南海东部马尼拉俯冲带的地壳结构和俯冲过程

全球汇聚板块边缘是产生8级以上大地震和破坏性海啸的地方,一直以来是全球科学家关注的焦点和热点区域。马尼拉俯冲带位于南海东部,也是许多地震、海啸和活火山活跃的区域。本文依据以往穿过马尼拉俯冲带的多条多道反射地震测线和海底地震仪剖面数据,分析了马尼拉俯冲带海沟沉积物充填厚度变化、增生楔宽度变化、海底变形特征以及地壳速度结构变化,提出马尼拉俯冲带具有明显的分段特征,分为北吕宋区段、海山链区段和南部西吕宋区段。不同区段的俯冲过程明显不同,提出俯冲增生和俯冲剥蚀(构造剥蚀)两种机制分别控制了该俯冲带的南、北区段。北段主要受到俯冲增生机制的控制,在海沟和弧前盆地之间形成巨大的增生楔构造,在南海北部大陆边缘10~15km厚的减薄陆壳不断俯冲作用下,引起许多与俯冲有关的地震活动和构造变形。南段海山链区段海底地形复杂和粗糙,在俯冲增生、剥蚀或构造剥蚀的联合控制下,5~6km厚大洋板块不断俯冲形成较小的增生楔结构,部分沉积物可能随着板块的俯冲被拖曳到板块边界的深部。     

平坦俯冲及其成矿效应的研究进展、实例分析与展望

平坦俯冲是指上覆大陆板块之下大洋板片低角度近水平俯冲(俯冲角度＜10°),全球10％的俯冲带为平坦俯冲.前人研究表明,安第斯许多大型-超大型斑岩铜矿和浅成低温热液型金矿与平坦俯冲具有直接的成因联系.同时平坦俯冲对造山作用、地震灾害、构造变形、壳幔相互作用等均具有重要的影响,因此开展平坦俯冲研究具有重要意义.本文主要从以下方面系统总结了平坦俯冲研究成果,包括平坦俯冲的主要表现、地质时期俯冲类型的转变、平坦俯冲的演化过程、平坦俯冲形成的可能机制,分析探讨平坦俯冲与增生型造山带之间可能联系、平坦俯冲与斑岩铜矿床的关系、以及平坦俯冲与洋中脊俯冲(板片窗)的区别,并介绍分析了北美Laramide造山带和华南中生代花岗岩带两个可能的平坦俯冲实例,最后给出平坦俯冲及其成矿效应的几点结论,并对我国今后开展相关研究提出了一些思考与展望,指出中亚造山带尤其是哈萨克斯坦巴尔喀什斑岩铜矿带及邻区和班公湖-怒江斑岩铜矿带构成两个潜在的古平坦俯冲发育区,斑岩铜矿极具潜力.     

华北地块南部巨型陆内俯冲带与秦岭造山带岩石圈现今三维结构

豫西横穿秦岭造山带的反射地震为主的综合地球物理探测，发现秦岭现今北界存在华北地块南部自北向南向秦岭的巨型陆内俯冲带，深达Ｍｏｈｏ面以下，与之相伴而生，在中上地壳发育自南向北的逆冲推构造带，千公里东西向延伸，主要发生于晚白垩世１００Ｍａ±，成为秦岭与华北地区块间中新生代重要陆内构造，它是秦岭造山带岩石圈现今三维结构的基本要素和组成部分，秦岭造山带岩石圈现今结构具有流变学分层的“立交桥”三维结构框架模型。显然它们具有统一的动力学背景，是秦岭造山带现今处于印度－青藏、太平洋和欧亚板块的西伯利亚地块等三大构造动力学体系复合部位，导致其从深部地幔动力学的最新调整到上部地壳响应所发生的壳幔等圈层相互作用的综合产物，可能是大陆长期保存、演化的主要途径与形式之一，具有重要的大陆动力学意义，对中国大陆构造、灾害、环境研究也具重要意义。     

中国造山带研究的回顾和展望

本文简要回顾了20世纪50年代以来中国地质学家在研究显生宙陆（板）缘造山带或古大陆边缘造山带中所取得的进展：多数巨型造山系经历了多阶段古洋盆形成和消亡，陆块碰撞演化历史；离散大陆边缘多样性；洋盆产出环境和消减 迁移多样性。近20年来我国学者加强了造山带三维变形运动学研究，提出了多层次滑脱叠置构造，剖面上、平面上的楔入构造等重要新认识。最后指出中国大陆造山带今后研究热点和展望。     

秦岭造山带勉略缝合带构造变形与造山过程

秦岭晚古生代以来造山过程中的构造变形研究对建立华北板块与华南板块之间的最终拼合过程尤为重要。为此，选择勉略带进行了详细的野外调查，对其物质组成，几何学结构，变形序列，运动学和动力学作了系统解剖，认为：勉略带是有一定宽度，由一定实体组成的蛇构造混杂岩带，它包括不同时代，不同构造背景，不同起源的一系列构造岩片，如：基底岩片组，洋壳岩片组，岛弧岩片组，碰撞构造沉积楔形体，大陆边缘岩片组，它们被一系列的北倾南冲的断裂分割。勉略带到－高川段的北倾南冲逆冲断裂和勉略带北部南倾北冲的逆冲断裂组合成为现今不对称的正花状几何学结构，但勉略带的北界状元碑断裂和南界 到－略阳断裂走滑特征明显。结合勉略带邻区的构造特征，分别对带内重要断裂及岩片的构造解析表明，除主造山的大地构造演化阶段外，可将勉略带构造变形序列及演化历程总体归纳为三大阶段：俯冲变形阶段，主造山碰撞变形阶段的陆内造山调整变形阶段，并对不同变表阶段的时限，变形特征，运动学和动力学分别作了描述；最后针对该区复杂的楔入，挤出（逃逸）走滑，逆冲过程，提出了一个统一的动力学演化模式。     

大陆俯冲带热结构的数值模拟

俯冲带热结构是控制俯冲板块演化的最主要因素之一.前人通过建立解析模型和数值模型对大洋俯冲带热结构进行了一系列研究,发现俯冲板块年龄和俯冲速度是影响俯冲带热结构的关键因素.为了认识大陆俯冲带热结构,特别是理解数值模型结果与岩石学结果之间的差异,我们建立了二维大陆俯冲带运动学和动力学数值模型研究其热结构演化.模型结果显示,如果大陆俯冲板块的俯冲速度与角度和大洋板块一致的话,较低的大陆俯冲带初始温度导致其板块温度比大洋俯冲带低.但是,当大陆俯冲板块的初始温度较高,俯冲速度超慢并且考虑大陆地壳中的放射性元素生热时,模型得到的大陆俯冲带热结构能够解释通过高压和超高压变质岩得到的较热的俯冲板块温度.另一方面,如果俯冲板块与上覆板块存在动力学解耦作用,也能够得到较热的俯冲温压数据.      

俯冲带的流体地质作用

俯冲带是地球上流体活动最活跃的地区之一，也是流体由表层进入深部岩石圈的主要通道。流体活动对岩石成分、成岩作用、构造变形、变质作用、部分熔融和岩浆－火山作用，以及海洋生物－化学环境都有重要的控制和影响。本文回顾和总结了俯冲带流体地质作用研究的现状和进展，对古俯冲带流体地质作用的若干问题进行了探讨。     

俯冲带的热结构研究进展

本文介绍了近年来俯冲带热结构的最新研究成果，包括研究方法、与消减有关的参数、流体对热结构的影响，及其在研究俯冲带流体的产生、变质作用及演化和岛弧岩浆成因上的应用。     

大别造山带地壳泊松比结构与超高压变质带—来自宽角反射与近垂直反射剖面的启示

综合宽角反射、近垂直反射的探测结果和有关地质资料，对大别造山带地壳结构和超高压变质带研究显示：大别造山带地壳具有层块结构特征。沿安义－庄墓剖面，上地壳有7个弹性块体，中地壳有5个，下地壳有4个。扬子与华北地块的主缝合带是超高压变质带，扬子地块与大别造山带的现今分界线是与郯庐断裂相交的太湖－马庙断裂，磨子潭－晓天断裂是大别造山带的北界，北淮阳构造带呈楔状向下插入，它与华北地块的分界是肥中断裂。郯庐断裂在中、上地壳近于直立，下地壳向西倾斜。超高压变质带的厚度为5－7km，产状向北插入到北大别块体之下，折返过程是构造就位，不是大别山的均匀抬升，折返的主运动面是水吼－五河高温剪切带。     

Lithium Isotopic Geochemistry in Subduction Zones: Retrospects and Prospects

Subduction zones involve many complex geological processes, including the release of slab-derived fluids, fluid/rock interactions, partial melting, isotopic fractionations, elemental transporting, and crust/mantle interactions. Lithium (Li) isotopes (6Li and 7Li) have relative mass difference up to 16%, being the largest among metal elements. Thus, Li isotopes have advantage to interprete trace various geological processes. Most importantly, during crust/mantle interactions in deep subduction zones, surface materials and mantle rocks usually have distinct Li isotopic compositions. Li isotopes can be potential tracer for subduction processes, from the onset of subduction to the release of Li from subducted slabs and interaction with mantle wedge, as well as the fate of Li in slab-derived fluids and residual slabs. Moreover, the Li isotopic composition of subducting output materials can provide useful information for understanding global Li circulation. With developments in measurement and expansion of Li isotopic database, Li isotopic geochemistry will provide more inference and be a powerful tracer for understanding subduction-related processes. This work retrospected the application of Li isotopes in tracing successive subduction processes, and made some prospects for further studies of Li isotopes.     

超高压榴辉岩-脉体体系成因和俯冲带变质流体演化

超高压岩石-脉体体系是认识俯冲带流体性质和行为的天然实验室.通过总结大别超高压变质带3个榴辉岩（角闪岩）-脉体体系的研究成果,探讨了大陆俯冲带变质流体的溶解-结晶过程和氧逸度变化规律以及流体对轻元素硼的迁移过程.对榴辉岩-复合高压脉体的研究发现超高压流体通过溶解矿物富集溶质组分,流体随后经历3期结晶过程,分别形成绿辉石-绿帘石脉、绿帘石-石英脉和蓝晶石-绿帘石-石英脉.绿帘石La、Cr和δEu值是判断结晶次序的关键指标.对榴辉岩-角闪岩-低压脉体研究表明大陆俯冲带低压变质流体的氧逸度明显高于高压-超高压变质流体.高氧逸度条件也导致一些反常矿物（如退变金红石）的生长.对含电气石榴辉岩-脉体研究揭示变质碳酸盐岩是大陆俯冲板片中重硼同位素的重要储库,其在汇聚板块边界的脱硼作用显著影响深部硼循环.上述研究成果为理解俯冲带变质流体演化和物质循环提供重要科学依据.      

Constraints from Thorium/Lanthanum on Sediment Recycling at Subduction Zones and the Evolution of the Continents

Arc magmas and the continental crust share many chemical features,but a major question remains as to whether these features arecreated by subduction or are recycled from subducting sediment.This question is explored here using Th/La, which is low inoceanic basalts (<0·2), elevated in the continents(>0·25) and varies in arc basalts and marine sediments(0·09–0·34). Volcanic arcs form linear mixingarrays between mantle and sediment in plots of Th/La vs Sm/La.The mantle end-member for different arcs varies between highlydepleted and enriched compositions. The sedimentary end-memberis typically the same as local trench sediment. Thus, arc magmasinherit their Th/La from subducting sediment and high Th/Lais not newly created during subduction (or by intraplate, adakiteor Archaean magmatism). Instead, there is a large fractionationin Th/La within the continental crust, caused by the preferentialpartitioning of La over Th in mafic and accessory minerals.These observations suggest a mechanism of ‘fractionation& foundering’, whereby continents differentiate intoa granitic upper crust and restite-cumulate lower crust, whichperiodically founders into the mantle. The bulk continentalcrust can reach its current elevated Th/La if arc crust differentiatesand loses 25–60% of its mafic residues to foundering. KEY WORDS: arc magmatism; continental crust; delamination; thorium; sediment subduction     

俯冲带中水流体的化学性质研究进展

俯冲带中的水在壳幔演化和物质交换中起重要作用。本文就俯冲带中水的物理化学性质、溶液中的离子缔合、混溶、主量元素与微量元素组成等方面进行了阐述。重点剖析:1)超临界态下温度压力条件的改变导致水微观结构与性质的变化,扩散系数、粘度等性质随之改变,进而对水岩反应产生影响;2)富水流体中离子缔合影响着金属配合物数量,很大程度制约流体中矿物的溶解行为;3)低Cl流体中微量元素配分模式与岛弧玄武岩类似,意味着富水贫氯碱性硅酸盐成分的流体在地幔楔元素运移中起关键作用。并展望了俯冲带中流体化学性质研究的新手段。     

俯冲带岩浆作用与大陆地壳生长

大陆地壳的起源、生长和改造一直都是国际地学界广泛关注的热点问题,目前仍存在一定的争议,特别体现在陆壳增生的方式和速率上.为了探讨大陆地壳的生长方式,简要综述了俯冲带及其岩浆作用和大陆地壳生长的研究成果.俯冲带可划分为洋洋俯冲带、洋陆俯冲带和陆陆俯冲带,其岩浆作用以产出弧岩浆岩为主要特征,被广泛接受为大陆地壳生长的主要方式.目前主要有两种陆壳生长的假说:玄武岩模式和安山岩模式.玄武岩模式主要通过拆沉和底垫过程来实现新生地壳向大陆地壳的演化;安山岩模式则强调陆壳直接形成于产出安山质岩浆的俯冲带岩浆弧环境.俯冲带和碰撞带等板块汇聚边界是显生宙大陆地壳生长和改造的主要位置,俯冲带岩浆作用对陆壳生长发挥着重要的作用.      

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.      

俯冲带地震诱发机制:研究进展综述

俯冲带作为地球循环体系的关键部位,具有构造活跃、地震多发以及地质条件复杂等特征。基于震源位置,俯冲带地震既可划分为板间和板内地震,也可分为浅源、中源和深源地震。俯冲带内的浅源地震包括板间地震和浅源板内地震,而中源和深源地震皆属于板内地震。在地球浅部,温度与压力低,浅源地震是由岩石发生脆性破裂或沿着先存断层发生不稳定摩擦滑移造成的。随着深度增加,温度和压力的增加使得流行于浅部的脆性和摩擦行为在无水条件下被强烈抑制,岩石从而表现为可抑制地震的韧性行为,使得中-深源地震的诱发机制有别于常规的脆性行为。随着研究的逐渐深入,人们了解到中源地震的诱发机制主要是脱水或与流体相关的致脆以及塑性剪切失稳,而深源地震的成因主要是相变致裂。然而,中-深源地震很可能是两种或两种以上机制共同作用的结果。例如,在中源深度既可能是流体相关的致脆导致脱水源区的脆性围岩产生地震,亦可能是脱水的蛇纹岩本身可能在流体孔隙压的作用下作粘滑滑移,而前者比后者更为重要。孕震带宽度大于"反裂隙模型"预测的亚稳态橄榄石冷核宽度的深源地震可能是由第一阶段的相变致裂和第二阶段的塑性剪切失稳诱发,而孕震带的实际宽度与预测宽度相当的深源地震则可能仅由相变致裂引起。只要过渡带内名义无水矿物中的结构水能释放出来,脱水致脆同样可能触发一些深源地震;而塑性剪切失稳不仅能在中-深源地震触发后的扩展阶段起着主导作用,而且还能单独触发一些中-深源地震,因此能够解释大多数反复发生的中-深源地震活动。     

大洋板块俯冲带地震波各向异性及剪切波分裂的成因机制

大洋板块俯冲带是许多重要地质作用(例如脱水、部分熔融、岩浆和地震活动)发生的场所.对位于俯冲带之上的地震台站所检测到的不同剪切波的数据解析,可以获得源于上覆板块、地幔楔、俯冲板块和板下地幔的地震波各向异性的关键信息.本文系统总结了世界各地大洋俯冲带的剪切波分裂样式,对目前国际上流行的大洋俯冲带的地震波各向异性的主要成因...