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俯冲带热结构的影响因素及其研究意义宋茂双，谢鸿森，徐有生（中国科学院地球化学研究所，贵阳５５０００２）关键词俯冲带，热结构，消减参数，挥发性流体俯冲带是冷的洋壳向上覆大洋板块或大陆板块之下消减的区域，在火山活动、地震活动性、变质作用、大地热流、地震波... 相似文献
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俯冲带流体作用的地球化学示踪 总被引：4，自引：1，他引：4
俯冲带流体包括俯冲带岩石脱水形成的水流体和熔融作用产生的熔体。俯冲带流体循环及伴随的化学作用是壳幔演化和物质交换的重要机制。岛弧火山岩地球化学研究可以示踪流体的性质、成分。造山带变质岩内高压脉是俯冲带流体活动的直接记录。通过高压脉及其主岩地球化学研究 ,可以示踪流体成分和来源。俯冲带水流体成分与流体释放深度有关 ,俯冲带深处 ( >5 0km)形成的水流体内溶质相当可观。水流体流动方式有大规模沟道式和小规模弥散式 ,与其相应的流体来源分别为外来的和内部的。俯冲带流体组分、流动方式、物质交换机制与俯冲带深度、热状态、物质结构的定量关系 ,以及矿物 /水流体间元素分配系数的高压实验可能将是俯冲带流体今后研究的重要课题。中国西天山高压变质带榴辉岩及蓝片岩中广泛发育高压脉 ,根据脉的矿物组合 ,高压脉可分成 4种类型。高压脉氧同位素研究表明 ,脉体与流体间氧同位素交换宏观与局部平衡 ,流体活动为大规模的 ;流体活动方式既有沟道式 ,又有渗透式 ;流体的δ18O值为 + 10 .8‰左右 ,流体来源于主岩经过海水低温蚀变的大洋玄武岩。西天山广泛发育的高压脉 (尤其是蓝片岩中的高压脉的发现目前在世界范围尚属首例 ) ,是研究古俯冲带流体作用良好的野外天然实验室。 相似文献
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流体在俯冲加工厂中扮演着重要的角色。岩石学研究通常针对矿物中的“固定流体”,而对俯冲带内自由活动的流体,特别是自由流体不混溶分离演化过程及其影响的研究较为缺乏。流体的不混溶及其演化在自然界普遍存在,这一点在自然样品研究、高温压实验和流体状态方程理论计算的结果中得到验证。俯冲带中实际的流体体系是多元的、开放的和复杂的系统。随着流体的运移和演化过程,流体及流体-岩石体系将更加多样化。因此流体不混溶及其演化具有普遍性、复杂性和多样性的特点。地球物理的证据表明俯冲带内的流体集中在俯冲板片靠近海沟处、俯冲板片与上覆地幔楔界面附近和上覆地幔楔内部。这些单相或多相的流体可以通过多种路径、机制和传输方式进行运移。在大范围尺度上,流体可以沿着俯冲板片与上覆地幔楔之间的密封界面自下而上倾斜流动。在一些密封破裂的排泄口处(如岩体形变或断裂/断层处)流体向上流入地幔楔。不排除由岩石裹挟或在俯冲板片弯折处向下运移的流体。在局部尺度上,流体运移受到不同岩性以及具有各向异性渗透率的构造界面的控制。通过结合俯冲带中流体运移可能的路径、流体高温压范围的P-T-X相图和俯冲带热结构模型,我们构建并探讨了简单二元体系流体在... 相似文献
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为探讨水流体活动对板块俯冲隧道过程及大陆碰撞造山的制约作用,采用热力学和动力学耦合的数值模拟方法,建立了系统的数值模型.结果显示俯冲隧道内的混杂岩存在两种不同的折返路径:（1）平行于俯冲隧道斜向上折返,形成靠近缝合带的高压-超高压变质岩;（2）近垂直穿过上覆地幔楔侵入地壳深度.这两种差异性的模式主要受控于俯冲带热结构.俯冲带的温度结构控制俯冲隧道内水流体和熔体活动,从而影响上覆地幔楔的弱化程度,最终导致俯冲带内物质的不同运移过程和折返路径.同时,大陆俯冲碰撞带的岩石圈变形和拆沉作用均与俯冲带的流体-熔体活动所导致的岩石圈弱化息息相关.数值模拟结果极大促进了对于板块俯冲带流体-熔体活动及其动力学过程的理解. 相似文献
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俯冲带热结构是控制俯冲板块演化的最主要因素之一.前人通过建立解析模型和数值模型对大洋俯冲带热结构进行了一系列研究,发现俯冲板块年龄和俯冲速度是影响俯冲带热结构的关键因素.为了认识大陆俯冲带热结构,特别是理解数值模型结果与岩石学结果之间的差异,我们建立了二维大陆俯冲带运动学和动力学数值模型研究其热结构演化.模型结果显示,如果大陆俯冲板块的俯冲速度与角度和大洋板块一致的话,较低的大陆俯冲带初始温度导致其板块温度比大洋俯冲带低.但是,当大陆俯冲板块的初始温度较高,俯冲速度超慢并且考虑大陆地壳中的放射性元素生热时,模型得到的大陆俯冲带热结构能够解释通过高压和超高压变质岩得到的较热的俯冲板块温度.另一方面,如果俯冲板块与上覆板块存在动力学解耦作用,也能够得到较热的俯冲温压数据. 相似文献
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本文采用热力学计算方法,对庐山变泥质岩在高温高压条件下的变质脱水过程进行了研究.结果表明,俯冲带沉积物在冷、热俯冲带的变质脱水过程明显不同.在冷俯冲带,沉积物变质脱水作用开始于95 km深处,并一直持续到120 km深处,此时仍有3%的流体保存在沉积物中.在热俯冲带,沉积物的脱水过程集中在两个阶段,50～60 km和75～80 km.经历了这两个脱水阶段后,沉积物仍然携带着部分流体(0.9%),进入到俯冲带深部(大于120 km). 相似文献
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俯冲带的流体地质作用 总被引：1，自引：0，他引：1
俯冲带是地球上流体活动最活跃的地区之一，也是流体由表层进入深部岩石圈的主要通道。流体活动对岩石成分、成岩作用、构造变形、变质作用、部分熔融和岩浆－火山作用，以及海洋生物－化学环境都有重要的控制和影响。本文回顾和总结了俯冲带流体地质作用研究的现状和进展，对古俯冲带流体地质作用的若干问题进行了探讨。 相似文献
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成矿流体研究新进展及研究动态 总被引：1，自引：0，他引：1
本文论述80年代以来流体研究取得的进展及未来的研究动态展望,主要进展表现在构造作用中的地质流体,地壳变形过程中质量和能量的传递;岩浆房附近的孔隙流体压强;水热体系中侵入体空隙渗透性的演化和类型,区域变质作用中的流体动力学,表面水深循环进入到水热变质带和熔融区的氢、氧同位素制约条件,与区域变质作用、地壳深熔作用有关的水热体系,地壳水力学的时间尺度,造山带中的流体作用,消减带的流体作用,二氧化碳的脱气作用。近十年来及未来的研究热点主要表现在将流体的形成和演化与造山作用、构造变形、剪切作用、板块俯冲、壳幔对流等联系起来,俯冲带中的流体、剪切带中的流体、盆地卤水、海底热泉、大陆热泉、成矿流体油气形成及运移、地壳流体与地震火山活动等,对地质流体的成因、特征及其地质作用过程有了更深刻的理解。 相似文献
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《矿物岩石地球化学通报》2016,(5)
正了解由俯冲及火山活动引起的地球上长时间尺度的碳循环是理解地球结构、动力学和气候变化的关键。然而,俯冲带碳迁移的机制在很大程度上仍是未知。由板块熔融产生的流体可能溶解大量的碳,但是通常认为在俯冲带流体中C-H-O完全混溶相。为了限定在俯冲带中天然C-H-O流体混溶相关系,中科院广州地球化学所青年千人学者李元设计 相似文献
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绿帘石记录俯冲带变质流体活动 总被引：1，自引：0，他引：1
俯冲带是连接地球表生圈层和深部圈层的关键纽带,深刻影响着地球内部的运行方式和人类宜居环境。俯冲板片脱水释放的高压-超高压变质流体控制着俯冲带诸多重要地质过程,如地幔楔交代和部分熔融、岛弧岩浆活动、中/深源地震以及地球内部的元素迁移和分异等等。深入了解这些流体的源区、运移、成分和物理化学条件是理解这些流体性质和行为的前提和关键。绿帘石是俯冲带变质岩中一个常见的含水造岩矿物,具有较宽广的稳定温压范围(绿片岩相-榴辉岩相)、较高的微量元素含量和缓慢的体扩散行为(如Sr、Pb、Th、U、Cr、V和LREE),能够指示俯冲带(多期)变质流体活动和地球化学效应。本文总结了近年来俯冲带变质绿帘石研究的主要进展及其在揭示俯冲带流体活动方面的重要应用,包括探究俯冲带流体的起源、成分特征、运移方式、氧逸度条件、交代效应和多期次结晶行为。这些研究表明绿帘石是一个极好的变质流体活动记录器,能够为理解俯冲带流体活动和深部元素迁移提供关键信息。 相似文献
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俯冲带变质脱水作用对俯冲带的流体形成、岩浆起源和演化起着重要的控制作用。泥质岩是俯冲板块表层沉积物的典型代表,本文以天然泥质岩为对象,成功运用高压差热分析(HP-DTA)方法对其在1．5-4．0GPa下的脱水温度进行了实验研究。结果表明,泥质岩的脱水温度与压力呈很好的负相关关系。通过与冷、热俯冲带地热梯度线比较,确定了泥质岩在俯冲带深部发生变质脱水作用的深度范围(75-145 km),为岛弧岩浆源区位置的解释提供了实验证据。 相似文献
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俯冲带变质过程中的含碳流体 总被引：1，自引：1，他引：0
俯冲带含碳岩石通过俯冲过程的变质反应生成了含碳水流体、富硅酸盐的超临界流体和含碳熔体。不同类型流体的形成与岩石成分和岩石经历的温压条件相关。岩石中碳酸盐矿物脱碳反应的温压条件取决于岩石起初的流体成分:有水存在时,反应发生在低温条件下。在高压条件下,碳酸盐矿物在水或含盐水流体的溶解是生成含碳流体重要的机制,其导致的碳迁移作用可能超过脱碳变质反应的作用。高温条件下,含碳岩石的部分熔融可以生成含碳的熔体,这在热俯冲环境和俯冲带岩石底辟到上覆地幔的情况下是碳迁移重要载体。富硅酸盐的超临界流体可能是在第二临界端点上形成的超临界流体,目前在超高压岩石中观察到的非花岗质成分的多相固体包裹体被认为是这种流体结晶的产物,然而对其理解尚存在很多问题,需要进一步的实验研究。地表含碳岩石在俯冲带被带到深部,俯冲带地温特征的不同导致了不同类型含碳流体的形成,这些流体运移至上覆地幔引起岩石部分熔融产生含碳的岛弧岩浆,岩浆喷出到地表释放了其中的碳,这构成了俯冲带-岛弧系统的碳循环。 相似文献
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由板块俯冲引发的深部物质循环过程是地球内部的一级运行机制,主宰了地球从内到外的演化进程,是地球科学研究的重要前沿.俯冲带化学地球动力学研究不仅需要确定俯冲带地壳物质再循环的机制和形式,而且需要确定俯冲带动力来源和热体制及其随时间的变化.为了识别不同类型壳源熔/流体对地幔楔的交代作用、寻求板片-地幔界面反应的岩石学和地球化学证据、理解汇聚板块边缘地壳俯冲和拆沉对地幔不均一性的贡献,我们必须将俯冲带变质作用、交代作用和岩浆作用作为一个地球科学系统来考虑.板块俯冲带变质过程中发生一系列物理化学变化,这些变化不但是导致板块进一步俯冲的主要驱动力,同时也控制着释放的熔/流体组成和俯冲到地球深部的物质组成,对俯冲带化学地球动力学过程产生重要影响.地幔楔作为俯冲系统中连接俯冲盘和仰冲盘的关键构造单元,在地球层圈之间物质循环和能量交换等方面起着重要作用.造山带地幔楔橄榄岩直接记录了俯冲带多种性质的熔/流体交代作用,以及复杂的壳幔物质循环过程.俯冲带岩浆岩是大洋/大陆板块俯冲物质再循环的表现形式,这些岩石样品记录了俯冲带从深部地幔到浅部地壳的过程,也为认识地球深部物质循环提供了理想的天然样品.尽管国际上在俯冲带岩石学和地球化学领域针对地球深部过程的研究方面取得了多项重要进展,但由于研究工作缺乏密切的协同配合,包括俯冲带熔/流体的物理化学性质、俯冲带壳幔相互作用的机制和过程、俯冲带幔源岩浆活动的物质来源和启动机制以及深部地幔过程对地表环境的影响等许多关键科学问题尚未得到根本解决.将来的研究需要聚焦俯冲带物质循环这一核心科学问题,进一步查明俯冲带变质作用、交代作用、岩浆作用等过程的各自特征和相互联系,包括挥发性组分在地球深部的迁移过程及其资源和环境效应,着力考察研究相对薄弱的古俯冲带,阐明板块俯冲与地球深部物质循环之间的耦合机制. 相似文献
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中国东部及南海西部陆缘CO2气藏形成机理 总被引：8，自引：0，他引：8
以我国东部及南海西部陆缘众多CO2气葳为依据，分析了气藏中气体组分、同位素组成及分布特征，指出该地区从北至南分布着一巨型北东向岩浆幔源无机成因CO2气藏带，莺歌海盆地中具有壳幔混源特征，其形成机理与欧亚板块和太平洋板块碰撞俯冲带所形成的构造岩浆作用有关；靠近俯冲带，热源体以火山岩体、基性玄武岩为主，远离俯冲带则以泥底辟热流体为主；超壳断裂是幔源气和热源的输运通道。 相似文献
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板块俯冲起始与成熟阶段的差异变质响应 总被引：1，自引：0，他引：1
陈意 《矿物岩石地球化学通报》2019,(3):490-498,438
板块俯冲起始是俯冲带最不为人知的关键过程之一,对理解全球板块构造如何启动有重要意义。本文综合了最新的数值模拟、变质岩石学和年代学研究结果,探讨板块俯冲起始到成熟阶段的热结构和变质作用差异。从俯冲起始到成熟阶段,俯冲带热结构由"热"变"冷",初始俯冲更可能形成的是角闪岩或麻粒岩,形成于热俯冲环境,以逆时针p-t轨迹为主,通常伴随板块部分熔融过程;而成熟阶段形成的主要是低温蓝片岩和榴辉岩,形成于冷俯冲环境,具有典型的顺时针p-t轨迹,以板块变质脱水为主。对俯冲带高t/p变质岩(如变质底板)的进变质过程、时间以及构造背景等方面需进一步加强研究,以获取更详实的现代板块俯冲起始阶段的地质过程。 相似文献
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俯冲带中的水在壳幔演化和物质交换中起重要作用。本文就俯冲带中水的物理化学性质、溶液中的离子缔合、混溶、主量元素与微量元素组成等方面进行了阐述。重点剖析:1)超临界态下温度压力条件的改变导致水微观结构与性质的变化,扩散系数、粘度等性质随之改变,进而对水岩反应产生影响;2)富水流体中离子缔合影响着金属配合物数量,很大程度制约流体中矿物的溶解行为;3)低Cl流体中微量元素配分模式与岛弧玄武岩类似,意味着富水贫氯碱性硅酸盐成分的流体在地幔楔元素运移中起关键作用。并展望了俯冲带中流体化学性质研究的新手段。 相似文献
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印度与欧亚板块俯冲—碰撞过程岩石圈热结构模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
研究中采用了非线性非稳态的二维热传导－平流方程，首次考虑了俯冲角度及地球物质材料的性质对摩擦生热率的影响，对拉萨地块中部100－40Ma期间印度与欧亚板块俯冲－碰撞过程岩石热结构演化过程数值模拟进行了尝试，在模拟板块俯冲－碰撞过程中高原中部热结构的同时探讨了岩石圈的拆层作用对高原（尤其是对拉萨地块）热结构的影响。模拟结果显示，在俯冲阶段岩石圈热结构能较好地解释冈底斯花岗岩带中花岗闪长岩及其中铁镁质微粒包体存在壳幔二元体系这一认识。 相似文献
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超临界地质流体是富溶质的浓稠流体,它们既有含水熔体的组成和结构,又有接近富水流体的密度和粘度,因而具有超强的元素溶解和迁移能力。目前从俯冲板片脱出并引发地幔楔熔融和弧岩浆活动的流体性质还模糊不清,阐明板片流体的性质及其对元素迁移的关键控制因素,特别是对超临界流体研究程度的提高,可能为俯冲带元素迁移、物质循环和成矿等过程和机制的理解提供新的认识和视角。本文回顾和剖析俯冲带流体和超临界流体的形成以及它们对元素(特别是难溶元素)的迁移能力和关键控制因素的实验研究现状,提出亟待解决的重要科学问题。 相似文献
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俯冲带是全球最大的物质循环系统,控制着硫(S)在地球内部圈层及表层的循环,影响着大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的稳定性以及地球的宜居性。厘清S在俯冲带中的地球化学行为和循环特征对理解地球各储库的氧化还原状态、岩浆作用与演化、成矿物质聚集、以及地球大气成分等具有重要意义。本文首先总结了进入俯冲带之前的大洋岩石圈的S结构模型,对S在大洋板片中的分布状态和地球化学特征进行了系统归纳。随后,系统阐述了俯冲带高压-超高压变质岩记录的板片变质及脱水过程中硫的地球化学行为。岩石学研究表明俯冲板片中的S多以硫化物相存在,硫酸盐矿物在弧前深度就已被释放或分解。相较于熔体,俯冲带流体中S的溶解度更高,是运移硫的更有效方式。DEW模型计算结果显示,流体中S含量总体较低,但在俯冲板片~90km处其含量有一个峰值(浓度0.5%~1.0%)。岩相学证据、地球化学测试结果、磷灰石S近边吸收结构(S-XANES)特征以及模拟结果都显示俯冲深部流体中S多以HS^(-)及H_(2)S形式存在,不含大量的SO_(4)^(2-)及硫酸盐;中f_(S_(2))流体有利于S迁移出俯冲板片,从而促进俯冲带大规模S循环,而高f_(S_(2))流体在流-岩交换过程沿流体通道发生S的锁固作用而不利于俯冲带S循环。质量平衡计算显示全球俯冲带S输入通量为4.65×10^(13)g/yr,弧下深度板片S输出通量为2.91×10^(12)g/yr,板片-岛弧S循环效率仅6.3%。俯冲板片在弧下深度可能存在一个短暂高效的S释放窗口,释放流体的δ^(34)S值为-2.1±3.0‰。基于高压-超高压变质岩中硫化物的研究,初步厘清了俯冲板片中S的地球化学行为,首次从板片角度全面、定量地限定了俯冲带的脱硫通量、效率、种型和同位素特征,提出俯冲带循环的S不是岛弧岩浆的氧化剂,与岛弧环境的正δ^(34)S值也无直接因果联系,对解析俯冲带S循环和理解地球长期的S循环具有重要意义。最后,本文还展望了俯冲带S循环的未来发展方向,应在俯冲带流体氧化还原性质(硫酸盐的命运)、俯冲沉积物对S循环的制约、俯冲带环境下多硫同位素的分馏效应、S循环与其它挥发分(如C等)循环之间的耦合关系、地球历史上深部S循环等方向做出探索,更深入地理解俯冲带及全球S循环过程。 相似文献