岩石层,软流层和外围层（续一）

3 富集地幔人们曾经用大陆地壳拼凑和原始的下地幔柱解释所有非大洋中脊玄武岩(即富集玄武岩或来自所谓原生储层的玄武岩)。上地幔被看作是枯竭地幔和洋中脊玄武岩的储层,而仅是洋中脊玄武岩的储藏,它是     

塔里木早二叠世大火成岩省的成因模式

近20年来,塔里木早二叠世大火成岩省在各类火成岩的空间分布、时间序列、地球化学特征、地幔源区和岩浆演化等方面有了深入的认识,为揭示大火成岩省的成因模式和演化过程奠定了坚实的基础.本文将主要基于塔里木大火成岩省存在的两阶段岩浆产物,结合前期研究基础和前人研究成果,系统论证塔里木早二叠世大火成岩省成因的两阶段熔融模式.模式认为塔里木大火成岩省的形成与地幔柱活动有关,其地幔柱作用形式兼具"巴哈纳型"和"德干型"两种特点,即早期高热的地幔柱引起了岩石圈地幔的低程度部分熔融,后期地幔柱上升绝热减压引起地幔柱自身部分熔融.在早期熔融事件中,地幔柱主要表现为上部岩石圈熔融所需的热供给,后期熔融过程中地幔柱成为熔融发生的主要场所和物质供给源.第一阶段喷发的两类玄武岩具有高~(87)Sr/~(86)Sr、低~(143)Nd/~(144)Nd的同位素特征,富集大离子亲石元素和高场强元素,为富集的大陆岩石圈地幔部分熔融的产物,具有"巴哈纳型"特征;而第二阶段产出的基性-超基性侵入岩具有相对两类玄武岩较低的~(87)Sr/~(86)Sr,较高的~(143)Nd/~(144)Nd比值,为地幔热柱熔融的产物,具有"德干型"特征.其中第一阶段,可细分为Group1和Group2两类玄武岩,Group2玄武岩相对Group1玄武岩具有较低的~(87)Sr/~(86)Sr,较高的~(143)Nd/~(144)Nd比值.Group2玄武岩显示连接Group1玄武岩和第二阶段岩浆作用的过渡类型特征,表明塔里木早二叠世大火成岩省是地幔柱与岩石圈地幔持续相互作用的结果.关于塔里木大火成岩省成因模式的研究有助于增进对塔里木大火成岩省岩浆作用、深部地质过程和地球动力学过程的全面认识,有利于丰富大火成岩省的成因理论和地幔柱活动理论.     

早二叠世塔里木陆块的经度：来自大火成岩省的制约

经度的确定是板块重建的难点. 塔里木盆地下二叠统大规模溢流玄武岩已被确定为大火成岩省, 提供了一次根据大火成岩省来定量确定塔里木陆块早二叠世经度的机遇. 核幔边界约2800 km深处地震波低速带与全球300 Ma以来喷发的大火成岩省之间的关系已得到建立: 恢复喷发位置后, 大火成岩省全部分布在核幔边界低速带的边缘之上, 其中大部分在非洲LLSVP和太平洋LLSVP边缘, 个别在规模较小的LSVPs边缘. 在使用塔里木陆块早二叠世古地磁数据来限定其纬度的基础上, 本文利用上述理论方法, 并联系前人的地质结论, 发现塔里木大火成岩省约290 Ma喷发时的位置最可能为20°N, 60°E. 本文提出, 塔里木大火成岩省与西伯利亚大火成岩省相似, 其喷发时并不在两大LLSVPs的边缘带上, 而最可能与非洲LLSVP东侧附近一个单独的、范围较小的LSVP(20°N, 60°E)相关联, 暗示重建之前的假设"塔里木大火成岩省源自核幔边界"是合理的. 如果塔里木、峨眉山和西伯利亚大火成岩省都源自核幔边界, 上述(20°N, 60°E)位置的获得说明三者都不是同一幔源.     

洋中脊动力学研究现状

对最近几年洋中脊动力学研究之进展给予综述.研究包括:(1)脊轴处中央U 形(?)谷的成因:(2)洋脊下地幔对流、熔融和熔体迁移之格局;(3)洋脊处上升流的流动结构与洋脊分节的关系;(4)岩石层对洋脊分节的影响:(5)洋中脊断裂带与热应力之关系等五个方面.对上述五问题之地质、地球物理或地球化学背景仅作简要说明.主要介绍洋中脊动力学之理论研究状况,即着重介绍几年来所提出的解析的、数值的以及物理实验的各种模型之基本思路及主要结论.     

地幔柱、大火成岩省及大陆裂解-兼论中国东部中、新生代地幔柱问题

根据前人对地幔流体力学数值模拟、全球地震层析成像和火成岩方面的研究成果，详细叙述了地幔柱的基本特征，即:地幔柱具有巨大的球状顶冠和细窄尾管的形态，具备高温、低粘的物理性质，来自2 900 km处核/幔边界附近的D层. 大火成岩省（LIP）是地幔柱到达地表最好的表现形式. 基于地幔柱、大火成岩省的基本特征，以及地幔柱和大陆解体的时空关系，通过对中国东部中、新生代火成岩的岩石学、地球化学和时空分布特征， 以及这些火成岩产生的构造背景等方面的研究，认为中国东南地区中生代火成岩与典型的地幔柱有关的LIP的基本特征并不符合，不能把东南地区中生代火成岩作为典型的与地幔柱活动相关的大火成岩省的实例来看待；东北地区新生代火成岩不具备热点、地幔柱活动的典型特征，新生代火山活动与地幔柱活动可能没有直接关系.      

华北陆块中奥陶世绝对位置探讨

"幔柱生成带理论"认为现今的热点以及显生宙经过古板块重建后的板块上的大岩浆岩省和金伯利岩岩体的位置大致位于大剪切波低速省在地表投影的边缘.在板块上具有可识别且年代确定的大岩浆岩省或金伯利岩岩体时,可依据"幔柱生成带理论"对板块的绝对位置进行恢复.本文在前人对华北陆块中奥陶世金伯利岩岩体研究的基础上,对华北陆块中奥陶世的古地磁数据进行分析和筛选,并结合前期奥陶纪的全球古板块再造及全球构造格局研究,辅以岩相生物古地理分析,将华北陆块中奥陶世的绝对位置确定为:纬度在约16.6°~19.1°S,经度在约10°W.在地理位置上位于西伯利亚和冈瓦纳大陆之间,靠近西伯利亚板块.且在寒武纪-奥陶纪,华北陆块在经向上具有逐渐远离冈瓦纳大陆并向西伯利亚板块靠拢的趋势.     

地幔柱与岩石圈相互作用过程中熔融问题的数值模拟

地幔柱是最可能形成大火成岩省的原因之一,同时地幔柱与岩石圈的相互作用也极大的影响着岩石圈的构造演化.本文主要集中研究地幔柱与岩石圈相互作用过程中熔融相关的问题.利用开源程序Ellipsis3D,基于质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和岩石流变本构关系,以及不同的熔融损耗关系,通过有限元数值方法模拟得到地幔柱与岩石圈相互作用过程中熔融程度的动态变化.数值模拟结果显示,地幔柱与岩石圈相互作用的熔融相关过程分为三个阶段：地幔柱的初融阶段,地幔柱自身熔融占主导,减压熔融为主因;地幔柱与岩石圈的纵向作用阶段,岩石圈地幔开始熔融,地幔柱以减压熔融为主,岩石圈地幔以升温熔融为主;地幔柱的横向展平阶段,随着地幔柱的扩展岩石圈地幔熔融范围增加,以升温熔融为主,地幔柱自身熔融程度减小.最后基于数值模拟结果及现场资料对峨嵋山大火成岩省地幔柱的发展演化以及峨眉山大火成岩省的形成进行了讨论.     

洋中脊构造及地震调查现状

介绍了洋中脊的全球分布和构造特征,对全球主要的、不同扩张速率的洋中脊进行了分类和列表描述;对洋中脊的构造特征,如地形特征、地壳厚度与扩张速率的关系及扩张轴下的岩浆房的特征、洋中脊与地幔柱的相互作用进行了阐述。回顾了海底地震仪在洋中脊构造调查中的应用及取得的主要成果。简要介绍了我国将用海底地震仪开展洋中脊构造调查的技术路线。     

太平洋大塔穆火山研究进展及对巨型洋底火山成因的启示

坐落在西北太平洋的沙茨基海隆为地球上第三大洋底高原,而其中的大塔穆火山被称为"地球上最大的单体火山".本文综述了国际科学团队近期对大塔穆火山进行的多次海洋地质与地球物理调查,阐述"地幔柱"与"洋中脊"两种端元成因假说各自的重要证据以及争论的焦点问题.沙茨基海隆自南西向北东年龄逐渐变年轻、火山规模变小,是支持"地幔柱"假说的直接证据.大塔穆火山上巨厚块状熔岩、低坡度盾状单体火山构造代表地幔柱头岩浆大规模快速喷发,而奥里火山和希尔绍夫火山枕状熔岩则反映从地幔柱头过渡到地幔柱尾的过程中岩浆作用减弱.另一方面,大塔穆火山水下喷发,岩石样品显示洋中脊玄武岩的特征,以及地壳厚度与平均速度负相关性(反映化学异常来源),这些证据与"地幔柱"假说的预测不符,因而更支持"洋中脊"假说.然而"洋中脊"假说不能解释大塔穆火山单个来源如何输出如此大量的岩浆.再一方面,由人工地震长剖面观测到的莫霍面与艾里重力均衡模型所预测的莫霍面基本吻合,但此观测本身并不能区别更符合哪一种端元模型.总之,大塔穆火山既有"地幔柱"的特征,又有"洋中脊"的特征,单靠一种端元模式无法解释所有的重要观测.因此,"地幔柱-洋中脊相互作用"可能是一种更合理的替代模型,但地幔柱与洋中脊相互作用的具体过程及机制等重要问题目前尚未解决,仍需进一步研究.获取高精度地磁异常等观测资料以及开展三维地球动力学模拟将实质性地推动对沙茨基海隆等洋底高原形成机制的研究.     

峨眉山大火成岩省地壳速度结构与古地幔柱活动遗迹:来自丽江-清镇宽角地震资料的约束

峨眉山大火成岩省是中国境内唯一被国际学术界认可的大火成岩省,普遍认为其形成与古地幔柱有关.以往对峨眉山古老地幔柱事件的识别,主要依靠地质地球化学等资料,缺少深部地球物理探测结果的约束和支持.为此,我们利用"丽江-攀枝花-清镇"剖面的人工源宽角地震数据重建该地区地壳速度结构,以便更好地理解峨眉山大火成岩省的深部结构与属性特征.前人根据茅口灰岩的剥蚀程度,将峨眉山大火成岩省从分布空间上划分为内、中、外三个带.跨越内、中、外带剖面地震探测结果显示:(1)沿剖面结晶基底的平均深度在2 km左右.(2)中地壳平均速度结构为6.2~6.6 km/s;内带局部呈现大约幅值为0.1~0.2 km/s的高速异常;下地壳速度结构,在内带为6.9~7.2 km/s;中带和外带偏低,为6.7~7.0 km/s;在内带和中带交界附近,受小江断裂带的影响,上、中、下地壳均呈现相对低速异常特征.(3)小江断裂两侧,尤其东侧地壳平均速度较低,且固结地壳的平均速度也较低,初步认为小江断裂至少向地下延伸至40 km以深,可能切穿整个地壳.(4)沿剖面Moho面深度,内带范围内深约47~53 km,中间呈上隆的特征;中带深约42~50 km,外带深约38~42 km,中带至外带,Moho面逐渐变浅.内带Moho面局部隆起、(固结)地壳呈现高速异常特征,可能是二叠纪地幔柱活动引起的底侵作用及岩浆上侵的结果,为古地幔柱的活动遗迹.     

海洋热流与地幔上升流

从洋中脊上升的地慢物质带上来的大量热量,使在洋中脊裂谷处的海底热流及温度最高,向海沟逐渐减小．由于热胀冷缩,海底地势在洋中脊处最高．作者根据板块模型由一维运动物体的热传导方程推出裂谷处上升物体的温度分布公式．用此分布公式作为垂直边的边界条件,严格地求解了运动板块的二维运动物体热传导方程．用此方程研究了各参数与观测量之间的关系．通过改变公式中的参数值,使计算的理论曲线与实测海底热流一年龄及海底深度一年龄曲线拟合,从而求出了板块的厚度Ｌ＝９７ｋｍ,地幔上升速度ｕ＝３．ｇｍｍ／ａ,热膨胀系数ａ＝３．３７×１０－５／℃及温度分布．该方法克服了在洋中脊处理论热流值趋于无限大的问题,并可以计算出地幔上升流的速度及宽度．     

南大西洋洋中脊板块构造运动过程:古地磁的约束

海底磁异常的形态与洋中脊两侧板块的微运动或变形密切相关.因此,这方面的研究可为确定板块运动的演化历史、小尺度的动力学过程以及洋中脊分段的机制等提供重要约束.本文对南大西洋一段洋中脊(31°S—34.5°S)两侧的磁异常的偏度进行了系统研究.结果表明研究区域内扩张方向并不总是垂直于洋中脊走向,并且研究区域不同剖面的扩张方向也不一致,具体表现为从北向南,平均扩张方向逐渐增加,依次为33.6°±5.3°、62.8°±13.0°以及94.3°±8.0°.这表明洋中脊的倾斜扩张机制具有复杂性,初步解释应该与转换断层的剪切应力增加有关.深部辉长岩层倾斜和扩张速率不对称性对海底磁异常偏度的影响值得深入研究.另外,由北向南确定的欧拉极向东移动,表明洋中脊两侧的板块在6.5 Ma期间存在剧烈形变.     

水与地幔的部分熔融

水对于地幔的部分熔融发挥了关键作用.地幔岩浆作用主要发生在板块边界(俯冲带和洋中脊)和若干板内热异常区域.在大洋俯冲带,俯冲板片释出的水可以诱发上覆地幔楔甚至板片自身发生熔融,导致弧岩浆作用,也有可能形成超临界流体.板片熔融和产生超临界流体的物理化学条件仍存在争议.在洋中脊和板内热异常区域,水和CO_2使上涌地幔发生熔融的起始深度增加,熔融比例增大.在地球深部层圈边界可能发生低程度的地幔熔融,如岩石圈和软流圈边界、上地幔和过渡带边界、过渡带和下地幔边界等,其成因一般认为与边界两侧矿物储水能力的差异有关.水可以促进地幔岩石熔融的根本原因在于水是一种不相容组分,强烈倾向于富集在硅酸盐熔体相(矿物-熔体的水分配系数远小于1),从而令其吉布斯自由能降低.前人对水在橄榄石、辉石和石榴石等地幔矿物与熔体之间的分配行为已经研究得比较充分,但水对硅酸盐熔体密度和迁移性质的影响还需要更进一步的高温高压实验和计算制约.     

蒙古中南部地区的上地幔P波速度结构

利用中蒙国际科技合作专项项目在蒙古中南部地区布设的69个宽频带地震仪在2011年8月-2013年7月所记录的远震波形数据,采用波形相关方法在0.02~0.1 Hz的频段内拾取了18551个有效的P震相相对走时残差数据,进一步采用有限频走时层析成像的方法,反演获取了蒙古中南部下方深达800 km的P波速度结构.结果显示：肯特山下方的低速异常极有可能是推测中的肯特山地幔柱的反映;呼斯坦瑙鲁和曼达尔戈壁西边的低速异常可能与杭爱山高原下的地幔柱或地幔对流有关联;戈壁滩的低速异常带可能和达里甘嘎火山有相同的热来源,可能是该区火成岩存在的深部原因,也可能是戈壁滩及其周边地区地幔柱或下地幔热物质上涌的表现.     

山东沂沭地区幔源矿物中的流体和稀有气体地球化学研究

幔源物质中的流体和稀有气体是地幔信息的重要示踪剂. 利用热爆裂法和熔融法分别测试了山东沂沭地区新生代玄武岩中二辉橄榄岩包体的流体和稀有气体同位素组成, 结果表明, 其流体组成以CO₂、CO、H₂等为主, 三者约占流体总量的90%以上, 与中国东部其他地区幔源包体的研究结果类似; ³He/⁴He比值主要介于0.82~2.74 Ra, ⁴⁰Ar/³⁶Ar = 299.5~758.8, 均远低于大洋中脊玄武岩等典型上地幔样品值, 主要反映了大气和部分放射成因组分的影响. 沂沭地区幔源矿物的C/³He = (27.6~1050)×10⁹, N₂/Ar = 927~56612, N₂/³He= (2.5~27)×10⁹, 与受板块俯冲影响的美国西部、新西兰等地区幔源流体类似, 在多种综合图解上均位于地幔-地壳-大气源区之间, 反映大气和富有机组分的地壳物质的影响. 上述结果表明, 研究区幔源矿物流体和稀有气体同位素的组成可能反映了岩浆喷出过程或喷出后的变化, 也可能与古俯冲板块对该区陆下地幔的影响有关.     

现今的地幔流动及其与板块构造的相互作用:从观测证据得到的推论

地震波速度结构层析成像和地震各向异性分析,是推测现今地幔流动的主要观测依据．从已有研究结果看,全球尺度的地幔流动的两个主要边界驱动力是顶部的冷却和底部的加热,地幔的密度和粘度控制流动速率．沿海沟由消减板带动的地幔下沉,和沿热点下面幔柱及洋中脊的地幔上升,是地幔垂直向流动的表现．GPS等测量显示的全球板块运动在一定条件下反映地幔顶部的水平流动．地幔柱可能有不同的根源深度,沿幔柱上升的地幔流在200—350km深度转变为水平流动．消减带附近有复杂的地幔流动格局,表明局部构造条件对地幔流动的影响．大陆下一般出现两个地幔各向异性层,较深的可能反映地幔流动,并与大陆根的状态有关．在不同构造环境下,地幔流动与板块构造之间有不同形态的相互作用关系,它可能驱动板块运动,也可能对板块运动产生阻力。     

青藏高原东南缘地壳上地幔三维S波速度结构及动力学意义

青藏高原东南缘地形地貌复杂,构造运动强烈,是研究青藏高原地下变形和物质运移的重点区域.文章通过该区域132个固定台站的10年地震瑞利面波的双台法频散分析,并融合背景噪声方法的面波频散数据,获得了周期为5～150s的瑞利面波相速度频散资料,然后使用面波直接反演方法得到了该区域从地壳到上地幔顶部的三维S波速度结构模型.观测到该区域中下地壳存在两条低速带,分别分布在松潘-甘孜块体与川滇菱形块体西北部地区,以及小江断裂带及其东侧的云贵高原地区.小江断裂带及东侧的低速体很可能是其地壳本身增厚导致了壳内长英质物质发生塑性变形甚至部分熔融而造成的.此外,该区域中下地壳呈现显著的正径向各向异性(VSHVSV)也增强了VSV结构的低速异常幅度.小江断裂带的壳内低速异常体向南跨过红河断裂带延伸到越南北部,其形成可能与上地幔热源密切相关.两条壳内低速带在安宁河-则木河断裂带附近被一个高速体所隔开,其正好位于峨眉山大火成岩省的内带和中带区域.在云南中部峨眉山大火成岩省内带地壳中观测到了一个非常明显的柱状高速体,可能是峨眉山大火成岩省形成时残留在地壳中的基性-超基性物质.在上地幔顶部,红河断裂以南的印支和华南块体中出现了大范围的低速异常,并随着深度增加逐渐沿着小江断裂带向北延伸进入扬子克拉通.基于成像结果,认为青藏高原东南缘正同时经历三种不同模式的构造运动:(1)上地壳物质强度较大,在大型走滑断层的控制下呈刚性挤出;(2)中下地壳存在被较高强度物质分隔开的两片黏塑性物质区域,在区域应力场和断裂带的控制下向南发生塑性运移;(3)红河断裂以南的上地幔主要受控于大规模的软流圈物质上涌,与岩石圈拆沉和缅甸下方印度板块的东向俯冲与后撤密切相关.     

岩浆与构造作用对洋壳厚度的影响——以西北印度洋为例

洋中脊及邻区洋盆的洋壳厚度能很好地反映区域岩浆补给特征,对于研究洋中脊内部及周缘岩浆活动和构造演化过程具有很好的指示意义.西北印度洋中脊作为典型的慢速扩张洋中脊,其扩张过程与周缘构造活动具有很强的时空关系.本文利用剩余地幔布格重力异常反演了西北印度洋洋壳厚度,由此分析区域内洋壳厚度分布和岩浆补给特征.研究发现,西北印度洋洋壳平均厚度为7.8 km,受区域构造背景影响厚度变化较大.根据洋壳厚度的统计学分布特征,将区域内洋壳分为三种类型:薄洋壳(小于4.5 km)、正常洋壳(4.5~6.5 km)和厚洋壳(大于6.5 km),根据西北印度洋中脊周缘(~40 Ma内)洋壳厚度变化特征可将洋中脊划分为5段,发现洋中脊洋壳厚度受区域构造活动和地幔温度所控制,其中薄洋壳主要受转换断层影响造成区域洋壳厚度减薄,而厚洋壳主要受地幔温度和地幔柱作用影响,并在S4洋中脊段显示出较强的热点与洋中脊相互作用,同时微陆块的裂解和漂移也可能是导致洋壳厚度差异的原因之一.     

20 Ma以来Mohns洋中脊的非对称扩张速率与地壳结构

超慢速扩张的Mohns洋中脊共轭两侧的地球物理场与地壳结构具有显著的非对称性.利用我国第五次北极科学考察采集的水深、重力与磁力数据,结合历史资料,我们计算了14条垂直Mohns洋中脊剖面的扩张速率、剩余水深、剩余地幔布格重力异常（RMBA）、地壳厚度和非均衡地形.对洋中脊共轭两侧以上计算结果的进一步对比发现,Mohns洋中脊两侧整体（下文均指同一地质时刻各剖面的平均值）的非对称性呈现明显的两段性：20~10.5 Ma,相比Mohns洋中脊东侧,西侧的扩张速率更慢、地壳更厚、非均衡地形更低;10.5~0 Ma,扩张速率、地壳厚度和非均衡地形的非对称的极性与20~10.5 Ma期间完全相反.后一阶段,整体扩张速率在西侧更快、剩余水深更浅,但是对应更薄的地壳和更高的非均衡地形.我们推断前者为冰岛沿Kolbeinsey洋中脊的作用增厚了Mohns洋中脊西侧地壳并使得洋中脊向西侧跳动,而后一阶段反映了岩浆供给减少后西侧集中的构造活动导致的更多的拉伸与隆升.沿各剖面上,10.5~0 Ma期间构造活动集中的洋中脊西侧均具有薄地壳和高非均衡地形,但构造拉伸的增加并不总是对应增快的扩张速率.岩浆在浅部更多地向东侧的分配以及洋中脊向西侧的跳动可能使得东西两侧具有相近的扩张速率.     

全球地震学和太平洋地区数字化地震观测台网计划国际讨论会——计划和论文摘要选译(之二)

位于日本列岛及其邻近地区之下的太平洋和菲律宾海板块正在消减。这两个板块的消减导致了上地幔的横向不均匀性,可能也导致了下地幔的横向不均匀性。自70年代中期以来,走时数据的反演模拟(现被称为地震层析成像技术)已从几个尺度详细揭示了这一地区上地幔的三维非均匀结构。高分辨率的地震层析成像技术以较为精细的尺度作出了下倾板块及其