上地幔中的流体和熔体

玄武质和金伯利岩质火山岩浆从地幔深处挟带的橄榄岩捕虏体为研究上地幔中流体和熔体的性质提供了非常丰富的直接证据。本文通过考察中国东部新生代碱性玄武岩(碧玄岩、橄榄霞石岩、碱性橄榄玄武岩)所含地幔橄榄岩捕虏体中的流体包裹体、熔体包裹体和玻璃,直接研究上地幔中的流体和熔体     

上地幔流体和地幔岩结构

迄今,已经公认产于玄武岩中的橄榄岩包体,又称幔源包体,是来自上地幔的物质,是研究地幔岩的直接对象。     

上地幔超高压流体的金刚石压砧实验研究

地球深部流体主要是NaCl-H2O溶液,越到地球深部,它赋存的温度、压力越高,性质状态也不断变化,反之,亦然。当NaCl-H2O流体进入和脱离(上升过程)超临界状态时,其性质会发生截然不同的变化,影响着各种地质过程。使用金刚石压砧在高温高压下原位观测流体的实验,用谱学方法,结合同步辐射光源技术,成为定量化研究地球深部高温超高压流体的有效方法。作者使用同步辐射光源的红外谱研究了10GPa下的NaCl-H2O溶液;在地球化学动力学实验室研究了3GPa,650℃下的NaCl-H2O溶液红外谱,此测量方法可以提供温度压力和体积等数据,能研究其状态。NaCl-H2O溶液红外谱表明水分子主要振动谱受压力和温度影响是不同的。压力增加促使水分子主要振动谱向低波数变化。但是温度增加的效应相反。常温高压下水被压缩,结晶向紧密堆积变化。高温高压下的水有气、液、固和超临界流体各相。水分子间的氢键在近临界态开始减弱,氢键网络被破坏。     

上地幔的岩石组构和各向异性

着重介绍了上地幔各向异性及其成因,研究内容和方法,各向异性研究的地球动力学意义,并强调指出橄榄石和辉石在塑性固态流动过程中产生的晶格优选方位或组构是导致上地幔各向异性最主要原因。     

论上地幔的磁性

在分析地磁场巨大的区域异常的基础上得出结论：它们形成的最大可能的原因是分布于上地幔中的深源，这按当今的观念是推测为已超出铁磁性物质居里点的高温是磁性的禁区，因而，巨大的区域异常就包含有关于上地幔的热状态，磁特性以及现代上地幔的地球化学和渗入地幔的构造作用等新信息。     

超镁铁质岩和上地幔

地幔的成分估计相当于超镁铁质岩(表1),因此,我们转向调查出露于地表的超镁铁质岩。超镁铁质岩有可能直接来自地幔,也有可能是来自地幔派生产物——如玄武岩浆。岩石学问题就是要确定代表地幔物质的岩石(如果有的话),以及演译那种导致地幔物质侵位至地壳中的作用。     

论上地幔的磁性

本文从分析研究巨大的区域磁异常出发，通过反常计算及有关得出与原有的按地热增温律所得的居里面分布截然不同的结论，即Ｔｋｐ最大可能的成因来自上地幔的深部，从而建立了岩石圈综合磁模式。     

江苏六合地区上地幔流体P-T条件的限定：流体包裹体证据

赋存于碱性玄武岩中被岩浆带到地表的地幔橄榄岩捕掳体中发育有大量的包裹体,这些包裹体为地幔流体研究提供了直接信息。本文对江苏六合地区地幔捕掳体中的CO2包裹体开展了详细的岩相学、显微测温学及激光拉曼光谱学工作,并对获得的数据进行计算分析。结果显示地幔橄榄岩矿物中发育有两类流体包裹体：早期原生CO2包裹体,晚期次生CO2包裹体。本次研究通过对这两类包裹体的分析,初步探讨了CO：包裹体的成因,并对六合地区及中国东部上地幔岩石圈演化提供了进一步的P—T限制：早期包裹体捕获于≥0．83GPa（对应28km深处）压力,晚期包裹体形成于6～18km深处的再平衡过程。     

东非大裂谷的地壳和上地幔密度结构

利用卫星重力场数据和小波多尺度分析方法对东非大裂谷进行三维密度结构成像,取得了东非大裂谷地壳和上地幔多个深度等效层上的密度扰动图像,为东非大裂谷岩石圈结构和动力学的研究提供了重要佐证。结果表明,东非大裂谷中段的西支裂谷与东支裂谷的幔源熔体同源,但是西支裂谷发育较不充分、形成较晚。东非大裂谷的动力学模式为熔流体上涌的树形分叉模式,其要点包括：① 低密度流体在软流圈大面积上涌;② 流体在岩石圈继续上涌,部分转化为基性岩浆岩,平面面积缩小;③ 进入地壳后上涌熔流体分叉成多支,平面总面积进一步缩小; ④ 熔流体上涌到上地壳后仅在裂谷带活动,反映为火山链和玄武岩带。     

东非大裂谷的地壳和上地幔密度结构

利用卫星重力场数据和小波多尺度分析方法对东非大裂谷进行三维密度结构成像,取得了东非大裂谷地壳和上地幔多个深度等效层上的密度扰动图像,为东非大裂谷岩石圈结构和动力学的研究提供了重要佐证。结果表明,东非大裂谷中段的西支裂谷与东支裂谷的幔源熔体同源,但是西支裂谷发育较不充分、形成较晚。东非大裂谷的动力学模式为熔流体上涌的树形分叉模式,其要点包括：① 低密度流体在软流圈大面积上涌;② 流体在岩石圈继续上涌,部分转化为基性岩浆岩,平面面积缩小;③ 进入地壳后上涌熔流体分叉成多支,平面总面积进一步缩小; ④ 熔流体上涌到上地壳后仅在裂谷带活动,反映为火山链和玄武岩带。     

上地幔流体的性质和作用——从女山幔源二辉橄榄岩捕虏体获得的证据

玄武岩浆从地幔深处挟带上来的超镁铁质捕虏体含有地幔流体的直接证据,它们对于阐明地幔深部地质作用(部分熔融作用、地幔交代作用)的机制十分重要。女山幔源二辉橄榄岩的研究结果表明,初始的地幔流体除富含CO_2外,尚含有H_2O和少量CO、CH_4、SO_2、C1、F。地幔中的初始流体(挥发组分)在源部是溶解于地幔橄揽岩的高压固体矿物相中,它们在地幔上隆减压时出溶,形成细小的最早期流体包裹体。这些自由流体相在一定部应聚集,使得地幔固相线(和液相线)下降,引起上地幔发生减压部分熔融。初始的部分熔融主要发生于矿物边界,以单斜辉石最易遭受,形成矿物边缘的海绵状部分熔融带。当地幔剪切流动时,初始的部分熔融体珠滴联合成大的珠滴,并开始渗透,在变形橄榄岩中相连成脉状网络,晚期含C0_2岩浆包裹体及填隙玻璃即为其代表。由于剪裂作用,熔体(和流体)压裂开上覆橄榄岩,产生岩墙状通道,并在上地幔的某些低压区聚集成岩浆库。流体和熔体均为地幔交代作用的介质。在流体参与下,上地幔低度部分熔融产生的熔体将高度富集不相容元素。这些熔体和流体与亏损地幔间的相互作用,可以带来不相容元素重大的局部富集。当流体(和熔体)中H_2O浓度低时,仅发生隐交代作用;当H_2O浓度较高时,部分熔融程度也较高,相应有含水相(如角闪石等)成核,出现矿物交代作用。     

上地幔矿物中的氢

上地幔中水的含量、赋存状态、运移途径和演化方式是具有重要科学意义的地球化学问题 ,多年来一直是地球科学的研究前沿和热点。常见的研究方法有 :(1)岩石学相平衡实验 ;(2 )流体包裹体 ;(3)稳定同位素。含羟基矿物的产出是地幔中存在水的直接证据。 2 0世纪 90年代以来 ,对地球深部物质 (主要是各种地幔包体 )的研究发现 ,几乎所有名义上的无水矿物 (ｎｏｍｉｎａｌｌｙａｎｈｙｄｒｏｕｓｍｉｎｅｒａｌｓ ,简为ＮＡＭｓ)都含有微量的结构氢 ,以ＯＨ或Ｈ2 Ｏ的形式存在 ,其含量从ｎ× 10 -6～ｎ× 10 -3 。主要是通过分子光谱学的工作 ,…     

上地幔交代作用的实验模拟

一项利用活塞－气掳装置的实验技术已和来模拟部分熔融和交代作用。模式橄榄岩（模拟地幔岩去掉４０％的橄榄石）和流体源被装在一个１２ｍｍ长、带有一个标准活塞－气卸的实验舱内。该舱从热点沿温度梯度向下延伸获得了１００℃左右的温差。在２０×１０＾Ｐａ和最高温度为１ １７５℃的条件下实验，产生了一系列不同的相组合，即从高温的方辉橄榄岩＋熔体变化到舱体底部低温的云母＋碱性角闪石二辉岩。在舱体的上部，随温度的下降     

华北东部上地幔破裂带

利用天然地震的走时和S波震相的层析成像方法可以提供上地幔S波速度扰动精细图像。我们对华北东部(32°～44°N,114°～126°E)进行了高分辨率S波地震层析成像研究,揭示了苏鲁及环渤海地区上地幔速度结构的差异,为研究该区域深部构造演化提供新的地球物理证据和制约。本次成像取得的最醒目的成果是揭示了由波速剧烈变化指示的两条上地幔破碎带,它们分别出现在渤海湾裂谷区与苏鲁超高压变质带下方。苏鲁超高压变质带下方上地幔破碎带包含多个有序排列的高速团块,推测与扬子走滑并向前俯冲、以及前锋超高压变质块体拆沉及折返作用有关。地幔地震S波速的成像结果支持华北东部渤海湾地区发育地幔热羽柱体系的观点,并对地幔热羽柱的鉴识提供了新的标识。     

蛇绿岩中上地幔物质流动和熔融迁移

着重介绍了洋脊扩张环境下的上地幔物质流动和上涌几何学、蛇绿岩中熔融迁移构造和熔融迁移的模式、国内在这一领域的研究现状和存在的问题；强调了上地幔物质流动和熔融迁移是蛇绿岩研究的一个重要方面，今后应加强这一领域的研究。     

上地幔不相容元素的显交代作用

通过矿物微区成分和图象分析，研究了在金伯利岩中发现的多种氧化物矿物的成分、结构特点及其相互关系．指出富含硅酸盐不相容元素的地幔流体交代、熔融先期形成的矿物以及充填作用，形成了近年来我国和南非金伯利岩中发现的多种新矿物相，包括沂蒙矿系列、蒙山矿系列、Ｋ－Ｃｒ柱红石、阿玛科矿、Ｚｒ－Ｔｉ氧化物（锆钛矿）、ＲＥＥ－Ｔｉ氧化物（铈钛矿）等．这些新矿物高度富集了Ｋ，Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｔｉ，Ｚｒ，ＲＥＥ等不相容元素．研究表明不相容元素的显交代作用可分早、中、晚３个阶段，各阶段不相容元素的富集程度、温压条件及流体的动力学特征等既有明显的差异性，又有一定的继承性