地球早期大陆地壳的形成与演化

现代地球岩石圈主要由镁铁质上地幔和长英质地壳两个储集层组成,研究大陆地壳的形成和演化对揭示地球早期地质过程和物质循环、厘定板块构造启动时限具有重要意义。冥古宙—始太古代具有更高的地幔潜能温度和地温梯度,岩浆海冷却形成薄的原始地壳;大洋岩石圈表现为韧性,主要构造机制应为停滞盖层模式,有地幔柱参与。太古宙片麻岩中奥长花岗岩—英云闪长岩—花岗闪长岩（TTG）的出现标志着镁铁质原始地壳向长英质陆壳转变的开始。本文总结了地球早期停滞盖层模式到现代板块构造模式下含水玄武岩部分熔融、结晶分异形成大陆地壳的过程,主要包含幔源岩浆停滞盖层（“自下而上”的热管火山岩和“自上而下”的深成侵入岩构造模式）、增厚镁铁质地壳部分熔融、俯冲洋壳、岛弧及洋底高原部分熔融模式;陆壳的破坏和消减主要受陨石撞击、分层沉降、重力不稳导致拆沉控制;板块构造的出现进一步促进了地球内部的热量扩散,俯冲作用加快了洋壳和陆壳之间的物质循环。最后,结合太古宙变质岩、古老克拉通岩石学特征和锆石Hf、O及全岩Nd、Sr、Ar、Ti同位素组成,讨论了陆壳的形成时间和演化过程： 3.0 Ga之前形成了现有陆壳体积的60%~70%,厚度约为20~40 km;3.0~2.5 Ga,地壳改造速率明显增加,陆壳生长和破坏速率达到动态平衡,表明全球性现代板块构造体制逐渐成为控制大陆形成、裂解和陆壳演化的主要因素。     

太古宙花岗质岩石的成因及大陆地壳演化

花岗质岩石是太古宙地体的主要组成部分,任何大陆地壳的演化模式都必须包括能够形成这些花岗质岩石的恰当的地质环境。本文在归纳总结太古宙地体中花岗质岩石的基本地质地球化学特征的基础上,将太古宙地体中的花岗质岩石划分为TTG岩系、柴苏花岗岩系和花岗岩—混合岩系,并分别探讨了三者的源岩物质和成岩过程,以及它们在太古宙大陆地壳演化过程中的作用,最后,建立了太古宙大陆地壳演化的混合模式。     

华北大陆地壳─上地幔岩石学结构与演化

本文基于出露的前寒武纪变质岩系、中、新生代岩浆活动以及新生代玄武岩中上地幔包体的岩石学与地质压力计研究，结合地球物理测涤资料与高温高压下岩石中地震波传播速度的实验成果，提出了华北大陆三个地区（河北平原、太行－五台、鄂尔多斯）的地壳－上地幔岩石学结构，讨论了界面性质及其演化。在强调ｖ＿ｐ、ｖｂ、σ结构与岩石学结构共同约束的基础上，有效地识别了不同地区硅铝质陆壳在物质组成上的差异和上地幔低速层或矿物相转变等特征。本文提出壳－幔岩石学结构及其演化，密切地与陆壳主要形成时期的太古－早元古构造岩浆事件相关，又与显生宙构造岩浆事件对它的改造程度有关，壳－幔岩石学结构是我们追索大陆的构造性质及其演化的一个重要记录和科学依据。     

早期大陆与板块构造启动——前沿热点介绍与展望

板块构造的启动时间和机制,一直是国内外地球科学界关注的焦点,有不少热点文章对此进行了讨论。它涉及的不仅是早期地球的构造机制问题,更关系到整个地球的演化历史、变化过程和演化规律,以及地球的未来。本文对国内外的研究状况、研究重点进行了简单述评,强调地球的"热状态和热演化"是构造机制演化的关键控制因素,提出大陆形成和岩石圈的演化与板块构造起源关联密切,是理解早期板块构造启动的重要研究内容。华北克拉通是代表性的古老大陆,本文对它的研究状况给出了介绍和评述。文章最后展望了"早期大陆与板块构造启动"这一重要科学问题的研究方向,并对相应的研究方法提出了评论和建议性意见。     

大陆的早期演化

有关大陆学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夺的Ｎｄ同位素值测量表明，产生低Ｓ，／Ｎｄ比值大陆壳的地幔源具有高Ｓ，／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比值与两革幔岩石的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。     

麻粒岩的形成及其对大陆地壳演化的贡献

麻粒岩是地球中最重要的岩石类型之一，它的形成主要受地热条件的控制。麻粒岩的形成可以与大陆碰撞、大陆拉张以及大陆弧模式相联系。麻粒岩在某种程度上，还是下地壳的同义词。通过麻粒岩地体地及火山岩中麻粒岩捕虏体的研究，使人们对地球深部的物质组成和结构有了直接的了解。麻粒岩在陆壳的形成和演化中具有举足轻重的地位。陆核说、陆壳垂直增生或横向增生说，都以麻粒岩作为重要的岩石学依据。     

地壳早期演化的研究进展

地壳早期演化研究的主题是探讨早期大陆形成、生长和再循环的地质过程及其地球化学和地球物理模式。由于陆上古老岩石分布极为有限,围绕着陆壳生长速率的争论持续了30多年。地球化学家基于陆壳从地幔萃取而成并导致被萃取后的地幔在地球化学上产生亏损的认识,提出了许多重要的大陆形成、生长、再循环模式。近年来发展起来的高精度MC ICPMS分析技术,使单颗粒锆石Lu Hf同位素系统分析为评价早期地壳演化提供了更多的信息和更为可靠的证据。不同大陆早前寒武纪地壳及地幔地球物理和地球化学状态研究表明,陆壳再循环作用、壳—幔以及壳内（如古老的地壳重熔作用及其与相对较新的地壳发生广泛的混合作用）相互作用是早期大陆演化的重要地质过程。     

华北大陆地壳—上地幔岩石学结构与演化

本文基于出露的前寒武纪变质岩系、中、新生代岩浆活动以及新生代玄武岩中上地幔包体的岩石学与地质压力计研究，结合地球物理测深资料与高温高压下岩石中地震波传播速度的实验成果，提出了华北大陆三个地区(河北平原、太行一五台、鄂尔多斯)的地壳一上地幔岩石学结构，讨论了界面性质及其演化。在强调Vp、 Vs、a结构与岩石学结构共同约束的基础上，有效地识别了不同地区硅铝质陆壳在物质组成上的差异和上地幔低速层或矿物相转变等特征。本文提出壳-幔岩石学结构及其演化，密切地与陆壳主要形成时期的太古一早元古构造岩浆事件相关，又与显生宙构造岩浆事件对它的改造程度有关，壳-幔岩石学结构是我们追索大陆的构造性质及其演化的一个重要记录和科学依据。     

中国大陆地壳铅同位素演化的动力学模型

根据中国大陆中、新生代花岗岩长铅同位素数据库,沿用“铅构造模型”的基本思想并作部分改进,建立了中国大陆地壳铅同位素的动力学演化模型。与全球平均的铅同位素演化曲线相比,中国大陆地壳的原始物质相对较贫铀富钍,并且中国大陆的上地壳和下地壳在演化过程中分异得更加彻底。将本模型应用于大别地区中生代花岗岩长石铅同位素数据,结果发现它们具有壳幔铅混合的特征,并且以上下地壳物质混合产生的类地幔铅为主,花岗岩源岩中含有较高的富Th下地壳组分。     

大陆溢流玄武岩的地球化学特征及起源

快速上涌的大陆溢流玄武岩（CFB），与大陆裂开存在密切的成因关系。CBF总体岩石及地球化学成分均一，富集同位素及不相容元素，但一些样品含有明显的亏损成分，反映出普遍的地幔不均一性，来自上下地幔边界及软流圈的地幔柱提供了CFB所需的主要物质和能量来源，地壳混染作用对CBF的成分影响不大，而受俯冲带脱水流体以及热地幔柱自身与围岩发生的交代作用影响。交代岩石圈地幔对CBF产生重要影响，很好地解释了CFB所具备的微量元素和同位素特征。     

钼同位素揭示地球早期大陆地壳的快速生长和破坏北大核心CSCD

地球早期,尤其是冥古代-早太古代时期大陆地壳的性质、范围和产生机制一直是地球科学研究的前沿问题。在已有的大陆地壳生长模式中,有些认为当前大陆地壳的60%~80%在30亿年前就已形成,而有些则倾向于一个渐进的地壳生长模式。不论哪种模式,大都基于锆石的形成年龄或者壳幔系统的放射性同位素演化。然而,由于不能限定再循环物质的量,锆石仅能限定地壳生长的年龄下限。相反,放射性同位素体系演化曲线可有助于了解地幔亏损过程,壳幔分离和地壳再循环作用。基于长寿命同位素(Sr、Nd及Hf)体系在壳幔间的互补性,前人估计要达到当前地壳和亏损地幔间的组成平衡,只需25%~50%的地幔物质经历熔体抽提。     

板块俯冲起始与大陆地壳演化

组成大陆地壳的物质主要来自两个地质过程:地幔柱活动和板块俯冲。目前大多数研究认为板块俯冲起始于30多亿年前。在板块俯冲起始之前,基性的初始地壳物质受热重熔是大陆地壳生长的主要方式,其中,地幔柱活动是关键。地幔柱不仅向地壳输送玄武质岩浆,同时导致已有玄武质岩石和沉积岩通过部分熔融向中酸性岩石转化。当原始岩石圈强度足够大时,地幔柱会导致岩石圈倾斜、破裂,产生下滑力,诱发板块俯冲。板块俯冲引发岩浆活动,产生大量的岩浆岩,如岛弧安山岩、弧后盆玄武岩等。这些岩浆岩通过喷发、侵位,再经由块体拼贴、增生等过程加入到大陆地壳,是大陆地壳生长的主要途径。同时,板内岩浆活动乃至地幔柱活动等也与板块俯冲有直接或者间接的联系。俯冲再循环物质促进地幔柱发育,也为大陆地壳的生长提供物源和热能。与此同时,大陆地壳不断风化剥蚀,其中一部分沉积物随俯冲板块再循环到地幔,而板块俯冲过程也通过俯冲剥蚀等过程,将仰冲盘岩石圈物质刮削带入地幔。这些是大陆地壳消减的主要途径。目前大陆地壳增生和消减基本处于动态平衡。     

上地幔熔体-岩石相互作用与大陆地幔演化

根据实验岩石学、幔源岩石的岩石地球化学资料以及微量元素地球化学理论模拟等,评述了上地幔熔体岩石相互作用研究领域的最新进展,指出熔体岩石相互作用不仅深刻地制约了岩石圈地幔的矿物学、地球化学和物理性质的变化以及地幔不均一性的形成及演化,而且也会最终控制各种构造环境下喷出岩浆的地球化学特征,以及深部岩浆的分离机制。     

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 …

沿北美和西百被动大陆边缘,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,大陆裂解出现有停滞流线之上,沿停滞流线被地幔柱从大地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     

晚太古代Sanukite（赞岐岩）与地球早期演化

Shirey and Hanson(1984)将某些太古代的高镁闪长岩套称为sanukite(赞岐岩),类似于日本中新世(11～15Ma)Setouchi火山岩带的高镁安山岩。Sanukitoids由闪长岩-二长闪长岩-花岗闪长岩组成,不同于TTC岩套(奥长花岗岩-英云闪长岩-花岗闪长岩)。Sanukitoids具有下列地球化学特征:富Mg,Mg~#>0.60,Ni和Cr>100μg/g,Sr和Ba>500μg/g,LREE富集(大于球粒陨石100倍),无Eu异常。高镁安山岩在太古代很少见,而其相应的侵入岩高镁闪长岩或sanukitoids,虽然数量也很少,但却是各地晚太古代地体中随处可见的。Sanukitoids的原始岩浆是交代的地幔楔部分熔融形成的,随后可能经历了广泛的分离结晶作用。TTC和sanukitoids岩套可以相伴产出,二者均与板片熔融有关,TTG与其直接有关,sanukitoids可能与其间接有关。全球Sanukitoids主要集中在晚太古代时期,可能暗示板块的消减作用在～3.0Ga以后才起了重要的作用。     

克拉通地幔形成与演化及对大陆命运制约因素的思考

岩石圈地幔属性主要由熔体抽取和交代作用程度共同决定,与岩石圈起源、大陆稳定性、宜居环境演变等密切相关。全球古老大陆的命运差别很大,有的长期稳定、有的遭受破坏,其控制因素可能包括大陆根地幔形成时熔融条件和后续交代改造过程等。本文总结前人研究资料发现,南非克拉通长期处于板块离散背景下,并经历了多期地幔柱活动,岩石圈地幔主体保持难熔属性、局部发生富集;华北克拉通长期处于板块汇聚背景下,并在显生宙发生强烈岩石圈减薄、改造和地幔置换作用,仅局部有难熔地幔残留。我们认为,亟需对不同命运克拉通之下的岩石圈地幔开展早期熔融条件和交代演化历史对比研究,寻找控制大陆命运的先天条件和后天因素。研究结果可以为大陆起源、宜居星球演化等关键科学问题提供制约。

     

华北古陆的形成与构造演化史

以华北古陆为例，论述了地球演化史中经夯的三大阶段。１；古陆的形成阶段；地球形成早期，以地幔对流为主导作用，到早太古宙出现初始陆核，地幔对流驱动的地体拼贴和板底垫托是陆壳形成的主要方式；中太古宙开始出现一定规模的坳陷盆地，发育了基性火山夺－碎屑岩－镁质碳酸盐岩等表壳岩，同时伴随着大量中基性，花岗质岩浆活动晚太古宙和早元古宙是陆壳形成的主要时期并已具有现今板块活动特征。     

早前寒武纪大陆地壳的性质与构造演化问题

世界大陆地壳主要由早前寒武纪英云闪长质花岗岩类组成,并于太古宙晚期普遍经历了克拉通化。迄今尚未证实世界是否保存有未经受早期强烈改造和重熔分异轮回的原属地球的初始基性岩壳。华北克拉通是世界典型太古宙克拉通陆块之一。这些古陆块的规模、刚性特征和地质构造等,都直接显示出与现今板块理论基本模式一致。大陆地壳经早期高增生率阶段,又经裂解和聚合演化而形成不同时代的地体拼贴而成的现今世界大陆。它们并非由陆核增生,而现代大陆演化则深受先存拼合地体的影响,在全球板块运动过程中大陆各地体块体因重力均衡及张剪、压剪的走滑发生调整。古陆块虽经长期剥蚀而至今仍为大陆,是因下地壳区的挤压环境促使发生近水平面状强烈韧性剪切、板底垫托和滑脱,导致岩片叠置使陆壳垂直增生,而获得浮力,并可因超负荷增大而形成下地壳高压麻粒岩相区。由反映强弱应变的变形分隔的深成构造作用机制所造成的地壳水平网络状结构,在地学大断面内是最主要的特征之一。     

华北克拉通早期大陆性质和演化的重要问题

早期陆壳的性质、成因及演化过程是地质学重要的研究内容。前寒武纪地质研究具有探讨早期大陆岩石圈地质演化历史及其深部地质过程无法取代的双重地位,这一领域在过去20年中一直是固体地球科学研究的热点,并成为众多国际地质对比计划的研究焦点。与世界其它古大陆（特别是北美、波罗的、印度、非洲以及西澳等克拉通）相比,华北克拉通的早前寒武纪地质研究仍存在明显的差距,华北克拉通与其它古陆块的前寒武纪构造演化对比及其早期古板块再造已成为最突出而迫切的重大地质问题,即在元古宙超大陆对比中需要认识华北变质基底最基本的构造格…