俯冲带岩浆弧安山岩的成因研究进展

安山岩是俯冲带岩浆弧中重要的岩石类型,其成因至今仍是国际地质学界研究的热点之一.根据安山岩分布的地质背景,岩浆弧安山岩可以简单划分为陆弧安山岩和洋弧安山岩,二者在化学成分和空间分布等方面存在明显差异.自20世纪20年代末以来,大量的研究成果丰富了人们对岩浆弧安山岩成因的认识,逐渐将其归纳为玄武质岩浆输入和安山质岩浆输入2种模型.玄武质岩浆输入模型认为形成岩浆弧安山岩的初始岩浆成分为玄武质,强调分离结晶、同化混染和岩浆混合等壳内过程;而安山质岩浆输入模型认为地幔源区可以直接形成安山质熔体,强调俯冲板片来源的流体/熔体—地幔橄榄岩的交代反应和沉积物底辟等壳下过程.虽然岩浆弧安山岩的成因研究取得了一定的进展,但每一个模型都有亟待完善之处.地幔交代岩的实验岩石学研究、安山岩与大陆地壳形成与演化间的关系、理论计算和模拟的应用等都是未来需要研究的领域.     

东秦岭宝丰盆地大营组火山岩SHRIMP定年及其意义

宝丰盆地是东秦岭北部的重要火山岩盆地,主要发育早白垩世大营组火山岩,熔岩主体为玄武质粗面安山岩和粗面安山岩,为钾玄质火山岩,具有较高Na_2O K_2O(8.04%～9.37%)、富集大离子亲石和轻稀土而亏损高场强元素特征,同位素(~(87)Sr/~(86)Sr)_i和(~(143)Nd/~(144)Nd)_i分别为0.7067～0.7079和0.5117～0.5118。本文在总结火山岩地球化学特征的基础上,应用SHRIMP锆石微区U-Pb测年技术对大营组玄武质粗面安山岩和粗面安山岩进行了精确测年,结果表明:玄武质粗面安山岩中锆石粒度较细且较少,阴极发光图像未显示明显环带结构,2个点SHRIMP谐和年龄为148.5～132.4Ma,可能代表残留锆石年龄。粗面安山岩中存在大量的锆石,大多数锆石的阴极发光图像显示明显的环带结构,暗示它们为岩浆成因的锆石,14个点SHRIMP谐和年龄加权平均值为117±2Ma(MSWD=1.3)。结合区域资料分析表明:东秦岭宝丰盆地火山岩形成于早白垩世(117±2Ma),与A型东沟花岗斑岩和太山庙花岗岩基、新发现的东沟和汤家坪斑岩钼矿的形成时代相当。秦岭造山带及邻区陆内造山深部过程存在俯冲组分,造山结束于早白垩世晚期,岩石圈伸展有助于下地壳拆沉作用。这些认识将为理解秦岭-大别造山带构造演化提供了重要信息。     

板片-地幔相互作用:大别造山带碰撞后安山质火山岩成因

安山岩广泛出露于汇聚板块边界,表明其成因与板块俯冲有关。另一方面,大陆地壳整体上被认为是地幔部分熔融的产物,平均成分为安山质,是与亏损地幔(DM)互补的地球化学储库。然而,地幔部分熔融的产物通常具有玄武质成分,这与大陆地壳的安山岩平均成分不符。这个问题一直困扰着地球化学家们。因此,揭示安山岩的成因对于理解大陆地壳的形成和壳幔分异历史具有十分重要的意义。目前普遍接受的汇聚板块边界安山岩的成因模型包括:1)玄武岩输入模型;2)安山岩模型。这两者的主要区别在于地幔来源的初始岩浆是玄武质还是安山质。玄武岩输入模型认为初始岩浆为玄武质,安山岩是由初始玄武质岩浆在壳内的分异如分离结晶、地壳混染以及岩浆混合等地质过程形成的。安山岩模型则认为初始岩浆为安山质,是富水地幔橄榄岩部分熔融或俯冲板片部分熔融产生的埃达克质熔体与地幔橄榄岩反应的产物。无论哪种模型,俯冲隧道内的板片-地幔相互作用是形成安山岩地幔源区的关键过程,俯冲地壳物质是形成汇聚板块边界安山岩重要的组分来源。板片俯冲进入地幔是引起地幔化学不均一性的重要地质过程。在大洋俯冲带,俯冲洋壳释放流体/熔体交代上覆地幔楔并引发地幔楔发生部分熔融,从而形成同俯冲弧岩浆岩。大陆俯冲带通常缺乏对应的同俯冲弧岩浆岩,但在造山带内部和仰冲板块边缘通常发育大量同折返和碰撞后岩浆岩,这些岩浆岩为研究俯冲陆壳物质再造和再循环及其壳幔相互作用提供了重要的研究载体。大别造山带是三叠纪华南板块向华北板块俯冲碰撞形成的碰撞造山带,发育有大量的碰撞后火成岩,其中含有安山质火山岩。我们对大别造山带北淮阳碰撞后安山质火山岩进行了详细的地球化学研究,包括全岩主微量、Sr-Nd-Pb-Hf同位素分析,锆石SIMS U-Pb定年、O同位素和Lu-Hf同位素分析。这些火山岩具有变化的Si O2质量分数(50.3%~63.9%),Mg O质量分数(1.2%~4.7%),Mg#(32.4~63.6),Na2O+K2O质量分数(5.0%~8.5%),其岩性主体为粗面安山岩,还有少量玄武粗面安山岩、安山岩、英安岩和粗面岩。锆石SIMS U-Pb定年结果显示,北淮阳安山质火山岩的形成年龄为早白垩世(123~130 Ma)。另外,它们含有丰富的残留锆石核,其U-Pb年龄为新元古代和三叠纪,分别与大别造山带超高压变质岩的原岩和变质年龄一致。它们具有弧型的微量元素分布特征,即富集大离子亲石元素(LILE)和轻稀土元素(LREE),亏损高场强元素(HFSE);具有富集的Sr-Nd-Hf同位素组成,即高的初始87Sr/86Sr比值(0.707 5~0.711 0),低的εNd(t)值(-23.1~-15.0)和εHf(t)(-29.8~-18.3)。锆石具有低的εHf(t)值(-31.0~17.8)和变化的δ18O值(4.4‰~6.8‰)。这些元素和同位素特征表明,北淮阳碰撞后安山质火山岩来源于富集的造山带岩石圈地幔。三叠纪华南陆块与华北陆块碰撞过程中,俯冲的华南陆壳在地幔深度发生部分熔融产生的长英质熔体在大陆俯冲隧道内交代上覆华北岩石圈地幔楔橄榄岩,熔体-橄榄岩反应形成了富沃富集的地幔交代体。该地幔交代体在早白垩世发生部分熔融就形成了北淮阳碰撞后安山质火山岩。因此,大陆俯冲隧道内的板片-地幔相互作用是形成碰撞造山带安山质岩石的关键过程。     

大别造山带宿松球颗结构安山岩的地球化学特征

大别造山带南部宿松球颗结构安山岩的球颗结构指示此安山岩是喷发于水下环境。球颗由放射状斜长石（蚀变为钠长石和更长石）及少量位于斜长石间隙的单斜辉石、普通角闪石和蚀变矿物石英组成，基质由玻璃质、绿泥石、黝帘石、角闪石组成，SiO2=56.17%-58.31%,AI2O3=14.08% -14.67%,TiO2=0.91%-0.94%,NaO=4.19%-4.58%,K2O=0.93%-1.42%,MgO含量高达5.66%-6.98%,100Mg/(Mg Fe)=64.1-66.2。球颗结构安山岩和闪长斑岩、英安岩均为亚碱性的钙碱性系列岩石。球颗结构安山岩富集Si(1259-1588μg/g）、Ba(880-1134μg/g）、Th、Rb等大离子亲石元素。大离子亲石元素相对高场强元素富集，例如La/Nb=5.56-6.07。高场强元素的比值具有类似MORB特性，例如Zr/Nb=22.08-26.14,Hf/Ta=5.62-9.62.亏损Ta、Nb、P、Ti等高场强元素，自Ce元素向右，各元素的含量下降很快，表现出活动大陆边缘的与俯冲作用有关的火山岩的特征。轻稀土元素强烈富集，稀土分馏显著（La/Yb)N=32.84，没有Eu异常。具有岛孤安山岩的特性，但有异常高的(La-Yb)N=28.63-26.74,(La/Y)N=70.33-81.04。并且Y和Yb元素有显著的亏损，Y＜20μg/g，YN=2.74-2.86,YbN=2.18-2.35.从La-(La/Sm)图解看，本安山岩为部分熔融作用的产物。La/Nb的平均值为5．83，这在岛弧火山岩是很广泛的特点。Nd的εNd(0)为－18．71～－19．16，物源是大陆物质或被大陆物质所混染。Nd模式年龄为1．9Ga，可能反映了Nd模式年龄为1．7Ga的俯冲扬子板引起Nd模式年龄为2．5Ga的华北大陆岩石圈地幔楔物质部分熔融，产生这种玄武质岩浆。因而具有大陆基底的活动大陆边缘的岛弧火山岩的地球化学特征。     

新疆笔架山早二叠世火山岩带岩石成因:来自岩石学、地球化学及同位素年代学的制约

选取塔里木东北部的笔架山二叠纪火山岩带为研究对象,通过年代学、岩石学和地球化学等研究,论证火山岩的亲缘关系以及火山岩与侵入岩的关系,探讨岩浆演化过程与源区性质。笔架山一带二叠纪火山岩分布于笔架山镁铁质-超镁铁质岩带北侧。火山岩的岩石类型主要有玄武岩、玄武质安山岩、安山岩、英安岩和流纹岩。流纹岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(285.0±2.9)Ma,属二叠纪乌拉尔世。该火山岩多属拉斑玄武岩系列。玄武岩、玄武质安山岩、安山岩的岩石学及地球化学特征表明,它们都是由拉斑玄武质岩浆通过分离结晶作用演化而成,玄武岩岩浆在上升过程中经历了一定程度的同化混染作用。玄武岩的w(TiO2)(2.35%~3.81%)、w(TFeO)(10.59%~13.87%)、w(P2O5)(0.35%~0.50%)高,属于高钛玄武岩系列,富集轻稀土元素和大离子亲石元素,Nd-Sr同位素组成具有OIB亲和性,地球化学特征显示出玄武岩的岩浆源区属尖晶石稳定域。笔架山二叠纪侵入岩和火山岩的时空关系、岩石地球化学特征和岩浆演化程度的研究表明:二者是同源岩浆分异的产物,岩浆进入现存岩浆房后,大量的堆晶相形成了镁铁-超镁铁质侵入岩,而演化的岩浆沿岩浆房顶部或旁侧的断层带溢出而形成基性-中性火山岩;酸性火山岩是由幔源岩浆的热量引起地壳重熔形成的。     

准噶尔盆地东北缘石炭系火山岩形成机制:对准噶尔洋盆闭合时限的新启示

准噶尔古大洋作为古亚洲洋北部的重要分支及阶段性演化产物,其洋盆的俯冲、闭合时限以及盆地基底属性一直存在分歧。本文选取准噶尔盆地东北缘(乌伦古地区)石炭系火山岩来说明其岩浆来源及成因机制,通过主微量元素、Sr-Nd同位素分析结果,进一步阐明准噶尔洋盆在晚古生代的闭合时限。本次研究包括玄武岩、玄武质安山岩和安山岩三类火山岩,岩体显示低TiO₂(0.60%~0.84%)、较高的全碱K₂O+Na₂O含量(1.18%~8.59%),玄武岩为岛弧拉斑系列,安山岩类的钙碱元素含量高,具有火山弧火山岩特征。中-低⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_(i)(0.703 250~0.704 559)、相对亏损的Nd同位素(+4.8~+6.8)以及t_DM2(483~625 Ma)值表明玄武岩、玄武质安山岩和安山岩同为亏损地幔熔融岩浆分异结晶的产物,安山岩为地幔熔融岩浆后期分离结晶形成;微量元素与同位素地球化学示踪暗示玄武岩、玄武质安山岩和安山岩含有洋壳俯冲过程的脱水流体交代上覆地幔楔的消减组分,安山岩在深部岩浆房经历了壳-幔混合作用,受地壳成分的混染程度更大。大离子亲石元素(LILE)Ba、Sr和轻稀土元素、不相容元素(Th、U、K)相对富集,高场强元素(HFSE)Nb、Ta相对亏损,以及Pb、Zr、Hf的富集,说明该区属于与俯冲消减带相关的构造背景;结合本套火山岩高Ba/La(30.14~208.86)值、低TiO₂(0.60%~0.84%)值,以及Ce/Nb比(8.71~12.05)、Th/Nb比(0.93~1.74)等,表明准噶尔洋盆于石炭纪沿着大陆板块下部持续俯冲,洋壳板片的俯冲脱水流体交代地幔楔后增生岛弧。该套中-基性火山岩建造佐证了准噶尔洋盆闭合时限为晚石炭世(ca. 305.5±4.4 Ma),结合区域地质资料分析,提出与俯冲带有关的岩浆通过岛弧拼贴增生到大陆地壳上,进一步为准噶尔盆地基底的岛弧拼贴成因提供了新依据。     

新疆塔克札勒蛇绿混杂岩中安山岩的地球化学特征及其构造环境

塔克札勒的中性熔岩有两种:一为玄武安山岩;二为安山岩。主元素判别安山岩类属于亚碱性玄武岩类。两者具有完全一致的LREE相对于HREE富集的分配型式,亦具有同样明显的Eu负异常。微量元素蛛网图显示其均具Nb-Ti负异常,与Grenada和LAntilles那种碱性玄武岩类相当,且与塔克札勒蛇绿岩带中的玄武岩有成因联系。据构造环境判别图判别,安山岩类又具洋岛碱性玄武岩的特征。据此推测该安山岩类属蛇绿岩成员,其可能产于俯冲带之上(SSZ)的岛弧环境。而该蛇绿岩则属于某种弧间构造背景的蛇绿岩。     

藏北双湖地区早白垩世晚期赞宗错安山岩:青藏高原早期隆升的时间约束

班公湖-怒江缝合带中广泛分布早白垩世安山岩,其中碰撞后地壳增生所产生的安山岩对于青藏高原隆升研究具有重要的意义。赞宗错安山岩位于班公湖-怒江缝合带中段下白垩统去申拉组陆相红层中,锆石U-Pb年龄结果表明安山岩形成于113. 44±0. 88Ma～115. 00±0. 51Ma,属早白垩世晚期。岩石地球化学分析结果表明赞宗错安山岩属高钾钙碱性系列,富集大离子亲石元素和轻稀土元素,亏损高场强元素和重稀土元素。同时,安山岩εNd(t)为-3. 56～-1. 40,(87Sr/86Sr)i相对恒定(0. 7069～0. 7079),εHf(t)值为较小的正负值(-3. 66～6. 05)。Sr-Nd-Pb同位素和锆石Hf同位素显示安山岩来自幔源玄武质岩浆上涌造成的镁铁质下地壳部分重熔,为碰撞后地壳增生、下地壳重熔的产物,同时有幔源物质加入,指示了青藏高原中部地壳加厚及隆升。结合拉萨-南羌塘地块碰撞时间,推断赞宗错安山岩发育年代代表了高原中部早期隆升时间。本文为探讨青藏高原早期隆升提供了物质记录和有力证据。     

新疆南天山开都河火山岩地球化学特征、锆石 LA-ICP-MS年代学及其意义

位于塔里木-卡拉库姆板块与伊犁-哈萨克斯坦板块之间的南天山造山带是最具代表性的造山带之一,其中发育一条不完整的蛇绿岩带——南天山南缘库勒湖-科克铁克达坂蛇绿岩带,暗示古缝合线的存在。该蛇绿岩带北面的开都河水电站泥盆纪地层中发育一套中酸性火山岩(包括熔结凝灰岩、含晶屑酸性玻璃质熔岩和安山岩等),属于碱性-钙碱性系列,A/CNK值在0.82~1.31之间;该套岩石整体REE含量较高,轻重稀土元素分异显著,轻稀土元素相对富集,重稀土元素亏损,并具强烈的Eu负异常。对熔结凝灰岩中岩浆锆石进行LA-ICP-MS U-Pb定年,获得其结晶年龄为393.1±3.4 Ma,与中泥盆统(D2)萨阿尔明组一致。岩石地球化学研究表明,安山岩可能来自于玄武岩分离结晶;熔结凝灰岩、含晶屑酸性玻璃质熔岩来自于上地壳部分熔融。推测其形成机制是:库勒洋盆在中泥盆世向北俯冲消减过程中释放出流体,导致地幔楔发生部分熔融并形成玄武质岩浆,部分玄武质岩浆结晶分异形成安山岩,随着俯冲持续和地壳不断加厚,玄武质岩浆对上部地壳加热使得其发生部分熔融形成酸性母岩浆,并最终喷发至地表形成熔结凝灰岩和含晶屑酸性玻璃质熔岩。     

海南岛原特提斯洋演化——来自安山岩年代学和地球化学证据

海南岛位于太平洋板块、印度—澳大利亚板块以及欧亚板块结合部位,是研究板块构造演化历史的理想地区。为探讨海南岛早古生代时期的地质演化特征,本文对海南岛西北部地区分布的安山岩进行了详细的LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学和原位Hf同位素研究。年代学研究结果显示,2个安山岩样品的形成年龄分别为(448±5)和(447±11)Ma,时代为晚奥陶世,表明海南岛发育早古生代时期的火山作用。锆石Hf同位素研究显示,安山岩样品的ε_Hf(t)变化于-16.48～5.22之间,对应的二阶段模式年龄T_DM2为2 030～953 Ma。结合相关区域地质资料,表明这些安山岩是玄武质岩浆和长英质岩浆混合作用的产物,它们的形成与原特提斯洋壳的俯冲作用有关。     

南海中部和北部海域重力异常特征与地壳构造关系

1976年,中国科学院南海海洋研究所与国家海洋局南海分局共同协作使用“向阳红”五号海洋调查船,利用西德GSS-2型海洋重力仪和我国的CHHK-1型核子旋进式磁力仪,在南海珠江口外海域(北纬22°—17°、东经113°50′—115°10′),进行约3000公里的海洋重力、磁力和测深。设计的测线方向为南北向,测线距为10海里。     

熔融包裹体的特征及其测温方法的研究

作者对岩石中的熔融包裹体及其测温方法进行了实验,在淬火法测温方面取得了新的进展,对熔融包裹体的特征进行了较系统的总结。     

地球表面的主要断裂带

地球上满布着大大小小、各式各样的断裂,其中一部分,断到了地壳深处乃至地肉(Mantle)中,这类断裂通常被称为深断裂或主要断裂。关于这类断裂的研究,早在本世纪初,W.H.霍布斯就已推想到某些地形特征可能与地壳裂缝有关。R.A.松德尔着重研究了线形构造(Lineament),强调了北东-南西向和北西-南东向线形构造的重要性,并认为沿它们进行的平移剪切运动(Rhegmagertese)是地壳的主导运动之一。深断裂这一术语是A.B.裴伟首先提出来的,在1956午,他又发表了两篇有关深断裂的总结性论文。 F.A.维宁.迈勒慈研究了星球性剪切网络及它与极位移、壳下对流的关系。     

应变-滑劈理的结构分析

应变-滑劈理(Strain-slip cleavage)一词,早在1886年提出。后来的研究者提出了相应的术语,诸如滑劈理(Slip cleavage)、皱劈理(Runzel cleavage)、剪劈理(shearcleavage)、锯齿形劈理(Crenulation cleavage)等。     

不平衡条件下单斜辉石形成的一些探讨

辉石作为一种主要造岩矿物广泛出现于许多岩类中,在基性火成岩中它更占有重要的地位。平衡条件下辉石的产出条件及其有关的相平衡关系,前人已有大量实验研究。     

从泥河湾层花粉分析谈南沟冷期等问题

第四纪下限问题是地学的一个重要课题,故历来为人们所重视。分布在大同、阳原等盆地的泥河湾层,沉积厚,又有玄武岩穿插其间,剖面出露和接触关系清楚,含有丰富的动、植物化石,并有人类化石与石器,是罕见的第四纪典型剖面。近年来,我们对该区泥河湾层进行了花粉分析,现就其古植被、古气候和地层等方面的问题作一初步讨论。     

阿拉善断块层间滑动断裂和推覆构造

1982—1983年,作者对阿拉善断块进行了地质调查和研究。本文是在二年调查和研究的基础上,对断裂构造所提出的部分认识。阿拉善断块位于中国北部鄂尔多斯断块和塔里木断块之间,大部属于内蒙古自治区和阿拉善盟所辖。东界为贺兰山西麓的亚洲中部经向断裂带,北界在德斯特乌拉和阿尔格林台一线,西南界为河西走廊北部的 NW 向断裂带。阿拉善断块上出露的最老地层为太古代的阿拉善群，由超镁铁质岩、基性火山岩和沉积碎屑岩组成。     

华北地区的燕山运动

燕山运动为1926年翁文灏所创立,半个多世纪以来,随着地质工作的开展,对中生代地层、岩浆活动和构造形迹特征的深入研究,许多学者曾撰文进行讨论(表1)。燕山运动系指发生于侏罗、白垩纪时期的构造运动。燕山运动形成了华北盖层主要的构造形迹,伴随强烈的岩浆活动,形成丰富的矿产资源,是华北地块显生宙最重要的构造运动。尽管对燕山运动已进行了大量的研究工作,但目前对燕山运动的分期,各期构造活动方式、构造应力场特征,构造演化,构造活动机制等,仍众说纷云,本文将对这些问题进行讨论。     

喜马拉雅山脉近期上升的探讨

喜马拉雅山脉是地球上最高、最长大和最年青的山脉之一。它以宏伟的规模和巨大的海拔高度强烈地影响着我国西藏地区以至亚洲中部自然环境的变化。自1949年中华人民共和国成立以来,在毛主席和党中央的关怀下,曾对珠穆朗玛峰及邻近地区进行过多次考察。在无产阶级文化大革命的1966-1968年,又进行了珠峰地区多学科的科学考察。     

川滇地区震旦系—寒武系界线

川滇地区系指云南东部、东北部,四川西部及西南部的广大地区。南起云南华宁,北至四川峨眉,长600公里,宽40—60公里,沿康滇古陆东缘分布的一个狭长条带。该区震旦纪、寒武纪地层发育完整、岩性单一、厚度大、化石丰富,是我国研究和解决震旦系—寒武系界线的重要地区之一(图1)。在云南东部前人对有关本问题曾进行过一定探讨,前文已有^[1]论述。