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深俯冲和折返动力学：来自中国大陆科学钻探主孔及苏鲁超高压变质带的制约

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岩石学报 2007年第12期23卷 3041-3053页

作者：许志琴中国地质科学院地质研究所国土资源部大陆动力学重点实验室北京100037

中国大陆科学钻探工程和苏鲁高压-超高压变质带为大陆岩石圈的深俯冲与折返动力学的研究提供了以下制约:(1)苏鲁高压/超高压变质地体迭置于南、北苏鲁两个不同时代及属性的基底之上;(2)苏鲁巨量表壳岩石深俯冲至200km以下的上地幔深度,... 详细信息

中国大陆科学钻探工程和苏鲁高压-超高压变质带为大陆岩石圈的深俯冲与折返动力学的研究提供了以下制约:(1)苏鲁高压/超高压变质地体迭置于南、北苏鲁两个不同时代及属性的基底之上;(2)苏鲁巨量表壳岩石深俯冲至200km以下的上地幔深度,并经历超高压变质作用;(3)根据不同类型超高压变质岩石锆石的SHRIMP-U/Pb原位精确定年,获得超高压变质岩石的深俯冲-折返全过程(240～252Ma→230～237Ma→207～218Ma)时限,并建立了新的深俯冲-折返全过程的P-T-t轨迹;(4)富钛铁的辉长岩在大陆地壳的深俯冲过程中,经历了超高压变质作用并转变成了富含金红石的榴辉岩,形成了超高压变质的钛矿床;(5)通过榴辉岩和石榴石橄榄岩的显微构造分析及石榴石、绿辉石和橄榄石EBSD测量,确定深俯冲过程中绿辉石和橄榄石的组构运动学和流变学特征;(6)在大陆的深俯冲过程中,强烈水化的陆壳岩石经历了进变质脱水过程,巨量的地表水带入到>100～200Km的地幔深处,在超高压变质峰期的极端条件下,通过含水超高压变质矿物的分解形成超临界的含水熔体,导致有效的壳-幔物质交换和岩石圈物质分异;(7)苏鲁超高压变质地体在折返阶段形成挤出纳布构造,与岩石圈深俯冲管道流的折返挤出机制有关;(8)提出新的深俯冲-折返动力学模式:陆-陆碰撞的深俯冲剥蚀模式及大陆地壳多重性、分层型和穿时性的俯冲和折返模式。

关键词：深俯冲动力学折返动力学苏鲁超高压变质带中国大陆科学钻探

冈底斯带东段墨脱地区早侏罗世辉长岩的成因及其构造意义

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岩石学报 2016年第12期32卷 3624-3634页

作者：董汉文许志琴李源刘钊中国地质科学院地质研究所北京100037 中国地质科学院矿产资源研究所北京100037

本文系统地报道了冈底斯岩浆岩带东段墨脱地区辉长岩的LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄、LA-MC-ICP-MS锆石Hf同位素成分分析、全岩地球化学及全岩Sr-Nd同位素组成。结果表明,墨脱辉长岩形成于185.97±0.33Ma,SiO_2含量(48.19%~54.93%),MgO和Mg... 详细信息

本文系统地报道了冈底斯岩浆岩带东段墨脱地区辉长岩的LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄、LA-MC-ICP-MS锆石Hf同位素成分分析、全岩地球化学及全岩Sr-Nd同位素组成。结果表明,墨脱辉长岩形成于185.97±0.33Ma,SiO_2含量(48.19%~54.93%),MgO和Mg#变化较大(MgO=4.53%~12.76%,Mg~#=50.0~67.4)。具有高CaO(7.44%~12.11%),低碱(Na_2O=0.93%~2.36%,K_2O=0.49%~2.21%)的特征。辉长岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式与E-MORB相似;微量元素上,样品具有富集Sr、Sc等元素,亏损高场强元素Zr-Hf、Nb-Ta等的特征。墨脱辉长岩ε_(Nd)(t)值介于-3.06和2.84之间,^(87)Sr/^(86)Sr(t)值为0.7059~0.7103。锆石的ε_(Hf)(t)值为-4.1~0,和相对古老的Hf模式年龄(866~1036Ma)。上述特征表明墨脱辉长岩经历了不同程度的大陆地壳的混染作用。结合对区域地质、年代学、岩石地球化学以及同位素等资料的全面分析,笔者认为冈底斯东段在早侏罗世应处于新特提斯洋板片俯冲的构造背景。

关键词：辉长岩岩石成因新特提斯洋俯冲冈底斯岩浆岩带墨脱地区

中国大陆显生宙俯冲型、碰撞型和复合型片麻岩穹窿(群)

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岩石学报 2015年第12期31卷 3509-3523页

作者：许志琴马绪宣中国地质科学院地质研究所、大陆构造与动力学国家重点实验室北京100037 南京大学地球科学与工程学院、内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京210046

片麻岩穹窿(gneiss dome)是中下地壳热动力学过程产生的、与岩浆作用(或混合岩化作用)密切相关的穹窿状构造。片麻岩穹窿大部分是地壳深层次变动的产物,在世界范围内几乎出露在所有的折返造山带中,反映了所在地区地壳的大幅度抬升。片... 详细信息

片麻岩穹窿(gneiss dome)是中下地壳热动力学过程产生的、与岩浆作用(或混合岩化作用)密切相关的穹窿状构造。片麻岩穹窿大部分是地壳深层次变动的产物,在世界范围内几乎出露在所有的折返造山带中,反映了所在地区地壳的大幅度抬升。片麻岩穹窿核部主要是无或弱岩浆组构的花岗岩体和高级变质岩(例如混合岩),边部是具有岩浆组构的花岗片麻岩,幔部由来自地壳深部的高级片岩和片麻岩组成。片麻岩穹窿的形成经历从垂直上升的地壳流导致的岩浆上涌的挤压收缩机制到岩浆体侵位的顶部伸展机制的转化过程。根据片麻岩穹窿的岩石组合、组构特征、成因机制和大地构造背景以及片麻岩穹窿与地壳流关系的分析,结合中国大陆典型片麻岩穹窿的研究,提出中国大陆显生宙的片麻岩穹窿和片麻岩穹窿群可以划分为与大洋岩石圈板片俯冲增生与随后的折返造山相关的"俯冲型"片麻岩穹窿(群),如秦岭片麻岩穹窿;与陆陆碰撞折返造山有关的"碰撞型"片麻岩穹窿(群),如北喜马拉雅拉轨岗日片麻岩穹窿(群)和松潘甘孜雅江片麻岩穹窿(群);与俯冲和碰撞的叠合作用有关的"复合式"片麻岩穹窿(群),如帕米尔空喀山片麻岩穹窿和东冈底斯林芝片麻岩穹窿(群)。

关键词：片麻岩穹窿俯冲碰撞折返成因机制

上地幔三维S波速度结构与大别苏鲁超高压变质带俯冲折返机制探讨

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岩石学报 2004年第1期20卷 157-164页

作者：赵志新徐纪人许志琴中国地质科学院地质研究所北京100037

本文分析了中国东部的上地幔剪切波速度结构及其与超高压变质岩带之间关系的构造意义。结果表明,在华北块体下面150km深处的速度高于扬子块体的速度值。大别-苏鲁造山构造带下面存在着一条地震波速度变化带。苏鲁、山东半岛下面的速度... 详细信息

本文分析了中国东部的上地幔剪切波速度结构及其与超高压变质岩带之间关系的构造意义。结果表明,在华北块体下面150km深处的速度高于扬子块体的速度值。大别-苏鲁造山构造带下面存在着一条地震波速度变化带。苏鲁、山东半岛下面的速度分布与大别造山带下面的速度分布处于同一个速度等值区域上。横跨大别造山带的南北走向速度结构剖面上,在100km以上的地壳和上地幔区域,华北块体下与扬子块体下面的速度均略低平均值。100km以下,大别造山带南北两侧的扬子与华北块体下面的速度结构分布形态大相径庭。华北下面的波速高于扬子块体下面的波速。大别造山带下呈现速度异常,界线的南侧,有一个略低于零速度的负波速异常区,呈现由南向华北块体的下方斜冲形态,下冲角度大约为30°,其先端部位下冲深达300多公里,其外围零速度等值线的分布区,斜向下延伸超过400km。在速度结构变化分界线的北侧,一个零速度值的分布区带,呈现出从由100多公里深处从北向南朝地表面斜上冲形态。这些速度结构成像的几何形态可能意味着200Ma前大别超高压变质岩带的形成与演化的俯冲、折返的构造运动在上地幔和岩石圈中留下的“痕迹”。

关键词：大别苏鲁造山带超高压变质带俯冲和折返上地幔三维S波速度结构

松潘-甘孜造山带南部江浪穹隆中侏罗世花岗岩及构造意义

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地质学报 2021年第6期95卷 1754-1773页

作者：刘晓佳许志琴自然资源部深地动力学重点实验室中国地质科学院地质研究所北京100037 北京大学地球与空间科学学院北京100871 南京大学地球与工程学院江苏南京210046

新火山和乌拉溪花岗岩体侵位于松潘-甘孜造山带南部的江浪穹隆中,是理解松潘-甘孜造山带的构造演化的重要窗口。锆石U-Pb定年结果表明新火山和乌拉溪花岗岩体的结晶年龄为162±1~170±0.5Ma。岩体主要由石英、斜长石、钾长石和少量黑云... 详细信息

新火山和乌拉溪花岗岩体侵位于松潘-甘孜造山带南部的江浪穹隆中,是理解松潘-甘孜造山带的构造演化的重要窗口。锆石U-Pb定年结果表明新火山和乌拉溪花岗岩体的结晶年龄为162±1~170±0.5Ma。岩体主要由石英、斜长石、钾长石和少量黑云母组成,具有低A/CNK(1.10~0.99)、TFeO/MgO(8.55~2.83)和K_(2)O/Na_(2)O(1.34~0.51),较低的Zr+Nb+Ce+Y浓度(平均258×10^(-6)),Al2O3、P2O5与SiO2呈负相关,相当于I型花岗岩的特征。一些主微量元素具有明显的关联性,说明在岩浆演化过程中发生了分离结晶(例如:角闪石和钛铁矿)。富集轻稀土和大离子亲石元素,亏损高场强元素,并具有较低的Mg#值(38.7~17.3)和Y/Nb值(0.45~0.16)以及多数为负的εHf(t)值(-24.8~-7.6),证明岩浆可能起源于古老地壳的部分熔融并受到幔源或者新生地壳熔融混染。松潘-甘孜地块的中侏罗世岩浆活动是在造山运动向陆内伸展这一构造体制转化背景下,由于地壳伸展造成了古老中基性地壳的部分熔融。

关键词：松潘-甘孜造山带 I型花岗岩伸展背景江浪穹隆

橄榄石的晶格优选定向、含水量与地震波各向异性：对大陆俯冲带变形环境的约束

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岩石学报 2007年第12期23卷 3065-3077页

作者：王勤嵇少丞许志琴南京大学地球科学系南京210093 Département des Génies Civil Géologique et des Minescole Polytechnique de MontréalMontréalQuébec H3C 3A7Canada 中国地质科学院地质研究所国土资源部大陆动力学重点实验室北京100037

橄榄石在不同热动力学条件下形成的晶格优选定向是认识上地幔塑性变形与地震波各向异性的基础。本文通过总结橄榄石的晶格优选定向、含水量与地震波各向异性的研究进展,探讨大陆俯冲带的变形环境。绝大部分天然变形橄榄岩中的橄榄石都... 详细信息

橄榄石在不同热动力学条件下形成的晶格优选定向是认识上地幔塑性变形与地震波各向异性的基础。本文通过总结橄榄石的晶格优选定向、含水量与地震波各向异性的研究进展,探讨大陆俯冲带的变形环境。绝大部分天然变形橄榄岩中的橄榄石都发育了[100](010)组构:[100]轴近平行于线理,(010)面平行或近平行于面理,使橄榄岩的最快P波速度近平行于线理,最大S波分裂平行面理并垂直线理。但来自超高压变质带的石榴石橄榄岩可发育[001](100)组构,使橄榄岩的最快P波速度和最小S波分裂方向垂直面理。近年来的变形实验与理论计算表明:超高压和低温是橄榄石组构从[100](010)向[001](100)转变的关键因素,而水对橄榄石流变行为的影响还有待进一步研究。对170个天然橄榄石结构水含量的统计结果表明:橄榄石含水量变化很大(0～170×10^(-6)H_2O),玄武岩中橄榄岩包体的橄榄石比较贫水,而所有富水橄榄石均来自克拉通金伯利岩中的石榴石橄榄岩。因此,除了水在上地幔的不均匀分布,橄榄岩折返过程中氢的扩散会强烈影响橄榄石的含水量。苏鲁芝麻房橄榄岩提供了以超高压、低温、贫流体为特征的大陆俯冲带中[001](100)橄榄石组构的实例。在俯冲的大陆板片中,橄榄石组构在120～220 km从[100](010)向[001](100)的转变可导致地震波各向异性突然降低,而且最快P波速度垂直于俯冲方向。

关键词：橄榄石晶格优选定向地震波各向异性结构水苏鲁大陆俯冲带

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从洋-陆俯冲到陆-陆碰撞:回眸与展望

地质学报 2021年第1期95卷 75-97页

作者：许志琴郑碧海王勤南京大学地球科学与工程学院大陆动力学研究院内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京210046 中国地质科学院地质研究所北京100037

大陆造山带的经典含义是指由于大陆地壳岩石在板块俯冲-碰撞的巨大挤压应力下,遭受强烈变形、变质和熔融作用,地壳发生大规模缩短、加厚和隆升而形成的地带。分布在大陆边缘和内部的造山带,经历从洋壳扩张、洋-陆俯冲到陆-陆碰撞的造山... 详细信息

大陆造山带的经典含义是指由于大陆地壳岩石在板块俯冲-碰撞的巨大挤压应力下,遭受强烈变形、变质和熔融作用,地壳发生大规模缩短、加厚和隆升而形成的地带。分布在大陆边缘和内部的造山带,经历从洋壳扩张、洋-陆俯冲到陆-陆碰撞的造山过程,形成"俯冲增生型"、"陆陆碰撞型"和远离板块边界的"陆内型"造山带。造山带类型的分析是识别地球上造山带机制的钥匙。本文在阐述经典造山带分类的基础上,根据造山带的几何学、热历史、构造样式等特征,讨论了弧形造山带、特殊几何学造山带和走滑造山带的结构、运动学和动力学,以及从洋-陆俯冲到陆-陆碰撞造山在时空上的转化和演化。在回顾造山带研究的基础上,突出在板块汇聚边界的大洋和大陆俯冲带研究的重大进展,提出俯冲带和地幔柱提供了穿越地球层圈物质和能量交换的通道,它们的结合研究是探索全球单层壳-幔大循环假说与板块驱动力的新方向,是统领造山带研究的大思路。对于大陆动力学研究的一些前瞻性问题的思考,强调了造山过程的热扩散模式和变形-变质-深熔-成矿作用的自组织行为,以及地壳熔融在造山中的重要性;强调了流变学在大陆造山带形成和演化中的基础地位,并认为这是造山带研究中亟待解决的问题。作者认为板块水平运动是致使地壳挤压缩短和加厚、形成造山带的主要驱动力;而在板块离散边界(包括大洋中脊)垂直上升流所形成"地貌"上的山链,被称为"伸展造山带",不应属于经典"造山带"的范畴。

关键词：洋-陆俯冲陆-陆碰撞俯冲带地幔柱造山作用大陆动力学

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行星构造:寻求地球演化的踪迹

地质学报 2021年第1期95卷 259-275页

作者：肖智勇许志琴行星环境与宜居性研究实验室大气科学学院中山大学广东珠海519000 地球科学与工程学院南京大学南京210023

地质构造是记录地球内、外动力地质作用过程的标志。和地球相似,太阳系其他天体上也发育丰富的地质构造。以研究天体表面的地质构造及其动力学机制为目的的"行星构造学"是建立在构造地质学、遥感地质学和地球物理学等学科基础上的一门... 详细信息

地质构造是记录地球内、外动力地质作用过程的标志。和地球相似,太阳系其他天体上也发育丰富的地质构造。以研究天体表面的地质构造及其动力学机制为目的的"行星构造学"是建立在构造地质学、遥感地质学和地球物理学等学科基础上的一门新兴前沿学科。由于天体的大小、组分和轨道位置不同,表面构造特征及其形成机制各异。对比研究地球和其他天体上的构造特征,是完善地球动力学的重要途径。水星和月球的热演化轨迹大致相同,内部持续冷却造成全球收缩,表面形成大量的挤压构造,而伸展构造仅局部发育。火星的岩石圈主要通过热传导散热,表面发育大量的挤压构造,且其形成时间可能呈单峰式分布。同时,火星表面的伸展和挤压构造和大火山群紧密相关,表明深部动力过程影响了火星上的区域构造。金星和地球的大小相似,但金星表面的最大年龄远小于地球大陆地壳的平均年龄,~80%的早期地质记录完全被后期的岩浆-构造活动抹去,表面发育大量的火山-深大裂谷系,说明"幔柱"活动对金星的构造演化至关重要,因此热传导可能也是当前金星岩石圈的主要散热方式。以上天体的岩石圈形变均以垂直运动为主。在外太阳系,一些卫星的表壳主要由冰水和其他挥发分组成,有些卫星存在下伏的液态水圈,潮汐作用可能是驱动其构造演化的主要动力。在特殊的应力来源和物质特性的共同作用下,在这些卫星上发育大量的走滑断层和疑似俯冲消减带。行星地质构造从能量和物质属性的角度探究构造运动的物理和化学过程,与地球动力学研究相辅相成,对揭示地球早期动力学过程的关键科学问题具有重要的指示意义。

关键词：地质构造行星月球卫星岩石圈热演化

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深切缅怀李兆鼐同志

岩石矿物学杂志 2001年第3期20卷 219-222页

作者：许志琴中国地质科学院地质研究所所长

　　2000年10月17日，我所优秀的地质学家李兆鼐同志因病永远地离开了我们。在他从事地质事业的50年间，在火山岩、岩浆作用及其与资源、环境关系领域为国家做出了突出贡献。为了缅怀他的光辉业绩和高尚品德，我们特在《岩石矿物学杂志... 详细信息

　　2000年10月17日，我所优秀的地质学家李兆鼐同志因病永远地离开了我们。在他从事地质事业的50年间，在火山岩、岩浆作用及其与资源、环境关系领域为国家做出了突出贡献。为了缅怀他的光辉业绩和高尚品德，我们特在《岩石矿物学杂志》上编辑出版了这期纪念文集。　　李兆鼐同志，中国共产党的优秀党员，中国地质科学院地质研究所研究员，博士生导师，国务院政府特殊津贴获得者，1935年1月出生于浙江嘉兴市， 1956年2月加入中国共产党，1957年北京地质学院研究生毕业后留校任教，1962年秋调入原地质部地质书刊编辑部工作，1973年调入原地质部地质矿产研究所(现中国地质科学院地质研究所)从事科研工作。历任讲师，专业编辑组组长，北京地质局和北京地质学院联合区测队中队长、副大队长，国家科技攻关项目宁芜地区火山岩铁(铜)矿床联合研究队副队长、庐江火山岩富铁矿研究队副队长，国家攻关项目地矿部新疆北天山火山岩地区富铁矿研究队队长，地矿部地质研究所研究室主任、副所长，中国地质科学院副院长等职务。在学术机构中曾任中国地质学会常务理事及岩石专业委员会秘书长、主任委员，中国矿物岩石地球化学学会副理事长，世界地质图委员会成员国中国代表，国际地科联岩石数据库分委会委员，国际火山学和地球内部化学协会爆发火山学委员会委员，世界数据中心WDCDL国家委员会副主任等。

关键词：火山岩南极喷出岩中、新生代地质环境分类命名岩浆岩火成岩动力学过程成矿关系地质作用火山作用李兆岩浆作用铁矿床富铁矿