超大陆裂解的主要驱动力——地幔柱或深俯冲?

晚太古代以来全球的主要大陆经历了多次聚合形成超大陆、随后裂解成多个大陆/陆块,构成了地球历史最大时-空尺度的"超大陆旋回"周期性变化。超大陆聚合主要是通过全球性板块汇聚和造山运动而形成已成为共识,但导致超大陆裂解的动力机制则是学术界广泛关注和争论的重要科学问题,目前主要存在地幔柱上升(Bottom-up)和板块深俯冲(Top-down)两个主要学派。本文回顾了这两种学派的主要地质观察证据、地球动力学数值模拟结果和模型预测,结合类地行星早期大规模岩脉分布特征和地球变质作用特征随时间的演化,探讨了Bottom-up和Top-down之间的内在关系,以及今后的进一步研究方向。     

离子探针U-Pb体系研究识别阿波罗11号月壤及新发现

本文报道对中国科学院地质与地球物理研究所博物馆珍藏的一件阿波罗月壤样品（E21）进行的玄武岩岩屑定年工作。受限于岩屑大小,不能采用前人对阿波罗样品中大岩屑构建常规Pb-Pb等时线来定年的方法,我们采取了以单个含锆矿物（斜锆石、钙钛锆石和静海石）颗粒来限定玄武岩岩屑年龄的技术方案。首先通过μ-XRF的X射线的穿透性来遴选出具有含锆矿物的岩屑,再制作树脂样品靶后精细抛光,在扫描电镜下利用Zr元素的x-射线面分布图来定位暴露到表面的含锆矿物,再以离子探针3μm小束斑加Pb信号多接收的分析技术来获得Pb同位素组成以计算年龄。共识别出4个年龄组分的岩屑,分别为3570±14Ma、3700±8Ma、3850±5Ma和3900±12Ma。其中前三个年龄与前人报道的阿波罗11号月壤中玄武岩年龄分布一致,是判定该样品为阿波罗11号月壤样品的重要证据。~3900Ma岩屑为新发现组分,据长石成分An=93,辉石Mg^#~79判别为苏长岩。此外,根据主矿物Pb同位素分析,绝大多数玄武岩岩屑落在~3570Ma的Pb-Pb等时线上,指示该期次玄武岩为阿波罗11号采样区域最主要火山活动事件,这对于撞击坑统计定年曲线上的年龄选择给出了依据。

     

Apollo 11月壤样品中太阳风成因的水及其意义

为研究太阳风成因水在月表低纬度地区的分布特征,本文对中国科学院地质与地球物理研究所博物馆珍藏的一份Apollo 11月壤样品开展了单颗粒原位纳米离子探针H同位素和水含量深度剖面分析。结果表明月壤颗粒表层（< 200nm）具有较高的水含量（剖面最大水含量变化范围为0.35%~1.59%,平均值为0.82%）,该结果与前人对Apollo样品的报导类似。除一颗斜长石的H同位素组成（δD=-262‰）落在月幔范围内,其余颗粒表层均非常贫D（δD变化范围为-987‰~-642‰）。该强烈贫D的同位素组成与太阳风一致,完全不同于地球大气水,不仅证明这些样品的月球来源,并且主要是太阳风注入的贡献。矿物颗粒之间的水含量和δD值变化,很可能与太阳风注入后的扩散丢失程度不同有关。另外,我们观察到橄榄石、单斜辉石和长石的水含量剖面比较类似,整体呈现随深度逐渐递减的趋势。相比之下,玻璃质颗粒的水含量剖面呈现随深度先上升再降低的峰形特征,峰位在25~43nm深度。这两者之间的差异很可能跟H在矿物和玻璃中的扩散速率、辐射损伤层等的差异有关。本项研究也证明,即使对于H这样易于受地球污染的元素,在普通条件下（北京、瓶中密封）经过长达50多年的时间,仍能很好地保存注入月壤颗粒中的太阳风信息。但是低温、干燥和真空/惰性气体环境仍是长期保存的有利条件。

     

太古宙花岗质岩石Si-O同位素对岩石成因和板块构造的约束

板块构造的起源是地球科学核心问题之一, 而表壳物质循环是现代板块构造的重要表现之一, 因此检验地球表壳物质循环起始时间是约束板块构造启动时间的重要切入点。近年来, 岩浆岩的Si-O同位素联合示踪开始被用来约束太古宙构造环境, 但由于大多太古宙样品经历了强烈的变质作用, Si同位素数据是否代表原岩信息需要进一步的评估; 此外, Si同位素在高温岩浆分异过程中变化非常小, 在分析精度不够高的情况下, 其分析结果则很可能无法揭示其潜在的变化规律。本文结合当前地球早期构造环境研究进展以及Si-O同位素的应用情况: (1)重点总结介绍了太古宙花岗质岩石(主要包括英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩; 简称TTG)的Si同位素应用原理, 及应用Si-O同位素约束地球早期构造环境的优势; (2)分析了目前研究中存在的问题, 并给出了具体的改进建议和方法; (3)进一步总结了太古宙TTG Si同位素和全球规模的O同位素, Ge/Si比值, 及其他地质学和地球化学指标, 确认了在大约3.8 Ga开始有表壳物质再循环特征的出现; (4)最后依据当前的研究进展, 提出了未来具体研究方向。

     

南海北部珊瑚Sr/Ca和Mg/Ca温度计及高分辨率SST记录重建尝试

利用全谱直读等离子体光谱(ICPAES)的分析方法精确分析了南海珊瑚的SrCa和MgCa比值,结合实测表层海水温度(SST),标定了海南岛南部三亚海域和西沙海域两个滨珊瑚的SrCa和MgCa温度计。在此基础上,尝试对两个南海北部全新世时期的珊瑚进行SST记录重建。结果显示约540aB.P.(小冰期)西沙海域夏季月均SST较现代低约1℃,而约6500aB.P.(大暖期)海南岛三亚海域夏季月均SST则高出现代1.0～1.5℃。     

扬子南缘沉积岩的Nd同位素演化及其大地构造意义

本文系统分析了扬子块体南缘中元古代到二叠纪各个时代地层中泥质沉积岩的Ｓｍ－Ｎｄ同位素组成。中元古代（１．６～１．ＯＧａ）沉积岩具有一致的Ｎｄ模式年龄（ｔＤＭ）（≈１．８Ｇａ）;晚元古代早期（０．９～０．７７Ｇａ）沉积岩的ｔＤＭ年龄从≈１．８Ｇａ急剧降低至。１．３Ｇａ;震旦纪晚期到二叠纪（０．６６～０．２７Ｇａ）沉积岩的ｔＤＭ年龄又恢复到大约１．８Ｇａ。晚元古代早期沉积岩ｔＤＭ年龄的显著降低,表明这个时期扬子南缘的沉积物源区加入了大量新的幔源物质。沉积岩的Ｎｄ同位素结果对中国东南部的大地构造演化提供了新的制约。地质、地球化学和年代学资料均表明扬子南缘的板溪群是一正常的元古代地层单位。华南一扬子晚元古代（晋宁期）碰撞造山运动导致了上述沉积岩的“Ｎｄ同位素漂移”。     

扬子块体南缘四堡群Sm－Nd同位素体系及其他壳演化意义

详细的主元素和Sm-Nd同位素体系研究表明,扬子块体南缘元宝山地区四堡群中镁铁质-超镁铁质岩可能来源于Al亏损地幔;而宝坛地区镁铁质-超镁铁质岩的源区则可能包括了A1未亏损和A1亏损两种地幔端元组分,部分样品可能受到围岩混染。镁铁质-超镁铁质岩的Sm-Nd数据构成了一条无地质意义的假等时线,由其斜率获得的年龄约2.2Ga明显偏老。四堡群浅变质沉积岩的Nd模式年龄限定了镁铁质-超镁铁质岩和四堡群的地层年龄应小于1.8Ga.扬子南缘最老的基底四堡群(及相应地层)主要是由地壳存留年龄为1.8-1.9Ga的未成熟陆壳再循环物质组成,明显不同于华南块体(华夏古陆)的早-中元古代变质基底。迄今为止获得的沉积岩和花岗岩的Sm-Nd同位素资料都不支持扬子南缘存在早元古代-晚太古代基底。     

T0ba火山喷发在南海沉积物中的记录 ——ODP 1143站钻孔火山玻璃的证据

ODP1143站最上部的3层火山灰深度(mcd)分别为5.55m(本文称之为A层)、42.66m(B层)、48.25m(C层),其厚度均为～2cm.微古生物资料初步限定它们的年龄分别为～0.07Ma、～0.80Ma和～1.0Ma.这些火山灰层主要由70～150μm的火山玻璃碎屑组成.电子探针分析结果的对比表明,这3层火山灰分别与Toba第四纪3次火山喷发物(YTT,OTT及HDT)相对应.Toba火山喷发物在南海的发现暗示其喷发作用多发生在为南海夏季风期间,喷发强度可能要比原先估计的更强.     

华南前寒武纪地壳形成时代的Sm-Nd和锆石U-Pb同位素制约

华南前中生代地壳岩石的Nd模式年龄分布在1.2—3.2Ga之间,并且在1.8Ga和1.4Ga出现明显的峰值。各类岩石的残留锆石U-Pb年龄主要集中在1.2—1.4Ga、1.8Ga和2.5Ga。Sm-Nd同位素体系和锆石U-Ph年龄的综合制约表明,华南前寒武纪地壳主要以幕式增生的方式形成,形成时代为晚太古(2.5Ga或更老)、中元古早期(～1.8Ga)和中元古晚期(1.2～1.4Ga)。