地球物理学报(地球物理学报是sci吗)

EI，SCI分别是什么报刊杂志的代号？

表2青藏—喜马拉雅陆内造山带壳幔岩石学结构模型

这些都是检索系统，一个收录很多论文的数据库。 SCI主要偏重理论性研究。 SSCI是科学期刊数据库。 EI偏工程应用。 CSCD和核心期刊都是的数据库。 ISTP是会议论文数据库，以上都是期刊论文。

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G473 中华腔镜泌尿外科杂志电子版 G463 中华腔镜外科杂志电子版 G526 中华全科医师杂志 G515 中华全科医学

于大有的同名研究员

于大有1978-1982年：西安交通大学A550 中南民族大学学岩石学相平衡和实验表明，玄武质和花岗质岩浆可分别看作上地幔和地壳物质系统的低熔组分（minimum-melt comition）。众所周知，玄武质物质是导源于上地幔的新生地壳，花岗质物质是源于玄武质或闪长质地壳物质的再生地壳。我们可以把花岗质地壳看作壳幔物质系统分异作用的最终产物，把玄武质地壳看作壳幔物质系统分异作用的初始产物。报自然科学版物理系，理论物理专业学士。1982-1984年：宝鸡文理学院助教。1984-1987年：大学地球物理系，固体地球物理硕士。1987-19年：大学地质系，构造地质博士。19-1993年：科学院地球物理研究所博士后。1994-2003年：在局地质研究所工作。2003年到中科院地质与地球物理所工作；其中1990-19年在科学院远东分院学习。1999-2000年：英国Leicster大学地质系访问学者。

什么算权威期刊？

理学与毒理学杂志

权威期刊没有固定的标准，不同的机构、不同的行业有不同的要求。

权威期刊一般只是期刊的一种称谓，具体权威与否，以及到底有多权威都没有定量的估计分析，级别主要看影响因子比较。

就是具有前沿性，

影响因子高，

CSCD，CSSCI引文数据库里1—古元古代；2—中元古代靠前的就是了。

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,祝好运。

水合物层下伏游离气渗漏过程的数值模拟及实例分析

G225 重庆医学

苏正1,2，曹运诚1，吴能友1,22，Lawrence M.Cathles3，陈多福1,2

苏正，（1980—），博士，助理研究员，主要从事天然气水合物及盆地流体活动的数值模拟研究，E-mail:suzheng@ms.giec.ac。

注：本文曾发表于《地球物理学报》，2009,12:3124-3131，本次出版有修改。

1.科学院边缘海地质重点实验室/广州地球化学研究所，广州510640

2.科学院广州天然气水合物研究中心/可再生能源与天然气水合物重点实验室/广州能源研究所，广州510640

3.Department of Earth&Atmospheric Sciences,Cornell University,Ithaca,New York 14853-1504,USA

摘要：海洋环境中天然气水合物层是理想的毛细管封闭层，游离气被抑制在水合物层下，游离气层的气体压力随气体聚集和气层厚度的增加而升高，当气压超过封闭层的毛细管力时，游离气会克服毛细管进入压力、刺入上覆封闭层孔隙空间，毛细管封闭作用随之消失，从而形成水合物下伏游离气向海底的渗漏。通过对该过程进行的数值模拟计算表明：渗漏气体是以活塞式驱动上覆沉积层中的孔隙水向海底排出，水合物稳定带内流体渗漏速度随水流柱高度的减小而增加，当水流阻抗大于相应沉积层段的静岩压力时，沉积层将转变为流沙，流沙沉积被海流移除后便在海底留下凹陷麻坑。麻坑形成后流体运移通道演化为气体通道，气体快速排放。麻坑深度主要取决于游离气层的厚度和水合物封闭层（底界）的深度，而与沉积层的渗透率无关。麻坑深度一定程度上指示了渗漏前水合物层下伏游离气层的资源量。对布莱克海台海底麻坑的深度数值模拟计算表明，形成4 m深的海底麻坑需要至少22 m厚的游离气层。

：天然气水合物；毛细管封闭；游离气渗漏；麻坑；布莱克海台

Numerical Computation and Case Analysis of the Venting Process of Free Gas Beneath Hydrate Layer

Su Zheng1,2,Cao Yuncheng1,2,Wu Nengyou1,2,Lawrence M.Cathles3,Chen Duofu1,2

1.CAS Key Laboratory of Marginal Sea Geology/Guangzhou Institute of Geochemistry,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510640,China

2.CAS Guangzhou Centerfor Gas Hydrate Research/CAS Key Laboratory of Renewable Energy and Gas Hydrate/Guangzhou Institute of Energy Conversion,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510640,China

3.Department of Earth&Atmospheric Sciences,Cornell University,Ithaca,New York 14853-1504,USA

Abstract:A hydrate layer is an ideal capillary seal,beneath which free gas is trapped.Gas overpressure increases as gas accumulates and gas column grows.Capillary seals he the property that they fail compley when gas pressure reaches the point that they are invaded by gas,and thereafter they offer little resistance to gas venting.After the seepage is triggered,the venting gas will push the overlying water upward at increasingly higher velocities as the gas “piston”approaches the seafloor.Numerical model shows that as the water velocity increases,the near suce sediments will become quick at a depth that the resistance of water flow exceeds the hydrostatic pressure of the sediment hosting the water flow.These quick sediments can then be removed by bottom ocean currents,leing a hollow pockmark on the seafloor.Thereafter,afree gas pathway isformed below the pockmarks and the reservoir gas drains quickly.The pockmark depth is afunction of thickness of free gas column beneath the hydrate and depth of the hydrate seal (bottom of hydrate layer).Interestingly,pockmark depth does not depend on sediment permeability.Pockmark depth implies the resource amount offree gas beneath hydrate layer.The model shows that a 22-m-thick free gas layer at least is needed toform a 4-m-deep pockmark on the rise of Blake ridge.

Key words:gas hydrate;capillary seal;gas seepage;pockrnarks; Blake ridge

0 引言

在海洋环境水合物稳定带内孔隙水溶解甲烷浓度超过甲烷水合物形成的溶解度时，溶解甲烷会结晶形成水合物，随着水合物含量的增加，形成水合物层圈闭，并在其之下发育游离气层[1-4]。在特定的条件水合物层之下的游离气沿通道向上渗漏进入海底，并在海底形成麻坑、自生碳酸盐岩、生物群落、气泡羽状体，如俄勒冈外海水合物脊[5]、布莱克海台等[6]、北刚果陆坡[7-8]、挪威外海[9]以及南海[10]。虽然水合物层下伏游离气向上渗漏活动在水合物发育区比较普遍，但是水合物层下伏游离气向上渗漏的机制和泄漏过程中的流体动力学特征，及流体渗漏对海底沉积地层的破坏（形成麻坑）过程并不清楚。

水合物层下伏游离气受到水合物层毛细管作用的封闭，随气体聚集和气层厚度增长，水合物下伏游离气的压力持续增加，当气体超压克服毛细管封闭作用后气体渗漏被激发，超压气体推动孔隙水向上排出，在海底形成麻坑，麻坑深度反映了流体的破坏强度和游离气层的超压幅度。因此，本文将应用水合物层毛细管封闭机理和沉积孔隙流体渗漏动力学，研究水合物稳定带之下游离气如何向上突破的动力学过程，建立游离气层压力状态与麻坑深度之间的数值模型，通过海底麻坑特征揭示水合物系统游离气层的演化规律。

1 毛细管封闭及游离气渗漏机理

海底沉积层中存在2种毛细管力封闭作用。类毛细管力封闭作用是存在于小型的气藏顶部的毛细管封闭作用，属于低渗透率的气体捕集封闭。封闭层的孔隙度和渗透率较低，而水更倾向存在于较小的孔隙空间，因此封闭层的孔隙空间完全被水占有，而封闭层之下含气层的孔隙度和渗透率相对较高[11]。碎屑沉积物孔隙介质一般为水润湿相，气液界面处的毛细管力阻止天然气进一步向上运移，使气体处于孔隙较大的沉积层段，但当气体压力超过相应孔隙的气体的毛细管进入压力时，超压气体将刺入封闭层的小孔隙，气藏开始排气，并在上覆沉积层中产生气体的渗漏通道。侵入毛细管压力由拉普拉斯方程给出[12]：

南海天然气水合物富集规律与开采基础研究专集

其中：γ为界面张力，取值0.027 N/m[13],rf和rc分别代表小孔隙和大孔隙的有效孔隙半径。

第二类毛细管封闭作用存在于气－液二相共存的沉积孔隙中，气液二相均可流动[14-15]。由于整个沉积体是由沉积颗粒构成的孔隙介质，孔隙水优先占据并被吸附在孔隙的喉道位置，具有小孔径的孔喉部位产生的毛细管力抑制了孔隙腔中气体的流动。此类毛细管封闭条件是孔隙内2种流体共存，且二者均可流动。在渗漏活动初期这种情况出现在气流柱顶部和气柱周围的气－水混合的部位，沉积层中毛细管封闭线的位置随气柱的发育而变迁，这种毛细管封闭作用约束了气流柱的形状和发育，并使气流柱有一个相对平坦的顶部；同时也会形成一个相对稳定的通道直径，这意味着渗漏气柱顶部的气－水界面相对平坦，在理想均质介质中渗漏气体以“活塞”式向上推进。但是当渗漏气柱遇到渗透率在横向上不均匀或不连续（如断层）的沉积介质时会出现分支或扭曲的气体通道。

海洋环境扩散型水合物稳定带与下伏游离气之间属于类毛细管力的封闭，在水合物稳定带底部水合物含量[3,16]，水合物的形成降低了孔隙介质的有效孔隙度和渗透率，使水合物层的孔隙度低于下伏游离气层的孔隙度，水合物层的有效孔隙半径小于游离气层的有效孔隙半径。亲水性的水合物沉积层内除水合物外的其余孔隙空间被水占据，而下伏沉积体的孔隙空间完全被气体充填，水合物层与游离气层之间就存在一个上覆孔隙水与下伏游离气的界面。因此在水合物层与游离气层界面（大孔隙与小孔隙之间）上产生毛细管力，其方向指向孔隙半径较大的含气层，阻止下伏气体进入上覆含水层（水合物层），抑制气体向上运移。但是当下伏游离气层中的气体压力超过上覆水合物封闭层的毛细管力时，超压气体将刺入水合物封闭层，使水合物层的毛细管封闭作用完全失效或仅剩很小的封闭作用，气体泄漏开始。超压的气体渗漏进入水合物稳定带后，随着气柱的增长气体逐渐侵占原有孔隙水所占的孔隙空间，驱使孔隙水向上排出，并最终泄漏进入海底。水合物稳定带内气柱的增长过程受第二类毛细管封闭作用的控制，使气流柱以“活塞”式增长，而没有出现气流弯曲和分支，这与地球物理资料显示的近于垂直的流体渗漏通道（气囱）特征一致[8-9,17-19]。

图1给出了海洋水合物层下伏游离气渗漏过程。游离气在水合物层底界之下聚集，气层厚度和气体超压逐渐增加（A），当气体压力超过水合物封闭层的毛细管力时，高压气体会在封闭薄弱点或气层最顶端刺穿封闭，使水合物毛细管封闭失效（B）。气流柱在高压作用下向上推进，并驱使上覆沉积孔隙水向外排出。气流柱高度（hg）逐渐增长，而水流柱高度（hw）相应缩短（B到C过程）。如果气压驱动力保持相对恒定，由于岩层对水的黏滞力（或水流阻抗）远大于其对气的黏滞力（或气流阻抗），随水流柱高度hw减小，流体渗漏速度将越来越快，在单位长度水流柱上的压降（等于岩层对水流的黏滞力）随流体速度的增长而增加。在气流接近海底时流体速度明显增强，浅层水流阻抗（即水流对地层的作用力）超过相应沉积体的静岩压力，浅层含水沉积将被流沙化，当流沙化的沉积物被海底底流搬运后，便在海底形成“新鲜的”麻坑，此时麻坑下形成单一的气体运移通道（D）。由于气体黏度远小于水的黏度（约为1/60），气体排放异常迅速，游离气藏中气体会很干，流体渗漏通道中的气流逐渐退化（E），孔隙流体压力回归静水压力，孔隙水重新占据水合物封闭层和流体渗漏通道的孔隙空间，在气量通量减小体系温度降低的过程中伴随者水合物的生成（此文中不做详细论述），并因此减小了流体流动速度，少量气体仍可滞留在流体渗漏通道内，在记录上显示为气烟囱，水合物层底部的毛细管封闭作用恢复，水合物层之下游离气的聚集过程再次启动（F）。

图1 水合物下伏游离气渗漏概念模型示意图[11]

Z为海底以下深度，h为水合物稳定带厚度（或水合物封闭层深度）。黑色带表示毛细管封闭层，浅灰色表示气体所占据孔隙沉积层。A.气体被封闭在水合物层之下；B.气体刺穿封闭层开始泄漏C.气柱高度增加，推动水流向外排出，水流柱高度相应缩短，流体运移速度不断增加；D.含水流沉积中孔隙压力超过静岩压力，在海底出现麻坑，形成单一的气流通道；E.游离气藏中的天然气被逐渐排空，孔隙超压消失，流体通道中的气流柱逐渐退化；F.气流柱完全消失，在海底留下气烟囱，并有水合物生成，水合物封闭作用恢复，并开始新的气体聚集

2 游离气渗漏过程的数学模型

气体渗漏过程中（图1）气柱和水柱都是在游离气超压的驱动下流动，流体运移的总驱动力等于气体超压（ρw－ρg)gd。气流柱不断增大，并且以同一速度推动渗漏通道内的上覆孔隙水向上流动。定水合物稳定带为一种均质孔隙介质，渗漏通道内流体（水和气）的渗漏速率相同，孔隙介质内流体渗漏模型可用达西定律描述为

南海天然气水合物富集规律与开采基础研究专集

其中：Δp为流体运移总推动力，是施加在气流柱和水流柱上的压降之和（Δpg＋Δpw），或者是气流阻抗与水流阻抗之和，等于气层底部的超压（ρw－ρg)gd；ρ为流体密度；d为游离气层的厚度；μ为流体黏度；V为流体速度；k为沉积体的渗透率；krg和krw分别为沉积体孔隙气和水的相对渗透率；hg和hw分别为气流柱和水流柱的高度。

定气流柱中气的饱和度和水流柱中水的饱和度均为1，气和水的相对渗透率为1。由方程（1），流体（气体和水）的运移速度表示为

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在方程（2）中，若 可知流体运移速度随气流柱高度（hg=h-hw）的增长而增加。对方程（2）进行积分得到气柱增长方程：

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利用方程（3）既可以计算渗漏气流柱增长到某一高度所需要的时间，也可以计算某一时间点水合物稳定带内气流柱的高度。

由方程（1）和方程（2）可知，孔隙介质中单位长度流体柱所受阻抗随气流柱高度的增加（或水流柱高度的减小）而增加，也就是说沉积物格架所受流体的反作用力（流体阻抗）逐渐增加，当流体阻抗超过相应沉积体的静岩压力时，相应沉积层将被流体化而成为流沙[20]，渗漏流体速度须满足 。流沙沉积被海流移除后在海底形成麻坑，被流沙化沉积体的底界确定了麻坑深度。用 替换方程（2）中流体速度V，麻坑深度hpm替换水流柱高度hw，即可得到麻坑深度方程：

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方程（4）中，若μw≌60μg、krw≌krg≌1（定水流柱中水的饱和度和气流柱中气的饱和度近似为1），方程（4）可简化为

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在一定的温压条件下流体密度和黏度为常数[12]。因此，方程（5）中麻坑深度可近似为水合物下伏的游离气层厚度（d）和水合物封闭层深度（h）的函数，与沉积体的渗透率无关。模型计算中所有参数取标准单位。

3 模型应用及讨论

美国卡罗莱纳外海的布莱克海台区是典型的水合物发育区，既有完美的BSR显示，又有游离气的渗漏活动及在海底形成的麻坑[6,21-22]。大洋钻探（ocean drilling program)1 64航次对布莱克海台进行了钻探取心研究，其中997站位钻至海底之下750 m，穿过了BSR（海底之下450 m），其中180～462 m 层段含水合物，水合物平均饱和度为6％，位于水合物稳定带底部（462 m）的水合物体积分数为24%[4]。996站位于布莱克底辟链的最南端，处于997站位西北98 km，钻孔深度为63 m，刚好位于麻坑之中，剖面显示该区BSR深度为440 m，深部底辟作用使上覆地层变形、形成小型断层，成为有利的流体渗漏通道，在海底发育有深4 m、直径50 m的麻坑，并且正在发生气体渗漏（图2），钻探获得的水合物体积分数高，达沉积孔隙的99%[6,21-23]。

驱动流体运移的气体超压取决于游离气层的厚度。如果下伏游离气层厚度达100 m（图1），其总的流体驱动力（等于气体超压）可达到0.8 MPa；如果游离气层厚度为22 m，流体超压驱动力为0.18 MPa（图3最左端A点）。渗漏开始时水流柱高度分数（等于hw/h）为1，总水流阻抗等于气体总超压，整个气流柱高度增加而降低。但是由于水流速度增加，施加在单位长度水流柱上的驱动力和相应的黏滞力增加，水流阻抗逐渐趋近海底相应深度沉积层静岩压力，且在水流柱高度分别小于40 m（对于游离气层厚度为100 m）和4 m（对于游离气层厚度为22 m）时水流阻抗超过沉积介质的质量（图3D点）。该位置以上的沉积物被流沙化[20]，转变成颗粒悬浮的液状混合体，这种流沙化沉积被海流搬运后在海底形成麻坑。利用方程（3）可以计算游离气从水合物稳定带底部渗漏到达海底所需的时间。定渗漏率为10-12m2时， 100 m厚的游离气层泄漏到海底的时间大约为5 a。

图2 布莱克海台反射强度剖面揭示的BSR、底辟构造、海底麻坑及与ODP977站位揭示的BSR深度比较

a.反射强度显示布莱克海台水合物发育、气体聚集以及底辟构造顶端的流体渗漏[22];b.为ODP997站位BSR揭示的水合物封闭层深度[21]

图3 渗漏通道中的流体阻抗和含水沉积层的静岩压力曲线交点指示麻坑深度

水合物稳定带中气流柱高度增加（顶部坐标向右），水流柱高度减小（底部坐标向右），水流阻抗和静岩压力随之减小，水流阻抗大于静岩压力时发生流沙破坏，曲线交点位置指示麻坑深度（D点）。布莱克海台100 m的游离气层发生渗漏时在海底可形成40 m深的麻坑，而22 m厚的气层泄漏时可形成4 m深的海底麻坑（最右边灰色阴影）

方程（2）中流体渗漏速率与渗透率成正比，但方程（4）中麻坑深度不依赖于沉积体渗透率，只是水与气体相对渗透率比的函数，而相对渗透率决定于孔隙流体的饱和度[12]，因此沉积体渗透率控制流体渗漏速率，但不控制麻坑形成。实际上，渗透率越大，气体渗漏越快，麻坑形成越快；气体超压在水流柱和气流柱之间的分配不依赖于渗透率，而是决定于气体的超压幅度，以及流体黏度和气流柱高度（或水流柱高度）。

利用方程（5）可以简单计算海底麻坑深度，同时在已知水合物底界（封闭层）深度和麻坑深度，也可以通过方程（5）计算游离气层的厚度。图4显示麻坑深度与游离气层厚度和封闭层深度的关系。在给定封闭层深度，麻坑深度随游离气层厚度的增加而增大，相反较深的沉积层厚度削弱了渗漏流体对麻坑的挖掘作用，水合物封闭层越浅，形成一定深度的麻坑所需的游离气层厚度越小。

图4 水合物封闭层深度和麻坑深度与游离气层厚度的关系

麻坑深度主要决定于游离气层厚度和水合物封闭层埋深，与游离气层厚度呈正比，与水合物层埋深呈反比。如果水合物封闭层深700m，形成4m深的麻坑需要27m的游离气层，如果水合物封闭深度为440 m，则需要22 m的游离气层，如果水合物封闭层深100m，仅需要1l m厚的游离气层

地球物理显示布莱克海台ODP996站位周围的BSR深度为440 m，而在ODP996站位正下方游离气藏气体沿底辟构造上升至大约220 m（图2）处，在沿小断层渗漏至海底，由方程（5）可知麻坑深度与渗透率无关，取决于游离气藏的埋深和游离气层的厚度。对于海底4 m深的麻坑，计算表明在水合物层之下至少需要有22 m厚的游离气层。苏正和陈多福[4]计算了布莱克海台997站位的水合物和游离气体积分数分布，在水合物稳定带底界之下26 m处的气体饱和度为28％，底界之下74 m处气体饱和度为0.2％，其中水合物体积分数分布与同一区域的ODP995站位是相近的[24]。28％的气体饱和度大于气体流动所需20％的饱和度，而底界之下74 m处0.2％的气体饱和度不能流动，也不能传递孔隙气体压力。如果20％的饱和度指示可传递气层的底界，则气层的有效压力传递厚度约为30 m，这与笔者22 m厚的游离气层模型计算结果相近（图5）。实际上，该钻位水合物平均体积分数约为6%[4]，可封闭气层厚度为24 m（三角点所示），接近模型估计的22 m。此外，在水合物稳定带底部的水合物饱和度达24%[4]，其毛细管作用可封闭约33 m的游离气层（菱形点所示），与Flemings等[25]估计的极限破坏厚度29 m相似（虚线所示位置），接近但略小于30 m的参考厚度。然而，在996站位游离气发生泄漏后， 997站位扩散型水合物的体积分数仍在持续增加[26]，水合物层的封闭能力也相应增强，游离气层厚度不断增长，因此，997站位游离气厚度（30 m）大于996站位游离气发生泄漏时的22 m气层厚度是合理的。

图5 布莱克海台的水合物饱和度和所能封闭的游离气层厚度

气层厚度随水合物饱和度增加而增高，水平虚线与气层厚度曲线的交点（29 m）为Flemings等预测的997站位气层的临界水力压裂厚度[25]，圆形点标示约30 m的实际气层厚度，三角形点显示平均饱和度6％的水合物能封闭24m的气层，而饱和度24％的水合物可封闭33 m的游离气层（菱形点）

4 结语

本文构建了水合物层下伏游离气渗漏动力学过程的数学模型，游离气被水合物层的毛细管作用所圈闭，下伏游离气的超压随游离气层的增长而增加；当气体超压超过作用于水合物与游离气层界面的毛细管阻力时，游离气渗漏进入上覆水合物稳定带，并以“活塞式”驱动上覆孔隙水向外排出，渗漏速度随水流柱高度的减小而增加；当水流阻抗超过相应层段的静岩压力时沉积体变为流沙，流沙沉积被海流带走便在海底留下麻坑。模型显示麻坑深度为游离气层厚度和水合物封闭层埋深的函数，而与沉积介质的渗透率无关。游离气渗漏形成的海底麻坑对水合物下伏游离气层的厚度具有指示作用，在已知水合物封闭层深度和海底麻坑深度条件下，模型可以计算水合物层下伏游离气藏发生渗漏时的气层厚度，在布莱克海台海底发育有4 m深的麻坑，它的形成需要至少22 m厚的游离气层。

致谢：挪威石油公司Martin Hovland提供了全球麻坑基础资料和信息，表示感谢。

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宁德—湖口地学断面下地壳的物质组成和时代——地球化学、Nd同位素和捕获锆石年龄证据

[7]邓晋福，鄂莫岚和路凤香.东北地区上地幔组成、结构及热状态.岩石矿物学杂志，1987,6,1～10.

赵凤清金文山甘晓春

G489 中华医学美学美容杂志

（天津地质矿产研究所，天津300170）

孙大中

（科学院广州地球化学研究所，广州510640）

摘要宁德—湖口断面东起福建省宁德市，西至江西省湖口市，穿越了华夏地块和扬子地块东南缘。华夏地块出露的最老的结晶基底为2400～2000Ma古元古代岩石，扬子地块最老的结晶基底为2200～2000Ma的古元古代岩石。这些基底岩石已遭受角闪岩相（华夏地块）或高绿片岩相—低角闪岩相（扬子地块东南缘）变质作用的改造，大体代表了断面穿越两地块的中地壳特征。火成岩的tDM和火成岩中捕获和/或继承锆石年龄变化于2750～0Ma，有些达3100Ma，揭示了下地壳的年龄信息。华夏地块的大量花岗质岩石为S型且具负的εNd值，表明下地壳物质组成主体为长英质成分。华夏地块加里东期花岗质岩石的εNd值为—11～—8，而燕山期花岗质岩石的εNd为—6～—1，显示出随着时代的演化，华夏地块下地壳的物质组成由“富花岗质”（富集型）向“贫花岗质”（贫瘠型）方向演化，这主要是受地壳分异作用以及地幔物质添加作用的影响。扬子地块东南缘的花岗质岩石和酸性火山岩虽然主体仍以过铝S型为主，但其εNd值变化于—6～＋4之间，表明扬子地块的下地壳有较多的地幔物质加入，造成其下地壳的成分成熟度低于华夏地块。

宁德—湖口断面下地壳的成分和时代华夏地块扬子地块tDM捕获锆石年龄

1引言

探讨大陆下地壳的时代和物质组成是一项十分艰难的研究工作，这主要是由于大陆地壳的形成具有十分复杂的历史和过程，同时人们也缺乏对深部地壳不均匀性的深入了解。近些年来在探讨下地壳信息方面已做了较多的尝试，如反射和衍射方法[4,14]、岩浆岩的深源包体的研究[12,13]以及对出露的深部地壳剖面的研究[1,2]。下地壳的物质组成和结构并不是一成不变的，往往随时代演化发生很大变化，那么怎样才能描绘这一动力学过程呢？地球化学，尤其是同位素地球化学，可以用作一种探针来剖析这个过程。本文主要通过地质、地球化学和地质年代学的综合研究来探讨宁德—湖口断面下地壳的性质。

2宁德—湖口地学断面的波速结构

近些年来，华南已相继完成了宁德—湖口[15]、温州—屯溪[18]、泉州—黑水[11]数条地学断面（图1），其中宁德—湖口断面东起福建的宁德，经政和、崇安、乐平，至江西的湖口，穿越了华夏地块和扬子地块两大构造单元。波速结构揭示出断面走廊的地壳厚度约为30km，可划分出上、中、下地壳，界限约在10km和20km。上地壳的Vp为4.6～6.0km/s，密度为2.67～2.75g/cm3，主要由沉积岩、花岗质岩石和板岩、千枚岩之类的变质岩石组成。中地壳Vp由6.06km/s到6.25km/s，密度由2.79g/cm3到2.85g/cm3，主要由角闪岩相变质的岩石组成，其中在断面的东端（政和以东）在14km至17km深度之间，存在低速层（Vp≈5.9km/s），很可能属滑脱构造层性质。下地壳的Vp为6.30～7.15km/s，和长英质—镁铁质麻粒岩的Vp一致。下地壳的上部Vp≤7.0km/s，和酸性—中性麻粒岩的Vp吻合[14]，下地壳的底部Vp>7.0km/s，表明其成分偏镁铁质成分，指示有较强烈的地幔物质添加。

图1华南构造格架及地学断面位置略图

断面1、2、3分别代表温州—屯溪、宁德—湖口和泉州—黑水断面

3断面走廊的变质基底

华夏地块的变质基底包括了三大构造层（图2）：古元古代的麻源群、中元古代的马面山群和新元古代—早古生代的长汀超群（或称之为长汀浅变质岩系）。

图2宁德—湖口地学断面走廊地质略图，主要表示变质基底的分布及特点

1—古元古代地层；2—中元古代地层；3—新元古代地层；4—新元古代—早古生代地层；5—寒武纪—白垩纪地层；6—第四纪；7—花岗质岩石

麻源群主要由黑云斜长片麻岩、石榴黑云斜长片麻岩、石榴云母片岩、云母石英片岩、夹斜长角闪岩和大理岩。这套岩石已遭受角闪岩相变质作用的改造，其p=400～650MPa,T=550～680℃[7]，表明其埋深大致由16km至24km。麻源群上部的岩石流体包裹体以H2O为主，而下部则主要为CO2+H2O。麻源群地层至少遭受四期变形，前两期为韧性—塑性流变机制共轴叠加的平卧（或等斜）褶皱，大量的颗粒锆石U-Pb测年数据表明其时代为2400～2000Ma[3]。

马面山群与麻源群多呈构造接触关系，主要由变质的双峰式细碧—角斑岩（岩性为绿帘斜长角闪岩和钠长变粒岩）、十字石榴云母片岩、云母石英片岩、大理岩和石英岩。这套地层已遭受高绿片岩相—低角闪岩相变质作用的改造。同位素年龄值显示马面山群成岩时代为1400～1000Ma。

长汀超群呈构造关系和麻源群接触，为一套绿片岩相变质的岩石组合，下部岩性为斜长云母石英片岩、石英黑云片岩，上部为浅变质的粉砂岩、长石石英砂岩、板岩、千枚岩和杂砂岩。

综上所述，麻源岩的岩石组合大致反映了宁德—湖口断面东段华夏地块的中地壳的特点，长汀超群可能代表上地壳褶皱基底的特点，马面山群分布比较局限，从特点上看可能处于中地壳和上地壳的过渡带。

在扬子地块的东南缘，变质基底包括古元古代的星子群和中元古代的双桥山群（图2）。星子群出露于庐山附近，主要由十字石榴黑云片岩、石榴云母片岩、云母石英片岩和黑云斜长变粒岩组成，夹有斜长角闪岩、石英岩和不纯大理岩。岩石的变质程度为高绿片岩相—低角闪岩相，其T=530～600℃，p=400～570MPa，估计埋深大约在15～20km，由此推测星子群岩石组合反映了扬子地块东南块东南缘中地壳的特点。颗粒锆石U-Pb年龄表明其时代为2200～2000Ma。

双桥山群和星子群呈构造接触，主要由绢云母板岩、千枚状板岩、变质粉砂岩、杂砂岩和凝灰质板岩为主，夹有双峰式细碧角斑岩建造，岩石主体遭受低绿片岩相变质，局部达高绿片岩相，年龄为1700（?）～1000Ma。

4断面的下地壳时代

沿断面走廊未见麻粒岩地体出露，因此下地壳的时代主要依靠Nd的模式年龄（tDM）和火成岩的捕获锆石年龄进行示踪研究。锆石是一种硅酸岩矿物，从理论上它应从SiO2饱和—过饱和岩浆中结晶，因此岩浆岩中捕获/或继承锆石时代揭示出深英质基底的时代信息。基性岩的tDM可以用来粗略估计“早期造壳时代（early crust formation age）”，而长英质火成岩的tDM可以解释为源岩的地壳滞留年龄（residence age）。

4.1华夏地块下地壳的时代

前人对该区火成岩的同位素测年工作已发现一些大于0Ma的年龄，朱玉磷（1985）发表的新桥花岗闪长岩的微量锆石U-Pb年龄为2713Ma，尔后，又相继了一些老的U-Pb年龄信息：汤湖花岗岩年龄2516Ma[9]，清湖岩体2642Ma[10]，德化花岗岩3051Ma年龄[17]。最近周新华（1992）在江绍断裂附近陈蔡群斜长角闪岩中获得了（3125±184）Ma的全岩Sm-Nd等时线年龄，这些年龄值多落在2750～0Ma区间内，少数点达到3100Ma，揭示出华夏地块下地壳形成时代的信息。使用颗粒锆石U-Pb测年也发现华夏地块存在2415～2589Ma的年龄（表1），进一步佐证在华夏地块深部存在2750～0Ma的长英质基底。

表1断面走廊火成岩的捕获锆石U-Pb分析

① 误为2σ；②对空白和稀释剂已作校正；③对空白、稀释剂和初始铅已作校正。

华夏地块的花岗岩分布非常广泛，侵位时代从古元古代延续至中生代，其元素地球化学和同位素地质化学特点显示出S型花岗岩特征，表明这些花岗岩主体是由深英质基底深熔作用的产物。因此花岗岩可以视为一种探针来分析下地壳时代和成分。

中条期花岗质岩石（1900士100）Ma的tDM为2602～2674Ma（表2，图3），其f/Nd和εNd变化很小，表明其同位素组成基本上没受到后期AFC过程的明显影响，因此2600～2700Ma大致可看作中条期花岗质岩石的源岩时代。

表2华夏地块Sm、Nd同位素分析数据

加里东期花岗质岩石（400～450Ma）的tDM年龄多数落在1800～0Ma区间内（表2，图3），这一时限和麻源群的时代大体吻合。野外证据表明加里东期花岗岩体与麻源群之间多呈侵入关系，并非麻源群分熔作用的产物，因此加里东期花岗质岩石的源岩时代应大于0Ma。

燕山期花岗质岩石（100～120Ma）的tDM变化较大，但总体上小于2000Ma（表2，图3）。燕山期花岗质岩石具高的εNd值，暗示其源岩已遭受较强烈的地幔物质添加作用的影响，幔源物质添加作用可能是造成tDM年龄偏低的主要原因。

图3华夏地块tDM年龄直方图

1—中条期花岗岩；2—加里东期花岗岩；3—燕山期花岗岩

图4华夏地块斜长角闪岩的tDM年龄直方图（原始数据见赵凤清等，1995）

变质基性火山岩（斜长角闪岩）的tDM年龄已归纳于图4中，麻源群的斜长角闪岩的tDM主体在2400～2600Ma以及2000～2300Ma两个时间段内，马面山群的tDM为2000～2300Ma，揭示出华夏地块早期多期次地幔岩浆的底板垫托时代多发育在2000～2300Ma以及2400～2600Ma。

4.2扬子地块（东南缘）下地壳的时代

扬子地块（东南缘）岩浆岩中许多捕获锆石的颗粒锆石U-Pb年龄大于2.2Ga（表1），大致可划分为2700～2800Ma和2200～2450Ma两个时间段内，揭示出扬子地块东南缘深部地壳长英质基底的时代信息，一些酸性火成岩的tDM年龄也佐证这一认识（表3）。

表3扬子地块赣东北火成岩的Sm、Nd同位素分析数据

① 全岩；②斜长角闪岩；③角闪石。

基性火山岩的tDM变化很大，多数变化于2000～2400Ma和1300～1700Ma两个区间内，有一些tDM达2600～2800Ma（表3），指示了扬子地块东南缘发生了深部地壳的底板垫托作用的时代。

5断面走廊下地壳的成分

火成岩的元素地球化学和同位素地球化学揭示出下地壳主体由长英质岩石组成，但成分变化十分复杂，两个地块下地壳成分存在较明显异，在下地壳的不同深度层次成分也不尽相同，随着地质的演化下地壳的成分也发生一定程度的变化。

5.1华夏地块下地壳的成分

中条期花岗质岩石类型为花岗闪长岩、二长花岗岩和钾长花岗岩，主体为S型，少量为I型或I型和S型的过渡型。花岗质岩石的εNd为-3.1～-2.6,147Sm/144Nd值为0.10～0.14，表明源岩应以长英质岩石为主。

加里东期花岗岩为高钾的钙碱性钾长花岗岩、碱长花岗岩和花岗闪长岩，主体以S型花岗岩为主。花岗质岩石具负的εNd值（-11～-8）和低的147Sm/144Nd值（0.1～0.14），表明它们应来源于“花岗质富集”的源岩。

燕山期花岗质岩石包括碱长花岗岩、钾长花岗岩以及二长花岗岩，在燕山晚期出现碱性花岗岩，元素地球化学显示这期花岗质岩石主体仍以S型为主，但较之前两期花岗岩其A型和I型相对于S型的比例增生。燕山期花岗岩的εNd为-6～-1，也明显高于前两期花岗岩。碱性花岗岩的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb值类似燕山期其它类型的花岗岩[20]，表明它们的源岩是相似的，应来源于古老的地壳岩石的分熔作用，碱性花岗岩具有较高εNd，意味着有较强烈的地幔物质添加。

图5表示的是εNd随时代的演化过程，由此反映出中条期的下地壳成分演化程度要高于中条期（前者更富长英质），加里东期下地壳成分演化程度要高于燕山期。加里东期花岗岩的εNd值的特点表明其源岩基本上没受到地幔物质添加，因此由中条期至加里东期下地壳成分变化可能是受地壳分异作用影响的结果。燕山期花岗质岩石具较高的εNd值，其源岩很可能是地壳和受地幔物质添加的混合体，表明由加里东期至燕山期下地壳成分变化是受地幔物质添加的影响。

图5华夏地块花岗岩的εNd—t图解

反映εNd随时代演化特点

5.2扬子地块下地壳的组成

扬子地块东南缘晋宁期花岗质岩石（900Ga±500Ma）主要为钙碱性岩浆岩，岩石类型包括二长花岗岩、花岗岩、花岗闪长岩和钾长花岗岩，在有些岩体中含有富铝矿物（堇青石、石榴子石、黑云母）包体以及夕线片岩岩石包体[25]。地球化学特点也显示出S型特点。晋宁期花岗岩具较高的εNd值（-6～+4）（图6）和低的87Sr/86Sr值，表明其源岩中有大量的地幔物质加入。此外在扬子地块和华夏地块结合带，出露有M型花岗岩，也佐证扬子地块东南缘较之华夏地块在物质组成上更偏基性。

新元古代的流纹岩（800～900Ma）从矿物组成和地球化学特征上也具有S型特征，然而其εNd值为-1.9～+2.8，显示出与晋宁期花岗岩相似的地球化学特征。

6结论

通过对宁德—湖口地学断面的地质、地球化学和地质年代学研究，可能获取到断面走廊下地壳性质的一些信息，将其归纳为：

① 花岗质岩石和酸性火山岩的元素和同位素地球化学特征表明华夏地块下地壳的成分主体由长英质组成，尤其是在地壳形成的早期阶段。地球物理资料也显示出同样的信息，宁德—湖口断面的波速结构反映下地壳除在局部地段的底部外，主体上Vp＜7.0km/s,这一特征和酸性—中性麻粒岩的Vp值范围吻合。

图6扬子地块岩浆岩的εNd—t图解

② 两个地块下地壳的物质组成存在较大异，扬子地块下地壳在物质成分上较之华夏地块演化程度较，表明扬子地块的下地壳有更为强烈的地幔物质加入。

③ 同位素地球化学示踪研究结果显示出下地壳的成分随着地质演化发生较大的变化，总体的演化趋势由“富花岗质”向“贫花岗质”方向转化，其原因可能是受地壳分异作用以及地幔物质添加作用改造的结果。

④ 通过对火成岩的tDM年龄和捕获锆石的年龄详细研究，断面走廊下地壳可能形成于2750～0Ma，有些于3100～3000Ma已形成。尔后，地幔物质添加（以底板垫托方式为主）比较发育，华夏地块的时限为2400～2600Ma和2200～2300Ma，扬子地块则发生于2000～2400Ma和1300～1600Ma两个时间段内。

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CSRMT和ERT数据联合反演提升地球物理勘探的准确性

我国固体地球物理学家、科学院院士、学位委员会第二、三届学科评议组成员，第二、三届自然科学奖励委员会委员，原国科联岩石圈委员会全国委员会深部构造工作组组长、地球物理学会副理事长、学会理事，局地球物理研究所研究员曾融生先生，于2019年10月22日14时在逝世，享年95岁。

2021年3月1日，《环境与工程地球物理学报》（ Journal of Environmental and Engineering Geophysics ）发表题为《CSRMT和ERT数据一维横向约束节理各向异性反演》（One-dimensional Laterally Constrained Joint Anisotropic Inversion of CSRMT and ERT Data）文章指出，由于第四系砂和土壤层浅层的高各向异性，各向同性联合反演不能很好拟合地可控源辐射大地电磁(CSRMT)和电阻率层析成像(ERT)数据。所以，CSRMT和ERT数据联合各向异性反演能提升地球物理勘探的准确性。

由于近地表各向异性对直流电数据和电磁数据有重要影响，所以使用不同的ERT和双峰CSRMT二维反演会产生不同的电阻率模型。虽然模型的结构形态基本相似，但电阻率剖面中各向异性地层的电阻率和厚度存在显著异。所以CSRMT和ERT数据的二维各向同性联合反演提高了解释效果，能较好地描述深部剖面，结果也与井眼信息相吻合。来自圣彼得堡大学地球科学研究所的阿尔尼·什里科夫开发了新的CSRMT和ERT数据一维联合各向异性反演算法，由于该算法没有附加限制，可以利用SVD分析结果分离各向同性和各向异性的层。反演剖面的各向异性块体对应CSRMT和ERT数据单独反演后的各向异性预期区域，结果显示浅层砂层厚度与钻孔资料吻合良好。

研究人员表示，新开发的算法在确保地球物理勘探的准确性方面又向前迈出了一步，该算法在一维水平分层垂直各向异性欢迎交流。静石医疗，竭诚为您服务。的情况下进行，后续将继续开发该算法，以便能够将其用于二维和三维地质模型。

转载本文请注明来源及作者：科学院兰州文献情报中心《 地球科学动态监测快报 》2021年第10期， 王晓晨 编译。

固体地球物理学的奠基人，曾融生院士，走了_科学发明

地球自板块构造机制有效以来，通过局部熔融作用玄武质岩浆从地幔中分出并上升，或沿洋中脊形成洋壳，或进入大陆，底侵于壳底。然后，通过俯冲作用，洋壳再循环返回地幔。在造山作用过程中，在陆壳底的底侵玄武质岩浆房内，通过结晶分离作用镁铁质组分可再循环返回地幔，花岗质或闪长质组分留在地壳内；或者固态玄武质物质通过榴辉岩化再循环进入地幔，导致大陆壳的“花岗岩化作用”。太古宙陆壳形成的方式可能不同于显生宙，但物质分异作用的趋势是相同的，即太古宙的G442 中西医结合学报英云闪长岩—奥长花岗岩陆壳（一般地，与安山质符合）演化为元古宙的花岗闪长岩—花岗岩陆壳（与花岗岩符合）。

下地壳性质与壳幔交换

邓晋福吴宗絮赵海玲罗照华曹永清

摘要基于岩石学途径，结合地球物理模型、岩石Vp和Vs实验或计算资料，本文提出三个大地构造单元的壳幔岩石学结构。从洋壳经大陆边缘到大陆碰撞带，随陆壳厚度的快速增加，下地壳的矿物相从正常的火成岩或绿片岩相经角闪岩相和麻粒岩相到榴辉岩相，与此相应的是，其组成从玄武质经安山质到花岗质，这一组成趋势称为“花岗岩化作用”。这是由于玄武质榴辉岩壳再循环回到地幔的结果。然而，从大陆碰撞带到克拉通或经大陆裂谷作用到洋壳，地壳厚度、下地壳的矿物相和组成呈相反方向的发展，这一组成趋势称为“基性化作用”。这是由于来自地幔的玄武岩岩浆底侵进入下地壳的结果。

下地壳壳幔交换岩石学结构花岗岩化作用基性化作用

1引言

一般认为，新的洋壳在洋中脊形成，它常由三层构成，即层1——薄的沉积盖层，层2——玄武质熔岩，层3——辉长岩或辉绿岩。大陆壳则认为主要是伴随陆核与克拉通的生成，形成于前寒武纪。显生宙新生的陆壳形成于岛弧和活动大陆边缘。然而，与大陆地壳，特别是下地壳的性质和形成有关的某些问题仍无定论：①大陆地壳双层结构模型已被三层结构模型[15]取代，大陆壳的三层结构模型主要是基于厚度30～40km的正常或减薄陆壳地区的研究而获得的，三层结构模型能否适用于厚度达70～80km的加厚陆壳区，如青藏高原；②陆壳总组成类似于安山质或英安质[3,21,23]，然而从地幔分出的新生陆壳物质是玄武质组成，如何解释这一异；③一般认为上、下陆壳分别为花岗质和辉长质（或闪长质）组成，然而剥露于加拿大地盾的上、下地壳（平均的麻粒岩相地区）在组成上是相似的，为花岗质或英安质组成，那么在组成上，下地壳与上地壳是类似的还是有区别的；④不同构造环境的地区，其陆壳组成是类似的还是有异的；⑤在陆壳加厚或减薄的过程中，陆壳岩石学是否发生改变；⑥什么样的作用过程控制下地壳的性质；⑦什么地方得以实现壳幔之间的交换，以及如何实现壳幔交换。我们试图讨论这些问题，下地壳的性质和壳幔交换，将以大陆作为实例，然后，把陆壳与洋壳、岛弧地壳进行比较。

2研究壳幔岩石学结构的途径

与P波结构和密度结构类似，岩石学结构（petrological structure）的提出[27]，是为了强调采用岩石学手段研究地壳和地幔。研究地壳和地幔结构的岩石学途径主要来自三个方面：①剥露的深部地壳岩石，甚至是地壳断面的剥露，主要是前寒武纪变质岩；②被岩浆或构造作用带到地表的壳、幔捕虏体或碎块；③岩浆源区的化学和物理学信息。大约70%～90%的现存大陆壳物质形成于约25亿年前[21]。太古宙变质岩形成之后，大陆壳物质及其结构常常被后期岩浆和构造改造和变异，这在建立岩石学结构时是必须考虑的。上述途径的综合研究可建立壳幔岩石学结构，其中，岩石学相平衡、地质温压计以及矿物—硅酸盐熔体平衡热力学研究是建立岩石学结构模型的关键[9]。

地球物理学途径主要包括Vp和Vs资料。矿物与岩石的Vp和Vs的实验测定是岩石学与地球物理学途径之间的纽带。岩石学途径与地球物理学途径的联合可对壳幔岩石学结构提出更好的约束[15,8,24]。

3壳幔岩石学结构

与岩石圈尺度的大地构造分区[14]相适应，大陆的壳幔岩石学结构可分出三个类型：东部大陆裂谷型；中部克拉通型；和青藏喜马拉雅陆内造山型，列于表1和表2。

Fountain的陆壳三层结构模型[15]，主要基于Vp和岩石学研究，获得了广泛的接受[16,24]，即上、中、下陆壳分别由绿片岩相、角闪岩相和麻粒岩相岩石构成。陆壳三层结构可分出两个类型，大陆裂谷型和克拉通型，见表1[27]。最近的研究表明，青藏—喜马拉雅陆内造山带的陆壳有4层结构（表2）[12,13]。为了与三层结构模型进行比较，我们把包括山根在内的加厚的下地壳称为第4层。

表1壳幔岩石学结构模型

注：1.M为莫霍面，L/（地质大学，100083）A为岩石圈/软流圈界面。

2.据吴宗絮等[27]简化。

注：1.M为莫霍面，L/A为软流圈/岩石圈界面。

2.据邓晋福等[14]简化。

基于麻粒岩相与榴辉岩相的相转换边界的温压条件[4,17,28]，以及青藏—喜马拉雅造山带某些地区的地温[19,20]，可以推测，在约35～40km深度，斜方辉石消失，高压麻粒岩G180 中日友好医院学报相（HPGF）形成，在约45～60km深度，斜长石消失，榴辉岩相形成。因此，我们提出加厚大陆壳的4层结构模型，而不是Fountain的三层结构模型。大约40km以下的第4层称为加厚的下地壳，一般来说，如果深度大于45～60km和达到榴辉岩相[13.14]，它就包含山根在内。

众所周知，大陆壳主要由石英和长石构成。实验测定[1,2]表明，石英Vp较小但Vs较大，然而，长石相反，Vp较大Vs较小。因此，为了建立更好的模型，我们引入矿物的Vp和Vs。由矿物的Vp和Vs数据可计算出岩石的Vp和Vs[13,14]，一般来说，它与实验测定值是吻合的[1,2,15,18,25]。

通过地球物理模型（表2）、计算和实验测定的Vp和Vs之间的比较，可以推测包含山根在内的加厚下地壳成分为花岗质。

由表1可以看出，克拉通块体（鄂尔多斯）在约80km深度出现较低的Vs值，但那个深度上Vp并不减小。上地幔内较低的Vs常被某些地质学家看作软流圈的指示，但Vp并没有指示软流圈的存在。基于矿物Vp和Vs数值的简单的计算，表明：当从尖晶石相向石榴子石相橄榄岩相转变时，△Vp=+0.199km/s，△Vs＝—0.227km/s，由此可以认为，约80km深度处较低的Vs和较高的Vp是由于相转变引起的[27]。

4下地壳的性质

表1显示，克拉通块体与大陆裂谷带的下地壳在岩石学与Vp和Vs上有大的异。大陆裂谷带的下地壳岩石学组成是闪长质，壳底为玄武质。克拉通块体下地壳由花岗闪长质组成。东部大陆裂谷带广泛分布含上地幔橄榄岩包体的新生代玄武质火山作用[6,5,11]。岩石学研究与矿物—硅酸盐熔体平衡热力学计算表明，单斜辉石、歪长石和石榴子石巨晶在新生代玄武岩中广泛分布，从位于壳底的岩浆房中形成了单斜辉石—歪长石—石榴子石堆晶岩[7,8]。玄武质组成的基性麻粒岩和单斜辉石—歪长石—石榴子石堆晶岩是与壳底的高Vp符合的。这样，我们可以推测，东部大陆裂谷带的壳底的基性组成是由于玄武岩岩浆的底侵（underplating）而形成。与克拉通块体下地壳的花岗质组成比较，东部下地壳组成显示了大陆壳的“基性化作用”（“basification”），它是由于大陆裂谷作用时期玄武质岩浆底侵作用的结果。

青藏—喜马拉雅造山带的壳幔岩石学结构可分出两个亚类型：巴颜喀拉和冈底斯有岩浆底侵作用；祁连和喜马拉雅无岩浆底侵作用（表2），前者有具较高Vp的山根，它与新生代以来在地表有钾玄质（shoshonitic）或安山质系列的火山喷发相符合；后者有花岗质组成的山根，因而祁连山地表无新生代火山喷发，喜马拉雅山新生代只有与陆内俯冲作用有关的白云母或二云母花岗岩活动，而没有来自地幔的岩浆底侵作用[14]。从表2可清楚看出，陆壳平均组成是花岗质的，不管是否有岩浆底侵作用，山根都不是玄武质组成的。然而，地质研究表明，在碰撞造山以前，壳内含有玄武质岩石，新生代钾玄质或安山质系列火山喷发暗示新生代时期有来自地幔的玄武质底侵作用。因此，产生了这样一个问题，玄武质的物质从地壳中跑到哪里去了？这又是一个什么样的机制？

为了回答上述问题，我们提出了一个模型[13]，示于图1。依p-T条件，玄武质组成的榴辉岩比花岗质组成的榴辉岩形成的深度要浅。在主要由花岗质物质构成的陆壳内，500℃等温面，一般地符合于塑性与脆性变形的边界，这一边界大致位于约20～25km深度[26]。在陆壳环境下，当花岗质下地壳呈塑性状态时，下地壳的玄武质仍保持比较脆性的习性。在地壳加厚的作用过程中，位于中地壳底面之下的花岗质壳可形成一个塑性流，而玄武质岩石可能碎裂，并与花岗质塑性流一起往更深处流动（图1a），同时，在不同深度上，花岗质与玄武质物质通过高压麻粒岩转变为榴辉岩。当挤压应力减弱，玄武质榴辉岩碎块必定从花岗质塑性流中分离，并下沉堆积在古莫霍面之上，这是因为玄武质榴辉岩的密度大于花岗质高压麻粒岩和榴辉岩的原因（图16）。因为，玄武质榴辉岩与上地幔橄榄岩之间的密度异远小于玄武质榴辉岩与花岗质榴辉岩（或称榴辉岩相的花岗质岩石）之间的密度异，波速和密度的突然变化的界面必定转移到玄武质榴辉岩堆积体与花岗质榴辉岩或高压花岗质麻粒岩之间的界面处，因此，新的莫霍面形成于山根带的花岗质或闪长质榴辉岩与上地幔最顶部的玄武质榴辉岩顶盖之间（图1b）。这样，我们可以说，在造山作用过程中，陆壳发生“花岗岩化作用”（“granitization”），这是由于玄武质榴辉岩地壳再循环返回地幔的结果。

图1地壳深部物质的分异作用（a），和新莫霍面的形成（b）[13]

1—中地壳底界；2—古莫霍面；3—玄武质组成的榴辉岩；4—花岗质组成的榴辉岩和高压麻粒岩；5—橄榄岩；6—新莫霍面

用克拉通壳幔岩石学结构作为一个参照系统（表1），可清楚地看出，对于的三个构造单元来说，上地壳和中地壳的厚度是类似的（表1、2），但是下地壳，包括加厚的下地壳和山根带的厚度异很大。由拉伸应力造成的东部大陆裂谷带是一个减薄的下地壳，而挤压应力造成的青藏—喜马拉雅造山带是一个加厚的下地壳，由此，可以推测，大陆下地壳，包括加厚下地壳和山根带具有塑性性质。大陆的震源主要集中于10～20km的深度，它暗示浅部陆壳的脆性和刚性性质以及深部陆壳的韧性和塑性性质。实验资料表明，对花岗质岩石来说，脆性与韧性的边界大约在500℃等温面处，以及在大陆地壳内震源位于500°C等温面之上，同样暗示，浅部与深部陆壳分别具有脆性和韧性性质。

由上，我们可以得出一个结论，构造环境是控制陆壳矿物和岩石学组成、性质与厚度的基本因素。

5壳幔交换与地壳演化

可以认为，邻近壳幔界面（莫霍面）的地带是壳幔交换的一个和主要场所：在这里，源于地幔的玄武质岩浆底侵进入地壳；玄武质榴辉岩在这里从地壳再循环返回地幔。大洋俯冲和陆内俯冲作用分别被看作为浅部地壳再循环返回地幔和深部地壳的主要机制。大陆内深部地壳的塑性物质流，可看作为固态下地壳物质重力分异的一个环境。在大陆壳底的底侵岩浆池（或海）可看作为壳幔之间物质和热交换的场所，亦是壳幔岩浆混合、结晶分异和重力分异的场所。导源于岩浆底侵作用的壳底高Vp、高Vs层的厚度在东部约7～8km，巴颜喀拉和冈底斯约20km（表1、2）。由此可以推测，从地幔产生的新生地壳物质对总地壳厚度的贡献约为20%～25%。从地质时间尺度来看，新生代以来这么一个短暂时间内，如此大量的地幔物质加入到地壳中，足以表明岩石圈减薄作用作为构造活动的动力源的巨大影响。

从洋壳经过岛弧和大陆边缘弧到大陆碰撞造山带，地壳厚度快速增加。下地壳的矿物相从正常火成岩或绿片岩相经过角闪岩相和麻粒岩相转变为榴辉岩相，与此相适应，其组成从玄武质经过闪长质转变为花岗质，这个演化趋势代表壳幔物质系统的分异作用过程。然而，当地壳减薄时，从陆内造山带的崩塌（collapse）开始，往两个方向演化，一是形成正常厚度的地壳，并转变为构造上稳定的克拉通；另一个方向是地壳继续减薄，形成大陆裂谷，以至于边缘海和洋壳的形成。随地壳的减薄，矿物相和岩石学组成均呈相反的演化趋势，从花岗质经过安山质（花岗质＋玄武质）转变为玄武质地壳，这是一个地壳“基性化作用”的过程，代表源于地幔分异作用的新生物质加入到地壳中的结果。

一般来说，从玄武质到花岗质的壳幔物质分异过程可比喻为，把玄武质组成分裂为两个端元组分：长英质（felsic）端元（花岗质）留在地壳内；而超镁铁质（ultramafic）端元再循环返回地幔。因此，陆壳的“花岗岩化作用”可看作为由于地壳的超镁铁质和镁铁质物质重新返回地幔的再循环作用过程。相反，地壳的“基性化作用”是一个地幔物质添加到地壳的过程，对于大陆地壳来说这是一个物质混合作用的过程，它是与物质分异作用过程相反的一个作用过程。图2展示了上述作用过程和陆壳演化。

图2地壳演化示意图

1—玄武质；2—安山质；3—花岗质

看来，随着壳幔物质系统的前进式（progressive）分异作用，大陆花岗质端元形成愈来愈多，陆壳组成离地幔组成愈来愈远。随着壳幔物质的混合作用过程，最终形成洋壳，地壳组成靠近地幔组成。通过壳幔物质的分异作用与混合作用两种机制，壳幔交换以螺旋循环（spiral cycling）而发展，然而，随时间推移，花岗质大陆的增加可能是一个总趋势。

致谢这一工作由自然科学基金和地质矿产部基础研究项目共同资助。

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