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。     

地幔富硅交代与大陆岩石圈的演化

富硅交代是弧下地幔中熔体岩石相互作用的主要表现形式 ,是造成古老克拉通陆下岩石圈地幔富硅的主要机制。在弧下地幔捕掳体中 ,橄榄岩被来自俯冲洋壳物质部分熔融生成的含水富硅熔体交代后 ,斜方辉石含量的增加使全岩富集SiO2 ,斜方辉石显示异常低的Al2 O3和Cr2 O3,微量元素上表现为强烈富集LILE ,强烈亏损Nb ,Ta和Ti。在古老克拉通地幔岩样品中 ,方辉橄榄岩具过剩的斜方辉石 ,橄榄石的Ni含量与斜方辉石的组成含量成正比 ,而和橄榄石的x(Mg) /x(Mg +Fe2 +)值没有正比关系 ,被解释为亏损的地幔橄榄岩和来自俯冲板片的富硅熔体相互作用的结果。熔体岩石相互作用最终导致了陆下岩石圈地幔富集SiO2 ,这种被含水富硅熔体改造后的地幔岩石的部分熔融可能是造成陆壳富硅富镁的主要原因。含水富硅熔体对岩石圈地幔的影响程度也可能是大陆岩石圈增生或裂解、增厚或减薄的关键因素之一。     

熔体再富集作用对大陆岩石圈地幔的影响

         二辉橄榄岩通常被认为是低程度部分熔融的残留,但熔体再富集作用为其成因提供了一种新的解释。熔体再富集作 用通常是指软流圈来源的玄武质熔体加入到难熔的方辉橄榄岩或纯橄岩形成更为饱满的二辉橄榄岩的过程。除了使主量元 素富集之外,熔体再富集作用还可以使微量元素与Sr-Nd 同位素从方辉橄榄岩中的富集特征转变为二辉橄榄岩所呈现的亏 损特征。对于熔体再富集作用是否改变橄榄岩的Os 同位素组成还存在较大的争议,它主要取决于加入熔体的比例,熔体中 硫的饱和程度以及熔体再富集作用发生的时间等因素。对于以低熔/岩比例为主的大陆岩石圈地幔来说,熔体再富集作用对 橄榄岩的Os 同位素组成的影响可能较为有限。除了化学成分上的影响之外,熔体的加入也会改变大陆岩石圈地幔的物理特 征。这一过程使得岩石圈地幔的渗透率增大和黏滞度降低,从而会破坏大陆岩石圈地幔的稳定性。虽然熔体再富集作用可 以影响和改变岩石圈地幔的性质,但它是否导致克拉通地幔的减薄以及克拉通破坏尚有疑问。     

大陆岩石圈地幔的组成与交代作用

结合前人研究成果,总结了大陆岩石圈地幔的研究方法和研究对象,并对研究方法及研究对象作了评述.Griffin等将岩石圈地幔分为Archon、Proton、Tecton三类.Archon大陆岩石圈地幔相对原始地幔来说是强烈亏损的;大多数Tecton相对于原始地幔是适度亏损的;而Proton的组成在Archon和Tecton大陆岩石圈地幔2个端元之间.总体上看,古老岩石圈地幔亏损程度最大,而年轻岩石圈地幔相对古老岩石圈富集.富集过程主要与地幔交代作用有关.从交代作用的表现形式、交代剂的性质与来源方面,通过研究地幔捕虏体/捕掳晶,可以很好地认识岩石圈地幔的富集过程.     

次大陆和海底地幔矿物中全球广泛产出的富二氧化硅熔体

来自地球上地幔的岩石样品，通常间接地显示化学的证据。这种化学变化或“交代作用”，可通过两条途径来识别：（１）外来矿物的沉积：（２）具有包括富呷及其它“不相容”元素在内的化学指纹在地幔岩石总成分上的叠加。我们通过调查地幔矿体所捕获的熔体和流体包裹体，更直接计研究了是质的化学成分。     

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。     

北部湾涠洲岛橄榄岩中熔体包裹体——大陆岩石圈地幔交代作用的新证据

根据北部湾涠洲岛晚更新世火山岩中尖晶石二辉橄榄岩的矿物化学和形成条件推测,它们是来自地下约40km-50km的大陆岩石圈地幔样品。涠洲岛地幔橄榄岩中同时出现高硅（64％～68％）和低硅（49％～57％）两种熔体成分,它们普遍富碱、Al2O3和H2O、CO2等挥发组分（2％-5％）。研究认为,两种熔体存在不同的成因机制。高硅熔体可能与软流圈上升的玄武质岩浆和斜方辉石反应或下地壳物质循环进入地幔后的部分熔融有关。低硅熔体直接提供了富硅熔体与橄榄石发生交代作用的证据。这可以用富SiO2熔体＋Ol→贫SiO2熔体＋Opx反应解释,其结果是消耗橄榄石生成斜方辉石。涠洲岛橄榄岩中两种熔体的发现,进一步提供了发生在大陆岩石圈地幔流（熔）体与橄榄岩交代作用的普遍性、复杂性,以及地幔熔体多样性的新证据。     

华北太古代上地幔钕同位素组成、演化及对该区岩石圈地幔不均一性的制约

近年所获得的华北各地区太古代变质火山岩系9个较准确的Sm-Nd同位素年龄及初始Nd同位素比值表明,华北太古代(3500—2500Ma)上地幔都是亏损的,但在1000Ma范围內其ε_(Nd)值一直恒定在+3左右,与全球太古代亏损地幔Nd同位素演化规律一致。这表明华北太古代的构造体制有可能使大量地壳物质重新进入地幔从而保持ε_(Nd)值的恒定。如果华北大陆岩石圈地幔的主体是在太古代时从对流上地幔中分离出来的,利用该区太古代上地幔Nd同位素组成及其可能的sm/Nd值进行计算,可获得该区岩石圈非交代地幔应是与N型大洋中脊玄武岩(以下简称MORB)源类似或更亏损的高亏损地幔,其现代ε-(Nd)值最大变化范围在+7—+23之间。至今在华北我们尚未发现由这种高亏损非交代大陆岩石圈地幔产生的大陆玄武岩。如果某些大陆玄武岩可能产生于大陆岩石圈地幔,则其源区必定是经过地幔交代作用再富集了的地幔。     

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。     

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。     

古地幔流体及其在大陆克拉通地幔演化中的意义——以华北地台为例

古生代含捕虏体的金伯利岩和新生代含捕虏体的玄武岩同出于华北地台，提供了研究自古生代以来岩石圈演化的深源探针。古生代含金伯利岩的侵位表明古生代时曾存在冷厚的岩石圈；而新生代含捕虏体玄武岩的喷发，表明新生代时存在热薄的岩石圈。岩石圈减薄与“大洋化”是层圈物质交换作用在一定历史阶段中的反映。地幔流体是地幔演化产物，反之又作用于地幔演化。富含地幔流体的幔内剪切带及交代矿物层作为幔内软薄弱带，存在热、流体、化学及机械的耦合，是岩石圈减薄拆沉作用的重要界面位置。     

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。     

阿尔卑斯超镁铁岩的演化及上地幔的局部熔融

西藏新疆超镁铁岩是上地幔局部熔融的产物。超镁铁岩在矿物成分上的演化表现为两个平行的演化系列:一是随各亚类岩石的递变,硅酸盐矿物的100Mg,(Mg+Fe~(2+))值递增,即硅酸盐矿物向富镁方向演化;二是副矿物铬尖晶石的100Cr/(Cr+Al)值相应递增,向富铬方向演化;上述演化趋势与岩浆分异演化趋势相反。在组构上则由原粒结构向熔融残余、后成合晶,碎斑结构,然后递变为等粒镶嵌;板状镶嵌结构。二辉橄榄岩的熔融实验资料清楚表明、阿尔卑斯超镁铁岩的演化乃是地幔岩熔融的结果。各亚类岩石代表了不同程度的局部熔融,岩体所显示的上部偏基性,下部偏酸性的垂直分带实属地幔岩的熔融分带。     

水岩相互作用下结晶岩的矿物演化

水岩相互作用下，结晶岩中的长石、角闪石、黑云母、石英等矿物发展演化为粘土矿物，往往造成结晶岩体中的构造破碎带“泥化”，形成泥化带，力学强度降低。发育于三峡坝址船闸区结晶岩中的F215泥化带就是长期水岩相互作用的产物，由于其力学性状较差，变形模量仅0.2GPa～1．0GPa，对升船机和永久船闸的基础应力传递不利，且直接影响到升船机的运行安全。以F215泥化带为例，通过对该泥化带的矿物成分、微结构特征，以及周围水文地质环境等方面的调查和分析研究，对水岩相互作用下，结晶岩中构造破碎带“泥化”的演化过程，以及泥化带的分布规律进行研究，结果表明：1)F215泥化带目前的发展尚处在结晶岩风化的饱和硅铝阶段；2)水岩相互作用形成的泥化带必然沿那些胶结较差、导水性较好的断裂破碎带分布。     

秦岭显生宙地幔组成及其演化

通过对秦岭造山带及扬子克拉通北缘显生宙时期 3个含地幔捕虏体的煌斑岩、钾镁煌斑岩、碱性玄武岩以及 11个不含捕虏体的辉石岩、辉长岩、玄武岩出露点的岩石地球化学对比研究 ,揭示出研究区地幔演化经历了自古生代的OIB亏损地幔到中生代的高度富集地幔再到中生代末期 -新生代的OIB MORB的亏损地幔的两次明显变更。制约这种变更的主要因素是熔融岩浆时源区发生的层圈相互作用类型。鉴于大陆岩石圈软流层体系的特征 ,有必要划分出岩石圈 /软流层相互作用带(过渡带 ) ,它是大陆岩浆作用的重要源区。     

塔里木盆地北部坳陷震旦纪-奥陶纪大陆裂谷性质及其演化

塔里木盆地北部坳陷是在前震旦纪结晶基底之上发育起来的大陆裂谷盆地,始于早震旦世,结束于晚奥陶世.裂谷的轴部自西向东由阿瓦提凹陷、满加尔凹陷、英吉苏凹陷(包括库鲁克塔格南区)组成,向东延伸到罗布泊以东地区.裂谷轴部与地幔隆起带和高磁异常带相对应.裂谷东部主要以半深海-深海相的浊积岩、放射虫硅质岩和笔石页岩为特征,裂谷西部和翼部则以浅水盆地相和台地相的碳酸盐为特征.裂谷早期的火山岩主要分布于中东部的切谷内,具有双峰式火山岩的特征,玄武岩属低硅高钛富碱型.据区域动力学背景、沉积特征、沉降速率,将裂谷演化划分为幼年期,成年期和衰亡期3个阶段.     

雅鲁藏布江蛇绿岩中橄榄石的位错构造及上地幔流变状态

本文通过对雅鲁藏布江蛇绿岩中橄榄石的透射电子显微分析（TEM）和变形参数测算,划分出3个应变带,即强应变带、过渡型应变带和弱应变带,并详细地研究了它们的岩石结构、位错构造、变形机制和流变状态。镁铁质糜棱岩组成的强应变带中橄榄石发育亚颗粒和位错网络,具有低自由位错密度(10⁷～10⁸cm^-2),是在温度为850～950℃、压力10～13kbar、差异应力2～3MPa、应变速率为10^-16～10^-17s^-1、粘度10²²～10²³Pa.s,大致相当于35～40km的岩石圈深部由位错机制控制的深层剪切流变作用形成的。     

中国海城地震区地壳与上地幔构造特征的研究

研究表明,海城地震区地壳与上地幔构造特征可以归纳为如下四点:1.震区所处的辽南地区,其地壳是由高速与低速相间的成层介质组成,地壳与上地幔结构不论纵向和横向都是不均匀的,且被深大断裂切割为若干块体;2.本区地壳按其界面分布特征可分为上层地壳、中层地壳和下层地壳;3.本区地壳介质在纵向及横向上均存在明显的不均一性;4.海城地震震源区位于耿庄——海城上地幔局部隆起东侧的中层地壳上部。     

大地电磁测深(MTS)用于研究地壳上地幔的初步成果

地质矿产部物化探研究所自1980年先后完成了青藏、川滇、华南、甘肃、新疆、内蒙、山西、松辽、长江中下游、秦岭等地区的深大地电磁测深剖面约6800km。得出了剖面通过地区地壳、上地幔的电性结构,研究了各电性单元与地质构造单元的关系,对发现的地壳、上地幔内低阻层的成因进行了探讨。根据已掌握的深大地电磁数据编制了中国大陆电性图件,得出中国大陆岩石圈的平均厚度为100～120km,东部地区薄,西部地区厚的结论。利用高温高压岩石电阻率测定结果,粗略地给出了剖面通过地区岩石圈内主要的物质组成。