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洋内弧和陆缘弧体系中的大陆地壳生长:与太古宙体系的类比

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中国科学：地球科学 2022年第10期52卷 1966-2001页

作者： Timothy KUSKY 王璐中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室地球科学学院全球大地构造中心武汉430074 中国地质大学(武汉)教育部三峡地质灾害研究中心武汉430074

地球陆壳的生长和再循环贯穿汇聚板块边缘的增生造山过程.太古宙陆壳生长主要发生在洋内弧和陆缘弧体系.在弧系统中,大洋岩石圈俯冲到更深的地幔深处,并可与其上覆沉积层序一起被俯冲刮削下来形成增生楔.俯冲板片析出流体与上覆地幔楔... 详细信息

地球陆壳的生长和再循环贯穿汇聚板块边缘的增生造山过程.太古宙陆壳生长主要发生在洋内弧和陆缘弧体系.在弧系统中,大洋岩石圈俯冲到更深的地幔深处,并可与其上覆沉积层序一起被俯冲刮削下来形成增生楔.俯冲板片析出流体与上覆地幔楔发生化学反应,形成镁铁质-超镁铁质交代岩,由其部分熔融所产生的镁铁质熔体上升形成镁铁质弧岩浆.在洋内弧体系中,产生的弧岩浆主要为玄武质熔岩,中地壳发育中性成分的垂向深成岩体和更浅层的岩墙和岩床.在陆缘弧体系中,不同的成岩过程导致玄武岩浆同化和分馏、初生玄武质岩石的部分熔融/再造,以及由幔源和壳源熔体的混合,因此产生的熔体主要为钙碱性安山质;但中地壳仍主要由长英质成分的垂向深成岩体组成,形成类似于一些太古宙地体(如Pilbara和Zimbabwe克拉通局部区)中发育的三维穹盆构造.值得注意的是,太古宙大陆地壳主要由英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(TTG)组合深成岩体构成,与显生宙洋内弧和陆缘弧体系的中地壳成分结构相似,这表明地球早期陆壳可能主要由多个弧体系拼合而成.通过综述和对比地球上保留的相关地质记录,可以发现早太古代以来,地球岩浆作用的模式在岩石成因、岩石类型、岩浆和增生事件的持续时间,以及变形和岩浆作用的空间尺度等方面基本保持不变,表明自早太古代以来,以俯冲和弧岩浆作用为特征的板块构造已经在地球上启动.然而,早期地球主要由增生造山带和大洋弧控制,通过多次增生事件逐渐增厚,在3.5~3.2Ga形成早期陆缘弧和增生造山带.由于地幔温度较高,太古代岛弧体系中俯冲板片熔融和温暖变质作用可能更常见.这些早期弧在约3.2~3.0Ga进一步拼合形成大型出露水面的地壳,为岩石圈张裂、大陆碰撞等大规模地质过程及超大陆旋回的开始创造了条件.建议在将来的工作中将虚无假设这一思辨方法应用到板块构造解释残留地质记录上,进而根据行星地球在生热上的根本差异,检验板块构造样式和岩浆作用随时间的演变.

关键词：大洋弧大陆弧增生造山带太古宙陆壳生长

大陆弧主导了中古生代以来的全球化学风化作用

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矿物岩石地球化学通报 2021年第5期40卷 1165-1165页

作者： Gernon T M Hincks T K Merdith A S Rohling E J Palmer M R Foster G L Bataille C P Müller R D 袁超(编译) 不详

地表风化作用在地质时间尺度上(约1~10 Ma)对气候起着重要的调节作用。当大气CO_(2)浓度较高、气温升高时,就会导致海洋酸化、水体蒸发、降雨和地表径流加剧,这些因素进而导致硅酸盐矿物风化的增强和CO_(2)消耗的加快。相反,硅酸岩风化... 详细信息

地表风化作用在地质时间尺度上(约1~10 Ma)对气候起着重要的调节作用。当大气CO_(2)浓度较高、气温升高时,就会导致海洋酸化、水体蒸发、降雨和地表径流加剧,这些因素进而导致硅酸盐矿物风化的增强和CO_(2)消耗的加快。相反,硅酸岩风化速率的降低将减缓寒冷气候条件下对CO_(2)的消耗,推动气候变暖。由此可见,风化作用在气候调节中起着"恒温器"的作用。

关键词：化学风化作用硅酸盐矿物时间尺度风化速率中古生代气候变暖大陆弧气候调节

中国东北地区显生宙岩浆作用和洋-陆格局及其与气候演变的关系

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岩石学报 2022年第5期38卷 1443-1459页

作者：杨浩葛文春纪政井佳浩董玉景妍吉林大学地球科学学院长春130061 中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京100029

显生宙期间,地球经历了温室-冰室气候的周期性交替变化。在数百万年的时间尺度,这种古气候的转变被认为是碳源和碳汇过程耦合的结果,但一直以来关于两者贡献程度的认识尚不明确。通过全球统计分析,不同学者提出大陆弧火山脱气模型和热带... 详细信息

显生宙期间,地球经历了温室-冰室气候的周期性交替变化。在数百万年的时间尺度,这种古气候的转变被认为是碳源和碳汇过程耦合的结果,但一直以来关于两者贡献程度的认识尚不明确。通过全球统计分析,不同学者提出大陆弧火山脱气模型和热带弧-陆碰撞模型用于解释整个显生宙古气候的演变,分别强调了碳源和碳汇的一级控制作用。为了检验上述模型,更好地理解古气候的转变机制和演化细节,本文系统总结了中国东北地区显生宙岩浆作用-矽卡岩型矿床的时空展布和构造背景,以及弧-陆碰撞的时代、规模和古地理位置,通过数据统计和作图对比,发现东北地区岩浆作用-矽卡岩成矿峰期、弧-陆碰撞缝合带的时空迁移与大气圈CO_(2)浓度和大陆冰川沉积有很好的对应关系,暗示东北显生宙构造-岩浆过程和古气候演变的内在联系。综合东北地区及全球的研究进展,本文提出如下倾向性认识:1)洋-陆俯冲过程中火山-变质脱气的强度决定了CO_(2)排放量,而热带区域弧-陆碰撞缝合带的规模决定了全球硅酸盐风化速率和CO_(2)吸收量,在地质演化过程中两者紧密联动,共同控制了显生宙古气候的演变;2)大陆弧岩浆作用的全球爆发不一定能造成温室气候的出现,如果缺乏充分矽卡岩变质脱碳反应,大陆弧CO_(2)排放通量与岛弧、大洋中脊和板内并无显著区别;3)SO_(2)属于短期效应气体,理论和实例研究均暗示爆发式火山作用难以诱发大冰期的形成,火山作用之于长期气候应该仍是促使地球升温而非变冷。

关键词：中国东北显生宙气候变化大陆弧矽卡岩弧-陆碰撞

华北克拉通恒山地区晚太古代变质火山岩的地球化学特征及构造意义

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北京大学学报（自然科学版） 2023年第1期59卷 143-160页

作者：高山松李秋根胡鹏月 Yasin Rahim 李泓莹造山带与地壳演化教育部重点实验室北京大学球与空间科学学院北京100871

对恒山地区出露的变质火山岩开展岩相学、地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素研究,旨在确定其形成时代,探讨岩石成因及地球动力学意义。锆石U-Pb定年结果表明,这些变质火山岩喷发于新太古代晚期(2508±20 Ma)。地球化学分析结果显示,... 详细信息

对恒山地区出露的变质火山岩开展岩相学、地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素研究,旨在确定其形成时代,探讨岩石成因及地球动力学意义。锆石U-Pb定年结果表明,这些变质火山岩喷发于新太古代晚期(2508±20 Ma)。地球化学分析结果显示,恒山变质火山岩由变质玄武岩和变质玄武安山岩组成,SiO_(2)(45.51%~62.67%)、FeO_(T)(4.43%~15.72%)和MgO(3.75%~8.14%)含量变化幅度大,是幔源岩浆经单斜辉石、角闪石和磁铁矿分离结晶的产物。这些变质火山岩富集轻稀土(LREE)和大离子亲石元素(LILE),亏损重稀土(HREE)和高场强元素(HFSE),具有相对高的Th含量和Th/Yb比值,呈现钙碱性岛弧火山岩的特征。结合不相容元素比值Nb/Yb,Zr/Yb和(Nb/La)_(N)的特点,推测其来源于俯冲带具流体交代特征的富集地幔源区。结合区域构造背景,推断恒山变质火山岩形成于新太古晚期大陆弧环境。

关键词：恒山地区新太古代晚期变质火山岩地球化学大陆弧

利用镁同位素揭示南海地区次海盆尺度的地幔不均一性

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Science Bulletin 2021年第7期66卷 740-748,M0004页

作者：钟源张国良靳启桢黄方王小均谢烈文 Center of Deep Sea Research Institute of OceanologyChinese Academy of SciencesQingdao 266071China Laboratory for Marine Geology National Laboratory for Marine Science and Technology(Qingdao)Qingdao 266237China Center for Ocean Mega-Science Chinese Academy of SciencesQingdao 266071China CAS Key Laboratory of Crust-Mantle Materials and Environments School of Earth and Space SciencesUniversity of Science and Technology of ChinaHefei 230026China State Key Laboratory of Continental Dynamics Department of GeologyNorthwest UniversityXi'an 710069China State Key Laboratory of Lithospheric Evolution Institute of Geology and GeophysicsChinese Academy of SciencesBeijing 100029China

对分别位于南海东部和西南两个次海盆的IODP站位U1431和U1433获得的洋壳玄武岩进行的地球化学分析显示,南海两个次海盆的地幔之间存在化学组成和岩性上的根本差异.为了进一步厘清该大尺度不均一性的成因,我们对站位U1431和U1433的玄武... 详细信息

对分别位于南海东部和西南两个次海盆的IODP站位U1431和U1433获得的洋壳玄武岩进行的地球化学分析显示,南海两个次海盆的地幔之间存在化学组成和岩性上的根本差异.为了进一步厘清该大尺度不均一性的成因,我们对站位U1431和U1433的玄武岩进行了镁同位素组成分析.结果显示,站位U1431玄武岩的镁同位素组成和正常地幔相似(δ^(26)Mg=-0.27‰±0.06‰,2s.d.,n=10),而站位U1433玄武岩则更富集重镁同位素(δ^(26)Mg=-0.20‰±0.08‰,2s.d.,n=8).通过分析两个站位玄武岩的镁同位素组成与主微量元素及Sr-Nd-Pb-Hf同位素之间的耦合关系,我们提出南海西南次海盆的地幔中存在拆沉的大陆弧岩石圈,而东部次海盆地幔额外受到了附近海南热点低δ^(26)Mg富集物质的混染.本研究从镁同位素视角揭示了南海地幔的次海盆尺度不均一性的成因,对约束南海地区的构造演化历史有重要意义.对分别位于南海东部和西南两个次海盆的IODP站位U1431和U1433获得的洋壳玄武岩进行的地球化学分析显示,南海两个次海盆的地幔之间存在化学组成和岩性上的根本差异.为了进一步厘清该大尺度不均一性的成因,我们对站位U1431和U1433的玄武岩进行了镁同位素组成分析.结果显示,站位U1431玄武岩的镁同位素组成和正常地幔相似(δ^(26)Mg=-0.27‰±0.06‰,2s.d.,n=10),而站位U1433玄武岩则更富集重镁同位素(δ^(26)Mg=-0.20‰±0.08‰,2s.d.,n=8).通过分析两个站位玄武岩的镁同位素组成与主微量元素及Sr-Nd-Pb-Hf同位素之间的耦合关系,我们提出南海西南次海盆的地幔中存在拆沉的大陆弧岩石圈,而东部次海盆地幔额外受到了附近海南热点低δ^(26)Mg富集物质的混染.本研究从镁同位素视角揭示了南海地幔的次海盆尺度不均一性的成因,对约束南海地区的构造演化历史有重要意义.

关键词：镁同位素地球化学分析 Hf同位素主微量元素不均一性南海东部大陆弧构造演化

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云南景谷岔河、茂密河火山岩及其构造环境

矿物岩石 2004年第2期24卷 19-25页

作者：张保民沈上越莫宣学张志斌张虎张启跃田应贵中国地质大学湖北武汉430074 云南地质调查研究院区域调查研究所云南玉溪653100

　晚三叠世-早侏罗世,岔河、茂密河喷发了一套安山岩-英安岩-流纹岩与粗安岩的杂色火山岩系,火山岩属钙碱性与碱性系列。剖面从下至上,具有4个喷发旋回。按剖面厚度计算,火山岩总厚度岔河为921.72m,茂密河为709.69m。其中岔河火山碎屑岩... 详细信息

　晚三叠世-早侏罗世,岔河、茂密河喷发了一套安山岩-英安岩-流纹岩与粗安岩的杂色火山岩系,火山岩属钙碱性与碱性系列。剖面从下至上,具有4个喷发旋回。按剖面厚度计算,火山岩总厚度岔河为921.72m,茂密河为709.69m。其中岔河火山碎屑岩占39.11%,茂密河占48.6%。主要熔岩普遍为斑状结构,斑晶为斜长石和角闪石,按体积计算,含量最高达55%(安山岩)。具有标准矿物石英分子。稀土总量由64.38突变到277.09,δEu接近1,(La/Yb)N比值由2.51变化到16.89,分配模式右倾斜。微量元素分配模式呈锯齿状,明显亏损Sr,P,Ti元素,w(Zr)/w(Y)和w(Ti)/w(Y)平均值分别大于3.5和小于400,K2O平均质量分数为2.99%。TiO2平均值为0.67%。上述特征充分说明岔河、茂密河的火山岩属大陆弧构造环境。结合火山岩共生的沉积岩有复成分砾岩、砂岩、泥岩、灰岩,研究区当时处于从滨海向浅海过渡的喷发环境。

关键词：火山岩大陆弧构造环境云南景谷岔河茂密河

甘肃北山野马大泉志留纪花岗岩的成因和构造意义

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地球科学 2021年第11期46卷 3993-4005页

作者：黄博涛王国强卜涛过磊董增产王居里贺振宇中国地质调查局造山带地质研究中心西安地质调查中心陕西西安710054 大陆动力学国家重点实验室西北大学地质学系陕西西安710069 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

马鬃山地体是北山造山带的主要构造单元之一,其广泛出露的花岗岩对于认识和完善北山古生代构造格架具有重要意义.对野马大泉一带的花岗岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,获得了早-中志留世(441±4 Ma和425±2 Ma)的年龄.岩石地球化学显示它... 详细信息

马鬃山地体是北山造山带的主要构造单元之一,其广泛出露的花岗岩对于认识和完善北山古生代构造格架具有重要意义.对野马大泉一带的花岗岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,获得了早-中志留世(441±4 Ma和425±2 Ma)的年龄.岩石地球化学显示它们均富钠、钙碱性和镁质花岗岩的特征,小于A型花岗岩的Ga/Al×10^(4)值和Zr+Nb+Ce+Y值,且含角闪石二长花岗岩出现标志性矿物角闪石,属于Ⅰ型花岗岩.它们具有正的ε_(Hf)(t)值(-0.1~+7.6),两阶段Hf模式年龄集中于1.42~0.94 Ga,反映花岗质岩浆可能起源于中元古代(~1.4 Ga)地壳的部分熔融,并伴有幔源岩浆的参与.马鬃山地体志留纪花岗岩的地球化学显示形成于大陆弧的构造环境,且结合区域古生代花岗岩的时空分布指示相关的俯冲带在早石炭世发生北向后撤.

关键词：北山造山带马鬃山地体志留纪 Ⅰ型花岗岩大陆弧构造地质

长江中下游庐枞火山岩盆地南侧钾质侵入岩带的成因

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地质学报 2016年第9期90卷 2233-2257页

作者：薛怀民马芳曹光跃王一鹏郭秀艳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 内蒙古自治区克什克腾旗国土资源局内蒙古克什克腾025350

庐枞火山岩盆地南侧的钾质侵入岩带由正长岩-石英正长岩-正长花岗岩组成,以石英正长岩为主。它们的形成时间介于123"130 Ma之间,峰值约为126 Ma,其中正长岩和石英正长岩的形成时间稍早,而正长花岗岩的形成时间略晚。整个钾质侵入岩带的... 详细信息

庐枞火山岩盆地南侧的钾质侵入岩带由正长岩-石英正长岩-正长花岗岩组成,以石英正长岩为主。它们的形成时间介于123"130 Ma之间,峰值约为126 Ma,其中正长岩和石英正长岩的形成时间稍早,而正长花岗岩的形成时间略晚。整个钾质侵入岩带的侵位时间晚于庐枞盆地内的橄榄玄粗质火山作用约4"7 Ma,也是长江中下游地区除最东段的宁镇地区外中生代最晚的岩浆活动产物之一。地球化学上,该钾质侵入岩带以高钾、富碱、富集Rb、Th、U、K等强不相容元素和轻稀土元素、亏损高场强元素Nb、Ta和Ti为特征。它们的母岩浆主要是由富集型上地幔部分熔融形成的,从正长岩经石英正长岩到正长花岗岩的演化主要受矿物的分离结晶作用控制,地壳物质同化所起的影响不大。但与同样来自富集型上地幔部分熔融的庐枞盆地内火山杂岩的母岩浆相比,前者的母岩浆来源深度可能更大些或其中包含了更多来自软流圈地幔的组分。两者的演化路径也完全不同,钾质侵入岩带的母岩浆除经历过高压下的分离结晶作用外,晚期在低压下还经历过长石为主,可能还有黑云母的分离结晶,甚至上地壳物质一定程度的混染作用;而盆地内火山杂岩的母岩浆低压下矿物的分离结晶作用及上地壳物质的混染都不明显。庐枞盆地南缘的富钾侵入岩与盆地内的火山杂岩一样,地球化学上都具有明显的大陆弧的特征,暗示它们的岩浆源区可能形成于俯冲带环境,意味着扬子地块北缘先前(推测为古元古代晚期)曾发生过俯冲作用,上地幔的交代富集可能就与这次的俯冲作用有关。

关键词：钾质侵入岩富集地幔庐枞盆地古俯冲环境大陆弧长江中下游

西北天山莱历斯高尔岩体年代学、地球化学及其成因

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地质科学 2013年第3期48卷 827-846页

作者：解洪晶武广朱明田钟伟刘军糜梅北京矿产地质研究院北京100012 中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室广州510640 中国地质科学院矿产资源研究所北京100037 中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室北京100029

西北天山莱历斯高尔岩体主要由花岗闪长斑岩和二长花岗斑岩组成,二者具有相似的地球化学特征,可能为同源岩浆分异演化的产物。锆石SHRIMP U-Pb年龄显示岩体形成于晚泥盆世(374±4 Ma)。莱历斯高尔岩体具有较高的SiO_2(67.75%~74.71%)含... 详细信息

西北天山莱历斯高尔岩体主要由花岗闪长斑岩和二长花岗斑岩组成,二者具有相似的地球化学特征,可能为同源岩浆分异演化的产物。锆石SHRIMP U-Pb年龄显示岩体形成于晚泥盆世(374±4 Ma)。莱历斯高尔岩体具有较高的SiO_2(67.75%~74.71%)含量和K_2O/Na_2O(1.24~2.20)比值,属于高钾钙碱性系列。稀土元素配分曲线为轻稀土富集型(La/Yb)_N(5.25~10.57),具有中等—弱的Eu负异常δEu(0.55~0.92)。微量元素特征显示富集大离子亲石元素(LILE),而亏损高场强元素(HFSE),具有较低的Sr(122×10^(-6)~356×10^(-6))含量、较高的Y(17.19×10^(-6)~21.82×10^(-6))和Yb(1.78×10^(-6)~2.57×10^(-6))含量。岩体的Sr-Nd同位素特征为Is,=0.707 867~0.709 654,ε_(Nd)(t)=-2.79^-1.46。铅同位素特征为^(206)Pb/^(204)b=18.423~19.915,^(207)Pb/^(204)Pb=15.576~15.685,^(208)Pb/^(204)Pb=38.344~39.305。元素和同位素地球化学特征表明,莱历斯高尔岩体岩浆源区主要为中元古代下地壳的部分熔融,并有部分地幔物质的加入。岩体形成于晚泥盆世准噶尔洋向伊犁—中天山微板块陡角度俯冲的大陆弧构造环境。

关键词：锆石SHRIMP U—Pb年龄 Sr—Nd—Pb同位素莱历斯高尔岩体大陆弧西北天山