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[摘 要] 本文简单介绍了拆沉作用的概念,简明分析了不同学者关于拆沉作用发生的条件、拆沉作用与大规模岩浆活的关系、拆沉作用与埃达克(质)岩的关系的观点,笔者认为地壳加厚使得下地壳达到榴辉岩相,榴辉岩相的下地壳发生部分熔融使下地壳密度进一步增加超过下伏岩石圈地幔的密度是拆沉作用发生的前提。
[关键词] 拆沉作用 下地壳 岩石圈地幔 密度
拆沉作用的概念最初是由B ird(1978、1979)年提出的。在早期关于拆沉作用的研究中, 拆沉作用是指大陆下的岩石圈地幔比软流圈温度低, 所以密度较软流圈大, 因此产生重力不稳定性, 当发生地质作用产生合适的裂隙时, 岩石圈地幔将沉入软流圈地幔中。这是人们通常所指的、狭义的拆沉作用。Hou seman 等(1981、1996)提出的对流减薄(convective thinning) 模型认为, 由于密度较小的软流圈地幔下伏于密度较大的岩石圈地幔覆于之上将造成对流, 这样也会使岩石圈地幔下沉沉进入软流圈之中,岩石圈也随之减薄。目前, 学者们将造成的岩石圈地幔沉入软流圈的这两种机制, 均称为拆沉作用。根据已有文献, 拆沉作用应泛指因重力的不稳定性导致大陆下地壳、岩石圈地幔或大洋地壳沉入地幔或下伏软流圈的过程。其中, 拆沉作用的驱动力是由于下地壳密度超过下伏岩石圈地幔而产生的重力不稳定性, 其可能结果是使下地壳产生向下运动的趋势,造成下地壳或岩石圈地幔与下地壳一同沉入软流圈。地壳加厚是下地壳发生拆沉作用的前奏曲。
众多讨论过下地壳拆沉问题,一些学者认为,下地壳不可能穿过下伏的刚性的岩石圈地幔沉入软流圈地幔之中,而只有和下伏岩石圈地幔一起,拆沉作用才能发生(邓晋福等,1994,2003;高山和金振民,1998)。而张旗(2006)认为下地壳整体拆沉的可能性不大,而很可能是一块一块被蚕食,一块一块被拆沉,一块一块如飘雪花般地沉入软流圈地幔。且下地壳拆沉需要满足三个条件:(1)地壳加厚使下地壳或下地壳底部由于温压的作用达到榴辉岩相,密度加大;(2)下地壳发生部分熔融熔点低的长英质岩浆溢出,使得下地壳的密度密度进一步增加直至超过下伏岩石圈地幔;(3)下伏下地壳的岩石圈地幔因来自软流圈地幔的热量转变为塑性的软流圈地幔,使得高密度的下地壳能够沉入软流圈地幔。三个条件第一个学术界已经达成了共识,第二和第三个条件学者们基本上分为两种观点,一部分学者认为先拆沉后发生大规模的岩浆作用;另一部分学者认为先发生大规模的岩浆作用后才发生拆沉作用。笔者赞同后一种观点,即下地壳加厚达到榴辉岩相,而后下地壳发生部分熔融岩浆溢出使其密度进一步增加直至超过下伏岩石圈地幔,且下伏岩石圈地幔已经被软化为塑性的软流圈地幔,此时,下地壳即可发生拆沉进入软流圈。
下地壳拆沉与大规模岩浆活动的关系
目前的争论在于,是大规模的岩浆活动引发了拆沉作用还是拆沉作用引发了大规模的岩浆活动?一些学者认为,大规模岩浆活动需要相当大的热源,最合适的解释是下地壳拆沉和岩石圈地幔一道拆沉造成软流圈直接与陆壳接触,因此,是拆沉作用导致了大规模的岩浆活动(邓晋福等,1996,2003;高山和金振民,1997)。张旗等(2006)认为要发生拆沉作用首先要地壳加厚,使下地壳或下地壳底部达到榴辉岩相使其密度密度增加;其次是下地壳发生部分熔融使其密度进一步增加,直至大于下伏岩石圈地幔;这样才能使重力不稳定,使下地壳有向下运动的趋势。因此,下地壳加厚和部分熔融形成的中酸性岩浆大量移出是下地壳密度进一步增加,下地壳密度增加超过下伏岩石圈地幔才能导致拆沉作用。笔者赞同后一种看法。我们知道,下地壳常常是玄武质的( 斜长角闪岩),岩石圈地幔密度大于下地壳,地壳将稳定的漂浮在岩石圈地幔之上(高山等,1998)。要发生拆沉作用下地壳的密度必须超过下伏岩石圈地幔的密度,而下地壳的部分熔融是其密度增加和地壳向长英质方向发展的有效方式。因此笔者认为大规模的岩浆活动引发拆沉作用的可能性较大。
下地壳拆沉与埃达克岩
根据目前的文献,下地壳拆沉形成埃达克岩已经得到众多学者的认可,但是对先形成埃达克(质)岩后拆沉还是先拆沉后形成埃达克(质)岩目前在地学界还没有达成共识。一些学者认为(张旗等,2006),地壳加厚后由于压力的增加使下地壳达到榴辉岩相,而后下地壳发生部分熔融,形成埃达克(质)岩。而另外一些学者认为,加厚的下地壳达到榴辉岩相后由于密度超过了下伏岩石圈地幔的密度,与下伏岩石圈地幔一道沉入软流圈,下地壳在下沉的过程中受到软流圈的加热发生部分熔融形成埃达克(质)岩。提出是拆沉作用导致了大规模的岩浆活动的论点的一个重要的理由是,下地壳拆沉能够使软流圈地幔上涌到达地壳底部,带来大量的热,从而引起下地壳大规模的岩浆活动。笔者倾向于前一种观点,因为,下地壳达到榴辉岩相后如果发生部分熔融其密度会进一步增加,使下地壳由于重力的作用向下运动的趋势加强,从而使发生拆沉作用的可能性增加。
结论
综上所述,笔者赞同张旗先生的观点,地壳加厚使得下地壳密度达到达到榴辉岩相,下地壳发生部分熔融使得下地壳的密度进一步增加直至超过下伏岩石圈地幔,岩石圈地幔变为塑性的软流圈地幔,拆沉作用才可能发生。即大规模的岩浆活动引发了拆沉作用。
参考文献:
[1] Houseman G A , M cKenzieD P, Mo lnar P. Convective instability of a thickened boundary layer and its relavance for the thermal evolution of continental convergent belts. J. Geop hy s. R es. , 1981, 86: 6135- 6155.
[2] Houseman G. F rom mountains to basin. Nature, 1996, 379: 771- 772.
[3] Seber D, BarazangiM , Ibebrahim A et al. Geophysical evidence for lithospheric delamination beneath the A lboran Sea and R if-Betic mountains. Nature, 1996, 379: 785- 790.
[4]邓晋福,莫宣学,赵海玲等,1994.中国东部岩石圈根/去根作用与大陆“活化”. 现代地质,8:349-356.
[5]邓晋福,刘厚祥,赵海玲等.1996. 燕辽地区燕山期火成岩与造山模型. 现代地质,10:137-148.
[6]邓晋福,苏尚国,赵海玲,莫宣学,肖庆辉,周肃,刘翠,赵国春.2003. 华北地区燕山期岩石圈减薄的深部过程.地学前缘,10:41-55.
[7]高山,金振民.1997. 拆沉作用(delemination)及其壳-幔演化动力学意义. 地质科技情报,16:1- 9.
[8]高山,Ducea M N,金振民.Saleeby J B.1998. 下地壳拆沉作用及大陆地壳演化.高校地质学报,4:241- 249.
[9]吴福元,孙德有,张广良等.2000.论燕山运动的深部地球动力的本质. 高校地质学报,6:379-388.
[10]张旗,金惟俊,王元龙,李承东,王焰,贾秀勤.2006.大陆下地壳拆沉模式初探.岩石学报22:265-276.
[关键词] 拆沉作用 下地壳 岩石圈地幔 密度
拆沉作用的概念最初是由B ird(1978、1979)年提出的。在早期关于拆沉作用的研究中, 拆沉作用是指大陆下的岩石圈地幔比软流圈温度低, 所以密度较软流圈大, 因此产生重力不稳定性, 当发生地质作用产生合适的裂隙时, 岩石圈地幔将沉入软流圈地幔中。这是人们通常所指的、狭义的拆沉作用。Hou seman 等(1981、1996)提出的对流减薄(convective thinning) 模型认为, 由于密度较小的软流圈地幔下伏于密度较大的岩石圈地幔覆于之上将造成对流, 这样也会使岩石圈地幔下沉沉进入软流圈之中,岩石圈也随之减薄。目前, 学者们将造成的岩石圈地幔沉入软流圈的这两种机制, 均称为拆沉作用。根据已有文献, 拆沉作用应泛指因重力的不稳定性导致大陆下地壳、岩石圈地幔或大洋地壳沉入地幔或下伏软流圈的过程。其中, 拆沉作用的驱动力是由于下地壳密度超过下伏岩石圈地幔而产生的重力不稳定性, 其可能结果是使下地壳产生向下运动的趋势,造成下地壳或岩石圈地幔与下地壳一同沉入软流圈。地壳加厚是下地壳发生拆沉作用的前奏曲。
众多讨论过下地壳拆沉问题,一些学者认为,下地壳不可能穿过下伏的刚性的岩石圈地幔沉入软流圈地幔之中,而只有和下伏岩石圈地幔一起,拆沉作用才能发生(邓晋福等,1994,2003;高山和金振民,1998)。而张旗(2006)认为下地壳整体拆沉的可能性不大,而很可能是一块一块被蚕食,一块一块被拆沉,一块一块如飘雪花般地沉入软流圈地幔。且下地壳拆沉需要满足三个条件:(1)地壳加厚使下地壳或下地壳底部由于温压的作用达到榴辉岩相,密度加大;(2)下地壳发生部分熔融熔点低的长英质岩浆溢出,使得下地壳的密度密度进一步增加直至超过下伏岩石圈地幔;(3)下伏下地壳的岩石圈地幔因来自软流圈地幔的热量转变为塑性的软流圈地幔,使得高密度的下地壳能够沉入软流圈地幔。三个条件第一个学术界已经达成了共识,第二和第三个条件学者们基本上分为两种观点,一部分学者认为先拆沉后发生大规模的岩浆作用;另一部分学者认为先发生大规模的岩浆作用后才发生拆沉作用。笔者赞同后一种观点,即下地壳加厚达到榴辉岩相,而后下地壳发生部分熔融岩浆溢出使其密度进一步增加直至超过下伏岩石圈地幔,且下伏岩石圈地幔已经被软化为塑性的软流圈地幔,此时,下地壳即可发生拆沉进入软流圈。
下地壳拆沉与大规模岩浆活动的关系
目前的争论在于,是大规模的岩浆活动引发了拆沉作用还是拆沉作用引发了大规模的岩浆活动?一些学者认为,大规模岩浆活动需要相当大的热源,最合适的解释是下地壳拆沉和岩石圈地幔一道拆沉造成软流圈直接与陆壳接触,因此,是拆沉作用导致了大规模的岩浆活动(邓晋福等,1996,2003;高山和金振民,1997)。张旗等(2006)认为要发生拆沉作用首先要地壳加厚,使下地壳或下地壳底部达到榴辉岩相使其密度密度增加;其次是下地壳发生部分熔融使其密度进一步增加,直至大于下伏岩石圈地幔;这样才能使重力不稳定,使下地壳有向下运动的趋势。因此,下地壳加厚和部分熔融形成的中酸性岩浆大量移出是下地壳密度进一步增加,下地壳密度增加超过下伏岩石圈地幔才能导致拆沉作用。笔者赞同后一种看法。我们知道,下地壳常常是玄武质的( 斜长角闪岩),岩石圈地幔密度大于下地壳,地壳将稳定的漂浮在岩石圈地幔之上(高山等,1998)。要发生拆沉作用下地壳的密度必须超过下伏岩石圈地幔的密度,而下地壳的部分熔融是其密度增加和地壳向长英质方向发展的有效方式。因此笔者认为大规模的岩浆活动引发拆沉作用的可能性较大。
下地壳拆沉与埃达克岩
根据目前的文献,下地壳拆沉形成埃达克岩已经得到众多学者的认可,但是对先形成埃达克(质)岩后拆沉还是先拆沉后形成埃达克(质)岩目前在地学界还没有达成共识。一些学者认为(张旗等,2006),地壳加厚后由于压力的增加使下地壳达到榴辉岩相,而后下地壳发生部分熔融,形成埃达克(质)岩。而另外一些学者认为,加厚的下地壳达到榴辉岩相后由于密度超过了下伏岩石圈地幔的密度,与下伏岩石圈地幔一道沉入软流圈,下地壳在下沉的过程中受到软流圈的加热发生部分熔融形成埃达克(质)岩。提出是拆沉作用导致了大规模的岩浆活动的论点的一个重要的理由是,下地壳拆沉能够使软流圈地幔上涌到达地壳底部,带来大量的热,从而引起下地壳大规模的岩浆活动。笔者倾向于前一种观点,因为,下地壳达到榴辉岩相后如果发生部分熔融其密度会进一步增加,使下地壳由于重力的作用向下运动的趋势加强,从而使发生拆沉作用的可能性增加。
结论
综上所述,笔者赞同张旗先生的观点,地壳加厚使得下地壳密度达到达到榴辉岩相,下地壳发生部分熔融使得下地壳的密度进一步增加直至超过下伏岩石圈地幔,岩石圈地幔变为塑性的软流圈地幔,拆沉作用才可能发生。即大规模的岩浆活动引发了拆沉作用。
参考文献:
[1] Houseman G A , M cKenzieD P, Mo lnar P. Convective instability of a thickened boundary layer and its relavance for the thermal evolution of continental convergent belts. J. Geop hy s. R es. , 1981, 86: 6135- 6155.
[2] Houseman G. F rom mountains to basin. Nature, 1996, 379: 771- 772.
[3] Seber D, BarazangiM , Ibebrahim A et al. Geophysical evidence for lithospheric delamination beneath the A lboran Sea and R if-Betic mountains. Nature, 1996, 379: 785- 790.
[4]邓晋福,莫宣学,赵海玲等,1994.中国东部岩石圈根/去根作用与大陆“活化”. 现代地质,8:349-356.
[5]邓晋福,刘厚祥,赵海玲等.1996. 燕辽地区燕山期火成岩与造山模型. 现代地质,10:137-148.
[6]邓晋福,苏尚国,赵海玲,莫宣学,肖庆辉,周肃,刘翠,赵国春.2003. 华北地区燕山期岩石圈减薄的深部过程.地学前缘,10:41-55.
[7]高山,金振民.1997. 拆沉作用(delemination)及其壳-幔演化动力学意义. 地质科技情报,16:1- 9.
[8]高山,Ducea M N,金振民.Saleeby J B.1998. 下地壳拆沉作用及大陆地壳演化.高校地质学报,4:241- 249.
[9]吴福元,孙德有,张广良等.2000.论燕山运动的深部地球动力的本质. 高校地质学报,6:379-388.
[10]张旗,金惟俊,王元龙,李承东,王焰,贾秀勤.2006.大陆下地壳拆沉模式初探.岩石学报22:265-276.