喜马拉雅造山带地壳深熔作用: 来自聂拉木群混合岩的地球化学和年代学证据

高喜马拉雅结晶岩系中存在的混合岩化现象是地壳深熔作用的结果. 广泛发育于高喜马拉雅结晶岩系中的混合岩(称为高喜马拉雅混合岩)为研究地壳深熔过程及其与喜马拉雅淡色花岗岩(简称为淡色花岗岩)的成因联系, 为探讨地壳深熔在碰撞造山后地壳演化中的作用提供了重要的线索. 目前对于混合岩与淡色花岗岩的形成是否存在成因关联, 混合岩与深部断裂构造的形成和发展之间的关系问题, 在认识上存在分歧. 缺乏该混合岩形成的直接年代学资料是产生分歧的重要原因之一. 对高喜马拉雅结晶岩系中的混合岩的3个基本组成单元——中色体、浅色体和暗色体进行了详细的地球化学研究; 对其中的浅色体进行了K-Ar年代学研究. 结果表明Ⅰ-类浅色体的形成年龄约为23 Ma. 该年龄与喜马拉雅主中央断层开始活动的时代一致或略早于其形成时代, 显示地壳深熔在主中央断层的形成中可能起着关键的作用. Ⅱ-类浅色体的形成年龄与淡色花岗岩的形成时代一致, 从年代学上为淡色花岗岩与混合岩中浅色体的成因联系提供了新的约束. 本次研究在聂拉木地区获得了6.23 Ma浅色体形成年龄, 这是目前在高喜马拉雅中段获得的最年轻的淡色花岗岩岩浆活动的证据.     

藏南喜马拉雅淡色花岗岩稀有金属成矿作用初步研究

喜马拉雅淡色花岗岩是青藏高原广泛分布且独具特色的地质组成,呈东西向分布,延绵超过1000km.它们可划分为黑云母花岗岩、二云母/白云母花岗岩、电气石花岗岩和石榴石花岗岩,此外,发育程度不等的钠长石花岗岩和花岗伟晶岩.本文介绍了对喜马拉雅淡色花岗岩稀有金属成矿的初步研究结果.在本次调查的15个淡色花岗岩体岩体中,有12个岩体中发现了稀有金属矿物,包括代表铍成矿的绿柱石,代表铌钽成矿的铌铁矿族矿物、重钽铁矿、烧绿石-细晶石、褐钇铌矿、铌铁金红石,代表锡成矿的锡石等.初步研究表明,喜马拉雅淡色花岗岩的稀有金属成矿范围广,具有良好的稀有金属成矿潜力,可成为中国重要的稀有金属成矿带,未来需要尽快加强该地区的稀有金属成矿调查和研究工作,为中国稀有金属矿产资源接替基地的找寻提供理论依据.     

喜马拉雅─祁连山地壳构造与大陆─大陆碰撞过程

在青藏高原,利用远震波形及演所得的Moho界面深度,其横向变化很大．在班公缝合带附近,Moho界面出现10余公里的错断．羌塘块体的Moho界面向北倾斜,而柴达木和巴颜喀拉的Moho界面向南倾斜．利用近震Pn的走时验证远震波形反演所得的Moho界面深度,两者的结果十分吻合．综合近来地球物理观测的结果。我们得到喜马拉雅─祁连山的地壳构造图,它贯穿印度─欧亚的碰撞带和中生代的陆─陆碰撞带．特提斯喜马拉雅和拉萨块体的地壳是由多个双向冲断层所组成,它们可以解释为在不同时期中,印度次大陆曾经数次向拉萨块体地壳挤入,而且羌塘块体的地壳也向拉萨块体的地壳挤入．测量冲断层的水平长度,可以定量估算自50Ma陆─陆碰撞以来,印度次大陆和羌塘块体向特提斯喜马拉雅和拉萨块体地壳挤入的长度．     

喜马拉雅─祁连山地壳构造与大陆─大陆碰撞过程

在青藏高原,利用远震波形及演所得的Moho界面深度,其横向变化很大．在班公缝合带附近,Moho界面出现10余公里的错断．羌塘块体的Moho界面向北倾斜,而柴达木和巴颜喀拉的Moho界面向南倾斜．利用近震Pn的走时验证远震波形反演所得的Moho界面深度,两者的结果十分吻合．综合近来地球物理观测的结果。我们得到喜马拉雅─祁连山的地壳构造图,它贯穿印度─欧亚的碰撞带和中生代的陆─陆碰撞带．特提斯喜马拉雅和拉萨块体的地壳是由多个双向冲断层所组成,它们可以解释为在不同时期中,印度次大陆曾经数次向拉萨块体地壳挤入,而且羌塘块体的地壳也向拉萨块体的地壳挤入．测量冲断层的水平长度,可以定量估算自50Ma陆─陆碰撞以来,印度次大陆和羌塘块体向特提斯喜马拉雅和拉萨块体地壳挤入的长度．     

深反射地震揭示喜马拉雅地区地壳上地幔的复杂结构

报告了中、美两国在喜马拉雅山区进行的第一次深反射地震试验的结果．试验剖面南起喜马拉雅山山脊南亚东县的帕里镇，向北穿过喜马拉雅山脊的荡拉，到达康马南的萨马达．剖面长约１００ｋｍ．共中心点（ＣＭＰ）叠加剖面上显示出：１．在地壳中部有一强反射带，向北缓倾斜下去，延长达１００ｋｍ以上．它可能代表了一个活动的逆冲断裂或是一条巨大的拆离带，印度地壳整体或下地壳沿此拆离层俯冲到藏南之下．２．上部地壳的反射很丰富，显示了上地壳存在着大规模的叠瓦状结构．３．下地壳的反射同相轴呈现短而有规律的分布，显示了塑性流变特征．４．在测线南部莫霍反射明显，深度达７２－７５ｋｍ．发现南部有双莫霍层的存在．５．试验中还取得莫霍层下面３２，３８，４８ｓ等双程走时的多条反射，向北倾斜，反射同相轴延续较长，信息丰富，反映了上地幔的成层结构和变形特征．这些结果对印度大陆地壳整体或其下地壳俯冲到藏南特提斯喜马拉雅地壳之下，并导致西藏南端地壳增厚的观点，给予了实质性的支持．     

滇西哀牢山地区晚三叠世高εNd（t）-εHf（t）花岗岩的构造指示

高εNd（t）-εHf（t）花岗岩是研究陆壳生长的有力证据。哀牢山构造带中段滑石板花岗岩样品激光锆石U-Pb年代学、Lu-Hf同位素和全岩主微量元素、Sr-Nd同位素分析结果表明其为高硅（SiO2=72.66wt%-73.70wt%）、低镁（Mg^#=0.28-0.34）、弱过铝质（A/CNK=1.01-1.05）的高钾钙碱性I型花岗岩, 具有正的εNd（t）值（3.28-3.55）。其中两个样品的锆石^206Pb/^238U加权平均年龄分别为（229.9±2.0）和（229.3±2.3） Ma, 对应的εHf（t）分别为9.8-12.6和8.4-13.1. 229 Ma代表了花岗岩结晶年龄, 结合对近年来国内外关于哀牢山深变质杂岩的年代学资料的统计分析, 可以认为哀牢山深变质岩并非前人所认为的是扬子地台前寒武纪结晶基底的一部分, 而是由中元古代、新元古代、海西早期、印支期和喜马拉雅期等不同时代岩石组成的变质杂岩。滑石板高εHf（t）花岗岩的形成经历了两个阶段： 二叠纪受到流体、熔体交代的地幔楔部分熔融底侵到下地壳形成岛弧下地壳; 晚三叠世碰撞后阶段上涌的软流圈地幔热导致新生下地壳重熔。滑石板高εNd（t）-εHf（t）花岗岩记录了哀牢山构造带经历过的一次地壳增生事件。     

藏南岩石圈导电性结构与流变性——超宽频带大地电磁测深研究结果

为了比较全面、客观地认识青藏高原岩石圈深部结构,探讨高原岩石圈形变特征、应变状态、热结构、板块（或地体）运动和壳、幔物质流变等重要科学问题,必须研究高原内部各个地质构造区域壳、幔电性结构沿东西方向的变化;INDEPTH—MT在喜马拉雅．西藏南部地区完成了6条超宽频带大地电磁深探测剖面研究．通过这6条剖面的电性结构成像,讨论了研究区地壳和上地幔导电性三维结构特点;发现西藏南部沿东西方向超出1000km范围,较普遍存在中、下地壳高导层,这高导层并不完全是连续的,向雅鲁藏布江大拐弯处高导层变薄、变浅、电阻率升高．讨论了藏南岩石圈的流变性问题,认为藏南中、下地壳具有良导电性,可以证明西藏巨厚的地壳中确实存在部分“熔融体”和“热流体”,藏南巨厚的中、下地壳的物质状态是热的、软弱的、塑性的,甚至可能是“流变”的;结合岩石物理实验结果的讨论认为,与藏南大地电磁资料相适应的地壳部分熔融百分比应能达到5％～14％;对于地壳中的细晶岩来说,在这个熔融百分比下引起黏度的降低量有可能达到引起地壳“流变性”的要求：但对于花岗岩来说,也许不足以引起地壳产生“流变”．     

喜马拉雅及南藏的地壳俯冲带——地震学证据

地质学的证据表明 ,在喜马拉雅的冲断层带MCT和MBT处有大规模的地壳缩短 ;在雅鲁藏布缝合带附近也观测到冲断层 .但是 ,迄今还不知道这些冲断层向下俯冲多深 .我们根据地震学的证据 ,认为喜马拉雅及南藏的冲断层向下延伸至 80- 1 0 0km ,然后停止 .在MCT、MBT以及雅鲁藏布缝合带下面的冲断层与喜马拉雅以及南藏的多次地壳俯冲有密切关系 .这个现象为印度-欧亚的碰撞过程设定一个十分重要的框架 .该地区的地壳俯冲有一定深度 ,由于入侵的地壳太轻 ,使俯冲不能更深 ;此时由于印度板块的继续向北推进 ,在原俯冲带后方 ,出现另一个新的地壳俯冲带 .喜马拉雅与南藏的多重地壳俯冲与该地区地质活动的多幂性相吻合 .首先 ,在雅鲁藏布缝合带产生地壳俯冲 ,在到达 80- 1 0 0km处停止 .然后 ,在雅鲁藏布以南的MCT和MBT相继产生新的地壳俯冲 .它们也在 80- 1 0 0km的深处停止 .除了喜马拉雅和雅鲁藏布向北倾斜的地震带外 ,另外还观测到一个自地表从唐古拉山向南缓慢倾斜并到达雅鲁藏布地壳底部的地震带 .它可以解释为在唐古拉山附近的地壳向北仰冲 .喜马拉雅及南藏的多重地壳...     

青藏高原构造热演化的主要控制因素

从构造热演化的角度研究了青藏高原的形成模式,对形成机制中的两种主要假说:双地壳模型和叠瓦状模型进行了热模拟.在模拟时考虑了逆冲断层、均衡地壳抬升和沉积覆盖层对温度场的影响.结果表明,双地壳模型的热演化结果和实际观测资料明显不符;叠瓦状模型的结果在藏南地区能够较好地符合地球物理观测资料和解释地质构造运动.除较高的放射性元素含量外,断层的摩擦剪切热和沉积盖层热折射伴随地体的抬升侵蚀是喜马拉雅两条花岗岩带和反转的高温变质岩带的主要成因,并和现今上地壳水热活动有密切的关系.     

日本东北宫城北部1962年M6．5地震孕震区的电磁不均匀性

为了研究日本东北部官城县境内1962年官城北部M6．5地震的孕震区大地电阻率结构，我们进行了大地电磁测量。二维反演表明，在该地区的地壳上部存在一个深的导电层，其上覆盖有高电阻带。该高电阻带之上还被认出有一个正航磁异常存在，人们把它解释为一个北上山地地下深成花岗岩岩体。通过与地震活动性进行比较我们发现，微震只发生在深导电层上方和高阻带里，并且几个S波反射体正好位于深导电区上方。由于S波反射体表明其下有流体存在，深导电层可以被解释为是一个充满流体的区带。而且我们认为，流体从导电性的充满流体的区带向高阻的深成花岗岩岩体的渗流可成为一种触发地震。     

Crustal structure beneath the Hi-CLIMB seismic array in the central-western Tibetan Plateau from the improved H-κ-c method

The Hi-CLIMB seismic array is located in the central-western Tibetan Plateau. The H-κ-c method (Li JT et al., 2019) was applied to receiver function data on the HiCLIMB, which corrects the back-azimuthal variations in the arrival times of Ps and crustal multiples caused by crustal anisotropy and dipping interfaces before performing H-κstacking. Compared to the traditional H-κ method, the H-κstacking results after harmonic corrections showed considerable improvements, including greatly reduced errors, significantly less scattered H (crustal thickness) and κ (crustal vP/vS ratio) values, and clearer patterns of H and κ in different Tibetan blocks. This demonstrates that the H-κ-c method works well even for regions with complex crustal structures, such as the Tibetan Plateau, when there are helpful references from nearby stations or other constraints. The variation in crustal thickness agrees with previous studies but tends to be relatively shallower beneath most of the plateau. Two regions with particularly high crustal vP/vS were observed, namely, one in the northern Himalaya block and beneath the YarlungZangbo suture, and the other in the Qiangtang block. Their correlation with mid-crust low S velocities from previous studies suggests the possible presence of fluid or partial melt in the two regions, which may have implications for the crustal flow model. In contrast, the Lhasa block had relatively lower crustal vP/vS and relatively higher crustal S velocity within the plateau, which is interpreted to be mechanically stronger than the Himalaya and Qiangtang blocks, and without mid-crust partial melt.     

剪切生热与花岗岩部分熔融——关于喜马拉雅地区逆冲断层与地壳热结构的分析

本文对影响喜马拉雅逆冲断层地区热结构的三种主要热源（断层的摩擦剪切热,地壳的放射性热和上地幔的传导热）的效应进行了计算分析,在计算中考虑了岩石的流变性造成的剪应力和温度的非线性关系及岩石温度到达熔点时的熔解热.结果表明,尽管地壳的放射性热和上地幔的传导热也可能引起地壳中的部分熔融,但此时熔融将从地壳底部开始发生,这与喜马拉雅地区观测到的地质现象不符;在考虑了剪切断层带的剪切热后,熔融将从断层附近开始发生,因此得到了比较符合实际地质现象的结果.     

Melting experiments on hydrous low-K tholeiite: Implications for the genesis of tonalitic crust in the Izu–Bonin – Mariana arc

A series of water-deficient partial melting experiments on a low-K tholeiite were carried out under lower crustal P–T–H₂O conditions (900–1200 °C, 0.7–1.5 GPa, 2 and 5 wt% H₂O added) using a piston-cylinder apparatus. With increasing temperature at 1.0 GPa, supersolidus mineral assemblages vary from amphibolitic to pyroxenitic. Garnet crystallizes in the higher pressure runs (> 1.2 GPa). Melt compositions show low-K calc-alkalic trends, and are classified as metaluminous or peraluminous tonalite. These features are similar to the felsic rocks in the Izu–Bonin – Mariana (IBM) arc, for example Tanzawa plutonic rocks. The anatectic origin of Tanzawa tonalites is consistent with geochemical modeling, which demonstrates that the rare earth element (REE) characteristics of Tanzawa plutonic rocks (which represent the middle crust of the IBM arc) can be generated by partial melting of amphibolite in the lower crust (∼ 50% melting at 1050 °C and below 1.2 GPa). Estimated densities of pyroxenitic restites (∼ 3.9 g/cm³) after extraction of andesitic melts are higher than that of mantle peridotite beneath the island arc (3.3 g/cm³). The high density of the restite could cause delamination of the IBM arc lower crust. Rhyolitic magmas in the IBM arc (e.g. Niijima) could be formed by low degrees of partial melting of the amphibolitic crust at a temperature just above the solidus (10% melting at or below 900 °C).     

10.6～1.5GPa、室温～1 200℃条件下青藏高原地壳岩石弹性波速特征

通过对采自青藏高原的六种地壳岩石，包括花岗闪长岩、混合岩、片麻岩、玄武岩、辉橄岩及斜长角闪岩等，进行高温高压纵波速度测量，发现绝大多数地壳岩石其纵波速度在压力高于0.2-0.3GPa时基本上随压力线性增加。在固定压力下随温度升高而降低，但在温度较低时这一现象并不明显，随温度的程式高波速出现明显降低。通过对实验后的样品进行显微薄片分析，发现含水矿物的脱水和部分熔融是造成岩石波迅速降低的主要原因。在实验过程中还发现高压下温度较高时，接收到的超声波振幅会增大。对实验中发现的这些现象本文进行了初步的分析和讨论。     

Constraints on melting and magma production in the crust

Major intrusions of granitic rocks are found in several tectonic settings and, in all cases, crustal melts may contribute to the volumes of granitic magma. High-grade metamorphism and partial melting of the crust take place predominantly under fluid-absent conditions. We present a model for calculating the amounts of melt that may be formed by fluid-absent breakdown of micas and amphiboles in common crustal rock types (pelitic, quartzofeldspathic, intermediate and mafic). Melt proportions depend mainly on the kind of source rock, the pressure at which melting takes place, the temperature and the hydrous mineral (H₂O) content of the source. As a consequence of the pressure dependence of water solubility in silicate melts, any given source rock will produce more melt, by a given fluid-absent reaction, at lower pressure. At a given pressure, higher-temperature reactions can produce more melt from a given source rock. Based on a survey of the compositions of common rock types, we show that the amounts of melt can vary from < 10to> 50vol.%. Thus, crustal rocks vary widely in their “fertility” as magma sources, depending on the types and amounts of hydrous phases they contain. In general, muscovite breakdown in pelites will yield only small quantities of melt and lead to migmatite formation. Biotite breakdown in pelites occurs at higher temperature and, because most high-grade pelites (below granulite grade) are biotite-rich, can yield up to about 50 vol.% of granitoid melt. Rocks of intermediate composition and hornblende-rich mafic rocks are potentially highly fertile magma sources also, provided that the high temperatures necessary for biotite and hornblende breakdown are realized. Pyroxene-rich mafic rocks and quartzofeldspathic rocks are much less potentially fertile. Data suggest that mechanisms exist for the efficient segregation of melt and restite in systems with < 30and probably< 20vol.% melt. The pressure-temperature history of a region can greatly influence crustal source fertility through its control over the occurrence of subsolidus dehydration and melting equilibria.     

剪切生热与花岗岩部分熔融——关于喜马拉雅地区逆冲断层与地壳热结构的分析

本文对影响喜马拉雅逆冲断层地区热结构的三种主要热源(断层的摩擦剪切热,地壳的放射性热和上地幔的传导热)的效应进行了计算分析,在计算中考虑了岩石的流变性造成的剪应力和温度的非线性关系及岩石温度到达熔点时的熔解热.结果表明,尽管地壳的放射性热和上地幔的传导热也可能引起地壳中的部分熔融,但此时熔融将从地壳底部开始发生,这与喜马拉雅地区观测到的地质现象不符;在考虑了剪切断层带的剪切热后,熔融将从断层附近开始发生,因此得到了比较符合实际地质现象的结果.     

A strontium isotope evolution model for cenozoic magma genesis,Estern Great Basin,U.S.A.

Cenozoic volcanism in the Great Basin is characterized by an outward migration of volcanic centers with time from a centrally located core region, a gradational decrease in the initial Sr⁸⁷/Sr⁸⁶ ratio with decreasing age and increasing distance from the core, and a progressive change from calc-alkalic core rocks to more alkalic basin margin rocks. Generally each volcanic center erupted copious silicic ignimbrites followed by small amounts of basalt and andesite. The Sr⁸²/Sr⁸⁶ ratio for old core rocks is about 0.709 and the ratio for young basin margin rocks is about 0.705. Spatially and temporally related silicic and mafic suites have essentially the same Sr⁸⁷/Sr⁸⁶ ratios. The locus of older volcanism of the core region was the intersection of a north-south trending axis of crustal extension and high heat flow with the northeast trending relic thermal ridge of the Mesozoic metamorphic hinterland of the Sevier Orogenic Belt. Derivation of the Great Basin magmas directly from mantle with modification by crustal contamination seems unlikely. Initial melting of lower crustal rocks probably occurred as a response to decrease in confining pressure related to crustal extension. Volcanism was probably also a consequence of the regional increase in the geothermal gradient that is now responsible for the high heat flow of the Basin and Range Province. High Sr isotopic ratios of the older core volcanic rocks suggests that conditions suitable for the production of silicic magmas by partial fusion of the crust reached higher levels within the crust during initial volcanism than during production of later magmas with lower isotopic ratios and more alkaline chemistry. As the Great Basin became increasingly attenuated, progressively lower portions of the crust along basin margins were exposed to conditions suitable for magma genesis. The core region became exhausted in low temperature melting components, and volcanism ceased in the core before nearby areas had completed the silicic-mafic eruption cycle leading to their own exhaustion of crustal magma sources.     

Electrical conductivity of a spinel lherzolite and a garnet peridotite to 1550°C: relevance to the effects of partial melting

Electrical conductivity σ of two ultramafic rocks (a spinel lherzolite and a garnet peridotite) has been investigated to melting temperature at 1 bar under known oxygen fugacity environment. The electrical conductivity of the two rocks is found to increase with degree of partial melting and an ～ 15% melt fraction is necessary for the electrical conductivity to increase by ～ 1 order of magnitude. For a given melt fraction electrical conductivity of a spinel lherzolite is lower than that of a garnet peridotite and may be attributed to the differences in the composition of the melts formed.     

喜马拉雅山北部地区的地壳结构模型和速度分布特征

本文根据1981年西藏南部喜马拉雅地区的人工地震测深资料进行了震相对比,分辨出t₁、t₂、t₃、t₄、t₅和t₆六组地壳中和莫霍界面的反射波,并用理论走时曲线、绘制速度曲线图、射线跟踪和综合地震图等方法得到了主测线（PP）上各地段的地壳结构模型。初步结果表明,该地区地壳西段较薄（约73公里）,东段稍厚（约77公里）,平均总厚度约为75公里。地壳的平均P波速度约为6.2-6.3公里/秒。 地壳为高低速相间的多层结构。在中上部有一低速层,其厚度为数公里,速度为5.6-5.7公里/秒,与上层速度差为0.5-0.6公里/秒。低速层在测线东段比较肯定,在西段则不甚明显。结合藏南定日、岗巴一线有强烈水热活动的事实,低速层的存在可能意味着地壳中存在部分熔融的高温物质。下部地壳的速度为6.7-6.8公里/秒,且比较均匀。从莫霍面反射波的特征来看,在紧靠其上方可能有一个速度反转带,其厚度亦为数公里。上部地壳的结构在横向上有较大的差异,这说明在地质历史上,西藏特提斯带曾经历过强烈的地壳变动。     

华北地区壳内低速层与地壳流变的关系及其对强震孕育的影响

京津唐张地区普遍存在壳内低速层 ,鄂尔多斯块体内部没有发现低速层 ,壳内低速层的这种分布受新生代裂陷伸展的控制。华北地区中地壳下部和下地壳低速层是岩石塑性流变的结果 ,中地壳上部低速层是地壳裂陷伸展时形成的水平拆离带和韧性剪切带 ,岩石各向异性和流体作用可能是引起低速的原因。壳内软弱层 (低速和塑性流变层 )增强了块体层间的解耦作用 ,对地震孕育起着重要作用