02_南大周新民讲座2：岩石大地构造、花岗岩地质与华南花岗岩
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—— Dalziel, I. W. D., 《科学》, 2019, No5
裂谷扩张速率的估算：据火山岩组合和岩石结构
板块与地震
汶川地震里氏 8.0 级 都是印度板块惹的祸
美国地勘局统计 1900-2019 “太平洋火圈”平均年发生 19.4起 里氏 7.0级以上地震
2019 3 6 11:49 050329 里氏8.5级 苏门答腊 6.6级
珠 穆
近60Ma年间 印-藏碰境所致
朗
相关南中国海形成于近30Ma
玛
峰
印度板块与欧亚大陆的撞击 抬升了喜马拉雅山 Nature 2019
印度板块以高于一般4倍的 20cm/年高速率 向青藏推挤 诱发巨量抬升和7-8级地震 Nature Oct 2019
地质历史上
三个超大陆
哥伦比亚超大陆
( Columbia )
地球液态金属核对流形成
月球磁场 形成后 6-9 亿年内有磁 场 此后即消失 其原因 是岩浆上浮 有磁场 当岩 浆中 U Th衰变 耗尽热 使传导停止 磁场消失
地核: 间接证据证明 地核由铁镍合金组成 内核是固体 外核是流体 正
是流体的湍流(约1m/h 慢速) 产生了地磁场 磁极可倒转 但反复
无常 间隔几千万年
罗迪尼亚超大陆
( Rodinia )
潘基亚超大陆
( Pangea )
距今19-15 亿年前 距今10-7.5 亿年前 距今2.9-2.5 亿年前
Pangea
Rodinia
(《EARTH》Tarbuck &Lutgens)
Pangea 超大陆 2.6 亿年前
从 Rodinia超大陆到 Pangea超大陆 (历时约5亿年)
柱头大小 取决于起源深度
来自核幔边界(2900km)时 柱头 d≈1000km 至岩石圈底部(660km)时达 2000km 厚100-200km 来自上-下地幔边界时 柱头 d≈500km
地慢柱 由热柱源区物质和周围地幔物质混合而成
热柱源区物质 富Os 因地核富Os 187Os/188Os 高于原始 地幔20% 也富He 高 3He / 4He 代表去气的下地幔源
From YG XU
(Nature 282 464~8)
Crough & Jurdy 42个热点 (EPSL 48 15~22）
地幔柱
地质证据 岩浆活动
减压熔融
巨量高原玄武岩 柱头大 玄武岩量多
柱顶最热 产生苦橄岩 “污染”少
柱侧温度低 泛流玄武岩
玄武岩分布 d≈1~2000km 厚 1~2km 地形隆起
B 041226
里氏 9.0 级
2019 4 2所罗门群岛
A 041223 8.0级 抬升海岛 3m
04年12月震惊世界大海啸大地震
里氏 8.1 级
重创 7个亚洲 1个非洲国家
震力如1万颗原子弹死亡 27万余人
裂谷（三叉型）
岩墙群
超级地幔柱
( Maruyama S 1994 JGS Japan 100 24~49 )
有两个 分布在南太平洋和非洲（据全球P波层析资料） 诱发：全球升温 黑色页岩 海面升高 石油/矿产形成
地幔柱构造模型 200km 以下地球深部构造
柱头 呈蘑菇状 因热柱上升快和地幔粘滞而不断变大 热柱浮力导致岩石圈垂向运动
Vp 8-10km/s 湍流导致磁场
-Vp
外 的核 差内 异核
是地 全幔 球的 动物 力态 之和 根转 源速
地 球 的 纵 剖 面
地磁场与地核起始形成年代 2019 4 5《自然》：对南非花 岗岩中长石 石英地磁场测试 表明 地球在32亿年前就已拥 有相当强大磁场(比原25亿年 提早7亿年) 可以很好地抵御 太阳风 从而使地球大气层没 有被逐渐剥离 地球上的生物 也免遭致命的辐射 地磁场由
东非裂谷
地幔柱隆升引起大陆裂解
火成岩形成的构造环境
1 岛弧-活动大陆边缘 2 裂谷 3 板内 4 伸展 5 挤/张
-剪切 -剪张
(含滑脱)
洋-陆 洋-洋 陆-陆
据岩石中钍和氦同位素研究 地球上板块因热上涌而运动
但不是一直在运动曾短暂停 止于距今15亿和3.5亿年前
《Science 》080107
东支长 5800km 西支长 1700km 深 1000－2000m 宽 30－200km 形成于 50Ma以来 山高海拔 5199m 裂谷加宽几cm/年
地
球
东上
的
非
伤 疤
裂
谷 再过2亿年 诞13次火山喷发
红海阿法尔大断层 三周开裂 8m
红海将先成大洋 厄埃两国成岛 Science 060720
Jeanloz R 《科学》1984 No.1
地幔柱-热点的数量
1963 年
1976 年 1979 年 1980 年
Wilson 首先提出热点概念 (Can J
Phy 41 863~70) 解释夏威夷-皇帝山
火山链成因 识别了16个热点
Burke & Wilson 117个热点
(Sci Am 235 46~57) Chase 24个 热点
柱尾细长主要来自核幔边界 D ’’ ( 核幔边界附近地震波 波速梯 度异常低的地区 ）
地幔柱活动导致 生物大绝灭(66Ma和250Ma)和大火成岩省
其面积 ＞ 10万km2 厚5km 短时(约3Ma内) 快速喷发 弯隆状地形 玄武岩为主 富LIL 亏NbTa 与大陆裂解时间匹配
热点分布
John A. Tarduno撰文(科学美国人2019年第2期): 以太平洋上的皇帝海山为样本 热点也在移动！颠 覆传统的发现 它让地质学家们惊呼 板块漂移的 坐标丢了 让板块运动学说遭遇了前所未有的麻烦
运动中的板块
与运动速率
3.8-5.6 Ma
2.2-3.31.3-＜1一.81.0
夏威夷岛链与地幔柱
0.7至今
板块聚敛三形式
(《EARTH》 Tarbuck &Lutgens )
珠穆朗玛峰新高度为8844.43m 051009
岩石圈缩短2500km 开始碰撞于 55Ma BP
珠 穆 朗 玛 峰
世界第三极
Parana CFBs 喷发于J3-K南大西洋打开时
J3~K1 140~110Ma 厚1800m 120万km2
Namibia
J1 179±7Ma 厚0.9km 7800km2
侏罗-白垩纪时 冈瓦纳大陆裂解-打开前 由超级地幔柱诱发的泛流玄武岩
( 据Cox 1978 Nature 274 47~49 )
裂谷扩张速率的估算：据火山岩组合和岩石结构
板块与地震
汶川地震里氏 8.0 级 都是印度板块惹的祸
美国地勘局统计 1900-2019 “太平洋火圈”平均年发生 19.4起 里氏 7.0级以上地震
2019 3 6 11:49 050329 里氏8.5级 苏门答腊 6.6级
珠 穆
近60Ma年间 印-藏碰境所致
朗
相关南中国海形成于近30Ma
玛
峰
印度板块与欧亚大陆的撞击 抬升了喜马拉雅山 Nature 2019
印度板块以高于一般4倍的 20cm/年高速率 向青藏推挤 诱发巨量抬升和7-8级地震 Nature Oct 2019
地质历史上
三个超大陆
哥伦比亚超大陆
( Columbia )
地球液态金属核对流形成
月球磁场 形成后 6-9 亿年内有磁 场 此后即消失 其原因 是岩浆上浮 有磁场 当岩 浆中 U Th衰变 耗尽热 使传导停止 磁场消失
地核: 间接证据证明 地核由铁镍合金组成 内核是固体 外核是流体 正
是流体的湍流(约1m/h 慢速) 产生了地磁场 磁极可倒转 但反复
无常 间隔几千万年
罗迪尼亚超大陆
( Rodinia )
潘基亚超大陆
( Pangea )
距今19-15 亿年前 距今10-7.5 亿年前 距今2.9-2.5 亿年前
Pangea
Rodinia
(《EARTH》Tarbuck &Lutgens)
Pangea 超大陆 2.6 亿年前
从 Rodinia超大陆到 Pangea超大陆 (历时约5亿年)
柱头大小 取决于起源深度
来自核幔边界(2900km)时 柱头 d≈1000km 至岩石圈底部(660km)时达 2000km 厚100-200km 来自上-下地幔边界时 柱头 d≈500km
地慢柱 由热柱源区物质和周围地幔物质混合而成
热柱源区物质 富Os 因地核富Os 187Os/188Os 高于原始 地幔20% 也富He 高 3He / 4He 代表去气的下地幔源
From YG XU
(Nature 282 464~8)
Crough & Jurdy 42个热点 (EPSL 48 15~22）
地幔柱
地质证据 岩浆活动
减压熔融
巨量高原玄武岩 柱头大 玄武岩量多
柱顶最热 产生苦橄岩 “污染”少
柱侧温度低 泛流玄武岩
玄武岩分布 d≈1~2000km 厚 1~2km 地形隆起
B 041226
里氏 9.0 级
2019 4 2所罗门群岛
A 041223 8.0级 抬升海岛 3m
04年12月震惊世界大海啸大地震
里氏 8.1 级
重创 7个亚洲 1个非洲国家
震力如1万颗原子弹死亡 27万余人
裂谷（三叉型）
岩墙群
超级地幔柱
( Maruyama S 1994 JGS Japan 100 24~49 )
有两个 分布在南太平洋和非洲（据全球P波层析资料） 诱发：全球升温 黑色页岩 海面升高 石油/矿产形成
地幔柱构造模型 200km 以下地球深部构造
柱头 呈蘑菇状 因热柱上升快和地幔粘滞而不断变大 热柱浮力导致岩石圈垂向运动
Vp 8-10km/s 湍流导致磁场
-Vp
外 的核 差内 异核
是地 全幔 球的 动物 力态 之和 根转 源速
地 球 的 纵 剖 面
地磁场与地核起始形成年代 2019 4 5《自然》：对南非花 岗岩中长石 石英地磁场测试 表明 地球在32亿年前就已拥 有相当强大磁场(比原25亿年 提早7亿年) 可以很好地抵御 太阳风 从而使地球大气层没 有被逐渐剥离 地球上的生物 也免遭致命的辐射 地磁场由
东非裂谷
地幔柱隆升引起大陆裂解
火成岩形成的构造环境
1 岛弧-活动大陆边缘 2 裂谷 3 板内 4 伸展 5 挤/张
-剪切 -剪张
(含滑脱)
洋-陆 洋-洋 陆-陆
据岩石中钍和氦同位素研究 地球上板块因热上涌而运动
但不是一直在运动曾短暂停 止于距今15亿和3.5亿年前
《Science 》080107
东支长 5800km 西支长 1700km 深 1000－2000m 宽 30－200km 形成于 50Ma以来 山高海拔 5199m 裂谷加宽几cm/年
地
球
东上
的
非
伤 疤
裂
谷 再过2亿年 诞13次火山喷发
红海阿法尔大断层 三周开裂 8m
红海将先成大洋 厄埃两国成岛 Science 060720
Jeanloz R 《科学》1984 No.1
地幔柱-热点的数量
1963 年
1976 年 1979 年 1980 年
Wilson 首先提出热点概念 (Can J
Phy 41 863~70) 解释夏威夷-皇帝山
火山链成因 识别了16个热点
Burke & Wilson 117个热点
(Sci Am 235 46~57) Chase 24个 热点
柱尾细长主要来自核幔边界 D ’’ ( 核幔边界附近地震波 波速梯 度异常低的地区 ）
地幔柱活动导致 生物大绝灭(66Ma和250Ma)和大火成岩省
其面积 ＞ 10万km2 厚5km 短时(约3Ma内) 快速喷发 弯隆状地形 玄武岩为主 富LIL 亏NbTa 与大陆裂解时间匹配
热点分布
John A. Tarduno撰文(科学美国人2019年第2期): 以太平洋上的皇帝海山为样本 热点也在移动！颠 覆传统的发现 它让地质学家们惊呼 板块漂移的 坐标丢了 让板块运动学说遭遇了前所未有的麻烦
运动中的板块
与运动速率
3.8-5.6 Ma
2.2-3.31.3-＜1一.81.0
夏威夷岛链与地幔柱
0.7至今
板块聚敛三形式
(《EARTH》 Tarbuck &Lutgens )
珠穆朗玛峰新高度为8844.43m 051009
岩石圈缩短2500km 开始碰撞于 55Ma BP
珠 穆 朗 玛 峰
世界第三极
Parana CFBs 喷发于J3-K南大西洋打开时
J3~K1 140~110Ma 厚1800m 120万km2
Namibia
J1 179±7Ma 厚0.9km 7800km2
侏罗-白垩纪时 冈瓦纳大陆裂解-打开前 由超级地幔柱诱发的泛流玄武岩
( 据Cox 1978 Nature 274 47~49 )