华北克拉通中部早白垩世岩石圈地幔性质：来自狐偃山科头钾质正长岩年代学、同位素的限制

华北克拉通东部中生代岩石圈减薄已经取得了大量进展,相比之下对克拉通中部岩石圈演化认识不足。本文对华北克拉通中部狐偃山杂岩体中科头正长岩进行了锆石U-Pb年代学、主量和微量元素、Sr-Nd-Hf同位素地球化学研究。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示,科头正长岩侵位于早白垩世晚期(～111Ma)。岩石样品均为钾质—超钾质,属于碱性系列岩石。这些岩石相对富集轻稀土,亏损重稀土和中稀土,具有明显的正Eu异常(Eu/Eu~*=1.22～1.96)、富集大离子亲石元素LILE(Rb、Sr、Ba),亏损高场强元素HFSE(Nb、Ta、Ti)。所有岩石样品具有相对高的初始~(87)Sr/~(86)Sr比值(0.7058～0.7062)和低的ε_(Nd)(t)(-10.4～—11.1),ε_(Hf)(t)介于—12.2～—5.2之间。详细的元素和同位素地球化学研究表明科头正长岩的原始岩浆可能来源于富集岩石圈地幔中富金云母的尖晶石二辉橄榄岩源区的部分熔融,岩浆演化过程中经历了地壳混染与结晶分异(AFC)过程。结合华北克拉通中部岩浆资料,将华北克拉通中部早白垩世岩浆作用分为早晚两期:早期(123～135Ma)为岩浆作用高峰期,晚期(～114Ma)为最后一期弱的岩浆期;华北克拉通中部陆下岩石圈地幔是富集的、不均一的,其至少在早白垩世(138～111Ma)一直处于减薄状态。     

郯庐断裂带巢湖—庐江段晚中生代火山岩地球化学特征与岩石圈减薄过程

本文报道了郯庐断裂带巢湖-庐江段上白垩纪火山岩的主量元素、微量元素及Sr-Nd-Pb同位素特征.研究区火山岩SiO2含量为50.2%～75.2%,主要为基性岩和偏酸性岩类.样品富钾、贫钠、偏碱性(σ平均5.36),明显富集LILEs、LREEs,相对亏损HFSEs,具有弱的Eu负异常(δEu平均0.70)及富集的Sr-Nd-Pb同位素组成(Isr=0.7054～0.7090,εNd(t)=-5.2～-17.6).地球化学特征表明岩浆具有多源与源区多变的特征,早期基性岩(125Ma)的岩浆源区主要为华北克拉通地幔,兼有下地壳的贡献;流纹岩(120Ma)主要是地热异常背景下华北中、下地壳源区熔融的结果;粗面岩(100Ma)为华北下地壳和富集岩石圈地幔来源岩浆的混合结果;晚期基性岩(93Ma)的源区主要为华北岩石圈地幔,兼有软流圈和下地壳物质的贡献.这些岩浆活动是在华北克拉通东部岩石圈减薄背景下、郯庐断裂带伸展活动中发生的,深部软流圈上涌使断裂带内的地温升高而造成了岩石圈的部分熔融,其具体岩浆过程指示了详细的岩石圈减薄过程.其中120Ma时期的流纹岩喷发指示断裂带内地壳出现了最高的地温与最浅的等温面,应对应减薄的峰期;而93Ma时期的基性岩喷发反映了深部开始出现了软流圈的部分熔融.一系列现象均指示,郯庐断裂带是华北克拉通东部的岩石圈强减薄带,是热流与岩浆上升的有利通道,也是发生强烈岩石圈地幔交代与置换的场所.     

滁州火山岩地球化学及其对郯庐断裂带内岩石圈减薄的指示

位于郯庐断裂带张八岭隆起北段上的滁州早白垩世火山岩,属于准铝质、硅过饱和岩石,为一套中酸性的高钾钙碱性系列火山岩,部分样品（129~125Ma）具有类似于埃达克岩的地球化学特征。该套火山岩富集大离子亲石元素和轻稀土元素、亏损重稀土元素及高场强元素,并具有类似于EMⅠ型的Sr-Nd-Pb同位素组成。地球化学特征显示该火山岩的岩浆源区属于华北克拉通,早期火山岩（约132Ma）是富集地幔来源岩浆和古老的华北下地壳源区混合的结果;中期和晚期火山岩（129~117Ma）是幔源底侵组分和古老的华北下地壳来源岩浆不同比例混合的产物。由早到晚,滁州火山岩中古老壳源物质比例逐渐增加,源区逐渐变浅,指示软流圈顶面不断抬升、岩石圈内等温面逐渐升高的过程。研究表明,热异常背景下强烈的壳-幔相互作用是该处断裂带内岩浆形成的主要方式,其具体过程是在岩石圈底部持续减薄、软流圈上涌背景下,幔源岩浆底侵而诱发了古老下地壳的部分熔融,从而形成了壳-幔过渡带内混源的岩浆。郯庐断裂带内较浅的岩浆源区、较高的源区熔融程度、强烈而持久的伸展及岩浆活动、强烈的壳-幔相互作用以及现今较薄的岩石圈厚度,都指示郯庐断裂带是华北克拉通东部岩石圈减薄中的强减薄带,在华北克拉通破坏中起着重要的作用。     

内蒙古中部巴音勿拉山岩体的地质特征及构造意义

巴音勿拉山岩体位于华北克拉通北部,白乃庙岛弧岩带南部,锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果及锆石特征表明其侵位时代为(410.9±1.2)Ma。岩体岩石组合为一套正长岩杂岩,富钾富碱,铝质量分数较高,属偏铝质岩石。地球化学特征表明岩浆源区为岩石圈地幔,岩浆演化过程中下地壳的同化作用显著。其形成与白乃庙岛弧岩带与华北克拉通碰撞后的伸展作用有关。     

河北太行山南段符山杂岩体岩浆作用深部过程及其大地构造意义

华北克拉通中生代岩石圈减薄过程中,其深部复杂的壳-幔岩浆过程及深部岩浆房系统研究薄弱,岩石圈减薄过程的浅部响应也存在较大争议。本文以华北克拉通中部的邯邢地区符山杂岩体为研究对象,通过详细的野外地质调查、岩相学观察、岩石地球化学分析、锆石年代学和矿物电子探针分析等研究多重岩浆房系统、岩浆深部作用过程和浅部响应。锆石U-Pb测年结果显示,符山早期岩套中细粒二长岩的年龄为129 Ma,晚期似斑状岩套的斑状角闪二长岩的年龄为122 Ma。岩相学观察及背散射电子(back scatter electron,BSE)图像显示,符山杂岩体的角闪石和斜长石均具有复杂的环带结构,并通过对它们的晶体生长过程分析和环带成因讨论,表明其具有复杂的生长环境和过程。符山杂岩体的高镁、高钾、高Sr 等地球化学特征和角闪石、斜长石的环带成因证明了深部岩浆在幔源流体的活化作用下发生了强烈的岩浆混合作用和多重岩浆房过程。符山杂岩体早期岩套侵入岩定位深度为7 km,晚期岩套侵入岩定位深度为1.5 km,表明在7 Ma内地壳隆升了5.5 km。符山杂岩体中大部分侵入岩具高Sr、低Y及δEu正异常等地球化学特征,表明它们可能形成于加厚陆壳的部分熔融。这些特征表明晚中生代中国东部高原的存在。     

华北克拉通减薄过程中岩浆深部过程及浅部响应:以河北武安坦岭杂岩体为例

白垩纪时期华北克拉通东部岩石圈发生了强烈的减薄作用,其减薄过程中岩石圈、岩浆的深部过程及浅部响应仍存在较大争议。本文以华北克拉通中部的河北武安坦岭杂岩体为研究对象,进行了详细的野外地质调查、岩相学观察、矿物电子探针分析、岩石地球化学分析以及锆石年代学研究。锆石SHRIMP U-Pb测年结果显示,细粒二长岩的年龄为134Ma,具似斑状及斑状结构的岩石的平均年龄为127Ma。岩相学观察及BSE图像显示,坦岭各岩体的斜长石均具有复杂的结构。文中对杂岩体各侵入岩中的斜长石进行了综合分析,表明其具有不同的生长环境和生长过程。通过对坦岭杂岩中各侵入岩中角闪石的温度、压力计算,获得的计算结果可大致归为三个阶段,温度为927～940℃、819～852℃、696℃,压力为347～390MPa、179～223MPa和30MPa,对应的形成深度为13～15km、7～8km和1km。根据斜长石晶体群成分剖面的分析及角闪石温压计的计算结果,本文提出了一个多重岩浆房模型:来自深部幔源的流体形成流体超压将至少二个岩浆房进行活化,并夹带不同岩浆房中的晶体和残余岩浆进行混合形成熔体-流体流迅速上侵冷却就位于地表,伴随着多次脉动及地壳快速抬升完成了坦岭杂岩体的组装过程。在此过程中,研究区地壳在7Myr内抬升了约5km,表明了拆沉作用的发生,是华北克拉通岩石圈减薄的浅部响应。     

华北克拉通晚中生代壳-幔拆离作用: 岩石流变学约束

大陆岩石圈的流变学结构对于岩石圈深部过程(壳/幔过程)有着深刻的影响,直接表现在岩石圈壳-幔结构与浅部构造上.本文注意到华北克拉通晚中生代岩石圈减薄期间地壳的伸展、拆离与减薄在不同地区的宏观、微观构造及地壳岩石流变学等方面的差异表现与区域变化,以及现今和晚中生代时期岩石圈厚度的不均匀性.讨论了以水为主体的地质流体的存在对于岩石圈流变性的影响.综合克拉通东部与西部地壳/地幔厚度变化特点以及下地壳和上地幔含水性特点,阐述了晚中生代时期华北克拉通岩石圈内部壳幔耦合与解耦的规律,提出了华北岩石圈壳-幔拆离作用模型以解释华北克拉通晚中生代岩石圈减薄的基本现象与深部过程.提出区域性伸展作用是岩石圈减薄的主要动力学因素,东部地区在晚中生代伸展作用过程中壳-幔具有典型的解耦性,上部地壳、下部地壳和岩石圈地幔的变形具有显著差异性.而西部区壳幔总体具有耦合性,下地壳与岩石圈地幔共同构成流变学强度很高且难以变形的岩石圈根.     

华北东部岩石圈减薄中的下地壳过程：岩浆底侵、置换与拆沉作用

最近研究表明，华北中生代岩石圈减薄不仅是岩石囤地幔减薄，而且下地壳也发生了一定程度的减薄和置换。本文强调下地壳过程，如岩浆底侵、置换和拆沉作用是理解岩石囤减薄机制的关键因素之一。火山岩及其捕虏体的信息似乎支持在华北东部南、北缘存在局部造山带型的下地壳与岩石囤的拆沉作用。但是华北东部整体上的减薄机制难以用造山带的拆沉模式来解释。华北东部克拉通内部的火山岩中的下地壳捕虏体有两类，一类是经历了麻粒岩相变质的底侵辉长岩和辉石岩以及榴辉岩相变质的石榴辉石岩，形成时代约在140～120Ma；另一类是经过了中生代变质叠加的前寒武纪麻粒岩。中生代华北东部曾发生过大规模的岩浆底侵作用，现今的下地壳很可能已大部分不是前寒武纪的下地壳，它们由中生代变质的辉长岩、镁铁质岩石以及经历了很强烈改造的前寒武纪下地壳麻粒岩组成。此外，在华北东部普遍存在着化学成分类似于“埃达克岩”的中生代高锶花岗岩类岩石，它们的形成与岩浆底侵作用和镁铁质下地壳的部分熔融有关，其熔融残留应是榴辉岩或石榴角闪岩。尽管如此，要通过下地壳部分熔融形成一个厚的密度很大的榴辉岩层，由它的重力不均衡来带动80～120公里厚的岩石圈地幔一起拆沉进入软流圈的机制很难发生在华北克拉通内部。岩浆底侵和置换作用是下地壳过程非常重要的形式，与岩石圈的减薄具有密切联系，其具体机制尚不完善。     

华北克拉通中生代破坏前的岩石圈地幔与下地壳

华北克拉通是世界上最古老的克拉通之一,有 38亿年的古老陆壳存在,它经历了复杂的地质变迁,在太古宙末(约2500Ma)基本完成克拉通化,在古元古代(约1900~1850Ma)整体受到了高级变质作用,最终完成了克拉通化。它的东部在中生代发生了重大的构造机制的转变,克拉通基底发生了破坏、置换和再造。在太行山重力梯度带以西的华北克拉通受中生代构造转折的改造程度较低,它们的下地壳和岩石圈地幔结构,大致保持了华北克拉通破坏前的状态。前寒武纪麻粒岩地体代表了掀翻抬升到地表的古元古代下地壳,出露地表的时间大致在1850~1800Ma。中、新生代火山岩中的地幔和麻粒岩捕虏体代表了现代的岩石圈地幔和下地壳的岩石。岩石学、地球化学和地球物理的研究,推测华北克拉通西部的岩石圈厚约200km,地壳厚度约45km~50km,是在古元古代(约1.9Ga)时期终极克拉通化作用形成的,其厚度和结构与全球典型的元古宙克拉通岩石圈相同。而太行山重力梯度带以东的克拉通岩石圈地幔受到程度不等的交代、改造、置换和减薄,下地壳大规模重熔,地壳厚度也发生减薄,指示了强烈的壳幔解耦、物质交换和重新耦合的过程。     

中国东部岩石圈减薄时间的制约及构造控制因素探讨

华北地块中生代含幔源包体玄武岩同位素年龄、岩石化学、地球化学及Sr-Nd同位素研究成果表明:119 Ma~110 Ma之间华北地块岩石圈地幔性质由富集型岩石圈地幔转化为亏损的软流圈地幔,岩石圈地幔性质的显著变化,说明中国东部岩石圈减薄的主要时间发生在早白垩世晚期119~100 Ma之间。中生代古太平洋伊泽奈崎大洋板块(Izanagi Plate)向欧亚板块俯冲所导致的拆沉,应是岩石圈减薄的重要控制因素。     

中国东部岩石圈减薄研究中的几个问题

中国东部岩石圈减薄是近 10年来国内外研究的热门课题 ,但关于岩石圈减薄的具体时间、机制及其构造控制因素 ,多有争论。根据目前的研究资料 ,文中对上述问题进行了全面的讨论。初步认为该岩石圈减薄发生在晚中生代 ,且在 12 0～ 130Ma的早白垩世达到高潮。综合分析认为 ,岩石圈的减薄与东侧太平洋板块的俯冲有关 ,即大洋板块的俯冲作用导致岩石圈加厚 ,进而发生岩石圈拆沉。Os同位素资料显示 ,由地幔橄榄岩包体所反映的新生代岩石圈地幔具有年轻性质 ,与古生代时的岩石圈地幔截然不同。因此笔者认为 ,中国东部现今的岩石圈地幔并不是减薄后的残留 ,它表明中生代时 ,岩石圈地幔和部分下地壳一起通过拆沉作用而沉入软流圈地幔 ,由此而导致软流圈地幔与地壳的直接接触。幔源岩浆的底侵及软流圈对地壳的直接加热作用 ,使上覆地壳发生大规模的岩浆和成矿作用 ,并导致中国东部中生代时期伸展构造的广泛发育。     

Thinning of the Thickened Lithosphere and Its Geodynamic Consequence: Application for Tibetan Plateau

THINNING OF THE THICKENED LITHOSPHERE AND ITS GEODYNAMIC CONSEQUENCE: APPLICATION FOR TIBETAN PLATEAU1　ParsonsB ,McKenzieD .Mantleconvectionandthethermalstructureoftheplates[J] .JGeophysRes,1978,83;4 4 85～4 4 96 . 2　HousemanGA ,McKenzieDP ,MolnarP .Convectiveinstabilityofathickenedboundarylayeranditsrelevanceforthethermalevolutionofcontinentalconvergentbelts[J] .JGeophysRes 1981,86 :6 115～ 6 132 . 3　OwensTJ,ZandtG ,Theimplicationsofc…     

现今塔里木克拉通岩石圈厚度分析及机制探讨

塔里木盆地是青藏高原周边稳定的克拉通陆块,在印度板块与欧亚板块碰撞过程中一直保持稳定,盆地内部没有发生强烈的变形,其地壳热状态也同样保持稳定,地温梯度没有明显的变化,以热力学为基础的岩石圈热学厚度约为250km左右,该厚度是热稳态岩石圈的厚度。而最新的地震热学方法的研究成果表明塔里木盆地的岩石圈厚度仅为150km左右,这表明塔里木盆地岩石圈的热结构可能并不是处于稳态状态,其底部正在或已经发生了减薄。本文利用构造热演化方法对塔里木岩石圈减薄的热演化过程进行了定量分析,探讨了塔里木盆地岩石圈减薄可能的三种机制：印度板块与欧亚板块碰撞后青藏高原岩石圈底部的软流圈较塔里木盆地岩石圈底部的软流圈的温度要高,青藏高原的软流圈地幔向塔里木盆地岩石圈底部侵入形成的热扰动使得塔里木盆地岩石圈底部的温度升高;塔里木岩石圈与其下流动的软流圈的摩擦剪切生热导致其岩石圈地幔底部温度升高,使得岩石圈底部发生热侵蚀,从而使得与软流圈接触的岩石圈地幔不断地加入到软流圈地幔;在塔里木盆地岩石圈的下部,青藏高原的岩石圈在该处发生了拆沉,从而诱发的软流圈地幔对流,上升的软流圈地幔流使得岩石圈地幔的温度升高而熔融,成为软流圈地幔。     

华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的主要学术争论

华北岩石圈减薄是近十年来国内外研究的热门课题,但关于岩石圈减薄的具体时间、减薄幅度、空间分布范围、机制及其构造控制因素,多有争论.本文对上述问题进行了全面的回顾与讨论,内容包括:(1)是克拉通破坏还是岩石圈减薄;(2)古生代以来华北克拉通岩石圈地幔时代与壳幔解耦;(3)岩石圈减薄与克拉通破坏发生的时间;(4)岩石圈减薄的垂向幅度;(5)克拉通破坏在中国东部的空间分布;(6)克拉通破坏机制;(7)克拉通破坏的地球动力学原因;(8)华北克拉通破坏在世界上的特殊性等.文后,汇编了近10余年来华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的重要文献.     

用玄武岩组成反演中-新生代华北岩石圈的演化

玄武岩的化学组成与地幔源区特征、部分熔融程度、地幔温度和岩石圈厚度等多个因素有关,因此可以用来反演深部地幔的演化。文中简要地阐述了用玄武岩组成获得岩石圈厚度及其变化的方法,并总结了有关华北中—新生代岩浆演化的两个最主要特征:(a)晚中生代岩浆活动经历了由早期的源自富集地幔的岩浆向后期亏损地幔起源岩浆的转变,而两个阶段为一岩浆间隙期(~10Ma)所分隔;(b)华北东、西部新生代玄武岩具有相反的碱性强度随时间的变化趋势。这些岩浆演化特征可以用岩石圈减薄过程中地幔地温梯度的逐渐升高、岩石圈地幔中富集组分在短时间内的不可再生以及岩石圈盖效应来解释。该认识为华北岩石圈减薄的时间尺度和机制以及减薄作用的时空不均一性提供了新的制约。     

太行山重力梯度带的形成与华北岩石圈减薄的时空差异性有关

通过对比华北太行山重力梯度带两侧新生代玄武岩及其中幔源包体的成分, 发现: (1)华北东、西部新生代玄武岩具有相反的演化趋势, 说明新生代以来西部岩石圈逐渐减薄, 而东部岩石圈逐渐加厚; (2)西部岩石圈地幔组成相对复杂, 年龄多为晚太古代-元古代; 而东部岩石圈地幔组成相对单一, 年龄多为现代值, 少数为元古代; (3)西部壳幔过渡带较厚而东部较薄, 反映两地不同的岩浆底侵作用程度.华北岩石圈组成的空间不均一性可能与岩石圈减薄过程的时空差异有关. 岩相古地理分析说明太行山重力梯度带的雏形形成于早白垩世, 与华北中生代岩浆活动的高峰相吻合.由于岩浆作用与岩石圈减薄作用密切相关, 因此认为华北岩石圈减薄的时空不均一性是形成太行山重力梯度带的重要机制.      

中国东部中、新生代岩石圈转型与减薄研究若干问题

文中对中国大陆岩石圈的持续热点研究领域?东部中、新生代岩石圈巨厚减薄所涉及的问题进行了简要评述,特别是对减薄问题的提出和认识的历史过程作了较详细的回顾。笔者特别强调了中生代华北岩石圈地幔高度化学不均一性所反映的减薄作用时空分布特征,以及中生代岩石圈地幔的两次转型所导致的高度化学不均一性,进而建议以岩石圈全面转型来描述这一大尺度地球动力学过程。在此基础上讨论了减薄过程的可能机制,认为虽然在局部地区有可能存在拆沉作用,但从全局来看目前更多的岩石地球化学证据与热减薄-化学减薄的假说相兼容。而反映地球深部圈层相互作用的中生代全球事件则被解释为中国东部岩石圈地幔全面转型的动力学背景。显然,对此问题的深化仍将构成本世纪我国固体地球科学一个重要研究领域。     

相干体技术和图像处理技术在检测断层中的应用

相干体技术在断层检测中，可以强化其地震信息的不连续性，由于弥散作用及噪声的存在，很可能影响到断层特征的判定。相干体技术与图像处理中的细化以及边缘检测技术的结合，可以克服不确定因素造成的影响。将相干切片作为二维图像，利用图像处理技术进行进一步处理，提高利用相干切片进行断层解释的精度和效率，使相干技术在三维解释中的作用得到更大的发挥：     

华北地块东部晚中生代至新生代岩石圈不均一减薄与改造模式

本文综合运用不同时代幔源包体平衡温压对比、玄武岩地球化学性质对岩石圈厚度的反演以及不同时代岩石圈地幔地球化学性质的对比的方法，把华北地块东部岩石圈的减薄时间限定在晚中生代至新生代之间。减薄的机制可能是华北东部地区晚白垩世以来大陆岩石圈的拉张作用。由于机械性拉薄和热、机械和化学侵蚀作用，岩石圈厚度最终减薄到70km以下。但古老的岩石圈地幔并没有完全因减薄而消失，残留部分受到了来自软流圈物质的强烈改造，使其Sr、Nd同位素组成类似于软流圈，但Os同位素没有受到明显的改变。改造后的岩石圈地幔成为华北地块东部新生代岩石圈地幔的主体。在时空上，岩石圈的减薄具有不均一的性质。