俯冲带复杂的壳幔相互作用

俯冲带除俯冲板片脱水形成的富大离子亲石元素流体、交代地幔楔形成的岛弧钙碱性玄武岩安山岩-英安岩-流纹岩及相应侵入岩组合外，还存在由俯冲扳片熔融形成的埃达克质熔体交代地慢楔形成的埃达克岩-富铌玄武岩-富镁安山岩组合，从而构成了俯冲带的流体交代与熔体交代两大类壳慢相互作用体系及相应的岩石组合。熔体交代作用的显著特点是Mg、高场强元素Nb、Ti、P等含量增加，Nd／Sr值增高，而Si、K、Na及La／Yb降低。洋壳板片或洋脊俯冲、玄武质岩浆底侵使地壳增厚，或板片断离、撕裂等作用均可产生埃达克质熔体并随之产生熔体交代作用。流体和熔体与地幔橄揽岩的相互作用构成了俯冲带复杂的地球化学体系。     

大陆俯冲带壳幔相互作用

由板块俯冲引发的深部物质循环过程是地球内部的一级运行机制,主宰了地球从内到外的演化进程,是地球科学研究的重要前沿.俯冲带化学地球动力学研究不仅需要确定俯冲带地壳物质再循环的机制和形式,而且需要确定俯冲带动力来源和热体制及其随时间的变化.为了识别不同类型壳源熔/流体对地幔楔的交代作用、寻求板片-地幔界面反应的岩石学和地球化学证据、理解汇聚板块边缘地壳俯冲和拆沉对地幔不均一性的贡献,我们必须将俯冲带变质作用、交代作用和岩浆作用作为一个地球科学系统来考虑.板块俯冲带变质过程中发生一系列物理化学变化,这些变化不但是导致板块进一步俯冲的主要驱动力,同时也控制着释放的熔/流体组成和俯冲到地球深部的物质组成,对俯冲带化学地球动力学过程产生重要影响.地幔楔作为俯冲系统中连接俯冲盘和仰冲盘的关键构造单元,在地球层圈之间物质循环和能量交换等方面起着重要作用.造山带地幔楔橄榄岩直接记录了俯冲带多种性质的熔/流体交代作用,以及复杂的壳幔物质循环过程.俯冲带岩浆岩是大洋/大陆板块俯冲物质再循环的表现形式,这些岩石样品记录了俯冲带从深部地幔到浅部地壳的过程,也为认识地球深部物质循环提供了理想的天然样品.尽管国际上在俯冲带岩石学和地球化学领域针对地球深部过程的研究方面取得了多项重要进展,但由于研究工作缺乏密切的协同配合,包括俯冲带熔/流体的物理化学性质、俯冲带壳幔相互作用的机制和过程、俯冲带幔源岩浆活动的物质来源和启动机制以及深部地幔过程对地表环境的影响等许多关键科学问题尚未得到根本解决.将来的研究需要聚焦俯冲带物质循环这一核心科学问题,进一步查明俯冲带变质作用、交代作用、岩浆作用等过程的各自特征和相互联系,包括挥发性组分在地球深部的迁移过程及其资源和环境效应,着力考察研究相对薄弱的古俯冲带,阐明板块俯冲与地球深部物质循环之间的耦合机制.      

下地幔中俯冲型玄武岩壳的研究

通常认为大洋岩石圈俯冲到地球深部,从而导致地幔的对流并产生地幔的不均一性。然而,大洋岩石圈作为一个整体可能并非均匀地俯冲：即由于化学成分、密度和熔融温度的差异,玄武岩壳与其下伏橄榄岩层俯冲到地球深部后的情况可能有所不同。有人认为俯冲的玄武岩壳可能在地幔中６６０ ｋｍ 处的不连续面附近形成一个浮体,且该浮体至少延伸至８００ ｋｍ 的深处,从而产生可能由于重力捕获作用形成的石榴石岩层。本文报道大洋中脊玄武岩在高达６４ ＧＰａ 压力下（相当于１ ５００ ｋｍ 的深度）的相态关系和熔融温度。我们的研究发现当俯冲的玄武岩壳在大约７２０ ｋｍ 的深处转化为钙钛岩的岩性特征时不再是浮体,并且在该转换带压力与温度呈正相关,这与橄榄岩正好相反。据此可推测,具钙钛岩岩性特征的玄武岩壳有可能因重力作用而下沉至深部地幔。熔融实验资料表明,在下地幔底部,当温度超过４ ０００ Ｋ时,玄武岩壳将会产生熔融。     

造山带橄榄岩记录的大陆俯冲带多期壳幔相互作用

俯冲带是地壳与地幔之间物质交换的主要场所.前人对大洋俯冲带壳幔相互作用进行了大量研究,但是对俯冲带壳幔相互作用的物理化学过程和机理仍缺乏明确认识.在大陆俯冲带出露有造山带橄榄岩,它们来自俯冲板片之上的地幔楔,是解决这个问题的理想样品.通过对大别-苏鲁和柴北缘造山带橄榄岩进行系统的岩石学和地球化学研究,发现地幔楔橄榄岩由于俯冲地壳的交代作用而含有新生锆石和残留锆石,它们能为地壳交代作用时间、交代介质来源、性质和组成提供制约.地幔楔橄榄岩在大陆碰撞过程的不同阶段受到了俯冲大陆地壳衍生的多期不同性质流体的交代作用.地幔楔橄榄岩还受到了陆壳俯冲之前古俯冲洋壳衍生流体的交代作用.深俯冲陆壳衍生熔体与橄榄岩反应形成的石榴辉石岩具有高的水含量,能提供高水含量的地幔源区.      

大陆俯冲带超高压变质岩部分熔融与壳幔相互作用研究进展

自20世纪80年代在大陆地壳岩石中发现柯石英和金刚石等超高压变质矿物以来,大陆深俯冲和超高压变质作用就成为了固体地球科学研究的前沿和热点领域之一.经过三十余年的研究,已经在大陆地壳的俯冲深度、深俯冲岩石变质P-T-t轨迹、俯冲地壳岩石的折返机制、深俯冲岩石的原岩性质、大陆碰撞过程中的熔/流体活动与元素活动性、俯冲隧道内...     

造山带橄榄岩起源和大陆俯冲带壳幔相互作用

俯冲地壳衍生流体交代地幔楔,是产生俯冲带岩浆作用的重要机制.但是,目前人们对俯冲大陆物质改造地幔楔的岩石学过程和机理仍缺乏深入认识,造山带橄榄岩是解析这一问题的直接样品.通过对大别-苏鲁造山带橄榄岩进行系统的矿物学、岩石学和地球化学研究,发现橄榄石Ni/Co比值可有效区分幔源和壳源造山带橄榄岩,揭示幔源造山带橄榄岩起源于华北岩石圈地幔.苏鲁李家屯纯橄岩在进入俯冲带之前就已在地幔内部经历了碳酸盐熔体交代.大别毛屋和苏鲁蒋庄橄榄岩及其交代脉体记录了约170~200 km深度的俯冲带壳幔相互作用过程.深俯冲陆壳释放的富Si-Al质熔体可不同程度地改造地幔楔底部,形成富石榴石和富辉石的交代岩,并引发强烈的Os同位素分馏效应.该过程不仅改变地幔楔岩性和化学组成,还能够改变交代介质成分,为俯冲带各类深部地幔岩浆提供源区物质.因此,大陆深俯冲是导致上地幔不均一的重要途径.      

俯冲带壳-幔相互作用的高温高压实验:对地幔不均一性成因的启示

使用活塞-圆筒式高温高压装置进行一系列榴辉岩部分熔融熔体与橄榄岩反应实验,可以为深入了解俯冲带壳-幔相互作用的影响因素及地幔不均一性的成因提供重要信息.实验使用反应偶的方法,并在0.8~3.0 GPa和1 200~1 425℃条件下进行.实验结果表明,榴辉岩部分熔融熔体-橄榄岩反应的动力学和结果受控于熔体主量元素成分、熔体中的H₂O、温度、压力和橄榄岩的物理状态等因素.大陆俯冲带地幔岩石中斜方辉石的富集是再循环陆壳熔体与上覆地幔反应的结果,地幔岩石中斜方辉石岩脉的形成与含水熔体交代有关,地幔岩石中的石榴辉石岩和石榴石岩可能形成于高压、低温条件下的熔体-橄榄岩反应.      

中国东南部晚中生代-新生代玄武岩与壳幔作用

中国东南部的火山活动在早中生代时期仅有很小规模,晚中生代最早的、较大规模的岩浆活动始于中侏罗世早期,至早白垩世是火山岩浆活动的鼎盛期,在近100个Ma的时间内形成了大面积分布的晚中生代火山-侵入岩,而在新生代则以面积较小的玄武岩浆喷出活动为主,局限分布于沿海一带。以晚中生代湘南、赣南和闽西南的近EW向火山岩带和浙、闽沿海地区的近NNE向火山岩带,以及新生代近NNE向火山岩带为研究对象,对这些火山岩的地球化学特征对比研究,结合时空分布,讨论了它们的起源及其与壳幔相互作用的关系,以及它们形成的构造环境,其结果显示,EW向晚中生代火山岩带（180～170Ma）的西段玄武岩独立产出,且明显属碱性系列;而中段和东段玄武岩和流纹岩伴生,其中的玄武岩均为亚碱性系列的拉斑玄武岩。它们形成于板内拉张构造环境,是中国东南部特提斯构造域向太平洋构造域转换、晚中生代大规模岩浆作用的序幕。研究表明,该火山岩带自西向东表现出不同程度的壳幔相互作用,玄武岩在成岩过程中有少量陆壳组分加入。NNE向晚中生代火山岩带（130～90Ma）主要为流纹质岩石,安山岩和玄武岩很少。即使是双峰式火山岩也以酸性岩为主,玄武岩仅占全部火山岩体积的30％以下。其中的玄武岩主要属钙碱性系列,少数属拉斑系列。它们形成于火山弧构造环境,是中国东南部受太平洋构造域影响发生大规模火山岩浆作用的主旋律。其中玄武岩岩浆成分受到了较高程度的陆壳物质混染,同时代的中性火山岩是由底侵的玄武岩岩浆和陆壳物质来源的酸性岩浆发生岩浆混合作用而形成的,反映了强烈的壳幔相互作用。NNE向新生代火山岩带,分布在浙闽沿海,以碱性系列玄武岩为主,均含幔源包体,并受NNE向大陆边缘断裂构造的控制。它们形成于板内裂谷环境,是中国东南沿海由晚中生代火山弧构造环境转换为新生代板内裂谷环境的标志,起源于软流圈地幔,并有EMII岩石圈地幔的混合组分,但基本没有受到陆壳物质的混染。     

大陆碰撞造山带镁铁质岩浆岩记录俯冲古洋壳物质再循环

在大陆碰撞造山带中寻找消失的古洋壳再循环及其壳幔相互作用的证据,对理解从洋壳俯冲到陆壳俯冲化学地球动力学过程的转变,以及板块构造理论的发展具有重要意义.通过对桐柏-红安造山带晚古生代和晚中生代镁铁质岩浆岩的岩石地球化学特征进行总结,可以识别出俯冲古洋壳再循环的岩石学和地球化学记录.晚古生代岛弧型镁铁质岩石具有弧型微量元素特征和相对亏损的放射成因同位素组成,记录了俯冲古洋壳在弧下深度（80~160 km）的流体交代作用;而晚中生代洋岛型镁铁质岩石OIB型微量元素特征和亏损-弱富集的放射成因同位素组成,记录了俯冲古洋壳在弧后深度（>200 km）的熔体交代作用.这一定性的解释也进一步得到了定量计算的证实,其结果表明镁铁质岩浆岩中的不相容元素的含量以及放射性成因同位素的富集程度,主要受控于地幔源区中所加入的地壳组分的性质和比例.因此,碰撞造山带中的岛弧型和洋岛型镁铁质岩浆岩,分别记录了弧下和弧后深度的俯冲古洋壳物质再循环.      

辽东-胶东半岛三叠纪镁铁质岩浆岩:记录从洋壳俯冲到大陆碰撞的构造转换

大陆碰撞造山带中出露的镁铁质岩浆岩,特别是形成于洋陆转换和大陆碰撞关键时期的镁铁质岩浆岩,对理解从大洋俯冲到大陆碰撞化学地球动力学过程的转变,以及发展板块构造理论具有重要意义.本文通过对苏鲁造山带和华北东南缘(胶东和辽东地区)三叠纪镁铁质岩浆岩同位素年代学和地球化学的系统总结,概括出从大洋俯冲到大陆碰撞过程中古洋壳和大陆地壳物质再循环的岩石地球化学记录.早-中三叠世洋岛型镁铁质岩浆岩属于同碰撞岩浆岩,具有洋岛型微量元素特征和弱富集的放射成因同位素组成,记录了先前俯冲古特提斯洋壳来源的熔体与上覆地幔楔橄榄岩的相互作用;晚三叠世岛弧型镁铁质岩浆岩属于同折返岩浆岩,具有弧型微量元素特征和相对富集的放射成因同位素组成,记录了随后俯冲的华南陆壳来源的熔体与上覆华北岩石圈地幔之间的相互作用.因此,辽东-胶东半岛三叠纪镁铁质岩浆岩记录了大陆俯冲带不同类型的壳幔相互作用及其形成的化学动力学过程.     

Osmium Isotopic Evidence for Crust-Mantle Interaction in the Genesis of Continental Intraplate Basalts from the Newer Volcanics Province, Southeastern Australia

Basalts from the Quaternary Newer Volcanics Province in southeasternAustralia have a large diversity in their chemical and Nd, Srand Os isotopic compositions. Plains series olivine tholeiitesand Cones series nepheline hawaiites have distinctive isotopiccompositions and are clearly not related to each other by asimple genetic process. The Cones series nepheline hawaiiteshave trace element abundances and Nd (     

Cenozoic Volcanism in Tibet: Evidence for a Transition from Oceanic to Continental Subduction

Geochronological (K–Ar or ⁴⁰Ar/³⁹Ar), major and traceelement, Sr–Nd–Pb isotopic and mineral chemicaldata are presented for newly discovered Cenozoic volcanic rocksin the western Qiangtang and central Lhasa terranes of Tibet.Alkali basalts of 65–45 Ma occur in the western Qiangtangterrane and represent primitive mantle melts as indicated byhigh mg-numbers [100 x Mg/(Mg + Fe)] (54–65), Cr (204–839ppm) and Ni (94–218 ppm) contents, and relatively lowratios of ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr (0·7046–0·7061), ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb(18·21–18·89), ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb (15·49–15·61)and ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb (38·42–38·89), and highratios of ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd (0·5124–0·5127). Incontrast, younger volcanic rocks in the western Qiangtang terrane(     

地壳再循环与大陆碱性玄武岩的成因：以山东新生代碱性玄武岩为例

      大陆碱性玄武岩在地球化学特征上与洋岛玄武岩高度相似,被看做是板内玄武岩在大陆上的典型代表。本文以山东 新生代碱性玄武岩为例,探讨大陆碱性玄武岩的成因。山东新生代碱性玄武岩按时空分布特征可以分为两类：早期定向分 布、相互平行的三个火山群（包括鲁西的潍坊火山群、沂水火山群和胶东的蓬莱火山群）和晚期杂乱分布的孤立小火山。 早期火山群碱性较弱,以碱性橄榄玄武岩和碧玄岩为主,微量元素特征和同位素组成变化大;晚期孤立小火山碱性强,以 碧玄岩和霞石岩为主,微量元素特征和同位素组成较均一。因此,从岩性组成和时空分布特征看,山东的火山群相当于洋 岛/海山的造盾期玄武岩,而孤立小火山接近于洋岛/海山上的复苏期玄武岩。潍坊火山群和沂水火山群在Sr-Nd,Nd-Hf同位 素相关图上都存在从亏损到富集的两端元混合排列趋势,但两者的排列趋势有一点区别。其中同位素富集的端元相对于原 始地幔具有偏低的Ce/Pb比和偏高的Ba/Th比,指示其为大陆下地壳物质。同时,这种富集端元的Th/La比值明显低于大陆下 地壳的平均值,其放射成因Hf相对于放射成因Nd过剩（即Nd-Hf同位素解耦）,说明这种富集端元不是岩浆上升过程中混染 的下地壳物质,而是经历过早期熔融的再循环大陆下地壳（榴辉岩或者石榴辉石岩）。鲁西两个平行火山群在同位素排列上 的区别类似于夏威夷玄武岩中的KEA链和LOA链,因此,山东的平行火山群的深部动力学背景可能是地幔柱,再循环大陆 下地壳物质可能是这种地幔柱的重要组成物质。晚期的孤立小火山在地球化学特征上与火成碳酸岩非常相似,如在原始地 幔标准化图上都具有K,Pb,Zr,Hf,Ti的负异常等特征,因此我们认为其地幔源区为碳酸盐化的橄榄岩。孤立小火山中等亏损 的Sr,Nd,Hf同位素特征支持碳酸岩熔体来自年轻的（中生代？）再循环洋壳。     

中国东北软流圈地幔中的原始橄榄岩质地幔:来自大兴安岭地区新生代玄武岩的地球化学证据

为了进一步了解中国东北新生代玄武岩地幔源区的物质属性,报道了大兴安岭哈拉哈河-柴河地区新生代玄武岩的全岩主量、微量元素和Sr、Nd、Pb、Hf同位素组成.哈拉哈河-柴河玄武岩属钠质碱性系列,具有与洋岛玄武岩相似的微量元素特征,如富集大离子亲石元素（LILEs）、明显的Nb、Ta正异常等.它们具有中等亏损的Sr-Nd-Hf同位素组成（87Sr/86Sr=0.703 5~0.703 9、ε_Nd=5.21~6.55、ε_Hf=10.00~11.25）,接近中国东部新生代玄武岩的亏损端元.这些玄武岩具有中等的放射成因Pb同位素组成（206Pb/204Pb=18.37~18.57、207Pb/204Pb=15.52~15.54和208Pb/204Pb=38.24~38.43）,在206Pb/204Pb-207Pb/204Pb相关图上位于4.42~4.45 Ga的地球等时线之间.它们在Sr-Nd-Pb同位素相关图中均落入地幔柱来源的、高3He/4He比（>30R_a）的洋岛玄武岩范围内,暗示其源区可能存在来自深部地幔的古老原始地幔物质.此外,这些玄武岩具有高MgO（8.49%~11.58%）、高Ni（174×10-6~362×10-6）和高Mg#（59.1~66.9）的特征,表明它们接近于原始岩浆的成分.反演的哈拉哈河-柴河玄武岩的原始岩浆组成具有中等的SiO₂、低Al₂O₃以及高CaO/Al₂O₃比的特征,与石榴子石橄榄岩高压（>2.5 GPa）实验熔体的成分相当,暗示玄武岩的源区岩性最可能为橄榄岩.对以原始地幔（而不是亏损地幔）的微量元素为初始成分的饱满石榴子石二辉橄榄岩进行低程度（1%~2%）部分熔融的模拟计算,产生的熔体与哈拉哈河-柴河玄武岩具有一致的微量元素特征,这进一步支持了上述推断.综上所述,认为大兴安岭地区哈拉哈河-柴河玄武岩的源区含有来自深部地幔的古老的橄榄岩质原始地幔组分.      

中国东部新生代玄武岩中巨晶矿物的地球化学

本文对安徽女山、河北汉诺坝和广东普宁碱性玄武岩中的单斜辉石和角闪石巨晶进行了主要元素、稀土元素、微量元天和Ｓｒ＿Ｎｄ同位素的综合分析。数据显示产出于３个研究区的单斜辉石巨晶有３类：Ａｌ普通辉石、透辉石和Ｆｅ＿Ｎａ透辉石。普宁地区的角闪石巨晶乃世界上罕见的绿钙闪石巨晶。女山和普宁的单斜辉石和角闪石巨晶是碱性玄武岩浆在幔源高压下的结晶产物；汉诺坝的单斜辉石巨晶既可以是碱性玄武岩浆又可以是拉斑玄武岩浆的高压结晶体。所有巨晶相对于寄主岩者属于偶然捕掳晶。巨晶的形成符合“流动结晶模式”。它们与共存的橄榄岩色体无成因     

中国中-东部地区新生代玄武岩的分布规律与面积汇总

利用图像处理技术,对中国中-东部地区地质图进行新生代玄武岩的像素提取,并叠加在高精度地貌图上,统计了
该地区陆地出露的新生代玄武岩的总面积和分区面积。结果表明：（1） 我国中-东部地区新生代玄武岩总面积为78
525 km2;（2） 以东部新生代盆地为界,盆地以西的中部地区新生代玄武岩面积为35 487 km2,盆地以东的东部地区新生代
玄武岩面积为43 038 km2,两边面积比为45:55;（3） 按时代划分,中国中-东部新生代玄武岩随时代变新分布面积递
增,S古近纪∶S新近纪∶S第四纪为0.36:21.65:77.99;（4） 中部地区的新生代玄武岩主要分布在北方,由北至南包括三个主要出露
区,分别为松辽盆地以西的大兴安岭地区(7334 km2)、锡林郭勒地区（13 843 km2） 和华北北缘（14 310 km2）;（5） 东部地
区新生代玄武岩的分布范围更广,从黑龙江一直到海南岛,也可以分为三个区,包括松辽盆地以东的东北地区（33 324 km2）、从
山东到福建零星分布的华东地区（1707 km2） 以及位于海南岛和雷州半岛的雷琼地区（8007 km2）;（6） 总体看,我国中-东
部地区新生代玄武岩主要分布在北方,如以山东省为界,北方玄武岩面积达69 191 km2,南方玄武岩面积达9334 km2,北南之
比为88∶12。