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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再论壳幔相互作用的普遍性 及其深部动力学意义’
周新华
（中国科学院地质研究所，北京１０００２９）
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关键词《叠相互作用
１
地球深部动力学
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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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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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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
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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。
ｏｖｅｒ—
ｏｒｏｇｅｎｙ），为全地幔地流、深地幔俯冲和周期性重循环、幔源岩浆化学特征及主要
造山事僻之间的联系提供了一个较合理的解释［１“。这些模式和学说的提出，可以说是从全球 的时空尺度上探讨并强调作为地球动力学重要内容的壳幔相互作用。 ４
壳幔相互作用的普遍性：多元多阶段壳幔相互作用
上避重要进展主要体现在与地球深部结构和物质组成直接有关的领域中，目前并主要处
ＩｇｌｌｅＯＵＳ
Ｐｒｏｖｉｎｃｅ；，即某种超级地幔柱活动的地表显示，为特定地质时代大面积的大陆溢流玄武岩和暗 色岩系寻找一种纳入全球构造体系的新解释。同时，在总结地幔地球化学和地球物理最新进展 基础上，Ｓｔｅｉｎ和Ｈｏｆｍａｎｎ（１９９４）提出了解释地球深部动力学过程的ＭＯＭＯ假说（ｍａｊｏｒ
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４周新华等华南构造演化的同位束制约和花岗岩成因的一种新解释中国科学院地质所岩石圈构造演化开放研究实验
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１６周新华大陆岩石翻地慑与壳幢作用、化学地球动力学：回顾与展望见：化学地球动力学高级研讨会摘要忙编一合肥・
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１７用新华太陆岩石圈深郭动力学的多元同位翥制约地球学报，１ ９９７－ｉ ８（增刊）：１～２
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