中国东北地区新生代火山活动的构造背景

中国东北地区新生代以玄武岩为主的喷发经历了60~29 Ma、25~15 Ma、＜2 Ma三期及不同喷发期之间的过渡阶段,而每一期又可以分为若干旋回。火山作用形成于不同的构造部位,沿断裂和非断裂分布的玄武岩均有存在,且与不同时期的大陆边缘构造演化相匹配。不同的构造背景下火山活动的分布也不同,且具明显的迁移性。构造环境体现为非造山大陆边缘张裂隙、上地幔上隆的陆内拉张环境、陆内非造山环境等特征。上新世晚期—更新世以来的火山活动与中国西南部地区的大陆板块间的碰撞作用没有关系。     

中生代板块—通过对俯冲的Farallon板块地震图像的考察研究其在东北太平洋之下的运动史

北美西部的地质是由三个主要的大洋板块 :Ｋｕｌａ、Ｆａｒａｌｌｏｎ和太平洋板块相互作用构成的。其在新生代的运动已通过对板块的相对运动进行仔细的重构而得到推断。但是 ,在时间上反推以重构Ｋｕｌａ和Ｆａｒａｌｌｏｎ板块的运动十分困难 ,因为中生代的太平洋板块已几乎完全消失于俯冲之中。古老的大洋岩石圈的缺失已提醒人们注意使用高分辨率的层面Ｘ射线照相术模型来追踪以往的板块运动。在北美 ,上地幔横波构造中最快的地震速度异常明显地与在大约 30Ｍａ前Ｆａｒａｌｌｏｎ板块在新生代的俯冲有关。Ｋｕｌａ和Ｆａｒａｌｌｏｎ板…     

太平洋板块中—新生代构造演化及板块重建

太平洋板块是一个中生代以来形成的地球上最大的大洋板块,但其起源机制、结构构造、构造演化等始终不清楚。太平洋板块内部的复杂性更是未受到重视,其内部的大火成岩省、海山链、微洋块、微陆块及其下部更深层地幔的微幔块都非常发育,这些复杂板内或板下构造代表的地球动力学含义亟待解决。文章基于最新的板块重建结果,试图分析其运动学过程,揭示太平洋板块形成与演化机制。研究表明,太平洋板块起源于RRR三节点,但不是一个纯粹的完整大洋板块,其增生演化过程经历了非威尔逊旋回模式,其板缘经历了一些外来微陆块或微洋块的并入,其内部也因各种原因出现了一些新生微洋块,总体表现为一个碎片化的镶嵌式板内格局。太平洋板块记录了与邻区板块相互作用的重要构造事件,大约55 Ma左右开始俯冲到东亚陆缘,导致东亚陆缘短暂的北西-南东向伸展,随后受印度-欧亚碰撞动力系统和太平洋俯冲动力系统联合控制,总体处于右行右阶的拉分背景,形成了一系列盆地群,俯冲后撤等逐渐形成了双俯冲系统。太平洋板块还记录了深浅部耦合过程,下地幔中的太平洋LLSVP通过遥相关对上部岩石圈微板块、大火成岩省分布具有决定性作用;火山链或热点揭示板块运动同时,也反映深浅部物质交换过程,海山群也揭示太平洋板块之下软流圈并非单一对流胞,其对流格局的多样性尚待深入研究。      

长白山火山的起源和太平洋俯冲板块之间的关系

近年来，尽管不同学科通过不同手段对长白山火山进行过广泛研究，然而，目前人们对它的起源仍不清楚。利用全球地震层析成像和区域层析成像结果，综合分析了长白山火山的起源。结果表明，它的起源既不同于夏威夷等板内热点火山，也不同于日本等岛弧火山，而是一种与太平洋俯冲板块在地幔转换带内的滞留和深部脱水等过程密切相 关的弧后板内火山。     

太平洋板块俯冲与中国东部中生代地质事件

中国东部至少自侏罗纪开始就一直处于俯冲大洋板块之上,但是有关俯冲板块对其影响程度一直有不同的认识。最近的研究表明,太平洋海山岛链的时空分布显示太平洋板块的漂移方向曾发生多次转折,这些转折与白垩纪中国东部的构造演化和岩浆事件有着密切的时空耦合关系。从时代和力学性质上看,太平洋板块俯冲方向的改变在很大程度上控制着中国东部中生代的盆地演化和郯庐断裂活动等重要地质事件。这些认识为理解中国东部构造演化提供了新的视角,包括岩石圈减薄的机制、郯庐断裂的演化,以及燕山期大规模岩浆活动等。本文重点分析了太平洋板块俯冲与中国东部中生代岩浆活动的对应关系。在125～140Ma太平洋板块向南西方向俯冲,造成中国东部岩石圈减薄,软流圈卸载上涌,发生减压部分熔融;约125Ma,太平洋板块漂移方向发生了大幅度转折,形成安第斯式的俯冲挤压,岩石圈停止减薄和减压部分熔融,出现岩浆宁静期。随着俯冲的深入,到110Ma前后俯冲板块后撤,形成弧后拉张,岩浆活动又重新开始。     

地幔内板片俯冲运动模式及其大地构造意义 ——俯冲的屏障与穿越机制

地震层析成像揭示了地幔内存在俯冲板片的重要证据,它们涉及多种几何形态和运动方式,地幔过渡带为其下沉的重要屏障,俯冲板片在这里发生停滞、变形和岩石圈物质积累。板片在个别地区可以俯冲到地核—地幔边界,堆积形成板块墓地,造成D″ 层物质组成和热学的不均一性。高温高压实验以及流变学计算模拟,对地幔组成及其物性提供了新的制约,板片俯冲地幔过程中,涉及矿物相变、黏度、密度、力学强度等因素的制约,地幔过渡带为俯冲重要屏障和相变界面。围绕板片俯冲的研究,提出地幔整体对流的新模式,板块墓地与超级地幔柱具有成因联系,成为全球地幔对流的重要环节,有待深入研究。板片俯冲是浅表板块构造与深部超级地幔柱的联系纽带和重要驱动力。     

中国东部地区深部结构的层析成像

利用中国国家台网60个宽频带地震台站和国际地震中心(ISC)592个台站分别记录的1996—2007和1990—2004的震相报告,从中提取出可供反演使用的远震事件9806个,共12078个高质量的P波初至走时数据,对中国东部地区进行了远震P波层析成像研究。结果显示,在五大连池火山区和大同火山区有明显的低速异常,大同火山源区较深。另外几个明显的低速区分别分布在广东地区、渤海湾地区和长江中下游地区。四川盆地的高速特征和扬子板块的低速特征在纵剖面图像上也较为明显。中国东南部的软流圈中存在大面积的地幔上涌,认为是由板块之间的碰撞俯冲、引起大尺度地幔横向流动造成的,而太平洋板块的作用局限于其俯冲的"远程效应",为大范围的软流圈物质上涌提供了东侧的深部动力条件。     

中国东部地区深部结构的层析成像

利用中国国家台网60个宽频带地震台站和国际地震中心(ISC)592个台站分别记录的1996—2007和1990—2004的震相报告,从中提取出可供反演使用的远震事件9806个,共12078个高质量的P波初至走时数据,对中国东部地区进行了远震P波层析成像研究。结果显示,在五大连池火山区和大同火山区有明显的低速异常,大同火山源区较深。另外几个明显的低速区分别分布在广东地区、渤海湾地区和长江中下游地区。四川盆地的高速特征和扬子板块的低速特征在纵剖面图像上也较为明显。中国东南部的软流圈中存在大面积的地幔上涌,认为是由板块之间的碰撞俯冲、引起大尺度地幔横向流动造成的,而太平洋板块的作用局限于其俯冲的“远程效应”,为大范围的软流圈物质上涌提供了东侧的深部动力条件。     

板块俯冲对济阳坳陷形成的制约

为了研究地幔柱、西太平洋板块俯冲对济阳坳陷的影响, 在前人提出的地幔柱观点的基础上, 总结济阳坳陷的地质特征及关于地震震源分布与板块俯冲的研究成果, 发现济阳坳陷的沉积地层、岩浆活动、构造拉张、地热梯度、密度流成因的储集砂体由南而北有规律地分布; 俯冲板块进入地幔的过程实际上构成了地幔对流的下降流, 地幔660km (或670km) 深处是俯冲板块进入地幔后地幔物质调整所引发的上升流的深度; 西太平洋板块向下俯冲时下插角度由南而北减小, 俯冲板块到达地震不连续面的时间自南向北增大, 使地幔柱由南向北迁移, 导致济阳坳陷的地质、地球物理特征具有规律分布的特点.      

中国东部无机CO_2气藏与(古)太平洋板块俯冲关联

中国东部受(古)太平洋板块俯冲的影响,无机CO_2气藏发育广泛,分布层位复杂。本文通过对中国东部松辽、渤海湾、苏北、三水、东海、珠江口、莺歌海等盆地无机CO_2气藏的成因及运聚规律分析,结合深部碳循环以及(古)太平洋板块俯冲过程,探讨了中生代以来(古)太平洋板块俯冲对中国东部无机CO_2气藏的影响。这些无机CO_2气藏在空间分布上与中生代以来(古)太平洋板块俯冲造成的中国东部高地热流区、深大断裂分布及火山岩带展布一致。(古)太平洋板块俯冲改变了中国东部的深部构造状态,导致大规模岩浆喷发、地热升高,并控制了深大断裂系统,有利于无机CO_2运移储集;俯冲作用引起的软流圈上涌、地幔脱气作用以及印度-欧亚板块碰撞的远程效应使中国东部形成大量高CO_2含量的源区,为幔源CO_2的形成提供了条件。     

P-wave tomography and origin of the Changbai intraplate volcano in Northeast Asia

We present the first seismic image of the upper mantle beneath the active intraplate Changbai volcano in Northeast Asia determined by teleseismic travel time tomography. The data are measured at a new seismic network consisting of 19 portable stations and 3 permanent stations. Our results show a columnar low-velocity anomaly extending to 400-km depth with a P-wave velocity reduction of up to 3%. High velocity anomalies are visible in the mantle transition zone, and deep-focus earthquakes occur at depths of 500–600 km under the region, suggesting that the subducting Pacific slab is stagnant in the transition zone, as imaged clearly by global tomography. These results suggest that the intraplate Changbai volcano is not a hotspot like Hawaii but a kind of back-arc volcano related to the deep subduction and stagnancy of the Pacific slab under Northeast Asia.     

A very hydrous mantle under the western Pacific region: Implications for formation of marginal basins and style of Archean plate tectonics

The western Pacific region has been refrigerated by the subducting cold oceanic plates since 450 Ma. However, the region is also characterized by the presence of many oceanic microplates less than 1300 km across, as well as active magmatism; the Philippine Sea plate is representative. We have compiled and examined petrochemical characters of drilled basalts of DSDP from the Philippine Sea plate, and conclude that the source mantle for oceanic basalts is rich in water ca. 0.2 wt.%, and is 50–60 °C lower than that for MORB. The extensive melting is due to the high water content in the source mantle.It is well known that some marginal basins apparently have greater depths than the major oceans. We calculated the age–depth correlation based on a model of transient half-space cooling at given parameters of temperatures of mantle and surface, 1280 and 0 °C, and the thermal diffusivity, 1 mm² s^− 1. The calculation shows the correlation of age-residual depth from a mid-oceanic ridge is 367 for the Philippine Sea, consistent with the bathymetric data. Moreover, the mid-oceanic ridge may be relatively deep because this region is underlain by the cooler mantle.Addition of water to the mantle peridotite lowers the solidus temperature and viscosity. Melting experiments of hydrous peridotite show that addition of 0.2 wt.% H₂O content lowers the solidus temperature by 150 °C. As a result, the mantle under the region may practically correspond to a ca. 90 °C hotter mantle than normal MORB-source mantle in terms of magmatism and rheology. Numerical simulation for a hotter mantle suggests that many small plates should be formed because of extensive heat release by active magmatism, consistent with many microplates in this region. The presence of many oceanic microplates may be analogous to Archean plate tectonics, characterized by a hotter mantle.     

西太平洋边缘构造特征及其演化

西太平洋边缘构造带是地球上规模最大最复杂的板块边界,以台湾和马鲁古海为界,自北往南大致可以分为3段。北段是典型的沟-弧-盆体系,千岛海盆、日本海盆及冲绳海槽均为典型的弧后扩张盆地。中段菲律宾岛弧构造带为双向俯冲带,构造复杂,新生代经历大的位移和重组,使得欧亚大陆边缘的南海、苏禄海和苏拉威西海成因存在很大的争议。南段新几内亚—所罗门构造带是太平洋板块、印度—澳大利亚及欧亚板块共同作用的结果,既有不同阶段的俯冲、碰撞,也有大规模的走滑与弧后的扩张,其间既有新扩张的海盆,又有正在俯冲消亡的海盆。台湾岛处于枢纽部位,欧亚板块在此被撕裂,南部欧亚大陆边缘南海洋壳沿马尼拉海沟俯冲于菲律宾岛弧之下,而北部菲律宾海洋壳沿琉球海沟俯冲欧亚大陆之下。马鲁古海是西太平洋板块边界又一转折点,马鲁古海板块往东下插于哈马黑拉之下,往西下插于桑义赫弧,形成反U形双向俯冲汇聚带,其洋壳板块已基本全部消失,致使哈马黑拉弧与桑义赫弧形成弧-弧碰撞。     

中国东北地区上地幔组成、结构及热状态

本文通过对中国东北地区新生代玄武岩中超镁铁质包体的研究,根据地质压力计所估算的包体形成深度、玄武岩浆及辉石岩浆起源的深度等,建立了中国东北地区上地幔组成模式:1.壳幔过渡带;2.尖晶石二辉橄榄岩层;3.含有痕量硅酸盐熔体的低速层;4.尖晶石方辉橄榄岩层;5.石榴石二辉橄榄岩层。与此同时,根据地质温度计与地质压力计推算资料,作者认为中国东北地区上地幔属大洋地温。与典型克拉通地温相比,低速层位置较浅,上地幔处于过热状态,这与大陆裂谷的发育有关。     

Structure of the Upper Mantle and Transition Zone Beneath the South China Block Imaged by Finite Frequency Tomography

We applied the finite frequency tomography method to S wave data recorded by 350 broadband stations beneath the South China Block(SCB) and its surroundings from earthquakes occurring between July 2007 and July 2010,to better understand upper mantle deformation.Differential travel-times in the pair of stations with appropriate weighting for each station are used in the inversion.Our results are consistent with previous tomography that show a high velocity anomaly beneath the Sichuan basin and a high velocity anomaly in the transition zone beneath the Yangtze Craton.However,the resolution of mantle heterogeneity provides new insight into the tectonic framework of subduction of Burmese lithosphere in the west part of the study region and subduction of oceanic lithosphere in the east.In the subduction realm,west of 107°E,a significant fast S-wave anomaly is located on the southeast of Sichuan Basin.East of 107°E,and two narrow and discontinuous fast S-wave anomalies occur at a depth of 400-600 km beneath the middle of the South China block overlain by the pronounced low S-wave anomalies at a depth of 100 and 400 km.If the fast anomalies located in the mantle transition zone represent stagnant slabs,their fragmented nature may suggest that they could be produced by different episodes of subduction beneath western Pacific island and the above slow velocity anomaly may associated with the back-arc regions of ongoing subduction.In addition,tomography also reveals an anomalously high S-wave velocity continental root extends eastward to a depth 400 km beneath the eastern Sichuan Basin.This anomaly may be related to eastern extrusion of Indian lithosphere associated with the collision of India and Eurasia.Moreover,our results also show large slow anomalies beneath the Red River fault region connected to deeper anomalies beneath the South China Fold Belt and South China Sea.AH these observations are consistent with the scenario that the South China block has been built by both of subduction of Paleopacific plate and eastward subduction of Burma microplate.     

A possible mechanism of inversion of the vertical lithosphere movements in the back-arc basins of the West Pacific region

We present results of the study of a three-layer tectonosphere model of the West Pacific Transition Zone based on modeling of a piecewise inhomogeneous medium caused by local density reduction of the asthenosphere, whose viscosity decreases due to fluid accumulation. We used the viscous liquid motion equation in the Stokes approximation. It was shown that the anomalous asthenosphere in the back-arc basins can move as a convective cell with an uprising flow in the zone of maximum density reduction and extension of the lithosphere above it. At the initial stages, this process causes formation of the central crustal uplift, which is transformed into a system of depressions as the asthenosphere viscosity decreases to values of the order of 4.0 × 10¹⁹ Pa s and lower. The modeling results satisfactorily agree with the reconstructions of the Cretaceous Cenozoic lithotectonic evolution of the Okhotsk Sea region.     

Tomographic Imaging of the India‐Asia Plate Collisional Tectonics and Mantle Upwelling Beneath Western Tibet

To better understand the lithosphere mantle collision tectonics between the India plate and Asia plate, we determine three dimensional P wave velocity structure beneath western Tibet using 27,439 arrival times from 2,174 teleseismic events recorded by 182 stations of Hi-CLIMB Project and 16 stations in the north of Hi-CLMB. Our tomographic images show the velocity structure significantly difference beneath northern and southern Qiangtang, which can further prove that the Longmu Co-Shuanghu ophio...     

从华北克拉通中、西部结构的区域差异性探讨克拉通破坏

详细的深部结构信息是深入认识华北克拉通显生宙改造和破坏的重要依据。基于密集流动地震台阵和固定台网记录的远震P波和S波接收函数资料,获得了跨越华北克拉通东、中、西部的3条剖面的岩石圈和上地幔结构图像,揭示了克拉通不同区域深部结构特征的显著差异。与东部普遍减薄的岩石圈(60～100km)相比,中、西部表现出厚、薄岩石圈共存的强烈横向非均匀性,既在稳定的鄂尔多斯盆地之下保留着厚达200km的岩石圈,又在新生代银川—河套和陕西—山西裂陷区存在厚度<100km的薄岩石圈,差异最大的厚、薄岩石圈仅相距约200km。岩石圈厚度在东、中部边界附近的约100km横向范围内显示出20～40km的迅速增加。岩石圈厚度的快速变化与地表地形从东向西的突然改变以及南北重力梯度带的位置大致吻合,并对应于地壳结构、地幔转换带厚度和660km间断面结构的快速变化。这种从地表到上地幔底部深、浅结构的耦合变化特征表明,东西两侧区域在显生宙可能经历了不同的岩石圈构造演化和深部地幔动力学过程。克拉通东部薄的地壳、岩石圈和厚的地幔转换带以及复杂的660km间断面结构可能与中生代以来太平洋板块深俯冲及其相关过程对这一地区岩石圈的改造和破坏有关;而中、西部存在显著减薄的岩石圈这一观测结果,并结合岩石、地球化学资料表明,克拉通岩石圈改造和减薄不仅发生在东部,而且可能影响了包括中、西部在内的更广泛的区域。岩石圈薄于100km的中、西部裂陷区可能与先前存在于岩石圈中的局部构造薄弱带相联系。这些古老岩石圈薄弱带可能经历了后期构造事件的多次改造,并在新生代印度—欧亚陆陆碰撞过程中被进一步弱化、减薄,最终造成地表裂陷。另一方面,中、西部总体较厚的地壳、岩石圈以及正常偏薄的地幔转换带表明,同太平洋深俯冲对东部的作用相比,包括印度—欧亚大陆碰撞在内的多期热-构造事件对该地区的构造演化影响相对较弱,不足以大范围改造和破坏高强度的克拉通岩石圈地幔根,从而造成了该地区现今岩石圈结构的高度横向不均匀。     

板块构造与幔柱构造的相互关系——以中国东部中、新生代控矿因素为例

侏罗纪以来,太平洋板块与欧亚板块俯冲碰撞,促成了中国东部以NNE-NE向断裂为主体的断裂构造格局。从地震面波层析成像反演资料及东北和华北地质剖面得知,该地区应属东亚巨型宽裂谷体系的东部地区,系亚幔柱活动所致。全区P波速度、岩石圈不连续和减薄转型、软流圈物质呈蘑菇云状上升以及大火成岩省等特征证明中国东部中、新生代为亚幔柱构造控制成矿成藏,从而证实板块构造与幔柱构造相辅相成的关系。幔柱构造可划分3级,金属矿床常受幔枝构造的控制,多成群成带分布。由于成矿物质来自深部地核或软流圈,金属元素呈垂直分带的规律成为"攻深找盲"的理论依据;而油气田深部常受深部热源影响,若有海相烃源层分布,是寻找"无机"和海相油气田的主攻目标。