大别山超高压变质杂岩的折返

作为世界上规模最大的一个超高压变质带,大别山超高压变质杂岩是扬子板块与中朝板块在三叠纪碰撞造山的产物,表现为扬子板块 呈北北东向斜向俯冲到中朝板块之下。超高压变质杂岩的折返机制是个复杂的动力学过程,折返速度也胡时间推移而变慢。早期阶段同碰撞期浮力驱动下高压－超高压变质杂岩在俯部带内沿逆冲－韧性剪切断裂快速到地位位,折返速率高达４ｍｍ／年;中期伴随着巨厚造山带根的拆沉。上部发生拉张塌陷,使超高压变质     

洋脊和年轻洋壳俯冲与埃达克岩生成的热模拟

新生代以来 ,环太平洋周边分布的埃达克岩 (Adakite)主要与年轻洋壳俯冲时在 70～ 90km深处的部分熔融有关。利用数值方法 ,模拟了洋壳俯冲的热演化过程并讨论了脱水、熔融对埃达克岩浆活动的影响。结果表明 :仅在活动海岭俯冲前后约 10Ma内 ,年轻的、热的俯冲海洋板片在 75～85km深度范围内 ,温度升高至 82 5～ 10 0 0℃脱水 ,导致年轻洋壳中角闪岩部分熔融 ,形成埃达克岩(Adakite)。而一般洋壳俯冲在 10 0km以下深度才脱水 ,由于脱水区压力较高洋壳自身不能熔融 ,水进入上覆地幔楔状体导致部分熔融 ,形成安山岩 (Andesite     

大陆俯冲-碰撞-折返的动力学数值模拟研究综述

大陆板块通常紧接着大洋俯冲的完结而开始俯冲和碰撞,并可能伴随着高压-超高压变质岩石的形成和折返.基于对前人动力学数值模型的总结,大陆板块的稳定会聚过程可以大致分为6种模式:纯剪切增厚、挤压褶皱、单向高角度俯冲、单向低角度俯冲、双向俯冲以及俯冲板块的断离.同时,俯冲隧道中高压-超高压岩石的折返机制主要包含8种模式:逆冲断裂折返、褶皱挠曲折返、物质回旋折返、构造增压折返、俯冲板块"中上地壳"的整体拆离和折返、不同深度处物质周期性的韧性挤出、俯冲板块断离引发的板块后撤折返以及俯冲隧道中地壳物质穿过"破碎的"上覆岩石圈的折返.在大陆俯冲隧道中,中上地壳的弱化和拆离是物质从俯冲到折返转换的先决条件.但是物质弱化的主导机制及其在大陆俯冲隧道中的控制作用尚没有得到很好的解决.近似而言,大陆俯冲和折返的动力学机制可以等效为流体动力学中的"倾斜隧道流模式".该模式中,物质的俯冲抑或折返取决于俯冲隧道中"向下的Couette流"和"向上的Poiseuille流"这两种流动机制的竞争结果.另外,壳-幔岩石中的水对于俯冲隧道和上覆岩石圈的变形和破坏具有非常重要的作用,从而如果在模型中增加脱水和水化作用的数值算法,那么模拟的结果将可能大大区别于简单的"倾斜隧道流模式".数值模拟的另一个重要问题就是三维模型的应用,这对于研究造山带沿走向的差异性俯冲碰撞模式具有重要意义,也是该领域未来的发展方向之一.     

大别山超高压变质带镁铁-超镁铁岩的岩石学与高压矿物组合

大别山毛屋、碧溪岭、南山岭镁铁-超镁铁岩与榴辉岩的关系代表了3种不同的产出关系,其原岩是基性岩浆结晶分异形成的层状堆晶岩,随扬子板块与华北板块碰撞俯冲进入120～150km以上的地幔条件下发生超高压变质作用,钛斜硅镁石+钛粒硅镁石+菱镁矿+贫铝辉石是镁铁-超镁铁岩典型的高压矿物组合,同时揭示含H_2O和CO_2等挥发份流体参与了超高压变质作用.     

西天山古俯冲带深部流体来源--来自高压变质带内高压脉和主岩的Pb,Sr同位素证据

对西天山高压变质带内高压脉的研究表明,高压脉与寄主岩石具总体一致的Pb和Sr同位素组成,高压脉206Pb/204Pb,207Pb/204Pb,208Pb/204Pb及87Sr/86Sr(t=340 Ma)分别为17.122～17.431,15.477～15.611,37.432～38.689和0.70529～0.70705;主岩上述比值为17.605～17.834,15.508～15.564,37.080～38.145和0.70522～0.70685.与主岩相比,高压脉具大得多的Pb同位素组成变化.高压脉和主岩Rb/Ba,Ce/Pb,Nb/U和Ta/U比值均介于洋岛玄武岩(OIB)或洋中脊玄武岩(MORB)与陆壳间,显示有陆壳物质混入.西天山古俯冲带深部成脉流体为来自具Ⅰ类富集地幔特征的大洋玄武岩(主岩原岩)进变质脱水与来自俯冲沉积物(包括陆源沉积物)进变质脱水形成的两种流体的混合.     

西天山古俯冲带深部流体来源——来自高压变质带內高压脉和主岩的Pb,Sr同位素证据

对西天山高压变质带内高压脉的研究表明, 高压脉与寄主岩石具总体一致的Pb和Sr同位素组成, 高压脉206Pb/204Pb, 207Pb/204Pb, 208Pb/204Pb及87Sr/86Sr (t = 340 Ma)分别为17.122~17.431, 15.477~15.611, 37.432~38.689和0.70529~0.70705; 主岩上述比值为17.605~17.834, 15.508~15.564, 37.080~38.145和0.70522~0.70685. 与主岩相比, 高压脉具大得多的Pb同位素组成变化. 高压脉和主岩Rb/Ba, Ce/Pb, Nb/U和Ta/U比值均介于洋岛玄武岩(OIB)或洋中脊玄武岩(MORB)与陆壳间, 显示有陆壳物质混入. 西天山古俯冲带深部成脉流体为来自具I类富集地幔特征的大洋玄武岩(主岩原岩)进变质脱水与来自俯冲沉积物(包括陆源沉积物)进变质脱水形成的两种流体的混合.     

南海海槽西部俯冲带日向滩地区俯冲九州-帕劳洋脊的成像

为了研究九州-帕劳洋脊（KPR）俯冲部分与同震破裂扩展、地震活动性和浅部甚低频地震的关系,对南海海槽西部俯冲带日向滩地区进行了三维地震层析成像。结合岸上和近海记录的主动源和被动源地震数据,成像了从该海槽轴附近到海岸地区的深部板块。我们的结果表明,俯冲的九州-帕劳洋脊为西北-东南向的低速带,向下扩展到约30km的深度。在这个深度,我们认为俯冲的九州-帕劳洋脊与板块分离,成为上覆大陆板块的底座。由于过去大地震的同震滑动地区没有延伸到俯冲的九州-帕劳洋脊,我们认为九州-帕劳洋脊可能阻碍了破裂的扩展。俯冲的九州-帕劳洋脊的内部在很宽的深度上分布有活跃的板内地震活动。浅部甚低频地震在俯冲的九州-帕劳洋脊上部连续发生,而在俯冲的九州-帕劳洋脊的东北部却是间歇地出现。因此,俯冲的九州-帕劳洋脊看来是这个地区同震破裂扩展和地震现象的一个重要因素。     

俯冲带中的洋壳在中国东北上地幔底部分离的地震学证据

中国东北西太平洋俯冲带位于欧亚板块与西太平洋板块的交界部位,西太平洋板块的俯冲运动从日本海沟开始一直延伸到了中国东北地区.层析成像(Gudmundsson & Sambridge,1998;Huang & zhao,2006)结果表明,西太平洋板块和该区域'660'的相互作用,导致了该区域上地幔结构的复杂性.     

西南印度洋岩浆补给特征研究:来自洋壳厚度的证据

西南印度洋中脊为典型的超慢速扩张洋中脊,其岩浆补给具有不均匀分布的特征.洋壳厚度是洋中脊和热点岩浆补给的综合反映,因此反演洋壳厚度是研究大尺度洋中脊和洋盆岩浆补给过程的一种有效方法.本文通过对全球公开的自由空气重力异常、水深、沉积物厚度和洋壳年龄数据处理得到剩余地幔布格重力异常,并反演西南印度洋地区洋壳厚度,定量地分析了西南印度洋的洋壳厚度分布及其岩浆补给特征.研究发现,西南印度洋洋壳平均厚度7.5 km,但变化较大,标准差可达3.5 km,洋壳厚度的频率分布具有双峰式的混合偏态分布特征.通过分离双峰统计的结果,将西南印度洋洋壳厚度分为0~4.8 km的薄洋壳、4.8~9.8 km的正常洋壳和9.8~24 km的厚洋壳三种类型,洋中脊地区按洋壳厚度变化特征可划分为7个洋脊段.西南印度洋地区薄洋壳受转换断层控制明显,转换断层位移量越大,引起的洋壳减薄厚度越大,减薄范围与转换断层位移量不存在明显相关性.厚洋壳主要受控于该区众多的热点活动,其中布维热点、马里昂热点和克洛泽热点的影响范围分别约340 km,550 km和900 km.Andrew Bain转换断层北部外角形成厚的洋壳,具有与快速扩张洋中脊相似的转换断层厚洋壳特征.

     

胶东海阳所高压变质基性岩的岩石化学和地球化学

胶东海阳所一带有大量变质基性岩呈巨大的岩块或构造透镜体发育在高度变形的花岗质片麻岩中. 这些岩石主要是石榴辉石麻粒岩、榴辉岩化的麻粒岩以及角闪 岩, 原岩成分从橄榄拉斑玄武岩到石英拉斑玄武岩, 表现出由富Mg向富Fe方向演化的拉斑玄武岩趋势. Pearce元素比值斜率法证明, 这些基性岩是由同一岩浆系列, 经由斜长石、橄榄石和单斜辉石为主的分离结晶作用形成. 尽管大离子亲石元素受到变质作用的改变, 微量元素组成也显示了结晶分异作用特征, 如微量和稀土元素相互平行的配分型式、Ni和Ce的相关关系以及Sr的逐渐增强的亏损, Nd同位素资料与微量元素资料一致指示了亏损地幔的来源. 海阳所变质基性岩不是蛇绿岩的碎片, 其形成也与俯冲消减作用无关, 很可能是大陆环境的岩浆系列. Sm-Nd全岩等时线年龄2252±180 Ma大致指示了原岩的形成时代. 因此, 早在三叠纪晚期大别-苏鲁超高压碰撞造山带形成以前, 海阳所基性岩就已经作为扬子板块基底的一部分存在了大约2000 Ma.     

西藏中部乌郁盆地碰撞后岩浆作用——特提斯洋壳俯冲再循环的证据

西藏中部南木林县乌郁盆地的乌郁群嘎扎村组新第三纪高钾钙碱性系列粗面岩和粗安岩及侵入其中的花岗斑岩富集轻稀土元素,具弱的到明显的Eu负异常,富集大离子亲石元素Rb,Th,U和K,亏损高场强元素Nb,Ta和Ti.同位素示踪显示乌郁群火山岩是雅鲁藏布江蛇绿岩洋壳参与的冈底斯带地壳基底岩石部分熔融的结果,表明新特提斯洋壳向北俯冲到冈底斯带下部,并通过新第三纪岩浆作用发生再循环     

藏中部乌郁盆地碰撞后岩浆作用——特提斯洋壳俯冲再循环的证据

西藏中部南木林县乌郁盆地的乌郁群嘎扎村组新第三纪高钾钙碱性系列粗面岩和粗安岩及侵入其中的花岗斑岩富集轻稀土元素, 具弱的到明显的Eu负异常, 富集大离子亲石元素Rb, Th, U和K, 亏损高场强元素Nb, Ta和Ti. 同位素示踪显示乌郁群火山岩是雅鲁藏布江蛇绿岩洋壳参与的冈底斯带地壳基底岩石部分熔融的结果, 表明新特提斯洋壳向北俯冲到冈底斯带下部, 并通过新第三纪岩浆作用发生再循环.     

大洋岩石层拖曳窄条陆壳俯冲的极限尺度分析——以新西兰南岛和大别山超高压变质带为例

超高压变质研究涉及的一个基本力学问题是为什么低密度的大陆地壳岩石能克服浮力俯冲到高密度地幔100多公里的深度.本文的三维有限单元法计算表明:俯冲海洋板块可以拖曳侧面相邻宽度不超过150km的一窄条大陆板块,俯冲到超高压变质深度,形成少见的大规模超高压变质带.十几公里乃至几十公里尺度的陆壳块体,可能被俯冲地幔裹挟至超高压变质深度,在造山带内形成零星出露的超高压变质岩.成熟的陆-陆碰撞带则不可能使陆壳俯冲到超高压变质深度.     

大洋岩石层拖曳窄条陆壳俯冲的极限尺度分析--以新西兰南岛和大别山超高压变质带为例

超高压变质研究涉及的一个基本力学问题是为什么低密度的大陆地壳岩石能克服浮力俯冲到高密度地幔100多公里的深度.本文的三维有限单元法计算表明:俯冲海洋板块可以拖曳侧面相邻宽度不超过150km的一窄条大陆板块,俯冲到超高压变质深度,形成少见的大规模超高压变质带.十几公里乃至几十公里尺度的陆壳块体,可能被俯冲地幔裹挟至超高压变质深度,在造山带内形成零星出露的超高压变质岩.成熟的陆-陆碰撞带则不可能使陆壳俯冲到超高压变质深度.     

大陆造山带碰撞-俯冲-折返-垮塌过程的岩浆作用及大陆地壳净生长

地球上的造山带可以划分为增生型造山带和碰撞型造山带,造山带岩浆作用发生在从大洋俯冲、大陆碰撞到造山带垮塌的每一个阶段.陆-陆碰撞的必要条件是大陆俯冲带的存在.一般假设,大陆岩石圈深俯冲的前提是大洋岩石圈俯冲及其在陆-陆碰撞时对紧随被动大陆边缘岩石圈的重力拖曳.大陆俯冲和碰撞的结果是地壳加厚和隆升,但是所产生的造山带岩浆作用发生在什么时间则取决于岩石圈加热机制.增生型造山带没有发生大陆之间强烈碰撞和深俯冲,一般缺少大规模的地壳叠置加厚和隆升,缺少与大陆深俯冲有关的超高压榴辉岩相变质岩,虽然大洋俯冲阶段可以形成巨厚的陆弧地壳,但同碰撞和碰撞后岩浆作用是否存在值得怀疑.碰撞型造山带由于大陆深俯冲和地壳强烈加厚,超高压变质的洋壳和大陆地壳在折返过程中减压熔融,形成同碰撞岩浆作用,在造山旋回晚期去根和垮塌过程中,由于岩石圈伸展和软流圈地幔上涌,形成碰撞后岩浆作用,并标志造山旋回的结束.因此,碰撞造山带的岩浆作用可以发生在大陆深俯冲的同时、俯冲洋壳与陆壳断离后的折返和隆升、造山带的去根和垮塌过程,从大陆碰撞到造山带垮塌和剥蚀(造山旋回结束)的时间跨度为50~90百万年.大陆碰撞造山带是深入了解大陆深俯冲、折返隆升及其造山带垮塌过程的重要场所,而碰撞造山过程中的岩浆作用对大陆地壳生长和再造有重要意义.     

南海西南海盆残余洋脊岩浆活动机制的热模拟研究

岩石地球化学资料表明,海底扩张停止后,南海深海盆仍然有残余岩浆活动.从地热学角度,依据浮力减压熔融机制,对南海西南海盆残留扩张中心不同黏性结构条件下的岩浆生成量、熔融持续时间和热演化过程等进行了模拟计算,并将计算结果与实测热流值、地震资料和岩石地球化学资料进行了对比分析.研究表明:南海深海盆海底扩张停止后,浮力减压熔融引起的亏损岩浆浮力对岩浆的生成有重要的控制作用,而残留岩浆浮力、热浮力和黏性剪切力对岩浆的生成影响很小.根据3种不同黏度条件下的熔融持续时间,可大致确定残余扩张中心下的岩浆活动期分别为5,12和15 Ma.在浮力减压熔融作用下,海盆之下会出现局部高温区,这可以解释地震探测到的西南海盆岩石圈中、上部存在的低速层现象.模拟得到的残余中脊不同黏性、温度和熔融比例等热物理条件下可能的岩性分布,为准确理解南海深海盆岩石地球化学资料提供了有力依据.     

大别山超高压变质作用期前和期后水-岩相互作用的氢氧同位素证据

对大别山东部超高压变质岩单矿物进行了氢氧同位素分析 ,得到榴辉岩的全岩δ18O值变化较大 ( -5‰～ 9‰ ) ,而其中云母的δD值变化较小 ( -85‰～-70‰ ) .在石英与其它矿物之间存在氧同位素平衡和不平衡两种现象 ,并且部分榴辉岩中出现绿辉石与石榴石之间的氧同位素分馏“倒转” .然而 ,较低的榴辉岩δ18O值 ( -5‰～ 1‰ )反映了其原岩的氧同位素特征 ,是由于超高压变质作用之前与大气降水发生相互作用的结果 .大别 苏鲁造山带榴辉岩氧同位素不均一性的保存指示 ,引发前进变质作用的古板块俯冲是快速的 ,因而所伴随的变质流体流动为隧道式而不是弥散式 .退变质作用导致部分矿物之间出现氢氧同位素不平衡 ,但引起退变质反应的流体在稳定同位素组成上是内部缓冲的 ,其氢氧同位素组成取决于寄主岩石的化学性质 .     

西南天山-帕米尔2008年10月5日MS6.7级地震震源机制研究

利用Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS)提供的远场宽频带P波及SH波记录,基于点源模型及有限断层模型方法,反演研究了2008年10月5日发生在中国天山与塔吉克斯坦交界区域的一次M_S6.7级地震震源机制.结果表明,本次地震为南倾高角度稍具小幅度走滑分量的逆冲破裂事件,断层走向为57.2°,倾角为42.7°,震源深度为7.4 km.根据研究结果,我们认为这是一次逆断层加小幅度走滑分量的地震事件,推断该地震可能与帕米尔向北北西方向挤压西南天山,在帕米尔-西南天山边界引发的逆冲断层活动有关.     

青藏高原-天山地区岩石层构造运动的地幔动力学机制

利用全球重力大地水准面异常、板块绝对运动及全球地震层析成像数据,计算了青藏高原-天山地区岩石层下部地幔大尺度对流格局以及此种尺度对流驱动下岩石层内应力场分布;同时,利用区域均衡重力异常数据反演青藏高原中、北部到天山地区上地幔小尺度对流模型．结果表明,大尺度的地幔物质运移过程可能驱动着中国大陆岩石层整体从西部以南北方向为主的运动转向东部地区以北东和南东方向的运动;而该区域上地幔小尺度上升流动支持了现代青藏高原和天山地区的抬升运动．提出和讨论了青藏高原隆升的“断离隆升-挤压隆升-对流隆升”三阶段模式,并探讨了大陆岩石层构造运动的地幔深部动力学背景．