深部过程中地幔流体现实微观踪迹的实验证据

伴随深部地质过程的地幔流体作用是引发地壳中成矿作用的重要物质源和动力源。由于地幔流体的超深源性及由此决定其性质和演化的复杂性,使人们很难具体捕捉其实际存在,或者多数情况下很难准确界定。通过岩相学、岩石化学、电子探针和扫描电镜及能谱分析的综合研究发现,地幔流体活动的现实微观踪迹和存在方式可以表现为富铁熔浆包体和富铁微晶玻璃,二者在透射偏光显微镜下无光性,呈黑色不透明状;反射偏光显微镜下不反光,但在电子显微镜下呈显微晶质结构,显示微晶金属和非金属矿物之间呈熔离交生,超微晶矿物组成以硅酸盐和石英为主,尤其是经过成分配比换算,得到碳硅石,含铬自然铁、钛铁矿、磷灰石和含钛镜铁矿等地幔标型矿物,反映了地幔流体的熔浆性质。捕捉和揭示深部地质过程中地幔流体作用的现实微观踪迹,对于深入分析和认识地壳地质作用的机制和成矿效应具有重要理论和现实意义。     

陆壳达至地幔深度俯冲作用：岩石学证据

陆壳岩石的变质作用在常规约为35km深度,压力近10kb的壳幔边界并未结束,在大陆与大陆的碰撞过程中,俯冲作用至少可以继续到相当于30kb的深度。本文回顾了新近在西阿尔卑斯大陆变质沉积物中发现的高压矿物,矿物组合以及某些相平衡的实验成果,总结了鉴别这一新的“超高压变质作用”的基本原则,由于在随后发生的面线性逆冲过程中,这些岩石一般要重新达到平衡(退化变质作用),所以它在自然界中很少见。 1 引言数十年来的经典概念认为,自地球在45亿年以前由增生作用形成以来,地壳就一直是地球演变产物的堆积场所.因此,人们确信,主要由花岗岩,片麻岩,(变质)沉积物和某些玄武质岩石组成的陆壳,其平均成分实际是地质历史中自地幔中产生和喷出的各种固化熔体     

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。     

俯冲工厂和大陆物质的俯冲再循环研究

板块的俯冲系统可以比拟为一个工厂。再循环研究强调对俯冲物质各种组分的行为、去向的追踪和定量分析。沉积物俯冲和俯冲侵蚀作用导致陆壳物质返回地幔,初步估算表明,大陆物质返回地幔的速率与岩浆活动导致陆壳生长的速率在数量上大体相当,晚近时期陆壳的净增长速率可能近于零。大洋岛玄武岩地化特征上的多样性提示,沉入下地幔的板片可能从深部卷入地幔柱的源区。俯冲再循环过程对地壳、地幔的动力学和演化产生深刻影响。     

地幔柱和地幔流体作用与深部找矿应用研究

地球是一个复杂的系统，自形成以来，一直处于不停地运动、分异和演化过程；它不仅存在着圈层结构，而且伴随其自转和公转的离心力，以及核幔间的温度差、压力差、密度差、粘度差、速度差和放射性蜕变热等动热机制， 同时存在着以地幔柱和地幔流体作用方式的物质垂向运动；这一过程，不仅直接向地壳带入核幔成矿物质，而且通过流体自身的超临界性质，将沿途活化已有初步富集的成矿物质转移至地壳适宜部位集中成矿。因此，大多与深大断裂有关的矿床，其成矿作用多与成矿物质的垂向运动密切相关，进而可能具备深部成矿的条件。研究从地幔柱和地幔流体作用入手，探讨了大型和超大型矿床形成的地球化学背景，揭示了开展深部找矿应用的前景。     

地幔柱和地幔流体作用与深部找矿应用研究

地球是一个复杂的系统,自形成以来,一直处于不停地运动、分异和演化过程;它不仅存在着圈层结构,而且伴随其自转和公转的离心力,以及核幔间的温度差、压力差、密度差、粘度差、速度差和放射性蜕变热等动热机制,同时存在着以地幔柱和地幔流体作用方式的物质垂向运动;这一过程,不仅直接向地壳带入核幔成矿物质,而且通过流体自身的超临界性质,将沿途活化已有初步富集的成矿物质转移至地壳适宜部位集中成矿。因此,大多与深大断裂有关的矿床,其成矿作用多与成矿物质的垂向运动密切相关,进而可能具备深部成矿的条件。研究从地幔柱和地幔流体作用入手,探讨了大型和超大型矿床形成的地球化学背景,揭示了开展深部找矿应用的前景。     

大洋地幔橄榄岩-铬铁矿中的金刚石和深地幔再循环

全球多地蛇绿岩型地幔橄榄岩和铬铁矿中发现微粒金刚石,并在中国西藏南部和俄罗斯乌拉尔北部的蛇绿岩铬铁矿中发现原位产出的金刚石,认为是地球上金刚石的一种新的产出类型,不同于金伯利岩型金刚石和超高压变质型金刚石。它们与呈斯石英假象的柯石英、高压相的铬铁矿和青松矿等高压矿物以及碳硅石和单质矿物等强还原矿物伴生,指示蛇绿岩中的这些矿物组合形成于深度150~300 km或者更深的地幔。金刚石具有很轻的C同位素组成（δ13C-18‰~-28‰）,并出现多种含Mn矿物和壳源成分包裹体。研究认为它们曾是早期深俯冲的地壳物质,达到>300 km深部地幔或地幔过渡带后,经历了熔融并产生新的流体,后者在上升过程中结晶成新的超高压、强还原矿物组合,通过地幔对流或地幔柱作用被带回到浅部地幔,由此建立了一个俯冲物质深地幔再循环的新模式。蛇绿岩型地幔橄榄岩和铬铁矿中发现金刚石等深部矿物,质疑了蛇绿岩铬铁矿形成于浅部地幔的已有认识,引发了一系列新的科学问题,提出了新的研究方向。     

扬子克拉通北缘中、新元古代洋壳俯冲及壳幔再循环作用的同位素地球化学证据

报道和总结了近期陕西汉中碑坝和西乡地区重要地质体系统同位素年代研究成果，在重新厘定的年代学基础上，就扬子克拉通北缘同位素特征及其地质意义进行剖析，依据该区岩浆作用的上地幔源区性质及演化规律，提出了中、新元古代扬子克拉通北缘存在与现代板块运动类似的洋壳俯冲和壳幔再循环作用的同位素地球化学证据     

尚义杂岩:现代俯冲过程在太古宙的证据

沿尚义-崇礼断裂带华北太古宙麻粒岩带与古元古宙红旗营子群之间,发现了三处太古宙古洋壳残片,近东西向断续延伸长约240 km,南北宽约1～3 km,均为外来的构造断块[1],本文将其统称为尚义杂岩.     

俯冲带深部流体:来自超高压变质锆石晶内结构和包裹物的证据

利用阴极发光和激光拉曼研究了大别山俯冲带超高压基性和长英质变质岩中的锆石。超高压变质增生锆石环带或新生锆石颗粒从不同角度反映了俯冲带地幔深度流体作用信息。其一,在超高压变质锆石生长域中存在微米级流体包裹体。由于其十分细小,组成往往难以测定。但是在变基性岩中检测到富CO2的负晶形包裹体。其二,在超高压锆石生长域中较普遍地发现富含挥发份的多硅白云母和磷灰石包裹体,其与典型的超高压变质矿物———柯石英稳定共生。副矿物研究表明,即使是在新鲜的弱退变质的榴辉岩中,富含挥发份的矿物相———磷灰石仍是含量较高的矿物,说明在俯冲带的深部(>100km),流体仍可以稳定地保存在高挥发份的矿物晶体格架中。其三,超高压变质增生锆石环带的边界呈蚕食状或港湾状,指示流体参与了锆石的变质生长过程,即通过流体与锆石之间的相互作用导致原有锆石的溶解和新生锆石的沉淀结晶。考虑到如此高的锆溶解度,认为在地幔俯冲深度,流体的成分复杂,并不是简单的富水体系,其化学组成与深熔融体相似,且赋存状态应为含水融体相。     

地幔离析作用：深部构造流体化作用

近来对海沟环境所作的直接观察表明，大量的湿沉积物受到消减。海沟带内及其附近的气体相也显示了有机质和大洋流体消减的证据。蛇纹岩海山也表明有大量的蛇纹岩受到消减。因此在消减板块的上部，变质作用过程必然会产生流体化层，它可沿着消减断层向外喷出或通过水压破裂机制向上侵入覆盖层岩系中。这一过程被称之为离析作用，可以解释消减组合，即深海泥质岩脉和火山中所发现的含有高压岩石的某些外来组合，这一过程可能与地震事件     

碳酸盐岩地沉积过程的计算机模拟

用定的计算方法来模拟碳酸盐台地的二维地层空间，可以预测储层分布，调整井和地地震资料的解释，在盆地前期勘探资料不足的情产史下，检验勘探方案及估计地层的基本控制因素。财时在模拟出的图形中，可以清晰地看到层序地层学中提出的一些地层要素。     

华北克拉通破坏的物理、化学过程:地幔橄榄岩证据

本文对比了华北东部不同时代、不同位置捕虏体/地质体橄榄岩的地幔属性,讨论了华北克拉通破坏的物理、化学过程。结果表明,拆沉作用不能很好地解释古老难熔、过渡型和新生饱满地幔并存的事实;单纯的熔体-橄榄岩相互作用也不易解释中、新生代岩石圈巨大减薄和新生饱满地幔Cpx中LREE亏损现象,即具复杂演化历史的克拉通地幔向演化历史简单的"大洋型"岩石圈的转换。华北东部克拉通破坏作用包括地幔伸展、熔-岩作用、侵蚀置换等复杂的物理、化学过程。岩石圈先大幅减薄、后小幅增厚实现了最终的地幔置换和岩石圈整体减薄过程。喷发时代为100 Ma的阜新玄武岩所捕获的橄榄岩主体是饱满的,说明华北东部部分地区在此之前有过地幔置换作用。     

俯冲带脱碳和固碳作用过程

俯冲带作为联系地表和地球深部系统的纽带,不仅是将地表碳带入地球深部的主要通道,也是地表物质和地球深部物质发生交换的重要场所.俯冲作用可以将地表碳以有机碳或无机碳酸盐矿物等形式带入地球深部,再通过火山作用或去气作用返回到地表系统.俯冲带深部碳循环控制着地表碳通量变化,对于研究全球气候变化和地球宜居环境具有重要意义.本文结...     

桂西那坡基性岩地球化学:峨眉山地幔柱与古特提斯俯冲相互作用的证据

华南板块西南缘、越北地块以北桂西那坡县城以西及西南一带发育一套晚二叠世基性岩,由层状、似层状次火山岩相辉绿岩、辉绿玢岩及球状岩组成。根据岩石地球化学特征,那坡基性岩可划分为高Ti(TiO_22.8%和Ti/Y500)和低Ti两部分。高Ti基性岩为碱性玄武岩,而低Ti基性岩为拉斑玄武岩。与低Ti基性岩相比,高Ti基性岩整体具有相对较低的SiO_2、MgO和较高的FeO_t、P_2O_5,轻、重稀土分馏明显,富集大离子亲石元素(LILE)和高场强元素(HFSE),显示出似OIB地球化学特征,与峨眉山高Ti玄武岩具高度亲缘性;低Ti基性岩具有相对较高的SiO_2、MgO和较低的FeO_t、P_2O_5,稀土配分曲线较平坦,富集LILE,严重亏损HFSE(Nb、Ta),与岛弧玄武岩地球化学特征类似。从微量元素比值及相关图解对岩浆源区和构造环境判别,那坡高Ti基性岩来自富集OIB地幔源区,而低Ti基性岩兼具OIB和岛弧岩浆源区的过渡特征。结合岩石地球化学特征及区域地质背景,认为那坡高Ti基性岩可能为峨眉山地幔柱岩浆作用的产物,低Ti基性岩为古特提斯俯冲与峨眉山地幔柱共同作用的产物,揭示了那坡地区晚二叠世同时受到峨眉山地幔柱和古特提斯俯冲相互作用的影响。     

青藏高原的地幔结构:地幔羽、地幔剪切带及岩石圈俯冲板片的拆沉

通过横穿青藏高原近 80 0 0km长的 4条天然地震层析剖面 ,获得 4 0 0km深度以上的地壳和地幔速度图像及地震波各向异性 ,揭示了青藏高原 4 0 0km深度范围内的地壳和地幔结构特征。地幔速度图像显示 ,青藏高原腹地的深地幔中存在以大型低速异常体为特征的地幔羽 ,其可能通过热通道与大面积分布的可可西里新生代高钾碱性火山作用有成因联系 ;阿尔金、康西瓦、金沙江、嘉黎及雅鲁藏布江等走滑断裂可下延至 30 0～ 4 0 0km深度 ,显示了低速高热物质组成的垂向低速异常带特征及大型超岩石圈或地幔剪切带的产出 ;发现康西瓦、东昆仑—金沙江、班公湖—怒江和雅鲁藏布缝合带下部存在不连续的高速异常带 ,可以解释为青藏高原地体拼合及碰撞过程中可能保留的加里东、古特提斯和中特提斯大洋岩石圈“化石”残片 ,是“拆沉”的地球物理证据。印度大陆岩石圈的巨厚俯冲板片以 15～ 2 0°倾角向北插入唐古拉山下 30 0km深处 ,并被高热物质组成的地幔剪切带分开。结合新的横穿喜马拉雅及青藏高原的地幔层析资料 ,提出青藏高原碰撞动力学新模式 :青藏高原南部印度岩石圈板片的翻卷式陆内超深俯冲 ,北缘克拉通向南的陆内俯冲 ,腹地深部的地幔羽上涌 ,以及地幔范围内的高原“右旋隆升”及物质向东及北东方向运动及挤出。     

青藏高原的地幔结构:地幔羽、地幔剪切带及岩石圈俯冲板片的拆沉

正断层位移长度关系是近年来研究正断层的一种常用方法 ,它将断层的研究从二维扩展到三维。研究正断层位移长度关系对于研究正断层演化、盆地演化以及油气勘探等方面具有重要意义。讨论了影响正断层位移距离剖面形态的主要因素 :断层端的脆韧性变形、围岩强度、远程应力以及断层之间的相互作用和连接等。根据正断层位移距离剖面的几何形态和断层发育阶段 ,可将断层的位移模式分为 3个类型 :(1)对称的椭圆状或钟状代表简单的单条断层 ;(2 )不对称的似椭圆状或钟状代表断层间的相互作用 ;(3)不规则的锯齿状代表由多条断层连接而成的断层。介绍了伴随正断层发育的传递斜坡、盆内高地等构造单元以及断层位移距离剖面的测量制作方法。测量时应注意恢复其剥蚀部分。     

应力驱动的大陆碰撞作用：综合齿状构造作用和地幔俯冲构造作用

利用一种模式可能综合两种端员模式种类。这两种端员模式已经用于解释大陆碰撞期间地壳变形作用的模型，这种模式包括了来自侧翼的锯齿模式以及来自于下伏的俯冲层段的底部力作用。