中国东部中生代岩浆作用与岩石圈减薄

对中国东部新生代玄武岩及其包体的Ｓｒ Ｎｄ 同位素资料的总结表明,中国东部现今岩石圈地幔具有强烈亏损性质,现今岩石圈地幔是新生的。岩石圈减薄主要发生在中生代晚期,并与中国东部大面积、强烈的中生代岩浆活动在时间上相对应,且具有自西向东岩石圈减薄逐渐增强的趋势。分析表明,中生代期间印度洋型软流圈地幔的侵入与中国东部的岩石圈减薄密切相关。     

雏凤清于老凤声--评<中国东部地幔置换作用与中新生代岩石圈减薄>

20世纪实施了20年之久的国际岩石圈计划是全球固体地球科学规模最大、持续时间最长的国际合作计划。它是20世纪地学革命的产物和延伸,也是新世纪大陆地球动力学研究的基础和先导。在这一国际大背景下。我国东部大陆岩石圈因其在不同地质时代发育有各类大陆岩石圈地幔的罕见特点,受到了学术界强烈的关注,从而构成了80年代以来我国地球科学前沿领域一个突出的研究热点,吸引了众多的科学家投身其中。     

长江中下游地区蝌蚪山晚中生代玄武岩的地球化学研究: 岩石圈地幔性质与演化的制约

长江中下游地区繁昌火山盆地蝌蚪山晚白垩世玄武岩为硅饱和岩石, SiO2含量在 47.63%～ 50.02%之间,在 TAS图上位于碱性和亚碱性的分界线上,多数属于玄武岩,少数为粗面玄武岩. MgO含量较低( 3.72%～ 5.58%),但 Mg#值较高( 61～ 71).岩石富集大离子亲石元素 Ba、 Th、 U、 LREE和 Pb,亏损高场强元素 Nb、 Zr和 Ti,具富集的 Sr、 Nd和 Pb同位素组成.初始 87Sr/86Sr(t)比值介于 0.706 5～ 0.706 6之间,ε Nd(t)值介于-5.5～-7.3之间.在 87Sr/86Sr(t)-ε Nd(t)相关图上投在富集的第Ⅳ象限,并趋向于 EMⅡ地幔端员. 206Pb/204Pb(t)、 207Pb/204Pb(t)和 208Pb/204Pb(t)比值分别为 17.928～ 18.311、 15.426～ 15.621和 37.785～ 38.525,在 Pb同位素相关图上处在 DMM和 EMⅡ地幔端员之间.蝌蚪山玄武岩的地球化学特征表明其原始岩浆来源于岩石圈地幔,底侵到壳幔边界后曾有一段时间的滞留,并经历了一定程度的以橄榄石和斜方辉石为主的结晶分异,随后在上升过程中没有受到明显的地壳物质的混染.本地区晚中生代时期陆下岩石圈地幔具有同位素富集的性质,曾受到过古老俯冲事件中析出流体 /熔体的交代.与本地区新生代玄武岩地球化学性质的对比表明,从晚中生代至新生代,由于岩石圈拉张和软流圈的上涌,长江中下游地区发生了岩石圈的减薄,其过程和华北地块东部的岩石圈减薄事件基本一致.造成华北地块东部和华南地块东部的岩石圈减薄具有一致的动力学机制和背景,很可能是晚中生代时期古太平洋板块向亚洲大陆之下俯冲造成的弧后盆地的拉张减薄.     

华北克拉通重力梯度带两侧晚中生代火山岩地球化学特征对比研究及其对岩石圈减薄的时空制约

对华北克拉通重力梯度带东西两侧的河北承德袁家庄和内蒙古四子王旗白脑包出露的晚中生代火山岩进行了地球化
学对比研究。全岩主量元素、微量元素和Sr-Nd-Hf同位素数据表明,袁家庄火山岩和白脑包火山岩具有相似的地球化学特
征。这些火山岩轻、重稀土强烈分异,富集大离子亲石元素(如Rb,Ba,Th,U,K等),亏损高场强元素(如Nb,Ta,Zr,
Hf,Ti等);其同位素具有高(87Sr/86Sr)i,低εNd(t)和低εHf(t)的特征,因此认为袁家庄和白脑包火山岩具有相似的源区,即均来
源于被交代的古老岩石圈地幔的部分熔融。结合文献资料,作者认为,这些晚中生代火山岩是华北克拉通岩石圈减薄的直
接产物,中生代时期华北克拉通岩石圈的减薄不仅仅局限于重力梯度带以东地区,以西的部分地区也有发生。 chengxu       

地壳的拆离作用与华北克拉通破坏:晚中生代伸展构造约束

伸展条件下的地壳拆离作用是岩石圈减薄的重要浅部构造响应。晚中生代时期的伸展构造(包括拆离断层、变质核杂岩构造和断陷盆地)在华北、华南、东北和东蒙古及贝加尔地区普遍发育,它们切过上部地壳(断陷盆地)、中、上地壳(拆离断层)或中部地壳(变质核杂岩)。地壳拆离作用具有运动学极性(NWW或SEE)、几何学宏观(区域)对称与微观(局部)不对称性、遍布全区但不均匀性,以及形成时间的跨越性(140~60Ma)等特点,并使得地壳和岩石圈发生显著的减薄。本文研究揭示出现今岩石圈厚度变化与晚中生代伸展构造的发育程度和分布之间并没有必然的联系。其变化的基本规律是,除新生代裂陷发育区岩石圈厚度明显较小且厚度有迅速变化外,从华北向贝加尔地区总体的变化趋势是逐渐加厚,也即东亚地区岩石圈具有楔形形态。晚中生代时期的地壳(或地幔)拆离作用伴随着广泛的岩石圈减薄作用,区域岩石圈同时遭受到一定程度的减薄和破坏,华北克拉通在这一时期的破坏仅仅是区域岩石圈减薄在华北的具体体现。     

太行山重力梯度带的形成与华北岩石圈减薄的时空差异性有关

通过对比华北太行山重力梯度带两侧新生代玄武岩及其中幔源包体的成分, 发现: (1)华北东、西部新生代玄武岩具有相反的演化趋势, 说明新生代以来西部岩石圈逐渐减薄, 而东部岩石圈逐渐加厚; (2)西部岩石圈地幔组成相对复杂, 年龄多为晚太古代-元古代; 而东部岩石圈地幔组成相对单一, 年龄多为现代值, 少数为元古代; (3)西部壳幔过渡带较厚而东部较薄, 反映两地不同的岩浆底侵作用程度.华北岩石圈组成的空间不均一性可能与岩石圈减薄过程的时空差异有关. 岩相古地理分析说明太行山重力梯度带的雏形形成于早白垩世, 与华北中生代岩浆活动的高峰相吻合.由于岩浆作用与岩石圈减薄作用密切相关, 因此认为华北岩石圈减薄的时空不均一性是形成太行山重力梯度带的重要机制.      

华北岩石圈减薄的时空不均一特征

总结了华北中生代基性岩浆活动的年代学资料和中一新生代岩浆的地球化学特征,认为岩浆随时问的演化趋势与岩石圈减薄过程密切相关。根据富集岩石圈地幔来源的岩浆作用持续时间(180～90Ma)认为该区岩石圈减薄时限约为100Ma。这暗示热机械侵蚀可能是华北岩石圈减薄的主要机制。华北东、西部新生代玄武岩岩浆具有相反的演化趋势,显示了该地区岩石圈减薄作用的时空不均一性。     

华北克拉通破坏与岩石圈减薄

古太古代（约4.0 Ga）时地球上可能只有一个超级大陆, 它的岩石圈厚度高达400 km。在早元古代,这个超级大陆减薄、裂解成十几块,每块中心是太古宙岩石,边缘是元古宙岩石,且各块厚度不等（150~350km）。从元古宙之后这些被称之为稳定克拉通的大陆岩石圈就一直漂游在地幔软流圈之上。中国华北地块就是这些克拉通之一,与众不同的是它在中生代时遭受了第二次破坏,岩石圈厚度从古生代时的180~200 km 减少到现今的80~100 km。本文作者从流变学的视角出发,围绕华北克拉通破坏和岩石圈减薄这一核心问题,从     

华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的主要学术争论

华北岩石圈减薄是近十年来国内外研究的热门课题,但关于岩石圈减薄的具体时间、减薄幅度、空间分布范围、机制及其构造控制因素,多有争论.本文对上述问题进行了全面的回顾与讨论,内容包括:(1)是克拉通破坏还是岩石圈减薄;(2)古生代以来华北克拉通岩石圈地幔时代与壳幔解耦;(3)岩石圈减薄与克拉通破坏发生的时间;(4)岩石圈减薄的垂向幅度;(5)克拉通破坏在中国东部的空间分布;(6)克拉通破坏机制;(7)克拉通破坏的地球动力学原因;(8)华北克拉通破坏在世界上的特殊性等.文后,汇编了近10余年来华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的重要文献.     

胶莱盆地晚白垩世玄武岩的年代学和地球化学特征及其对华北岩石圈减薄-增生的制约

已有研究认为华北岩石圈减薄的时空不均一是显著的,主要表现在软流圈来源的岩浆最早出现的时间呈现南北差异。本文通过40Ar-39Ar法获得胶莱盆地西官庄拉斑玄武岩的年龄为96±3Ma,属于青山群火山岩的一部分,早于王氏群大西庄碱性玄武岩(73Ma)。两套岩石均缺乏Nb、Ta负异常,分别具有与E-MORB和OIB类似的微量元素配分特征。西官庄拉斑玄武岩((87Sr/86Sr)t=0.7058,εNd(t)=0.37～0.57)和大西庄碱性玄武岩((87Sr/86Sr)t=0.7040,εNd(t)=5.5～5.7)的同位素组成特征均显示软流圈的印记。前者为软流圈熔体与古老富集岩石圈地幔相互反应的产物,而后者是软流圈部分熔融的产物。研究区岩浆的εNd(t)值随年龄的降低而逐渐增大,暗示古老岩石圈减薄过程中软流圈的上涌,说明研究区晚白垩世-早新生代岩石圈仍在经历减薄作用。类似的岩浆演化趋势在辽西和辽东地区也有发现,不过演化的时间分别为120～100Ma和80～60Ma,再次证明华北岩石圈减薄作用的时空不均一性。     

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.     

华北太行晚中生代煌斑岩地球化学特征及成因探讨

华北克拉通太行山地区煌斑岩脉广泛发育。这些煌斑岩高度富集大离子亲石元素(如Rb、Sr、Ba和K)和轻稀土元素，具有高度分异的REE模式，在化学成分和Nd—Sr同位素组成上亦显示出规律性的变化。其特征表明：太行山地区的晚中生代煌斑岩来源于同一个岩浆源区，而且煌斑岩浆在上升过程中曾经遭受过下地壳的混染。此外，最原始的煌斑岩样品具有低SiO2、高MgO以及高度富集同位素[εNd(120Ma)＝-8．3，Ist＝0．7052]的特征，表明形成煌斑岩的母岩浆来自富集地幔，是富集地幔部分熔融的产物；富集地幔可能是下部软流圈释放的富挥发分、低密度的熔体与上部的岩石圈发生了交代反应而形成的。     

华北克拉通泊松比与地壳厚度的关系及其大地构造意义

华北克拉通破坏和岩石圈减薄已成为我国乃至国际地学界研究的热点之一。本文作者对许卫卫和郑天愉（2005）采用接收函数方法测量渤海湾西北盆岭地区58个宽频地震台站下面地壳厚度和地壳泊松比的资料进行了详细的分析研究。在冀东北、辽西以及石家庄附近的南太行山地区地壳泊松比随地壳厚度增加呈非线性骤然陡降,说明在这些地区中新生代地壳减薄作用主要集中于长英质的中上地壳。在保定—大同和官厅水库—张家口—张北地区,地壳泊松比随地壳厚度增加作缓慢地线性减小,说明由玄武岩浆底侵作用造成的地壳泊松比增加抵消了一部分由长英质中上地壳减薄造成的泊松比减小。所以,在中新生代华北克拉通地壳减薄过程中,上地幔部分熔融及玄武岩浆底侵作用主要集中在保定—大同和官厅水库—张家口—张北等冀西北地区。