岩石圈研究论文

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喀斯喀特弧第四纪火山活动地表和地下特征随时间的变化

限制地形和地壳结构的数据分辨率提高，为人们提供了新的定量方法，用以评估火山区省级规模的地表-地下连通性质。研究人员结合北美西部喀斯喀特弧（Cascades arc）的第四纪火山口填图数据、表面地形数据和各种地球物理数据集，探究了火山作用与下伏地壳结构之间的关系。结合火山口填图数据库，从该区的数字高程模型（DEM）中提取已知时代的火山机构，估算得出的体积可能占第四纪总喷发量的50％左右。火山机构体积和空间上火山口密度与指示上层地壳影响的各种地球物理数据联系密切。在整个岩浆弧的第四纪火山口下，地下结构变化与火山作用一致的现象很普遍，但与年轻火山口的联系更为强烈。在喀斯喀特山脉中部和南部，地球物理识别的岩浆特征增加，那里的火山喷发量最大，火山口间距很小。火山口和相关的地壳结构，以及空间上局部喷发相对于分散喷发的程度随时间变化，定义了整个弧段横向延伸约100 km的喷发中心，表明岩浆上升随时间变化而发生空间上的聚集。

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Geology (2020) 48 (11): 1088–1093.

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（译者：唐演@CUGB）

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波罗的大陆在苏格兰的遗迹：基底地体在格林威尔造山运动期间的迁移

苏格兰加里东群岛北高地地体（NHT）内的太古宙基底被认为与劳亚大陆的前陆的刘易斯片麻杂岩有关。新的锆石U-Pb年龄表明，NHT基底显示了2823-2687Ma和1772-1655Ma岩浆作用的证据。第一组年龄与前陆太古宙片麻岩的结晶年龄相近。然而，第二个组年龄以及覆盖基底上的岩石单元的形成时间都晚于前陆内发育新生岩浆作用和沉积作用的时间，为其最年轻的主阶段之后的100–250Ma。此外，在NHT基底内没有前陆内常见的古元古代镁铁质和长英质侵入体存在的迹象。因此研究者认为，NHT与劳亚大陆的前陆缺乏对比的可行性。由于存在1100-1000 Ma的东格雷尔榴辉岩，分离前陆和NHT基底的加里东莫因逆冲断层被认为是被改造了的格伦维尔期缝合线。根据新的同位素数据，研究者认为NHT基底是波罗的大陆的碎片，在格林威尔造山运动期间侵位到劳亚大陆，是环北大西洋造山带基底地体迁移的又一实例。

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Geology (2020) 48(11): 1094–1098.

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（译者：好名不敌备注的哥斯达黎加的棒棒的61）

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加蓬的古元古代Francevillian序列以及Lomagundi-Jatuli事件

加蓬古元古代Francevillian序列在全球早期氧化的概念，以及碳同位素值大幅度正向漂移（即Lomagundi-Jatuli事件，LJE）的成因中占据着重要地位。研究人员对一个长139米的Francevillian岩芯进行了详细的研究，岩芯的碳酸盐δ 13 C（δ 13 C carb ）值为5‰-9‰，向上减小趋近于0‰，这一趋势被很多其他研究人员认为是LJE及其结束的标志。然而，本次研究发现δ 13 C carb 值的变化与沉积相的变化相一致：浅海相以强正值为特征，而较深的水域（风暴浪基面之下）为0‰左右。对于δ 13 C carb 与沉积相的相关性，最可靠的解释是，浅海环境记录了局部物理和生物化学过程的同位素效应，驱动周围环境的溶解无机碳（DIC）达到较大值，而较深相中较小值（ 0‰）与开阔海洋的DIC相近，其中δ 13 C在很大程度上不受浅水环境中发生的分馏的影响。此外，海侵氧化还原作用为含锰矿物和化学营养微生物群落的形成创造了条件。其中还包括甲烷循环群落，其有机δ 13 C（δ 13 C org ）值为 47‰，Δδ carb-org 值高达46‰。因此，Francevillian碳同位素剖面反映了盆地的特定条件，并不是全球碳循环扰动或LJE结束的前兆。

加蓬Lastoursville次盆LST12岩芯Franceville层序的沉积模式。浅水碳酸盐岩（单元I-III）的特点是真光层生产力提高，促使环境中的溶解无机碳的 13 C富集并沉积碳酸盐。随后发生海侵（单元IV-VI），盆地加深，以同位素正常的海相碳酸盐沉淀为标志，同时在风暴波基面以下的氧化还原层发育锰富集。持续的海侵导致盆地最深处沉积了富含有机质的含甲烷生物群落的泥岩。

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Geology (2020) 48(11):1099–1104.

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（译者：好名不敌备注的哥斯达黎加的棒棒的61）

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砂粒跃移作用对粉砂的产生的有效性测试—对黄土解释的启示

黄土形成所需要的粉砂生成可归因于冰川系统（冰川研磨）和砂质沙漠（跃移诱发破碎）的地质过程。然而跃移作用对大量粉砂的产生的有效性还存在争议。了解沙漠中粉砂产生的潜力对于确定黄土的古气候具有至关重要的意义。为了更好评估风成磨损对粉砂的产生的重要性，该研究在一个设计用于模拟砂粒在25m/s速度的暴风中跃移的装置中进行实验性磨损。该研究与之前的工作与众不同的地方在于（1）长时间保持较高速度的测量强度，（2）清除预先存在的粉砂并设置对照组，（3）根据缩放结果来评估黄土堆积的潜力。根据一定的地质比例缩放实验获得的粉砂产生速率显示，风成磨损产生的粉砂不足以形成具有地质意义上的黄土沉积物。

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Geology(2020) 48(11): 1105–1109.

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（译者：中国地质大学（北京）地球科学与资源学院岩石学矿物学与矿床学在读硕士生徐睿）

14 太古宙和古元古代变质火山岩变质脱水作用中的金迁移

太古宙和古元古代绿岩带中的火山岩十分丰富，被认为是造山型金矿的潜在矿源。然而，金在这些岩石变质过程中的经历却鲜为人知。该研究对加拿大太古宙拉格兰德亚区和芬兰古元古代中央拉普兰绿岩带的一套变质岩石进行了金的超低检出限分析。这两个地区都有丰富的金矿资源，具有发现新的造山型金矿的巨大潜力。这些带中的变质火山岩分为拉斑玄武岩和钙碱性岩浆岩系列，其中原岩中金的含量用绿片岩相样品的金的Zr/Y幂律回归计算。在拉斑玄武岩中，金是相容元素，并随分异作用而减少；而在钙碱性岩石中，金是不相容元素，并随分异作用而增加。质量变化计算表明，在拉格朗德和中央拉普兰进行递进变质作用至形成上部角闪岩相的条件（> 550 ）期间，初始金含量损失高达77%和59%。本研究强调：第一，变质火山岩在太古宙和古元古代绿岩带变质作用中析出金，是造山型金矿床的良好潜在源岩；第二，变质火山岩的含金性受地幔源区和岩浆演化的控制；第三，变质脱挥发分模式可应用于太古宙和古元古代造山型金矿床。

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Geology (2020) 48 (11): 1110–1114.

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（译者：王天奇，中国地质大学（北京）地球科学与资源学院）

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钙质超微化石将北冰洋沉积物的年代追溯到50万年以前

北冰洋中部更新世沉积物年龄波动较大，给重建古海洋学增加了相当大的不确定性。这个问题的根源在于北极海洋沉积物中记录的令人费解的磁极模式，以及缺乏能够提供校准的生物地层层位或连续的氧同位素地层图的微体化石。研究人员记录了在北冰洋中部的一个海洋沉积岩芯中发现的两个关键的钙质超微化石物种，为50万年以前的沉积物提供了有力的，并且可全球校准的年代界限。起关键作用的物种是颗石藻（Pseudoemiliania lacunosa），它们在万年间灭绝，而赫氏圆石藻（Emiliania huxleyi）则在万年间进化。这是第一次在北冰洋中部的沉积物中发现Pseudoemiliania lacunosa的化石。通过岩石地层对比，可以在北冰洋内450多公里的范围内找到含有这些年龄物种的沉积层。它们首次为北极这个区域的更新世沉积物年代学提供了明确的支撑，也为开发和测试其他用于测定北极海洋沉积物年代的地质年代学工具奠定了基础。

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Geology (2020) 48 (11): 1115–1119.

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（译者：黄永慧-中国地质大学（北京））

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加拿大北部科迪勒拉山脉Tintina断层对岩石圈地幔的克拉通凿移的地震证据

位于加拿大西北部的加拿大北部科迪勒拉山脉（NCC）被划分为几个平行向右滑动的走滑断层，在晚白垩世和始新世之间累积了数百公里的位移。这些断层的深度范围，尤其是Tintina断裂（TF）对NCC岩石圈地幔的地壳构造组合和演化具有重要的影响意义，但是地球物理模型和地球化学数据仍然没有定论。该研究利用最新的三维纵波地震速度模型，解决了位于TF表层轨迹之下的最高地幔深度的一系列锐化的（~10km）纵波速度对比度（~4%）突变。代表了上地幔组构的地震各项异常数据显示在TF附近各向异性的方向和幅度大小发生了相似的变化。这些数据表明TF是岩石圈尺度的剪切带且在沿着TF恢复了430公里处的右侧位移后，纵波的速度快速异常与北美克拉通边缘轮廓一致。该研究认为，目前位于阿拉斯加东部的快速构造异常是Mackenzie克拉通的一块轮廓清晰的碎片，其在晚白垩世至始新世期间被TF凿穿并向西北位移。目前位于NCC南部的第二个克拉通碎片，可能与上地幔深度的Cassiar岩层有关。这些观察首次证明，大型岩石圈尺度的剪切带穿过难熔地幔，并且在世界范围内的科迪勒拉山脉内产生克拉通地幔物质的主要侧向位移的证据。

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Geology (2020) 48 (11): 1120–1125.

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（译者：袁梦）

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金红石中纳米级微量元素团块的地球化学和地质年代学意义

金红石中的微量元素地球化学分析（例如：铅Pb，铀U，锆Zr）通常被用来获取地质事件的性质和时间。但是微量元素的迁移会影响温度和时间的厘定，且其迁移性的主控因素仍存在争论。鉴于此，研究人员使用电感耦合等离子体质谱法和原子探针层析成像表征了西澳大利亚Capricorn造山带中金红石的微米至纳米级微量元素分布。在大于20微米的尺度下，单个矿物颗粒中没有明显的微量元素分异，而且锆石谐和年龄1872 6 Ma（2σ）也没有同位素扰动的迹象。在纳米级尺度下，可以观察到20纳米的富微量元素（铝Al，铬Cr，铅Pb，钒V）团块。团块的 207 Pb/ 206 Pb比值为 （2σ），说明他们形成于结晶前，可能是区域变质作用的产物。作者认为这些团块是由于上部角闪岩相变质过程中瞬时形成的放射性破坏点捕获流体活动性元素形成的。这种捕获会影响团块中元素体扩散的活化能。团块较低的数量及密度指示了其形成时间，说明变质作用峰值温度持续时间较短，为小于10 百万年的事件。研究结果说明运用微量元素手段判断金红石中的体扩散将比假定其为均一介质时更为复杂。

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Geology (2020) 48 (11): 1126–1130.

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（译者：韩舒筠@CUGB/MQ）

18

次年稳定同位素记录揭示的南极洲西摩岛与白垩纪-古近纪界线附近两个灭绝期有关的气候变暖和季节性缺氧

碳酸盐双壳贝类高分辨率稳定同位素（δ 18 O和δ 13 C）增生的贝壳年轮年代学可以提供对了解灭绝期有用的次年环境记录，这种灭绝期通常是快速变化和不稳定的时期。该研究展示了在南极洲西摩岛白垩纪-古近纪界线（KPB）对Lahillia larseni双壳贝类的高分辨率连续采样结果。这些数据突出了δ 18 O和δ 13 C值不规则的两个灭绝期与形成化石的最后时期一致：一个是在KPB，另一个是在明显灭绝事件的15万年之前。由于表现为较低的δ 18 O值，该研究将这两个时期都解释为气候变暖的时期，并且有季节性缺氧，表现为低异常（ ‰至 ‰VPDB）的δ 13 C值和高的（2‰至19‰）的季节变化。低氧条件可能是较早灭绝事件的一种引发机制，并可能延长了KPB灭绝后的恢复时间。

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Geology (2020) 48(11):1131–1136.

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（译者：掉帧青年萧暮春@YU）

美编&校对：覃华清

一、问题的提出和岩石圈概念的含义

有人认为，华北地区西部的鄂尔多斯和扬子克拉通的主体(川鄂湘黔)属于中国大陆中部克拉通块体群，具有200km左右的克拉通岩石圈根(邓晋福等，1996)。但是，对于四川盆地、湘中地区和鄂尔多斯地区，根据现有的大地电磁测深(MT)得到的上地幔高导层埋深，地震学反演得到的上地幔地震波低速层埋深和地热学计算得到的岩石圈深度之间往往存在很大的差异。例如：湘中地区根据地热学和MT得出的岩石圈厚度为200km左右(徐常芳和曲国胜，1999；Li Li，1996)，而Zhu等(1996)根据面波资料的反演结果在120～140km。四川盆地按MT得到的上地幔高导层深度，岩石圈厚度为110km左右(徐常芳和曲国胜，1999；Li Li，1996)，而地震学给出的深度最深处达160～180km(Zhu等，1996)，地热学给出的热岩石圈厚度为182km。鄂尔多斯地区据MT资料推断的岩石圈厚度与地热学给出的厚度均为120km左右，而Zhu等(1996)的反演结果为200km，但是安昌强等(1993)根据三维面波反演得到的鄂尔多斯岩石圈厚度仅83km。显然，不同方法得到的结果差异明显。因此我们在下面就此问题展开初步的讨论，以利于我们能够较为客观地判断华北和华南地区稳定陆块区的岩石圈厚度，深化对岩石圈概念的理解。

在通常意义上，在大地电磁研究中一般将MT资料反演确定的上地幔高导层的埋深作为岩石圈的底界；而在地震学研究中，则将上地幔低速层的埋深作为岩石圈的底界。之所以如此，主要是基于以下的认识：软流圈相对于岩石圈而言，由于其整体温度较高，其所含有的少量部分熔融物质将导致其岩石物理性质与其上覆岩石圈有明显差异，即高电导率和低地震波速。因此，在假设上地幔岩石的电性或弹性性质主要受温度的影响的前提下，认为上地幔高导层或低速层的埋深为岩石圈的底界深度。所以我们认为，MT或地震反演所定义的岩石圈深度就其实质而言，是基于深部岩石的电性或弹性的岩石物理解释(主要是暗示对温度的推断)的意义上所定义的岩石圈。也就是说，根据高导层或低速层推断的电学或地震学岩石圈厚度，在严格意义上应称之为MT资料推断的热岩石圈或地震波速推断的热岩石圈厚度。

必须注意，地震波速反映的是深部岩石的弹性性质，而大地电磁资料可以反映深部岩石的电学性质。但仅仅研究深部物质的物理性质、推断其组成是不够的。地球物理探测的另一个关键目的是要了解深部物质存在的物理状态。正如地热学研究需要通过了解岩石热导率和生热率等具体的岩石热物理性质，以最终了解深部温度这一重要的物理状态参量。同时值得注意的是，通过岩石物理性质研究其成分是反演问题，在一般意义上也可以称之为对岩石物理性质的岩性解释。因此我们认为，笼统地说存在地震岩石圈、电性岩石圈等之类的名词或术语，其科学意义不大。这是因为当称呼某一层圈为“某某圈”时，我们实际上是指该圈层在岩石成分组成(矿物和/或化学成分)或其所处的物理状态(或两者)方面与其他层圈之间存在着明显差别，而此差别是依照某种客观标准所定义的。实际上，地球内部许多地震波速界面的重要性恰恰在于其反映的是地球内部物质成分或物理状态的变化界面。没有物质成分或物理状态含义的岩石物理性质参数以及由此派生而来的概念或术语，其科学意义是极其有限的。

如果高温高压下岩石的电性或弹性性质仅仅与温度相关，那么采用MT、地震波速和地热学方法确定的岩石圈厚度应该是一致的。但是，岩石的物理性质与其成分的关系也很大。因此，在进行深部地球物理资料结果的解释时必须同时考虑岩石成分因素。

二、华北和华南地区是否存在克拉通型岩石圈根

四川盆地MT高导层埋深明显比地震波推断的岩石圈厚度和热岩石圈厚度浅。我们认为其原因是当地岩石圈地幔挥发分含量高(“湿”)。在此情况下，上地幔高导层的埋深已不仅受温度的控制，还受岩石中挥发分含量的制约。由于岩石电导率高低与其H2O等挥发分的含量呈正相关(Schwarz，1990)，所以观测到的上地幔高导层的埋深比热岩石圈的深度浅。四川盆地岩石圈地幔中的挥发分很可能来自青藏高原的地幔物质流。Yu等(2000)对甘肃礼县新第三纪玄武岩所含地幔包体的研究表明，地幔包体来自约100km深处受到碱性流体和碳酸岩岩浆交代的软流圈地幔。同时，在川滇西部地区出露有大量第三纪与地幔成分有成因联系的碱性侵入岩(邓万明等，1998)，这也是地幔富含挥发分的标志。这些现象表明，在青藏高原东部地区岩石圈地幔确实存在地幔流体的活动。另一方面，二叠纪峨眉地幔柱的活动(Chung et al.，1998)使得来自下地幔的大量物质随地幔柱侵位于四川盆地及其周边地区岩石圈地幔中(侯增谦等，1999)。由于该地幔柱活动产生的岩浆的MgO含量很高(侯增谦等，1999)，这就使得四川盆地及其周边地区岩石圈地幔富含MgO组分，从而导致当地地幔在地震波速特性上表现为高波速值特征。因此，四川盆地MT资料显示的地幔高导层埋深可能不代表当地真实的岩石圈厚度，而地震资料确定的岩石圈活动与热岩石圈基本一致，当地岩石圈厚度为180km左右。

湘中地区地震波速推断的岩石圈厚度与MT高导层埋深和热岩石圈厚度不匹配的原因，我们认为是由于当地岩石圈温度低(“冷”)而且缺乏挥发分(“干”)。在此情况下，上地幔高导层的埋深主要受温度的控制，所以其与热岩石圈厚度相当。同时，由于湘中地区位于扬子克拉通和华南褶皱带的过渡地带(“江南地块”的中段)，地质演化历史过程中经历了华夏块体与扬子克拉通之间的古海洋板块向扬子板块的俯冲拼合，以及后期华夏陆块与扬子克拉通的碰撞拼合的过程(程裕淇，1994)。这导致俯冲岩石圈地幔板片在深部的堆积，由于这些板片在俯冲过程中经历了脱水熔融，故而缺乏挥发分。同时，海洋板块岩石圈地幔橄榄岩的Fe含量高于克拉通岩石圈地幔。岩石物理研究表明，Fe橄榄石组分含量高的橄榄岩的波速在相同温压条件下低于Mg橄榄石组分含量高的橄榄岩(Kumazawa and Anderson，1969；Graham et al.，1988)。Liu等(1996)的P波地震层析研究显示，湘中地区110km处的波速为左右，而四川盆地及其周边地区为，出露有金伯利岩和钾镁煌斑岩的黔东-湘西地区的波速为左右。据表2-2，湘中地区和四川盆地的深部地温特征较为接近；我们的一维地温线近似结果显示，湘中地区110km处地温为887℃，而四川盆地为979℃。因此，应该是岩石成分的差异导致湘中地区岩石圈地幔的波速比稳定的扬子克拉通岩石圈地幔低；一种可能的情况是，地震波反演得到的湘中地区140～200km处的S波波速低于被选取为定义岩石圈底界的特定波速值，故而地震学得到的湘中地区岩石圈厚度小于其热岩石圈厚度。综上所述，如果湘中地区岩石圈地幔的成分与周边地区不同，则该地区岩石圈厚度可能在200km左右，这样的话，Zhu等(1996)和朱介寿等(2002)给出的该地区上地幔低速层的深度可能不代表其岩石圈底界的真实深度。

鄂尔多斯地区岩石圈的厚度究竟是多少?一直有不同意见。Zhu等(1996)给出的结果是200km。但是他们引用的文献中的安昌强等(1993)《中国西北地区剪切波三维速度结构》一文，却指出鄂尔多斯地区的岩石圈厚度为83km。该值与大地电磁测深得到的上地幔高导层的埋深100～130km较为接近(徐常芳和曲国胜，1999；Li Li，1996)。Zhu等(1996)在其图件及简要解释中对如何得到鄂尔多斯地区地幔低速层埋深的介绍不详尽；而安昌强等(1993)文章所附的100km和140km的剪切波速图表明，鄂尔多斯地区100km处S波速为～，140km处为左右；同时，四川盆地的相应的υS分别为和左右。Liu等(1996)的P波层析结果表明，鄂尔多斯地区110km处波速为左右，而四川盆地及其周边地区为，湘中地区为左右。因此鄂尔多斯地区岩石圈地幔深部(100km以下)的波速很可能的确是较低的，这意味着Zhu等(1996)给出的200km深的地幔低速层埋深可能有问题。根据上述波速值我们可以发现，鄂尔多斯与四川盆地在140km处的υS差异是。根据Yan等(1989)给出的结果，含Fe橄榄石10%(体积分数)的地幔橄榄岩在150km压力条件下的υS对温度的偏导数为℃，对成分的偏导数为(Fe成分百分数)。如果两地υS的差异完全由于温度差异所致，则鄂尔多斯地区140km深处的地温应该较四川盆地高出400℃。我们的地温计算结果显示四川盆地140km处温度为1150℃，这样鄂尔多斯140km处的温度将为1550℃，远远超过岩石圈底界的1300～1350℃的范围。如果鄂尔多斯地区岩石圈的底界为180km左右，则其140km处的地温应当与四川盆地相当；这样S的差异将完全由于成分变化所致，则140km深处橄榄岩中Fe橄榄石要占18%，这意味着该地区岩石圈地幔成分上与典型的克拉通岩石圈地幔橄榄岩富Mg的特征不符。朱介寿等(2002)的面波层析成像结果也表明鄂尔多斯地区岩石圈厚度整体小于150km。因此，我们认为鄂尔多斯地区岩石圈平均厚度很可能小于150km；MT资料得到的上地幔高导层的埋深和热岩石圈厚度大致可以代表当地岩石圈的厚度。鄂尔多斯地区不存在克拉通型的厚岩石圈根。

根据镜质体反射率和K-Ar年龄资料，赵孟为(1996)推断在中侏罗世(170～160Ma)鄂尔多斯地区存在一期热事件，古热流值可达96～109mW·m-2，并认为这是燕山运动引起的岩浆活动的结果。叶加仁等(2000)根据镜质体反射率资料反演的热演化史的结果也显示，在白垩纪及其以前鄂尔多斯盆地的古热流值较高。正是由于燕山运动(早期)构造-热事件的影响，鄂尔多斯地区热岩石圈厚度薄于扬子克拉通。

综上所述，我们认为构成华南地区西部的四川盆地的岩石圈厚度达180～200km，是中国大陆上典型的发育克拉通型岩石圈根的地区。同时，西部的四川盆地岩石圈属于“冷”且富Mg和挥发分(“湿”)的岩石圈，而湘中地区岩石圈则是“冷”且富Fe而贫挥发分(“干”)的岩石圈。华北地区西部的鄂尔多斯地区岩石圈明显较四川盆地和湘中地区薄，总体上其厚度很可能在120km左右，不存在所谓的岩石圈根。

三、岩石圈底界面形态对中国东部地球动力学过程的影响

Flower等(1998)基于“主动岩石圈-主动地幔(Active Lithosphere-ActiveMantle)”的概念，提出东亚－西太平洋地区大尺度地幔挤出构造模型。该模型认为在印度和亚洲的汇聚过程中，亚洲中西部地区的软流圈地幔物质受挤压而向东流动，推挤西太平洋俯冲带后退，导致了亚洲大陆东缘和东南缘的一系列(有洋壳形成的)边缘海盆地的形成。对于中国东部而言，主要是南海、冲绳海槽和日本海，其中南海的形成与印支地块的挤出有关，日本海与东北亚Amuria板块的挤出有关，而冲绳海槽则与中国大陆板块的挤出有关(Flower et al.，1998)。Flower等(1998)指出，南海和日本海形成于渐新世到中新世早期，而冲绳海槽形成于中新世晚期到第四纪，而且这两幕构造活动之间的间隙期大致为15～10Ma时期，这是南海与其周边微板块发生碰撞的时期；同时，东亚地区中新世中期到晚期开始发育一系列玄武质岩浆活动，包括在中南半岛南部、中国大陆东部的东南沿海地区和山西大同等地。据此，他们认为，向东流动的软流圈“地幔舌(mantle lobe)”在中新世早期受到西太平洋地区向西运动的菲律宾等微板块的限制，使得边缘海的扩张停止，从而导致东亚地区板内火山活动的发育。Flower等(1998)的模型可以很好地解释东亚地区新生代中晚期以来的一系列地球动力学现象。但是，在他们的论文中尚没有论述为什么在早中新世时期南海和日本海还有扩张活动。因为根据印度-亚洲碰撞过程的研究，印支地块的构造逃逸发生在老第三纪(50～20Ma)，而在中新世以来(20～0Ma)为中国大陆华南地区发生向东的挤出(Tapponnier et al.，1986)。同时为什么冲绳海槽的扩张幅度远远小于南海和日本海盆地?

我们认为，华南地区很厚的克拉通型岩石圈根对中新世以来的东亚地区软流圈地幔东向流动的空间格局有重大影响。由于华南地区中西部地区存在的180km的岩石圈根，而其北侧的鄂尔多斯地区的岩石圈平均厚度小于150km，在南侧的印支地块的克拉通核心为南部的呵叻地区，印支地块的北部为显生宙造山带。所以华南地区两侧的岩石圈厚度均比华南地区薄。在中新世时期，来自印度-亚洲碰撞带下面向东流动的软流圈地幔物质会受到华南地区岩石圈根的阻碍，大部分转而通过印支地块北部和鄂尔多斯地区向外流动。这很可能导致南海和日本海在早中新世发生扩张的深部动力学因素。同时，少量的软流圈物质通过华南地区岩石圈根下面向东流动，最终在华南地区东侧形成冲绳海槽并导致东海陆架盆地在新第三纪时期发生张裂；但由于其数量少，导致冲绳海槽扩张的程度不大。如果观看东亚-西太平洋地区地图可以注意到，在华南地区东部的台湾岛是西太平洋花彩列岛中距离东亚大陆最近的岛屿，是向东凸出的日本岛弧、琉球岛弧和菲律宾岛弧之间的转折点。同时，虽然对澎湖列岛和闽粤演化的新第三纪玄武岩的研究均表明，其形成于张裂构造背景下，但是台湾海峡并未有洋壳的出露。这表明台湾以西地区与其北侧的冲绳地区和南侧的南海盆地相比，其扩张量很小。因此，华南中西部地区厚岩石圈根的存在影响了亚洲大陆东缘新第三纪以来的大地构造格局。

根据中国大陆新生代板内玄武岩的空间分布及其活动时代的同位素年龄资料(刘若新等，1992；同时参考Flower et al.，1998和Smith，1998)，可以看出中国大陆东部地区中新世以来的玄武岩分布在华南东侧的浙闽粤沿海和海南岛以及澎湖列岛、华北东部的山西地堑北侧和以东地区，均位于岩石圈厚度大的稳定克拉通地区的东侧。由于岩石圈底界与670km地幔相变界面之间是向东流动的软流圈地幔物质的通道(channel)，显然在岩石圈根之下地区其宽度要较薄岩石圈地区狭窄。由于华北地区东部岩石圈减薄发生在老第三纪时期，所以在新第三纪时期华北地区已形成了岩石圈西厚东薄的格局。根据流体力学原理，流体通过狭窄通道而进入宽阔通道后其流动速度会降低，而且会向四周扩散。这一方面可以解释华北与华南东部地区中新世以来玄武岩的出现；另一方面也可以进一步说明，为什么华南以东的台湾地区并未出现由向东快速流动的软流圈“地幔舌(mantle lobe)”诱发形成的大型边缘海盆地。

对中国东部和邻区中新世以来玄武岩的Sr-Nd-Pb同位素地球化学研究表明，其源区可以用DM、EM Ⅰ和EM Ⅱ的三端员混合来解释(Flower et al.，1998)。其中EMⅡ端员组分被认为与板块俯冲导致的洋壳沉积物对地幔源区的混染有关。由于印度-亚洲碰撞过程中的俯冲作用，青藏高原地区新生代火山岩具有很高的EM Ⅱ端员组分特征(Flower et al.，1998)。在印支地块南部和海南岛等地中新世以来的玄武岩同位素体系也显示较强的EM Ⅱ组分信息；而华北和华南地区东部的玄武岩也有相当一部分含较明显的EM Ⅱ端员组分(参见Flower et al.，1998的)。虽然对中国东南沿海地区和东北地区的地幔的EM Ⅱ组分可以分别用中生代太平洋板块和蒙古-鄂霍茨克洋盆的俯冲解释，但是华北地区中新世以来玄武岩的EM Ⅱ端员的加入有可能与来自青藏高原下面的软流圈“地幔舌”有关。因此，华南地区厚岩石圈的存在而对软流圈地幔流动格局的扰动，也可能是促使华北地区软流圈地幔同位素成分发生变化的外在因素之一。

综合上述，我们认为华南地区以扬子克拉通为核心的厚岩石圈的存在对青藏高原以东地区中新世以来软流圈地幔东向流动有阻碍，导致华南地区东部没有发育大型边缘海盆地。同时由于扬子克拉通厚的岩石圈和鄂尔多斯地区相对较厚的岩石圈的存在，使得中新世以来的玄武质岩浆活动主要分布于华南和华北地区东侧。华北与华南地区岩石圈厚度的空间分布格局是影响中国大陆东部晚新生代以来深部构造演化的重要因素之一。

13

在古代的地质记录中，岩崩的描述相对较少，这可能是因为它们的保存潜力很低。在苏格兰西北部的Clachtoll，有一块与中元古代Stoer群的基底角砾岩相伴生的新太古代刘易斯片麻岩的巨型碎屑岩（100m 60m 15m），估计质量为243kt。与下伏基底片麻岩相比，巨型块体中的片理在次垂直轴上偏离了约90 ，并且被充满Stoer组红色砂岩的裂隙网络切割。巨块体顶部的层状碎屑裂隙填充物符合埋藏期间的被动沉积标准。侧面和底部的沉积物填充裂缝显示出与强力注入相一致的特征。该团队通过数值计算认为与裂谷相关的地震震动导致大块岩石落在未固结湿沉积物上的距离不超过15米。在冲击作用下，基底块体下含水砂层的超压和液化足以导致水压释放并向上注入泥浆。此外，不对称分布的结构记录了块体减速和停止时的内部变形。巨块与年轻的Stac Fada撞击事件无关，它代表了地球上已知的最古老的陆地岩崩特征之一。

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Geology (2021) 49 (2),180–184.

译者

中国地质大学（北京）@王天奇

14 北美中大陆裂谷内大型德卢斯杂岩的快速侵位

德卢斯杂岩（美国明尼苏达州）是地球上最大的基性侵入杂岩之一。前人认为，约在1109 ~ 1084 Ma期间，劳伦大陆内部中大陆裂谷的岩浆作用和伸展活动使德卢斯杂岩侵位。相比于典型的由上涌的地幔柱减压熔融形成的大火成岩省的持续时间，德卢斯杂岩岩浆活动的持续时间更长，岩浆作用间隔也更长。但德卢斯杂岩的斜长岩和层状岩单元的高精度 206 Pb/ 238 U锆石年龄限制了这些单元在1096 Ma 左右，约1 .（持续时间500 260 .）的时间内快速侵位。岩石单元的古地磁数据与劳伦大陆的视极移路径对比结果也支持了这种观点。年代学确定大火成岩省的活动时间很短，代表快速的侵位过程，支持了岩石圈伸展与异常热上涌的地幔共存的假说。快速的岩浆脉动作用发生在板块纬向运动20 后，晚于最初的岩浆作用至少10万年。该研究提出了这样的可能，即上涌的地幔柱与移动的劳伦大陆岩石圈底部相遇，并通过“upside-down drainage”作用流向中大陆裂谷局部变薄的岩石圈。

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Geology ,(2021) 49 (2),185–189.

译者

南京大学@陈博洋

15 大陆根的形成

来自地震层析成像的新证据发现了一种独特的矿物结构，其仅限于古老大陆克拉通下的厚地幔岩石圈内，为形成地球地质 历史 中这些突出而有影响的特征提供了重要线索。橄榄石是地球上地幔的主要矿物，其弹性特性沿其三个晶体轴各不相同，并且塑性变形过程中单个橄榄石颗粒的优先排列会影响地震波传播的整体性质。面波层析成像显示，在地球的大部分区域，地幔岩石圈的变形使橄榄石晶体定向，其快轴位于水平面，但在克拉通大陆岩石圈根部约150 km处的深度居中，快速晶体学轴优先垂直对齐。由于克拉通根部的粘度很高，这种结构很可能是克拉通形成时的痕迹。上地幔石榴石-橄榄岩的地球化学和岩石学研究表明，克拉通地幔根因密度降低而趋于稳定，密度的降低是因为熔体的抽离发生在比抓取地幔橄榄岩捕虏体更浅的深度。从面波层析成像推断的矿物结构表明，融化-亏损事件后的水平缩短使亏损带向下形成较厚的大陆根，通过纯剪切在垂直方向拉伸了亏损物质，并使橄榄石快速结晶学轴成为垂向排列。地震学手段发现的这种在约150 km深度处的矿物结构是形成克拉通根的缩短事件的证据。

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Geology ,(2021) 49 (2),190-194.

译者

CUGB@唐演

16 论克拉通的破坏趋势

该研究表明，由于沿克拉通边缘的地幔流的作用，俯冲板块可能导致岩石圈移动。这个过程会雕刻和重塑克拉通，影响岩石圈整体稳定性。该研究利用三维地球动力学模拟探究了俯冲驱动的定向流与不同形状的克拉通岩石圈之间的相互作用，认为边缘形状不仅控制着克拉通周围流动通道的形成，而且控制着克拉通的破坏潜力。模拟结果表明，所有克拉通形态都有助于形成流动通道，但平直边缘的克拉通抗变形能力最强，边缘逐渐加厚的克拉通抗变形能力较弱。边缘形状的控制下，克拉通岩石圈沿着其边缘逐步消解，直到形成更稳定的平直边缘。

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Geology, (2021) 49 (2),195–200.

译者

南京大学@陈博洋

17

高压矿物记录了通常难以保存在地壳的地质过程。莱氏石是锆石的一种可淬火的多型矿物，其形成在冲击压力大于20GPa的条件下。然而，不管是经验的、实验的还是理论上对其形成形成的具体机制均存在争议。该文作者研究了35Ma前的切萨皮克湾撞击事件的远端溅射毯中一颗锆石中锆石—莱氏石的相变过程，发现莱氏石经历了多阶段的生长并且大约89%的锆石相变为莱氏石。该颗粒中存在两类莱氏石：（1）呈面状平行排列，且在阴极发光图像中呈暗黑色，及（2）在阴极发光图像中呈树枝状生长的莱氏石。前人文献中对前者已有过报道，而还未见有报道过树枝状莱氏石。作者进一步地提出了在大于40GPa的条件下莱氏石的两阶段生长模型：首先，在冲击压缩阶段，剪切应力导致层状莱氏石的形成，之后在高压下通过重结晶作用形成树枝状莱氏石。在淬火之前，树枝状的莱氏石从片理面开始生长，并替换临近的被破坏的而呈非晶态或中间态的锆石。该文研究结果为陨石撞击过程中微秒尺度下的高压多型转变所伴随的微结构演化对莱氏石稳定性的影响提供了新的见解。此外，作者基于莱氏石的形成条件提出树枝状的莱氏或许可以作为远端溅射毯的标志。

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Geology, (2021)49(2),201-205.

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译者

小爪爪

18

地幔柱和洋脊相互作用形成岩浆持续喷发时间最长的大火成岩省

大火成岩省（Large igneous provinces, LIPs）通常由一次或多次持续1-5 Ma的短时岩浆脉冲（火山活动）形成。该团队对Kerguelen（凯尔盖朗）大火成岩省主要建造期的火山岩（白垩纪Kerguelen的南部和中部，Elan Bank和Broken Ridge）开展Ar-Ar定年分析，获得25组 40 Ar/ 39 Ar坪年龄。定年结果显示Kerguelen大火成岩省的火山活动大约从 Ma持续至90 Ma，活动时间超过32 Ma，表明Kerguelen大火成岩省记录了持续时间最长的高岩浆通量的侵位事件，并且Kerguelen大火成岩省是火山活动持续最长的大火成岩省。该研究认为Kerguelen大火成岩省与其他火山活动持续时间短或经历多次喷发事件的大火成岩省不同，Kerguelen大火成岩省是通过地幔柱和洋中脊长期相互作用而形成，通过洋中脊的跳跃，慢速扩张及迁移，将岩浆产物从喷发中心转移出去，并导致长期持续的岩浆活动。

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Geology,(2021)49(2),206-210.

https:// .

译者

NJU@哈哈宇

19

加利福尼亚州死亡谷Ubehebe火山口干火成碎屑沉积物的软沉积变形

软沉积变形构造在细粒火成碎屑沉积物中较为常见，并且经常伴随其他特征一起指示沉积物处在潮湿和具有粘性的状态下。Ubehebe爆发火山锥的火山口（美国加利福尼亚州的死亡谷）的沉积物是通过多次火山爆发形成的。这些爆发有的直接来自火山碎屑涌动，也有作为局部颗粒流从陡坡上再活化的新鲜、富含细灰的沉积物。除了软沉积变形构造本身外，没有其他湿沉积的现象。该团对的结论是，变形是孔隙-气体压力和干内聚力的升高情况下新鲜的细粒沉积物失稳的结果。仅软沉积变形不足以确定是否母源火山碎屑岩流含有液态水并导致地层湿沉积。

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Geology,(2020)49(2), 211-215.

译者

中国地质大学@徐睿

20 东加利福尼亚剪切带的焦糖奶油流变结构

自从美国加利福尼亚莫哈维沙漠（Mojave Desert）1992年里氏震级级Landers地震和1999年里氏震级级Hector矿地震发生至今，两次地震的震后变形得到广泛研究，硬地壳上覆在低速的地幔软流圈的模型受到了公认。然而，该团队新近发现，这两次地震后的近场地震后瞬变比之前认为的持续时间更长，这需要对震后模型进行修正。该团队基于修正后的震后瞬变的新模拟结果表明：（1）莫哈维地区下地壳的有效黏度在年际尺度上约为2 10 20 Pa·s，（瞬态粘度约为2 10 19 Pa·s），也就是说仅仅只是下覆地幔软流圈的5倍；（2）上地幔的瞬态黏度随时间而增加，这为频率相关的流变学（如Andrade或拓展的Burgers流变学）提供了新的大地测量学证据。第一年的瞬态流变学推断与2019年7月两次莫哈维地震事件以北180公里的Ridgecrest里氏震级级和级地震的瞬态流变学非常一致。该建模结果支持东加利福尼亚剪切带（太平洋-北美板块边界的一部分）的焦糖奶油流变结构模型，其中下地壳和上地幔在年际尺度均表现出延展性。

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Geology,(2021)49(2),216-221.

译者

南京大学@吉姆·雷诺

21 微生物硫酸盐还原在海底硫化物矿化初期的重要作用

当热液流体与周缘海水混合时便会形成海底热液矿床，通常我们认为其中的硫化物矿物沉淀是非生物成因的。基于在冲绳海槽中部（中国东海）的Izena Hole和Iheya North Knoll的大洋钻探，Tatsuo Nozaki等使用二次离子质谱法（SIMS）测定黄铁矿颗粒中的δ 34 S，结果表明海底硫化物矿化初期与微生物硫酸盐还原作用关系密切。在硫化物形成过程中，黄铁矿结构依次从草莓状变化到胶状最后发展为自形结构。草莓状黄铁矿中δ 34 S具有很高的负值（低至–‰），而在胶状和自形结构黄铁矿中δ 34 S却向正值有规律的递增。硫同位素在海水硫酸盐（+ ‰）和草莓状黄铁矿（–‰）之间的分馏程度高达–60‰，这在开放系统中只能通过微生物硫酸盐还原来实现。由于草莓状黄铁矿通常被黄铜矿，方铅矿和闪锌矿所代替，因此草莓状黄铁矿可能是形成其他硫化物矿物的原始物质（核）。该研究得出结论，含有微生物还原硫的草莓状黄铁矿在海底硫化物矿化初期起着重要作用。

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Geology, (2021)49(2), 222–227.

译者

CAGS@张瑜

22 罗迪尼亚-冈瓦纳转变中华南地块从印度地块破碎分离

印度西北部和华南的拉伸纪晚期至寒武纪沉积地层为其古地理关联建模提供了重要证据，包括它们在罗迪尼亚超大陆转化为冈瓦那超大陆过程中的斜接及随后的分离。这两个地区拉伸纪晚期的沉积单元岩石地层和碎屑锆石U-Pb-Hf-O同位素特征的相似性都指出了（有着）共同的物源。800-700 Ma华南和印度西北部的锆石δ 18 O同位素值在从上地幔成分转变为亚地幔成分时的大幅下降以及锆石ε Hf(t) 值同时期的增加，表明了共同经历了新元古代拉伸岩浆事件，与罗迪尼亚超大陆解体的时间一致。沉积物源在成冰纪发生了显著变化。印度西北部边缘新元古代剩余的沉积物包括大量以古老锆石年龄为主、来自印度克拉通内部的碎屑。反而，华南扬子地区同时期的沉积单元以新元古代锆石为主。碎屑锆石年龄数据强调了罗迪尼亚超大陆构型中印度西北部和华南（扬子和华夏地区）之间密切的古地理关联，并验证了它们在成冰纪通过大陆裂谷而分离。印度西北部发育被动大陆边缘，而华南地块则沿冈瓦那边缘部分裂解、旋转并向印度东北部和西澳大利亚右行迁移，以至于华夏地块仍然在接受来自冈瓦纳大陆的碎屑。

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Geology,(2021)49(2),228–232.

译者

袁梦

23 劳亚大陆东缘阿巴拉契亚山脉的碎屑锆石组成

沿劳亚大陆东部边缘，从纽芬兰（加拿大）到阿拉巴马（美国）八个地区的最新碎屑锆石U-Pb数据汇编显示，其沿走向具有非常相似的特征，仅存在微小的局部变化。这些样品来自亲劳亚大陆的沉积岩和变沉积岩，时代跨度从新元古代-二叠纪。前寒武纪的碎屑锆石以约 Ga的次要种群和约 Ga的主要种群（峰值约为 Ga）为特征。其碎屑锆石来自劳亚大陆太古宙地壳（约 Ga）、古元古代造山带（约 Ga）、Granite-Rhyolite省（约 Ga），以及Elzevir地体和Grenville省（约 Ga）。中元古代锆石种群的多寡取决于与不同物源区的距离，包括约 Ga的Granite-Rhyolite省、约1245-1225 Ma的Elzevir地体和约 Ga的Grenville省。中奥陶世锆石的数量沿走向而变化，其取决于Taconic造山带的输入，但在阿巴拉契亚山脉北部最多。由于碎屑锆石年龄沿走向的一致性， 7534个协和的碎屑锆石U-Pb数据的汇编可用于未来的U-Pb碎屑锆石研究，作为劳亚大陆东缘的物源指示。

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Geology, (2021) 49 (2),233–237

译者

哥斯达黎加的61

编辑&校对：覃华清