了晚中生代时期华北克拉通岩石圈内部壳幔耦合与解耦的规律,提出了华北岩石圈壳-幔拆离作用模型以解释华北克拉通晚中生代岩石圈减薄的基本现象与深部过程.提出区域性伸展作用是岩石圈减薄的主要动力学因素,东部地区在晚中生代伸展作用过程中壳-幔具有典型的解耦性,上部地壳、下部地壳和岩石圈地幔的变形具有显著差异性.而西部区壳幔总体具有耦合性,下地壳与岩石圈地幔共同构成流变学强度很高且难以变形的岩石圈根.     

类地行星热物理条件与热演化影响因素分析——以火星地幔热柱演化为例

太阳系内类地行星具有相似的岩石层包围金属核的圈层结构,在行星幔的热演化历史起源方面具有同时性和同源性,并且都在早期变形重力位能加热的基础上随放射性热能衰减而冷却。但是,由于半径、密度、粘度以及表层构造属性等物理条件的差异,其热演化历史各具特色。依据基本的热对流和热传导方程,我们计算分析了类地行星热物理条件差异对行星幔热演化历史的影响。计算表明,类地行星热演化的早期,行星幔热对流是主要的散热方式。半径较大的行星表面热流密度大,平均散热量也大。半径较小的行星内部温差小,粘滞系数高,对流能力低,提早进入传导散热状态,且传导散热的岩石层也比大行星厚。不同边界层热物理条件下,类地行星幔热演化历史会分别出现逐渐冷却的平稳式、包含热柱上涌的波动式、行星幔幕次翻转的周期式等特点不同的热演化过程。火星内部曾经存在的地幔热柱构造与火星地幔热动力学演化过程密切相关。我们从火星地幔热动力学演化模型出发,定量计算与地幔热柱构造演化相关的地幔热动力学演化特征,通过三维球壳数值模拟,研究了火星地幔热演化历史上可能存在的热柱活动造成的火星热演化历史的非单调变化,火星地幔对流环结构随时间的演变方式,以及与边界相关的地幔热柱对火星地形的影响。     

地球内部主要层圈相互作用研究的若干进展

20世纪90年代以来，人们正在探索建立一个统一的全球动力学体系及各圈层相互作用的热、物质运动机制。通过对地核、核幔边界、过渡带、岩石圈—软流圈地幔、地幔柱理论、壳幔边界和地壳内热、物质的交换和圈层流变运动方式等进行分析，讨论了地球各圈层之间存在的热与物质的交换机制以及底侵作用、拆沉作用和岩浆部分熔融作用等壳幔相互作用过程。认为壳幔作用过程表现为一种阶段式、递进式动力学和物理化学演化过程。壳幔相互作用不仅是大陆动力学演化的主要机制，而且与深部地幔的交代及上地壳变形、造山带、盆地形成和演化之间存在耦合过程。基于壳幔热和物质相互作用的研究可以对上地幔及更深层次的地质作用过程进行限定。     

地球的物质运动与地幔热柱多级演化

地球是重力分异和热力对流的对立统一体。重力分异使地内重物质下沉、轻物质上浮，并分划成壳－幔－核结构圈层。核幔间巨大的温度差、压力差、粘度差和速度差的存在，导致源于“超临界层”的热物质流呈柱状上涌形成地幔热柱及其多级演化。由于地球圈层结构及其间的差异，分别在670km、100km深处，即核－幔界面上和岩石圈底部形成地幔亚热柱和幔枝构造。地幔热柱、地幔冷柱共同驱动幔壳运动，并控制着板块运动，形成复杂的大陆（大洋）动力学系统。这种动力学模式越来越得到地球物理学的证实。     

初论地幔热柱与成矿

作者通过对冀西北金、银多金属矿化集中区成矿规律和物探航磁、重力及遥感信息的综合研究，提出冀西北地区存在一个超越内蒙地轴与燕山褶皱带两个不同历史大地构造单元之上的中生代地幔热柱构造。文中例举了地幔热柱构造标志特征，探讨了地幔热柱构造地质作用（超变质作用、岩浆作用、成矿作用）及其时空演化规律，建立了地幔热柱构造的壳幔成矿模式     

初论地幔热柱与成矿——以冀西北金银多金属成矿区为例

作者通过对冀两北金、银多金属矿化集中区成矿规律和物探航磁、重力及遥感信息的综合研究,提出冀西北地区存在一个超越内蒙地轴与燕山褶皱带两个不同历史大地构造单元之上的中生代地幔热柱构造。文中例举了地幔热梓构造标志特征,探讨了地幔热柱构造地质作用（超变质作用、岩浆作用、成矿作用）及其时空演化规律,建立了地幔热柱构造的壳幔成矿模式。     

新疆东部-甘肃北山地区二叠纪玄武岩对比研究及其构造意义

通过对新疆东部三塘湖盆地、甘肃北山柳园地区以及邻区二叠纪玄武岩的地球化学特征对比研究，认识到新疆东部-甘肃北山地区及邻区二叠纪形成的系列断陷带内，同期产生的玄武岩具有不同的地球化学特征和岩浆来源，其形成的统一动力学机制主要是可能由于造山带增厚的岩石圈大范围拆沉而导致的大范围亏损地幔部分熔融岩浆和源自上、下地幔边界的小型地幔柱岩浆的作用。这种地幔柱不是核幔边界深部地幔柱的成因，而可能是早期俯冲洋壳的分离掉落后，中亚造山带范围内可能在上、下地幔之间存在更广泛的部分熔融岩浆的原因。由造山带增厚岩石圈大范围拆沉作用而导致的大范围亏损地幔部分熔融岩浆和源自上、下地幔边界的小型地幔柱岩浆的作用，可能是中亚造山带二叠纪深部壳幔作用最壮观的表现方式。同时也以大范围玄武岩喷发、裂谷、大规模后造山幔源花岗岩和超镁铁岩的侵位以及大规模成矿作用而成为独特的“中亚型造山带”而有别于其它造山带。     

试论冀西北金银多金属矿产富集区地幔热柱及其成矿制约

本文以冀西北金、银多金属矿产富集区为例,讨论了超越在不同历史大地构造单元之上的中生代地幔热柱构造,论述了地幔热柱构造的地质、地球物理等标志特征,探讨了地幔热柱构造的变质作用、岩浆作用与成矿制约,并初步建立了壳幔成矿体系。     

壳幔物质与深部过程

文章对深部物质与过程的研究方法作了概述,对克拉通岩石圈根（或大陆根）的形成提出初步论证,并对造山带和裂谷带的深部状态作了进一步讨论。认为大陆根的形成主要完成于太古宙与古元古代时期,岩石圈地幔是分离出陆壳后的强亏损橄榄岩（贫Ｆｅ,Ａｌ,ａｌｋ,挥发份）,其低密度支撑的巨大浮力是克拉通构造上长期稳定的根本原因。提出青藏—喜马拉雅造山带可识别出三个类型的岩石圈：帕米尔型岩石圈冷根,念青唐古拉型相对薄的岩石圈和羌塘型温度相对高的岩石圈,可能分别代表碰撞造山的早期相、中期相和晚期相。提出地幔热柱可能有三种类型,分别来自４００ｋｍ界面、６７０ｋｍ界面和核幔边界,对地幔热柱的识别作了概述,指出与造山带有关的岩浆活动不是地幔热柱在地表的表现,讨论了岩石圈减薄速率的类型及其对环境的长期效应。     

中国东部深部构造特征及其与矿集区关系

文中以地震层析原始数据为基础,结合大地电磁测深和热流值数据,对老资料重新开发,编制了中国东部岩石圈厚度图、大地热流值图、岩石圈构造与矿集区关系图等,在此基础上对中国东部上地幔岩石圈-软流圈构造及其变异进行了初步研究,认为:(1)中生代燕山期较大型深部构造(如软流圈上涌体)的地震层析影象可存留至今,运用大地热流值及其相应浅表岩浆岩、矿集区等特征差异可以将中、新生代深部构造加以区分;(2)中国东部深部构造总特征:上地幔岩石圈-软流圈构造起伏变化,岩石圈西厚东薄,软流圈上涌发育且形式各异。大体可分为华南(构造线呈NWW)、华北(构造线近SN)、东北(构造线呈NNE)三大块,其基本特征各异。整个中国东部深部构造中,软流圈上涌起主导作用;(3)中生代软流圈上涌是相应浅表燕山期花岗质岩形成的根源,并与金属矿集区密切相关,新生代软流圈上涌则是大陆裂谷、玄武岩喷发及大型油气田形成的基础;(4)岩石圈减薄的主因是软流圈上涌,中生代燕山期主要减薄于中国东部大陆内部,新生代主要减薄于偏东部沿海区域。     

华北地区深部构造特征

通过岩石圈厚度变化、大地热流值和莫霍面起伏,结合浅表岩浆构造活动,编制了华北地区深部构造略图,建立了燕山期软流圈上涌与岩浆构造活动的关系模式,总结了该区的深部构造特征:岩石圈厚区与软流圈上涌区共存.同时,按生成机制对该区软流圈上涌进行了类型划分:中生代燕山期(J-K1)、早新生代(E2-E3)主动机制形成的软流圈上涌,中、新生代(K2-E1)及晚新生代(N-Q)被动机制形成的软流圈上涌.     

华北克拉通中生代下地壳置换：非造山过程的壳幔交换

华北克拉通内部前寒武纪麻粒岩地体和新生代火山岩的麻粒岩捕虏体的研究表明，前寒武纪下地壳与现今下地壳的是不同的。下地壳的主要置换发生在中生代。这表明，华北克拉通中生代的构造重大转折，不仅使得盆山格局发生了变化，而且下地壳和上地幔的组成和结构发生了变化。已发表的关于东部岩石圈减薄的机理有折沉作用、幔柱构造模式，均与造山带的演化相联系。本文注意到，华北克拉通最下部地壳的部分或大部都已被中代的下地壳置换，它们不仅发生在克拉通边部，而且发生在克拉通内部。因此华北克拉通中生代的下地壳被中生代的下地壳取代的作用，可称为华北克拉通中生代换底作用。中生代时期的华北拉通下可能存在有规模的地幔柱，强烈的壳幔交换是换底的作用的主要方式，热侵蚀和化学侵蚀的细节还不清楚。但可以推测这与造山带的演化没有直接关系，和造山带岩石圈根部的折沉作用有一般意义的底侵作用不同。     

壳幔作用与花岗岩成因——以中国东南沿海为例

笔者在近年来的中国东南沿海花岗岩成因研究中,注意到下地壳之下的岩石圈地幔与下地壳之间必然有着十分密切的关系,认识到壳幔作用的重要形式是发生于壳－幔接口的玄武岩浆的底侵作用,它涉及地幔对地壳在“成分”和“热”两方面的贡献。研究表明,本区底侵作用十分发育,是中国东南大陆边缘陆壳演化的重要 过程。中国东南部中生代早期形成的花岗岩多为Ｓ－型花岗岩,它们主要是板块强烈挤压和导致地壳增厚,陆壳重熔形成的岩石。而且这期大规模花岗岩浆活动是与弧后拉张、岩石圈减薄 软流圈上涌作用直接有美．早期太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲对大陆裂解起了诱导作用中国东南部晚中生代缝合带的年龄为100～11OMa,可能代表了晚中生代构造－岩浆作用由挤压,地壳增厚,陆壳重熔向扩张岩石圈减薄一双蜂式岩浆作用机制的转变年龄。     

华北东部中生代构造体制转折峰期的主要地质效应和形成动力学探讨

华北中生代构造体制转折始于 15 0～ 14 0Ma ,终于 110～ 10 0Ma ,峰期是 12 0～ 110Ma ,总体上是由挤压构造体制转化为伸展构造体制 ,由EW向转变为NNE向的盆岭构造格局。但是转折过程有复杂的细节和多次挤压与伸展的转变 ,边缘与克拉通内部、北缘与南 (东 )缘之间在时间和空间上也有一定的变化。南 (东 )缘的挤压构造以 2 30～ 2 10Ma为主 ,然后在 130～ 110Ma期间达到构造转折的剧变期。北缘则似乎表现出 2 30～ 2 10Ma和 180 ( 170 )～ 16 0 ( 15 0 )Ma两期挤压构造 ,130～ 110Ma是构造转折的峰期。盆地的演化有多样性 ,燕山地区前晚侏罗世时期呈现出北东东向褶皱逆冲带与挤压挠曲盆地带相邻并存的盆山结构 ;而后晚侏罗世时期呈现出北北东向裂谷盆地与断隆相间的盆岭结构 ;晚侏罗世后时期则呈现出北东—北北东向盆地与“活动”断隆相间 ,并受北东东向褶皱逆冲带控制的盆山结构。大别山南北隆升历史完全不同。深部结构的研究表明 ,华北东部的岩石圈在古生代末期已有减薄表现 ,在中生代急剧减薄 ,地幔和下地壳发生大规模置换 ,至 130～ 110Ma到达顶峰。新生代以来又有加厚的趋势。中生代构造转折不具典型造山带特征 ,可能与周围块体夹击引发的区域性大规模地幔隆起有关     

辽南变质核杂岩饮马湾山和赵房岩体锆石SHRIMP U-Pb年龄及其地质意义

辽南变质核杂岩形成于晚中生代华北岩石圈伸展和减薄背景下,其演化过程分为三个阶段：第一阶段（约130Ma）,在伸展作用下辽南地区发育拆离断层及其下伏韧性剪切带;第二阶段（130~120Ma）,同构造花岗质岩体的主动侵位影响了拆离断层的演化;同时在124Ma变质核杂岩的构造-岩浆活动达到峰值;第三阶段（113Ma之后）花岗质岩体在较浅层次侵位于停止活动的拆离断层带。辽南变质核杂岩发育与演化过程在年代学意义上揭示了华北板块晚中生代时期的区域性岩石圈伸展与减薄过程。本文认为由伸展后期侵位的赵房岩体所记录的拆离断层停止的时限（113Ma）可以作为华北岩石圈强烈构造岩浆活动的转捩点,113Ma之前华北板块广泛发育变质核杂岩、拉分盆地等一系列伸展构造,之后则以平稳的隆升和冷却过程为主。     

玄武岩浆起源和演化的一些基本概念以及对中国东部中-新生代基性火山岩成因的新思路

以全球大地构造为背景讨论了玄武岩浆起源和演化的一些基本概念.这些概念的正确理解有助于合理解释各种环境中火成岩的形成机制,也有助于依据野外岩石组合来判别古构造环境.在此基础上结合已有资料和观察,对中国东部中生代岩石圈减薄及中-新生代基性火山岩成因提出了一些新解释.这些解释与地质观察相吻合,且符合基本的物理学原理.虽然中国东部基性火山活动可称为"板内"火山活动,但它实际上是板块构造的特殊产物.中国东部中生代岩石圈减薄是其下部被改造为软流层的缘故.这种改造是加水"软化"所致.水则源于中国东部地幔过渡带(410～660 km)内古太平洋(或其前身)俯冲板块脱水作用.其将岩石圈底部改造为软流层的过程,实际上就是岩石圈减薄的过程.因为软流层是地幔对流的重要部分,而大陆岩石圈则不直接参与地幔对流.中生代玄武岩具有εNd＜0的特征,说明其源于新近改造而成的软流层,亦即原古老岩石圈之底部.中国大陆北北东-南南西向的海拔梯度突变界线与东-西部重力异常,陆壳厚度变化,以及地幔地震波速变化梯度吻合.因此可将北北东-南南西向梯度线称为"东-西梯度界".该界东-西海拔高差(西部高原与东部丘陵平原),陆壳厚度差异(西部厚而东部薄)和100～150 km的深度范围地幔地震波速差异(西部快而东部慢),均受控于上地幔重力均衡原理.这表明西部高原岩石圈厚度＞150～200 km,而东部丘陵平原岩石圈厚度＜80km."遥远"的西太平洋俯冲带具有自然的地幔楔吸引作用.此吸引作用可引起中国东部"新生"软流层东流.软流层东流必将引起西部高原底部软流层的东向补给(流动).这一过程必然导致东移软流层的减压,即从西部的深源(岩石圈深度＞150～200 km处)到东部的浅源(岩石圈深度～80km处).东移软流层的减压分熔可合理解释具有软流圈地球化学特征(εNd＞0)的新生代中国东部基性火山活动及玄武岩的成因.这些对中国东部中-新生代地质过程的解释,将为更加细致的,以岩石学和地球化学为主的讨论所验证.     

中国东部中、新生代软流圈上涌与构造-岩浆-矿集区

以深部地球物理资料为基础,结合大地构造环境、岩浆岩同位素示踪及矿产资源分布规律,加以综合分析.通过热力学计算可知,中国东部近2亿年来的上地幔岩石圈/软流圈构造可以存留至今,且能区分出中、新生代.软流圈上涌与矿集区:(1)中生代金属矿:(a)克拉通区,软流圈沿柱身上涌,其柱头上方形成幔壳混熔花岗质岩及相应Au、Cu、Mo、Pb-Zn等矿集区,并于柱身与岩石圈块体陡接触带,形成中基性杂岩及相应富Fe矿集区;(b)褶皱带区,在软流圈上涌柱上方形成近幔源型花岗质岩,相应为Cu、Au、Pb-Zn、Mo、Ag矿集区;(c)南岭带,软流圈层在适当深度、热量充足、较大范围内"平卧",因热传导而致使地壳内物质部分重熔,形成壳源型花岗质岩及相应的W、Sn、稀有元素矿集区;(2)新生代油气田:(a)与太平洋板块俯冲有关的软流圈上涌,其上方出露玄武岩,形成较大型油田;(b)与裂陷盆地有关的软流圈上涌,其上方形成大型油田,也有中小型油田.软流圈上涌与大地构造:中生代J-K时期,通过构造力特征等的综合分析,阐明燕山运动的根源及其影响;新生代侧重剖析大陆裂谷相关特征.总之,软流圈上涌是岩石圈减薄,以及中、新生代构造-岩浆-矿集区形成的根源.     

中国东部中生代岩石圈演化与太平洋板块俯冲消减关系的讨论

国内外不少学者认为中国东部中生代岩石圈演化与太平洋板块向欧亚大陆俯冲、消减有关,近年来作者从岩石圈-软流层深部地质过程审视中国东部岩石圈演化问题发现,中国东部中生代早期(三叠纪至侏罗纪)岩石圈演化与太平洋板块向欧亚大陆俯冲消减没有直接的关系,它们可能是一种源自中国东部周边东亚洋盆系的一些洋盆向中国东部大陆俯冲消减碰撞造山以及由它们引发的中国东部大陆内的软流层上涌的深部地质作用联合作用的结果。软流层上涌作用自始至终控制着中国东部大陆岩石圈与软流层之间以及壳幔之间的层圈拆离,底侵作用以及岩石圈变形缩短、伸展和岩浆活动。     

中国东部中生代软流圈上涌与构造 岩浆 矿集区

在深入研究华南地震层析成像的基础上,按照大地构造环境和软流圈上涌形状和热度,将中国东部(大陆)中生代上地幔中岩石圈 软流圈构造划分为3类:(1)陆台区(华北块和扬子块),软流圈沿古裂陷上涌,其柱头上方形成幔壳混熔花岗质岩及相应Au、Cu、Mo、Pb Zn等矿集区,并于软流圈与岩石圈厚区之陡接触带形成中基性杂岩及相应Fe矿集区;(2)褶皱带中心区(南岭及其延伸带),软流圈在适当深度、热量充足、较大范围内“平卧”,因热传导而致使地壳内物质部分重熔,形成壳源型花岗质岩及相应的W、Sn、稀有元素矿集区;(3)褶皱带边缘区(大兴安岭南部及华南南缘),在软流圈上涌柱上方形成幔源或幔壳混熔的花岗质岩,相应为Cu、Au、Pb Zn、Mo、Ag矿集区。总之,软流圈上涌是中生代构造、岩浆、矿集区形成之根源。