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1.
受时空不可及性的制约,地质学家在探究地球深部物质组成方面仍显得很被动,尤其是在探究地幔物质组成方面显得更加艰难.目前,科学家们探测地幔物质主要依靠地球物理学和实验矿物学、岩石学方法相结合的手段来进行.结果表明,地幔过渡带主要的矿物组成有瓦士利石、林伍德石、超硅石榴子石以及少量的CaSiO3.下地幔主要矿物组成有钙钛矿(Pv)、后钙钛矿(PPv)和镁方铁矿(Mw).在讨论过渡带和下地幔物质组成的基础上,归纳总结了地球内部热源的三种来源,分别是放射性元素的衰变热和初始熔融硅酸盐地球长期冷却放出的热、核幔边界在地磁场和高电导率物质的作用下产生的热以及来自地核的热.这些结论对研究地球深部动力学和热力学过程有重要意义. 相似文献
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异剥橄榄岩化是地幔橄榄岩与硅不饱和熔体发生强烈相互作用的地幔过程。这一过程通常伴随地幔物理-化学性质的显著改变,与克拉通岩石圈减薄和破坏密切相关。本文梳理了前人对异剥橄榄岩化的驱动机理、结构和成分特征及其对大陆稳定性影响等方面的定性认识,并在此基础上通过热力学模拟,刻画了不同属性地幔与熔体在不同温度压力条件下的相互作用过程,目标是为定量限定异剥橄榄岩化的发生条件、物理-化学效应及地球动力学意义。研究显示,异剥橄榄岩化通常会出现磷灰石、角闪石、金云母和碳酸盐等标志性交代矿物,并以斜方辉石被单斜辉石替换为典型特征,还可发育海绵边、熔体囊(已冷却结晶为单斜辉石、橄榄石等细粒矿物)和矿物环带等非平衡结构。热力学模拟表明,熔岩反应过程受原岩、熔体性质以及熔/岩比例的共同控制,不同属性地幔(难熔方辉橄榄岩、饱满二辉橄榄岩)与贫硅(如霞石岩)熔体反应都能生成富单斜辉石橄榄岩,且在较高压力(如2.5GPa和4.0GPa)条件下更容易形成异剥橄榄岩;相比之下,不同性质地幔与富硅(如MORB)熔体反应在任何压力条件下均不能产生异剥橄榄岩。此外,两类熔体参与的熔岩反应均能引起围岩密度逐渐增加,并在高压条件下... 相似文献
3.
地幔柱构造——一种新的大地构造理论 总被引：1，自引：0，他引：1
俞 《四川地质科技情报》1994,(2):45-46
近年来，在大量实际观察、地球深部物理性质研究和各种模拟实验基础上，提出一个新的大地构造理论——地幔柱构造(mantle plume tectonics)。按照这一构造理论，地球深部核幔边界附近的高温低粘度屡(D^11层)可以产生呈柱状上升的热物质体。 相似文献
4.
核幔成矿物质(流体)的反重力迁移——地幔热柱多级演化成矿作用 总被引：25，自引：0，他引：25
地壳中矿床分布极不均匀 ,这与地球的形成与演化密切相关。在地球演化的早期 ,由于在引力收缩和热力膨胀的统一作用支配下 ,放射性、卤族、稀有、稀土元素及碱金属向上迁移 ,而贵金属、有色、铁族、铂族等密度较大的元素则有逐渐向地核聚集的趋势 ,以至于铁、镍、金等元素主要聚集在地核之中。但是 ,在地球形成圈层结构的同时 ,由于地球内外温度差、压力差、粘度差等的存在 ,导致地球发生以地幔热柱多级演化为主要形式的垂向物质运动 ,两者互为依存 ,并构成幔壳运动的原动力。地幔热柱多级演化沟通了深部矿质的迁移通道 ,聚集在地核及核幔界面上的气态金等重元素得以作为地幔热柱的热物质流 ,呈反重力迁移至岩石圈 ,并进而以气 液态向近地表迁移 ,在有利的构造扩容带中聚集成矿。这可能是金银铜铅锌等多种元素的重要成矿作用方式。 相似文献
5.
壳-幔动力学与活化构造(地洼)理论 总被引：9，自引：9，他引：0
陈胜早 《大地构造与成矿学》2005,29(1):87-98
壳-幔动力学是地球内部物理学和大地构造演化的重要研究方向之一。本文从地球物理角度出发,以物理概念和数学描述相结合的定量方式,对陈国达院士生前所创建的活化构造(地洼)理论研究中的某些地球深部动力学问题进行了较系统的综合评述和探讨。主要论题包括岩石圈的性质与物理学、地幔流变学、重力与均衡理论、地球的温度和热传递,诸如热传导、物质的物理运动所引起的热传输、地球内部的热对流及地幔柱的形成和作用等。作者特别强调了构造演化的定量分析问题,如热时间常数、热应力与其它力源、水平运动与垂直运动的关系,以及地壳断裂作用。岩石圈的构造作用与演化是与深部热运动有关的水平 (压缩和扩张)应力和由地壳厚度差异所导致的垂直应力差的共同结果。热应力的构造意义主要表现为短时间尺度的脆性断裂或柔性应变松弛过程。局部对流机制对活化构造(地洼)研究值得重视。 相似文献
6.
在核幔界面之上的下地幔一侧,地震波速分布极不均匀,厚度在50~300 km范围内变化的一层物质称为地幔底层。地幔底层由具有高地震波速和高密度的D″区和超低速带(ULVZ)组成。地幔底层是地核热能向地幔传播的必经之路,也是地幔中温度和温度梯度最高的地区。地幔底层既是俯冲板块的最终归宿,又是热柱和超级热柱的源区。因此,地幔底层既是全地幔对流的起点,又是全地幔对流的终点。在地幔底层可能发生地幔物质(包括俯冲板块物质在内)的部分熔融作用,也可能存在外核液态铁与地幔硅酸盐的化学反应。所以地幔底层在全球物质演化中占有重要的地位。 相似文献
7.
天山石炭纪大火成岩省与地幔柱 总被引：52，自引：6，他引：52
中国西北部(中亚地区)天山造山带中分布的石炭纪碰撞后裂谷火山岩系构成了一个分布范围约150×104km2的大火成岩省.该火山岩系主要由玄武质熔岩组成,其次还包含有中性和酸性熔岩及火山碎屑岩.玄武岩所形成的化学和同位素阵列表明,它们是由来源于2个不同源区的组分混合产生的.一种组分来源于岩石圈地幔,另一种组分来源于与夏威夷(Hawaii)、冰岛(Iceland)和留尼汪岛(Reunion)等洋岛玄武岩源区相似的软流圈.显然,该大火成岩省的形成与地幔柱活动有关. 相似文献
8.
大陆玄武岩通常具有与洋岛玄武岩相似的地球化学成分,其中含有显著的壳源组分.对于洋岛玄武岩来说,虽然其中的壳源组分归咎于深俯冲大洋板片的再循环,但是对板片俯冲过程中的壳幔相互作用缺乏研究.对于大陆玄武岩来说,由于其形成与特定大洋板片在大陆边缘之下的俯冲有关,可以用来确定古大洋板片俯冲的地壳物质再循环.本文总结了我们对中国东部新生代玄武岩所进行的一系列地球化学研究,结果记录了古太平洋板片俯冲析出流体对地幔楔的化学交代作用.这些大陆玄武岩普遍具有与洋岛玄武岩类似的地球化学成分,在微量元素组成上表现为富集LILE和LREE、亏损HREE,但是不亏损HFSE的分布特点,在放射成因同位素组成上表现为亏损至弱富集的Sr-Nd同位素组成.在排除地壳混染效应之后,这些玄武岩的地球化学特征可以由其地幔源区中壳源组分的性质来解释.俯冲大洋地壳部分熔融产生的熔体提供了地幔源区中的壳源组分,其中包括洋壳镁铁质火成岩、海底沉积物和大陆下地壳三种组分.华北和华南新生代大陆玄武岩在Pb同位素组成上存在显著差异,反映它们地幔源区中的壳源组分有所区别.中国东部新生代玄武岩的地幔源区是古太平洋板片于中生代俯冲至亚欧大陆东部之下时,在>200 km的俯冲带深度发生壳幔相互作用的产物.在新生代期间,随着俯冲太平洋板片的回卷引起的中国东部大陆岩石圈拉张和软流圈地幔上涌,那些交代成因的地幔源区发生部分熔融,形成了现今所见的新生代玄武岩. 相似文献
9.
10.
董俊杰 《矿物岩石地球化学通报》2023,(2):275-288+252
名义无水矿物(NAMs)是岩石行星地幔中水的主要载体，研究地幔中主要NAMs的水溶解度可以帮助我们估测岩石行星地幔理论上的储水能力，并间接约束其内部的实际含水量。通过统计和统计学习算法等数据科学方法，本文旨在介绍并总结前人对地球、火星和系外行星地幔储水能力的模拟研究工作。本文首先回顾了岩石行星地幔储水能力的热力学理论模型；然后围绕地球和火星的两个实例研究，探讨了如何使用包括稳健回归拟合、蒙特卡罗方法和自助聚集算法等方法，把原子尺度的水溶解度实验数据点和其测量误差转化成行星尺度的储水能力模型；接着介绍了系外行星观测的大样本数据是如何帮助我们理解系外岩石行星储水能力的统计学性质；最后讨论了数据科学方法在矿物物理学研究中的局限性，并对如何更好地将统计及统计学习算法与矿物物理数据研究相结合作出展望。 相似文献
11.
冲击波物理在地球和行星科学研究中的应用 总被引：3，自引：0，他引：3
概要介绍了冲击波物理应用于地球和行量科学研究中所取得的一些最新成果。主要涉及地球深部物质的组成，性质和状态，行星的组成模型，以及太阳系中的碰撞成坑和吸积相互作用等领域。着重论述了冲击波物理在这些领域的研究中所发挥的作用。 相似文献
12.
同步辐射激光加温DAC技术及在地球深部物质研究中的应用 总被引：1，自引：1，他引：0
实验室模拟地球深部的温度和压力环境,研究地球相关材料的物理和化学性质,是解释地震波数据、进一步了解地球内部结构和动力学过程的重要途径。用高功率的红外激光光束,加温金刚石对顶砧压腔(DAC)中的样品,可以获得深部地幔乃至地核的极端温度和压力条件,已广泛地用于地球深部矿物的相变、熔融和状态方程研究。同步辐射微束技术的发展,为激光加温DAC技术的应用开辟了新的领域,也使地幔及地核条件下的矿物研究有了重要的突破。文章介绍激光加温DAC技术的发展;阐述高温高压原位的同步辐射X射线衍射方法;例举激光加温DAC技术在地球深部物质研究中的一些应用;并对一些关键的技术问题加以分析和讨论。 相似文献
13.
幔源CO2是当今地球科学研究中的前沿领域之一,具有重要的研究价值。处于超临界态的地幔流体具有很强的溶解和扩散能力,是地球内部能量与物质向外传输的重要载体。地幔流体中的挥发分以H2O和CO2为主,全球许多CO2气藏中的气体具有幔源特征,与地幔流体密切相关,但地幔流体与CO2气藏之间的关系研究则显得不够。本文分析了地幔流体的组成、性质与影响因素,结合济阳坳陷断裂构造、岩浆发育特征,阐述地幔流体上升和演化过程,认为地幔流体中溶解各种形式CO2气为气藏形成提供物质来源,断裂活动则为岩浆上侵和气体的运移、聚集提供了通道和空间。CO2气藏勘探的有利区块应该不仅仅局限于坳陷内,在坳陷边缘或者外部,新生代晚期的碱性岩浆侵入活动,不同方向断裂发育交汇地区均是气藏勘探的有利地区。 相似文献
14.
地球深部物质科学——在静高压大腔体实验研究方面的某些进展 总被引：1，自引：0，他引：1
介绍近年来使用静态超高压大腔体实验技术 ,在模拟地球内部的高温高压条件下 ,对地球物质进行的若干物理和化学性质的实验研究。高压同时高温条件下多种岩石样品的弹性波速就位测量揭示出物质的声软化现象和振幅效应 ;高温高压下陨石和岩石的熔融结晶实验发现了陨石硅酸盐相的不混溶现象以及玄武岩熔体结构的变化 ,在玄武岩转变为榴辉岩的实验中观测到了刚玉相 ;在高温高压水的实验中 ,发现了冰 Ⅶ 的亚稳相和熔融前效应以及超临界水及其稀溶液的一些新性质。这些实验结果为探索地球深部物质的性质和状态以及迁移和演化提供了新的依据。 相似文献
15.
The composition of the Earth 总被引：317，自引：0，他引：317
Compositional models of the Earth are critically dependent on three main sources of information: the seismic profile of the Earth and its interpretation, comparisons between primitive meteorites and the solar nebula composition, and chemical and petrological models of peridotite-basalt melting relationships. Whereas a family of compositional models for the Earth are permissible based on these methods, the model that is most consistent with the seismological and geodynamic structure of the Earth comprises an upper and lower mantle of similar composition, an Fe---Ni core having between 5% and 15% of a low-atomic-weight element, and a mantle which, when compared to CI carbonaceous chondrites, is depleted in Mg and Si relative to the refractory lithophile elements.The absolute and relative abundances of the refractory elements in carbonaceous, ordinary, and enstatite chondritic meteorites are compared. The bulk composition of an average CI carbonaceous chondrite is defined from previous compilations and from the refractory element compositions of different groups of chondrites. The absolute uncertainties in their refractory element compositions are evaluated by comparing ratios of these elements. These data are then used to evaluate existing models of the composition of the Silicate Earth.The systematic behavior of major and trace elements during differentiation of the mantle is used to constrain the Silicate Earth composition. Seemingly fertile peridotites have experienced a previous melting event that must be accounted for when developing these models. The approach taken here avoids unnecessary assumptions inherent in several existing models, and results in an internally consistent Silicate Earth composition having chondritic proportions of the refractory lithophile elements at 2.75 times that in CI carbonaceous chondrites. Element ratios in peridotites, komatiites, basalts and various crustal rocks are used to assess the abundances of both non-lithophile and non-refractory elements in the Silicate Earth. These data provide insights into the accretion processes of the Earth, the chemical evolution of the Earth's mantle, the effect of core formation, and indicate negligible exchange between the core and mantle throughout the geologic record (the last 3.5 Ga).The composition of the Earth's core is poorly constrained beyond its major constituents (i.e. an Fe---Ni alloy). Density contrasts between the inner and outer core boundary are used to suggest the presence ( 10 ± 5%) of a light element or a combination of elements (e.g., O, S, Si) in the outer core. The core is the dominant repository of siderophile elements in the Earth. The limits of our understanding of the core's composition (including the light-element component) depend on models of core formation and the class of chondritic meteorites we have chosen when constructing models of the bulk Earth's composition.The Earth has a bulk Fe/Al of 20 ± 2, established by assuming that the Earth's budget of Al is stored entirely within the Silicate Earth and Fe is partitioned between the Silicate Earth ( 14%) and the core ( 86%). Chondritic meteorites display a range of Fe/Al ratios, with many having a value close to 20. A comparison of the bulk composition of the Earth and chondritic meteorites reveals both similarities and differences, with the Earth being more strongly depleted in the more volatile elements. There is no group of meteorites that has a bulk composition matching that of the Earth's. 相似文献
16.
综述了近20年国际上地幔转换带中水的研究进展。前人研究表明,地球深部的水主要以OH-(hy-droxyl)形式存储在名义上无水矿物(NAMs)中。高温高压实验研究表明,地幔转换带中的主要矿物均具有较高的储水能力,且在转换带的温压条件下,其储水能力随着温度的升高而降低,其中瓦兹利石(β-Ol)和林伍德石(γ-Ol)的储水能力为2%～3%,超硅石榴子石(Mj)的储水能力为0.1%左右,据此估算地幔转换带的储水能力约为1.2%～1.91%,是地表水总量的3.9～6.2倍;而转换带除外的上地幔和下地幔主要矿物的含水量或储水能力均小于0.1%,因此与上、下地幔相比,地幔转换带可能是地幔的主要储水库。尽管地幔转换带具有较强的储水能力,但对地幔转换带的实际含水量还存在干、湿两方面的地质和地球物理证据和争议。地幔转换带中的水会对转换带中一系列的过程产生重要影响,当水含量增加时,橄榄石(Ol)向β-Ol、γ-Ol分解以及超硅石榴石的分解反应分别向低压、高压和低压方向迁移,从而由橄榄石向β-Ol和γ-Ol分解两个相变反应界定的转换带宽度也会增加;水还会使地幔深部的部分熔融温度降低,熔体的密度降低;同时,水的加入可以很好地解释地幔岩"pyrolite"模型在410km不连续面处产生的与地震波测量不相符突变,也可以解决全地幔对流模式所不能解释的地幔成分分层问题。因此,深入研究和探讨转换带中的水对地球深部动力学过程的影响,包括中国东部地区受太平洋板块深俯冲作用的影响,均具有重要的约束和研究意义。 相似文献
17.
The evolution of terrestrial planets (the Earth, Venus, Mars, Mercury, and Moon) was proved to have proceeded according to
similar scenarios. The primordial crusts of the Earth, Moon, and, perhaps, other terrestrial planets started to develop during
the solidification of their global magmatic “oceans”, a process that propagated from below upward due to the difference in
the adiabatic gradient and the melting point gradient. Consequently, the lowest melting components were “forced” toward the
surfaces of the planets in the process of crystallization differentiation. These primordial crusts are preserved within ancient
continents and have largely predetermined their inner structure and composition. Early tectono-magmatic activity at terrestrial
planets was related to the ascent of mantle plumes of the first generation, which consisted of mantle material depleted during
the development of the primordial crusts. Intermediate evolutionary stages of the Earth, Moon, and other terrestrial planets
were marked by an irreversible change related to the origin of the liquid essentially iron cores of these planets. This process
induced the ascent of mantle superplumes of the second generation (thermochemical), whose material was enriched in Fe, Ti,
incompatible elements, and fluid components. The heads of these superplumes spread laterally at shallower depths and triggered
significant transformations of the upper shells of the planets and the gradual replacement of their primordial crusts of continental
type by secondary basaltic crusts. The change in the character of the tectono-magmatic activity was associated with modifications
in the environment at the surface of the Earth, Mars, and Venus. The origin of thermochemical mantle plumes testifies that
the tectono-magmatic process involved then material of principally different type, which had been previously “conserved” at
deep portions of the planets. This was possible only if (1) the planetary bodies initially had a heterogeneous inner structure
(with an iron core and silicate mantle made up of chondritic material); and (2) the planetary bodies were heated from their
peripheral toward central portions due to the passage of a “thermal wave”, with the simultaneous cooling of the outer shells.
The examples of the Earth and Moon demonstrate that the passage of such a “wave” through the silicate mantles of the planets
was associated with the generation of mantle plumes of the first generation. When the “wave” reached the cores, whose composition
was close to the low-temperature Fe + FeS eutectic, these cores started to melt and gave rise to superplumes of the second
generation. The “waves” are thought to have been induced by the acceleration of the rotation of these newly formed planets
due to the decrease of their radii because of the compaction of their material. When this process was completed, the rotation
of the planets stabilized, and the planets entered their second evolutionary stage. It is demonstrated that terrestrial planets
are spontaneously evolving systems, whose evolution was accompanied by the irreversible changes in their tectono-magmatic
processes. The evolution of most of these planets (except the Earth) is now completed, so that they “dead” planetary bodies. 相似文献
18.
实验岩石学通过高温高压实验来模拟地球内部状态,正演研究矿物、岩石及其组分的物理化学行为,与天然矿物和岩石样品反演研究相互补充. 从20世纪初美国卡内基研究所建立地球物理实验室算起,实验岩石学已经历了100多年的发展,在认识地球内部状态和过程以及矿物和岩石成因方面发挥了重要作用. 我国实验岩石学研究开展约50年,进入21世纪以来在实验平台和创新性研究成果方面取得了显著进步. 在学科发展趋势方面,实验岩石学表现出以下6方面的特点:（1）新的高温高压实验技术不断涌现;（2）实验与分析测试技术高度融合;（3）实验模拟与计算模拟相结合;（4）从热力学平衡扩展到动力学研究;（5）从干体系扩展到对挥发分和流体的深入研究;（6）应用场景从固体地球扩展到类地行星. 通过进一步开发或改进高温高压实验技术,加强与分析测试技术以及计算技术的结合,实验岩石学有望在破解地球内部流体的性质和作用、地幔演化和岩浆分异、变质反应速率和机制、类地行星形成与演化等重要科学问题方面作出关键贡献. 相似文献
19.
大陆地幔研究现状 总被引：4，自引：1，他引：4
本文主要介绍大陆地幔岩石圈的年龄、大陆地幔演化和地幔流体等三个近年来引人注目的问题。地幔捕虏体的年龄范围２００～３４００Ｍａ，一般认为它可以代表地幔的年龄。澳大利亚二辉橄榄岩捕虏体的Ｐｂ－ｐｂ年龄为２０００～２５００Ｍａ，南非Ｖｉｃｔｏｒ岩管的捕虏体为１７００～２４００Ｍａ。橄榄岩型金刚石的石榴石包裹体Ｓｍ－Ｎｄ年龄为３２００～３３００Ｍａ，榴辉岩型金刚石的年龄为１２００～１５００Ｍａ。这些数值可与橄榄岩及榴辉岩捕虏体的全岩年龄数据相对应。太古代岩石圈地幔以南非为代表，经历了从地壳物质提取的亏损过程到与软流圈反应和与深部热点物质作用的富集过程。以美国西部为代表的元古代岩石圈地幔则经历了元古－显生宙的俯冲作用、地体增生过程以及与热点反应的作用。以澳大利亚东部为代表的显生宙岩石圈地幔经历了元古代的部分熔融、显生宙的俯冲或与ＤＵＰＡＬ的反应以及具ＤＭＭ特征的软流圈的上隆。钾质熔体、碳酸盐熔体、Ｈ＿２、ＣＨ＿４、Ｎ＿２Ｏ、Ｎ、ＣＯ、ＣＯ＿２、Ｓ、Ｆ、Ｃｌ等都是地幔流体的主要组分，它们的类型与所处的深度和氧逸度有关。 相似文献