万天丰-中国区域大地构造之十三(中国大陆岩石圈)

第十三章中国大陆岩石圈结构、特征与热状态万天丰2011年现代莫霍面的地震探测剖面一、现代莫霍面的深度变化Sun，2003，滕吉文等，2002Moho界面探测（滕吉文，曾融生等，2002）•人工地震测深资料，共50000km，精度±2km•山区地壳厚度梯度带（昆仑，阿尔金，横断山，大兴安岭-太行山）•青藏地壳增厚区，N→S，52-68-74-56km•云贵川-鄂尔多斯-内蒙，40-44km•中国东部地壳减薄带（松辽-渤海-郯庐-海南）30-34kmMoho界面探测,滕吉文,曾融生等，2002•盆地Moho面上隆2-10km，地壳厚度比周边薄•准噶尔Moho面深42km上升4-8km•塔里木42-445-10•柴达木524-8•四川40-42与西侧比2-4•鄂尔多斯40-42与西侧比2-4•松辽30-32与西侧比4-6•环渤海28-30与西侧比4-6•东南沿海10-20与西侧比4-6•南海-北部湾10-16与西侧比4-8东部的地壳结构(四层)袁学诚，1996;高山等，1999上地壳厚度为14km，其地震纵波速度为6.0km/s左右,SiO2的平均含量为65%,代表性岩石为沉积岩、花岗岩和低级变质岩，其成分与全球上地壳化学成分比较一致（Condie，1993），为构造变形较强的部位；中地壳深度为14～24km，其地震纵波速度为6.4～6.6km/s,低于全球的平均值,在我国华北地区深度为20km附近，普遍存在低速高导层。SiO2的平均含量为62%，代表性岩石为90%的TTG花岗片麻岩以及10%的斜长角闪岩,其成分与全球中地壳化学元素丰度值基本一致，具有更高的SiO2、K2O、Ba、Li、Zr、LREE和LaN/YbN，并具有明显负Eu异常特征，说明中国东部中地壳演化程度更高，也即构造活动性较强，在许多地区是构造滑脱面下地壳结构下地壳上部的深度为24～32km，其地震纵波速度为6.8km/s左右,以华北克拉通麻粒岩相为代表,SiO2的平均含量为57～66%；下地壳下部的深度为32～37km，其地震纵波速度为7.0～7.1km/s左右,(莫霍面之下,其地震纵波速度跃升为8.1km/s),SiO2的平均含量为50%,代表性岩石为铁镁质麻粒岩。下地壳的构造比较简单、平缓的。中国东部下地壳整体组成与中性麻粒岩一致，其地震纵波速度较全球大陆地壳平均值低0.2～0.5km/s，与国际上普遍认为的镁铁质下地壳（SiO250%）模型不同，而与欧洲的双层下地壳模型（上部为长英质，下部为镁铁质）相近华北地壳GGT中国剖面，袁学诚等二、现代岩石圈的厚度问题现代岩石圈的厚度问题南段中段龙门山-雪峰山-武夷山岩石圈剖面地壳厚度与岩石圈厚度•西太平洋边缘海与沟弧系20日本36-3855-65km•东、黄海-台湾28-1865-75km•东北32-3470-80km•东部大陆沿海25-3450-90km•鄂尔多斯44-42100-120km•华南上扬子40-50160km•横断山4080km•准噶尔42140-150km•塔里木44,天山48-52,阿尔金64-48＞150km•青藏地区N→S52-68-74-56喜马拉雅60-40180-220km软流圈底面一般为300km•地壳厚度与岩石圈厚度无相关性地壳与岩石圈厚度变化无相关性•壳厚幔薄祁连山（74，120-150）•壳薄幔薄太行山（36，70）龙门山（40，60）横断山（40，80）•壳薄幔厚四川盆地（43，200）塔里木盆地（42-50，300）•壳厚幔厚青藏高原（65，180-220）（蔡学林，1998）地壳：地质历史时期增生、叠加、再循环、累积而形成，地壳厚度比较均匀莫霍面Vp7.0→8.0km/s,局部降低岩石圈上地幔：星子重熔、地幔分异-热活动,大陆型-大洋型厚度变化极大,n×10-n×102km岩石圈底面Vs4.4-4.7→4.0km/s,电阻率102-103→＜20Ωm岩石圈内部的滑脱面不是刚性体地质历史时期的地壳与岩石圈厚度MohodiscontinuityandmiddlecrustbottomoflithosphereYanshanian:Jurassic–EarliestCretaceous,200-135MaCrustdetachmentinlithosphereofSouthChinaDuringJurassicAsthenosphereLithosphermantleL.CrustUpperMohodiscontinuitymiddlecrustbottomoflithosphereSichuanian:EarlyCretaceous-Paleocene,135-52MaEocene-Oligocene52-23MaNeocene-EarlyQuaternary23-0.78MaMainlyhappenedatbottomoflithosphereEarthquakesourcedepth:mainlyatmiddlecrustandMohodiscontinuityAtNorthChina,Helanshan–Hengduanshan,Taiwan–FujianareasBoundarybetweenoceanicandcontinentaltypesoflithospheremantlemigratedtoeast(100-200km)Neotectonic:SinceMiddleQuaternary(0.78Ma-)三、中国东部形成薄岩石圈的原因•假说一：岩石圈拆沉、去根作用？•假说二：新生岩石圈,热地幔上涌•假说三：燕山期地壳逆时针转动，上下地壳间和莫霍面滑脱，陆壳东移到海洋型、热的上地幔，构成薄的过渡型岩石圈；吴福元，2003假说一：岩石圈拆沉、去根作用？邓晋福2003密度问题假说二：新生岩石圈,热地幔上涌（时间问题）燕山期-四川期•上下地壳间和莫霍面的滑脱证据：大量中酸性岩浆活动（S、A型多，下地壳包体多），•暂无岩石圈底面大滑脱的证据古大陆与大洋岩石圈地幔的分界：兴安岭-太行山一带华北地幔橄榄岩中橄榄石百分含量与其Fo(橄榄石中的镁铁比)显示了“大洋趋势”华南地区燕山期构造事件•面状、S型花岗岩带东移，轴向轻微转动逆时针转动，地壳适度增厚(35~45km）与此同时，从大陆岩石圈地幔移到大洋岩石圈地幔之上，岩石圈厚度变薄，约110→80km构造作用与岩浆活动（假说三）•大洋岩石圈薄，1280°C在较浅处，热活动较强，•中地壳低速高导层滑脱（前展式逆掩断层），•莫霍面为局部滑脱•诱发地壳局部熔化，构成面状花岗岩•火山岩所指示的地幔同位素特征：EM1-DM型，轻度扰动或未扰动的地幔,海洋型地幔•陆壳内岩浆活动，与板块俯冲作用无关J-K11燕山期陆壳陆幔型岩石圈陆壳洋幔型岩石圈大洋岩石圈大陆型岩石圈大洋型岩石圈陆壳洋幔型过渡岩石圈中国东部特殊的岩石圈结构控制了岩石圈厚度构造-岩浆作用、重力梯度带、现代台阶状地形四、地壳热状态现代大陆2km深处的地温现代大陆3km深处地温梯度3000米地温分布特征•以传导热为准，不能用对流热的资料•中国东部盆地平均90-100℃，最高150℃（NNE向断裂控制，普遍有水,对流热），山区较低，平均地温梯度30-33℃/km•青藏高原80℃，最高110-150℃，局部（滇西，藏南）200-300℃（近南北向），平均地温梯度27℃/km(干井多,热传导)，局部40-67-100℃/km地质历史时期的古地温梯度•用变质相带的温压估算资料•用岩浆源区的温压估算资料•尽量不用地幔的数据(地温梯度低),主要探讨地壳的地温梯度(个别偏大或偏小的数据也参加平均),共282个数据•现代地温梯度(92个,据王钧等,1990)地质历史时期的古地温梯度•太古宙47个地区平均24.2℃/km•古元古代28个地区平均24.6℃/km•中元古代15个地区平均26.7℃/km•新元古代30个地区平均22.8℃/km•早古生代34个地区平均23.3℃/km•晚古生代20个地区平均29.1℃/km•中生代58个地区平均27.9℃/km•古近纪8个地区平均26.9℃/km•新近纪42个地区平均25.4℃/km•现代92个地区平均28.3℃/km五、峨嵋山大火山岩省及地幔羽的存在？•晚古生代石炭-二叠纪峨嵋山溢流玄武岩广布•地幔底辟在澜沧江洋和金沙江洋之下•金沙江37℃/km,墨江36-38℃/km澜沧江44℃/km,广西大容山52.6℃/km广西十万大山49℃/km其他时期暂未发现，证据不足（新生代？）GondwanaPlate峨眉山大火山岩省的展布全球地幔羽的存在超临界流体起源于核幔边界上升到岩石圈底面