长江中下游中生代安山质火山岩记录的新元古代大洋板片-地幔相互作用

大陆弧安山岩的形成是大洋板片向大陆边缘之下俯冲的结果,但是在具体形成机制上存在很大争议.针对这个问题,对长江中下游地区中生代安山质火山岩及其伴生的玄武质和英安质火山岩进行了系统的岩石地球化学研究,结果对大陆弧安山质火成岩的成因提出了新的机制.分析表明,这些岩石形成于早白垩世,它们不仅表现出典型的岛弧型微量元素分布特征,而且具有高度富集的Sr-Nd-Hf同位素和高的放射成因Pb以及高的氧同位素组成.通过全岩和矿物地球化学成分变化检查发现,地壳混染和岩浆混合作用对其成分的富集特征贡献有限,而其岩浆源区含有丰富的俯冲地壳衍生物质才是其成分富集的根本原因.虽然这些火山岩的喷发年龄为中生代,但是其岩浆源区形成于新元古代早期的华夏洋壳俯冲对扬子克拉通边缘之下地幔楔的交代作用.大陆弧安山岩地幔源区中含有大量俯冲洋壳沉积物部分熔融产生的含水熔体,显著区别于大洋弧玄武岩的地幔源区,其中只含有少量俯冲洋壳来源的富水溶液和含水熔体.正是这些含水熔体交代上覆地幔楔橄榄岩,形成了不同程度富集的超镁铁质-镁铁质地幔源区.在早白垩纪时期,古太平洋俯冲过程的远弧后拉张导致中国东部岩石圈发生部分熔融,其中超镁铁质地幔源区熔融形成玄武质火山岩,镁铁质地幔源区则熔融形成安山质火山岩.因此,大陆弧安山岩成因与大洋弧玄武岩一样,可分为源区形成和源区熔融两个阶段,其中第一阶段对应于俯冲带壳幔相互作用.      

华北中部造山带在2560~1850Ma期间发生了什么地质事件?

华北中部带是一条古元古代陆-陆碰撞带,沿此碰撞带华北东部陆块与西部陆块拼合形成统一克拉通基底。近期获得的地质、构造、地球化学和同位素资料显示,华北中部带是在位于东、西陆块之间的古大洋岩石圈向东部陆块下面俯冲所形成的大陆边缘弧或日本式岛弧基础上发展而成。在2550~2520Ma期间,俯冲致使中-下地壳发生部分熔融,导致大量花岗质岩浆上侵至地壳浅部层次,形成与绿岩伴生的花岗质侵入体。在2530~2520Ma期间,大洋岩石圈俯冲和脱水导致其上部的地幔楔发生部分熔融,熔浆喷出地表形成中部带内绿岩组合中的镁铁质-长英质火山岩。同时,广泛的镁铁质-长英质熔浆上侵导致一些弧后或弧间盆地在中部带内形成。在2520~2475Ma期间,大洋岩石圈俯冲导致下地壳进一步熔融,形成钙碱性花岗质岩浆,在中部带内形成大量TTG岩套。在元古宙期间,由于弧后盆地的进一步拉张,华北中部带内经历了2360Ma、~2250Ma、2110~21760Ma和~2050Ma等若干幕偏碱性花岗质岩浆活动.与此同时,在这些弧后盆地或弧间盆地形成一系列古元古代火山-沉积建造。在2150~1920Ma期间,可能由于大洋中脊的俯冲,华北中部带经历一次强烈的拉张事件...     

海南岛前寒纪岩石圈演化的记录：基性岩类岩石地球化学证据

海南岛前寒武纪基性岩类具有的不同的岩石地球化学特征，记录了海南岛前寒武纪大地构造环境和岩石圈的演化史。古中元古代时，琼中屯昌变基性－超基性岩，为大洋型火山岛弧低钾拉斑玄武岩，明显具有镁铁质－玄武质科马提岩特征，来源于高度亏损的地幔；与之同时代的琼西，则为一套具洋底玄武岩和岛弧拉弦玄武岩的过渡型玄武岩，是古俯冲带上部地幔楔和自消减带卷入地幔楔地壳物质所组成的混合端元部分熔融产物，具低亏损地幔特征，产生于弧后（或弧间）盆地环境；中新元古代的琼西变基性－超基性岩具铁镁质－超铁镁质科马提岩特征，来源于较高亏损的地幔，产于大洋板块边缘的构造环境。据此，可以推测，海南岛前寒武纪岩石圈演化至少经历了古中元古代的古板块俯冲、中新元古代的裂解二次事件，并伴随洋盆的出现。     

新疆北部库尔提蛇绿岩中角闪片岩的原岩恢复及其成因

库尔提角闪片岩产于库尔提蛇绿岩南部岩片中,与斜长花岗岩呈互层产出。这套角闪片岩的不相容微量元素组分显示了大洋中脊和岛弧玄武岩的双重特征,主要表现为大离子亲石元素(LILE)富集,高场强元素(HFSE)亏损以及平坦到亏损的轻稀土(LREE)配分模式。原岩恢复的结果表明,该角闪片岩的原岩为亚碱性的拉斑玄武岩类。库尔提角闪片岩亏损的LREE、高ε_(Nd)(t),以及关键元素比值(Th/Nb,La/Yb和Th/Yb)呈正相关都表明,其源区可能以MORB地幔为主,同时还伴有少量弧组分。因此,我们认为其形成于弧后盆地环境,同时推断该区弧后盆地存在一个二阶段的熔融演化模式:第一阶段,大约在晚古生代早期,古亚洲洋向西伯利亚板块发生北向俯冲,在会聚板块边界,弧火山岩被从含水的地幔楔中提取出来,留下一个亏损地幔;第二阶段,随着古亚洲洋板块持续消减,在中-晚泥盆世形成了库尔提弧后盆地,下部的亏损地幔发生了小比例的部分熔融形成了这套角闪片岩的原岩。     

祁连山新元古代中—晚期至早古生代火山作用与构造演化

祁连山地区的新元古代中—晚期至早古生代火山作用显示系统地时、空变化,其乃是祁连山构造演化的火山响应。随着祁连山构造演化从Rodinia超大陆裂谷化—裂解,经早古生代大洋打开、扩张、洋壳俯冲和弧后伸展,直至洋盆闭合、弧-陆碰撞和陆-陆碰撞,火山作用也逐渐从裂谷和大陆溢流玄武质喷发,经大洋中脊型、岛弧和弧后盆地火山活动,转变为碰撞后裂谷式喷发。850~604 Ma的大陆裂谷和大陆溢流熔岩主要分布于祁连和柴达木陆块。从大约550 Ma至446 Ma,在北祁连和南祁连洋-沟-弧-盆系中广泛发育大洋中脊型、岛弧和弧后盆地型熔岩。与此同时,在祁连陆块中部,发育约522~442 Ma的陆内裂谷火山作用。早古生代洋盆于奥陶纪末(约446 Ma)闭合。随后,从约445 Ma至约428 Ma,于祁连陆块北缘发育碰撞后火山活动。此种时-空变异对形成祁连山的深部地球动力学过程提供了重要约束。该过程包括:(1)地幔柱或超级地幔柱上涌,导致Rodinia超大陆发生裂谷化、裂解、早古生代大洋打开、扩张、俯冲,并伴随岛弧形成;(2)俯冲的大洋板片回转,致使弧后伸展,进而形成弧后盆地;(3)洋盆闭合、板片断离,继而发生软流圈上涌,诱发碰撞后火山活动。晚志留世至早泥盆世(420~400 Ma),先期俯冲的地壳物质折返,发生强烈的造山活动。400 Ma后,山体垮塌、岩石圈伸展,相应发生碰撞后花岗质侵入活动。     

全球海山玄武岩数据挖掘研究

海山是一个地貌术语,通常分为出露于海平面以上和淹没于以下的两类。海山具有复杂的成因,可产于各种不同的构造环境,其出露的岩性主要有：洋岛玄武岩（OIB）、大洋中脊玄武岩（MORB）、弧后盆地玄武岩（BABB）、岛弧玄武岩（IAB）和大陆边缘玄武岩（CMB）等。本文的研究表明,CMB 和OIB 的地球化学性质大体相似,但是,二者的成因可能既有相似性,也存在某些差异性。OIB 产于板块内部,属于板内岩浆活动的产物,通常认为与“热点”或“地幔柱”有关;而CMB 则可能是古大陆岩石圈与年轻洋壳发生浅部再循环的结果。所以,除“热点”理论外,古大陆岩石圈和年轻洋壳的浅部再循环在海山和洋岛火山形成过程中也扮演了重要的角色。来自IAB 的样品明显亏损Nb、Ta和富集K、Pb、Cs、Rb等大离子亲石元素,表明IAB 的形成与俯冲作用有关。研究表明,全球可能存在3 种类型的热点：第一类是原生的热点,来自深部地幔;第二类是次生的热点,可能形成在地幔柱的浅部,来自超级地幔柱的上部;第三类来自上地幔,可能是大洋岩石圈伸展的产物。因此,海山的成因不可能用地幔柱一种模式予以解释,还应当考虑板块活动中其他各种因素（洋壳再循环、古老陆壳再循环、消减带物质以及水的加入,部分熔融程度、岩浆混合作用、不同地幔端元混合等）的影响。     

西太平洋雅浦海沟地幔演化与岩浆作用研究进展

俯冲带地幔演化与岩浆作用是地球各固体圈层之间发生物质和能量交换的重要地质过程.西太平洋雅浦海沟因其极短的沟-弧距离和洋脊碰撞等独特的地质构造特征成为研究复杂条件下俯冲带演化的理想场所.为了探究雅浦海沟地幔演化与岩浆作用,本文将前人对雅浦海沟火成岩的研究数据进行整合,分析了雅浦海沟火成岩的成因,并根据火成岩形成的制约条件,对卡罗琳板块俯冲到菲律宾海板块的地幔演化与岩浆作用过程进行了讨论.结果显示雅浦海沟火成岩均具有与俯冲相关火成岩的典型特征.橄榄岩地球化学特征指示雅浦海沟地幔熔融程度为20%~25%,地幔在部分熔融过程中受到了流体与熔体的双重交代作用.Re-Os同位素特征指示雅浦海沟地幔中存在约1.16 Ga非常古老的残余地幔,表明地幔可能经历过多期熔融事件,从而导致雅浦海沟地幔非常亏损.雅浦岛弧成因至今仍存争议,主要包括:(1)现今雅浦岛弧为帕里希维拉海盆洋壳的一部分,在中新世因卡罗琳洋脊的碰撞导致帕里希维拉海盆洋壳逆冲到原雅浦岛弧之上.(2)雅浦岛弧在不同构造时期经历过多期岛弧岩浆作用,包括俯冲初始阶段(~52 Ma)的弧前玄武岩、俯冲开始后的岛弧玄武岩(~25 Ma)、与卡罗琳洋脊碰撞(21 Ma)后的岛弧拉斑玄武岩(7~11 Ma).其中7~11 Ma的岛弧拉斑玄武岩指示雅浦岛弧岩浆活动并未因卡罗琳洋脊的碰撞完全停止,很有可能在晚中新世短暂恢复活动.      

弧后盆地玄武岩的成分变化及其成因

弧后盆地玄武岩(BABB)是弧后盆地扩张过程中岩浆作用的主要产物,其地球化学组成是认识弧后盆地演化的关键。现今弧后盆地主要集中在西太平洋地区。本文总结了该地区弧后盆地玄武岩的元素地球化学和同位素组成特征。总体而言,相对于开阔大洋洋中脊玄武岩(MORB),弧后盆地玄武岩的主量元素成分变化范围很大,在Al_2O_3-Mg O、Ti O_2-Mg O相关图上偏离了MORB的演化趋势,在Mg O相同的情况下表现出更高的Al_2O_3含量和更低的Ti O_2含量。弧后盆地玄武岩的微量元素特征一般介于MORB和弧玄武岩之间。一方面,它们与MORB一样在中、重稀土元素之间没有明显分馏;另一方面,与弧玄武岩一样富集大离子亲石元素Rb、Ba、Th、U、K,具有Pb的正异常和Nb、Ta的负异常等。其中,劳海盆、日本海海盆和冲绳海槽有部分样品具有Nb、Ta的正异常,表现出类似于E-MORB的微量元素特征。西太平洋地区弧后盆地玄武岩的Sr-Nd-Pb同位素组成变化范围较大,相对于MORB,其富集组分更常见,总体介于亏损地幔端元(DMM)、1型富集地幔(EM1)和2型富集地幔(EM2)三者之间。不同基底属性(大陆基底和大洋基底)和不同阶段的弧后盆地玄武岩的地球化学组成也有明显区别。弧后盆地玄武岩地球化学成分上的多样性主要受控于源区(地幔楔)的物质组成、熔融程度和岩浆上升过程中的变化等因素。地幔源区的不均一性主要体现在地幔楔自身的化学性质和俯冲板片的物质贡献差异。部分弧后盆地玄武岩具有异常高的地幔潜能温度、高的3He/4He比值以及E-MORB型的微量元素特征,说明其地幔源区还可能受到了地幔柱的影响。地幔潜能温度越高,俯冲流体贡献越多,地幔楔的熔融程度越大。此外,岩浆上升过程中发生的地壳混染、岩石圈中的熔体-岩石反应以及矿物的结晶分离都会改造岩浆的成分。     

全球幔源岩Pb-Sr-Nd同位素体系

根据各种同位素数据库得到的3万多个晚古生代以来的幔源岩(包括洋中脊玄武岩、洋岛玄武岩、岛弧火山岩、大陆与大洋溢流玄武岩以及大陆板内玄武岩)Pb-Sr-Nd同位素资料和图解分析,对各类火山岩的源区以及地幔的垂向与横向不均一性问题作了进一步讨论。笔者认为不存在具有公共性质的EM1、EM2和HIMU地幔端员,它们的源区可能来自上、下地幔过渡带,只在局部地区出现,独一无二。PREMA(FOZO)则是洋岛玄武岩和溢流玄武岩公共端员。DUAPAL异常现象不只是在洋中脊玄武岩中出现,在洋岛玄武岩、岛弧火山岩和大洋溢流玄武岩中也存在同步的地球化学分区现象。溢流玄武岩的同位素体系特征表明它们的源区涉及再循环地幔的壳幔混合、岩石圈减压熔融、上—下地幔过渡带和似原始-略亏损的下地幔。Pb同位素体系为鉴别俯冲带的存在提供了更严格的证据,这种鉴别表明,安第斯弧火山作用不是洋陆俯冲带产生的。     

新疆西准噶尔达尔布特蛇绿岩套柳树沟镁铁质杂岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及地球化学特征

对新疆西准噶尔达尔布特蛇绿岩套柳树沟镁铁质杂岩中橄榄辉长岩、蛇纹石化橄榄辉长岩、辉长岩和蚀变辉长岩地球化学分析表明:辉长岩和蚀变辉长岩具有钙碱性和拉斑玄武岩的双重特征,橄榄辉长岩和蛇纹石化橄榄辉长岩属镁铁质堆积岩,为蛇绿岩组成单元;稀土总量较高,具微弱正Eu异常,稀土元素配分模式为略左倾平坦型,与SSZ型镁铁质堆晶岩稀土配分模式相同;微量元素蛛网图上,富集大离子亲石元素Cs、K、Th、U,相对亏损高场强元素Nb、Ta,可能代表俯冲板片的流体交代上覆地幔楔使地幔岩石发生部分熔融。地球化学构造环境判别柳树沟镁铁质岩石岩浆源区为亏损型地幔向富集型地幔过渡的适度富集型地幔,其形成的最佳模型是在成熟岛弧基础上裂谷化形成的一个不成熟的类似边缘海性质弧后盆地,不具成熟大洋或盆地那样的洋壳-上地幔结构,在盆地扩张初期岩浆具岛弧特征,随着盆地被进一步打开,镁铁质岩石具N-MORB特征。对辉长岩采用SHRIMP锆石U-Pb同位素年龄测试,获得特柳树沟镁铁质岩石的结晶时间为314.9±1.7 Ma。