华北大陆地壳—上地幔岩石学结构与演化

本文基于出露的前寒武纪变质岩系、中、新生代岩浆活动以及新生代玄武岩中上地幔包体的岩石学与地质压力计研究，结合地球物理测深资料与高温高压下岩石中地震波传播速度的实验成果，提出了华北大陆三个地区(河北平原、太行一五台、鄂尔多斯)的地壳一上地幔岩石学结构，讨论了界面性质及其演化。在强调Vp、 Vs、a结构与岩石学结构共同约束的基础上，有效地识别了不同地区硅铝质陆壳在物质组成上的差异和上地幔低速层或矿物相转变等特征。本文提出壳-幔岩石学结构及其演化，密切地与陆壳主要形成时期的太古一早元古构造岩浆事件相关，又与显生宙构造岩浆事件对它的改造程度有关，壳-幔岩石学结构是我们追索大陆的构造性质及其演化的一个重要记录和科学依据。     

华北地台中寒武统张夏组上部高频层序研究

根据华北地台东部寒武系露头层序地层研究,将张夏组划分为两个正层序,其中上部正层序（５３０－５２５ＭａＢ．Ｐ．,三叶虫带Ａｍｐｈｏｔｏｎ－Ｔａｉｔｚｕｉａ带至Ｄａｍｅｓｅｌａ带）由４个亚层序和１７－２３个小层序组成,其中正层序和亚层序具有高分辨率区域地层对比意义。每一级层序均表现为向上变浅和变粗进积型序列,底部常以间断－加深面或洪泛面为界。该时期的海平面变化具有高频振荡特点,构成一个三级复合海平面变化旋回。由不同级别层序所反映的海平面变化旋回可以分别与天文周期的奥特周期（２—５Ｍａ）、米兰科维奇长周期（０．１—０．４Ｍａ）和米兰科维奇短周期（０．０２—０．０４Ｍａ）相对比。据层序地层和相序及相模式的研究,识别出６种类型的小层序,陆棚盆地至上缓坡显示出由Ａ—Ｆ类型的规律性变化。     

根据重力场研究华南地壳结构

华南与华北重力场相比有明显的差别,前者为很强的负异常,它是由于地壳花岗岩化作用使岩石圈密度减小引起的。在沿海地区布格重力异常与莫霍界面起伏没有相关性,地壳与上地幔密度不均匀对重力场分布起主要作用。华南广泛分布花岗岩类,反映了该区特定的地壳结构。花岗岩出露面积与重力等值线有较密切的对应关系,这对于应用重力定量解释推断花岗岩的地下形状具有有利条件。本文讨论运用重力模型研究华南地壳与上地幔结构和花岗岩的地下形态,并探讨花岗岩的成因及其与矿产的关系。     

铂族元素在地壳、岩石和沉积物中的分布

随着20世纪90年代铂族元素分析测试技术的突破性进展以及大量可靠的岩石和沉积物铂族元素含量分析数据的积累,引用20世纪80年代前发表的有关铂族元素的地壳丰度和岩石、沉积物中的平均含量作为衡量标准已不适宜。根据近15年来获得的大量的有关铂族元素含量的可靠数据,综合给出了铂族元素在地壳、岩石、土壤和沉积物中的丰度。这种对地壳、岩石和沉积物中铂族元素丰度值的新认识,对理论地球化学、勘查地球化学甚至铂族元素矿产勘查工作都具有重要的意义。     

汞在地壳、岩石和疏松沉积物中的分布

20世纪80年代以来分析测试技术取得了突破性的进展,积累了汞在岩石和疏松沉积物大量可靠的分析数据,发现引用20世纪70年代前发表的有关汞的地壳丰度及岩石和沉积物中的平均含量作为衡量标准已不适宜.本文根据近20年来发表的有关汞在地壳、岩石和疏松沉积物中含量的文献,结合作者在地壳元素丰度研究中积累的大量岩石中汞含量的可靠数据以及IGCP360"全球地球化学基准"计划获得的国外沉积物中汞含量的可靠数据,综合给出了汞在地壳、出露岩石地壳的丰度分别为7 ng/g和13 ng/g,岩石、火成岩、沉积岩、变质岩的平均含量分别为12.5 ng/g、6.9 ng/g、22.6 ng/g和8.6 ng/g,大陆疏松沉积物、水系沉积物、泛滥平原沉积物、土壤和浅海沉积物的平均含量分别为60 ng/g、60 ng/g、60 ng/g、65 ng/g和25ng/g.     

华北上地壳构造单元划分

利用天然地震数据分析研究得到的中地壳滑脱层的深度、活动方式、强度等结果,与重磁异常基底解译成果相结合,提出华北地区在中地壳位置发育有区域滑脱面,其特定壳层及深度位置决定了其在华北深浅构造关系转换中,起着“屏蔽”或联系的重要作用,而在华北伸展变形中是地块运动变形的底边界面。上地壳各个部分在沿其滑动时,因速度差、侧向约束条件等的不同,而派生出断叉线、横向调整断裂及相应的凸起、凹陷断块等次级单元。它们构成了华北上地壳基本构造单元,并直接控制着盆山空间分布、构造地貌单元发育。研究提出了华北上地壳构造单元划分方案:上地壳基底构造分为9个一级单元(Ⅰ~Ⅸ)和23个二级单元。其中一级构造单元为:Ⅰ阴山北部东西向区域凹陷断块;Ⅱ阴山-燕山区域凸起断块;Ⅲ太行山区域凸起断块;Ⅳ大别山区域凸起断块;Ⅴ渤海湾盆地断坳、断隆区;Ⅵ南华北盆地断坳、断隆区;Ⅶ鲁西区域断隆区;Ⅷ下扬子区域断坳、断隆区;Ⅸ鄂尔多斯区域断坳区。     

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.     

华北地台东部古生代与新生代岩石圈地幔特征及其演化

古生代含金刚石及捕虏体的金伯利岩和新生代含捕虏体的玄武岩先后共同侵位于华北地台东部,提供了研究自古生代以来板内岩石圈地幔特征及其演化的深源岩石探针。通过对古生代与新生代,新生代时郯庐断裂带内与带外岩石圈地幔物质之间岩相学,岩石和矿物的主元素,微量元素,地幔热状态的对比研究,结合现代地球物理资料,建立了以新生地幔物质对古老岩石圈置换作用为主的华北地台东部地幔减薄模型。该模型强调,古老岩石圈地幔业已成     

华北麻粒岩相岩石中的辉石

本文以华北地区麻粒岩相岩石中的60个斜方辉石和67个单斜辉石的化学成分资料,确定华北地台北缘在太古代是大面积的中压高温麻粒岩区。     

上部地壳岩石变形与方解石质岩石的低温流动

系统总结了上部地壳环境中方解石质岩石的浅成流动机制与低温糜棱岩成因研究的几个重要方面：（１）地壳岩石脆－韧性转变域与岩石变形机制;（２）变形作用过程中流体相的物理与化学意义;（３）方解石质岩石的流动机制、变形特点与蠕变规律。同时讨论了对于地壳浅部层次方解石质石流主变学研究中存在的主要问题以及解决这些问题的基本思路与科学意义。     

大别山地壳结构的Pb同位素地球化学示踪

研究了大别山东部北大别变质杂岩，南大别变质杂岩和白垩纪花岗岩的全岩Pb同位素组成，结果表明，北大别变质杂岩与南大别变质杂岩相比，前者以相对低放射成因Pb同位素组成为特征，按照Pb同位素组成在地壳垂向剖面上的变化模型，指出在大别山地壳垂向结构上，北大别变质杂岩应位于南大别变质杂岩之下，这一认识得到大别山不同构造岩石单元中产出的白垩纪花岗岩Pb同位素对岩浆源区示踪的有力支持，因此南大别超高压变质带是发育在北大别杂岩之上的一个构造岩片，这对进一步确定扬子克拉通向华北克拉通俯冲－碰撞的缝合线位置具有重要意义。     

华北地块的增生和大陆壳形成历史的探讨

追溯一块古老地壳的形成演变历程,势必涉及地球的生成假说,这是一个诸多争论的问题。本文不拟过多地卷入地球的形成和初始地壳的争论,仅以在华北地块上稳定类型沉积的第一次出现和典型的盖层沉积的普遍发育为起始,研讨该地块盖层的沉积演变和我国北方大陆壳的形成历史。     

华北克拉通岩石圈地幔置换作用和壳幔生长耦合的Re-Os同位素证据

测定了辽宁复县奥陶纪金伯利岩和河北汉诺坝与山东栖霞第三纪碱性玄武岩中产出的地幔包体的Re Os同位素组成。金伯利岩中地幔包体的Re贫化Os同位素模式年龄 (TRD)为 2 .5～ 2 .8Ga ,从Re Os同位素定年角度证明了华北克拉通确实存在太古宙岩石圈地幔。对汉诺坝二辉橄榄岩包体获得了 (1.9± 0 .18)Ga的Re Os同位素等时线年龄 ,表明现今保存在那里的地幔主要是古元古代时形成的。汉诺坝地区出露有大量新太古代岩石 ,表明曾存在太古宙地幔。由于缺乏太古宙年龄 ,说明由汉诺坝所代表的克拉通中部曾存在的太古宙地幔在古元古代时已被减薄 ,并被 1.9Ga的新生岩石圈地幔置换。该事件与华北克拉通中部广泛的古元古代碰撞造山过程导致的麻粒岩相变质作用的时代相同 ,说明有关的岩石圈置换作用可能主要与拆沉作用有关。栖霞地幔包体具有与现代对流地幔相同的Os同位素组成 ,且Os同位素组成与Re/Os比值没有明显相关性 ,表明年龄很新。结合其它地质地球化学证据 ,说明克拉通东部的太古宙岩石圈地幔的置换作用主要发生在中生代 ,且可能与三叠纪华北和扬子陆块的陆陆碰撞造山导致的岩石圈地幔和下地壳的拆沉作用有关。本研究表明华北克拉通岩石圈地幔置换作用在时空上的分布是十分不均一的。 2 .5～ 2 .8Ga与 1.9Ga不仅?     

陆壳岩石化学结构建立方法探讨

根据既有岩石化学成分又有地震波速的实验岩石数据,讨论了影响岩石波速的主要因素和不同实验条件下地震波速与岩石成分之间的线性关系差异。选择常温、600MPa测定的数据建立了地震波速Vp与SiO2、石英、石英 长石、岩石分异指数DI的回归方程,并讨论了回归方程的适用范围。对这些方程进行验证表明它们能够用于地震波速推断深部物质成分。     

华北地台北缘中段金矿控矿因素探讨

在中生代华北与华南的碰撞过程中,华北克拉通北缘再次活化造山,伴随强烈的岩浆活动和成矿作用,造就了华北地台北缘重要的金成矿带,笔者通过多年该区找金的实践和对金矿控矿因素的分析认为,金的成矿物质来源于绿岩地体,并在燕山期构造-岩浆活动中迁移、富集成矿,并提出了找矿方向。     

华南地壳及上地幔三维速度结构成像

利用国家地震科学数据共享中心的地震目录及临时台网资料,挑选出11 113个区域地震的77 093条P波走时和93 541条S波走时,采用1°×1°的经纬度网格划分,反演获得了深至60km的华南南部地区的地壳及上地幔三维P波和S波的速度结构。研究结果表明,纵波速度结构与横波速度结构从整体来看具有较好的一致性,说明该研究获得的深部速度结果具有较高的可信性,但是在50km的深度纵、横波速度结构的一致性较差,可能是由于该深度的纵横波走时数据存在着较大的差异所导致的。本研究显示了研究区域内的速度结构存在着明显的横向不均匀性,东南沿海地区的地壳中出现了大规模的低速异常,可能与该区地幔物质的上涌有关;而在珠江三角洲、雷州半岛、北部湾及海南岛等地区莫霍面下方出现的低速异常,则与该区的热运动有关。经分析认为,华南南部地壳及上地幔的速度不均匀性和华南板块与扬子地块的相互作用有关,因此开展进一步研究能为探索和分析华南再造以及中国南海北部的构造演化提供重要信息。     

俯冲陆壳和洋壳对华北克拉通中生代岩石圈地幔改造的氧同位素记录

来自华北克拉通山东省中生代镁铁质岩石及地幔包体的橄榄石氧同位素组成显示,早白垩世岩石圈地幔主要受到了来自俯冲的华南陆壳不同组分的改造作用,包括镁铁质下地壳和长英质上地壳组分以及少量的海相沉积碳酸盐岩,而晚白垩世的岩石圈地幔则受到了来自俯冲的太平洋板块的改造。早白垩世受俯冲陆壳改造的岩石圈地幔橄榄石相对正常地幔高δ¹⁸O (6.0‰～7.2‰),而晚白垩世被俯冲洋壳改造的局部地幔则相对正常地幔低δ¹⁸O (4.1‰～5.3‰)。板块俯冲作用是导致华北克拉通岩石圈地幔破坏的重要深部机制,三叠纪华南陆壳深俯冲导致了华北克拉通地幔强烈富集相容组分而转变为易熔的岩石圈,早白垩世大规模幔源岩浆的侵位很可能与俯冲大陆板片的整体断离或拆离作用相关;晚中生代以来的太平洋俯冲作用则引发了岩石圈地幔的置换和增生作用,形成了目前新、老地幔共存的格局。     

岩石结构分形维数与岩石压缩强度关系的探讨

运用分形几何学的理论和方法研究煤层顶板岩石的结构，发现岩石的粒度结构和孔隙结构均具有自相似性，粒度分形维数和孔隙分形维数与岩石压缩强度之间有良好的相关关系，故可以用岩石结构的分形维数定量表述岩石的压缩强度。     

华北东部橄榄岩岩石化学特征及其岩石圈地幔演化意义

华北东部古生代以来火山岩中捕虏体橄榄岩和苏鲁早中生代构造侵位橄榄岩的岩石化学结果表明: 古生代金伯利岩侵位时仍然存在的难熔、漂浮克拉通地幔在中、新生代时其大部被新生饱满的岩石圈地幔物质取代置换.在100 Ma前(但不早于178 Ma), 新生软流圈物质就已开始沿古老岩石圈内的地幔薄弱带和岩石圈深断裂带对克拉通地幔进行侵蚀、交代和混合作用, 引起岩石圈大幅减薄.这一减薄存在时间、空间的不均匀性, 但在老第三纪达最大.新第三纪以来, 上涌的软流圈物质由于温度下降回落(岩石圈小幅增厚)并转化为新生岩石圈地幔, 实现地幔置换过程.分析的苏鲁造山带橄榄岩是早中生代构造侵位改造过的古老岩石圈地幔物质.