东北日本岛弧地壳应力状态探讨

随着板块理论的发展,作为板块理论重要组成部分的岛弧理论也得到很大的发展。为了解释岛弧靠陆地一侧热流量高并有火山等现象,目前流行的是下沉的海洋板块与大陆板块相对滑动,产生摩擦增热及由于海洋板块的下沉引起大陆板块下的地幔对流的模型,但作者通过研究得出了地幔对流的模型不能解释岩浆带状分布的规律,因此,在岛弧下地幔对流的学说有很大的缺陷。基于岛弧下地幔对流的上述矛盾,本文分析了大陆板块与海洋板块的相互作用。提出大陆板块的受力模型,指出当大陆板块仰冲时,在海洋板块的顶撞下,在接触面附近会产生根大的挤压力,而在离开端面一段距离的板块内,则会产生根大的压力与弯矩,     

活动海岭俯冲对岛弧地质过程的影响

本文研究了海岭-岛弧体系的地质演化和海岭俯冲过程,通过有限元法对海岭俯冲的全过程进行了热模拟,分析了海岭俯冲过程中岛弧岩浆活动、变质作用及周围地区地表地形的变化。热模拟的计算结果表明:在海岭俯冲之前和俯冲完成之后,摩擦剪切生热使岛弧下100km深度形成温度反转,俯冲海洋板片内角闪岩相矿物在850-1000℃的相对高温下脱水,释放的水进入其上覆板块内热的地幔楔状体降低地幔岩石的熔点造成部分熔融,形成岛弧火山活动;而当热的活动海岭俯冲期间,近海岭处的年轻海洋地壳在较浅深度达到较高温度而提前脱水,原来的地幔楔状体内部分熔融区因缺水而使熔融停止,岛弧火山活动中断。但此时,活动海岭俯冲产生的热将会使前弧一定区域出现低温变质作用。在整个俯冲过程中,随海岭逼近海沟,温度升高,岛弧将因此逐渐抬升,因热作用而致的抬升高度可达440m左右.      

长白山火山的起源和太平洋俯冲板块之间的关系

近年来，尽管不同学科通过不同手段对长白山火山进行过广泛研究，然而，目前人们对它的起源仍不清楚。利用全球地震层析成像和区域层析成像结果，综合分析了长白山火山的起源。结果表明，它的起源既不同于夏威夷等板内热点火山，也不同于日本等岛弧火山，而是一种与太平洋俯冲板块在地幔转换带内的滞留和深部脱水等过程密切相 关的弧后板内火山。     

山西新生代汉诺坝玄武岩成因探讨

根据区域地质调查资料,对山西新生代汉诺坝玄武岩的4个火山洼地、7条剖面进行研究。各个火山旋回底部先出现拉斑玄武岩,向上变为碱性玄武岩,岩石均富集大离子亲石元素和轻稀土元素。由东向西,火山喷发时间由早到晚,岩浆活动由弱到强,拉斑玄武岩减少,碱性玄武岩增多,亚碱性玄武岩的稀土元素和微量元素丰度降低,碱性玄武岩的稀土元素和微量元素丰度升高。在原始地幔标准化微量元素蛛网图上,亚碱性玄武岩具Nb、Ta负异常(槽)或呈双峰式,为岛弧玄武岩; 碱性玄武岩呈“隆起”状,类似于洋岛玄武岩(OIB)。山西汉诺坝玄武岩是板块俯冲与地幔柱联合作用的结果,以地幔柱成因为主,板块俯冲成因为辅。亚碱性玄武岩向碱性玄武岩转变,可能代表玄武岩以板块俯冲成因为主转为以地幔柱成因为主; 碱性玄武岩由钾质向钠质变化、亚碱性玄武岩向富铁镁演化,可能分别代表地幔柱向浅、板块俯冲向深的演化过程。     

阿留申俯冲带几何学特征及运动学成因模式

阿留申俯冲带位于环太平洋俯冲带最北端,是东太平洋型俯冲和西太平洋俯冲的过渡区域。该俯冲带火山岛弧距离海沟的距离从东向西逐渐增大,而形成地球上独特的岛弧火山链与海沟V字型斜交的现象。这一现象的运动学成因目前并没有统一的认识。本文通过对阿留申俯冲带几何形态数据、运动学数据进行整理分析,尝试运用构造赤道理论探讨该现象形成的运动学背景。阿留申俯冲带的几何学数据表明:从俯冲带东段(175°E)至俯冲带西段(155°W),火山岛弧距俯冲海沟的距离从80 km增加至250 km。与此同时,俯冲板片的倾角由60°减小至30°。板块的运动学分析表明:相对北美板块,太平洋板块的东段的运动矢量为48 mm/a,向北运动;逐渐转变为西段的78mm/a,向西北方向运动。相对于软流圈,太平洋板块的运动方向没有改变,始终向西北方向运动,速率向西逐渐增加。因此,在俯冲带的东段太平洋板块的绝对运动方向和相对运动方向存在30°左右的夹角,而这个夹角在西段几乎不存在。太平洋板块的绝对运动方向和相对运动方向之间的夹角不同,会导致软流圈对俯冲板片的反作用力差异,从而形成不同的俯冲角度和俯冲带宽度。太平洋板块相对北美板块和相对地幔的速度方向夹角的变化被认为是引起阿留申火山弧与海沟"V"字型斜交的运动学成因。     

中国东北地区三维速度结构与火山起源的深部机制

利用布设在中国东北地区的107个台站接收到的245个远震事件和67个近震事件所产生的数据,采用天然地震层析成像方法获得了该地区深至700 km的三维速度结构。研究结果表明：(1)浅部的速度结构与地表的构造单元有着较好的对应关系;(2)100~200 km的深度出现两处明显的高速异常,走向与断裂相同,该高速异常的形成与断裂之间存在着某些联系;(3)太平洋板块已经俯冲到火山地区的下方,部分板块虽然已经超过了660 km的不连续面,但板块仍滞留在地幔过渡带中,并没有穿透该不连续面;(4)地幔过渡带内上涌的热物质从太平洋板块顶部一直延伸到火山底部,可能对火山的起源造成影响。结合前人的研究成果,认为东北地区火山的形成可能与太平洋板块的俯冲、地幔过渡带内热物质的上涌有关。     

钓鱼岛的归属及日本右派的野心

约距今2200万年的新近纪中新世早期，菲律宾洋板块斜向俯冲插入欧亚陆板块之下，在板块碰接带的两侧进行不同的地质演化。海沟、火山岛弧、弧后盆地是板块构造理论中洋板块与陆板块碰接时在碰接带附近产生的构造地貌，即“沟、弧、盆系”。菲律宾洋板块俯冲于欧亚陆板块之下到更新世后期（距今约20万年），其构造地貌由洋到陆为大洋-硫球海沟-台湾火山岛弧-弧后盆（边缘海）-中国大陆，其中海沟以东至大陆为东海大陆架。     

勘察加岛弧岩浆岩研究进展

西太平洋分布了全球大部分的洋内俯冲带,也是全球沟-弧-盆体系最发育的地区。勘察加(Kamchatka)半岛位于俄罗斯远东地区,地处太平洋西北部(51°~60°N、155°~164°E),是全球环太平洋岛弧的重要组成部分。前人对勘察加岛弧岩石地幔源区性质、熔融过程、岩浆结晶分异及熔/流体交代过程进行了详细的研究,并获得了丰硕的成果。最新的研究进展表明:(1)勘察加岛弧前缘火山和中部火山的源区主要为亏损地幔,而弧后区域则存在较为富集的地幔贡献;(2)勘察加岛弧不同区域的地幔源区流体性质具有一定的差异,导致从前缘火山至中部火山,地幔熔融程度逐渐降低;(3)勘察加岛弧不同区域岩石地球化学成分存在差异,而且,沿穿弧剖面某些元素或同位素(如δ11 B)表现出系统变化的特征,反应了俯冲板片流体通量和流体性质的差异;(4)勘察加半岛部分多期次火山(如Klyuchevskoy火山)地球化学成分复杂,可能反应了源区熔融条件的不同和岩浆结晶分异过程;(5)勘察加岛弧北部与阿留申岛弧近直角相交,导致异常的构造背景,促使该区域形成了具有埃达克质特征的岛弧岩浆。     

西太平洋雅浦海沟地幔演化与岩浆作用研究进展

俯冲带地幔演化与岩浆作用是地球各固体圈层之间发生物质和能量交换的重要地质过程.西太平洋雅浦海沟因其极短的沟-弧距离和洋脊碰撞等独特的地质构造特征成为研究复杂条件下俯冲带演化的理想场所.为了探究雅浦海沟地幔演化与岩浆作用,本文将前人对雅浦海沟火成岩的研究数据进行整合,分析了雅浦海沟火成岩的成因,并根据火成岩形成的制约条件,对卡罗琳板块俯冲到菲律宾海板块的地幔演化与岩浆作用过程进行了讨论.结果显示雅浦海沟火成岩均具有与俯冲相关火成岩的典型特征.橄榄岩地球化学特征指示雅浦海沟地幔熔融程度为20%~25%,地幔在部分熔融过程中受到了流体与熔体的双重交代作用.Re-Os同位素特征指示雅浦海沟地幔中存在约1.16 Ga非常古老的残余地幔,表明地幔可能经历过多期熔融事件,从而导致雅浦海沟地幔非常亏损.雅浦岛弧成因至今仍存争议,主要包括:(1)现今雅浦岛弧为帕里希维拉海盆洋壳的一部分,在中新世因卡罗琳洋脊的碰撞导致帕里希维拉海盆洋壳逆冲到原雅浦岛弧之上.(2)雅浦岛弧在不同构造时期经历过多期岛弧岩浆作用,包括俯冲初始阶段(~52 Ma)的弧前玄武岩、俯冲开始后的岛弧玄武岩(~25 Ma)、与卡罗琳洋脊碰撞(21 Ma)后的岛弧拉斑玄武岩(7~11 Ma).其中7~11 Ma的岛弧拉斑玄武岩指示雅浦岛弧岩浆活动并未因卡罗琳洋脊的碰撞完全停止,很有可能在晚中新世短暂恢复活动.      

中国东北地区太平洋板块精细俯冲特征

中国东北地区的火山较为活跃。一些学者认为这些火山的起源与西太平洋板块的俯冲和软流圈物质的上涌存在密切联系。尽管天然地震层析成像结果明显地显示出火山区下方存在着太平洋板块,但板块的厚度、存在范围等俯冲特征仍然不是特别清晰。为此,采用远震层析成像和走时拟合相结合的方法深入研究了中国东北地区的壳幔速度结构,特别是太平洋俯冲板块的精细结构。研究结果表明:(1)板块的平均厚度和速度异常分别为85 km和1%,而且与日本海地区结果进行对比可推测板块并未增厚;(2)板块以低角度俯冲进入地幔过渡带,到达过渡带底部后弯曲成水平状,向西延伸至东经127°而停止;(3)水平延伸的板块恰好位于火山区的下方。这些俯冲特征有助于人们更好地理解陆内火山的起源及地球深部动力学过程。     

太古宙英云闪长岩的产生

年轻俯冲大洋板块在太古宙条件下的热演化模式表明，俯冲湿地壳内的拉斑玄武岩在浅部溶融，生成了太石宙英云闪长岩。由于融溶潜热被地壳消耗，使上覆橄榄岩地幔楔体在低于橄榄岩熔隔温度的条件下得以保存下来。这可阻止是幔楔体内的熔融和在现代俯冲带中所观测到的岩石类似的钙碱性岛弧火山岩的生成。     

俯冲板块粘度对双板片相向俯冲动力学过程的影响：数值模拟

板块俯冲是板块构造理论的重要组成部分。虽然单板块俯冲的数值模拟研究已经很多,但是多板块之间的相互作用的机制仍然不明确,需要进一步的研究。文章建立了二维的地球动力学数值模型,研究双板片相向俯冲的动力学过程,探讨俯冲板块粘度对多板块耦合作用的影响。模拟结果显示,当两个俯冲板块其他动力学性质相同时,左右俯冲板块的粘度差异会导致板片俯冲速度的不同。粘度小的俯冲板块下沉速度快,先进入下地幔,发生弯曲折叠,并在下地幔堆叠。粘度大的俯冲板块后进入下地幔,受到地幔环流的阻碍,发生翻转,并在下地幔中滑移。左右板片俯冲速度和形态的差异也造成了上覆板块向着粘度小的俯冲板块一侧移动,使得这一侧海沟后退,另一侧海沟前进。该研究结果为东南亚区域的复杂构造的演化过程提供了动力学解释,东南亚区域的印度—澳大利亚板块和太平洋板块相向俯冲,两个板片互相作用,构成了复杂的汇聚俯冲系统,引起的地幔上升流,很可能是南海地区新生代岩浆岩的起源。     

橄榄石湿润性质研究揭示俯冲带地幔楔内部流体循环北大核心CSCD

流体是控制地球内部能量传递和物质迁移的重要媒介之一。俯冲带流体循环对弧火山的形成、全球物质循环和地震的发生能起着至关重要的作用。因此,准确限定流体在俯冲带的分布范围和迁移机制对理解全球动力学具有重要意义。早期的研究普遍认为:俯冲洋壳脱水产生的流体只在较深的深度(通常在弧火山以下~105 km处)才开始进入上覆地幔,降低地幔物质部分熔融的温度,进而控制弧火山的位置。     

俯冲带形成机制的可检验假说和检验方案

五十年前板块构造理论的诞生是地球科学领域的一场革命,它为理解地球如何运作构建了基本框架。过去五十年对该理论的进一步研究告诉我们地质过程最终都是地球热损失的结果。例如,大洋岩石圈板块在洋中脊形成,其运动和增生以及最终通过俯冲带进入地幔导致地幔冷却降温,从而导致大规模的地幔对流。亦即,板块构造的直接驱动力是俯冲大洋岩石圈板块的下沉力。因此,没有俯冲带就没有板块构造,但是俯冲带如何开始仍然有争议。对俯冲起始的研究从未中断,有数值模拟也有地质推断。2014年在西太平洋用三个IODP航次(350、351和352)来检验“自发”和“诱发”俯冲开始的想法。所有这些努力都值得肯定,但这些是无法检验的想法。无法检验意味着没有结果。本文介绍至今唯一可用地质学方法检验的假说,亦即“岩石圈内横向物质组成差异导致的浮力差是俯冲带形成的起因”。这种浮力差位于海底高原的边部和被动大陆边缘,因此这些部位是未来俯冲带起始的必然轨迹。在远离这些部位的正常洋盆内因缺乏浮力差而俯冲带不可能起始。换句话说,“所有岛弧一定有大陆(或海底高原)基底”,这可以通过采集和研究岛弧基底岩石来验证。     

源自蛇纹岩的流体对美国科罗拉多高原岩石圈地幔的交代作用

正板块俯冲作为地球上最重要的一个地质过程,控制着岛弧形成、地壳增生、地幔演化等。而在俯冲过程中,脱水反应使板片析出流体具有特殊的地球化学和同位素组成(如富集LILE和LREE,亏损HFSE;重的Li和B同位素组成);这些富水流体渗透进入上覆地幔楔,可以通过交代作用改变地幔楔的组成。目前,在岛弧环境中,传统稳定同位素(如O、H)组成与微量元素或放射成因同位素的协同变化很少被研究。     

俯冲板块的动力学性质对平板俯冲的影响：数值模拟

平板俯冲是地球上一种独特的俯冲模式,主要发生在南美洲地区,与该地区的地震、火山等构造地质现象有着密切联系。平板俯冲的形成机制和影响因素仍然需要进一步地研究。文章通过数值模拟的方法,研究了俯冲板块的动力学性质对于平俯冲板片形态的影响。模拟实验结果表明,俯冲板块的厚度和密度差（与地幔）对平板俯冲的形成有着决定性的影响。合适的俯冲板块厚度（70 km 左右）有利于在俯冲过程中形成平板片。厚度较大的板片难以发生弯曲,阻碍了平板片的形成。俯冲板块与地幔的密度差越小,越容易形成平板俯冲,平板片的长度也越长。俯冲板片的密度差太大也不利于形成平板片。此外,高粘度的俯冲板块容易形成平板俯冲,俯冲板块的粘度与形成的平板片的长度也成正比。研究还发现,平板俯冲的形成伴随着海沟后撤速率的减小。参考模型重现了智利中部平板俯冲的形态,为研究该地区的平板俯冲机制提供了新认识。     

华北地台北缘东段晚太古——早元古宙地质特征

华北古陆自晚太古晚期开始与西伯利亚古陆发生分离,早元古宙形成了古蒙古洋板块,在古华北板块北缘出现了古老的弧沟系,其中海沟俯冲带构成了优地斜,在古俯冲带上盘古大陆壳出现了火山岛弧带,此时华北地台北缘有着与现代太平洋型大陆边缘特点相似的构造格局。本文仅对华北地台北缘东段优地斜、火山岛弧带的地质特征讨论如下。     

地球的层圈结构与穿越层圈构造

从1906年发现地核到20世纪60年代,地球物理学、地质学和矿物物理学的研究揭示了地球具有物理化学性质截然不同的层圈结构,并根据全球地震波速度和密度的变化建立了初始参考地球模型。1967年提出的板块构造理论假定刚性的岩石圈板块在塑性的软流圈之上发生运动,在洋中脊不断形成的洋壳逐渐在海沟俯冲,由于板块是刚性的,变形将主要集中在板块边界。板块构造理论成功地解释了大洋岩石圈的形成和消亡、火山和地震活动带的分布以及全球构造格局,给地球科学带来了一场革命。但是,经典的板块构造理论尚未解决板块运动的起源和驱动力、大陆岩石圈的弥散性变形、大陆深俯冲等问题,因此大陆动力学成为对板块构造理论的重要补充。近年来的研究表明:在板块汇聚边界,大洋岩石圈可以俯冲至地幔过渡带、下地幔,乃至核幔边界;而大陆岩石圈可以俯冲至150~300 km深度,然后相对低密度的陆壳物质快速折返形成含柯石英和微粒金刚石的超高压变质带。地幔柱活动是是俯冲板块再循环的产物,不仅可以形成大火成岩省和洋岛玄武岩,还可以把俯冲到地幔过渡带的物质带回浅部,导致蛇绿岩中保留金刚石和深地幔矿物。因此,俯冲带和地幔柱不仅提供了穿越层圈的物质和能量交换的通道,也驱动了对地球宜居性至关重要的水循环和碳循环,是研究地球物质组成和动力学演化的重要窗口。     

俯冲带的岩浆成因

地幔的楔状岩体和俯冲的岩石圈是改造地壳和上地幔的重要组成部分。尽管火山弧和弧后的岩浆作用不足于行星熔化物的5％,但是这些岩浆作用在地壳和地幔演化中占绝对优势。相反地,大部分俯冲带水和沉积物通过这些地带返回到深地幔中。虽然人们一致认为岛弧岩浆在地幔楔状岩体中占95％的优势(侵人厚地壳的地幔楔     

准噶尔板块东北缘富铌玄武岩的发现及其地质意义

富铌玄武岩是硅过饱和,富Ｎａ2Ｏ,ＴｉＯ2,Ｐ2Ｏ5,同时富集高场强元素的一类岛弧玄武岩,这类玄武岩的ｗ(Ｎｂ)>7×10-6,(ｗ(Ｌａ)/ｗ(Ｎｂ))ＭＮ<2。它是由来源于70100ｋｍ深处、受ａｄａｋｉｔｅ熔体交代过的地幔楔橄榄岩部分熔融形成的,是大洋板块俯冲作用的产物。目前发现的富铌玄武岩大多分布在环太平洋新生代岛弧环境,与洋壳俯冲作用密切相关[1 5]。本研究在准噶尔板块东北缘富蕴县的索尔库都克附近首次发现了富铌玄武岩。它产于下泥盆统托让格库都克组中、上部。该地层自下而上的岩石组合为:玄武岩 火山凝灰角砾岩 火山集块岩 含…