再论壳幔相互作用的普遍性及其深部动力学意义-周新华
壳-幔物质与深部过程
壳-幔物质与深部过程
邓晋福
【期刊名称】《地学前缘》
【年(卷),期】1998(5)3
【摘要】无
【总页数】9页(P67-75)
【作者】邓晋福
【作者单位】无
【正文语种】中文
【相关文献】
1.壳幔混合层的物质过程及其动力学意义 [J], 欧新功;金淑燕
2.青藏新生代钾质火山活动的时空迁移及向东部玄武岩省的过渡:壳幔深部物质流的暗示 [J], 莫宣学;赵志丹;邓晋福;喻学惠;罗照华;董国臣
3.壳—幔物质相互作用的两种形式及研究深部成矿问题的新途径 [J], 普.,ЮД;刘吉成
4.阐明壳幔物质架构和深部过程是解决重大资源战略问题的关键:评侯增谦和王涛论文《同位素填图与深部物质探测:揭示地壳三维架构与区域成矿规律》 [J], 莫宣学
5.岩浆作用、深部壳幔过程与资源—环境效应 [J], 邓晋福;罗照华;赵海玲;赵国春;李凯明
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壳幔混合成因-概述说明以及解释
壳幔混合成因-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述壳幔混合成因是地球科学领域的一个重要研究课题。
它涉及到地球内部的壳层和地幔层之间的相互作用和交换过程。
壳幔混合成因的研究在地质学、地球化学和地球物理学等多个学科领域都有广泛的应用和意义。
地球是由不同层次组成的，其中最外层是地壳，下面是地幔。
地壳是我们生活的地方，它包含了岩石、土壤和水等。
地幔则是地球内部最大的层次，占据了地球半径的大部分。
由于地壳和地幔在性质和组成上存在差异，它们之间的相互作用会对地球的演化和动力学过程产生重要影响。
壳幔混合成因的现象主要发生在地壳板块俯冲带和拆沉带等地球构造活动的区域。
在这些区域中，地壳板块在俯冲或拆沉过程中与地幔发生相互作用，导致地壳物质与地幔物质的混合。
这种混合作用使得地壳物质中富含地幔物质的成分，同时也使得地幔物质中富含地壳物质的成分。
壳幔混合成因的研究有助于我们理解地球内部的物质循环和岩石循环过程。
它对地球内部的物质分异、地球表面的地质过程和构造演化等都具有重要意义。
通过分析和研究壳幔混合成因的过程，我们可以揭示地球内部的动力学机制和地球表层的构造变化。
这对于预测地震、地质灾害等自然灾害具有重大意义。
综上所述，壳幔混合成因是一个涉及地球内部物质交换和相互作用的重要研究领域。
通过深入研究壳幔混合成因的过程和机制，我们可以更好地理解地球的演化过程和构造变化，为地球科学的发展做出贡献。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以编写如下：文章结构部分旨在介绍整篇长文的组织架构，让读者对文章的脉络有一个清晰的认识。
本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分包括概述、文章结构和目的三个小节。
首先，我们会对壳幔混合成因这一主题进行概述，简要介绍其背景和重要性。
接着，我们会详细说明文章的组织结构，包括各个部分的主要内容和章节的逻辑顺序。
最后，我们会明确文章的目的，即通过分析壳幔混合成因的要点，提供读者对这一问题更深入的理解。
壳幔作用的途经和判定这一作用的地球化学方法
壳幔作用的途经和判定这一作用的地球化学方法摘要壳幔相互作用是当代地球科学,特别是深部地质和大陆动力学研究的重要课题。
本文介绍了壳幔相互作用的途经：底侵作用和拆离作用；以及判定这一作用的地球化学方法和证据。
关键词壳幔作用底侵作用拆离作用地球化学地球是已知太阳系中唯一一个具有演化的(安山质或英云闪长质) 大陆地壳的行星, 而其它行星, 如月球的月壳由基本未经演化的玄武岩组成。
大陆地壳这种独具特色的组成是如何形成的? 现有研究已证实, 原始地壳是由地幔通过部分熔融产生的岩浆上侵和喷发而成。
因此,为了回答上述地球科学的基本理论问题, 人们必须了解以下壳—幔双向物质交换机制和质量迁移量〔1〕: ①地幔是如何通过部分熔融作用形成地壳的?②地壳物质又是如何通过再循环( recycling)过程返回地幔的?③地壳形成和演化机制在地质历史上是否发生过明显变化?由于软流圈是地幔岩浆的主要策源地, 因此,软流圈地幔和岩石圈地幔以及地壳三者之间的物质交换过程对于认识大陆动力学至关重要。
众所周知, 板块构造在解决大陆地质问题时遇到了许多困难。
例如,大陆地壳为何可保存长达数十亿年而不被消减掉? 大陆内部为何有岩浆作用?为何古老造山带通常是没有山根的? 含柯石英和金刚石的超高压变质带为何会大面积折返暴露地表? 近年来,底侵作用(underplating)和拆沉作用(delamination)受到地质、地球物理和地球化学家们共同重视的另一壳—幔交换过程,被用来解释软流圈、岩石圈地幔和地壳三者之间的物质交换以及随之而造成的山脉隆升、盆地形成过程和陆内大规模岩浆作用等现象。
1 壳幔作用的途经1.1 底侵作用(underplating)底侵作用是指来自深部的岩浆向上侵位、添加和囤积的过程, 它实际上包括两种情况:(1)来自上地幔部分熔融产生的基性岩浆侵入或添加到下地壳底部;(2) 下地壳(包括壳幔混合层) 岩石的部分熔融形成的岩浆向中上地壳的侵位和添加[2]。
中国大陆壳幔结构研究的进展与展望
中国大陆壳幔结构研究的进展与展望丁志峰【摘要】对地球壳幔结构的研究是地震学的一个经典课题.在所有研究地球内部结构的地球物理方法中,地震波方法是最有效、最精确的一种工具.文章介绍了中国大陆壳幔结构研究的进展和展望.【期刊名称】《国际地震动态》【年(卷),期】2003(000)001【总页数】3页(P7-9)【关键词】壳幔结构;地震波方法;地震观测;研究进展;展望【作者】丁志峰【作者单位】中国地震局地球物理研究所,北京,100081【正文语种】中文【中图分类】P315对地球壳幔结构的研究是地震学的一个经典课题。
在所有研究地球内部结构的地球物理方法中，地震波方法是最有效、最精确的一种工具，地震学的发展也一直是围绕着对地震及地球介质的研究而发展起来的。
地震学理论及地震观测技术的发展使得地球内部结构的奥秘被逐步揭开，由此我们探测出地球由地壳、地幔和地核所组成，探测到了地球内部的许多间断面，如莫霍界面、440 km和610 km等地幔中的速度不连续界面、核幔边界等。
这些成果对人类认识和了解自身居住的这个星球起到了关键的作用。
经典地震学的研究得到了较准确的一维地球模型。
研究表明，地球内部结构具有很好的球对称性，在此基础上建立的地球模型和地震波走时表一直沿用至今。
随着地震学理论及观测技术的迅速发展，对地球内部结构的研究更加细致可靠。
研究发现地球内部具有一定的横向非均匀性，这种特性与地球的演化及地球内部的动力过程有着密切的联系。
全球地震台网的建立，特别是全球宽频带数字地震台网的建立，为研究地球的三维结构创造了条件。
对地球内部三维速度结构的研究成为近20多年来地震学发展的最重要的成果。
1998年，瑞典皇家科学院将该年度的Crafoord奖授予美国哈佛大学的杰旺斯基(A.M Dziewonski)和加州理工学院的安德森(D.L.Anderson)，以表彰他们在丰富地球内部结构和深部动力学过程方面的知识所做惊出的基础性贡献。
造山带橄榄岩记录的大陆俯冲带多期壳幔相互作用
造山带橄榄岩记录的大陆俯冲带多期壳幔相互作用大陆俯冲带是地球岩石圈内形态最复杂的部分之一。
在大陆俯冲带中，大陆板块和洋板块发生重合作用，导致了强烈的岩石变形和多期壳幔相互作用。
其中，橄榄岩是大陆俯冲带中最典型和重要的一种岩石。
本篇文章将记录大陆俯冲带多期壳幔相互作用中的橄榄岩特征和演化过程。
在大陆俯冲带的壳幔相互作用中，橄榄岩通常是沉积物质与地幔物质混合的产物。
在初期的大陆俯冲带的演化过程中，沉积物质和地幔物质被压入了地球的内部，高压和高温环境下，产生了各种变质作用。
这些变质过程中，橄榄岩开始出现在俯冲带中。
这些橄榄岩主要富含铁、钾、钠等元素，具有高的硅含量和富铝性。
随着时间的推移，大陆俯冲带的壳幔相互作用不断加剧。
在大陆俯冲带中，会发生部分熔融和岩浆贯入。
这些过程进一步改变了橄榄岩的特征。
在熔融过程中，橄榄岩中的大部分铁、钾、钠等元素被消耗，导致橄榄岩变成了镁质橄榄岩。
与此同时，熔融过程中的岩浆会侵入岩石层中，进一步改变了橄榄岩的成分和结构。
在长期的壳幔相互作用中，大陆俯冲带中的橄榄岩逐渐形成了明显的大陆俯冲带特征。
例如，橄榄岩通常是岩石带中的主要成分，具有高岛性和难熔性，伴随着熔融物的贯入，并且可以发现斑状矿物、多钠角闪石和高辉石等特征。
这些特征表明橄榄岩在大陆俯冲带的多期壳幔相互作用过程中始终扮演着重要的角色。
总之，大陆俯冲带是地球上最活跃的岩石圈部分之一。
在大陆俯冲带中，橄榄岩是形成多期壳幔相互作用的重要产物。
通过多期壳幔相互作用的过程，橄榄岩的特征和结构发生了多次变化，形成了典型的大陆俯冲带橄榄岩记录，对于理解大陆俯冲带的演化和构造背景具有非常重要的意义。
造山带橄榄岩记录的大陆俯冲带多期壳幔相互作用
造山带橄榄岩记录的大陆俯冲带多期壳幔相互作用
随着地球漫长岁月的推移，许多大陆俯冲带在不同的时期都发生了壳幔相互作用，这种相互作用在一定程度上影响了地球的地质变化。
其中，造山带橄榄岩记录着大陆俯冲带多期壳幔相互作用的重要证据。
首先，我们要了解造山带橄榄岩的形成过程。
在大陆板块俯冲带，大量的海水被沉积到了地壳深处，这些海水随着高温和高压的作用，逐渐转化为含有丰富矿物的流体。
这些流体在地球深处不断运动，通过与岩石和矿物物质相互作用，逐渐转化为含有较高硅和镁的橄榄岩，从而形成了橄榄岩带。
随着时间的流逝，这些大陆俯冲带还会经历多期壳幔相互作用。
例如，在一些极端的环境下，地球深处的流体会迅速上升，卷入大陆板块的下降过程中，与地壳和地幔相互作用，促使造山带橄榄岩的形成速度大大加快。
这种现象在欧洲中部的阿尔卑斯山脉下方就有发生。
在不同的时期，大陆俯冲带中的流体会有所不同，例如，有些流体中含有较高的硫化物和铜等矿物物质，这些物质有助于形成含铜矿脉。
同时，流体中还常常含有大量的水，这是在形成造山带橄榄岩过程中不可或缺的因素。
在欧洲大陆中部阿尔卑斯山脉下方，存在一个广阔的造山带橄榄岩带，其长度达数百公里，其厚度达数十公里。
这条橄榄岩带记录了大陆板块多期壳幔相互作用的证据。
其中，正是这种相互作用在深处形成了橄榄岩，同时还在这些岩石之间形成了
矿物物质和金属元素的交流。
总之，通过对造山带橄榄岩的观察和研究，我们可以深入研究大陆俯冲带多期壳幔相互作用的过程，进一步探索我们地球的演化历史。
壳幔相互作用及其区域成矿效应
哀牢山金矿带硫同位素组成直方图
于-6‰～+6‰。我们认为，哀牢山金矿带成矿过程中的硫主要来自地 幔，并有地壳组分参加，可能与区域复合造山过程中地壳再循环组分 加入成矿过程有关。
分 析 结 果 及 讨 论
铅同位素 本次测定了大坪金矿10件矿石铅同位素，同时收集了金矿 带38件矿石铅和30件岩石铅同位素测试结果，结果表明它们的 比值变化范围基本相同，除了金厂个别岩石铅为异常铅外（模 式年龄为负值），大部分属于正常铅。计算获得矿石铅μ值为 9.44～9.81，均值为9.56,岩石铅μ值为9.23～9.93，均值为 9.58,均位于一般正常铅演化曲线的μ值范围内(μ=9.5～9.6)， 表明是壳源铅与幔源铅混合的结果；矿石铅ω值为37.24～ 40.16，岩石铅ω值为30.21～43.19，说明成矿带至少有两种 铅源。
立论依据及研究目的
哀牢山金矿带位于著名的西南三江复合造山带南段，是我国最重要的 金矿产资源基地之一。目前，带内已相续发现了老王寨、金厂、大坪、长 安、哈播等一批大型-特大型金矿床。一方面，深部构造活动对区域成岩成 矿作用具有深刻的影响（边千韬，1998；曹显光，2005；葛良胜，2008）， 另一方面，壳幔相互作用对成矿元素超常富集制约作用明显（ 邓军等， 2010）；但是，壳幔相互作用对哀牢山金矿带成矿作用的影响还没有明确 的认识，有必要对其开展深入研究。 我们通过对区域地质地球物理场特征分析，选择老王寨、金厂、大坪等 典型金矿床为研究对象，通过系统同位素示踪学研究，以点带面探讨哀牢 山金矿带壳幔相互作用与金成矿作用的关系，希望能为哀牢山金矿带的金 矿床学研究拓宽思路。
分 Байду номын сангаас 结 果 及 讨 论
碳氧同位素 金伯利岩中的金刚石和碳酸盐岩中的碳酸盐是地幔碳 同位素测定的直接样品。大坪金矿碳酸盐δ13C值和δ18O 值分别在-6.2‰～-4.4‰和9‰～12.8‰之间，平均-5.18 ‰ 和 11.7‰ ， 老 王 寨 金 矿 碳 酸 盐 δ13C 值 为 -9.5‰ ～ 0.34‰，δ18O值为13.2‰～18.5‰（何明友，1996；杨夕辉， 2003）。表明均略大于地幔碳氧同位素组成范围 （Nelson， 1988；Deines，1992 ），显示地幔来源特征。
壳幔过渡带的复杂性特征及其动力学意义
壳幔过渡带的复杂性特征及其动力学意义赖晓玲;孙译【摘要】不同构造单元的地震测深资料Pm波形的复杂性有明显的差异,这种差异与深部构造特征有密切的联系.利用波的瞬时特性和波列长度,给出一种地震波形复杂性系数的计算方法.古老稳定的地块的Moho复杂性系数小,反映一级间断面的特征;反之对于活动性强烈地块,Moho复杂性系数大,反映壳幔过渡带的特征.处理了穿过青藏高原东北缘的一条地震测深剖面,并对结果进行了动力学意义的解释.【期刊名称】《物探与化探》【年(卷),期】2005(029)002【总页数】5页(P111-115)【关键词】壳幔过渡带;Pm波形;复杂性系数;动力学意义【作者】赖晓玲;孙译【作者单位】中国地震局地球物理勘探中心,河南,郑州 450002;华北水利水电学院,河南,郑州 450008【正文语种】中文【中图分类】P631.221世纪地球科学研究的重要方向之一是各间断面的研究。
Moho界面是全球性重要间断面中距离人类生活的地表最近的一个间断面。
但是许多迹象表明Moho在某些特殊区域不是十分清楚，它具有“递变层”的结构，因此也称Moho为壳幔过渡带[1]。
近年来随着人们对地球科学认识的进步，壳幔过渡带在岩石层构造演化中的作用和意义越来越受到关注[2-3]。
并且壳幔过渡带的形成和性质还与矿床成因、油气贮存、强震机理、挤压造山、裂谷作用、岩浆活动等有密切的联系[4-5]。
地震测深宽角反射(DSS)剖面是研究壳幔过渡带的主要手段之一，从中国大陆各个地区不同构造单元的DSS记录截面反映出Pm波形的复杂性有十分明显的差异[6-9]。
总体特征为，在Moho构造稳定区主要为震相简单清晰、强振幅突出、波列较短。
反之对构造活动区则显示出震相复杂、强振幅不突出、波形紊乱、波列长等。
对记录截面分析可以看出这种波形复杂性的差异与深部构造特征有密切的联系。
以往的工作，对DSS剖面记录的Pm波主要是利用其走时，或者说是以研究壳幔过渡带速度结构为主要目的。
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壳幔相互作用概念的形成及研究意义
壳幔相互作用是随着现代板块构造理论诞生才形成的一个概念，其内容及意义也在不断
发展更新之中。随着国际岩石圈计划（ＩＩ。Ｐ）的深入和美国大陆动力学国家计划的执行，它在全 球构造和大陆动力学框架中的重要意义，日益被人们所认识及重视，并已构成现代地球科学核 心理论，活动论的一项重要内容。从某种意义上讲，它是深部动力学过程的浅层显示和产物的 一个接口，而后者正是现今地质科学的主要研究对象。因此，对壳幔相互作用的深入研究．不仅 将涉及活动论的立论基础和板块运动驱动力等最基本的理论问题，而且与制约人类赖以生存 和可持续发展的能源、资源和环境问题密切相关。 ２
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９周新华等中生代火山挥匠特征的多元同位隶制约——以华北北缘为例科学通报一ｉ ９９８，４３（１４）：２３ｓ～８３８ ・２０５・
ｊ‘模式和学说形成，完善及应用阶段。虽然这是很重要的基础工作，但由于其涉及一系列基本 的地球辘理、地质、地球化学实验观测、模拟及理论推导，因此需要有～个积累的过程，而不能 奢望在短期内有重大突破。 然而在另一方面，正因为在上述深部领域内在认识思路上有了很大的拓宽，从而有可能促 使我们对已熟识的浅部地质现象加以重新认识及解释。这里我们认为应加以强调的是多元多 阶段的壳幔相互作用，也即“以壳论幔”。在探讨大陆地壳生长方式和速率时，人们广为应胃的 研究对象多是地壳浅部的岩类，如花岗岩与沉积岩等（含变沉积岩）．习惯称之为壳探岩类．，然 而深入的同位素体系研究无不揭示丁其多阶段演化的特点，其中少部分可能直接来源于不同 性质的地幔或幔源物质（如某些Ｍ型和１型花岗岩）；而大部分则具更复杂的多阶段演｜：｜二历 虫，即是多阶段多元壳幔组分作用和混合的产物（如改造型和部分同熔型花岗岩）。这方面一个 具有说服力的例子即华南加里东期花岗岩的成因分析““ｎ。钕同位素示踪揭示它们的源区物 质很可能是同区域晚前寒武纪的一套原岩为复理石相的变沉积岩，因此其源岩同位素特．正参 黉：的空间展布就有可能指示该区前加里东期的大地构造相，特另０是混杂岩相的分布。近期开展 的华北北缘中生代火山岩成因研究，又提供了一个类似的例证“６“”。该工作说明了产于：吼今 大陆环境的中酸性火山岩与花岗岩一样，同样是多阶段壳幔相互作用的产物，从而可反演其源
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・２０４
区组成特征、演化历史及所处的大地构造背景。在我国及中亚东亚地区，发现了大量具幔源同 位素特征的花岗岩和火山岩；同时在原有的花岗岩研究中，可以看到在端员组分之间的成因类 型，如同熔型及部分的改造型占着相当的比重。至于其它火成岩类也有类似的情况。从这个意 义上讲，都可以被认是壳幔相互作用的产物，虽然这种相互作用不是直接的，单元单阶段的；而 是间接的，多元多阶段的。因此是否可以将多出露于地壳浅部的岩类，如花岗岩类、沉积和变沉 积岩类，以及火山岩类的主体作出新的解释；即将它们视为广义的壳幔相互作用的产物，只不 过这种相互作用是多元体系参与以及历经了多阶段演化。因此，从这一意义上讲，笔者多次提 出将壳幔相互作用概念加以一般化，赋予其普遍意义。 综上所述可知，壳幔相互作用及其产物，不仅存在于深部地壳及地幔之中，而且存在于浅 部的地质过程中。这一新的广义的认识，无疑将为探讨岩石圈深部壳幔动力学提供更多的选 径．对地表地质的岩类成因、大地构造相判别、成矿作用及区域地球化学演化史等的研究产生
重要影响。
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Байду номын сангаасｉｓｏｔｏｐｅｓ・ｔｈｅ
・国家自然科学基金重点项目和中国科学院“九五”重大硬目 ・２０３・
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深部研究的新进展与壳幔相互作用
７０年代以来，在地球深部结构的研究中，逐步形成了对另一种壳幔相互作用的认识；即目
前具有不同译名的底垫（底侵）一层离（拆沉）作用（ｕｎｄｅｒｐｌａｔｉｎｇ—ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）．并构成了∽年 代以来全球岩石圈研究中的一个热点和前沿领域。目前在深部中一下地壳、壳幔过渡带、地陵化 学组成、早期地壳演化、大陆造山带等研究领域中，占有相当重要地位。近年来逐渐被人重视、 包裹在火山岩中携带至地表的下地壳成因麻粒岩捕虏体，则直接记录了这一类型的壳幔相互 作用“一“。在这一研究领域中，一些新思潮新学说的提出又大大拓宽了人们对壳幔相互作用认 训的思鼬。其中特别值得注意的是她质地球物理领域“地幔柱构造学说”的形成以及地球化学 领域“ＭＯＭＯ”模式的提出。 以两次国际Ｐｌｕｍｅ专题讨论会（１９８９，１９９５）的召开，Ｓｕｐｅｒ Ｐｌｕｍｅ概念的提出“￣１“和基于 全球Ｐ渡资料三维成象分析ＰｌｕｍｅＴｅｃｔｏｎｉｃｓ【７１的形成为代表，６０年代经典板块构造理论中的 地幔柱概念得到了极大的深化和发展；与此同时，人们也将目光投注于ＬＩＰ（Ｌａｒｇｅ
室年报．北京：中国科技出版社ｔ１９９１ ９８～１０２－
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ｉｎ Ｃｈｉｎａ．１ ９９７
几种重要的壳幔相互作用形式
６０年代中后期，贝尼奥夫带存在的地震学证据、Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ（】９６８）重循环学说的提出和岛
弧火山岩中”Ｂｅ同位素的被检出，从理论到实验都确证并构成了目前已被广为接受的俯冲（消 减）一重循环（ｓｕｂｄｕｃｔｉｏｎ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ）这一形式壳幔相互作用的基础。其时，Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ根据岛弧 火山岩和深海沉积物铅同位素组成的对比以及北美大陆东西海岸构造的分析，创新性地提出 了地壳物质经俯冲作用进入地幔并以火山弧岩浆等形式再次部分地返回地表的重循环学 说“’２Ｊ。这一革命性概念的提出，当时虽备受压制，历经挫折；然其中所包含之科学真知，经十多 年后一系列地质、地球物理观测，特别是岛弧火山岩中宇宙成因核素”Ｂｅ的检出所支持．也被 地球科学家逐渐接受。这一观念的变革导致对某些变质岩概念的更新、地幔楔概念的形成以及 对岛弧火山岩成因的新认识。重循环学说的进一步发展则触发了本世纪地球科学历史上有关 大陆地壳生长的一次重大争论，极大地深化丁人们对大陆地壳生长方式、速率及其动力学意义 的认识。可以说，时至今日，还有不少争议热点，如造山带花岗岩成因、富集地幔端员组分和交 代地幔的成因、区域岩石圈构造演化等，都与此密切相关；并从而派生出一系列重要的地质地 球化学概念。其中如不同参数的模式年龄，已被人们广为熟知及应用，即是一例。