华南地区中生代以来岩石圈伸展及其与铀成矿关系研究的若干问题

华南地区中生代以来存在大规模的岩石圈伸展作用,与伸展作用相对应,形成了大量花岗岩型、火山岩型和碳硅泥岩型铀矿床。文章详细总结了华南中生代以来岩石圈伸展作用和铀成矿作用的研究进展。通过系统分析,认为要深刻揭示岩石圈伸展与区域铀成矿的关系,至少尚有两大重要科学问题未解决:其一是华南白垩纪—第三纪岩石圈伸展和铀成矿的准确期次及其空间迁移规律;其二为岩石圈伸展期铀成矿的必然性或铀为什么会集中在岩石圈伸展期成矿。要解决第一个问题,需要对铀矿床和岩石圈伸展期形成的基性脉岩开展系统的高精度定年工作;要解决第二个问题,则需要系统研究成矿流体中CO2等气体组分在铀成矿中的作用及其成因。     

论华南地区中生代3次大规模成矿作用

文章在总结大量前人资料的基础上,提出华南地区中生代发生了3次大规模成矿作用,且都在燕山期。其中,第一次发生在燕山早期的180～170Ma,以赣东北和湘东南的Cu、Pb-Zn、(Au)矿化为代表。第二次发生在燕山中期的第二阶段(约150～139Ma),主要是南岭及相邻地区以W、Sn、Nb-Ta等有色-稀有金属矿化为主的成矿作用。第三次是发生在燕山晚期125～98Ma的以南岭地区Sn、U矿化和东南沿海地带的Au-Cu-Pb-Zn-Ag矿化为代表的成矿作用。华南地区中生代这3次大规模的成矿作用是该地区岩石圈发展演化的产物,它们与拉张的动力学背景、壳-幔相互作用、深部热和流体的参与有着成因上的密切关系。     

地幔岩石圈热结构差异与中国大陆岩石圈均衡分析

观测表明,大陆地区存在很多传统均衡模型无法解释的现象,其根本原因在于传统均衡理论中没有考虑地幔岩石圈部分由于热结构差异导致密度差异的影响.本文基于岩石圈尺度的质量平衡模型研究了中国大陆20个构造单元地壳及地幔岩石圈对地形海拔的贡献,以及各块体的均衡状态.计算结果表明,在一些地区,如塔里木盆地、北山和柴达木盆地,尽管岩石圈均衡模型和Airy模型得到了一致的海拔值,但岩石圈均衡模型更能体现均衡过程的物理本质;除青藏高原造山带外的多数块体,岩石圈均衡模型的计算结果更接近观测海拔和地表垂直运动状态;总体上,考虑地幔岩石圈热结构影响后,中国大陆各地区的均衡结果普遍优于传统的均衡模型.通过对均衡状态分析,我们得到以下主要结论：(1)构造稳定地区均衡程度较高;(2) 青藏高原及周边造山带现今地壳运动主要为区域构造过程及深部动力学过程所控制,均衡调整过程不是主要控制因素;(3) 现今地壳垂直运动比较明显的块体处于均衡调整阶段,地表垂直运动的大小反映了该区所受的均衡力作用的程度;(4) 构造稳定地区基于岩石层均衡的理论计算海拔与观测海拔之差值和现今地壳垂直运动速率有较好的相关性,据此我们可以通过均衡分析研究构造块体的运动趋势和动力学性质;(5) 地幔热结构对现今地形、海拔及地壳垂直运动有显著影响,在处理均衡问题时,地幔岩石圈热结构是我们必须考虑的重要因素.     

岩石圈板块漂移引起岩石古剩磁偏角变化规律

依据古地磁基本原理,结合岩石圈板块在地球表面的欧拉旋转,通过赤平投影作图,探讨了岩石圈板块漂移引起古剩磁偏角的变化规律,得出古剩磁偏角的变化与岩石圈板块所处的半球、欧拉极所处的区间以及岩石圈板块东西向运动分量相关,在现今地理坐标下的古剩磁偏角是地质历史时期岩石圈板块多期活动引起古剩磁偏角变化的综合结果。由于欧拉极主要分布在绝对占优的两个区间,因此,岩石圈板块运动主要是欧拉极分布在这两个区间的旋转运动,而当欧拉极分布在这两个区间且当岩石圈板块所处的半球的东西向运动分量方向相同时,古剩磁偏角的变化规律较一致。进而可依据欧拉极分布在这两个区间岩石圈板块旋转引起古剩磁偏角变化规律,结合相邻两个时代形成的岩石古剩磁偏角和倾角之差,以及相对较老岩石形成时所处的半球,可定性确定岩石圈板块在这一地质历史时期的运动方向,为构造应力场演化提供一定的依据,使古地磁数据在大地构造研究中发挥出更大作用。     

大陆动力学数值模拟:问题、进展与展望

大陆动力学是地球动力学的基本组成部分,是板块构造理论的重要拓展,是固体地球科学的核心命题之一。在系统的地质、地球物理和地球化学观测的基础上,数值模拟是探讨大陆动力学过程和机制的有效手段。本文主要基于大陆动力学数值模拟,围绕大陆形成和演化过程的四个关键科学问题进行总结和探讨。(1)大陆起源与早期地球动力学演化。现今观测到的最早的大陆地壳岩石来自冥古宙,说明地球早期就已经开始大陆地壳的形成;关于当时的构造体制,存在多种不同的模式及其过渡和转换(岩浆洋、热管、滞盖等),该问题的约束甚少,是一个地球动力学的前沿科学问题。(2)大陆岩石圈的稳定性与破坏。大陆岩石圈形成之后经历几十亿年尺度的长时间演化,有些克拉通可以保持大致的稳定性直至现今,而有的克拉通却在显生宙期间经历显著的改造和破坏,无论其稳定存在还是改造破坏,都是值得深入探讨的科学问题。(3)大陆深俯冲与极限折返。超高压岩石折返代表了地球表层物质由浅入深而又由深及浅的物质循环,系统的观测和模拟对该过程和机制已有比较清晰的理解;而近年来观测到的200～350 km的超深折返岩石又提出新的挑战,其模式和机制有待进一步探索。(4)大陆碰撞造山差异...     

河北及周边地区岩石圈磁场变化及震前异常特征

利用2019年度大华北秋季复测156个测点的流动地磁矢量资料,获得河北及周边地区岩石圈磁场半年变化图,分析归纳河北及周边地区岩石圈磁场的总体变化特征,并研究测区内2019年12月3日河北怀安M_S3.4地震和2019年12月5日河北丰南M_S4.5地震前岩石圈磁场局部变化和异常特征。结果表明:丰南M_S4.5地震发生在H矢量的转向区,总强度F负异常的高值区,D要素负异常的高梯度带和Z值变化的高值区;怀安M_S3.4地震则发生在H矢量幅值弱化且转向区,D要素零值线附近的正值区和Z值变化的低值区。     

克拉通、下地壳与大陆岩石圈——庆贺沈其韩先生百年华诞

把克拉通、下地壳和大陆岩石圈这几个重要的地质名词放在一起做文章的标题,其实只是想强调一个事情,即陆壳形成和稳定化的结果是形成大陆岩石圈。大陆岩石圈是地球圈层的基本单元,是现代板块构造运动的核心构件和核心载体。忽视大陆岩石圈,要讨论地球上大陆与大洋、地壳与地幔、地球的深部圈层与外部圈层、内部圈层间相互作用以及物质与能量的交换等问题都无法深入。大陆岩石的最初形成可能在冥古宙早期已经开始,全球大陆的稳定化即克拉通化一般认为完成于太古宙末,并开启了元古宙的新纪元。对大陆壳的形成机制和演化过程,已经有很多讨论,但是还存在许多争议。而对大陆岩石圈人们知之不多,文献中常常在早期的小的陆壳形成,即陆核或微陆块阶段,就将其与大陆岩石圈的概念混为一谈。岩石圈的形成固然是大陆形成演化的结果,但是岩石圈的物质组成、结构和物理性质等从最初形成到成熟并成为稳定的地球独立圈层并足以承担板块构造的重任,可能经历了不止一个阶段。本文强调应对岩石圈的形成和演化给予更多的关注,并深化研究大陆地壳形成、克拉通化对大陆岩石圈形成的贡献。     

残留板块及地幔柱:怀俄明克拉通的上地幔地震图像(英文)

介绍了近年来天然地震体波和面波层析成像以及接收函数在怀俄明克拉通地区的应用。怀俄明克拉通地区的地壳和上地幔结构可以归结为克拉通成型时期的残存高速度异常以及进行中Yellowstone低速地幔柱。在克拉通南部边界缝合带地区以及在中部和北部下地壳中保存着一些高速度结构。南部边界缝合带地区的高速度倾斜上地幔结构与人工地震剖面LithoProbe在北美各个克拉通边界所记录的上地幔倾斜反射体一致。作为一个可能的上地幔消减板块残留体,这个倾斜上地幔结构显示出板块叠加可能是一个普遍的克拉通成型过程。在克拉通缝合带的莫霍面和上地幔深度,人工地震的研究结果显示板块叠加过程形成一个楔形体,体现出克拉通上地幔的较高粘度系数。接收函数的转换波共转换点叠加技术显示出这种楔形体存在于整个怀俄明克拉通的南部边界。接收函数和基于噪声的瑞利波层析成像图像显示出在克拉通地壳增厚地区存在下地壳高速体。作为早期岩石圈分裂过程残留的火成岩侵入体,这种下地壳高速体存在于较早成型的克拉通北部和中部地区,显示出南部克拉通地区不同的形成机制。克拉通的西部地区受到Yellowstone地幔柱的影响。层析成像显示低速的地幔柱从黄石地区向下延伸到至少500km。在消蚀岩石圈的同时,岩浆侵入体沿着hotspottrack在中地壳大量的形成,并引起下地壳岩石的横向流动。     

地幔对流对全球岩石圈应力产生与分布的作用

利用动力学模拟方法研究地幔对流对于大尺度岩石圈内部应力场形成的作用. 地幔物质内部的密度横向非均匀及表面板块运动引起地幔流动,并在岩石圈底部产生一个应力场. 该应力场作为面力将造成岩石圈本身变形,从而产生岩石圈内部的应力分布. 模拟计算结果表明,大部分俯冲带及大陆碰撞带区域应力均呈现挤压特征,如环太平洋俯冲带及印度－欧亚碰撞带等;而东太平洋洋脊、大西洋洋脊及东非裂谷处应力状态均表现为拉张;并且绝大多数热点位置处于应力拉张区域,这与目前对全球构造应力状态的理解是一致的. 计算的岩石圈内部最大水平主压应力的方向与观测表现出相当的一致,其结果总体上吻合得较好,然而在局部区域（例如西北太平洋的俯冲带、青藏高原等地区）存在着较大的差异. 研究表明,地幔对流是造成岩石圈内部大尺度应力状态及分布的一个重要因素.