青藏高原下地壳热变形和管道流研究

本文应用地球三维成像方法和现代物理学的理论,来说明青藏高原下地壳管道流形成的原因和条件。根据区域重力资料提取的地壳三维密度成像的信息,进一步探讨了青藏高原地壳低密度扰动带反映的地质构造。应用地壳三维密度图像,分析了青藏高原下地壳为什么会形成管道流的原因,圈定了下地壳管道流所在位置。通过连续介质物理学的理论分析了热变形带如何引起下地壳管道流的机制,给出通过密度扰动计算了下地壳热应变率的方程式。结果表明,青藏高原下地壳管道流的热应变幅度大约为15.5mm~3/a。按照方程式和下地壳的密度扰动数据计算了青藏高原下地壳热应变幅度分布图。图中正热应变幅度代表热膨胀,负热应变幅度代表冷收缩;下地壳管道流随应变率从高向低流动。下地壳岩石热应变率最高处指示下地壳管道流的源头,位于喀拉昆仑断裂东侧与雅鲁藏布至班公—怒江缝合带的连接区段,和雅鲁藏布缝合带北侧的拉孜—林芝段。从喀拉昆仑断裂东侧源头的下地壳管道流主要流向北东和北西两个方向。从雅鲁藏布缝合带北侧源头的下地壳管道流主要流向北东到理塘—雅江和滇北地区,然后又分为南北两个方向分流。下地壳管道流位置或可向上挤出到中地壳,引起青藏高原重力不均衡和山脉隆升。同时,三维密度成像的结果支持下地壳流牙膏式向上挤出的蠕动模式。     

海洋大地水准面的多尺度分析

利用径向基函数多尺度分析方法,将GOCO05S模型海洋大地水准面分解为3个尺度,并进行详细的分析统计。分解后重构的大地水准面精度达到了±0.02m,表明了径向基函数出色的多尺度分析能力。对不同深度层面上大地水准面异常的分布及成因做了深入探讨。浅层上地幔大地水准面异常主要分布于板块边缘,呈条状,与火山热点源分布类似;深层上地幔大地水准面异常和大洋中脊所在位置部分吻合,主要呈带状或块状,与上地幔的对流有关;中间层上地幔的大地水准面异常形态介于上述两者之间,主要受火山热点源和地幔对流的综合影响。     

基于横波分裂、GPS和断裂第四纪滑动速率数据研究中国大陆及邻区岩石圈/软流圈动力学特征

中国大陆及邻区位于欧亚大陆东南部,4个重要的板块强烈交互作用,东部受到太平洋板块和菲律宾海板块的俯冲作用,西部受到印度板块的碰撞作用,形成了诸多俯冲带、造山带及数千千米的大陆离散变形带。因此,中国大陆及邻区是开展地球动力学研究的天然实验室。提高对岩石圈和软流圈变形特征的认识对理解中国大陆及邻区的动力学含义具有重要意义。本研究将通过联合地表变形场和地幔变形场来分析中国大陆及邻区的岩石圈壳幔耦合程度和软流圈的地幔流特征。本研究收集了位于中国大陆及邻区的宽频带固定和流动地震台(共1 800个台)记录的XKS(SKS,SKKS,PKS)波形资料,采用最小切向能量的网格搜索和叠加分析方法测量了每个台站的各向异性参数,即快波偏振方向和快、慢波时间延迟,并利用他人在区域内的993个宽频带地震台站得到的横波分裂参数,一起组成表征地幔变形场的数据集;并利用发表的约3 600个GPS和断裂第四纪滑动速率测量数据,采用连续样条函数方法求取了中国大陆及邻区的地表连续变形场(速度场和应变率场)。根据应变率分布和岩石圈构造特征,按照高应变率和厚岩石圈区域采取岩石圈变形模式分析,定量求取和确定每个测点的岩石圈变形类型(左旋简单剪切、右旋简单剪切和纯剪切变形),通过预测的横波分裂参数与实测参数的对比来确定岩石圈壳幔力学耦合程度。研究结果表明,大部分地区符合垂直连贯变形模式,属于壳幔耦合特征,如青藏高原、天山造山带、阿尔泰造山带、台湾造山带、琉球岛弧等构造单元,但在印度板块和欧亚板块陆-陆碰撞带——喜马拉雅碰撞带、日本和稳定的四川盆地、塔里木盆地等区域,可能由于板块俯冲导致的复杂构造变形或一种古老的"化石"各向异性并不符合垂直连贯变形模式。在低应变率和薄岩石圈区域采用简单软流圈变形模式分析,假设各向异性是由于岩石圈底部和软流圈之间的运动速度差异引起的。基于预测的地幔流和地表速度场模拟的快波方向与XKS波分裂快波方向之间的比较,通过迭代反演确定了最佳地幔流。研究结果显示,长白山火山活动区将中国东部下面软流圈地幔流分成两部分,北部顺时针旋转的地幔流向东运动,指向东方的太平洋俯冲带,而南部顺时针旋转的地幔流自北向南由向南运动变化到向西南运动,指向西南的缅甸俯冲带和巽达俯冲带。长白山火山活动区下的热地幔上涌使得中国东部软流圈地幔流分成流动方向相反的两部分,北部的顺时针旋转的地幔流向东运动,而南部的顺时针旋转的地幔流自北向南,由向南运动到向西南运动。而在蒙古地区拟合的最佳软流圈地幔流为顺时针旋转的地幔涡流,其形成可能与太平洋板片俯冲、后撤/回转,以及巨厚岩石圈的西伯利亚克拉通的几何形态相关。东亚地区的太平洋板片、巽达板片和缅甸板片的俯冲作用和后撤/回转作用导致了中国大陆及邻区顺时针旋转的软流圈地幔流,使得与岩石圈底部产生了一个水平差异运动,在软流圈中产生一个与简单剪切一致的变形结构,进而形成了研究区所观测到的各向异性。     

桂岭岩体及其暗色微粒包体的岩石成因和地质意义

文章通过桂岭岩体及其暗色微粒包体的岩石学和地球化学研究,探讨了南岭西段早古生代壳幔相互作用及其构造背景.研究结果表明,桂岭岩体主要岩石类型为黑云母二长花岗岩,其SiO2含量为70.24％～75.13％,全碱含量为7.95％～8.44％;(La/Yb)N值为5.0～8.4,具有轻稀土富集、重稀土亏损和明显负Eu异常(δE...     

济阳坳陷高青—平南断裂带CO_2气藏中稀有气体地球化学特征

济阳坳陷高青-平南发育多个CO_2气藏,对气藏组分、同位素以及组分同位索相关组合进行分析,认为气藏中CO_2主要是幔源-岩浆成因.气藏同时具有高~(40)Ar/~(36)Ar和高~3He/~4He值表明:气藏中稀有气体主要来自幔源,同时有部分壳源混入;气藏中~4He/~(40)Ar~*平均值为2.15,说明该地区气藏形成主要以岩浆缓慢脱气为主,大规模CO_2及稀有气体是岩浆冷却结晶阶段所释放.其形成机理为:在随岩浆上升的过程中,随着压力和温度不断下降以及岩浆成分的变化,岩浆中CO_2及稀有气体溶解度也随之降低并析出,产生的大量CO_2及稀有气体沿着深大断裂及一些二、三级断裂交汇处输送至地层的各类圈闭中,并在适当的位置聚集成藏.     

二连盆地北缘晚中生代火山岩Ar-Ar年代、地球化学及构造背景

中国东北二连盆地周缘分布有三组时代不同的晚中生代火山岩,其中早、中期为两套地球化学性质不同的流纹岩,晚期为玄武质火山岩。本文通过测定火山岩基质Ar-Ar同位素年龄,表明早期查干诺尔组流纹岩形成于142Ma,晚期不拉根哈达组基性火山岩形成于129Ma,可见二连盆地北缘晚中生代火山岩时代均为早白垩世。通过对主、微量元素地球化学特征和Sr-Nd-Pb同位素组成研究,以及与邻区同期满克头鄂博组英安岩和流纹岩、玛尼吐组英安岩、霍林河地区查干诺尔组英安岩、流纹岩对比,认为早期查干诺尔组流纹岩来源于新成下地壳,岩浆演化过程经历了强烈分异作用;中期流纹岩源区为中上地壳或下地壳岩浆经历了上地壳强烈同化混染作用;晚期不拉根哈达组基性火山岩则源于受俯冲洋壳流体交代的富集岩石圈地幔。结合早白垩世区域岩石圈减薄背景,本文认为研究区早白垩世火山岩形成于陆内伸展构造环境。     

云南省香格里拉县甭哥碱性杂岩体岩石地球化学特征及其地质意义

云南省香格里拉地区发育一套以甭哥碱性杂岩体为代表的富碱高钾岩浆岩。该岩体SiO_2变化范围较宽,高FeO~T和碱质,低Al_2O_3、MgO和CaO;富集LILE和LREE,相对亏损HFSE并显著亏损Cr、Co、Ni等过渡族元素,同时还具有从弱负异常至强正异常的δEu及δCe,表现出埃达克质与岛弧型火山岩双重特征。岩石地球化学研究表明,甭哥岩体并非单一岩浆经简单结晶分异而来,其岩浆来源具有多样性与多期性,它们主要代表了晚三叠印支期俯冲洋片和地幔楔与下地壳部分熔融及新生代含金云母相的交代富集地幔低程度部分熔融的岩浆作用。其形成和演化大致经历了晚印支期初始岩浆形成和燕山期后续岩浆逐步叠加及新生代喜山期岩浆侵位三个阶段,在整个岩浆作用过程中,伴随有地幔流体交代作用及由此引发的壳幔物质混染现象。而与甭哥碱性杂岩体有关的金成矿作用主要受制于该区多阶段岩浆与含矿地幔流体的相互作用及地幔流体交代叠加混染作用,其金成矿的富矿体可能定位于深部,据此提出甭哥碱性杂岩体具有深部成矿的勘探开发远景。     

辽西黄半吉沟早白垩世义县组高镁安山岩的成因

利用橄榄石和熔体包裹体,结合全岩的方法对辽西地区早白垩世义县组黄半吉沟火山岩的成因进行了研究。黄半吉沟火山岩SiO_2=53.41%~53.74%,MgO=8.15%~8.23%,Mg#=~70(Mg#=mol Mg/(Mg+Fe2+)),为高镁安山岩;全岩在TAS图解上,落在玄武安山岩范围内,属于亚碱性系列;它们具有较高Ni(119×10-6~125×10-6)和高Cr(467×10-6~521×10-6),显示幔源岩浆特征;在微量元素组成上,黄半吉沟高镁安山岩Sr=920×10-6~930×10-6,Y=16.1×10-6~16.4×10-6,Sr/Y=57~58;在微量元素原始地幔标准化蛛网图上,黄半吉沟高镁安山岩显示轻重稀土分异,明显的Nb-Ta-Ti和弱的Zr-Hf负异常,Ba、Sr和Pb正异常,这些特征与大陆下地壳非常相似。熔体包裹体MgO为6.5%~9.7%,SiO_2为51%~53%,不符合典型高镁安山岩的定义;在TAS图解上它们落在玄武粗安岩内,属于碱性系列;MgO与其它主量元素成分呈明显或者弱的负相关关系,说明它们的成分主要受控于橄榄石结晶分离过程。黄半吉沟高镁安山岩的橄榄石Fo值为75~91;CaO含量为0.10%~0.18%,NiO为0.05%~0.41%,Fe/Mn比值为60~80。黄半吉沟高镁安山岩的全岩和熔体包裹体成分存在显著差异,如熔体包裹体具有更高的Al2O3和更低的SiO_2。结合全岩微量元素特征,我们认为黄半吉沟高镁安山岩在地壳深度的岩浆演化过程中加入了来自下地壳的酸性熔体,是壳幔相互作用的结果。全岩较低Ni高Mg#,熔体包裹体低CaO并落在CATS-Olivine-Quartz相图的热障碍边界线富硅一侧,以及橄榄石低Ca和陡倾的Fo-Ni关系,指示黄半吉沟高镁安山岩的幔源岩浆是来自以斜方辉石为主辉石岩的源区。我们认为广泛发育于辽西地区的早白垩世义县组高镁安山岩可能经历了壳幔相互作用,因而不能作为拆沉作用导致岩石圈大规模减薄的重要证据。     

岩浆泡破裂引发地震的模式——以吉林松原2013年地震群为例

2013年10月31日,吉林省松原前郭尔罗斯蒙古族自治县（44.60°N,124.18°E）发生震级为5.5级地震,此后的40 d内发生了700多次地震,其中5级以上地震5次。松原地区近年来地震活动频繁,2014年1月以来又发生4级以上地震9次、5级以上地震1次,震中处于松辽盆地油气田开采区,地震活动序列十分特殊。为了揭示松原地震的发震机制与发震模式,研究深部地质过程与地震的关系,根据此次实测的通过震中25 km长的大地电磁测深剖面,结合地热梯度、He同位素比值（³He/⁴He）、CO₂碳同位素、地震序列等资料的综合分析,发现震中地区存在两个位于不同深度的低阻体,地震发生与地幔深部岩浆活动有关;据此提出了一种新的地震发生模式——岩浆泡破裂发震模式,描述了来自地幔的基性岩浆通过向上侵入、在脆-韧性转换带附近聚集形成岩浆泡、岩浆泡破裂及岩浆泡上覆岩层中聚集能量引发岩层破裂产生地震的过程,并使来自地幔的无机成因的CO₂气在储层中形成CO₂气藏。该模式可以解释许多发生在大陆内部地震和深源地震的发生机制。     

西藏罗布莎蛇绿岩地幔岩中首次发现超高压矿物方铁矿和自然铁

在西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带的东部,距拉萨市200km的罗布莎蛇绿岩的豆荚状铬铁岩中,发现方铁矿和自然铁。而且以自然铁为核心并包裹于方铁矿中,两者形成圆球形态。自然铁的空间群为Fm3m,晶胞参数a=0．28663nm。方铁矿空间群为Fm3m,晶胞参数a=0．43070nm。根据有关实验资料推断,高压矿物方铁矿和自然铁来自下地幔,并且可能为核幔边界化学反应生成物。