早前寒武纪洋壳的地质记录及其板块构造意义

元古宙蛇绿岩的不断发现表明威尔逊旋回至少在早元古代已经明显起作用，部分太古宙绿岩带由不同的构造单元拼合而成，并发育不同于显生宙蛇绿岩的大洋壳岩石组合，地幔柱在早太古代构造演化过程中起重要作用，是板块构造的重要补充机制，地球早期热产量较高，可能是造成板块规模较小，洋壳较厚，板块运动速度较快的原因，并以缓倾角俯冲为特征。     

壳幔作用与花岗岩成因——以中国东南沿海为例

笔者在近年来的中国东南沿海花岗岩成因研究中,注意到下地壳之下的岩石圈地幔与下地壳之间必然有着十分密切的关系,认识到壳幔作用的重要形式是发生于壳－幔接口的玄武岩浆的底侵作用,它涉及地幔对地壳在“成分”和“热”两方面的贡献。研究表明,本区底侵作用十分发育,是中国东南大陆边缘陆壳演化的重要 过程。中国东南部中生代早期形成的花岗岩多为Ｓ－型花岗岩,它们主要是板块强烈挤压和导致地壳增厚,陆壳重熔形成的岩石。而且这期大规模花岗岩浆活动是与弧后拉张、岩石圈减薄 软流圈上涌作用直接有美．早期太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲对大陆裂解起了诱导作用中国东南部晚中生代缝合带的年龄为100～11OMa,可能代表了晚中生代构造－岩浆作用由挤压,地壳增厚,陆壳重熔向扩张岩石圈减薄一双蜂式岩浆作用机制的转变年龄。     

上陆壳的岩石地球化学成分及演化

本文综述了上陆壳成分及其变化等方面的研究进展，根据对化学分析，地质图，地层剖面和同位素年龄等资料的综合研究，确定了原始上陆壳的平均化学成分随时间而变化，太古宙高的深成岩／上壳岩比值可能部分反映了２．５Ｇａ前有不同的地壳形成模式，后太古宙绿岩中，长英质火山岩和杂砂岩增多；在太古宙／元古宙界线，绿岩中科马提岩的含量几乎减少至零。     

上陆壳的岩石地球化学成分及演化

本文综述了上陆壳成分及其变化等方面的研究进展．根据对化学分析、地质图、地层剖面和同位素年龄等资料的综合研究．确定了原始上陆壳的平均化学成分随时间而变化。太古亩高的深成岩／上壳岩比值可能部分反映了2．5Ga前有不同的地壳形成模式．后太古亩绿岩中，长英质火山岩和杂砂岩增多；在太古宙／元古宙界线，绿岩中科马提岩的含量几乎减少至零；显生宙绿合中安山岩比例增多。与早太古代相比．晚太古代和后太古宙上陆壳亏损Mg、Cr、Ni和Cc；后太古宙上陆壳富集大离子亲石元素、高场强元素和重稀土元素。上陆壳成分在太古亩／元古宙界线的变化，可能与科马提岩、TTG岩套、交代作用和和古风化作用的影响有关。     

太古宙、元古宙玄武岩与安山岩的地球化学变化:鉴别与意义

为准确识别太古宙与元古宙之间在岩石成分上的变化,必须对比相似岩性组合的岩石,以限制构造环境的影响。大多数绿岩组合(以火山岩为主的海相上壳岩)中的玄武岩和安山岩,具有与现代弧体系中对应部分类似的俯冲带的地球化学组分。有岛弧地球化学亲合性的玄武岩在太古宙绿岩中占支配地位,而有钙碱性亲合性的玄武岩在元古宙绿岩中最丰富。前寒武纪各年代中,具有 MORB 或大洋板块内地球化学特征的玄武岩稀少。与晚太古代绿岩玄武岩(2500-3500 Ma)相比,现存的早太古代绿岩玄武岩(≥3500Ma)反映较少亏损的地幔源。与所有太古宙地幔源相比,元古宙绿岩玄武岩是源于相对富集的地幔源,这一特征可能是因为随着晚太古代大陆迅速的生长,大陆沉积物进入地幔中产生再循环作用而造成的.前寒武纪安山岩在地球化学方面相似于现代岛弧安山岩,唯太古宙安山岩亏损 HREE 及 Y。此与太古宙安山岩形成于下降的镁铁质地壳的部分熔融(有角闪石/石榴石留在残余物中)是一致的,而元古宙(和更年青的)安山岩是由玄武岩的分离结晶所产生的。     

从地壳上地幔构造看大陆岩石圈伸展与裂解

本篇讨论大陆岩石圈拆沉、伸展与裂解作用过程。由于大陆岩石圈厚度大而且很不均匀,产生裂谷的机制比较复杂。大陆碰撞远程效应的触发,岩石圈拆沉,以及板块运动的不规则性和地球应力场方向转折,都可能产生岩石圈断裂和大陆裂谷。岩石圈拆沉为在重力作用下"去陆根"的作用过程,演化过程可分为大陆根拆离、地壳伸展和岩石圈地幔整体破裂三个阶段。大陆碰撞带、俯冲的大陆和大洋板块、克拉通区域岩石圈,都可能产生岩石圈拆沉。大陆岩石圈调查表明,拉张区可见地壳伸展、岩石圈拆离、软流圈上拱和热沉降;它们是大陆岩石圈伸展与裂解早期的主要表现。从初始拉张的盆岭省到成熟的张裂省,拆离后地壳伸展成复式地堑,下地壳幔源玄武岩浆侵位,断裂带贯通并切穿整个岩石圈,表明地壳伸展进入成熟阶段。中国东北松辽盆地和西欧北海盆地曾处于成熟的张裂省。岩石圈破裂为岩浆侵位提供了阻力很小的通道网。岩浆侵位作用伴随岩石圈破裂和热流体上涌,成熟的张裂省可发展成大陆裂谷。多数的大陆裂谷带并没有发展成威尔逊裂谷带和洋中脊,普通的大陆裂谷要演化为威尔逊裂谷带,必须有来自软流圈的长期和持续的热流和玄武质岩浆的供应。威尔逊裂谷带岩石圈地幔和软流圈为地震低速带,其根源可能与来自地幔底部的地幔热羽流有关。     

太古宙和元古宙的构造演化

至少从3.3Ga起,大陆运动的速度就相当于其现今的最小平均速度,这一点毫无疑问地表明,前寒武纪的构造样式本质上相当干显生宙的板块构造,并受大陆板块边缘及内部的变形作用控制。然而,这些运动的详细机制仍然是一个值得争论的关键问题。对于早太古宙,印从4.2Ga前到大约3.9Ga期间,因为岩石圈既薄又软,不可能出现板块构造;但高温热流可能有利于全球热点活动,并伴有岩浆垂向增生的冰岛型大陆增长。大致在3.9～2.5Ga期间,形成了花岗岩-片麻岩-绿岩地体,伴生有大量英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩岩浆,其构造环境尚不清楚,但板块边缘和板内情形是可知的。绿岩和紧邻的、具潜水表壳岩组合夹层的高级变质正片麻岩,它们的变形型式表现出强烈的水平缩短作用和地壳堆叠作用。这可能起因于早在3.9Ga的碰撞作用和(或)旋转运动,并引起了重要的壳内熔融作用。至太古宙末,局部可能更早,地壳厚达35～50km或更多,大约在2.8～2.5Ga期间,非常高的全球地壳增生速度可能起因于与消减作用相关的侧向增生作用和板下强烈的岩浆垫托作用,最终导致形成大面积稳定的克拉通。大致在2.5～2.2Ga的早元古宙期间,全球明显缺乏大的构造和岩浆活动,这是由于精确年龄数据的缺乏而人为造成的;只是在局部地区,形成了陆内岩浆岩和岛弧型岩浆岩。约在2.1～1.8Ga发生的大面积全球性的地壳形成事件为最早的现代模式的板块构造提供了证据,许多岩浆岩,例如在加拿大Trans—Hudson造山带和芬兰西南部的Svecofennian,都具有岛弧型的地球化学特征,而且最近又发现了逆冲的蛇绿岩和蓝片岩组合。此外,元古宙还以长线型活动带为特征,但其起源和演化还处在探讨中。它们大都具有与显生宙碰撞带相当的构造特征,但澳大利亚和南非部分地区的一些元古宙活动带明显发生地壳的伸展作用,而不伴有岩石圈的分离,剥离作用和地壳俯冲作用导致了后继的收缩作用,从而引起造山带的变形作用。至元古宙末期,通过对岛弧增生作用、蛇绿岩消减作用、前陆逆冲作用、褶皱带和外来地体的认识,现代模式的板块构造证据越来越充足,这一构造环境在文献上最好的例子之一便是Arabian—Nubian地盾。虽然对现代板块构造组合是否能照搬到整个前寒武纪的构造样式中尚存疑虑,但有一点是明确的,即早太古宙以来,全球地壳演化是受许多板块的运动控制的,它们经反复聚集而形成超大陆,然后再次分离。不过,在弄清如何解释现代大型地壳变形和起因之前,我们将不了解前寒武纪地壳构造的详细机制。     

聚敛型板块边缘岩浆作用及其相关沉积盆地

概括性地介绍了聚敛型板块边缘大地构造环境中的岩浆活动及其所形成的火成岩岩石构造组合类型,并以此为线索,将板块构造、岩石圈运动与沉积盆地的形成有机地结合起来,简要地分析和介绍了聚敛型板块边缘的主要沉积盆地类型及其沉降机理。指出盆地形成是板块构造、岩石圈运动在地壳浅部的一种表现形式,岩石圈板块运动直接受深部作用过程的制约,火山喷发或侵入是上地幔、深部地壳对流在地表或浅部地壳的表现。因此,对火成岩岩石组合或系列的研究,将为沉积盆地的形成与演化提出重要的深部动力学约束。     

大兴安岭火山喷发带北段中性、中酸性火山岩地球化学特征及其地质意义

通过对大兴安岭北段晚侏罗世吉祥峰组中酸性火山岩的岩石地球化学研究,发现其中存在高Sr低Y型火山岩,即文献上所称的埃达克质岩,笔者认为中酸性火山岩的岩浆起源于下地壳玄武质岩浆,为玄武质岩浆底辟上侵引起地热梯度增加、下地壳中-基性变质火成岩石部分熔融的之混合岩浆,是古太平洋板块向西伯利亚板块斜向俯冲过程中,蒙古-鄂霍次克海槽封闭,陆壳碰撞使地壳加厚,形成兴蒙造山带时所引起的一系列构造岩浆活动。其形成时的构造环境应是在滨太平洋构造域背景下受古亚洲构造域的影响和限制,并非是滨太平洋构造活动带的单一活动所致。早白垩世上库力组酸性火山岩属陆壳重熔型(S型)火山岩,其形成可能与印度-澳大利亚板块朝北偏东方向推挤运移、中国东部岩石圈拉张引起的下地壳拆沉作用有关。      

中国东部陆壳洋幔型岩石圈及其形成机制

长期以来中国东部岩石圈具有何种特殊性,其类型是否转变,其形成年代与形成机制等问题一直存在着不同意见。通过系统研究中国东部地质、地球化学与地球物理资料,笔者提出中国东部大陆地壳在侏罗纪晚期,受北美板块WSW向强烈的挤压以及特提斯洋朝东北方向张开的共同作用,使东亚大陆地壳发生逆时针转动,以致中国东部陆壳水平滑移到古老的洋壳或洋幔之上。在中国东部,原来的大陆型岩石圈的边部就出现较薄的陆壳洋幔型岩石圈(陆壳厚30~40 km,洋幔厚40~50 km)。幔源包体的资料表明中国东部岩石圈地幔与软流圈是未经扰动或轻微扰动,它们均发生在太古宙或中新元古代,还没有足够的在中、新生代发生扰动的证据。看来造成上述岩石圈结构类型的转换,不大可能是中、新生代大洋板块俯冲作用的直接结果,也不像是深部热地幔上涌或底侵作用的产物。强构造–岩浆活动源区形成于区域性断层与中地壳或莫霍面的构造滑脱的交切带,只有极少数的断层可深达岩石圈底面。中国东部岩石圈的构造滑脱面主要在中地壳或莫霍面,而不是在软流圈。中国东部中新生代强烈的构造-岩浆作用与内生金属成矿作用,正是受此种特殊岩石圈结构的控制而形成的。总之笔者认为:亚洲与中国大陆东部的岩石圈(包括其中的华北地区)在中、新生代并没有发生"克拉通的裂解",而只是岩石圈的类型发生了变化,出现了一种洋陆过渡类型的陆壳洋幔型岩石圈。     

太古宙陆壳增生的断陷构造盆地模式

针对太古宙有无类现代的板块构造这一问题,首先探讨了太古宙的陆核以及绿岩带的形成,认为,在弧后盆地出现之前,太古宙地壳增生与演化的主要样式更可能是非板块的。依据华北五台绿岩带和遵化绿岩带的共同特点：（1）绿岩带都位于不同年龄的两个古陆核的结合部位;（2）绿岩带底部通常都有相当厚的陆源碎屑岩,在不整合面之下可见更老基底,向上可以与火山岩连续沉积;（3）绿岩带通常形成独立完整的复向斜盆地,提出了在古陆核结合部位由断陷盆地进一步发展为太古宙绿岩带的构造模式。认为该模式存在3个主要的发展阶段,即太古宙早期古陆核形成和对接、在古陆核对接处形成断陷盆地以及在地幔柱活动影响下断陷盆地发展成为绿岩带。而这一模式作为太古宙弧后盆地开始发育之前的前板块时期大陆壳增生的主要样式仍有待更多实例的确证。     

中国东部燕山期大规模岩浆活动与岩石圈减薄:与大火成岩省的关系

论述了大规模岩浆活动与岩石圈减薄的关系,指出软流圈地幔与地壳直接接触时,即岩石圈最大减薄时(岩石圈地幔厚度为0),岩石圈厚度等于地壳厚度。中国东部岩石圈最大减薄的时间在燕山期,在这之前和之后,岩石圈是厚的。讨论了中国东部大规模岩浆活动与板块俯冲的关系,认为中国东部燕山期岩浆活动与太平洋板块没有关系:中国东部不属于环太平洋构造带,不是安第斯型活动陆缘,中生代玄武岩不具有岛弧玄武岩的特征,从中酸性岩浆岩得不出岛弧的结论,从三叠纪开始的古太平洋板块扩张方向的演变也不支持板块向西俯冲的认识。认为中国东部燕山期大规模岩浆活动可能与超级地幔柱的活动有关,是一种新的大火成岩省类型。文中将大火成岩省分为两类:一类为B型大火成岩省,部分熔融发生在岩石圈底部,以发育玄武岩为特征;另一类为G型大火成岩省,部分熔融发生在下地壳底部,以发育大规模花岗质岩浆为特征。根据中国东部大规模岩浆活动的时空分布分出5个大火成岩省:鄂霍茨克(大兴安岭北端)、张广才岭—小兴安岭、华北—大兴安岭、华南和东部沿海大火成岩省。认为岩石圈减薄可以产生多种效应,是地壳演化的最重要的动力学因素,但唯独与地壳浅部的伸展事件无关。还评论了流行的岩石圈减薄的见解,认为流行的见解将岩石圈减薄定位在新生代(岩石圈厚80～120km)是似是而非的,不是科学的命题。     

元古构造活动带的几种构造模式

随着地球动力学条件的演化和岩石圈的逐步加厚，地幔对流方式从多中心向裂谷带逐渐集中；从以垂直运动为主逐渐向以水平运动为主的构造方式发展。我国中条山地区元古宙构造环境、火山活动往往和陆壳内张裂环境有关。地壳演化具垂直增长特点，而在波罗的地区，地壳演化具水平增长特点。在泛大陆边缘可能出现岛弧一大陆碰撞。     

元古构造活动带的几种构造模式

随着地球动力学条件的演化和岩石圈的逐步加厚，地幔对流方式从多中心向裂谷带逐渐集中；从以垂直运动为主逐渐向以水平运动为主的构造方式发展。我国中条山地区元古宙构造环境、火山活动往往和陆壳内张裂环境有关。地壳演化具垂直增长特点，而在波罗的地区，地壳演化具水平增长特点。在泛大陆边缘可能出现岛弧一大陆碰撞。     

辽东鞍山地区太古代构造样式及其数值模拟

太古宙地壳的构造样式一直是地学界研究的热点问题之一,存在着垂向构造和水平构造两大不同的构造演化认识。位于华北克拉通东缘的辽东鞍山地区广泛出露太古宙TTG岩系、绿片岩相变质的基性-中酸性火山碎屑岩、硅铁质沉积建造构成了典型的太古宙花岗-绿岩带。此外,花岗-绿岩带内丰富的构造变形记录,为探讨早期地壳构造演化提供了重要的线索。详细的野外宏观构造解析表明,鞍山东部白家坟、齐大山地区TTG岩系与(含铁)绿岩接触部位发育了陡倾滑韧性剪切带,代表了新太古宙地壳的垂向"穹脊构造"样式。基于I2VIS有限元差分方法模拟结果表明,鞍山地区花岗-绿岩带垂向构造成因应受控于新太古代末期大规模的岩浆活动造成的TTG上地壳岩石活化,粘度降低,密度变小,(含铁)绿岩建造与TTG岩石的密度差引起的拗沉作用。同时数值模拟结果显示太古代垂向拗沉构造体制很可能是地球演化早期的一种壳-幔物质交换循环的重要机制。     

论燕山运动的深部地球动力学本质

对中国东部新生代玄武岩及其包体的矿物学、岩 石学和地球化学研究的总结发现,中国东部在燕山期主要表现为岩石圈的减薄,并在其东部 出现软流圈地幔与地壳直接接触的独特地质现象。早先应该存在的古老岩石圈地幔大多由于 拆沉作用而不复存在,现今岩石圈 地幔主体是在燕山晚期及其以后形成的。因此,中国东部燕山运动的本质就是岩石圈的减薄 乃至岩石圈地幔的消失。研究认为,这种岩石圈减薄的触发因素可能与当时东侧大洋板块的 俯冲有关。软流圈地幔与地壳直接接触的动力学效应是产生强烈的岩浆板底垫托作用及相伴 随的深部地壳的高温变质作用和部分熔融作用,形成巨量岩浆的侵位与喷发,并造成新生地 壳的显著增生和原有地壳的重新调整。同时,这种地球动力学过程将携带大量地幔物质（包 括成矿物质）进入地壳,并形成地壳尺度的大规模流体循环,从而产生大面积、突发性的巨 量成矿作用。     

大兴安岭北部中生代火山岩特征及岩浆演化

据火山岩岩石组合、地球化学特征、喷发旋回特征及岩浆来源,将大兴安岭北部中生代火山岩划分为三个岩浆演化旋回。晚侏罗世塔木兰沟—吉祥峰旋回火山岩为碱性系列亚碱性系列,岩浆来源于上地幔并有陆壳物质的混染;早白垩世的上库力旋回火山岩为高钾钙碱性系列,岩浆来源于地壳的部分熔融;早白垩世伊列克得旋回火山岩为碱性到亚碱性过渡系列,岩浆来自于地幔并受地壳的混染。综合研究表明,大兴安岭北部中生代火山岩形成于板内环境,早白垩世火山岩可能形成于大陆裂谷环境。     

大陆下地壳拆沉模式初探

下地壳拆沉是人们关注的问题,文中指出下地壳拆沉必须满足至少三个条件：（1）地壳加厚使其下部达到熘辉岩相是拆沉的前提.（2）大规模岩浆活动使大量低密度的中酸性物质移出下地壳,使下地壳密度增加直至超过下伏地幔.由于下地壳榴辉岩石部分熔融所形成的岩浆具有埃达克岩的地球化学特征,因此,大规模魂达克岩的熔出是下地壳拆沉的先决和必要条件.（3）岩石圈地幔转化为软流圈地幔,使下地壳能够进入地幔.陆壳下的岩石圈地幔原先是冷的、刚性的和不易流动的，如果有热和水的加入，可以被软化，使其变成热的、塑性的和易流动的软流圈地幔。因此，岩石圈了幔转化为软流圈地幔是下地壳拆沉的必要条件。作者认为，下地壳不大可能整体拆沉，而很可能是一块一块如飘雪花似地拆沉。如果下地壳的密度降低（低于下伏地幔），如果地幔停止热的供给，如果陆壳底部的软流圈地幔幔又恢复为岩石圈地幔，拆沉即终止。文中讨论了中国东部中生代下地壳拆沉的可能性，探讨了岩石圈减薄的机制，认为下地壳不需要也不可能与岩石圈地幔一道拆况。     

大洋岩石圈拆沉与大陆下地壳拆沉：不同的机制及意义——兼评“下地壳＋岩石圈地幔拆沉模式”

拆沉作用(delamination)是地球科学中一个重要的科学问题。本文认为,大洋岩石圈拆沉和大陆下地壳拆沉是不一样的:(1)拆沉的物质不同。大洋岩石圈拆沉的物质包括大洋地壳、岩石圈地幔甚至一部分软流圈地幔,它们共同进入地幔深部;而大陆下地壳拆沉仅仅限制在下地壳,不包括岩石圈地幔。(2)拆沉的动力不同。大洋岩石圈拆沉是由板块俯冲引起的,是地幔对流的产物,因此是一种快速的主动的拆沉;而下地壳拆沉是由于下地壳加厚使下地壳密度增加引起的,还要求其下刚性的岩石圈地幔转变成塑性的软流圈地幔才有可能发生。因此下地壳拆沉要克服许多阻力才能实现,使拆沉成为一个漫长的过程,是慢速的和被动的拆沉。(3)拆沉的过程不同。大洋岩石圈拆沉是由板块俯冲触发的,俯冲导致碰撞,大洋岩石圈从根部断裂,拆沉进入地幔。大陆下地壳拆沉由地壳加厚开始,使下地壳转变为榴辉岩相;随后,岩石圈地幔减薄,直至全部转化为软流圈地幔;下地壳发生部分熔融,形成大规模的(埃达克质)岩浆,使下地壳榴辉岩的密度大于下伏的地幔,从而引发拆沉。大陆下地壳拆沉不大可能是整体进行的,可能是一块一块地被蚕食、被拆沉的。(4)拆沉后的效应不同。大洋岩石圈地幔拆沉,使热的软流圈地幔上涌,从而引发了一系列地质效应:如岩浆活动、地壳抬升、构造松弛以及随后的造山带垮塌等。而下地壳拆沉只引起地壳减薄,高原和山脉垮塌,并不伴有大规模的岩浆活动和地壳抬升等过程。(5)拆沉与岩浆活动的关系不同。主动拆沉导致大规模岩浆活动,而被动拆沉是在大规模岩浆活动的基础上开始的。此外,文中还对"下地壳 岩石圈地幔拆沉"模式提出了质疑,认为该模式有许多难以理解的问题和太多推测的成分,而且与现在保存的地质事实不符。     

前寒武纪地球动力学(Ⅲ):前寒武纪地质基本特征

地球45.6~5.43亿年处于前寒武纪,具有很多独特的古气候、沉积、岩浆、变质、变形等地质特征,地幔和岩石圈的动力学机制也非常不同。本文通过总结前寒武纪地球动力学进展,系统介绍了前寒武纪地壳和岩石圈物质组成与性质、地壳生长的幕式增生特征、太古宙地幔温度和黏度变化、地壳和岩石圈厚度变化、地壳和岩石圈强度与流变结构演变。地球38~25亿年期间的热流值是现今热流值的2.5~4倍,在热的早期地球期间,下地幔热的积累比上地幔热损失快,导致周期性循环翻转,即上升的下地幔穿过干的橄榄岩固相线,并在大于150km深处经历大规模熔融。这就是太古宙大陆岩石圈地幔形成的机制和能量背景,但在太古宙以后,因地球的长期冷却,这种机制终结了。太古宙高热流值也说明太古宙热地幔难以支撑较大的地形高差,太古宙岩石圈强度也不大,在重力作用下会发生快速地形响应。但是,随着巨型基性岩墙群(大约2.75和2.45Ga)首次出现以及表壳岩系的出现,又意味着太古宙晚期地壳逐步足够刚性,允许熔体上升穿过地壳并冷却固化。前寒武纪重大地质事件的根本原因都是因为地球热振荡衰减的结果,前寒武纪地壳生长(增生)、超大陆形成、岩浆作用、成矿作用等都是不等周期、非线性的幕式演化,从TTG大规模短时间集中式形成,表明早期大陆生长模式可能以垂向增生为主。最后,探讨了冥古宙特征,大陆起源、生长和保存机制,前寒武纪超大陆重建与机制和早期地球环境-生命协同演化等前寒武纪关键科学问题和前沿。