板片脱落——阿尔卑斯山脉同碰撞岩浆作用和构造模式

板片脱落就是在大陆碰撞期间俯冲的大洋岩石圈在浮力趋动下同一起俯冲的较轻大陆岩石圈拆离。Davies和von Blanckenburg(1994)在他们近期的文章中通过热力学模拟估算了引起脱落的物理条件,并预言了造山带演化过程中的各种结果。脱落在涌升软流圈的作用下使得掩复岩石圈地幔加热,富集层熔融,形成了双峰态岩浆作用。脱落也导致俯冲地壳岩石圈的受热弱化,使得在地幔深部裂散的地壳碎片因浮力而上升。我们将板片脱落模式用于研究欧洲阿尔卑斯山脉在第三纪的演化。阿尔卑斯山脉玄武质和花岗质岩浆作用出现在42 Ma和45 Ma之间,是在俯冲和大陆碰撞引起洋盆封闭之后发生的。现在认为,花岗岩类是由玄武岩与同化的大陆壳混合而形成的。为了确定部分地幔熔体形成的构造决定因素,我们收集并分析了已发表的整个阿尔卑斯弧的大量镁铁质岩墙的地球化学和同位素数据。痕量元素和同位素成分表明,它们是通过力学上稳定的岩石圈地幔的低度熔融形成的。我们没有见到软流圈地幔熔融的证据。在不到50 km的深处,没有发生减压。板片脱落一旦开始,便迅速地侧向迁移,并在受热弱化的地壳处形成线式岩浆活动带。这解释了为什么所有的阿尔卑斯岩浆几乎同时沿环亚得里亚线性断裂带的走滑断层侵位。通过对俯冲到100 km深处的Penninic高压岩石年龄的分析,发现俯冲作用发生在约55～40 Ma间,隆升作用发生在40～35 Ma间。从隆升和岩浆作用开始的短暂时间间隔来看,我们推断这两个过程都是由脱落作用引起的。板片脱落模式在阿尔卑斯地区得到了验证,因此,也支持了建立在地质基础上设想的理论模式。我们认为,岩浆活动与高压岩石回升地表的特征性组合将可在地表造山带鉴别板片脱落作用。     

浅析岩石圈地幔的组成和演化

大陆岩石圈地幔(SCLM)的组成与上覆地壳的构造年龄有关,代表了一种大陆岩石圈地幔形成过程中的长期变化。基于对一套捕掳体和捕掳晶体的研究,多数研究者认为贫石榴二辉橄榄岩具有高的斜方辉石岩或橄榄岩。全球和区域的地震断层扫描表明,大多数克拉通捕掳体岩体来自低速的岩石圈块体,我们提出假设,绝大多数的太古宙大陆岩石地幔原始组成是高的贫纯橄岩/方辉橄榄岩,与挪威西部的太古宙造山带地块相似。这种位克拉通上部的地震和重力数据说明大量的岩石保存在克拉通核部,但是火山岩样品很差,我们认为这不是大陆岩石圈地幔形成进程中逐渐演化,而是太古宙和更年轻的构造体系之间的尖锐的分立。大陆岩石圈地幔的两种类型在浮力和粘度之间的差异在陆壳的组成,保存和循环方面起到了重要作用。     

美国科迪勒拉西部新第三纪抬升及拉张是地幔羽引起的吗?

美国科迪勒拉西部许多地区尽管拉张强烈且地壳很薄,但其地表仍抬升到海平面1km以上。因此该区不能认为是均衡地浮在均一地幔上的厚地壳,何况穿过该区岩石圈地幔和/或上部软流层的厚度和密度一定是变化的。我们借助对地壳厚度及密度的制约对科迪勒拉西部地幔岩石圈及软流层中肯定产生的剩余质量亏损进行了模拟。该区在新生代一系列复杂构造事件如岩石圈的增厚、弧后拉张以及从俯冲到板块转换边界的过渡的过程中,突发了一个巨大热点。我们认为,科迪勒拉西部拉张区中许多独特的特征起因于黄石(Yellowstone)热点的地幔羽(mantle plume)。     

印亚板块碰撞的新假说

在1994年7月23日的《自然》杂志上,Sean D.Willett和Christopher Beaumont提出了一个有关印亚板块碰撞的新假说,这一假说对于那种认为岩石圈板块仅能在其边缘部分发生变形的概念来说,或许能解救其困境。近20年来,科学家们已摒弃了若干种试图解释印度板块何以会如此严重地使亚洲板块变形的假说。在一个早期的假说中,由地幔岩组成的印度岩石圈的下层,插入亚洲板块下面并沉入地幔。在另一种假说     

俯冲缝合线向大陆板块方向快速后退过程中蛇绿岩的生成和侵位作用

在如何认识许多蛇绿岩的成因和意义方面,一个悬而未决的问题就是岛弧蛇绿岩的地球化学特征和强烈的地壳扩张构造特点是否相吻合。本文提出了一个假说,认为蛇绿岩的特征与蛇绿岩侵位的运动学过程有关。蛇绿岩的侵位,尤其是在被动大陆边缘上的侵位,很可能是由于洋内俯冲作用造成俯冲板块向大陆外侧方向倾斜,蛇绿岩就是俯冲带的上盘。如果大陆板块与俯冲岛弧后面的板块具运动学联系,在大陆和弧后大洋板块处于相对静止状态的特定条件下,表壳俯冲带的扩张将使俯冲缝合线以一定的俯冲速度后退。因此,在蛇绿岩产生的岛弧构造岩石环境中,由蛇绿岩侵位于大陆边缘上时板块形态所限定的强热扩张作用将会产生具独特构造和地球化学特征的蛇绿岩。含大陆板块和弧后板块之间的这种运动学联系可能是因为它们本身就是一个大板块,或是两个大板块,但它们的运动与蛇绿岩微板块插入以及大陆之下的粘性拖曳无关。     

上地幔剪切带——以阿尔卑斯二辉橄榄岩地块研究为例

意大利西北部的Erro-Tobbio上地幔二辉橄榄岩侵位于欧洲与亚德里亚板块碰撞过程中的阿尔卑斯缝合带,它保存了一组大型剪切带,这组剪切带形成于Picmonte-Ligurian洋盆的侏罗纪裂谷、裂解和发展过程中,温度为800～1000℃.这些构造清楚地表明了岩石圈伸展和裂解过程中Picmonte-Ligurian上地幔中的变形部位.     

古构造在东非裂谷形成和演化中的作用

通过对比东非裂谷与古构造的发育位置发现,各裂谷区段通常位于与岩石圈缝合线相关的前寒武纪地壳韧性前缘陡冲断层之上.地壳深部糜棱带的韧性伸展活化形成拆离断层,产生初始盆地.最初的断裂发生在岩石圈地幔的缝合带之上,地壳和地幔变形之间没有联系.转换断层带是由代表古横向陡冲断层的NW-SE向大型横推剪切带演化而成.而其它一些NE-SW向深部古老构造的活化形成了相当于大型张裂隙的盆地.自渐新世以来,因阿法尔热点引起的岩石圈大陆破裂(组成东非裂谷)自其起点逐渐向南扩展.从几个原始盆地开始的大陆破裂的扩展在时间和空间上是不连续的.这些原始盆地随后相互连接,形成横穿古前缘或横向陡冲断层及表层走滑断层的裂谷主干分支,当被切割的古大断裂与近NW-SE向的区域运动方向平行时,交会带就发育转换断层.     

地质学家探测加拿大西部克拉通

前寒武纪克拉通保存了陆地演化过程的重要线索。然而,目前对显生宙沉积物之下的广大克拉通地区尚未进行过科学探测。加拿大岩石圈探测工程艾伯塔基底断面项目(ABT)的地质学家们正在研究加拿大西部富含石油的沉积盆地(WCSB)的演化。他们通过多种技术手段来分析沉积盆地内的特征,并解释下部前寒武纪地壳和上地幔的成因。这项工作提供了北美克拉通重要的未知部分的新看法。地震波反射测量揭示了由古老侵蚀山带组成的年代为1.8Ga 以上的加拿大西部克拉通构造。同期进行的大地电磁研究得到了地幔电性结构图象,这种结构首次证实了地幔的结构与地壳变化相关,例如岩石圈地幔随俯冲作用发生的化学变化。穿越沉积盆地2000多公里的区域地震反射网络使我们可通过显生宙期间克拉通激活的古地震记录来研究加拿大500 Ma 的沉积历史。获得的结果可望对前寒武纪大陆构成、地幔岩石圈的发展以及大陆内部的演化有更好的了解。     

“果冻三明治”褶皱

平均高度5 000m、表面积超过500万(原文如此,应为50万——译者注)平方公里的西藏高原是世界上最大的高原地形。喜马拉雅山脉不断上升,清晰地表明其驱动力与地球表面板块的全球性运动有关。然而,尽管该高原闻名于世,但对其主要特点如高原地下结构、变形方式与变形程度以及对全球构造学的影响还不甚清楚。理解构造学变形本质的一个中心问题是地壳和地幔中强度的垂直分布。Jin等在本期第669页上运用重力资料揭示了西藏地壳大规模褶皱的证据,并暗示在强硬的上地壳和上地幔之间有一软弱的下地壳层。青藏高原是始于4 500万年前的印度与欧业大陆碰撞的产物,结果使地壳厚度增加了一倍。以前解释与碰撞变形有关的地壳厚度的说法有三类,其中每一类都对地壳和上地幔的变形如何分布作了具体的预言。     

周缘前陆盆地中复理石向磨拉石的转换——被动大陆边缘对板块破裂的作用

大陆碰撞和周缘前陆盆地的形成分别由前陆板块被动大陆边缘的变形和弯曲产生。在板块逐渐聚合过程中,周缘前陆盆地从欠补偿的复理石阶段到补偿的或过补偿的磨拉石阶段。传统认为,这种复理石向磨拉石的转变记录了被动大陆边缘的构造界线处逆冲楔形体和前陆盆地的迁移。它证明了在北阿尔卑斯前陆盆地的发育过程中继承性古水深和俯冲的欧洲被动大陆边缘的岩石圈强度的变化在复理石至磨拉石的转换中都不起作用。从复理石至磨拉石的沉积期,阿尔卑斯山的沉积物供给至少增加了30%。在复理石向磨拉石转变的同时(中渐新世),造山带内部经历了快速的剥露作用、高压变质岩石的隆升、下部岩石圈的熔融和主背冲作用的开始,所有这些都与板片破裂模式有联系。该模式的进一步影响是均衡的表层隆起和侵蚀。由此提出了板片破裂可能由导致北阿尔卑斯前陆盆地的复理石向磨拉石转变的沉积物供给增加所致,并且提供了被动大陆边缘的另一种模式。     

挤压造山带中地壳地震反射型式的构造模式

本文再现了沿纽芬兰阿帕拉契亚山脉走向的可能是奥陶纪—志留纪地壳地震反射率型式。在不对称挤压造山体系的砂箱模型中,产生了可对比的断层型式,在基底速度不连续面上出现了相对倾斜的阶梯状剪切带。这种反射率型式可通过力学上类似的作用模拟产生,在此过程上,因陆-陆碰撞期间地幔和下地壳岩石圈的拆离和下冲而产生了不连续的应力。这类地震反射率型式在阿帕拉契亚—加里东造山活动带的任何地方均可见到,也产出于更老和更年轻的挤压造山带,从而说明,拆离和俯冲形成的不对称地壳变形可能是挤压造山带的共同特征。     

地球动力作用新模式

目前最流行的深部地球动力作用模式就是板块构造模式.该模式认为,地球内部地核和岩石圈之间存在着统一的巨大的地幔物质对流系统.正是这个系统导致岩石圈板块定向移动.它起源于低粘度层即在大陆底下深300～400km,大洋底下深几公里到80km的软流层.但是,有许多现象未予解释,尤其是没有解释岩石圈内厚层或薄层岩石板片沿平缓拆离面的位移(有时很大距离).     

印度陆块与欧亚陆块碰撞在印度洋内引起的效应

在海洋钻探计划116航段中,我们调查了印度陆块与欧亚陆块碰撞对印度洋中部赤道附近的区域构造和沉积所产生的影响,该处离喜马拉雅山碰撞带超过3000km(图1,略).我们发现喜马拉雅山的主体抬升始于中新世早期,比以前所报道的要早.我们也调查了大区域的板内变形产生的断裂作用的时间和性质,并研究了孟加拉湾扇末端沉积物源和沉积作用.大陆碰撞于始新世时期以"软"碰撞开始,碰撞或许发生在印度大陆与亚洲西向海洋的岛弧之间.两     

绿岩的幕式年代是打开地幔动力学大门的钥匙吗?

大部分绿岩通过俯冲作用再度进入地幔的2.5～2.2 Ga和1.65～1.35 Ga年龄段的极小值,可能与超级大陆的活动时代相关。根据绿岩的年代分布和新生大陆壳,地球历史可被分为3个阶段:(1)>2.8 Ga,虽然一直到3.0 Ga才形成超级大陆,但是在此时以前绿岩和微型陆块就开始形成并持续发生碰撞;(2)2.8～1.3 Ga期间绿岩喷发和碰撞就显示明显的幕式,并且两个绿岩年代极小值与超级大陆的年代一致;(3)<1.3 Ga,在此时期绿岩和大陆可能已经形成并发生了持续碰撞,这可能是对超级大陆的离散和聚合时期中重要超覆的反响。绿岩年代的峰值2.7 Ga、1.9 Ga和1.3 Ga,可能反映了冷岩石圈板块下沉穿过660 km不连续面进入D层而引起的地幔大规模翻转,启动了主要地幔柱活动期。地震层析成象资料证实最后1.3 Ga绿岩的连续产出和保存,并且可能说明板块平稳地沉降到了下地幔中。     

中地壳流动吗?

地球的外壳为脆性,地幔呈韧性,但其间情况如何呢?据Foulger等报导在冰岛Krafla火山附近,伴随着岩浆沿裂隙贯入表面运动测量说明,大致8～30km深的中下地壳的变形地幔一样呈出现韧性.有关断层在岩石圈中的延深所知其少,这一参数决定了100km厚的大陆岩石圈有多少参与了地表所见到的不均匀断裂和褶皱作用过程以及哪些部分更均匀些并以准连续韧性方式流动.这一问题取决于岩石圈的流变分层性,即取决于某一给定深度范围内岩石受负荷和外加应力作用而变形的方式.至少在地壳的上部10～15km由于环境温度相对低,地壳岩石主要由石英和长石组成,因而应变是与     

南美洲大陆下古地幔热柱的地震显示及其对板块驱动力的意义

对远程地震走时的研究揭示了南美巴西大陆之下地球深部上地幔古热柱的存在。尽管板块已移动了数千公里,但这些热柱的地理位置相对于覆盖其上的大陆仍保持固定不变。这表明位于南美洲之下的上地幔和岩石圈自冈瓦纳大陆分裂以来一直保持着耦合状态,这一事实为有关大陆板块长期驱动力的问题提供了一种可能的解答。     

南朝鲜早中生代碰撞期后的深成作用

朝鲜半岛最重要的地质特征之一便是著称干世的中生代钙-碱性岩浆的深成作用.由于该半岛与西太平洋活动边缘毗邻,已往的大多数学者都认为它是一种安第斯型的边缘环境.这种解释仅能反映晚白垩世至早第三纪因库拉和/或伊纳扎吉大洋板块俯冲而形成的花岗岩的总体特征.相反,早中生代的深成岩体表现出"地壳"来源特征,这与侏罗纪该半岛内的一次碰撞作用有关.事实上,中生代朝鲜半岛根本没有发生碰撞构造运动,晚古生代至早中生代的增生/碰撞带位于日本群岛.此外,深成作用发生时间也比已往提到的时间要早,近几年来的放射性年代资料表明,深成作用大约发生在200～150Ma前,这样,日本西南晚二叠世至早三叠世Akiyoshi碰撞造山作用有可能存在—个晚期期次.该区花岗岩的岩石特征和同位素特征与碰撞(喜马拉雅型)岩浆作用形成的花岗岩的岩石特征和同位素特征不同;其地球化学特征与火山弧花岗岩的相类似,比如两     

澳大利亚——斑达岛弧碰撞力学

在澳大利亚大陆北缘与松巴—塞拉姆的斑达岛弧之间正在积极地碰撞。在松巴岛以西,印度洋板块正在向大洋俯冲系中东南亚南缘之下的爪哇海沟中俯冲下去,伴随有洋底增生杂岩和弧前盆地,其后侧是积极活动的火山弧.松巴做大陆岛是弧前盆地的异常特征。在松巴岛西南澳大利亚边缘沉积开始进入俯冲系的部位,变形前峰带向南隆起,增生杂岩升出海平面。此处的弧前盆地宽达400km,但向东却减小到150km,这是因为澳大利亚大陆架的前进而使变形前峰带向北推进了。在帝汶海槽中,达到中侏罗纪破裂不整合面的澳大利亚边缘沉积上升隆起并向南逆冲,形成了一系列向帝汶南岸的海脊。增生的澳大利亚沉积出露于Kolbano地     

地壳生长的大地构造——以科迪勒拉和特提斯造山带为例

驱动板块的主要作用力是重力.大致以1400℃等温而限定的岩石圈倾斜底面导致岩石圈板块向下滑动.以大约100km的垂直梯度从扩张脊中轴的滑离,通常称为“脊推”(ridge push);大洋岩石圈以600km的垂直梯度潜入地幔,通常称为“板拖”(slab pull).脊推力,特别是当其方向与板拖力相反时,造成陆内变形或A型俯冲;板拖力造成洋壳的再循环或B型俯冲,为弧形岩浆作用和增生构造提供传送带体制,在科迪勒拉和特提斯造山带中展现了A型俯冲和B型俯冲之间这种动力学关系.     

巴基斯坦北部Kohistan岛弧内变辉长岩中的冠状体和高压岩脉——降温期间地壳加厚的证据

喜马拉雅地区西北部东西走向的Kohistan地体,是夹持于两个碰撞板块即喀喇昆仑(Karakoram)板块(即亚洲板块)与印度板块之间三明治式的岩浆弧。Kohistan岩浆弧南部,主要是早石炭纪火山岩和深成侵入岩变成的斜长角闪岩。斜长角闪岩中的残留体辉长岩显示钙碱性特征,矿物学特征类似于报道过的现代和古代岛弧内的低压深成侵入岩类。最大的残留辉长岩体产于Khwaza Khela附近斜长角闪岩带南缘,总体近圆形,长约1km,由堆积辉长岩和相关岩石组成,它们记录了地壳加厚和降温过程。由橄榄石和钙长石反应形成的冠状体,有斜方辉石+单斜辉石+Mg-Fe~(2+)-Al尖晶石土钙镁角闪石,形成温度约800℃,压力(5.5—7.5)×10~8Pa。这种热动力构造事件是区域性的,可能还与约85Ma时(甚至更早)喀喇昆仑板块逆冲于Kohistan岩浆弧上的事件有关。后来辉长岩局部被含有高压矿物组合(石榴石、蓝晶石、黝帘石、钠云母、更长石、方解石、方柱石和石英土绿泥石土刚玉土透辉石)的岩脉所穿插。该矿物组合生成温度为510℃—600℃,压力(10—12)×10~8Pa,说明了三叠纪时地壳隆升之前曾有过进一步的加厚和降温过程。本文列出了矿物电子探针分析数据,讨论了辉长岩中岩脉和冠状体矿物组合的构造意义。