矿物包裹体研究方法在区域稳定性评价中的应用

矿物包裹体研究方法在区域稳定性评价中的应用储同庆，罗国煜（南京大学地球科学系南京２１０００８）矿物生长时，成矿介质充填在晶格缺陷、空穴等处，矿物继续生长将其封闭而形成包裹体。与矿物同时形成的包裹体称原生包裹体，矿物形成以后受到应力作用产生微裂隙，成     

中国东部地幔矿物中富硅、碱熔融包裹体：对岩石圈演化的启示

中国东部华北、东北和东南沿海几个地区的新生代玄武岩的尖晶石相和石榴石相橄榄岩捕虏体矿物中熔融包裹体研究表明, 玻璃化学成分为富硅(SiO₂=60%~68%)、碱(K₂O+Na₂O= 5%~11%), 特别是富钾(K₂O>Na₂O), 以及H₂O和CO₂等挥发分(2%~7%)的中酸性硅酸盐, 属于高钾钙碱性系列的英安岩和安山岩, 少量属于橄榄安粗岩系列. 熔融包裹体中高Al和Ca透辉石子矿物是熔体在高温高压下结晶的产物, 而非脱玻化重结晶的产物. 研究指出, 这种富钾(一般K₂O>3%)中酸性硅酸盐更具大陆特点, 与主矿物和寄主玄武岩均无成因关系, 是被捕获的中生代岩石圈壳-幔相互作用之熔体, 同时暗示中新生代时期中国东部大陆岩石圈地幔可能经历了破碎和更新的过程. 这无疑给中国东部大陆岩石圈演化过程提供重要启示, 同时指出富硅、碱熔体应对中国东部地幔化学非均一性负责.     

地幔流体及其在地震孕育中的作用

依据地球物理宏观资料、行星化学和地球化学微观分析以及高温高压实验结果,阐明了地幔中存在丰富的流体,扼要介绍了若干流体引发地震的假说,简述了隐爆产生地震的机制。地幔矿物流体包裹体、高温高压相含水硅酸盐矿物与地球物理探测资料表明,整个地幔内普遍存在高能密流体,地幔过渡带和D″层是流体富集的地带,地幔中存在的总水量比海水量高出几个数量级。地幔高能密流体流动产生热对流,造成了固体地球内温度、电导率、地震波速度以及地球化学组成的不均一性。高能地幔流体向外逃逸,不仅改变了壳幔岩石的物理和化学性质,且为岩浆形成和地震孕育提供了能量。流体在地震孕育中的作用包括两个方面:降低断层带摩擦力以及岩石强度触发地震和流体爆炸或相变产生地震。流体爆炸产生地震是地核与下地幔流体以“运移—局部聚集—爆炸的幕式循环”反复进行,产生不同震源深度、不同震级的各类地震。然而,地幔流体的组成、行为及其在孕震过程中的作用机制还需深入研究。     

地幔矿物电导率研究进展

研究地幔矿物的电导率可以揭示地球内部电导率的分布规律以及地球介质的极化机制。通过对近年来国际上地幔矿物电导率的研究结果进行分析和总结,介绍了矿物的各种影响因素与电导率的关系;对含水和不含水的地幔矿物导电机制进行了区别,不含水矿物的导电机制主要为小极化子,含水矿物的导电机制为自由质子。比较了各种典型的地幔矿物电导率结果并对电导率模型进行了评述和总结,对电导率的研究方向进行了展望。认为水在地幔矿物电导率和电导率剖面中起着重要作用     

黔西南地区微细粒浸染型金矿床矿物流体包裹体地球化学

应用包裹体地球化学方法，对黔西南地区具有代表性的板其，丫他，戈塘金矿床的成矿物理化学条件和金的活化迁移形式进行了定量计算。在此基础上对金的沉淀聚集过程进行了探讨。     

英云闪长质熔体与地幔橄榄石反应的实验研究——对克拉通内部高镁安山岩成因的约束

产于克拉通内部的高镁(Mg#45)安山岩受到地学界的高度关注,目前对于高镁安山岩的成因仍然存在明显的争议.为了对已有基于岩石学和地球化学研究推断的克拉通内部高镁安山岩成因认识进行检验并提供直接的证据,我们在六面顶压机上开展了1250～1400℃,2.0～5.0 GPa条件下英云闪长质熔体与地幔橄榄石反应的高温高压实验,模拟研究拆沉到地幔的榴辉岩化下地壳部分熔融产生的熔体与地幔橄榄岩的反应.实验结果显示,反应后熔体的化学组成与华北克拉通内部高镁安山岩有很相似的变化.因此,榴辉岩化下地壳部分熔融产生的英云闪长质熔体与地幔橄榄岩的反应可能是形成克拉通内部高镁安山岩的重要机制之一.     

高温高压下碳酸盐熔体对地幔岩电导率的影响

为了观测含碳酸盐地幔岩部分熔融过程中电导率的变化,厘清碳酸盐熔体在金伯利岩岩浆形成过程中所起的作用,并探讨Slave克拉通中部Lac de Gras地区约80~120 km深处的高导成因,我们利用DS 3600 t六面顶压机和Solartron 1260阻抗/增益-相位分析仪在1.0~3.0 GPa、673~1873 K温压条件下分别测量了含碳酸钠（Na₂CO₃）、碳酸钙（CaCO₃）和大洋中脊玄武岩（MORB）的地幔岩样品的电导率.实验结果表明,地幔岩样品的电导率主要受到温度和组分的影响,而压力对其影响较小.在温度低于1023 K时,含Na₂CO₃地幔岩样品的电导率明显高于含同比重CaCO₃和MORB的;温度达到1023 K时,含Na₂CO₃地幔岩样品开始熔融;但在之后的200 K温度区间内,该部分熔融样品的电导率随温度的增加几乎不发生变化.这一现象或许揭示：地幔深部的碳酸质岩浆在快速上升过程中会同化吸收岩石圈地幔中的斜方辉石（Opx）,进而形成金伯利岩岩浆,期间岩浆的电导率几乎不发生变化.含CaCO₃和MORB的地幔岩样品分别在1723 K和1423 K开始熔融,其部分熔融样品的电导率随温度的增加而快速增加.依据前人的研究结果和我们的实验结果,我们认为可以用含碳酸盐的部分熔融样品来解释Slave克拉通中部Lac de Gras地区约80~120 km深处的异常高导现象,并推测熔体中碳酸盐的熔体比例小于2 wt.%.

     

中国东部地幔岩包体及其中硫化物相金含量的比较研究

分析了中国东部8个地区59件新生代地幔岩包体的金含量, 并分析了相应地区85件地幔岩硫化物相的金含量, 结合文献共报道了130件硫化物相的金含量. 将两种金含量进行比较, 发现地幔岩包体全岩金含量通常为10^-9~10^-8, 而一些地幔岩包体硫化物中Au含量可达10^-4~10^-2, 是全岩的数十万倍, 证实地幔岩中Au主要赋存于地幔硫化物相中. 将两种金含量分布进行比较, 发现空间上地幔岩包体全岩和地幔岩包体硫化物相中金含量分布都是不均一的, 但二者金含量分布变化规律相一致, 即地幔岩包体中Au含量高的地区, 地幔岩包体硫化物相中金含量也高. 除海南岛外, 位于华北地台南北缘的山东临朐、昌乐和河北汉诺坝地幔岩包体全岩和包体硫化物相中金含量分布均较高, 与冀北西部和山东胶东半岛的金矿集中区有对应关系, 反映地幔的高金含量可能为相应地区金矿的形成提供了物质基础. 古老的华北地台原始地幔曾有富金的物质基础, 经后期地幔事件后仍富金, 说明后期地幔事件(如减薄、去根、底侵、拆沉、置换、交代等)及有关的富CO₂含金地幔流体对金活化、富集和转移直到成矿作用是在先期岩石圈地幔的物质基础上发生的.     

金刚石压腔与地幔矿物物性研究

高温高压实验是探索地球深部奥秘的重要手段,金刚石压腔(Diamonnd Anvil Cell,DAC)作为一种静态超高压实验装置,目前能够达到的温压条件可以涵盖整个地球范围.近年来,随着实验技术的发展和实验装备的不断改进,DAC可以与多种物性测量方法相结合,在模拟地球深部温度和压力的条件下,原位获得有关地幔矿物的物性数据.本文首先介绍了金刚石压腔装置及其特点,然后重点阐述了近五年来DAC在典型地慢矿物物性研究方面取得的进展:(1)水在橄榄石、辉石中的结合方式及其影响;(2)组成成分变化对橄榄石、石榴子石、斯石英、钙钛矿等矿物物性的影响.文章最后对金刚石压腔装置的改进,特别是压砧的发展进行了探讨.     

基于新的合成流体包裹体方法对成矿金属在熔体-流体相间分配行为的实验研究

岩浆挥发相出溶过程中各组分在熔体-流体相间的分配行为对于岩浆热液矿床的形成具有重要的控制作用.由于传统实验方法对成矿金属在熔体-流体相间分配行为的研究难以保持体系的封闭性,严重制约了人们对元素在熔体-流体相间分配行为及其控制因素的认识.本研究尝试采用在硅酸盐玻璃中合成流体包裹体的新方法,即通过硅酸盐玻璃颗粒大小(200...     

地幔热动力学模型

地幔,特别是下地幔,远比人们先前的设想活跃.地球物理学、地质学和地球动力学的观测和地球热动力学模拟表明:(1)地幔底部与地核交界处有一厚度为200km 左右的D″层,这是一个非常活跃的区域,它的运动和变化直接与地核的行为有关,仅仅将其看成全地幔对流的以热传导为主体的热边界层是不够的,小尺度的热对流或许主导这一层内部的物质运动,它加热地幔同时又通过热柱将其部分热量输运到地球外层;(2)地幔热柱有可能源于地球初期不均匀的残存堆积,其存储的热量不断地或穿透整个地幔形成热点或消失在软流层中与该层中的次一级对流相耦合;(3)上地幔在670km 深度范围内广泛存在次一级对流体系。其尺度为500—700km 这一对流体系决定了岩石层板块内部的构造和动力活动,其活动周期远比全球规模的板块运动活动周期小得多;(4)全球规模的大尺度全地幔对流与板块构造动力学密切相关。它以不到10亿年左右的时间完成一个周期,它不断地更新地球表层,也搅拌着地幔,同时还输运地球内部的热能向外层空间散发;(5)地幔局部地区层状相互耦合的对流结构在地震层析剖面上有明显的显示,它表明了地幔对流结构的复杂性,仅管我们对此相知甚少,但它或许是无法避免的;(6)岩石层是人类熟知的赖以生存的方舟,它的运动和构造反映了上述所有运动信息,仅仅将其视为一对流体系的热边界层是不够的,它自身作为一个独立的力学单元影响了整个地幔的热动力学过程.因此,面对如此活跃的、复杂的地幔,用一个单一的模型去描述它是不合适的.上述各种热动力学单元及其运动均有自身的力学特征及运行机制和规律,但它们又是相互作用和影响而构成地幔整体,这就是一个真实的但又模糊不清的地幔热动力学模型.为了完善这一模型,需要更多的、细致的地球物理和地球动力学的观测资料以及需要我们更深刻地理解和更认真地解释这些资料的地幔热动力学背景.     

地震层析成像板块构造及地幔演化动力学

地震层析成像技术的飞速发展给人类提供了一个探测地球内部结构的强有力的工具，也给人类展示了一片新的天地，使人类更加清晰地在两个层次之上（地球的层圈构造和内部横向不均匀性）了解地球内部，特别是对幔内部非均匀结构，从全球和区域的尺度上揭示出地球内部特别是地壳和上地幔横向不均匀结构。呈现出全新的地球，特别是地幔结构的三维图像框架，很容易理解，这一基本框架正是地幔演化热动力学过程的现代表现，如此，我们可以利用该框架去追溯、探讨全球构造特别是地幔构造演化的历史，从而深化对于我们这个星球演化过程的理解。     

我国地幔流体研究现状与展望

扼要介绍了流体和熔体的含义，流体在地幔中的成分、状态和活动情况，及其对地壳中资源、能源以及环境、灾害等的作用，提出了今后地幔流体研究的发展方向．     

三维球壳地幔流动形式探讨

建立三维球壳模型，将地壳和地幔作为不可压缩牛顿粘性流体处理，考虑了大陆、大洋、洋脊及俯冲带的不同物性参数，利用有限元法求解流体运动的基本方程组，研究地幔流动、板块运动与大地构造之间的关系。计算表明，速度边界条件、粘度分布等是影响地幔流动形式的主要因素。若地表径向取应力边界条件，且径向速度自由，则没有封闭的对流环存在。计算得到的地表径向速度分布与全球的构造分区具有显著的对应关系：在岛弧区、造山区速度向上运动，在大洋区、边缘海及裂谷区速度向下运动。     

用大地电磁网法在长春等地探测上地幔电导率结构

使用长周期大地电磁测深网 (Network -MT)等技术 ,在长春和三岔河等地对太平洋板块弧后的上地幔电导率结构进行了探测。用陆地电话线或电缆接收长基线的电场 ,由设置在长春地磁台的三分量磁通门磁力仪记录磁场变化 ,得到Network -MT等观测资料的最长周期可达 10 5～10 6 s,反演结果的深度可达约 10 0 0km。 1)在两个区的 10 0～ 2 0 0 ,30 0 ,50 0～ 6 0 0km深度附近存在电性间断面 ;2 )长春测区的 850km深度存在电性间断面 ;3)平滑模型的电导率随深度增大而单调增加 ;4 )三岔河测区 6 0 0km深度、长春测区 850km深度的电导率达到 1S/m。上述结果表明 ,地幔内存在不连续界面和不均匀性 ,有些结果可与岩石学的研究结果对比     

青藏高原-天山地区岩石层构造运动的地幔动力学机制

利用全球重力大地水准面异常、板块绝对运动及全球地震层析成像数据,计算了青藏高原-天山地区岩石层下部地幔大尺度对流格局以及此种尺度对流驱动下岩石层内应力场分布;同时,利用区域均衡重力异常数据反演青藏高原中、北部到天山地区上地幔小尺度对流模型．结果表明,大尺度的地幔物质运移过程可能驱动着中国大陆岩石层整体从西部以南北方向为主的运动转向东部地区以北东和南东方向的运动;而该区域上地幔小尺度上升流动支持了现代青藏高原和天山地区的抬升运动．提出和讨论了青藏高原隆升的“断离隆升-挤压隆升-对流隆升”三阶段模式,并探讨了大陆岩石层构造运动的地幔深部动力学背景．     

青藏高原—天山地区岩石层构造运动的地幔动力学机制

利用全球重力大地水准面异常、板块绝对运动及全球地震层析成像数据,计算了青藏高原—天山地区岩石层下部地幔大尺度对流格局以及此种尺度对流驱动下岩石层内应力场分布;同时,利用区域均衡重力异常数据反演青藏高原中、北部到天山地区上地幔小尺度对流模型．结果表明,大尺度的地幔物质运移过程可能驱动着中国大陆岩石层整体从西部以南北方向为主的运动转向东部地区以北东和南东方向的运动;而该区域上地幔小尺度上升流动支持了现代青藏高原和天山地区的抬升运动．提出和讨论了青藏高原隆升的“断离隆升—挤压隆升—对流隆升”三阶段模式,并探讨了大陆岩石层构造运动的地幔深部动力学背景．     

地幔内变粘度的滞弹性流体运动的三维有限元模型

建立了描述具有无限大Ｐｒａｎｄｌｔ数，变粘度的滞弹性流体运动的稳态和动态三维有限元公式，其中运动方程的有限元公式是由用应力分量表示的平衡方程，再利用牛顿流体的本构关系导出的。这种处理方式，不仅能够分析流体粘度变化所起的动力学作用，而且还能够直接计算温度分布和由流体运动所引起的扰动压力。最后，论证了导出的有限元公式和程序的正确性和可靠性，并给出了具有三维流动特征的算例     

海沟后退对地幔对流的影响

本文分析了有海底扩张无海沟后退、有海沟后退无海底扩张以及海底扩张与海沟后退共存等３种情况下,俯冲板片运动与海沟迁移的关系．用幂律流体有限元方法计算海沟后退对地幔对流的影响．地幔有效粘度除依赖应力偏张量的第二不变量以外,尚与温度、压力（含流体静压力和流动压力）有关．计算表明,对流环、高流动负压区以及低粘区的个数和位置,均受控于海沟是否后退以及海底是否扩张;温度场与海沟后退无明显关系．流动压力对形成洋中脊和弧后火山、驱动地幔对流以及维持板片的倾斜角度都具有重要意义．