伸展作用序列及其深部背景: 以晚中生代以来鲁西隆起和济阳坳陷为例

露头区野外地质调查、隐伏区地质与地球物理资料研究表明,晚中生代-新生代鲁西隆起区和济阳坳陷区正断层发育,包括陡倾斜的控凹边界断层和缓倾斜的滑脱断层两类,两者构成伸展滑脱半地堑,且滑脱构造在隆起北部和坳陷南部最发育。K Ar和FT测年结果指示伸展断层的发育时间为176~103 Ma、67～49 Ma和42～25 Ma 3个时期。隆起区、坳陷区陡断层分别在中地壳22 km 和15 km左右变平,成为拆离滑脱断层。构造物理模拟表明,在伸展＋塑性物质上涌机制下隆起区和坳陷区正断层均具有由南向北的发育极性,大致对应中侏罗世-早白垩世、古新世-早始新世、中始新世-渐新世3个发育阶段,且伴随控凹断层发育的同时,断块掀斜引起滑脱断层同步发育。层析成像表明中生代早期扬子板块沿作为转换断层的郯庐断裂以近EW向与华北板块俯冲的残留体可能导致晚中生代地幔物质上涌,新生代地幔上涌则可能与太平洋板块与欧亚板块俯冲及印欧板块碰撞的远程效应有关。研究区正断层受控于地幔物质上涌+伸展作用,以齐河-广饶断层为界呈前展式分别由南向北发育,并控制着坳陷区油气的形成、运聚和分布向北迁移。     

济阳坳陷伸展背景下的变换构造研究

济阳坳陷新生代盆地形成过程中经历了剧烈伸展断陷、构造沉降等,由于基底物质结构的差异、先存断裂的诱导以及块体的非均匀伸展变形作用等,形成了类型多样的伸展变换构造来调节盆地内部的伸展变形作用,使盆地在物质、空间上趋于守恒。济阳坳陷发育郑店-商河、阳信-石村、车西-罗西-陈南、埕南-孤西等4个一级变换构造带,主要受NW向基底隐伏断裂控制,走向与盆地轴向直交,调节了整个坳陷的伸展量变化,并分隔了两侧的构造单元和沉积体系,使济阳坳陷整体上呈现出"南西-北东分区"的结构特征。此外,发育有12种二级变换构造,受控于盆地内部的控凹断层,主要调节各凹陷内局部块体的伸展量,形成斜向凸起、走向斜坡以及地垒凸起等,往往成为地表水系的分水岭,在较陡一侧有利于水系的汇聚,形成冲积扇、近岸水下扇等沉积,砂砾岩体比较发育,成为油气聚集的有利区带。     

板块俯冲对济阳坳陷形成的制约

为了研究地幔柱、西太平洋板块俯冲对济阳坳陷的影响, 在前人提出的地幔柱观点的基础上, 总结济阳坳陷的地质特征及关于地震震源分布与板块俯冲的研究成果, 发现济阳坳陷的沉积地层、岩浆活动、构造拉张、地热梯度、密度流成因的储集砂体由南而北有规律地分布; 俯冲板块进入地幔的过程实际上构成了地幔对流的下降流, 地幔660km (或670km) 深处是俯冲板块进入地幔后地幔物质调整所引发的上升流的深度; 西太平洋板块向下俯冲时下插角度由南而北减小, 俯冲板块到达地震不连续面的时间自南向北增大, 使地幔柱由南向北迁移, 导致济阳坳陷的地质、地球物理特征具有规律分布的特点.      

大陆伸展盆地的形成与岩浆作用的地球动力学关系

大陆岩石圈伸展最终形成沉积盆地,而它的岩浆活动响应却很大不同,以岩石圈和软流圈无水部分分熔融为基础的数值模型表明,于伸展山之下上涌的上地幔的温度对喷发岩浆的化学性质和体积起到了根本控制作用,强火山性断陷活动一般只在软流圈势温度比正常情况高１００～３００℃时才有可能发生,并伴随地幔柱活动,这些模型还可以预测大陆岩石圈伸展量β与所生成的岩浆体积之间的紧密关系,更为复杂的模型还考虑了富挥发分幔源的部分熔     

鲁西隆起和济阳坳陷新生代隆坳耦合关系

为探讨鲁西隆起的抬升史,研究鲁西隆起和济阳坳陷之间的隆-坳演化关系,进一步揭示渤海湾盆地的演化特征,主要利用裂变径迹分析和裂变径迹t-T模拟方法建立了新生代鲁西隆起的抬升史和济阳坳陷的沉降史。鲁西隆起三期抬升史分别为62～53Ma、44～37Ma和23～20Ma,济阳坳陷在65～46Ma和46～38Ma期间为快速构造沉降期,构造沉降量大,23Ma左右坳陷抬升。对比研究表明,新生代鲁西隆起的抬升与济阳坳陷沉降之间存在隆-坳耦合关系。鲁西隆起的抬升控制了济阳坳陷烃源岩的形成、油气运移时间和油气分布由南向北迁移,并为济阳坳陷古潜山油藏提供了有效的储集空间。研究还认为,鲁西隆起与济阳坳陷的隆坳耦合关系是渤海湾盆地及周边山系盆山耦合事件的一个组成部分。     

济阳坳陷新生代盆地结构差异性及成因机制

通过断层活动性分析、典型测线平衡剖面恢复、伸展率统计等方法, 对济阳坳陷新生代盆地结构的静态特征和演化过程进行了详细分析, 从凹陷内部结构差异、不同凹陷间结构差异、区域结构差异3个层次上对济阳坳陷盆地进行了对比分析并探讨了成因机制.研究结果表明: 凹陷内部及不同凹陷间结构的差异主要受控于北西向控盆断裂以及不同演化阶段控盆断裂体系的发育, 而区域结构差异主要受控于板块俯冲方式转变下的郯庐断裂带由左旋走滑到右旋走滑的转型以及深部地幔物质由上涌到下沉的转变.     

制约中国东部新生代上地幔物质组成的因素探讨

探讨了制约中国东部新生代上地幔物质组成不均一性和复杂多阶段演化史的主要因素。中国东部新生代上地幔物质组成特征主要为地幔部分熔融，地幔交代和软流圈底辟等作用所决定。这些深部地质过程与中新生低以来中国东部受相邻板块俯冲并导致岩石圈伸展，减薄等过程密切相关。     

华南显生宙时期岩石圈地幔的性质与形成时代

火山岩携带的橄榄岩捕虏体是研究深部岩石圈地幔成分特征与热结构状态的最直接样品。湖北大洪山早奥陶世钾镁煌斑岩携带的石榴二辉橄榄岩具有富集的地球化学特征,指示当时的岩石圈厚度可达110 km。华南内陆地区宁远和道县早侏罗世玄武岩所携带的地幔包体具有饱满的成分特征,代表遭受了较低程度部分熔融的地幔残留。宁远地幔包体的全岩Re-Os同位素特征显示该地区中生代大陆岩石圈地幔为从软流圈新增生而形成的新生地幔。这表明内陆地区古生代存在的富集地幔被完全拆沉,并被新生地幔所取代;中生代内陆地区的岩石圈拆沉作用可能与该地区自225 Ma以来大规模的岩石圈伸展作用有关。华南新生代地幔包体主要分布在沿海地区。通过地幔包体矿物成分估算获得的温度与压力资料揭示新生代沿海地区岩石圈厚度约为80～90 km,并具有热的地温梯度。无论是全岩还是硫化物的Re-Os同位素特征都表明沿海地区在新生代仍残留有古元古代岩石圈地幔,表明新生代沿海地区的拉张作用仅导致了岩石圈地幔的部分拆沉和减薄。     

囊谦盆地新生代钾质火山岩成因岩石学研究

囊谦新生代钾质火山岩形成于碰撞后的板内构造环境,基性、中性和中酸性熔岩之间不存在分异和演化的关系,它们地球化学性质上的差异是源区部分熔融程度不同所致;钾质岩浆形成于50～80 km深处的富集交代地幔.横断山地区一些拉分盆地中火山岩源区的部分熔融可能与来自软流圈小而分散的上涌体的底侵有关.大型走滑断裂带的强烈活动为熔体的快速上升提供了通道.     

冀中坳陷古近纪的伸展构造

冀中坳陷的构造格架是新生代的伸展构造系统。该系统以大兴、保定－石家庄拆离滑脱断层为主体,与牛东－河东、马西、宁晋、新河等伸展断层以及徐水－安新变换带和衡水、宝坻－桐柏镇变换断层等组合而成。据平衡剖面和基底沉降曲线分析,冀中坳陷古近纪伸展作用过程持续发育,具幕式特点,以沙三期伸展作用最为强烈。地壳的快速伸展作用与火山活动强度之间缺乏耦合关系。冀中坳陷的动力学成因与伸展背景下的剪切作用有关。     

钦-杭结合带斑岩型铜矿的基本地质特征及成因分析

钦-杭结合带是重要的斑岩铜矿带.斑岩铜矿在北、中、南三段均有产出,主成岩成矿年龄主要集中燕山期.钦-杭结合带与成矿有关的斑岩主要为钙碱性岩浆系列的中酸性岩,岩石类型主要为花岗闪长斑岩、花岗斑岩和次英安斑岩等,具有与新元古代岛弧火成岩类似微量元素特征.它们来源于软流圈的岩浆与中下地壳物质混合后部分熔融的结果,与受到过早期俯冲作用影响的岩石圈地幔有关,存在壳幔混染现象.钦-杭结合带燕山期的斑岩铜矿成岩成矿的动力学背景与太平洋板块俯冲关系密切,但斑岩和铜矿体在地球化学特征上显示出的具有弧岩浆作用特点,这与华南地区中生代构造转折事件发生以前的地质演化有关.钦-杭结合带的中酸性斑岩体来自于元古代岛弧底部玄武质岩石(下地壳)在中生代时期的部分熔融,本质上该类矿床带有岛孤俯冲环境的特征遗传.     

黑龙江五星铜镍、铂钯矿床镁铁质杂岩的元素地球化学特征与岩石成因

五星超镁铁质- 镁铁质杂岩的元素地球化学特征研究表明, 其原始岩浆为低钛、高镁的拉斑玄武岩浆, 由以CO2 为主的流体交代亏损地幔所形成的弱亏损地幔部分熔融产生, 其残余矿物相主要为石榴石、尖晶石和金红石。岩浆形成与演化经历了3 个阶段: ① 上升的软流圈与岩石圈地幔接触, 热流体作用导致岩石圈地幔发生高度部分熔融, 形成初始硫饱和的次碱性玄武岩; ②初始岩浆上侵, 在下地壳形成岩浆房, 岩浆结晶作用形成以似层状橄榄石、紫苏辉石、普通辉石和磁铁矿等为主的堆晶岩, 在地壳物质的参与下形成残余辉长质岩浆; ③ 岩浆房破裂, 残余岩浆和含有熔体( < 30% ) 的堆晶岩相先后上侵形成五星原始镁铁质杂岩。就铜镍和铂钯矿化而言, 铜镍硫化物形成于岩浆房分离结晶晚期的熔离作用, 而铂钯矿化则主要在成岩期后流体作用阶段形成。     

On melting of the subducted oceanic crust: Effects of subduction induced mantle flow

Based on petrological and geochemical arguments, it is possible that arc magma is derived from subducted oceanic crust. In this paper, regional thermal models have been constructed to study the feasibility of melting cold subducted oceanic crusts at shallow depth (i.e. at depths of about 100 km) by a dynamic mantle. Calculated results suggest that plate subduction will generate an induced flow in the wedge above the subducting slab. This current continuously feeds hot mantle material into the corner and onto the slab surface. A high temperature thermal environment can be maintained in the vicinity of the wedge corner, immediately beneath the over-riding plate. Our regional models further demonstrate quantitatively that production of local melting is possible just about 30 km down dip from the asthenosphere wedge corner. Additional geological processes such as reasonable amounts of shear heating and minor dehydration (which will lower the local melting temperature) will further increase the probability of melting a cold subducted oceanic crust at shallow depth.     

Ultramafic Xenoliths From a Kamafugite Lava in Cenozoic Volcanic Field of West Qinling, China and Its Geological Implication

ULTRAMAFIC XENOLITHS FROM A KAMAFUGITE LAVA IN CENOZOIC VOLCANIC FIELD OF WEST QINLING, CHINA AND ITS GEOLOGICAL IMPLICATION     

Geochronology and geochemistry of early Paleozoic granitic and coeval mafic rocks from the Tannuola terrane (Tuva,Russia): Implications for transition from a subduction to post-collisional setting in the northern part of the Central Asian Orogenic Belt

Early Paleozoic magmatism of the Tannuola terrane located in the northern Central Asian Orogenic Belt is important to understanding the transition from subduction to post-collision settings. In this study, we report in situ zircon U-Pb ages, whole rock geochemistry, and Sr-Nd isotopic data from the mafic and granitic rocks of the eastern Tannuola terrane to better characterize their petrogenesis and to investigate changing of the tectonic setting and geodynamic evolution. Zircon U-Pb ages reveal three magmatic episodes for about 60 Ma from ∼510 to ∼450 Ma, that can be divided into the late Cambrian (∼510–490 Ma), the Early Ordovician (∼480–470 Ma) and the Middle-Late Ordovician (∼460–450 Ma) stages. The late Cambrian episode emplaced the mafic, intermediate and granitic rocks with volcanic arc affinity. The late Cambrian mafic rocks of the Tannuola terrane may originate from melting of mantle source that contain asthenosphere and subarc enriched mantle metasomatized by melts derived from sinking oceanic slab. Geochemical and isotopic compositions indicate the late Cambrian intermediate-granitic rocks are most consistent with an origin from a mixed source including fractionation of mantle-derived magmas and crustal-derived components. The Early Ordovician episode reveal bimodal intrusions containing mafic rocks and adakite-like granitic rocks implying the transition from a thinner to a thicker lower crust. The Early Ordovician mafic rocks are formed as a result of high degree melting of mantle source including dominantly depleted mantle and subordinate mantle metasomatized by fluid components while coeval granitic rocks were derived from partial melting of the high Sr/Y mafic rocks. The latest Middle-Late Ordovician magmatic episode emplaced high-K calc-alkaline ferroan granitic rocks that were formed through the partial melting the juvenile Neoproterozoic sources.These three episodes of magmatism identified in the eastern Tannuola terrane are interpreted as reflecting the transition from subduction to post-collision settings during the early Paleozoic. The emplacement of voluminous magmatic rocks was induced by several stages of asthenospheric upwelling in various geodynamic settings. The late Cambrian episode of magmatism was triggered by the slab break-off while subsequent Early Ordovician episode followed the switch to a collisional setting with thickening of the lower crust and the intrusion of mantle-induced bimodal magmatism. During the post-collisional stage, the large-scale lithospheric delamination provides the magma generation for the Middle-Late Ordovician granitic rocks.     

藏南冈底斯带中段始新世岩浆作用的厘定及其大地构造意义

本文对藏南冈底斯带中段的花岗岩类和角闪辉长岩进行了锆石U-Pb年代学和全岩地球化学分析,据此阐明了岩体的形成机制与演化过程,并探讨了成岩时的大地构造背景。分析结果显示,研究区内花岗岩类和角闪辉长岩体的LA-ICPMS锆石U-Pb定年结果为41~55Ma,为始新世早-中期岩浆活动的产物,代表了区内岩体的成岩年龄。在地球化学组成上,花岗岩类属于钙碱性到高钾钙碱性系列,均富集轻稀土(LREE)和大离子亲石元素(LILE)(Rb、Ba和K),强烈亏损Nb、Ta、P等高场强元素(HFSE),具有弧型岩浆岩的地球化学组成。此外,花岗岩类的铝饱和指数(A/CNK)小于1.1,属于准铝质到弱过铝质的I型花岗岩。角闪辉长岩为石榴橄榄岩部分熔融的产物,并在后期侵位的过程中遭受到了壳源物质的混染。综合分析表明,研究区内的岩体形成于初始碰撞向主碰撞的转化阶段。始新世早期(～50Ma)新特提斯洋板片的断离引起软流圈物质上涌,导致岩石圈地幔发生部分熔融形成基性岩浆,随后基性岩浆底侵至下地壳并诱发下地壳发生部分熔融形成花岗岩质岩浆,最后经过岩浆混合作用形成始新世早-中期冈底斯地区的花岗岩类。     

长白山火山区高精度Rayleigh面波相速度结构与岩浆系统

近年来,有关长白山火山是否存在潜在喷发危险的讨论引起了国内外地学研究者的广泛关注,但人们目前对其壳幔岩浆系统的了解却十分不足,已有的研究对长白山火山壳内岩浆房存在的深度位置、形态规模及其部分熔融程度的认识仍存在较大分歧。本研究通过汇集长白山火山及邻区(包括朝鲜境内)多个密集流动地震台阵和区域固定地震台网的观测资料,采用背景噪声成像方法获得了长白山火山区高精度的Rayleigh面波相速度模型。成像结果表明:长白山火山中-下地壳深度位置存在显著低波速异常,可能指示了岩浆房的存在。上地壳局部低速区可能反映了壳内深部岩浆向上运移的通道或者是区域小尺度的岩浆聚集体。长白山火山上地幔顶部的低速可能揭示了软流圈热物质上涌,其减压熔融为壳内岩浆房提供了幔源岩浆补给。     

动态部分熔融作用及其地球物理意义

本文着重阐述了上地幔动态部分熔融动力学的几个基本问题:(1)初始熔融物的产生;(2)渗透和萃取;(3)运移和聚集;(4)研究方法、内容及其地球物理意义。笔者强调指出,在初始熔融阶段,两面角是控制上地幔熔融物的几何分布、渗透性和连通性能的关键参数,少量熔融物(2%~5%)不仅会使软流圈中地震波速下降、导电率增加,而且还引起上地幔非弹性衰减现象。     

郯庐断裂带巢湖—庐江段晚中生代火山岩的锆石U-Pb年代学

采用LA-ICP-MS方法对郯庐断裂带巢湖—庐江段的晚中生代火山岩进行了锆石U-Pb年代学研究。由6个样品获得的该处火山喷发时间在距今125~93Ma,为早白垩世晚期至晚白垩世初期,经历了32Ma的喷发历史。与附近的庐枞盆地、北大别造山带及北淮阳地区相比,该地火山喷发具有较晚的结束时间,说明岩石圈减薄具有相对强烈的程度和较长的持续时间。93Ma是已知的华北克拉通残留富集岩石圈地幔最晚的岩浆岩年代学记录。锆石的饱和温度计算、岩浆中较低的MgO含量和Mg^#值均不支持岩浆由拆沉的下地壳部分熔融形成,岩浆活动的可能成因是壳幔相互作用,岩浆源区具有由幔源向壳源再过渡到幔源的时间演化顺序。这暗示断裂带下强烈的软流圈上涌引起岩石圈地幔的熔融(距今125Ma),随后岩石圈持续的减薄作用导致其内部热流升高,出现了以流纹岩为代表的地热异常背景下地壳源区的部分熔融(距今120Ma),而最终岩石圈强烈减薄背景下的软流圈物质参与岩浆过程可能是晚期幔源岩浆(距今93Ma)的成因。     

鲁西中生代辉长-闪长岩中辉石岩捕虏体的岩石成因

鲁西中生代辉长-闪长岩中包含有变晶结构和堆积结构两种类型辉石岩类捕虏体,它们的矿物化学和岩石地球化学特征可同中国东部新生代玄武岩中的辉石岩类包体相对比.它们代表了上地幔两次岩浆底侵事件的产物.辉石岩类捕虏体母岩浆来自于含有陆壳物质的软流圈及其上部岩石圈地幔的部分熔融.辉石岩类捕虏体是由该母岩浆高压分离结晶堆积的产物.辉石岩的母岩浆在上地幔的运移是引起鲁西中生代岩石圈地幔富硅质交代作用的主要因素.