华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的主要学术争论

华北岩石圈减薄是近十年来国内外研究的热门课题,但关于岩石圈减薄的具体时间、减薄幅度、空间分布范围、机制及其构造控制因素,多有争论.本文对上述问题进行了全面的回顾与讨论,内容包括:(1)是克拉通破坏还是岩石圈减薄;(2)古生代以来华北克拉通岩石圈地幔时代与壳幔解耦;(3)岩石圈减薄与克拉通破坏发生的时间;(4)岩石圈减薄的垂向幅度;(5)克拉通破坏在中国东部的空间分布;(6)克拉通破坏机制;(7)克拉通破坏的地球动力学原因;(8)华北克拉通破坏在世界上的特殊性等.文后,汇编了近10余年来华北岩石圈减薄与克拉通破坏研究的重要文献.     

华北克拉通破坏与岩石圈减薄

古太古代（约4.0 Ga）时地球上可能只有一个超级大陆, 它的岩石圈厚度高达400 km。在早元古代,这个超级大陆减薄、裂解成十几块,每块中心是太古宙岩石,边缘是元古宙岩石,且各块厚度不等（150~350km）。从元古宙之后这些被称之为稳定克拉通的大陆岩石圈就一直漂游在地幔软流圈之上。中国华北地块就是这些克拉通之一,与众不同的是它在中生代时遭受了第二次破坏,岩石圈厚度从古生代时的180~200 km 减少到现今的80~100 km。本文作者从流变学的视角出发,围绕华北克拉通破坏和岩石圈减薄这一核心问题,从     

长江中下游庐枞盆地火山岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄：对扬子克拉通东部晚中生代岩石圈减薄机制的约束

庐枞盆地位于扬子克拉通的东北缘、大别-苏鲁印支期碰撞造山带的前陆地区、郯庐断裂与长江断裂带的交会处附近,构造位置独特。盆地内的中生代火山/潜火山岩以富碱和高钾为特征,地球化学上表现为富集Rb、Th、U、K等强不相容元素和轻稀土元素,属典型的橄榄玄粗岩系列,Sr-Nd同位素组成显示它们主要形成于陆下富集型岩石圈地幔的部分熔融。盆地内的火山岩按形成的先后分为龙门院组、砖桥组、双庙组和浮山组,各组之间有明显的喷发间断。本文用SHRIMP法测得4个组火山岩的锆石U-Pb年龄分别为131±1Ma、133±1Ma、130±1Ma和127±1Ma,年龄测试结果表明整个庐枞盆地内的火山岩是在很短的时间内(≤6Ma)形成的。结合整个长江中下游地区中生代火山活动的时间非常集中,意味着火山活动具有"突发性",指示机械拆沉可能是区内岩石圈减薄的主要机制。但庐枞盆地西北缘沙溪一带的侵入岩具埃达克质(adakitic),形成于加厚地壳的部分熔融,其侵位时间(≥136Ma)略早于盆地内橄榄玄粗质岩浆的活动时间,指示区内约133～136Ma时间段构造环境和动力学机制发生了重大转变。     

华北东部中生代晚期-新生代软流圈上涌与岩石圈减薄

现今的地幔是由软流圈地幔(热的,主元素饱满、微量元素亏损的,塑性流变性质的)、古老岩石圈地幔(地幔1,冷的,主元素贫瘠、微量元素富集的,刚性的,以方辉橄榄岩为代表)以及现今的岩石圈地幔(地幔2,主元素饱满、微量元素亏损,以二辉橄榄岩为代表,可能包括多时期形成的)组成。古老岩石圈地幔与地幔2样品的共存、100~4·3Ma在地幔内部持续发生的古老岩石圈与软流圈的相互作用以及上述作用的时空不均一性,都表明了岩石圈减薄是软流圈呈“蘑菇云状”大规模上涌的结果。上述事件发生于100Ma以后。软流圈来源的玄武岩大范围喷发并伴随了岩石圈的强烈拉伸是事件发生的主要标志,岩石圈减薄是一个深部地质过程,不像是突发事件。     

华北克拉通东部中生代高Mg闪长岩——对岩石圈减薄机制的制约

在华北克拉通东部鲁西—徐淮地区,存在一套辉石闪长岩-二长闪长岩-花岗闪长岩组成的adakitic岩石。锆石SHRI MP和LA-ICP-MS U-Pb定年结果表明它们形成于早白垩世(130~132Ma)。该类岩石具有较高的MgO含量(质量分数为1·46%~9·76%)、高的Mg#值(0·46~0·68)和高的Sr/Y值(主体介于30~52之间,个别高达410)。这些特征类似于由俯冲大洋板片部分熔融形成的adakitic岩石。然而,它们所表现出来的相对较高的87Sr/86Sr初始比值(0·7051~0·7077)和较低的εNd(t)值(-4·43~-15·92)则反映岩浆形成或演化过程中应有陆壳物质的参与。徐淮地区该类岩石中榴辉岩类捕虏体和石榴石捕虏晶的存在和鲁西辉石闪长岩中众多地幔橄榄岩捕虏体的发现,以及这些捕虏体中普遍发育富硅质交代作用,由此可以判定该类岩浆应起源于拆沉下部大陆地壳的部分熔融及其在上升过程中与地幔橄榄岩的反应,石榴石作为残留相。华北克拉通东部早白垩世adakitic岩石的存在以及榴辉岩类捕虏体的年代学表明,中生代早期曾存在一次重要的陆壳加厚过程,之后相继出现的加厚岩石圈的拆沉应是中生代岩石圈减薄的主导机制。     

高度演化的黄山A型花岗岩：对扬子克拉通东南部中生代岩石圈减薄的约束？

黄山花岗岩以高硅(SiO2 >75 %)、低钙(CaO=0.51%~0.86%)、贫镁、相对富碱和高FeO*/MgO比值(8.28~87.20)为特征。微量元素地球化学性质上表现为强烈亏损Ba、Sr、Eu(δEu=0.01~0.13),富集Rb、Th和U,高场强元素Zr、Nb、Y和Ga的含量也较高。主量和微量元素均表现为A型花岗岩的特征。该花岗岩最奇妙的特征是稀土元素分馏模式表现出罕见的“四素组效应”(tetrad effect),一些微量元素的行为也表现出不受离子电荷和半径的控制(nonCHARAC行为),如异常低的K/Rb和Zr/Hf比值以及醒目的高K/Ba比值,该特征仅见于与热液发生过强烈相互作用的高度演化的岩浆中。与钙碱性的太平岩体相比,高度演化的具A型花岗岩特征的黄山岩体具有相对较低的87Sr/86Sr初时值(0.707,而太平岩体为0.710)和较高的εNd(t)值(-4.45~-4.87,而太平岩体为-6.21~-6.40),二阶段模式年龄(TDM2)为1.24~1.33Ga,明显年轻于扬子克拉通内不同时期花岗岩所普遍显示的约2.1Ga的模式年龄值,也小于太平岩体的模式年龄(1.44~1.45Ga),指示黄山岩体的母岩浆中包含有较多新加入的软流圈地幔物质。我们认为,由钙碱性的太平岩体转变为碱性的黄山岩体所指示的是扬子克拉通东南部中生代岩石圈的减薄事件。     

中国东部中生代岩浆作用与岩石圈减薄

对中国东部新生代玄武岩及其包体的Ｓｒ Ｎｄ 同位素资料的总结表明,中国东部现今岩石圈地幔具有强烈亏损性质,现今岩石圈地幔是新生的。岩石圈减薄主要发生在中生代晚期,并与中国东部大面积、强烈的中生代岩浆活动在时间上相对应,且具有自西向东岩石圈减薄逐渐增强的趋势。分析表明,中生代期间印度洋型软流圈地幔的侵入与中国东部的岩石圈减薄密切相关。     

华北东部岩石圈减薄中的下地壳过程：岩浆底侵、置换与拆沉作用

最近研究表明，华北中生代岩石圈减薄不仅是岩石囤地幔减薄，而且下地壳也发生了一定程度的减薄和置换。本文强调下地壳过程，如岩浆底侵、置换和拆沉作用是理解岩石囤减薄机制的关键因素之一。火山岩及其捕虏体的信息似乎支持在华北东部南、北缘存在局部造山带型的下地壳与岩石囤的拆沉作用。但是华北东部整体上的减薄机制难以用造山带的拆沉模式来解释。华北东部克拉通内部的火山岩中的下地壳捕虏体有两类，一类是经历了麻粒岩相变质的底侵辉长岩和辉石岩以及榴辉岩相变质的石榴辉石岩，形成时代约在140～120Ma；另一类是经过了中生代变质叠加的前寒武纪麻粒岩。中生代华北东部曾发生过大规模的岩浆底侵作用，现今的下地壳很可能已大部分不是前寒武纪的下地壳，它们由中生代变质的辉长岩、镁铁质岩石以及经历了很强烈改造的前寒武纪下地壳麻粒岩组成。此外，在华北东部普遍存在着化学成分类似于“埃达克岩”的中生代高锶花岗岩类岩石，它们的形成与岩浆底侵作用和镁铁质下地壳的部分熔融有关，其熔融残留应是榴辉岩或石榴角闪岩。尽管如此，要通过下地壳部分熔融形成一个厚的密度很大的榴辉岩层，由它的重力不均衡来带动80～120公里厚的岩石圈地幔一起拆沉进入软流圈的机制很难发生在华北克拉通内部。岩浆底侵和置换作用是下地壳过程非常重要的形式，与岩石圈的减薄具有密切联系，其具体机制尚不完善。     

岩石圈减薄与成矿关系的不均一性

结合实际工作中的体会,提出和讨论了＂岩石圈减薄与成矿关系的不均一性＂这一有意义的科学问题。岩石圈减薄导致岩石圈中分布不均一的金、钼、钨等成矿元素被消耗带出至地壳中成矿,是中国东部金、钼、钨大规模成矿的基本机制;华北地块岩石圈减薄对金、钼、钨大规模成矿的贡献时限始自构造转折开始时而终至岩浆富集地幔源向亏损地幔源转化期,即可能在163～136 Ma至117～80 Ma期间;岩石圈在时间和空间上的不均一减薄可能是地壳中不同类型的金、钼、钨等矿床和矿集区时空分布差异性的重要原因。     

藏北岩石圈厚度与减薄机制分析

天然地震S波和大地电磁测深给出了两种不同的藏北岩石圈厚度模型,两种测量结果的地质含义至今还不十分清楚。通过对地表高程与地壳厚度回归关系的研究,以回归直线的斜率和截距作为地壳和岩石圈地幔平均密度取值的约束,并考虑相变因素对软流圈密度的影响,采用均衡理论对藏北岩石圈厚度进行了计算。计算结果表明,在可能的软流圈温度取值范围内藏北岩石圈的平均厚度约为106～120km,地壳增厚前的岩石圈平均厚度约80km。藏北新生代火山作用和岩浆起源-分凝深度分析表明,藏北现今岩石圈厚度主要受金云母脱水深度所控制。增厚前岩石圈地幔底部温度高于橄榄岩湿固相线温度,并受闪石和金云母高压脱水作用的影响。加厚岩石圈地幔因其底部不断发生脱水低程度熔融而进入软流圈小尺度对流体系,使岩石圈加厚过程中伴随有底部的脉动减薄作用。     

长江中下游中生代岩浆岩及铜铁成矿带的深部构造背景

地球物理和中、新生代幔源岩浆岩同位素地球化学研究表明华北和华南陆块的深部岩石圈地缝合线较地表地缝合线南移。在郯庐断裂带以东南移至南京一镇江一线，并从南京往西呈南西走向延伸至桐城一带；在郯庐断裂带以西的大剐山区，深部地缝合线至少南移至岳西以南。这一贴近长江中下游的深部地缝合线，有可能在郯庐断裂系早白垩世发生大规模左行走滑作用下而导致引张，从而诱发了地幔上隆和大规模岩浆事件及铜铁成矿作用。     

长江中下游成矿带深部找矿思路探讨

长江中下游成矿带的探明资源已开采殆尽,深部找矿（-500--2000m）应是当务之急。根据勘查与开采资料的综合研究,该区的控矿条件可概括为：岩石圈减薄事件是成矿作用的重要前提,燕山期强烈的构造-岩浆活动是区域成矿的主要关键,地表断裂构造样式是深部构造的响应,前陆盆地沉积建造是成矿作用的优越围岩条件,铁、铜矿床的岩浆岩蚀变特点明显不同,埃达克质岩可视为找铜矿床的间接标志。对于今后深部找矿提出4个思路：①火山岩盆地下部的深部找矿思路;②目标地层的深部找矿思路;③复合类型矿床的深部找矿思路;④接触带“多台阶”的深部找矿思路。     

长江中下游及邻区基底地球化学分区及区域成矿远景预测

大范围系统的基础地球化学研究国内外均不多见,进行区域地球化学分区仍处在摸索阶段．在区域基础地球化学研究基础上,在长江中下游及邻区利用多元示踪元素（常量元素、高场强元素、基性元素、亲氧碱性元素、成矿元素及性质相似元素比值）和Ｐｂ,Ｎｄ同位素进行不同区域地壳、同一区域地壳内不同级次的地球化学分区,从而厘定了研究区区域地壳的边界,提供了区域远景预测的地球化学依据     

长江中下族及邻区区域铅同位素组成背景及其应用

本文系统地研究了长江中下游及邻区区域各类地质体铅同位素组成背景。研究表明;区域各类地质体铅同位素组成特征是受原始地幔的不均一性、壳幔交换的动力学过程、层圈铀、钍、铅丰度及作用发生的时间等诸因素控制,为此,通过区域铅同位素背景的研究可以为地球化学分区、示踪物质来源及区域成矿预测提供有意义的信息。     

长江中下游干流河底沉积物环境磁性特征

通过多参数磁性测量,分析探讨了长江中下游干流3种不同粒级(<2mm,<0.28mm和<0.125mm)河底沉积物中磁性矿物的类型、含量、颗粒变化及空间分布特征。3种粒级中,磁性矿物主要富集在<0.125mm的细质沉积物中。对细质沉积物的分析表明,长江中下游干流河底沉积物的磁性矿物含量较长江口高近10倍,类型以亚铁磁性矿物磁铁矿为主,颗粒以假单畴-多畴为主,超顺磁性颗粒含量较低。从中游到下游,磁性矿物含量呈下降趋势,颗粒呈变细趋势。干流磁性矿物含量远高于支流,颗粒远粗于支流,支流泥沙的汇入不断影响干流沉积物的磁性特征。     

关于长江中游洪灾问题的思考

中国是一个水灾频发的国家 ,长江中游历来就是重灾区。 1998年的长江洪水是 1954年以来最大的一次全流域性洪水 ,高水位持续时间长 ,洪水量大 ,洪水遭遇情况恶劣是这次长江汛期的突出特点 ,由此造成的损失十分严重。导致长江中游洪灾的原因是众多的 ,其中气候异常是最直接的影响因素 ,但过度围湖垦殖与江湖关系失调亦是洪涝灾害日趋严重的一个重要原因。由于自然演变和人类活动的共同作用 ,长江中游河湖环境越来越不利于超额洪水的排泄。江汉湖群、洞庭湖和鄱阳湖面积缩小 ,容积减少 ,对河流水量的调蓄作用大大降低。同时荆江已演变为典型的弯曲河道 ,成为防洪的重点地段。荆江大堤的修建隔断了江湖联系 ,改变了中游河湖关系。所有这些因素都使得中游洪灾日益加重。为了实现区域可持续发展 ,迫切需要建立一套完善的抗洪减灾防御体系。     

长江中下游铜、金矿床密集区形成条件及矿床成因研究综述

分析和总结了长江中下游铜,金矿床密集区区域成矿的地球动力学条件和构造,地层,岩浆岩等地质条件,以及成矿流体来源,演化及矿床成因等方面的主要研究进展。     

长江中游阳逻砾石层沉积环境分析

本文在野外调查的基础上,选择典型剖面,通过剖面沉积学、岩相划分和粒度分析研究,对长江中游“阳逻砾石层”沉积环境进行了讨论。研究表明,阳逻砾石层的岩性主要砾石层夹砂层,由Gm,Sh和Sp沉积相类型组成;   大多数频率曲线图形态为双峰,且以不对称曲线为主;   概率累积曲线大都为上三段式,以滚动总体为主,约占50%～60%,斜率较大,在35°～45°;   悬浮总体约占20%～30%,斜率在 40°以上;   跳跃总体约占20%～30%,斜率较小,多在 10°～20°。跳跃总体和滚动总体之间均存在有混合带,分选性较差。综合分析认为,阳逻砾石层沉积环境为具有辫状河特点的河流沉积。根据电子自旋共振测年（ESR）得到阳逻砾石层的形成年龄为1.12～1.56MaB.P.,表明阳逻砾石层形成于第四纪早更新世。
     

长江中游砂山形成的年代及成因研究

经野外考察、资料整理分析及实验数据测试等工作,并与有关研究对比,较全面地分析论证了长江中游砂山沉积的风成特征。本次研究首次发现南昌附近的梁家渡古埋藏砂丘剖面,并佐证了武昌青山、湖南岳阳等地的砂层沉积。在此基础上通过年龄测试、扫描电镜观察等确证了砂山的形成时代和风成微观特征,与相关研究综合分析,较深入地论证了长江中游砂山的风成成因。      

长江中游的防洪问题和对策--1998年长江特大洪灾的启示

对1998年长江中游特大洪灾分析表明:长江中上游植被破坏,中游湖泊萎缩,干堤防洪标准低,河道泄洪不畅,是洪灾形成的主要因素.三峡水库是长江中游防洪体系中的骨干工程,必须与其他工程相配合.长江中游防洪减灾工程应坚持:(1)与环境保护相结合的原则;(2)与农田水利基本建设相结合的原则;(3)"固、蓄、疏"并举,以"疏"为主的原则;(4)防洪与除渍相结合的原则;(5)统一管理、联合攻关、综合整治的原则与对策.建议除加固长江干堤外,重点建设两条分洪河道,建好3个梯级蓄洪区,有计划有步骤地实施开堤开垸放淤工程.