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。     

根据大陆碰撞模式推断亚洲岩石圈地幔向西藏下部的俯冲作用

印度次大陆在与亚洲大陆碰撞后,其相对向北的运动引起了地壳的广泛变形,产生了世界最高山链——喜马拉雅山脉——和最高海拔地区的青藏高原。宽阔造山带的形成表明,与板块构造最初的理论相反,远离板块边界的岩石圈板块经历了广泛的变形。已提出几种模式来解释这种碰撞后变形分布于印度和亚洲板块岩石圈内部的方式。提出另外一种模式认为,亚洲岩石圈地幔俯冲开始于与印度板块碰撞后。地壳变形和增厚的数值计算支持这一模式,并且该模式与已有的地质和地球物理资料相吻合。此模式认为,岩石圈地幔并不随地壳一起变形,可能意味着大陆碰撞带与洋壳俯冲带比以前认为的更加相似。     

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。     

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。     

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)。     

内华达大盆地中第三纪卡林型矿化与黄石公园古热点有关吗?

提出在43～34Ma 期间发生的岩浆作用、张性构造以及集中于内华达大盆地中的金矿化与黄石古热点的演化之间存在成因联系。该模式与新生代的区域构造相吻合,并提出了始新世一渐新世岩浆事件与卡林型金矿之间在空间上一致的一种可能解释。这些特点集中体现于大盆地的 Battle 山区,并与推测的40～30 Ma 以来黄石热点的位置恰好重合。黄石公园热点可能是一个起源于核幔边界的地幔柱,核幔边界被认为是一个异常富集金及与金矿伴生的中等亲铁元素的地区。由于60Ma 以来黄石公园热点逐渐被北美板块掩覆,在与近水平俯冲有关的岩浆作用宁静期,随着Farallon 板块的热点俯冲裂解,43～34Ma 期间产生了大规模的壳内熔融和变质去挥发分作用。同期进行的地壳扩张与热流在上地壳中的对流循环有利于构造和岩性对金矿的圈闭,而这正是典型卡林型金矿的特点。     

上新世以来南极半岛Seal Nunataks地区俯冲后碱性玄武岩的地球化学演化

在南极半岛西海岸下部,太平洋地壳的俯冲作用在进行了大约200Ma后,由于一系列海岭—海沟的碰撞而停止下来.然而,岩浆作用仍在继续,板内碱性玄武岩从一些散布于整个半岛的喷发中心喷发出来.不到4Ma前,在半岛东北部Seal Nunataks地区喷发了一套组合为拉斑玄武岩—碱性玄武岩的板内玄武岩,这与本区俯冲作用的停止(4～6Ma)几乎是同时的.本区所有玄武岩中,轻稀土元素富集而重稀土元素丰度则保持不变.这表明它们是在地幔的石榴子石稳定域部分熔融的产物.许多微量元素的比值与同位素比值有某些相关性,它们可能在部分熔融分离中发生了分离作用.这些比值的变化可能受部分熔融和源区不均一性的控制.然而Th/Ta、La/Th及K/Rb的比值在本组合内也表现出相当大的变化,但却与~(87)Sr/~(86)Sr比值有相当大的相关性.微量元素与同位素的协变可以由大离子亲石元素(LILE)与~(87)Sr亏损端员组分的混合模型来解释.这在广义上与非Dupal型大洋岛玄武岩(OIB)、N型大洋中脊玄武岩(MORB)和具高LILE/HFSE(高场强元素)、~(87)Sr/~(86)Sr比值的上地幔物质的来源是类似的.高LILE/HFSE比值、高~(87)Sr组分可能代表了200Ma前南极半岛与俯冲作用有关的岩浆作用中被富集的地幔物质.本区明显缺失俯冲后高Mg安山岩,这与俯冲作用停止有关,可能是在俯冲作用停止之前或期间南极半岛板块汇聚作用与其它大陆边缘板块汇聚作用的差异造成的.     

地壳下部的增生作用

对地球科学家来说,深约20～40km的下陆壳是接触不到的。由于最深的大陆钻井只有12km,因此,已知的下地壳麻粒岩相高压岩石样品,或者是由构造作用露出地表,或者作为火山作用的捕虏体被带到地表。Voshage等报道了意大利阿尔卑斯山著名的Ivrea带上出露的深达8.5km剖面中下地壳麻粒岩新的分析结果。它们的成分说明:下地壳是通过地幔分异岩浆板底垫托作用增生的。由于Ivrea带的岩石在成分上含有大量铁镁质,这就十分类似麻粒岩捕虏体,因此和其它一些麻粒岩露头相比是独特的。Voshage等考察了这条剖面后认为,所含铁镁质麻粒岩是部分熔融变质沉积岩围岩的玄武岩熔浆侵入到现存地壳而后分凝的结果。作者认     

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     

中大西洋被动大陆边缘的热演化——一个中生代超级地幔柱上的大陆裂解实例

沿北美和西非被动大陆边缘,一个近同期的早侏罗世(200Ma)岩浆事件可以用西非克拉通下的一个大规模地幔柱(超级地幔柱)上升来解释。岩石圈下部地幔流向北东方向外流的侧向偏离能解释拉斑玄武岩岩浆作用从巴西到西班牙南部延伸近5000km。据认为,大陆裂解出现在停滞流线之上,沿停滞流线被地幔柱从大陆岩石圈底部侵蚀的冷物质返回对流地幔。动力模式是根据最近从夏威夷地幔柱模式提出的,该模式满意地解释了为什么中大西洋洋壳生成时没有热异常地幔。     

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.     

高压—低温变质岩的抬升

高压低温变质岩的抬升,归因于浮力、底辟或者水动力驱动的回流的作用。只要俯冲作用缓慢或者停止,向下的牵引减弱,浮力就可以使俯冲到地幔的物质回复。由于高压矿物组合的密度增加,地壳内的浮力将倒转,俯冲物质因此不能上升到地壳基底之上。底辟和水动力流作用要求介质密度低、粘度低,所以只能解释被带入流动物质中的较小的岩石块体的侵位。相关地区高压低温地体的构造环境,能够用屈服强度可以忽略的增生楔形体的力学行为来解释,此时,板底垫托作用是增生的主要方式.板底垫托作用从底部加厚了楔形体,并增加了它的表面坡度.即使聚敛作用正在进行,板底垫托作用也导致了楔形体上部的水平扩张。连续的底部板底垫托作用和上部扩张作用可以使最老的高压岩石在1000万年内上升到中等侵蚀的区域。只要楔形体底部的俯冲作用持续进行,地热梯度就不会松弛到正常值。增生楔形体的动力学过程解释:(a)高压-低温岩石在聚敛作用过程中常被抬升的证据。 (b)许多情况下没有高温组合显著的叠加。(c)最古老最高压的岩石位于造山楔形体后上部。(d)上覆岩石的构造厚度不足以解释变质作用。(e)切割部分变质带的变质后断层的常见产状。     

某些大陆拉斑玄武岩微量元素的地球化学

引言与大洋玄武岩相比,大陆拉斑玄武岩(CT)以具有高的且变化的不相容元素含量及变化的同位素比值为特征.大陆和大洋玄武岩之间的地球化学差异已讨论许多年了,并提出了几种假说来解释CT的地球化学特征,包括:地幔柱成因的母岩浆、不均一的富集上地幔形成的母岩浆、地幔围岩反应、原生苦橄岩浆中榴辉岩的高压分离结晶及地壳混染作用.这些假说解释了CT成因的复杂性.     

从一个早太古代片麻岩杂岩体的剖析看格陵兰西南部3900～3600Ma的地壳演化

格陵兰西南部早太古代杂岩由含火山岩、沉积岩、辉长岩和超镁铁质岩石包体的花岗岩质阿米佐克片麻岩及多期英云闪长岩质-奥长岩质-花岗闪长岩质(简称TTG)岩套构成.据U-Pb锆石定年,该杂岩中产状和成分相近的岩石具有不同的年龄.其中阿米佐克片麻岩有3 870Ma、3 820～3 180Ma、3 760Ma、3 730Ma和3 700Ma;TTG为3 625Ma;花岗岩有3 660～3 650Ma和3 625Ma的年龄值;片麻岩中的包体属几个年龄范围相似的上壳岩石序列.这些结果表明,该杂岩体是随着TTG岩套的幕式加入和把不同年龄的岩石焊合在一起而发育的.一个可能的板块构造发展概要是:约3 700Ma以前,俯冲的镁铁质(洋)壳发生熔融,形成了由含镁铁质包体为主的TTG岩套组成的微陆块.在3 650Ma,微陆块之间的碰撞作用引起地壳增厚、高度变质和淡色花岗岩的侵位.到了3 625Ma,沿大于3 625Ma的大陆块边缘发生的俯冲作用,导致由TTG和花岗岩组成的新地壳增长,而大量花岗岩则侵位于大于3 625Ma的大陆块.     

大陆的早期演化

有关大陆演化过程可以通过测定不同年龄的地壳岩石中钕同位素丰度来解决。对来自早期地幔火山岩的Nd 同位素值测量表明,产生低 Sm/Nd 比值大陆壳的地幔源具有高 Sm/Nd 值。通过研究由地幔熔融产生的火山岩,重建亏损地幔的早期状态。澳大利亚西部2.7Ga 岩区的玄武岩 Nb/U 比值与现代地幔岩石的 Nb/U 比值非常接近,这说明2.7Ga 前大陆地壳的数量与现今相同。     

大型和超大型矿床有矿物学判别标准吗?

自1995年以来,IGCP354项目“岩石圈中金属经济超富集作用”已经完成。该项目的目的是建立大型—超大型矿床数据库,以定义其形成、分布地质因素和岩石学-矿物学判别标准。该项研究使我们明确了大型—超大型矿床的特征:受控于深部幔根构造(地幔柱、热点、线性交叉点处的地幔岩浆作用等)及来自幔源和壳源的金属和流体的混合作用;矿床形成于漫长的多期地质作用过程,在地球动力系统     

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.     

元古代—白垩纪金伯利岩中的上地幔包体成分

上地幔岩石是基性、超基性和某些其它成分岩浆的来源。岩浆熔体熔出并从上地幔区迁移到地壳,这是地球演化的相当长时期内才得以实现的过程。无疑,熔体从上地幔岩石中熔出和分离出来,不可能不影响到剩余残体的成分:地幔物质被熔出、分离出去愈多,则在岩浆熔体形成带进行的演变愈深刻。因此,研究上地幔岩随时间演化的情况,对于解决许多岩理学问题是特别重要的。用地球物理方法研究地球的深层,能确定地幔区的现时状态,但不能推测它过去的演化     

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).     

地幔柱与大陆构造

地幔柱和板块构造是地球内部两种不同的对流模式,在很大程度上各自独立活动.虽然地幔柱在热传递上不是主要的,但它们在大陆地质中可能起着重要作用.一个新升起地幔柱有一个巨大的球状顶冠,可以引起地壳上隆和溢流玄武岩火山作用,并且可能造成区域变质作用或地壳熔融以及不同规模的地壳伸展.地幔柱顶冠拖着的狭窄尾部,会产生一个熟知的热点踪迹.地幔柱顶冠与尾部火山活动的综合作用也可能对大陆地壳产生重大影响.