太平洋板块俯冲与中国东部中生代地质事件

中国东部至少自侏罗纪开始就一直处于俯冲大洋板块之上,但是有关俯冲板块对其影响程度一直有不同的认识。最近的研究表明,太平洋海山岛链的时空分布显示太平洋板块的漂移方向曾发生多次转折,这些转折与白垩纪中国东部的构造演化和岩浆事件有着密切的时空耦合关系。从时代和力学性质上看,太平洋板块俯冲方向的改变在很大程度上控制着中国东部中生代的盆地演化和郯庐断裂活动等重要地质事件。这些认识为理解中国东部构造演化提供了新的视角,包括岩石圈减薄的机制、郯庐断裂的演化,以及燕山期大规模岩浆活动等。本文重点分析了太平洋板块俯冲与中国东部中生代岩浆活动的对应关系。在125～140Ma太平洋板块向南西方向俯冲,造成中国东部岩石圈减薄,软流圈卸载上涌,发生减压部分熔融;约125Ma,太平洋板块漂移方向发生了大幅度转折,形成安第斯式的俯冲挤压,岩石圈停止减薄和减压部分熔融,出现岩浆宁静期。随着俯冲的深入,到110Ma前后俯冲板块后撤,形成弧后拉张,岩浆活动又重新开始。     

中国东部中生代软流层上涌造山作用

中国东部中生代造山带不同于陆缘俯冲作用和陆间大陆碰撞造山带,也不是陆缘和陆间碰撞造山带发展演化的某一个特定阶段的产物。它是一种由深部软流层上涌造山作用形成的一个新类型的造山带,又称东亚型造山作用。它的造山作用过程是:(1)早中生代(230～180Ma)的前和初始造山幕,深部软流层物质上涌和底侵作用导致冷、强的大陆岩石圈地幔线状破裂与局部拆沉;(2)中、晚侏罗世(180～140Ma)主造山幕,软流层大规模上涌并沿着岩石圈底部壳-幔边界横向侵入和伸展,使垂向差异运动转变为水平挤压作用,结果地壳表层发生大规模的褶皱构造变形和推覆构造,使陆壳加厚形成山根,岩石圈根发生部分拆沉;(3)白垩纪(140～65Ma)的晚期造山幕,加厚的陆壳山根与岩石圈根的大规模拆沉,岩石圈进入全新的从挤压向伸展转变和巨大减薄阶段,软流层大规模上涌成山。     

中国东部中生代岩浆活动与太平洋板块向西俯冲有关吗?

通常认为,中国东部中生代岩浆活动与太平洋板块的向西俯冲有关,而本文的研究表明,中生代时中国东部不属于环太平洋构造带,不处于安第斯活动陆缘环境,没有岛弧玄武岩和岛弧花岗岩.许多资料表明,在中生代早期,太平洋板块基本上是向北俯冲的,至早白垩世中期(125 Ma左右)才转向西俯冲,而中国东部大规模岩浆活动主要发生于侏罗纪—早白垩世(约180～130 Ma),因此,中国东部中生代大规模岩浆活动与太平洋板块的向西俯冲无关.太平洋板块真正向西俯冲的时间非常短暂,只有125～110 Ma和43～0 Ma两个时段.在前一时段,中国东部岩浆活动仅限于中国东部沿海;在后一个时段,中国东部岩浆活动几乎绝迹.因此,中国东部中生代大规模岩浆活动与太平洋板块向西俯冲有关的命题是错误的.     

特约主题：古太平洋板块俯冲与欧亚大陆东缘构造演化北大核心CSCD

编者按语：欧亚大陆东缘中生代构造演化主要受古太平洋板块俯冲历史所控制。然而,古太平洋板块在欧亚大陆下的俯冲作用是何时开始的？中生代期间,古太平洋板块在欧亚大陆下的俯冲历史如何？这些问题一直存在较多争论。     

岩石圈板块的分形分其降维演化

根据分形理论和各板块的面积以及现代大陆各地块面积资料,分别进行了全球岩石圈板块和全球大陆地块自相似笥特征尺度与频度关系的研究讨论。结果表明,现代全球岩石圈板块在特征线度ｒ＝３００～１８００ｋｍ的无标度空间范围内具有分形分布特征,其九Ｄ＝０．７２;现代全球大陆地块在特征线度ｒ＝３００～１５００ｋｍ的无标度空间范围内具有分形分布特征,其分维数Ｄ＝１．１６,比现代全球板块０．７２的分形值高出６１％。进一     

古太平洋岩石圈消减与中国东南部晚中生代火成岩成因——岩石圈消减与玄武岩底侵相结合模式的补充证据

本文根据中国东南部 140个晚中生代火成岩 Rb- Sr等时线年龄匹配的 Isr值 ,勾画了 Isr等值线图。该图与 TDM等值线图有好的对应 ,都在浙闽沿海地区、南岭东段和武夷山北段出现低值区或低值带 ,反映中国东南地壳在晚中生代时期 ,有广泛的地幔物质的加入 ,它们以底侵的形式底垫在中 -下地壳。沿海地区 Isr、TDM的低值区、带受地壳厚度的控制 ,内陆的低值区、带可能与局部应力场导致的拉张减薄有关。浙闽沿海晚中生代火成岩岩石地球化学显示大离子亲石元素 Rb、Sr、Ba、Th和 Ce富集 ,高场强元素 Nb、Ta、Zr、Hf和重稀土 Y、Yb亏损 ,具有明显的消减带岩浆作用的特征。西太平洋地震层析成像显示 ,西太平洋板块俯冲是连续的。在大约 2 0 0 0～ 12 0 0 km深度 ,地幔中正在下沉的古俯冲洋壳明显偏西 ,可能反映那时为低角度俯冲。中国东南部广泛发育的NE- NNE褶皱和断裂构造 ,与古太平洋板块向欧亚大陆之下的俯冲作用有关。大规模晚中生代岩浆活动之前的陆相沉积 ( T3- J2 )是造山磨拉石建造。上述地质证据均支持消减作用和底侵作用相结合的模式     

太平洋板块俯冲与中国东部中生代地质事件

中国东部有着十分独特的演化历史.例如华北曾经是一个有着30多亿年历史的古陆块,古生代金伯利岩的存在表明华北克拉通在古生代岩石圈厚度仍然达到200 km,但是到了中生代以后岩石圈厚度降低至约80 km(Xu,2001),并伴随着一系列的构造运动和岩浆活动.长期以来,中国东部一直是大家关注的焦点之一,取得了大量成果,与此同时有关中国东部构造演化的模型也层出不穷,归纳起来主要有:拆沉模型、热侵蚀模型和岩石圈置换模型(Xu,2001;Wu等,2002;Gao等,2004).太平洋板块俯冲对中国东部的影响也受到广泛关注(Xu等,1987;Zhou和Li,2000;Zhou等,2006).     

中国东部无机CO_2气藏与(古)太平洋板块俯冲关联

中国东部受(古)太平洋板块俯冲的影响,无机CO_2气藏发育广泛,分布层位复杂。本文通过对中国东部松辽、渤海湾、苏北、三水、东海、珠江口、莺歌海等盆地无机CO_2气藏的成因及运聚规律分析,结合深部碳循环以及(古)太平洋板块俯冲过程,探讨了中生代以来(古)太平洋板块俯冲对中国东部无机CO_2气藏的影响。这些无机CO_2气藏在空间分布上与中生代以来(古)太平洋板块俯冲造成的中国东部高地热流区、深大断裂分布及火山岩带展布一致。(古)太平洋板块俯冲改变了中国东部的深部构造状态,导致大规模岩浆喷发、地热升高,并控制了深大断裂系统,有利于无机CO_2运移储集;俯冲作用引起的软流圈上涌、地幔脱气作用以及印度-欧亚板块碰撞的远程效应使中国东部形成大量高CO_2含量的源区,为幔源CO_2的形成提供了条件。     

华北东部中生代晚期-新生代软流圈上涌与岩石圈减薄

现今的地幔是由软流圈地幔(热的,主元素饱满、微量元素亏损的,塑性流变性质的)、古老岩石圈地幔(地幔1,冷的,主元素贫瘠、微量元素富集的,刚性的,以方辉橄榄岩为代表)以及现今的岩石圈地幔(地幔2,主元素饱满、微量元素亏损,以二辉橄榄岩为代表,可能包括多时期形成的)组成。古老岩石圈地幔与地幔2样品的共存、100~4·3Ma在地幔内部持续发生的古老岩石圈与软流圈的相互作用以及上述作用的时空不均一性,都表明了岩石圈减薄是软流圈呈“蘑菇云状”大规模上涌的结果。上述事件发生于100Ma以后。软流圈来源的玄武岩大范围喷发并伴随了岩石圈的强烈拉伸是事件发生的主要标志,岩石圈减薄是一个深部地质过程,不像是突发事件。     

A possible mechanism of inversion of the vertical lithosphere movements in the back-arc basins of the West Pacific region

We present results of the study of a three-layer tectonosphere model of the West Pacific Transition Zone based on modeling of a piecewise inhomogeneous medium caused by local density reduction of the asthenosphere, whose viscosity decreases due to fluid accumulation. We used the viscous liquid motion equation in the Stokes approximation. It was shown that the anomalous asthenosphere in the back-arc basins can move as a convective cell with an uprising flow in the zone of maximum density reduction and extension of the lithosphere above it. At the initial stages, this process causes formation of the central crustal uplift, which is transformed into a system of depressions as the asthenosphere viscosity decreases to values of the order of 4.0 × 10¹⁹ Pa s and lower. The modeling results satisfactorily agree with the reconstructions of the Cretaceous Cenozoic lithotectonic evolution of the Okhotsk Sea region.     

Mg同位素示踪中国东部中生代深部碳循环

地球深部碳循环对全球气候变化、生命探索和岩石圈演化的研究具有重要意义。中国东部岩石圈是地球深部碳循环的重要场所,其减薄与破坏与深部碳循环密切相关。中生代太平洋板块俯冲是制约中国东部岩石圈减薄与破坏的关键,对华北克拉通和华南板块的大规模金属成矿作用具有重要作用。笔者等系统阐述了Mg示踪地球深部碳循环原理,例举了镁同位素示踪中国东部深部碳循环的实例,论述了中生代俯冲的古太平洋板块所释放的碳酸盐熔体/流体与地幔相互作用,是造成中国东部地幔具有普遍的轻Mg同位素组成的重要原因。此外,指出轻镁同位素的多解性,提出多同位素联合示踪是未来研究地球深部碳循环的趋势。     

Mg同位素示踪中国东部中生代深部碳循环

地球深部碳循环对全球气候变化、生命探索和岩石圈演化的研究具有重要意义。中国东部岩石圈是地球深部碳循环的重要场所,其减薄与破坏与深部碳循环密切相关。中生代太平洋板块俯冲是制约中国东部岩石圈减薄与破坏的关键,对华北克拉通和华南板块的大规模金属成矿作用具有重要作用。笔者等系统阐述了Mg示踪地球深部碳循环原理,例举了镁同位素示踪中国东部深部碳循环的实例,论述了中生代俯冲的古太平洋板块所释放的碳酸盐熔体/流体与地幔相互作用,是造成中国东部地幔具有普遍的轻Mg同位素组成的重要原因。此外,指出轻镁同位素的多解性,提出多同位素联合示踪是未来研究地球深部碳循环的趋势。     

中国东部深部构造特征及其与矿集区关系

文中以地震层析原始数据为基础,结合大地电磁测深和热流值数据,对老资料重新开发,编制了中国东部岩石圈厚度图、大地热流值图、岩石圈构造与矿集区关系图等,在此基础上对中国东部上地幔岩石圈-软流圈构造及其变异进行了初步研究,认为:(1)中生代燕山期较大型深部构造(如软流圈上涌体)的地震层析影象可存留至今,运用大地热流值及其相应浅表岩浆岩、矿集区等特征差异可以将中、新生代深部构造加以区分;(2)中国东部深部构造总特征:上地幔岩石圈-软流圈构造起伏变化,岩石圈西厚东薄,软流圈上涌发育且形式各异。大体可分为华南(构造线呈NWW)、华北(构造线近SN)、东北(构造线呈NNE)三大块,其基本特征各异。整个中国东部深部构造中,软流圈上涌起主导作用;(3)中生代软流圈上涌是相应浅表燕山期花岗质岩形成的根源,并与金属矿集区密切相关,新生代软流圈上涌则是大陆裂谷、玄武岩喷发及大型油气田形成的基础;(4)岩石圈减薄的主因是软流圈上涌,中生代燕山期主要减薄于中国东部大陆内部,新生代主要减薄于偏东部沿海区域。     

太行山中生代板内造山作用与华北大陆岩石圈巨大减薄

近年来,华北大陆岩石圈巨大减薄成为国际地学界关注的焦点之一,但对其减薄的时间、机制仍然知之甚少。约束条件的多解性和表面上相互矛盾的证据导致了对区域构造发展史的模糊认识。笔者认为,华北板内造山过程是理解岩石圈巨大减薄机制的关键,因为华北岩石圈是在造山带而不是在克拉通基础上开始减薄过程的。岩石圈减薄过程可以划分为拆沉减薄、伸展减薄、热减薄和化学侵蚀减薄4种类型。前者依赖于岩石圈重力不稳定性,是一种突变过程;后三者取决于软流圈挤出构造,属于渐变过程。减薄过程主要始于120~110Ma的拆沉减薄,其标志是造山后脉岩组合的形成。亚洲大陆软流圈的多阶段汇聚过程造成软流圈向东挤出,是中国东部中新生代以来岩石圈持续减薄的重要基础。因此,大陆动力学与大洋最重要的区别之一就是大陆岩石圈经常发生减薄作用,特别是拆沉作用,并由此将软流圈系统区分为浅部混染系统和深部纯净系统,火成岩的地球化学属性主要取决于岩浆起源的深度。     

中国东北东部中生代火山活动与泛太平洋板块

长白山脉中生代火山岩带与东侧之洋陆边界平行展布。火山岩浆作用可划分为三大构造阶段(2 30~ 190Ma ,178~ 12 5Ma ,118~ 6 5Ma) ,四大旋回 ,11个旋回和 2 4个火山事件。由安粗岩系和钙碱性岩系组成的一个新的火山岩浆作用构造类型 ,称之为走滑大陆边缘—拉分张裂性火山岩系。洋陆板块互动方式的更迭及速率的变化是火山岩浆作用地球动力学深部发展过程的主控因素。     

板块俯冲起始与大陆地壳演化

组成大陆地壳的物质主要来自两个地质过程:地幔柱活动和板块俯冲。目前大多数研究认为板块俯冲起始于30多亿年前。在板块俯冲起始之前,基性的初始地壳物质受热重熔是大陆地壳生长的主要方式,其中,地幔柱活动是关键。地幔柱不仅向地壳输送玄武质岩浆,同时导致已有玄武质岩石和沉积岩通过部分熔融向中酸性岩石转化。当原始岩石圈强度足够大时,地幔柱会导致岩石圈倾斜、破裂,产生下滑力,诱发板块俯冲。板块俯冲引发岩浆活动,产生大量的岩浆岩,如岛弧安山岩、弧后盆玄武岩等。这些岩浆岩通过喷发、侵位,再经由块体拼贴、增生等过程加入到大陆地壳,是大陆地壳生长的主要途径。同时,板内岩浆活动乃至地幔柱活动等也与板块俯冲有直接或者间接的联系。俯冲再循环物质促进地幔柱发育,也为大陆地壳的生长提供物源和热能。与此同时,大陆地壳不断风化剥蚀,其中一部分沉积物随俯冲板块再循环到地幔,而板块俯冲过程也通过俯冲剥蚀等过程,将仰冲盘岩石圈物质刮削带入地幔。这些是大陆地壳消减的主要途径。目前大陆地壳增生和消减基本处于动态平衡。     

辽西地区中生代岩石圈结构与演化的有限元模拟

利用大型通用有限元分析软件ANSYS简单模拟辽西地区中生代末期岩石圈动力学演化过程。为了与现今实际地质观测一致,我们分两步模拟了辽西中生代岩石圈的动力学演化。第一阶段,中国东部显著的地幔上升热柱导致本研究区壳-幔边界上升,岩石圈减薄,同时伴有少量断层发育;第二阶段,地幔热柱上涌活动逐渐减弱,地表产生沉降。这一地质模型可重塑与现代观测一致的裂谷沉降、裂谷侧翼地形、壳-幔边界隆升。研究结果表明：ANSYS软件及有限元方法在岩石圈动力学数值模拟领域是一个非常有效的分析工具,具有非常广阔的应用前景。今后将建立与实际情况更吻合的岩石圈结构模型,真正动态地实现辽西中生代盆地区岩石圈结构的演化过程模拟。     

太平洋板块中生代俯冲构造事件的响应：来自黑龙江东部饶河三叠纪层状燧石的古地磁证据

黑龙江东部饶河境内的层状燧石是中生代完达山造山带蛇绿混杂岩的重要组成部分,这些层状燧石的构造意义成为人们关注的热点。对完达山造山带饶河三叠纪大佳河组层状燧石280余块定向手标本开展深入的古地磁研究,结果表明这些层状燧石遭受不同程度的重磁化,重磁化的时间推测为晚侏罗世中期—早白垩世之间。说明对黑龙江东部晚侏罗世—早白垩世存在太平洋板块俯冲的响应。本区重磁化的机制是太平洋板块向西俯冲导致的地体增生、拼贴过程中的造山带流体造成的区域性重磁化现象。