东北和华北地区上地幔成分和热状态对比及对中国东部岩石圈减薄的启示

地幔成分与其上覆地壳年龄存在相关关系,年龄越老,地幔越亏损玄武质组分。本文对产于东北和华北地区的尖晶石相橄榄岩包体的成分进行了统计分析,结果显示东北地区橄榄岩包体比华北地区包体更亏损玄武质组分。这说明东北岩石圈地幔比华北上地幔更难熔,但其上覆地壳年龄却远小于华北地区地壳的年龄。这种地壳年龄和地幔组分之间的解耦暗示东北和华北地区的岩石圈地幔形成之后发生了大规模的改造。华北地区的壳幔解耦与中生代岩石圈减薄和增生有关,而东北地区的壳幔解耦则是该区地壳的多期改造和中生代岩石圈减薄和增生等过程综合作用的结果。两地区地幔成分的差异显然与部分熔融程度的不同有关,但影响部分熔融程度的因素很多,目前尚不能确定。包体的平衡温度统计和地温线对比显示东北岩石圈的地温梯度低于华北的地温梯度,可能是东北地区岩石圈减薄的时间要早于华北地区,或者华北岩石圈减薄程度可能大于东北地区的结果,因此中国东部岩石圈减薄存在时空不均一性。     

广西花山花岗岩的岩石学和地球化学特征及成岩物质来源的探讨

本文研究了花山花岗岩的岩石学、地球化学和同位素地质学特征,确定了花山岩体是一个由三期独立的、不同时代、不同成因和不同物质来源的花岗质岩浆岩所组成的复式岩体。第一期印支期牛庙石英二长岩和同安石英二长岩,属以幔源物质为主的壳幔混合来源,由上地幔分异岩浆上侵并同化混染了地壳物质而形成;第二期燕山早期花山主体花岗岩亦属壳幔混合来源,但其壳幔物质比值有所增高。上地幔沿东西向区域性深断裂的上拱和地壳物质(包括沉积组分和火成组分)受热重熔,是该期花岗岩的可能成因;第三期燕山晚期细粒花岗岩小岩体是由以沉积组分为主的地壳物质经部分熔融、重熔或深熔而成。     

大陆下地壳拆沉模式初探

下地壳拆沉是人们关注的问题,文中指出下地壳拆沉必须满足至少三个条件：（1）地壳加厚使其下部达到熘辉岩相是拆沉的前提.（2）大规模岩浆活动使大量低密度的中酸性物质移出下地壳,使下地壳密度增加直至超过下伏地幔.由于下地壳榴辉岩石部分熔融所形成的岩浆具有埃达克岩的地球化学特征,因此,大规模魂达克岩的熔出是下地壳拆沉的先决和必要条件.（3）岩石圈地幔转化为软流圈地幔,使下地壳能够进入地幔.陆壳下的岩石圈地幔原先是冷的、刚性的和不易流动的，如果有热和水的加入，可以被软化，使其变成热的、塑性的和易流动的软流圈地幔。因此，岩石圈了幔转化为软流圈地幔是下地壳拆沉的必要条件。作者认为，下地壳不大可能整体拆沉，而很可能是一块一块如飘雪花似地拆沉。如果下地壳的密度降低（低于下伏地幔），如果地幔停止热的供给，如果陆壳底部的软流圈地幔幔又恢复为岩石圈地幔，拆沉即终止。文中讨论了中国东部中生代下地壳拆沉的可能性，探讨了岩石圈减薄的机制，认为下地壳不需要也不可能与岩石圈地幔一道拆况。     

下扬子及其邻区地壳和上地幔结构的接收函数研究及其地质意义

本文通过对两条宽频地震密集台站剖面记录的远震事件进行接收函数分析,得到了切过下扬子地区的高分辨率地壳和上地幔顶部结构断面。接收函数结果揭示了此区主要块体结构特征以及地表出露晚中生代岩浆岩以及相关矿床下方的深部结构响应:①中生代以来新生或活化的地质构造对下扬子及其邻区地壳结构的控制作用明显;②在大别造山带中下地壳出现低速震相,指示了大别造山带下方地壳深部存在低速物质,可能是大别造山带下方地壳中发育的韧性剪切带,此韧性剪切带可能与大别超高压变质岩被抬升剥露于地表的动力学作用有关;③在江南造山带东段怀玉山地区中下地壳观测到褶皱和逆冲叠瓦状复杂转换震相结构,与江南造山带西段雪峰山地区中下地壳结构相似,可能反映了隐伏的元古代江南造山带;④在德兴矿床和皖南白垩纪花岗岩群正下方观测到Moho和LAB界面的突变上隆现象,可能指示了晚中生代以来在华南东部下扬子地区岩石圈的薄弱区域,软流圈的上涌造成了岩石圈地幔的局部破坏,壳幔结构的局部异常是壳幔物质相互作用的结果。以上地震学观测揭示了下扬子及其邻区下方一些重要的壳幔结构特征,反映了华南大陆东部在不同地质历史时期经历的独特构造演化事件,为我们深入理解华南板块的形成和早期演化以及后期中生代以来华南东部强烈的岩浆和成矿作用的深部机制提供了关键的地球物理约束信息。     

青藏高原北缘深部地壳结构特征及其形成机制探讨

柴达木盆地－祁连山地区位于青藏高原北缘，同青藏高原主体一样，该区具有多层地壳结构特征，并普遍出现壳内低速层，地壳厚度是华北及华南地区的2倍以上。其形成可能与地壳的横向挤压缩短及幔源物质的底侵作用有关。随着底侵作用增强，地壳厚度加大，岩石圈厚度则越趋于减薄，地壳上部表现为拉张，下部发生壳幔深熔及幔源流体的交代作用，从而导致了地壳低速层，地热和浅源地震的发育。同时，这也是青藏高原出现热壳冷幔的原因之一。     

莫霍面,下地壳与岩浆作用

美国地质学会近期在意大利北部阿尔卑斯山区召开的关于地壳分异作用的Ｐｅｎｒｏｓｅ会议,以Ｉｖｒｅａ带大陆地壳剖面为样板,讨论了与大陆生长和演化有关的主要过程。文中结合会议情况,评述了岩浆作用与大陆生长、莫霍面演化和地壳动力学的关系。大陆壳特有的成分和大的花岗岩基的形成,要求下地壳有大体积的基性超镁铁质岩存在。这样的基性超镁铁质岩,既可能代表囤积在下地壳的幔源岩浆,也可能是幔源岩浆分异的堆积岩,或是在壳内分异作用过程中产生出花岗质熔体后的残余体。在伸展构造区,幔源岩浆的底侵作用强烈地影响了大陆壳的结构、组成和热状态,而在陆陆碰撞带,由于地壳加厚,下地壳的基性超镁铁质岩石会转变为“榴辉岩”,促进地壳沉没作用和下地壳拆沉作用。由于地壳岩石的榴辉岩相变质作用,地球物理莫霍面与壳幔边界可能并不对应。莫霍面和地壳对岩浆的密度过滤作用,又控制了大陆壳中岩浆的侵位和演化。     

青藏高原东部壳幔速度结构和地幔变形场的研究

在青藏高原东部地球动力学问题中,笔者在文中主要考虑与地壳上地幔速度结构和地幔变形场有关的问题,它涉及当前流行的下地壳流动模型和壳-幔的耦合-解耦模型。在2000年完成的穿过川西高原和四川盆地的深地震测深剖面,揭示了川西高原的地壳结构具有地壳增厚(主要是下地壳增厚)、地壳平均速度低等特点,显示地壳的缩短与增厚的碰撞变形特征。根据川西高原上设置各爆炸点的记录截面图共同呈现PmP(莫霍界面反射波)弱能量的特点,推断在川西高原的下地壳介质具有强衰减(Qp=100～300)的性质,支持存在下地壳流动的模型。青藏高原东部和川滇西部地区的上地幔各向异性(SKS波快波偏振方向和快慢波延迟时间)的初步结果表明,这两个地区的壳-幔变形特征是不同的,尽管它们在地理位置上属于同一个板块碰撞带。在青藏高原内部的壳幔变形属于垂直连贯变形,它以缩短为主,而高原外部的地壳(或岩石圈)则相对于其下方地幔运动。在高原内部和外部之间存在一个重要的地幔变形过渡带。然而,高原内部的垂直连贯变形与高原内部存在大范围下地壳流动的模型不一致。笔者在该地区开展了近两年的宽频带流动地震观测,试图从地震记录中确定过渡带的位置和探讨它的流变性质。文中扼要回顾已经取得的结果,并介绍正在进行的研究。     

华北克拉通破坏过程中下地壳的改造——捕虏体证据

华北克拉通出露的前寒武纪麻粒岩地体和显生宙不同时期火山岩中的麻粒岩捕虏体是地质历史上不同时期下地壳的代表性样品,对它们的对比研究为华北克拉通下地壳的演化提供了重要制约。本文在前人工作基础上,主要从地体麻粒岩和不同时代火山岩中捕虏体麻粒岩的锆石年代学和Hf同位素组成特征角度,指出在华北克拉通岩石圈破坏过程中,不仅岩石圈地幔发生了减薄和改造,岩石圈地幔之上的下地壳也发生了不同程度的减薄和改造,这种改造存在区域上的差异,包括改造的时间、改造的程度等。下地壳的改造方式主要以幔源岩浆的底侵为主,古老地壳物质的重熔也是可能的一种方式。     

下地壳含水量与变形和地震活动

下地壳的含水性和变形研究对探讨岩石圈变形方式和机制具有重要意义。传统观念认为,大陆岩石圈强度轮廓为"果酱三明治"式(即下地壳力学强度相对较弱,而上地壳和地幔岩石圈力学强度相对较硬,而大洋岩石圈强度轮廓正好相反,即下地壳力学强度相对较强,而上地壳和地幔岩石圈力学强度相对较弱。大陆地震震源深度分布的研究发现,大陆岩石圈地幔并无明显地震活动的证据,而某些地区下地壳却存在比较显著的地震活动,从而表明至少在某些地区,大陆下地壳在力学强度上要高于岩石圈地幔。大陆下地壳的流变学性质具有显著的空间和时间上的不均一性。大陆下地壳不同力学强度模型争议的一个很重要的关键点为下地壳究竟是干的还是湿的。我们对攀西含钒钛磁铁矿辉长岩和汉诺坝麻粒岩中结构水和组构特征的研究结果表明:下地壳可能是富水的而不是先前认为的干的,辉石与长石中的含水量及分配系数在不同的下地壳岩石中差别很大,并直接影响矿物和岩石的变形组构和强度。对榴辉岩相条件下准稳态的麻粒岩的变形初步实验研究表明,麻粒岩相变是非常缓慢的过程,很难导致地震,下地壳地震活动可能与含水矿物脱水和部分熔融有关。     

利用地震台阵观测资料研究大庆地区深部构造

利用绥芬河-满洲里地学断面上布设的流动地震台阵,并结合固定地震台记录到的2009年6月-2011年5月间的远震资料,通过有限频方法开展体波走时层析成像研究,获取研究区上地幔三维P波速度结构;采用瑞利面波双台相速度和背景噪声相速度层析成像方法,反演研究区的三维S波速度结构。应用两种方法最终得到大庆地区三维速度分布特征。结果显示：松辽盆地地壳厚度较薄,盆地周边的大、小兴安岭隆起区厚度变厚,松辽盆地地壳内部多存在低速异常,壳幔及上地幔与周边相比呈现高速异常,分析上地幔物质上升会造成局部高速异常结构。速度结构异常多是南北向或北北东向,可能与区域性断裂对上、中地壳影响有关。     

广西地区岩石圈表层与深部构造之关联性:源于岩石圈密度与磁性结构的解读

广西地处华南地块、印支地块与西太平洋板块的汇合部位,因特殊的构造部位,广西区内大地构造单元归属、构造单元边界等许多基础地质问题一直存在争议.自新生代以来的板块构造运动对岩石圈的改造,广西地壳与上地幔在地震波速度及温度结构方面具有显著差异.应用卫星重、磁异常数据以及区域重力和航磁资料对广西地区岩石圈密度和磁化率结构及其与上地壳构造的关系开展了研究,结果显示广西地区地壳密度和上地壳磁性结构与现今地表构造较为契合,但下地壳密度结构与上地幔存在不连续现象;此外,岩石圈磁化率结构指示中下地壳存在不同范围和程度的解耦.对广西岩石圈密度与磁性结构的解读认为,在中生代以来岩石圈被大规模改造的背景下,幔源物质上侵至上地壳的规模和范围都有限,这可能是整个广西地区上地幔结构与地壳构造不对应的主要原因.      

中国海城地震区地壳与上地幔构造特征的研究

研究表明,海城地震区地壳与上地幔构造特征可以归纳为如下四点:1.震区所处的辽南地区,其地壳是由高速与低速相间的成层介质组成,地壳与上地幔结构不论纵向和横向都是不均匀的,且被深大断裂切割为若干块体;2.本区地壳按其界面分布特征可分为上层地壳、中层地壳和下层地壳;3.本区地壳介质在纵向及横向上均存在明显的不均一性;4.海城地震震源区位于耿庄——海城上地幔局部隆起东侧的中层地壳上部。     

大别山沙村中生代A型花岗岩和基性岩的源区演化关系

A型花岗岩的成因虽存在不同的认识模式,但对大别山沙村A型花岗岩的岩石化学和地球化学研究结果表明,其物质源自大陆岩石圈地幔的部分熔融,含有古老地壳信息。结合被侵入基性岩的地球化学和年代学资料,推测大别造山带中生代岩石圈地幔的地球化学性质与下扬子地幔相似。花岗岩中锆石SHRIMP法U-Pb年龄为119.0±3.2Ma,说明其岩浆侵位于早白垩世,与邻近的基性岩侵位时间相近但稍晚。在三叠纪因大陆俯冲碰撞增厚的岩石圈在早白垩世被拉张减薄,含有古老地壳成分的扬子陆下岩石圈地幔及其上覆下地壳发生部分熔融,形成了不同成分的碰撞后岩浆岩。其中部分基性岩浆分异结晶成为辉长岩,而A型花岗岩可能是同一地幔源区物质小比例部分熔融后分异结晶的产物。     

超高压变质作用与壳幔循环

榴辉岩相的高压超高压变质作用发生在俯冲或碰撞增厚的大陆地壳的底部或上地幔中（深度可达１２０ｋｍ）,并导致岩石密度增大。超高压岩石同一些地球动力学问题关系十分密切,如榴辉岩可能是在拆沉作用中被拆沉的地壳物质,超高压变质作用可能是实现壳幔循环的一种途径等...     

花岗岩混合成因研究及大陆动力学意义

岩相学特别是同位素地球化学研究显示,很多花岗岩并非起源于单一物源,而可能是壳、幔物质的三源（元）混合产物,也可能是三源（元）混合产物,如长英质上地壳物质、基性下地壳物质、幔源基性物质或陆壳、洋壳、地幔物质。因而,用花岗岩推断下地壳物质组成特性有时不一定可靠,但花岗岩混合成因研究却有可能提供有关地壳结构、生长演化以及地壳、洋壳、地幔三者相互作用关系的信息,进而可能成为探索大陆动力学的一条新途径。     

残留板块及地幔柱:怀俄明克拉通的上地幔地震图像(英文)

介绍了近年来天然地震体波和面波层析成像以及接收函数在怀俄明克拉通地区的应用。怀俄明克拉通地区的地壳和上地幔结构可以归结为克拉通成型时期的残存高速度异常以及进行中Yellowstone低速地幔柱。在克拉通南部边界缝合带地区以及在中部和北部下地壳中保存着一些高速度结构。南部边界缝合带地区的高速度倾斜上地幔结构与人工地震剖面LithoProbe在北美各个克拉通边界所记录的上地幔倾斜反射体一致。作为一个可能的上地幔消减板块残留体,这个倾斜上地幔结构显示出板块叠加可能是一个普遍的克拉通成型过程。在克拉通缝合带的莫霍面和上地幔深度,人工地震的研究结果显示板块叠加过程形成一个楔形体,体现出克拉通上地幔的较高粘度系数。接收函数的转换波共转换点叠加技术显示出这种楔形体存在于整个怀俄明克拉通的南部边界。接收函数和基于噪声的瑞利波层析成像图像显示出在克拉通地壳增厚地区存在下地壳高速体。作为早期岩石圈分裂过程残留的火成岩侵入体,这种下地壳高速体存在于较早成型的克拉通北部和中部地区,显示出南部克拉通地区不同的形成机制。克拉通的西部地区受到Yellowstone地幔柱的影响。层析成像显示低速的地幔柱从黄石地区向下延伸到至少500km。在消蚀岩石圈的同时,岩浆侵入体沿着hotspottrack在中地壳大量的形成,并引起下地壳岩石的横向流动。     

壳-幔物质交换的岩浆岩石学研究

地质地球物理综合研究表明,岩石学地球化学意义上的壳幔边界与地球物理学确定的莫霍面并不等同,物质成分上的壳幔边界具有动态演化的特点,并具有两侧物质成分的双向交换。火成岩中的深源包体和出露的壳幔边界剖面研究揭示,岩浆底侵作用是地幔物质进入地壳的主要方式,并造成地壳垂向增生,而拆沉作用是地壳物质进入地幔的重要机制,上述两种过程的联合是大陆地壳内部地质演化的重要原因     

壳幔过渡层及其大陆动力学意义

根据地震测量结果,造山带常见一个P波传播速度介于典型地壳和典型地幔之间的圈层,称为壳幔过渡层。这个圈层在地球物质科学领域常常被解释为壳幔混合层,形成机制不十分明确。提供了另一种选择,认为壳幔过渡层实际上可能是幔源岩浆底侵作用和地壳分异作用的产物,其密度随压力的逐渐变化是其波速特征的主要原因,是区域岩石圈重力不稳定的标志;也可能是软流圈物质岩石圈化的结果,是区域岩石圈逐渐冷却的象征。这个模型可以更好地解释造山带岩石圈拆沉作用、壳幔物质交换和岩浆活动,因而壳幔过渡层的查明具有重要的大陆动力学意义。     

大洋岩石圈拆沉与大陆下地壳拆沉：不同的机制及意义——兼评“下地壳＋岩石圈地幔拆沉模式”

拆沉作用(delamination)是地球科学中一个重要的科学问题。本文认为,大洋岩石圈拆沉和大陆下地壳拆沉是不一样的:(1)拆沉的物质不同。大洋岩石圈拆沉的物质包括大洋地壳、岩石圈地幔甚至一部分软流圈地幔,它们共同进入地幔深部;而大陆下地壳拆沉仅仅限制在下地壳,不包括岩石圈地幔。(2)拆沉的动力不同。大洋岩石圈拆沉是由板块俯冲引起的,是地幔对流的产物,因此是一种快速的主动的拆沉;而下地壳拆沉是由于下地壳加厚使下地壳密度增加引起的,还要求其下刚性的岩石圈地幔转变成塑性的软流圈地幔才有可能发生。因此下地壳拆沉要克服许多阻力才能实现,使拆沉成为一个漫长的过程,是慢速的和被动的拆沉。(3)拆沉的过程不同。大洋岩石圈拆沉是由板块俯冲触发的,俯冲导致碰撞,大洋岩石圈从根部断裂,拆沉进入地幔。大陆下地壳拆沉由地壳加厚开始,使下地壳转变为榴辉岩相;随后,岩石圈地幔减薄,直至全部转化为软流圈地幔;下地壳发生部分熔融,形成大规模的(埃达克质)岩浆,使下地壳榴辉岩的密度大于下伏的地幔,从而引发拆沉。大陆下地壳拆沉不大可能是整体进行的,可能是一块一块地被蚕食、被拆沉的。(4)拆沉后的效应不同。大洋岩石圈地幔拆沉,使热的软流圈地幔上涌,从而引发了一系列地质效应:如岩浆活动、地壳抬升、构造松弛以及随后的造山带垮塌等。而下地壳拆沉只引起地壳减薄,高原和山脉垮塌,并不伴有大规模的岩浆活动和地壳抬升等过程。(5)拆沉与岩浆活动的关系不同。主动拆沉导致大规模岩浆活动,而被动拆沉是在大规模岩浆活动的基础上开始的。此外,文中还对"下地壳 岩石圈地幔拆沉"模式提出了质疑,认为该模式有许多难以理解的问题和太多推测的成分,而且与现在保存的地质事实不符。     

松辽盆地深层天然气运移通道研究

松辽盆地的形成伴随着上地幔软流层的阶段性上隆。在上地幔软流层上隆的过程中,刚性上地幔和下地壳发生张性断裂,汇聚在软流层中的烃类物质沿这些张性断裂上升到中地壳,并在富有储集空间的中地壳驻留。随着上地壳正断层阶段性沉降,驻留在中地壳的烃类物质沿上地壳正断层上升到盆地沉积层。烃类气体在上升路径遭受氧化则形成二氧化碳气藏,未遭受氧化则形成烃类气藏。玄武岩浆上升通道也是幔源气上升通道,工业气藏多分布于火山通道相储层。幔源气运移通道研究将提高深层天然气探井成功率。