牡丹江-密山第三纪火山岩的地球化学:地幔源区及其动力学意义

本文对分布广泛但研究相对薄弱的敦化-密山断裂带北段(牡丹江-密山地区)第三纪玄武岩进行了详细的Ar-Ar年代学、元素一同位素地球化学研究.结果表明,牡丹江-密山地区新生代最早的岩浆活动始于49 Ma,一直持续到36 Ma左右,集中出露于敦化-密山断裂西侧的海浪盆地内(本文称为海浪火山岩).     

攀西裂谷存在吗？

大陆裂谷以地幔上隆、岩石圈伸展、减薄、断陷和沉降为特征，伸展构造环境是大陆裂谷形成的必要条件和本质特征。中国学者以前所认为攀枝花-西昌裂谷的主要标志是海西期层状堆晶杂岩、晚二叠世峨眉山玄武岩、印支期环状碱性杂岩和晚三叠世裂谷盆地沉积。最近一系列研究成果表明攀西地区海西期-印支期构造岩浆热事件是地幔柱和岩石圈相互作用的结果，不是裂谷作用的产物。进一步对上扬子西缘二叠纪-三叠纪的沉积作用和构造特征综合分析表明攀西地区不存在裂谷盆地沉积。该区晚二叠世-中三叠世为古陆隆起遭受剥蚀，晚三叠世断陷型类磨拉石建造是前陆走滑复合盆地的产物。本文根据对攀西地区二叠纪-三叠纪的岩浆活动、沉积作用、构造特征和地球物理资料等方面综合研究对攀西裂谷的存在提出质疑，并以峨眉山地幔柱活动为主线探讨了攀西地区古生代和中生代的地质构造演化历史。     

地幔柱大辩论及如何验证地幔柱假说

目前关于地幔柱存在与否的争论主要集中在地幔柱学说的三个假设上:(1)起源于地球核幔边界缓慢上升的细长柱状热物质流;(2)热点下具有异常高温地幔;(3)地幔柱是相对静止的。这三个方面的验证需要今后深部地球物理探测、岩石学和古地磁等学科的综合运用和进一步的工作。文中认为,地幔柱学说依然能合理地解释地球上一级地质现象,反对地幔柱的学者过分强调了一些小尺度的与地幔柱理论不符的细节,而小尺度地壳特征显然还受到其他许多因素的影响。可以从以下5个方面来鉴别老地幔柱:(1)大规模火山作用前的地壳抬升;(2)放射状岩墙群;(3)火山作用的物理特征;(4)火山链的年代学变化;(5)地幔柱产出岩浆的化学组成。研究表明,峨眉山大火成岩省满足其中的3到4个指标,因此地幔柱是形成峨眉山玄武岩的主要动力学机制。     

峨眉山玄武岩研究中的一些问题的讨论

峨眉山玄武岩是当前研究的特点，本文从以下方面论述了峨眉山玄武岩研究中存在的一些问题：时空分布；岩石组合；高Ti和低Ti玄武岩；与其它典型大陆溢流玄武岩的异同点；与地幔柱的关系和地幔柱的起因。对这些问题提出了一些新的认识和解释，或者提出了解决这些问题的途径。这些问题的解决，对研究娥眉山玄武岩本身以及地幔柱－岩石圈的相互作用及其成矿效应均具有重要意义。     

从华北克拉通中生代原型盆地演化探讨深部岩石圈演化

近十年来,华北克拉通破坏或者岩石圈减薄一直受到国内外地学界的关注.目前,华北克拉通东部岩石圈晚中生代发生减薄已经得到多数学者的认同,但是岩石圈减薄的具体机制、时空范围、过程以及动力学背景仍然存在很大争议[1,2].争论的焦点是岩石圈减薄的机制问题,争论的原因之一是克拉通破坏过程的基础地质资料不够翔实,对浅表地质的研究比较薄弱,不能在整体上、宏观上对克拉通破坏过程进行控制[3].     

上地幔熔体—岩石相互作用与大陆地幔演化

根据实验岩石学,幔源岩石的岩石地球化学资料以及微量元素地球化学理论模拟等,评述了上地幔熔体－岩石相互作用研究领域的最新进展,指出熔体－岩石相互作用不仅深刻地制约了岩石圈地幔的矿物学,地球化学和物理性质的变化以及地幔不均一性的形成及演化,而且也会最终控制各种构造环境下喷出岩浆的地球化学特征,以及深部岩浆的分离机制。     

长白山火山下方地幔转换带中滞留的俯冲太平洋板块存在空缺吗?

针对近年来长白山火山下方地幔转换带中是否存在低波速异常指示的太平洋板块"空缺"而引起的不同科学认识的热烈辩论,本文主要回顾了我国东北地区地幔转换带的体波成像结果。使用相对走时残差的远震体波成像结果显示,长白山火山以西地幔转换带中存在低波速异常指示的太平洋板块"空缺";而使用绝对走时残差的区域成像和全球成像结果,尽管展示出长白山火山以西比以东略低的波速异常,但长白山火山以东至我国东北重力梯度带区域下方的地幔转换带均展示出明显的连续的高波速异常。在接收函数分析时,如果以全球平均值660km而非我国东北地区平均值670km作为基准,来分析660km间断面是抬升还是下沉;以全球平均值250km而非我国东北地区平均值260km作为基准,来分析地幔转换带是增厚还是减薄的话,则可以得到长白山火山以东至我国东北重力梯度带区域660km间断面下沉与地幔转换带增厚的认识。这种与绝对走时残差成像结果展示的地幔转换带为连续的高波速异常结果相一致的结果,说明太平洋板块俯冲前缘已由日本海沟抵达我国东北松辽盆地与大兴安岭交界处。结合高温高压实验、数值模拟与岩石地球化学研究结果,本文并不支持长白山火山以西的地幔转换带存在低波速异常指示的板块"空缺"和地幔转换带"减薄"的认识。长白山火山的深部起源与太平洋板块深俯冲至我国东北松辽盆地与大兴安岭交界处形成的"大地幔楔"结构动力学相关。     

上地幔熔体-岩石相互作用与大陆地幔演化

根据实验岩石学、幔源岩石的岩石地球化学资料以及微量元素地球化学理论模拟等,评述了上地幔熔体岩石相互作用研究领域的最新进展,指出熔体岩石相互作用不仅深刻地制约了岩石圈地幔的矿物学、地球化学和物理性质的变化以及地幔不均一性的形成及演化,而且也会最终控制各种构造环境下喷出岩浆的地球化学特征,以及深部岩浆的分离机制。     

南海大洋钻探及海洋地质与地球物理前沿研究新突破

南海是西太平洋地区规模最大且具有代表性的边缘海盆地之一。经过近几十年的研究积累,尤其是通过实施5个国际大洋钻探航次(1999–2018年)与国家自然科学基金委“南海深海过程演变”重大研究计划(2011–2019年),我国科学家获得了大量宝贵的第一手资料,取得了一系列创新进展与重大突破,标志着南海海洋地质与地球物理研究正走向国际前沿。重要研究成果包括:(1)新提出南海是“板缘张裂”盆地,与经典的大西洋型陆缘模式不同;(2)大洋钻探首次获取了基底玄武岩样品,结合中国在南海首次深拖地磁测量实验,精确测定了南海海盆玄武岩年龄,揭示南海海盆从东向西分段扩张;(3)大洋钻探结果发现南海陆缘岩石圈减薄之初岩浆迅速出现,未发现缓慢破裂造成的蛇纹岩出露;(4)发现南海扩张结束后仍存在大量岩浆活动,可能受控于多种构造与地幔因素;(5)地球化学证据与地球动力学模拟都显示南海岩浆的形成受到周边俯冲带的影响。目前我国的海洋地球科学正在进入崭新的发展阶段,有望以南海为基点,开始拓展到周边大洋,通过主导大型研究计划以及建设我国大洋钻探平台,以提升我国在南海、西太平洋与印度洋海洋地质科学研究的实质性影响力与引领地位。