早前寒武纪洋壳的地质记录及其板块构造意义

元古宙蛇绿岩的不断发现表明威尔逊旋回至少在早元古代已经明显起作用，部分太古宙绿岩带由不同的构造单元拼合而成，并发育不同于显生宙蛇绿岩的大洋壳岩石组合，地幔柱在早太古代构造演化过程中起重要作用，是板块构造的重要补充机制，地球早期热产量较高，可能是造成板块规模较小，洋壳较厚，板块运动速度较快的原因，并以缓倾角俯冲为特征。     

鲁西新太古代洋板块地质及板块构造活动遗迹

鲁西地区是我国新太古代经典的花岗岩-绿岩带出露地区之一,前人已积累了丰硕的构造地层、同位素地质年龄、地球化学及成矿作用等方面的资料,并对这一时期的地球动力学特征进行了讨论.通过研究“洋板块地质”的思路综合前人已获得的区域地质调查研究资料,表明泰山岩群镁铁质火山岩演化是一套由科马提岩-拉斑玄武岩和拉斑玄武岩、钙碱性玄武岩及安山岩等两类岩石组合复合而成的火山岩系,反映了相对早期形成与洋内地幔柱有关的科马提岩向相对晚期与弧有关的钙碱性玄武岩-安山岩的演化过程;新太古代初期形成岛弧型英云闪长岩带到新太古代中期形成分异型奥长花岗岩,则反映了俯冲过程中的花岗岩演化特点;新太古代晚期硅质高镁玄武岩（高镁玄武安山岩）的确定则是活动大陆边缘岩浆弧的产物;泰山岩群中红宝石（刚玉）的发现,进一步指示其形成的背景与新太古代板块构造俯冲作用有关,为鲁西存在新太古代洋板块地质遗迹提供了地质学证据.      

阴山地块晚太古代岩浆作用、变质作用对地壳演化及BIF成因的启示

阴山地块是华北克拉通西部太古代基底出露最大最完整的地区.固阳地区是阴山地块最具代表性的地区,主要由中西部低级别变质的晚太古代花岗-绿岩地体和东部的高级变质杂岩地体组成.统计结果表明,无论是绿岩带,花岗岩类侵入体,还是高级别变质杂岩的原岩都形成于晚太古代末期(2562 ～ 2510Ma),形成时间上相互重叠,在～2500Ma,～2480Ma分别经历了两期变质事件,第一期为逆时针的P-T轨迹,与洋脊俯冲有关;第二期则表现顺时针的P-T轨迹,与晚期碰撞造山有关.科马提岩-科马提质玄武岩、高镁安山岩-富Nb火山岩、TFG和Sanukitoid多种具有特殊构造意义的岩石同时发育.综合已有资料获得如下启示,阴山地块在晚太古代受板块体制控制,并先后经历了洋脊俯冲和碰撞造山过程.将区域内的BIF与相关岩石联系起来考虑,得出BIF的形成与洋脊俯冲有关,BIF中的Si来源于绿岩带底部的玄武岩,Fe来源于同层位的科马提岩.     

板块体制的出现与全球地质环境的突变

从大洋中脊的扩张到活动陆缘处的洋壳俯冲消成和岛弧型地壳增生，这是板块构造理论的精髓部分，这种板块体制的地壳演化何时开始出现呢？通过对与板块体制有关的壳幔物质循环和水圈—岩石圈—大气圈相互作用的分析，作者认为太古代与元古代之交（２６～２３亿年）全球性地质环境的突变是板块体制出现的标志。     

科马提岩成因研究述评

科马提岩仅限于超镁铁质熔融体(Mgo>30wt%)所生成的火山岩.它具有高温、高密度和低粘度的特征.以及独特的地球化学性质.结合高压熔融实验成果,评述了有关科马提岩成因的干地幔熔融模式、湿地幔熔融模式、温超镁铁质板块俯冲模式和热地幔柱熔融模式,并认为热地幔柱熔融模式较好地解释了科马提岩的成因.     

甘肃北山地区榴辉岩的变质年龄：来自锆石的U-Pb同位素定年证据

北山造山带地处塔里木-中朝板块与哈萨克斯坦板块的交汇部分,主造山时期被认为是早古生代。榴辉岩产在北山造山带的南带,带中榴辉岩与大量基性超基性洋壳岩石和俯冲碰撞有关的花岗岩等伴生,反映该带有可能代表板块的边界。北山榴辉岩的锆石SHRIMP U-Pb同位素定年表明,榴辉岩相的变质年龄为(819±21)Ma,原岩年龄为(1007±20)Ma,表明北山地区存在新元古代一次重要的板块裂解和俯冲碰撞事件。与北山相邻的祁连山南部柴北缘地区近年也报道存在新元古代板块裂解和蛇绿岩洋壳形成事件,表明中国西部存在区域上的新元古代洋盆裂解事件,或称之为罗德尼亚大陆裂解事件。需强调的是,北山榴辉岩相变质事件发生在新元古代,柴北缘榴辉岩的原岩虽为新元古代洋壳岩石,但榴辉岩相变质作用则发生在早古生代,反映北山新元古代俯冲碰撞事件之后的又一次俯冲碰撞事件。     

俯冲洋壳的折返及其相关问题讨论

大洋俯冲带中高压(HP)和超高压(UHP)岩石的折返机制一直以来都是俯冲工厂中最不为人知的问题之一.本文根据搜集全球折返到地表的洋壳榴辉岩基础数据(包括岩石学特征、峰期温压条件和折返P-T轨迹),初步探讨了洋壳榴辉岩的折返机制.根据峰期矿物组合、温压条件和对应的地温梯度,典型大洋俯冲带中的榴辉岩可以分为三类:含柯石英的UHP硬柱石榴辉岩(2.7～ 3.2GPa,470 ～ 610℃,5～7℃/km)、HP硬柱石榴辉岩(1.7～2.6GPa,360～ 620℃,5～8℃/km)和HP绿帘石榴辉岩(1.5 ～2.3 GPa,540 ～ 630℃,7～12℃/km).与大陆俯冲碰撞造山带中的HP-UHP榴辉岩相比,洋壳榴辉岩具有较低的峰期温压条件和较高的低密度含水矿物的含量,但是普遍缺失高密度的蓝晶石.已有的俯冲洋壳的折返模式都基于一个假设:洋壳榴辉岩密度比周围地幔大.因此,洋壳榴辉岩的折返必须借助于低密度的蛇纹岩或者变沉积岩.MORB体系的热力学模拟研究表明,俯冲洋壳的矿物组合、矿物含量和密度主要受低密度含水矿物(如硬柱石、绿泥石、蓝闪石和滑石等)的稳定性控制,并且在同等深度条件下,冷俯冲洋壳的密度低于热俯冲洋壳的密度.经历冷俯冲(～6℃/km)洋壳的密度在＜ 110～ 120km(P ＜3.3 ～ 3.6GPa)的深度仍小于周围地幔,但是经历热俯冲(～ 1O℃/km)洋壳的密度在＞60km(P＞1.8GPa)的深度就已经超过周围地幔.结合高温高压实验资料和地球物理观察数据,我们认为在＞120km的深度,俯冲基性洋壳本身密度大于周围地幔,不存在低密度的地幔楔蛇纹岩(蛇纹石已发生分解),并且大洋板块的俯冲角度突然增大可能阻碍了更深部的低密度变沉积岩的折返.以上这三个方面的原因可能导致现今折返到地表的洋壳榴辉岩和变沉积岩的形成深度普遍小于120km.折返过程中硬柱石脱水分解会导致洋壳密度增大,退变形成的蓝晶石榴辉岩的密度大于周围地幔,无法折返,这可能是全球洋壳榴辉岩中普遍缺失蓝晶石的主要原因.     

古老造山带洋板块地层*

重点分析和总结了由前寒武纪增生复合体和造山带混杂岩重建的古老造山带洋板块地层,包括由英国威尔士安格尔西岛新元古代莫纳超群混杂岩重建的太平洋洋板块地层、由澳大利亚西北部皮尔巴拉早太古代克里夫维尔绿岩带重建的古印度洋洋板块地层。澳大利亚东皮尔巴拉地块大理石坝地区早太古代玄武岩-硅质岩-碎屑岩序列与日本二叠纪-三叠纪洋板块地层在岩石组成和地球化学特征方面具有高度的相似性,这一认识将为早太古代洋板块地层的沉积环境从高热流洋脊扩张区经过热点向低热流海沟陆源碎屑沉积区转变这一过程提供有力支持。从增生造山带洋板块地层保存的岩石记录看,不同年代洋板块地层的主要物质组成和岩石类型相似,因此在地球38亿年的演化进程中,洋壳扩张、海洋沉积、俯冲及增生的过程并没有显著变化;但随着时间推移,年轻造山带洋板块性质和洋板块地层组成与古老造山带相比,可能会发生一些变化。就古老造山带洋板块地层而言,前寒武纪的地幔温度略高,太古代局部熔融显著,熔融量大大超过洋壳扩张速率,因而没有形成席状岩墙群。     

早太古代以来的板块运动,地壳增生及超大陆组合

几个太古代至元古代克拉通内可利用的古地磁资料揭示了早太古代以来的大陆板块运动,其最小平均速度可与现代板块相类比。这说明地球历史上很早就存在板块构造作用,并且,地壳岩石中年龄达3.9Ga的高级片麻岩组合的保存也需要有一个较厚的壳下岩石圈“根”存在于早期大陆之下,它在早太古时期把下地壳从较高的地幔热流中保护起来。上地幔不相容稀有元素在世界范围内的明显亏损表明,至少在38亿年以前就存在刚性的,并很可能是巨大的岩石圈板块,但目前的资料还不能识别这一巨型地壳的成分。早太古代片麻岩-绿岩-花岗岩地体中的构造型式主要是类似于现代碰撞带中所发现的那种早期水平构造,并且,上壳岩石组合与英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(TTG)成分的正片麻岩呈构造互层,从而导致了地壳的明显增厚和麻粒岩的形成。许多TTG岩套可能是与俯冲作用有关的岩浆弧建造,某些太古代绿岩带已被认为是蛇绿岩。但仍缺少有关太古代真正洋壳的确切证据,许多TTG组合的同位素分馏系列揭示     

太古宙热体制及板块构造模式

本文综述了已有种种太古宙热体制及板块构造模式。太古宙不只存在一个单一的热体制,且温度高、变化大。越来越多的证据表明,板块构造在太古宙即可能起作用,并且以洋壳厚、速度快、俯冲角度低等为特征。岛弧的侧向增生、地幔柱和板底垫托所产生的垂向增长,都是板块构造体制下太古宙地壳生长的有效方式。     

马尼拉俯冲带相变与地震成因机制研究

根据马尼拉俯冲带的地球物理资料,选取3条典型剖面,模拟马尼拉俯冲板块的热结构,分析俯冲板块的相变过程,探讨马尼拉俯冲带的地震成因机制。结果表明：1）B-B’剖面约在95 km深度时,洋壳开始进入榴辉岩相,C-C’剖面洋壳在160 km进入榴辉岩相,2）马尼拉俯冲带中部的地震活动倾向发生在100 km以上,南部的地震活动分布深度更深,3）马尼拉俯冲带的俯冲板块发生撕裂,使断离以下俯冲板块不容易发生地震活动,影响深源地震的发生。     

南米仓山变质岩变质时代及地质意义

通过对汪家坪岩组的两件黑云斜长变粒岩变质岩样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究,获得的⁽²⁰⁶⁾Pb/(206)Pb/⁽²³⁸⁾U年龄介于843.3(238)U年龄介于843.3⁹04.9Ma之间,最古老的年龄达1138.46±16.7Ma,表示南米仓山结晶基底在新元古代早期曾发生过强烈的构造-岩浆活动;具有变质锆石特征的样品,获得的年龄数据表明南米仓山地区在新元古代发生过两期变质作用,早期的变质作用峰值年龄约为810.0904.9Ma之间,最古老的年龄达1138.46±16.7Ma,表示南米仓山结晶基底在新元古代早期曾发生过强烈的构造-岩浆活动;具有变质锆石特征的样品,获得的年龄数据表明南米仓山地区在新元古代发生过两期变质作用,早期的变质作用峰值年龄约为810.0⁹00.0Ma,代表着晋宁末期华北大陆板块与扬子板块逐渐对接拼合,古秦岭洋壳迅速向南北两侧俯冲消减事件;晚期变质作用发生在约为550.0900.0Ma,代表着晋宁末期华北大陆板块与扬子板块逐渐对接拼合,古秦岭洋壳迅速向南北两侧俯冲消减事件;晚期变质作用发生在约为550.0⁷60.0Ma,记录了这一阶段的澄江期岩浆热事件引起的接触变质事件。     

关于板块运动启动时间的争论

"板块运动何时启动?"是当前重大和争议较大的科学问题。文章从超大陆研究、板块运动的地质学标志和热动力学数据模拟等3方面的研究进展介绍国际地学界对这一问题的不同认识。在分析各种不同观点的基础上,作者阐述了对该问题的倾向性认识,赞同地球板块构造不是在一个特定时期出现的独立全球"事件",即不是一个等时的重大热-构造事件的认识。但从新太古代开始,地球上已出现具有板块水平运动特征的俯冲作用。由于地幔温度的差异,早期的板块运动缺少深俯冲形成的高压和超高压变质记录,而从新元古代开始,出现与现代板块一致的动力学机制。因此,赞同大致以新元古代作为"原板块样式"和"现代样式"板块运动的转换时间。     

日本列岛下太平洋俯冲板块的精细结构

尽管许多学者对日本列岛下的太平洋俯冲板块做了大量的研究,但板块内部的结构(比如板块厚度,板块内地震波速度随深度的变化以及洋壳的俯冲情况等)仍然不太清楚。利用日本地区密集台网收集到的中深和深发地震到时数据来探讨上述问题。采用三维射线追踪正演模拟法,首先利用333个远震计算得到了日本地区太平洋板块的厚度为85km;然后利用3283个地震(震源深度大于40km)的130227条P波到时进一步研究板块内部的精细结构。结果显示,沿深度方向6个地层段(间隔100km)内的速度扰动值分别为5.5%,4.0%,3.5%,2.5%,2.0%和6.0%,在40～500km范围内速度扰动随深度的增加而减小,这与温度随深度的变化情况相一致。当深度大于500km时,速度扰动突然增大到6.0%,分析认为该异常可能由发生在东亚大陆边缘下方的深发地震无法精确定位导致的。最后利用40～500km深度范围内的近震测试得到日本东北和北海道地区下方洋壳俯冲的深度均为110km,平均厚度分别为7.5km和5km,相对于一维模型的速度扰动分别为1%和-3%。这说明洋壳在俯冲到110km以深时,由于受温度和压力的影响,逐渐脱水、变质,直至与板块融合。通过分析震源与洋壳的位置关系,本研究认为北海道地区比东北地区下方的俯冲洋壳可能含有更多的流体(比如水),导致两地区洋壳内的速度相差如此之大。此外,因为日本南部与洋壳对应的区域多为海洋,观测台站较少,所以本研究无法测试得到该区域内的洋壳俯冲情况。     

鲁西科马提岩研究进展

太古宙地幔的热状态是研究早期历史的核心问题之一,而科马提岩是研究早期热状态最直接的标本.科马提岩是一种无水MgO含量大于18%,具鬣刺结构的一种超镁铁质火山岩[1];它是太古代绿岩带的重要标志,被认为是高度熔融的地幔柱的产物[2,3],记录了大量地球深部过程的直接信息,其成分特征可以用来示踪太古宙地幔熔融的深度和温度并反演其形成过程[4,5].因此对了解太古代地幔的组成、热状态以及太古代绿岩带的层序和构造背景具有重要的地球化学和动力学意义6.     

南段新元古代俯冲作用:来自粤西贵子混杂岩变基性岩年代学和地球化学的证据

<正>钦—杭结合带(简称钦杭带)是位于华南扬子板块和华夏板块间的巨型结合带,记录了新元古代古华南洋板块俯冲-陆陆碰撞过程。根据其内部不均一性可分为北、中、南三段。新元古代早期,扬子板块和华夏板块沿江山—绍兴—萍乡断裂拼贴汇聚,留下了许多板块俯冲的证据。例如,钦杭带北段江山—绍兴断裂带、东乡—德兴断裂带分布的970~880 Ma蛇绿岩套,洋壳俯冲形成的0.9 Ga岛弧岩浆岩;中段桂北地区830 Ma岛弧性质基性-超基性岩墙。但对于南段,学者的认识并不一致。南段是否存在该时期的俯冲作用?     

IBM岛弧自发型俯冲的形成记录

正俯冲带是壳幔物质交换的关键环节,也是大陆地壳生长的重要场所。虽然对俯冲带的板块动力学机制、岛弧和弧后盆地演化开展了大量的研究,然而人们对于俯冲作用究竟是如何开始的却一直不太清楚。可能的机制包括"诱发说"和"自发说"两种假说。诱发说提出俯冲带的形成主要通过俯冲板块的拖拽(slab-pull)和洋脊的推挤作用(ridge-push)等外力的作用实现的,而自发说则强调较老的岩石圈板块沿岩石圈薄弱带(邻近年轻和较轻岩石圈的转换断层)的沉降作用     

前寒武纪地球动力学(Ⅶ):早期大陆地壳的形成与演化

冥古宙到太古宙大陆地壳主要由花岗质片麻岩区和绿岩带构造单元组成。大量的研究表明,以花岗质岩石出现为标志的大陆地壳最早的碎屑锆石记录为约4.4Ga,最早的英云闪长质-花岗闪长质片麻岩形成于约4.03Ga,最早的绿岩带层序形成于约3.8Ga。冥古宙到始—古太古代时期的花岗质片麻岩区主要由英云闪长质-奥长花岗质-花岗闪长质片麻岩组成(TTG片麻岩),中—新太古代,尤其是新太古代晚期TTG片麻岩仍然为花岗质片麻岩区的主要岩石组成,但是花岗质片麻岩的成分出现了明显的多样化趋势,最明显的标志就是出现了大量的花岗闪长岩-二长花岗岩-碱长花岗岩组合。绿岩带的组成较为复杂,早期科马提岩、拉斑玄武岩等铁镁质火山岩占主导地位,组合有BIF等沉积层序,尤其是科马提岩的出现标志着高温地幔岩浆作用占主导作用。而晚期绿岩带科马提岩占的比重已经明显较少,大量出现拉斑玄武质-钙碱性玄武质到英安质火山岩和副变质沉积层序,局部出现类玻安岩、埃达克岩的变质火山岩记录。地球动力学体制研究表明,冥古宙到古太古代以地幔柱构造体制占主导地位,从始太古代到古太古代(3.0Ga)地幔柱活动和地幔对流使岩石圈不断加厚。在地幔对流沉降部位,由于地幔对流的拖曳使其铁镁质地壳逆冲堆垛并不断增厚,其深部发生麻粒岩相-榴辉岩相变质、部分熔融形成初始的大陆地壳花岗质岩石,并孕育了早期高温状态的板块热俯冲。中太古代晚期和新太古代初期形成了以榴辉岩为标志的类现代板片俯冲的构造体制,新太古代末期尽管地幔柱构造体制在局部仍起重要作用,但是类现代板片俯冲构造体制已经成为这一时期主导的动力学体制。     

前寒武纪地球动力学(Ⅷ):华北克拉通太古宙末期地壳生长方式

地球早期大陆地壳的生长方式和壳幔动力学机制一直是国际前寒武纪研究的热点问题。尽管太古宙是大陆地壳生长的主要时期已基本获得共识,但是对于太古宙时期地壳生长的具体方式和壳幔动力学过程仍然存在很大的争议。部分学者提出地幔柱或者与拆沉相关的垂向构造体制,而其他学者主张与俯冲相关的侧向增生模式或者地幔柱-岛弧的联合作用体制。研究表明,太古宙末期科马提岩明显减少、富钾花岗质岩石普遍发育、地壳再循环速度显著增强,反映地壳演化的壳幔动力学机制发生了明显的转变。华北克拉通以发育大规模2.5~2.6Ga构造岩浆活动为特征,是探讨太古宙末期地壳生长方式和壳幔动力学机制转变的关键地区。本文系统总结了近些年来华北克拉通东部陆块西北缘早前寒武纪研究的最新进展,特别是对辽西、冀东、辽北和五台地区的新太古代晚期(约2.5~2.6Ga)表壳岩变质火山岩系进行了系统的岩石成因和壳幔作用探讨。研究表明,上述地区的变质铁镁质岩石可以划分为3个岩石成因系列:MORB型、IAT(岛弧拉斑玄武岩)型和CAB(岛弧钙碱性玄武岩)型,它们的原岩分别起源于洋中脊软流圈地幔以及受到不同程度俯冲流体交代的地幔楔的部分熔融。变质安山质-英安质火山岩分别具有类似高镁安山岩和埃达克岩的地球化学特征,它们的原岩形成过程可能与俯冲板片的部分熔融以及板片熔体与地幔楔的相互作用有关。结合整个东部陆块早前寒武纪的研究进展,我们提出华北克拉通在太古宙末期(约2.5和约2.7Ga)经历了强烈的地壳生长过程,其中新太古代早期(约2.7Ga)地壳生长以地幔柱-岛弧联合作用体制为主,而新太古代末期(约2.5~2.6Ga)以洋内俯冲和弧陆增生作用体制占主导地位。新太古代末期与俯冲增生相关的构造岩浆活动在Tarim克拉通、印度南部、南极洲Vestfold Hills地体以及南澳Gawler克拉通被广泛报道,这可能与类似显生宙板块构造体制的启动以及太古宙末期Kenorland超大陆的汇聚过程有关。     

地球早期大陆地壳的形成与演化

现代地球岩石圈主要由镁铁质上地幔和长英质地壳两个储集层组成,研究大陆地壳的形成和演化对揭示地球早期地质过程和物质循环、厘定板块构造启动时限具有重要意义。冥古宙—始太古代具有更高的地幔潜能温度和地温梯度,岩浆海冷却形成薄的原始地壳;大洋岩石圈表现为韧性,主要构造机制应为停滞盖层模式,有地幔柱参与。太古宙片麻岩中奥长花岗岩—英云闪长岩—花岗闪长岩(TTG)的出现标志着镁铁质原始地壳向长英质陆壳转变的开始。本文总结了地球早期停滞盖层模式到现代板块构造模式下含水玄武岩部分熔融、结晶分异形成大陆地壳的过程,主要包含幔源岩浆停滞盖层(“自下而上”的热管火山岩和“自上而下”的深成侵入岩构造模式)、增厚镁铁质地壳部分熔融、俯冲洋壳、岛弧及洋底高原部分熔融模式;陆壳的破坏和消减主要受陨石撞击、分层沉降、重力不稳导致拆沉控制;板块构造的出现进一步促进了地球内部的热量扩散,俯冲作用加快了洋壳和陆壳之间的物质循环。最后,结合太古宙变质岩、古老克拉通岩石学特征和锆石Hf、O及全岩Nd、Sr、Ar、Ti同位素组成,讨论了陆壳的形成时间和演化过程：3.0 Ga之前形成了现有陆壳体积的60%～70%,厚度约为20～4...