陆壳超深俯冲到斯石英稳定域地幔深度(~300 km)的新证据

南阿尔金高压-超高压变质岩带泥质片麻岩中发现先存斯石英出溶蓝晶石+尖晶石的显微结构证据,将陆壳深俯冲的深度推进到了斯石英稳定域的地幔深度（≥ 300 km）.然而,该类岩石是局部出现的还是具有一定的普遍性以及又是如何折返出露地表的?十多年来一直困惑着地球科学界.针对这一科学问题,通过系统的岩石学研究,在南阿尔金榴辉岩中首次发现了斯石英副象,重新厘定南阿尔金英格利萨依石榴辉石岩中石榴子石出溶单斜辉石和北秦岭松树沟长英质片麻岩中石榴石出溶石英棒状体岩石的峰期变质压力为9~10 GPa的斯石英稳定域,结合先期南阿尔金泥质片麻岩中发现先存斯石英出溶显微结构的研究成果,论证提出陆壳俯冲到斯石英稳定域的地幔深度（~300 km）,然后再折返回地表的地质现象可能更为普遍,其岩石类型也可能具有多样性.通过高温高压实验研究,明确SiO₂饱和岩石体系中石榴子石超硅的最小稳定条件为≥ 9~10 GPa斯石英稳定域,为识别辨认陆壳岩石俯冲到斯石英稳定域地幔深度的研究提供了新的借鉴和思路.      

陆壳岩石学

陆壳岩石学是一个新的学科研究方向，它是研究陆壳，特别是其深部物质的化学、物理学与动力学的探针。８０年代初Ｆｏｕｎｔａｉｎ提出了世界上五个地区的陆壳断面，提出上、中、下地壳分别由绿片岩相、角闪岩相与麻粒岩相岩石构成。近年来笔者提出华北大陆三个地区的陆壳断面。陆壳岩石学是多次构造－岩浆事件的记录，陆壳岩石在物理与化学上的不均匀性是我们追索大陆动力学的重要科学依据。今后的发展趋势是研究陆壳细结构岩石学、陆壳类型及其动力学、陆壳岩石学与地质灾害、环境、城市地质学的关系等。     

地幔动力学与板块俯冲

通过地幔粘滞性及粘滞结构、地幔热状态、地幔热生成三个方面，探讨了地幔物质发生对流的物理背景，并归纳出地幔对流模式热动力系统，在此基础上剖柏了地幔对流和现代板块构造的直接联系。     

从洋壳俯冲到陆壳俯冲和碰撞：来自羌塘中西部地区榴辉岩和蓝片岩地球化学的证据

羌塘中部晚三叠世低温/高压变质带是目前青藏高原内部延伸规模最大的高压变质带,但大量关键高压变质岩石出露地区地球化学资料匮乏,严重制约了对高压变质带原岩建造以及构造演化的全面认识。本文以羌塘中西部地区尚无地球化学资料的果干加年山榴辉岩和红脊山蓝片岩为研究对象,进行了系统的地球化学以及原岩恢复工作。研究表明,果干加年山榴辉岩呈透镜状产于围岩石榴石多硅白云母片岩和少量大理岩中,其原岩为亚碱性玄武岩,具有较低的稀土总量(∑REE=51.19×10-6~59.43×10-6)和轻稀土亏损的特征[(La/Yb)N=0.59~0.70],不具有Nb、Ta、Ti的亏损,与典型的N-MORB特征一致,暗示其原岩可能来源于亏损的地幔源区,形成于洋中脊环境。红脊山地区基性蓝片岩的原岩为碱性玄武岩-亚碱性玄武岩,具有高的TiO2(2.97%~4.14%)和P2O5(0.29%~0.48%)含量,富集轻稀土元素[(La/Yb)N=6.10~11.6]和高场强元素,地球化学特征类似于OIB。但是这些基性蓝片岩与大量的陆源碎屑岩伴生产出,且具有明显的硅铝质上地壳物质混染的特征,与南羌塘地区二叠纪大陆板内基性岩墙的产出特征以及地壳混染特征一致,可能是其俯冲消减的产物。通过本文研究结果并结合区域内已识别出的E-MORB型洋壳和洋岛/海山物质深俯冲的证据,我们认为羌塘中部晚三叠世高压变质带以洋壳物质深俯冲为主,同时亦保留了部分陆壳物质俯冲的证据,暗示大洋向北俯冲消减结束之后,又牵引至少一部分南羌塘北缘陆壳物质经历了随后的俯冲过程。     

俯冲带岩浆与岩石的相互作用：关于俯冲板块,地幔,地壳的实验研究

通过对下四种环境中岩浆混染作用的实验研究：（１）俯冲板块之上；（２）地幔－陆壳边界界之下和（３）地幔－际壳边界之上；（４）浅部地壳内。用含Ｈ２Ｏ硅质熔体橄榄岩或角闪岩之间反应的一系列清楚的边界确定了；（１）混染熔体内的扩散断面和（２）二种物质之质的结晶反应带。由含Ｈ２Ｏ的橄榄岩－英云闪长岩－花岗岩混合物确定了一些相界，这些相界能区分从俯冲板块中产生的并经过地幔上升的熔体的混染程度和与橄榄岩（如堆积     

俯冲带中的流体作用

俯冲带中的流体作用张泽明（中国地质大学，武汉，４３００７４）俯冲大洋岩石圈主要由洋壳和上覆的沉积岩组成，这两种岩石都不同程度地含有大量流体。但经历了高压变质作用形成的高压蓝片岩或榴辉岩中所含流体极少。这说明在大洋岩石圈的俯冲过程中大量的流体被释放。...     

俯冲陆壳部分熔融形成埃达克质岩浆

在岛弧背景,埃达克质岩浆形成于俯冲洋壳板片的部分熔融已得到共识,但在大陆碰撞背景,埃达克质岩浆是否形成于俯冲陆壳的部分熔融尚未有研究报导。对祁连山东南部关山花岗岩（229 Ma）的地球化学和岩石成因研究提供了俯冲陆壳部分熔融形成埃达克质岩浆的一个实例。关山花岗岩以高K（K2O=4.12%~5.16%,K2O/Na2O=0.97~1.64）、高Sr/Y比值（13.6~84.1）、低Y （6.8×10-6 ~15.7×10-6 ）和低HREE（eg. Yb=0.62×10-6~1.31×10-6）为特征,并具有强分异的稀土元素组成模式[（La/Yb）N=17.5~41.6]和演化的Sr-Nd同位素组成[初始87Sr/86Sr=0.70587~0.70714, εNd（t）=-10.9~-5.16, tDM=1.10~1.49 Ga]。这些地球化学特征表明关山花岗岩属于大陆型（C型）埃达克质岩石,而明显不同于俯冲洋壳板片或底侵玄武质下地壳部分熔融形成的埃达克岩。关山花岗岩Pb-Sr-Nd同位素组成与商丹断裂北侧的祁连山前寒武纪基底岩石、早古生代火山岩和花岗岩类存在显著差异,但类似于商丹断裂南侧秦岭早中生代花岗岩类的Pb-Sr-Nd同位素组成,由此认为具有埃达克质的关山花岗岩的岩浆来自于南部俯冲陆壳物质的部分熔融,并提出了大陆碰撞背景中埃达克质岩浆产生的一个新的地质模型。     

俯冲循环组分对大洋地幔不均一性的定量约束

大洋地幔内部存在广泛的不均一性,其成因可有多种模式,其中俯冲循环作用对地幔组成的变化具有重要影响. 为明确各循环组分对亏损地幔的改造作用及其在富集源区中的相对贡献,系统总结了不同循环组分（远洋沉积物、俯冲洋壳、陆壳）的平均微量元素特征,计算了各循环组分在俯冲过程中经历的化学变化. 基于改造后的循环组分,开展与亏损地幔源区的混合和熔融模拟. 结果表明,HIMU型玄武岩可以由纯俯冲洋壳（≤10%）与亏损地幔（≥90%）混合形成的源区,经较低程度熔融（0.5%~1.5%）形成;而EMI型玄武岩可以由俯冲洋壳（≤10%）、俯冲剥蚀的下陆壳物质（≤3%）、亏损地幔（≥90%）混合形成的源区,经较低程度熔融（1%~2%）形成;EMII型玄武岩可以由俯冲洋壳（≤10%）、GLOSS-II（全球俯冲沉积物）或上陆壳物质（≤0.8%）与亏损地幔（≥90%）混合形成的源区,经较低程度熔融（1%~1.5%）形成.      

俯冲隧道内不同深度的壳幔相互作用:地幔楔超镁铁质岩的镁同位素记录

在不同的俯冲深度,俯冲板片会释放出不同来源和组成的熔/流体进入俯冲隧道中,并进而影响上覆地幔楔及衍生岛弧岩浆的地球化学组成.然而,如何识别俯冲隧道中不同深度熔/流体组分的来源一直是俯冲带研究中的难点.对不同深度来源的地幔楔超基性岩进行了Mg同位素研究,发现了Mg同位素具有示踪俯冲板块熔/流体来源的能力.首先,研究了美国加州Franciscan杂岩中一套经历了多期次流体交代作用的浅部来源（< ~60 km）的变质超基性岩.这些部分蛇纹石化的地幔楔超基性岩在蛇纹石脱水形成滑石的过程中会释放轻Mg同位素进入流体,而重Mg同位素更多地残留在滑石相中;随后进一步受俯冲板块来源流体的交代形成具有高CaO和轻Mg同位素组成的透闪石化变橄榄岩,暗示流体中含有源自俯冲板片的、富集轻Mg同位素的碳酸盐,说明在弧前~60 km深度,部分含Mg碳酸盐（方解石）可以在俯冲隧道中发生溶解并迁移交代上覆地幔楔橄榄岩.对深部地幔楔来源（~160 km）的大别造山带毛屋地区超镁铁质岩体岩相学和元素地球化学研究结果证实了其交代成因.结合多相包裹体、元素地球化学以及前人估计的温-压条件,推测交代介质更接近超临界流体.锆石U-Pb年代学研究揭示,交代作用主要发生在古生代洋壳俯冲阶段（454±58 Ma）,超高压变质作用则发生在三叠纪陆壳俯冲阶段（232.8±7.9 Ma）.古生代锆石中大量的碳酸盐矿物包裹体和重O同位素特征说明古生代洋壳俯冲交代过程中有沉积碳酸盐组分加入.全岩和单矿物的Mg同位素组成均显著低于地幔值以及大别新元古代榴辉岩,说明交代的碳酸盐组分来源应为循环的沉积富Mg碳酸盐,暗示了在俯冲带深部富Mg沉积碳酸盐在超临界流体中会发生溶解迁移.由于沉积碳酸盐具有独特的、显著富集轻Mg同位素组成的特征,这种交代作用会造成地幔楔局部具有异常的Mg同位素组成,从而解释目前观察到的岛弧火山岩的Mg同位素特征.因此,Mg同位素是示踪俯冲碳酸盐与上覆地幔楔相互作用的有效工具.      

西南天山变质俯冲杂岩中的陆壳物质——来自变基性岩的地球化学证据

西南天山高压-超高压变质带中阿坦塔义地区新发现的榴辉岩块体呈透镜体产于围岩石榴石白云母片岩中,边部发育退变质蓝片岩.榴辉岩与蓝片岩具有相似的地球化学特征:榴辉岩SiO2为51.59％ ～52.66％,TiO2为0.70％ ～0.80％;蓝片岩SiO2为51.57％ ～54.06％,TiO2为0.86％～0.89％;榴辉岩与蓝片岩均具有轻稀土富集且内部中度分异、重稀土平缓、中度Eu负异常及亏损Ba、Sr、Nb、Ta、Ti等元素的地球化学特征,La/Nb分别为3.0 ～4.8及2.1 ～3.7,类似典型的活动大陆边缘岛弧岩浆岩特征.榴辉岩Zr/Hf=36.5 ～ 37.1,Nb/Ta=10.2 ～ 12.9;蓝片岩Zr/Hf=35.9 ～ 36.4,Nb/Ta=11.6 ～ 12.2,均类似大陆地壳的Zr/Hf与Nb/Ta比值.榴辉岩(87 Sr/86 Sr)i=0.7091 ～0.7095,εNd(t)=-7.52 ～-6.31;蓝片岩(87 Sr/86 Sr)i=0.7098 ～0.7107,εNd(t)=--7.70 ～-7.13.主微量元素特征和Sr-Nd同位素组成显示榴辉岩和蓝片岩的原岩具大陆地壳性质,这也是首次在西南天山变质俯冲杂岩中发现陆壳物质.     

大洋板块拖曳窄条陆壳俯冲——大规模超高压变质形成的构造条件

超高压变质岩生成问题中解决低密度大陆地壳深俯冲力学机制是一个关键问题。虽然俯冲地幔岩石可以裹携十几千米乃至几十千米尺度的陆壳块体到超高压变质深度，大规模的陆壳深俯冲需要特殊的构造条件。新西兰南岛北端研究表明，俯冲大洋板块能携带宽度达150km左右的窄条陆壳克服浮力达到超高压变质深度，而大陆板块碰撞的主体则浮在岩石圈上形成走滑断层。苏鲁-大别可能曾存在类似的构造条件：苏鲁西侧俯冲海洋板片首先拖曳苏鲁陆壳俯冲到超高压变质深度；随后大别以西俯冲大洋板片拖曳大别至超高压变质深度，而陆壳浮力导致苏鲁陆壳停止俯冲，飘浮的陆壳被北推而形成郯庐断裂；秦岭陆陆碰撞造山后大别超高压陆壳也折返；秦岭作为典型造山带，虽然不排除零星超高压变质的可能，但不具备大规模超高压变质的条件。     

新疆东昆仑木孜塔格俯冲带蛇绿岩--地幔橄榄岩尖晶石证据

木孜塔格蛇绿岩沿木孜塔格-鲸鱼湖断裂继续分布，由质橄榄岩，堆晶岩和火山岩3个单元构成，其中，蛇绿岩各单元呈构造混杂出露；尖晶石仅见于尖晶石二辉橄榄岩中，呈他形一半自形，对尖晶石的成分分析表明，这些橄榄岩经历了从洋中脊到俯冲带环境的变化，而最终在俯冲带就位，因此属SSZ型蛇绿岩，这对探讨昆仑山的演化极具参考价值。     

试论陆壳增生的两种基本模式及其对比

大陆地壳是地球形成演化的必然产物。大陆地壳由不同时代、不同类型、不同规模地体的拼贴而增生；同时已形成的大陆地壳沿着新的断裂分裂、离散而碱小。因此大陆地壳是地体拼贴增生与分裂离散的综合结果。太古代早期，原始陆壳形成后，主要通过环太平洋型与天山型两种基本模式达到陆壳的增生。环太平洋型陆壳增生模式出现于陆块的边缘，由古大陆向大洋方向单向增生，增生年代由老到新，增生地体一般都有较大距离的移置，其增生与板块的俯冲作用密切有关。天山型陆壳增生模式出现在陆块的内部，其形成与陆块的开台作用密切有关，可以但不一定伴随有俯冲作用。当古大陆沿一定方向断裂带分裂、离散。其间形成新的海槽接受碳酸盐岩和正常陆源碎屑沉积物与来自地壳深部或地幔的火山物质。由于壳下应力条件改变，两侧古陆相向运动，海槽中物质受两侧古陆碰撞挤压，形成褶皱造山带，并把两侧的古大陆“焊接”成新的、范围更大的大陆地壳。     

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。     

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.      

地幔氧逸度与俯冲带深部碳循环

地幔氧逸度通过改变含碳相的存在形式和迁移方式来影响深部碳循环。本文结合最新的地幔氧逸度实验模拟和岩石学研究成果,探讨了地幔氧逸度时空分布对深部碳循环的影响。文章重点结合地幔减压熔融形成洋壳、新生洋壳蚀变、洋壳俯冲变质、深俯冲洋壳熔融以及俯冲洋壳物质(流体和固体)通过岩浆(岛弧和地幔柱)作用循环出地表等重要地质过程,探讨了伴随洋壳俯冲作用的深部碳循环过程。由于地幔氧逸度的时空变化,俯冲带含碳相表现出不同的存在形式和迁移能力。通过对西南天山俯冲带碳循环的岩石学和实验研究,我们认为应当进一步深入研究俯冲带氧化还原状态及其对俯冲带深部碳循环的影响。     

俯冲物质深地幔循环——地球动力学研究的一个新方向

地球上发生的各种地壳运动,大规模的火山喷发,不同深度不同规模的地震活动,规模宏大的山脉和高原的形成,以及地球历史上发生的大陆漂移运动,都被认为与板块构造活动密切相关。但这些运动的动力源究竟来自何方?如何去发现和证明它们的存在以及从理论上去认识和解释,是当今地球科学面临的巨大挑战,也是今后很长一段时间内地球科学的前沿和热点问题。近些年,人们通过各种方法,试图从更深部寻找板块作用动力学的证据。首先是地震层析研究取得了很大进展,获得了许多区域性和全球的高分辨率3-D地震地幔波速结构,使得我们得以认识地球深部的结构,探讨地幔的物质组成,流体的作用和动力学过程。证据显示,板块俯冲不仅可以到达地幔过渡带深度,而且可达到下地幔底部,堆积在核幔边界的上部,成为核幔边界产生的地幔柱的重要物质组成。其次是开展了大量的实验岩石学研究,模拟了一系列地球深部的高温高压矿物组合,被认为可能代表了地幔过渡带和下地幔的矿物组合,甚至核幔边界的含水矿物组合。另一方面,计算机模拟实验揭示了冷的大洋岩石圈发生深俯冲是可行的。尤为重要的是,许多来自地幔过渡带甚至下地幔深度的高压矿物已经在自然界陆续被发现,证明其中一些矿物是源...