壳幔相互作用深部过程共32页
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]。
俯冲带复杂的壳幔相互作用
俯冲带复杂的壳幔相互作用赵振华;王强;熊小林【期刊名称】《矿物岩石地球化学通报》【年(卷),期】2004(23)4【摘要】俯冲带除俯冲板片脱水形成的富大离子亲石元素流体、交代地幔楔形成的岛弧钙碱性玄武岩安山岩英安岩流纹岩及相应侵入岩组合外,还存在由俯冲板片熔融形成的埃达克质熔体交代地幔楔形成的埃达克岩富铌玄武岩富镁安山岩组合,从而构成了俯冲带的流体交代与熔体交代两大类壳幔相互作用体系及相应的岩石组合。
熔体交代作用的显著特点是Mg、高场强元素Nb、Ti、P等含量增加,Nd Sr值增高,而Si、K、Na及La Yb降低。
洋壳板片或洋脊俯冲、玄武质岩浆底侵使地壳增厚,或板片断离、撕裂等作用均可产生埃达克质熔体并随之产生熔体交代作用。
流体和熔体与地幔橄榄岩的相互作用构成了俯冲带复杂的地球化学体系。
【总页数】8页(P277-284)【关键词】俯冲带;交代作用;壳幔相互作用;安山岩;地幔;埃达克岩;洋壳;熔体;板片;熔融【作者】赵振华;王强;熊小林【作者单位】中国科学院广州地球化学研究所【正文语种】中文【中图分类】P588;P542【相关文献】1.中亚造山带中新生代壳幔相互作用特征与过程——新疆北部幔源岩浆岩系对比研究 [J], 郭召杰;韩宝福;张元元;陈石2.大别造山带与郯庐断裂带壳、幔结构和陆内"俯冲"的耦合效应 [J], 滕吉文;闫雅芬;王光杰;熊熊3.哀牢山成矿带壳幔相互作用与金成矿关系探讨——以元阳大坪金矿床为例 [J], 袁士松;葛良胜;路彦明;郭晓东;王美娟;王治华;邹依林4.西北太平洋俯冲带东北地区壳幔结构研究进展 [J], 张瑞青;李永华;姚雪绒5.大别造山带大陆深俯冲和折返过程中壳—幔相互作用信息——来自大理岩铅同位素的证据 [J], 刘富;周汉文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
第四章 化学地球动力学及深部过程地球化学示踪
（接上页） 球层圈的相互作用，包括壳/幔、上/下地幔、以至核/幔过渡带 的物质交换与再循环等，来解释多种地幔端元的成因。也就是 说由地幔化学结构的多样性，进而产生了从地球圈层相互作用 来揭示地球动力学的构想。 *多同位素体系线性和非线性数值模拟技术的发展，使有可能 模拟地球、地幔不均一化学结构的形成与层圈相互作用，以期 揭示壳幔演化历史及地球动力学。 因此，产生了将地球视为一个统一的动力学系统，以层圈 的相互作用为主导，以揭示壳、幔化学组成和演化为基础，探 讨地球发展历史与动力学的化学地球动力学(chemical geodynamics)的构想(Allegre,1982; Zindler & Hart,1986)。
北太平洋型陆块省：铅同位素具有NHRL 特征，分布于北美西部以及亚洲的西伯利 亚与华北之间； 东冈瓦纳型陆块省：具有较高的 206Pb/204Pb和DUPAL异常特征，范围包括 澳洲西部、南部非洲、印度、印度支那和 华夏（华南）；
西冈瓦纳型陆块省:具有高206Pb/204Pb和高μ 值特征， 范围包括非洲中部、南美、南极和澳洲东部； 劳亚或北大西洋型陆块省：具有低206Pb/204Pb和近于 原始地幔的低μ 值特征，范围包括欧洲、格陵兰、北 美东部、西伯利亚、华北和塔里木。 与大洋同位素省对比前三个陆块省可分别相当 于三个大洋省，只有北大西洋型陆块省还没有找到对 应的大洋省。
各类型地幔端元的同位素组成特征
143Nd/144Nd 87Sr/86Sr 206Pb/204Pb 176Hf/177Hf
0.5131~ 0.5133 0.7020~ 0.7024 15.5 ~ 17.8
0.2831 ~0.2835
高U/Pb值地幔(HIMU)
I 型富集地幔(EM I) 流行地幔（PREMA） 原始地幔(PM)
再论壳幔相互作用的普遍性及其深部动力学意义-周新华
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造山带的深部过程与成矿作用
造山带的深部过程与成矿作用1．国内外研究现状及存在问题矿产资源和能源历来是保障国民经济持续发展、支撑GDP快速增长、确保国家安全的重要物质基础。
随着我国工业化进程的快速发展，对能源、矿产资源的需求量急剧增加，大宗矿产和大部分战略性资源日渐面临严重短缺的局面，并将成为制约我国经济快速发展的瓶颈。
因此，深入研究能源和矿产资源的形成过程及成矿成藏机理，拓展新的找矿领域，增强发现新矿床的能力，是缓解我国当前大宗矿产资源紧缺局面的重要途径。
近年来，国内外矿床学理论研究和勘探技术得到了快速发展，在地壳浅表矿床日益减少枯竭的情况下，逐步提高深部矿床勘探和开发能力。
例如，我国大冶铁矿床、红透山铜矿床、铜陵冬瓜山特大型铜矿床、新疆阿尔泰阿舍勒铜、金、锌特富矿床, 会理麒麟铅、锌矿床、山东增城、乳山金矿床等开采深度均已超过1000米, 有的矿床已近2000米（滕吉文等，2010）。
加拿大萨德伯里( Sodbury) 铜-镍矿床已开采到2000米，最深矿井达3050米。
南非金矿钻井深4800米。
更为重要的是找矿勘探实践和地球深部探测实验证实，虽然绝大多数矿床的形成、就位和保存发生在地壳环境，但成矿系统的驱动机制和成矿金属的集聚过程则受控于岩石圈尺度的深部地质过程，地球深部蕴藏着巨量矿产资源，深度空间找矿潜力巨大。
深部过程与动力学是控制地球形成演化、矿产资源、能源形成，乃至全球环境变化的核心。
因此，深入研究地球深部过程与动力学，不仅是提高人类对地球形成与演化、地球系统运行规律认识程度的重要途径，也是建立和研发新的成矿理论与勘查技术, 以促进我国找矿勘查的重大突破，是解决我国资源能源危机的根本途径。
20世纪90年代以来，国际地学界一直非常注重大陆岩石圈结构、深部作用过程和动力学研究，并将其作为国际岩石圈计划的主要研究领域。
美国于20世纪70-80年代开展了地壳探测计划，首次揭示了北美地壳的精细结构，确定了阿帕拉契亚造山带大规模推覆构造，并在落基山等造山带下发现了多个油气田。
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”混合成因高Ba-Sr花岗质岩浆演化——以华北克拉通中部带老山和狐偃山岩体为例
３８７４
ＡｃｔａＰｅｔｒｏｌｏｇｉｃａＳｉｎｉｃａ 岩石学报 ２０１７，３３（１２）
北克拉通中部带早白垩世岩浆活动。系统的地球化学研究显示两岩体具有如下特征：（１）ＳｉＯ２ 含量中等（５７３％ ～６９８％）， 高 Ｋ２Ｏ（３０％ ～８２％）和 Ｎａ２Ｏ（４３％ ～６４％）含量，低 ＭｇＯ（０２％ ～１４％）、ＣａＯ、ＴｉＯ２ 和 Ｐ２Ｏ５ 含量；（２）富集大离子亲石 元素（Ｂａ、Ｓｒ、Ｋ）和 ＬＲＥＥｓ，亏损高场强元素（Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ）和 ＨＲＥＥｓ。全岩地球化学特征（如高 Ｂａ、Ｓｒ含量和 Ｋ／Ｒｂ比值，低 Ｒｂ、Ｙ含量）与高 ＢａＳｒ花岗岩相符；（３）根据主量元素，相容元素（Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｖ）和微量元素（Ｂａ、Ｓｒ）特征，研究样品可分为 ２ 组：组 １具有高 Ｂａ特征，Ｓｒ（８７Ｓｒ／８６Ｓｒ（ｔ）＝０７０４９～０７０５３）和 Ｎｄ（εＮｄ（ｔ）＝－１１５～－９７）同位素组成均一，经历了以黑云母 为主的分离结晶作用；组 ２具有低 Ｂａ特征，Ｓｒ（８７Ｓｒ／８６Ｓｒ（ｔ）＝０７０５１～０７０７０）和 Ｎｄ（εＮｄ（ｔ）＝－１８７～－１４８）同位素组成更 加富集且分散，经历了角闪石，斜长石及磷灰石、磁铁矿和榍石等矿物分离结晶。２组样品不同的源区组分和分离结晶组合会 显著改变岩浆中特征微量元素（Ｂａ、Ｓｒ、Ｒｂ）含量和比值（Ｓｒ／Ｙ、Ｎｂ／Ｔａ、Ｄｙ／Ｙｂ）。本文研究表明华北克拉通中部带岩石圈地幔 富集机制主要与元古代东、西陆块向中部带碰撞拼合时俯冲板块派生流体交代作用有关，该区中生代破坏机制为古太平洋板 块俯冲所引起的碰撞后伸展背景下富集岩石圈地幔减压熔融、底侵至下地壳并引起“壳幔”岩浆相互作用所形成的大规模深 部岩浆抽取。 关键词 高 ＢａＳｒ花岗岩；岩石圈地幔交代作用；“壳幔”岩浆混合；华北克拉通破坏 中图法分类号 Ｐ５８８１２１；Ｐ５９７３
第四章 化学地球动力学及深部过程地球化学示踪
图4 中国主要地体上地幔Nd-Sr-Pb(206、207、208)同位素 组成的五维拓扑空间投影图解
1.华南陆快；2.南半球和冈瓦纳；3.华北陆块；4.北太平洋（朱炳泉，1991） 。
图5 全球麻粒岩207Pb/204Pb－206Pb/204Pb图解
G-L:格陵兰…拉布多拉； Le：苏格兰路易斯； In：印度； A：澳大利亚； Si：西伯利亚； An：南极； SF： 南非； SA：南美；NC：华北；SC：华 南；SG-W：南戈壁乌拉山群；J：佳木斯麻山群（朱炳泉，1998）。
~0.5128
0.7026~ 0.7030
~0.707 0.7035 0.7045
21.0 ~ 22.0
16.5 ~17.5 18.5 ~ 19.5 18.3 17.35~17.5
~ 0.2893
0.2826~ 0.2827 0.2828 ~~ ~~
0.5123~ 0.5124 0.7045~ 0.7060 0.5130 0.512438
图6 中国大陆不同块体铅同位素206Pb/204Pb分布柱状统计图（
Zhu, 1995） (A) 新生代玄武岩；(B)中生代花岗岩长石. 1－华北；2－扬子；3－华南；4－东北 兴安岭地区；5－西藏。
4．关于地幔区域不均一性形成的争议与启示
争议：概括为两类：（1）地球地幔原始均一后来演化为不均一； （2）地球地幔原始不均一后来再发生演化。 *地球地幔原始均一后演化出不均一说：地球原始是均一的 ，后自身分异，尤其 是 层圈相互作用和再循环导致不均一。这是 迄今地球化学的统治思想。表现为对全球地幔采用统一的原始地 幔标准。如对于南半球地幔显示出的同位素组成特殊性，认为是 异常。对其形成，尽管存在着密集的俯冲碰撞使大量地壳物质带 入地幔成因说（Allegre & Turcotte, 1985）及幔核边界层物质上涌 形成说（Hart, 1988; Castillo,1988）之争，但均是从统一原始地幔 考虑问题的。 *地球地幔原始不均一加后来演化说: 根据天体化学揭示的 原始地球物质在空间上 的 不均一 性 ，而且全球地幔化学不均一性 的某些规律又非能由层圈再循环所 能 解释，因而提出了地球原始 非均一论，向均一论发起挑战（欧阳自远等，1994，1995）。
壳幔相互作用深部过程的(精)
二、秦岭商丹古会聚带洋壳俯冲与壳幔再 循环论证
（一）研究基础：
1 会聚带共存着能代表古洋岩石圈残留的松树沟蛇绿 岩片（构造侵位时代为983 ±140 Ma)与形成于洋内岛 弧的丹凤群以玄武岩为主的火山岩系（984 ±36 Ma)， 它们的岩石可提供古洋岩石圈及岛弧岩浆的化学组成 信息，为研究设置本区域壳幔的具体约束； 2 古洋岩石圈特征：
图3 丹凤群基性火山岩 Ti/1000(×10-6) 对 Mg(%) 图解, 显示岩浆的演化趋 势
a: 岩浆A; b: 岩浆B; c: 混合 岩浆 C. 演化线 a 起点处的断 线圈代表早期结晶岩石的包 体; 演化线 b起点处的实线圈 代表具有接近 N-MORB 化学 成分的镁铁质岩石包体.
图4 丹凤群和二郎坪群基性火山岩Y/Tb-Y图解
图1 丹凤群玄武 岩εNd-Nb/Th、 εNd-La/Nb和 εNd-Ba/Nb图解 (据李曙光, 1994) 基础数据引自张 旗等(1995).
图2 丹凤群变玄武岩的Th/Yb-Ta/Yb图解（Pearce,1983) (引自张旗等，1995） DM: 亏损地幔；MORB：洋脊玄武岩（N型）；OIB：洋岛玄武岩； TH：拉斑玄武岩； CAB：钙碱性玄武岩；SHO：钾玄岩。空圈为 三十里铺玄武岩；黑圆点为郭家沟玄武岩；×：LREE亏损型玄武岩.
壳幔相互作用深部过程的 地球化学论证
以古洋壳和陆壳俯冲-再循环为例
张本仁 欧阳建平 张宏飞 赵志丹 凌文黎
一、引 言
壳幔相互作用是推动大陆发展的直接动力， 是整个地球动力学系统的重要组成部分。 壳幔物质再循环是壳幔相互作用的重要表现， 揭示壳幔物质再循环是探讨壳幔作用及其动 力学的必经途径。 已提出的壳幔再循环类型有： 1 板块会聚带与B型俯冲有关的壳幔再循环； 2 岩石圈的底侵和拆沉； 3 陆壳俯冲有关的超高压变质岩的形成和折返。
壳幔作用途经及其判定的地球化学方法
壳幔作用途经及其判定的地球化学方法前人研究证明，形成地球的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。
由于软流圈是地幔岩浆的主要发源地，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很关键，且近年来，底侵作用和拆沉作用被用来解释三者之间的物质交换及其造成的山脉隆升、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，它包括两种情况：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以及下地壳（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。
目前探明的壳幔混合层中的“层状”，一方面可能是物质成分的互层，另一方面也可能是不同时期多次底侵作用的结果。
如澳大利亚东南部大量下地壳包体主要为基性辉石麻粒岩和石榴石麻粒岩。
该区的下地壳是在很长时间内通过多次基性岩浆底侵作用形成的。
反射和折射地震成果也证实这个底侵层状基性岩体代表了壳—幔过渡带（5～15km），Vp从6.5 km/s渐变为7.5km/s，符合壳幔混合层的波速结构和岩石特点。
底侵作用不仅是壳幔混合层的物质来源，也是混合层物质过程的驱动因素之一。
底侵作用提供的热可以使壳幔混合层内的物质部分熔融并进一步向中上地壳侵位。
壳幔混合层的不断加厚，还会引起拆沉作用，促使壳幔混合层的物质重新返回地幔，构成壳幔物质循环。
1.2 拆沉作用（delamination）拆沉作用的概念最初是由Bird[2-3]提出的。
他分别讨论了喜马拉雅造山带的花岗岩浆作用、变质作用和伴随的隆升作用机制以及科罗拉多高原岩浆作用机制。
前者热模拟表明，逆冲断层和放射性产生的热不足以造成地壳熔融产生喜马拉雅花岗岩和变质作用而需要另外的热源。
后者，板块俯冲作用难以解释科罗拉多高原的隆升和岩浆作用。
Bird[2-3]用拆沉作用引起软流圈上升至地壳底部带来的热和岩浆活动来解释两种情况。
天山造山带壳幔速度结构及深部构造过程综述
天山造山带壳幔速度结构及深部构造过程综述崔冉;崔清辉;周元泽【期刊名称】《地球与行星物理论评（中英文）》【年(卷),期】2024(55)4【摘要】天山作为陆内造山带的典型地区,其深部构造一直是国内外地学界关注的热点问题.天山造山带下方速度异常结构的分布特征,是天山造山带深部构造过程响应的深刻体现,对深入理解其活化机制具有重要的指示作用.本文系统总结了天山不同区段的壳幔速度异常结构研究结果,讨论了天山造山带下方不同速度异常结构的形成机制以及天山隆升变形的动力学演化过程.天山造山带不同区段的层析成像结果以及接收函数图像等多种地震学探测与GPS观测研究成果显示,区域速度异常结构分布特征与天山造山带及周边地区的地质构造特点、动力学演化过程具有相关性:天山造山带下方高速异常结构的倾斜方向、形态、位置,凸显了天山地区独特的陆内俯冲机制;不同区域的低速异常结构表明,存在软流圈热物质上涌形成的小地幔柱或小尺度地幔对流,以及岩浆底侵作用导致壳内物质发生部分熔融.相关研究结果对进一步理解天山陆内俯冲、地壳缩短变形、岩石圈拆沉和软流圈热物质上涌等动力学过程具有重要意义,并对深入研究天山地区地震活动性分布规律提供有利的参考依据.【总页数】18页(P381-398)【作者】崔冉;崔清辉;周元泽【作者单位】中国科学院大学地球与行星科学学院中国科学院计算地球动力学重点实验室;中国地震局地震预测研究所地震预测重点实验室【正文语种】中文【中图分类】P315【相关文献】1.中亚造山带中新生代壳幔相互作用特征与过程——新疆北部幔源岩浆岩系对比研究2.秦岭造山带与邻域华北克拉通和扬子克拉通的壳、幔精细速度结构与深层过程3.大别造山带与郯庐断裂带壳、幔结构和陆内"俯冲"的耦合效应4.大同—阳高震区及其邻区壳幔速度结构与深部构造5.天山造山带壳幔结构与陆内变形机制研究进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
壳幔物质与深部过程的研究
壳幔物质与深部过程的研究壳幔物质与深部过程的研究崔海峰壳幔物质与深部过程是大陆动力学研究的关键科学问题之一。
壳幔物质的组成与性质、化学与物理学控制深部过程及其动力学。
壳幔内物质的密度差异驱动物质对流，温度差异驱动热对流，两者常常相互伴生。
密度的大小既依赖于温度，又与物质组成、挥发份含量密切相关。
对流或流动尚需一定的粘度条件。
因此，壳幔物质在化学和物理学上的不均一性是对流的驱动力，又是壳幔内多种作用过程留下的记录。
化学与物理学的某些参数之间还有复杂的相互依赖关系。
地球化学研究主要揭示化学不均一性；岩石学手段除了主要揭示化学不均一性，还可反演某些物理学不均一性；地球物理方法则主要揭示物理学的不均一性；流体的种类与含量既影响化学不均一性，又对物理学不均一性产生重要制约。
下面从岩石学、地球化学和地球物理以及对流体的研究几个方面来介绍有关壳幔物质相互作用与岩石圈演化方面的研究热点（大陆岩石圈地幔结构组成特征与演化、地幔不均一性及其成因机制、地幔柱理论及应用、深部地质流体、动态条件下熔融和物性实验、Re-Os体系在地幔研究中应用等）的现状与进展。
1. 深部过程的研究途径与方法1.1 研究深部过程的新技术研究深部作用过程的新技术包括以下几个方面：（1）岩石学、地球化学与地球物理学的结合：①火山喷发可比喻为深达壳幔的巨型超深钻：上地幔与下地壳深源捕虏体或捕虏晶为天然样品；火成岩记录了源区物质的组成与温压等物理学信息，壳幔混合型岩浆的侵入或喷发记录了壳幔相互作用的各种信息。
②前寒武纪变质岩系常常是抬升地表的深部陆壳剖面，变质岩PTt轨迹记录了岩石圈形成与构造隆升的历史信息。
③痕量元素与同位素地球化学示踪深部物质与深部过程。
④各种地球物理场获得深部结构与物理过程：地学大断面与多种地球物理成果的再开发，热结构与壳幔地震层析成像。
⑤岩石学、地球化学与地球物理学的结合关键与纽带是深部岩石高温高压相平衡实验、岩石物理性质实验与热力学研究。
地质学中的壳幔相互作用
地质学中的壳幔相互作用地质学是一门研究地球物质、地球构造和地球历史的学科，而壳幔相互作用就是在这门学科里重要的一个概念。
壳幔相互作用是指地球外核以下的地球圆球上，岩石圈和上地幔之间的相互作用。
这个过程不仅对地球的构造和演化有着重要的影响，也对我们研究地球上的振荡、岩浆和火山等现象提供了重要的依据。
一、壳幔相互作用的定义壳幔相互作用所涉及的岩石圈是地球表面由岩石组成的薄层，而上地幔则是岩石圈下方井底下方达到660千米厚度的岩石层。
壳幔相互作用是指岩石圈和上地幔之间的相互作用，在这个交界处存在着一系列的物理和化学变化。
这个过程对地球的构造和演化有着重要的影响。
二、壳幔相互作用的基本过程壳幔相互作用是一个复杂的过程，它包括地球的内部物质流动、岩石的变形以及物质的交换等多个方面。
然而，基本的过程包括岩石的上升和下沉、岩浆的运动等。
地球内部物质的流动是动力学驱动的，也就是说，内部地球物质的热量和动量会导致物质的运动。
岩石的上升和下沉也是由于物理和化学因素的影响，例如，温度、压力、成分等，这些因素的变化可以导致岩石的流动。
此外，岩浆的运动也是壳幔相互作用的一种形式，岩浆的运动是由于地球内部物质的热量和压力的影响而产生的。
三、壳幔相互作用对地球的影响壳幔相互作用是地球内部物质流动和交换的基本过程之一，它不仅塑造了地球的演化历史，也对地表的构造和变化发挥了重要的影响。
例如，岩石圈的扰动和碎裂是由于上地幔物质的向上运动所导致的。
此外，岩浆的运动也是壳幔相互作用的一种形式，它是由于地球内部物质的热量和压力的影响而产生的。
四、结论壳幔相互作用是地球内部物质流动和交换的基本过程之一，它对地球的演化历史和地表构造的变化都有重要的影响。
通过研究壳幔相互作用的基本过程，我们可以更好地理解地球的内部结构和演化历史，对地球上的各种地质现象也能够得出更加合理的解释。
尽管研究壳幔相互作用是一项复杂而艰巨的任务，但如果我们能够深入地了解壳幔相互作用的本质，我们就能够更好地应对地球内部的挑战。
俯冲带复杂的壳幔相互作用_赵振华
矿物岩石地球化学通报·研究成果·Bulletin of Min eralogy ,Petrol ogy and GeochemistryVol .23No .4,2004Oct . 收稿日期:2004-06-03收到,07-15改回基金项目:国家自然科学基金项目(40373017)和国家重点基础研究发展规划项目(2001CB409803)资助第一作者简介:赵振华(1941—),男,研究员,地球化学专业.俯冲带复杂的壳幔相互作用赵振华,王 强,熊小林中国科学院广州地球化学研究所,广州510640摘 要:俯冲带除俯冲板片脱水形成的富大离子亲石元素流体、交代地幔楔形成的岛弧钙碱性玄武岩-安山岩-英安岩-流纹岩及相应侵入岩组合外,还存在由俯冲板片熔融形成的埃达克质熔体交代地幔楔形成的埃达克岩-富铌玄武岩-富镁安山岩组合,从而构成了俯冲带的流体交代与熔体交代两大类壳幔相互作用体系及相应的岩石组合。
熔体交代作用的显著特点是Mg 、高场强元素Nb 、Ti 、P 等含量增加,Nd Sr 值增高,而Si 、K 、Na 及La Yb 降低。
洋壳板片或洋脊俯冲、玄武质岩浆底侵使地壳增厚,或板片断离、撕裂等作用均可产生埃达克质熔体并随之产生熔体交代作用。
流体和熔体与地幔橄榄岩的相互作用构成了俯冲带复杂的地球化学体系。
关 键 词:俯冲带;熔体交代作用;埃达克岩;富铌玄武岩;富镁安山岩中图分类号:P594 文献标识码:A 文章编号:1007-2802(2004)04-0277-08 板块俯冲带是壳幔相互作用最复杂的地区之一,多种火成岩组合及规律性展布,硅、碱金属,特别是微量元素含量及组合的空间规律性分布-成分极性,以及丰富、强烈的成矿作用,使俯冲带成为地球动力学研究的重点地区之一。
板块的俯冲、拼合过程使俯冲带成为一座“工厂”[1,2]。
其“原料”、“产品”及“副产品”构成了俯冲带复杂的地球化学体系:原料即洋壳、深海沉积物及地幔楔,产品为岛弧岩浆与新生陆壳,副产品为与俯冲过程相关的脱水作用及地幔交代作用所形成的各种地幔端员,如EM Ⅰ、E M Ⅱ型富集地幔、HI MU 及FOZO 地幔端员。
第三章 地幔对流和地幔动力学
3. 外部力驱动下的地慢物质流动
3.2俯冲板块的角度问题
• 这与观测结果显然不同，表明必定有别的力作用于 俯冲板块的上部或下部，托起下俯冲板块以保持俯 冲角度。作为一个模型可以用地幔物质流动来讨论 俯冲板块下插入“可流动”的地幔中产生的对流以 及它们作用在俯冲板块上的力及重力矩的平衡问题 （Fig.1）。以一定速度向下俯冲的板块可以延伸至 无穷远并将地幔分成两个部分，岛弧角部分和海洋 角部分。由此可以看出，无论是岛弧角方面作用于 下俯冲板块上表面的吸力，还是作用其下面的托力 都使其抗拒重力作用而保持一定的俯冲角度。
• 俯冲带是板块构造中最为复杂的地域，岩石圈板块 在这里将重新返回地幔之中，与之相伴随一系列重 要的地质现象，例如：火山系、岛弧和海沟系统、 弧后扩张及边缘海、全球板块之间撞碰造山带以及 地震带等等。有证据表明，在地球表面运行了近亿 年的海洋岩石圈板块由于冷却的作用变得坚硬而致 密。当它在重新返回地幔时其内部这一性质将保持 很长的时间，至少可以保持到670km地震波速不连 续面附近。俯冲板块内部的温度将一直保持低的状 态。换句话说，俯冲板块内部的岩石密度将比周围 大。俯冲板块内部重力负浮力将牵引俯冲板块向地 幔中插入。
科学的发展和地球科学家们长期的努力，至少可 以从四个方面去证实地幔对流的存在。 • 第一，无论从地质时间尺度去估计，还是从现 在大地测量的数据，都证实了板块运动是一个客 观的存在。从古地磁极的轨迹；大洋中脊磁条带 异常；相对于热点的海山链的研究等资料确定可 以定量地描述在过去两亿年地质史中最新一次板 块构造运动的方向及速率（ Minster and Jordan 1978；DeMets etal，1990）。所以板块运动本身 证明了地幔对流的存在，而且它是全球规模的。
2、地幔物质发生对流的物理背景
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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