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     

碎斑状阿尔卑斯型橄榄岩中的斜组构:一种用于上地幔流变的剪切方向标志

对意大利西北部Voltri地块中超铁镁质的阿尔卑斯型橄榄岩详细构造研究,揭示出碎斑状构造岩中存在斜组构.这种构造岩的主面理,由具有未变形结构的粒状尖晶石二辉橄榄岩中公里级剪切带内高温流变作用引起的辉石拉长和尖晶石定向排列而构成.这种构造岩中的斜组构以与构造面理夹角达40°的拉长橄榄石和显著的颗粒边界线状排列为特征.此外,膝折型亚颗粒边界常常与(100)面平行,并显示出与构造面理呈大角度相交的优选方位.在具有这种斜向颗粒形态组构的构造岩中,橄榄石的晶格优选方位型式表现为[100]和[001]的双峰态分布.推测斜组构和双峰态方位分布起因于伴有不利取向颗粒消减,变形颗粒边界迁移的高角度膝折式颗粒边界的发育.据斜组构确定的剪切方向与据晶格优选方位、不对称辉石碎斑系以及出现显微构造的剪切带填图尺度几何学确定的剪切方向一致.因此,这些斜组构是上地幔剪切带中高温流变作用的可靠的运动学标志.     

巴西东北部伯南布哥州的新法曾达和伯南布哥剪切带花岗岩的岩浆侵位、剪切带的成核作用及演化

新法曾达和塞拉达岩基以及托里塔马侵入体在巴西东北博尔博雷马省的东部形成了一个巨大的花岗岩地块。NE—SW走向的新法曾达左旋平移剪切带(FNSZ)切割了3个花岗岩体之间的接触带,3个岩体的内部及靠近它们附近的岩石发生了变形。塞拉达Japeganga的南边是右旋东西向的东伯南布哥剪切带(EPESZ)。新法曾达的塞拉达Japeganga杂岩向上长英质单元组分逐渐增多,杂岩的内部构造反映了岩浆房中垂向上呈展状的原始岩层。局部强烈不协调的接触关系,围岩中普遍缺失与剪切有关的变形,以及在远离FNSZ和EPESZ处侵入体的内部岩浆组构不受剪切带控制,这些特征表明岩浆侵位先于剪切带的活动。但是,岩浆的结晶与剪切带的活动同时,这可以从在靠近剪切带处岩浆叶理发生旋转以及岩浆逐渐过渡到固态变形组构中看出来。在侵入体结晶期间或之后,剪切带控制了后续岩浆囊的上升和侵位,然后在FNSZ和EPESZ中形成了岩脉群。岩脉中的镁铁质岩脉占主导,表明在剪切带的活动期间,剪切带向下延伸到了上地幔。以前的观点认为,断层带控制着侵入体的上升和就位方式。但是,本文报道了一个用于解释花岗岩与走滑断层普遍共生的新观点。博尔博雷马省的几个陆内剪切带的成核作用是由于与先存岩浆房伴生的热异常的结果。不完全结晶的岩浆体造成了地壳流变的明显不均一性,这可能引发了应变局部化和剪切带的成核作用。     

低速带热学结构的地震观测和实验室研究

实验室中对上地幔橄榄岩地震波速度的测量,可用于确定低速带的热状态的范围。在高温和高封闭压力下所进行的这些测量,可以外推到上地幔的情况。我们将实验室测到的波速与地震观测值作了比较,并估算了低速带中的温度和部分熔融体的体积。通过比较得知,位于冰岛高原下45km深处,即在0—5Ma的软流圈内,其温度可达1310℃,并有占体积7％的物质呈熔融状态。太平洋下85km处的0—20Ma软流圈内,温度为1450℃,熔融体占3％。实验的结果表明,在低速带中传播速度即使降低6％(相对于岩石圈的速度),也不能说明必定存在部分熔融体。这就意味着在冰岛高原早于～5Ma和太平洋早于～50Ma的低速带中可能不存在部分熔融体。     

地幔矿物学和莫霍面温度对地幔流体进入大陆下地壳过程的制约

只要Moho面温度≥660℃,大陆下地壳就可以接受来自地幔的CO_2-H_2O流体。低于这个温度,则方辉橄榄质的大陆地幔中缺乏自由流体相。在正常大陆地区的上地幔中(例如中欧的海西期地盾)。自由流体相只能局部地出现在断层、逆冲构造和剪切带内。在这些构造带中,斜方辉石+橄榄石组合已被各种具有含水矿物(蛇纹石、滑石)和/或菱镁矿的矿物组合所取代。在方辉橄榄质地幔中流体存在的温度下限(660℃)与Moho面深度(压力)无关。当温度>670℃时,Moho面一般允许地幔流体通过。这时,地幔流体的成分明显受上地幔中斜方辉石+橄榄石组合控制。能够从地幔进入下地壳的流体中CO_2的最大含量取决于Moho面的温度和深度(压力)。一般来说,CO_2的最大含量随温度的升高而增大,随压力的增大而减小。在700℃、Moho面为30km(8×10~8Pa)的深度上,来自地幔的流体中CO_2的最大含量可达40mol％。但这样的CO_2含量还不足以使下地壳与来自地幔的流体相互作用而脱水形成低温麻粒岩。     

澳大利亚中部伍德如夫冲断层糜棱岩带中斜长石与钾长石变形和重结晶过程中的变形分解作用

澳大利亚中部伍德如夫冲断层糜棱岩带中,斜长石与钾长石的重结晶涉及到颗粒边界与扭折带边界突出及亚颗粒旋转,而不涉及从原始颗粒到新颗粒的化学成分变化.穿过糜棱岩带.亚颗粒和新颗粒大小的变化主要是由应变率及岩石中水含量决定的. 由变形分解作用所分解的递进剪切和递进缩短带控制了糜棱岩化过程中长石恢复及重结晶作用的场所.在糜棱岩化的早期阶段.变形分解作用的规模控制了长石斑晶的大小,之后大量的细粒基质形成,调节了变形中的递进剪切分量. 具格子双晶的新颗粒普遍地与具格子双晶的原始颗粒相接触,明显地反映了微斜长石的重结晶作用并没有使它的单斜结构改变.糜棱岩带从边缘到中心,由X光测定的钾长石三斜度值逐渐增加,并与变形强度一致.钾长石原始颗粒的核部局部有正长石或无双晶的微斜长石,并被具双晶的微斜长石幔包围,表明微斜长石双晶与三斜度之间的关系.     

上地幔中的剪切带与地幔橄榄岩内的地球化学富集和变形的关系

幔源尖晶石橄榄岩的结构变化过去常被认为是软流圈地幔底辟存在的证据,并指示大范围(几公里～几十公里)内变形的非均一性.但许多火山口都挟带有变形及未变形的捕虏体,同时橄榄岩体中所呈现的野外关系表明:因为大量的岩石圈剪切带的存在,变形与未变形橄榄岩的蚀变规模较小(几厘米～几米).极少数捕虏体既含变形的、又含未变形的橄榄岩.在变形与交代矿物生长之间也存在明显关系,角闪石通常富集在强烈变形带、橄榄岩体和变形捕虏体中,有时也出现于交切状脉及其周围的接触变质带中.人们还可以看到在变形作用和地球化学富集作用标志之间存在一定的关系.许多变形尖晶石橄榄岩中的单斜辉石显示出轻稀土元素富集的特点,而未变形尖晶石橄榄岩中的单斜辉石通常具有洋中脊玄武岩(MORB)型轻稀土元素亏损模型.未变形橄榄岩的Sr和Nd放射性同位素组成通常与MORB的相似.并且有低ε_(Sr)值和高ε_(Nd)值.相反,含或不含角闪石的变形橄榄岩常具高ε_(Sr)电和低ε_(Nd)值.这表明了富大离子亲石元素和富轻稀土元素的流体或熔体的地球化学富集作用,从上所述可推断:在浅部地幔内有岩石圈韧性剪切带存在,角闪石和单斜辉石在这些剪切带的交代流体中发生沉淀.     

地壳伸展期的Ag-Pb-Zn矿脉、变质核杂岩和流体流动途径

科卡尼山脉的Ag-Pb-Zn脉型和交代型矿床形成于始新世地壳伸展期和瓦尔哈拉变质核杂岩揭顶期,位干穿壳的斯洛坎湖断层的上盘.矿脉矿物的δ~(34)S_(硫化物)、δ~(18)O_(石英)、δ~(18)O_(蔓铁矿)和方铅矿的Pb同位素比值显示了区域分带性,揭示了大规模古水热系统的流体流动轨迹.硫来源于周围围岩,而碳则来自深源,可能是上地幔,Pb则是来自于上地壳与下地壳及亏损的上地幔的Pb的混合物.区域性同位素的这种分带现象是受深部断裂带控制的,如斯洛坎湖断层.该断层将下地壳和地慢Pb以及地幔的CO_2运移到地壳上部,在那里与演化程度高的大气水混合并从围岩中淋滤出,硫从上地壳淋滤出Pb.这是第一个说明成矿作用与变质核杂岩揭顶具成因联系的Ag-Pb-Zn矿脉区.     

尖晶石二辉橄榄岩捕虏体中硫含量是否代表上地幔的硫丰度

为了查明造山带二辉橄榄岩与碱性熔岩中超镁铁质捕虏体之间硫含量的系统差异,本文把全岩硫地球化学与反射光显微观察相结合,对法国中央地块晚第三纪碱性玄武岩中的40个Ⅰ型尖晶石二辉橄榄岩捕虏体进行了研究。分析结果表明,不管岩石结构和(或)岩石成分如何,硫含量均变化于0～90×10~(-6),且大部分S<60×10~(-6)。与造山带尖晶石二辉橄榄岩岩体中相似岩石以及MORB(大洋中脊玄武岩)地幔源区(所计算平均硫含量为300×10~(-6))相比,尖晶石二辉橄榄岩捕虏体强烈亏损了硫。显微观察显示:幔源固体硫化物在次生氧化水合作用过程中,将发生硫的丢失。该蚀变似乎不受玄武岩母岩的影响,而可能与后期大气降水的循环有关。由此推断,除包裹在块状玄武质熔岩流中的某些样品外,几乎以前分析的所有大陆玄武岩中尖晶石二辉橄榄岩捕虏体的硫含量都不能代表上地幔的硫含量。     

上地幔中绿泥石的稳定性

在上地幔条件下有斜方辉石存在时,绿泥石的稳定性已用模拟相系MgO-Al_2O_3-SiO_2-H_2O(MASH)进行了热力学研究.假定MASH相系中的所有矿物都是纯的,反应曲线的计算考虑了热容(C_p)、热膨胀(αV)和等温压缩(βV)等因素.如果假定△αV=△βV=0,那么上地幔中绿泥石的稳定性与压力有轻微的依赖关系,其上部稳定曲线分别位于800℃、2.9GPa,650℃、4.2GPa以及500℃、5.0GPa处.另一方面,如果假定△αV≠0、△βV≠0,那么绿泥石的稳定性与温度有较大的依赖关系,其稳定曲线分别位于800℃、3.9GPa和700℃、5.5GPa处.目前的计算结果表明,在地幔楔状体底部俯冲的含水橄榄岩中的绿泥石在3.0～3.5GPa压力下发生分解,因此,绿泥石中H_2O的释放,对于位于俯冲板块以上约110km的火山前锋之下岩浆的产生,可能起部分的控制作用.     

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。     

加利福尼亚Mojave沙漠中部伸展糜棱岩中的体积损失、流体流和应变状态

加利福尼亚Mojave沙漠中部变质核杂岩中糜棱岩成分的改变说明,沿Watcrman Hills剥离断层分布的糜棱岩形成过程中伴随着大量的体积损失(20%～70%).强烈的硅质亏损和通常不活动元素的显著活动性表明,糜棱岩化过程中流体/岩石比值很大,这可能是连结近地表与中地壳蚀变状态有关的多通道热液对流的结果.糜棱岩化过程中石英的溶解表明,流体相对于硅是不饱和的,因此不会是岩浆源的或原生的.剪切带中大量的体积损失本应引起视压扁应变,然而整个核杂岩中的糜棱岩,包括记录体积损失很大的糜棱岩都显示为收缩应变.这种矛盾现象提出了剪切带模式对科迪勒拉变质杂岩是否适用的问题.     

大洋中脊玄武岩氧、锶、钕、铅同位素地球化学

本文报道了52个新鲜的大洋中脊玄武岩(MORB)玻璃的O、Sr、Nd、Pb同位素比值.玄武岩中δ~(18)O从+5.35‰到+6.05‰和结晶分异及~(87)Sr/~(86)Sr值不相关.位于西经95°加拉帕戈斯扩张中心张开中的裂谷处的安山岩和英安岩δ~(18)O高达+6.47‰.玄武岩δ~(18)O值不受结晶分异或蚀变物质的同化混染所控制.只有在太平洋中脊中δ~(18)O和Nd、Pb同位素见到有微弱的统计相关,值得进一步研究.除此之外,δ~(18)O与放射性成因的同位素比值均未发现有统计上显著的相关性,这说明亏损上地幔中氧同位索的任何变化都和不相容元素的富集及亏损无关.各大洋盆地放射成因同位素的变异有相当明显的不同,但这些不同和洋脊扩张速率无关.我们认为它反映了洋脊上下地幔的不均一性,岩浆混合不是制约MORB不均一性的主要因素.太平洋中脊的同位素比值要比其它大洋均一得多,各种放射成因同位素比值在太平洋中脊中密切相关,而在,印度洋中脊相关性最弱.各洋脊MORB中放射成因同位素的均值变化也很大.但各种同位素的均值互相并不协调:太平洋和大西洋相比,~(87)Sr/~(86)Sr和~(148)Nd/~(144)Nd偏低,Pb同位素相似.印度洋和太平洋、大西洋相比,其~(87)Sr/~(86)Sr高而~(148)Nd/~(144)Nd及~(206)Pb/~(204)Pb低.我们资料有力表明,亏损的上地幔是由一些不同过程产生的次级源所组成.尽管现存上地幔中的Pb不可能一直居留在那里,但它也不可能来自一个原始的源区.~(206)Pb/~(204)Pb和~(208)Pb*/~(206)Pb*的正相关表明,太平洋和大西洋下地幔的Pb来源于富集源,印度洋中脊Pb同位素说明它含有再循环的组分.     

造山期后盆岭伸展作用的运动学模式

拉夫特里弗(Raft River)伸展剪切带出露于阿尔比恩(Albion)-拉夫特里弗-克劳斯克里克(Grouse Greek)变质核杂岩中.韧性变形的研究表明,这个伸展剪切带与第三纪加厚的科迪勒拉地壳晚造山期塌陷作用造成的地壳伸展作用相对应.纯剪和简单剪切混合产生的递进变形形成沿剪切带的复合应变型式.我们提出了一个数字运动学模型,它能反映脆性伸展的上盘岩石与未变形的下盘岩石之间由伸展量不同而引起的沿剪切带的应变变化情况.关于造山后期地壳伸展作用假说必须包括韧性下地壳中弥漫的均匀伸展和流动以及中、上地壳中局部的伸展剪切带.     

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。     

钻石中的腐蚀管状坑和激光钻孔的鉴别

大多数钻石在由上地幔地质环境下成核生长到经岩浆爆发等地质作用被带到地表这一系列漫长的地质过程中，至少要经受一次腐蚀作用。这些腐蚀作用会改变钻石的外表形态和晶面特征．同时给钻石留下各种各样的蚀痕和蚀像．这也是鉴定天然钻石的一个主要“指纹”特征。     

碎裂变形引起的角闪石中的核幔构造

普遍认为矿物颗粒中的核幔构造是在晶质塑性变形期间形成的.对怀俄明东南部Cheyenne带角闪岩中核幔构造的光学、扫描电镜和透射电镜的研究表明,类亚颗粒(本文称之为亚颗粒)是碎裂变形作用而不是晶质塑性变形作用的结果.支持碎裂变形作用的光学和扫描电镜证据有:(1)亚颗粒的外形是棱角状的,边界普遍平行于(100)劈理;(2)亚颗粒粒度变化大;(3)被镁角闪石次生加大的阳起角闪石内核的角闪石亚颗粒具有成分分带现象;(4)碎斑核中见到的一些波状消光是沿劈理面的滑移造成的.现在未查明角闪石颗粒中的位错是碎裂变形之前形成的(加工硬化),还是裂隙扩展中形成的.这些研究的意义是,至少在某些情况下,一些矿物的核幔构造形成于碎裂变形期间,而不是形成于恢复和重结晶作用期间.因此,光学显微镜下的核幔构造不是晶质塑性变形机制的标志性证据.     

地球科学新会员

在今年三月份皇家学会选举的40名新会员中,有四名是地球科学家.Tasmania大学的地质教授D.H. Green的当选,在于他在天然及实验岩石学领域,尤其是有关玄武岩及其相关岩石的岩石成因理论,以及在上地幔源区化学特征方面的大量成就;Newcastle Upon Tyne大学的应用数学教授A.     

意大利Ivrea区高温剪切带中斜长石的局部不平衡

意大利Ivrea区变辉长岩和角闪岩中20条表面上相似的角闪岩相韧性剪切带内,斜长石的显微构造和化学分析表明,这些斜长石在An和Ba含量上有很大的差别。斜长石在p-T低于围岩中的条件时发生变形,并伴随出现4种不同的显微构造和不同的化学成分:(1)相对没有变形的碎斑;(2)碎斑边上的动力重结晶颗粒和亚颗粒;(3)横切碎斑的显微裂隙中的充填物;(4)剪切带基质中细粒重结晶颗粒。An和Ba含量的差异是由于变形期间和变形之后剪切带中斜长石的局部化学平衡引起的。An和Ba成分的变化是当流体为活动性很高时,由流体作用的颗粒边界重结晶以及固态扩散而引起的。剪切带中成分和显微构造的关系表明,在不同剪切带变形晚期的不同阶段,流体停止了活动。斜长石成分和显微构造的差异表明,只有那些由颗粒边界迁移重结晶演化而来的颗粒以及不靠近碎斑的颗粒能够反映主剪切带变形期间的p-T条件。     

一般剪切带的应变和运动学分析

我们提出了一种一般剪切带应变标志体和运动学标志发育和分布的统一理论,因此提供了一种理解原先认为矛盾的数据的纲要。变形的碎斑系,包括σ、δ和σ-δ复合晶粒是应变和流动的有力标志。这种碎斑系的形状和分布都能够用来区分不同的构造状态。一般剪切分为两个范畴:次简单剪切,应变的旋转分量要小于简单剪切;超简单剪切,旋转分量要远大于简单剪切。次简单剪切会出现剪切带的狭缩或膨胀;超简单剪切出现在局部地段,比如变形碎斑附近,周围属次简单剪切。有限应变的莫尔极坐标图解可以用于一般剪切的理论分析,运用双曲线网进行实际数据的投绘和运动涡度W_n的推算。这个指数代表了稳定流中纯剪切和简单剪切的相对分量。自然界中变形可能被那些根本不存在稳态流动的作用所加速或减缓。所以我们提出了加速度变形的概念并分析非稳态流动在变形物体剪切过程中的意义。