太空中究竟有没有外星人？如果有，你是不是想和外星人交流？2003年7月5日，美一家民间太空公司组织了一个名为“宇宙呼唤”的行动，参加的人只要交上约25美元就可以向他们想象中的外星人发去一个短信，而且还能够指定接受“电报”的星球。 共有9万人的短信被发送了出去。他们的想象力往往大于人类目前已经掌握的有关生命和生命起源的知识。 X生命体 发送给外层空间的信息中，包括了以数学语言构成的有关地球与人类的信息。其余还包括阿雷西波天文台于1974年传向宇宙的信息。 天文学家认为火星和地球在年轻的时候非常相似。还有一些科学家发现，地球上的化石表明地球上的生命“仅仅”诞生于10亿年前（而地球到现在则有45亿岁了）。也许火星上也有生命存在？ 疑问促使科学家们到地球上最寒冷、最炎热以及最不适宜生活的地方寻找活的生命体。结果他们发现了种类数十亿计的生命体：生活在南极湖泊里的单细胞生物，地壳深处的细菌，附着在海床火山口的多毛虫等。 科学家把它们称作X生命体，即极端环境下的生命体。 科学家说微生物是地球上分布最广的生命形式。据估计，如果能计算出地球上每种生物（从微生物和猴子到美洲杉和蓝鲸）的重量，那么微生物的重量可能占所有生物总重量的一半以上。在土壤里，微生物能帮助把矿物质转化为植物能够利用的化学物质。在海洋里，微生物是大一点的生物的食物。在哺乳动物的胃里，微生物可以帮助消化食物。微生物还能帮助改变周围环境的化学组成。在地球年轻时就存在的大量微生物可能给大气带来了最初的氧气，这样其他的生命形式才能出现和成长。 事实上，科学家说就是这些早期的微生物“教会”了植物怎样进行光合作用。 在美国黄石国家公园可以看到最顽强的微生物。许多在温泉周围被找到的微生物都依赖光合作用形成了大片黏糊糊的垫子。在一平方厘米的垫子上发现的生物种类比几平方公里的热带雨林里的生物种类还要多。 黄石国家公园是研究X生命体绝好的地方，这是因为这里提供了最多样化的微生物环境——从几乎相当于纯酸的水到碱性特强的水。1964年生物学家托马斯·布罗克在黄石公园的温泉源头发现了微生物，第二年夏天又发现了在60摄氏度的水中生活的水藻，还有在82摄氏度的水温下生存的微生物。可以说，布罗克发现了热水里的生命。这些微生物的发现扩大了生物学家为生命界定的范围。它们可能是我们的祖先吗？ 火山口与地下深处 不过，是不是所有的微生物都需要光才能生存呢？不是。就拿生活在海底火山口的微生物来说吧，它们生活在阳光达不到的海床上。1977年，科学家造访了太平洋的一个火山口，他们惊奇地发现这里到处是生命——多毛虫、虾、蟹和其他生物。而最奇怪的是，那些从来没有见过日光的微生物处在食物链的最底端。实际上，如果体内没有微生物，多毛虫就不能生存。多毛虫没有口，没有胃或者其他的消化器官。周围水域的化学物质渗透进体内后，细菌就把它们转化为多毛虫能够利用的食物。 位于西雅图的华盛顿州立大学的海洋地质学家保罗·约翰逊提出了另一个问题：如果在火山口能够发现微生物———因为这里是岩浆喷发、形成地壳的地方，那么在那些老的地壳里能不能发现微生物呢？ 答案是肯定的。他发现，在地壳30多米深处也有微生物存在。这里的地壳已经有35亿年的历史了。虽然新形成的地壳很快从近2000摄氏度下降到零下几十摄氏度，但是老地壳的温度却有90摄氏度。 不管你从哪里钻开一个洞朝海底地壳深处看，你都能找到海底微生物。而海底的地壳占地球“表面积”的70％。 关于生命起源的实验 生命起源一直是科学家关注的根本问题，但真正的研究热潮始于1952年，毕业于芝加哥大学的斯坦利·米勒希望验证自己的导师、诺贝尔化学奖获得者哈罗德·尤里在奥巴林学说基础上得出的结论。试验的过程是用热水、甲烷、氨、氢和能够产生火花的电极来完成的，试验结束后，长颈瓶里出现了一种不溶于水的混合物，这是有机反应常有的产物。试验的奇妙之处在于产生了大量的碳酸物。这并不能说明什么，但如果考虑到氨基酸也属于碳酸物的话，情况就不一样了。 米勒的工作成果引起了轩然大波，许多人都希望在此基础上取得更大的进展。9年以后，西班牙人霍安·奥罗在休斯敦大学合成了脱氧核糖核酸的基本物质之一：腺嘌呤。关于生命分子如何产生的谜团开始解开了。 生命起源迷雾重重 那么，这些分子是如何产生的呢？是在地球上形成的还是来自外太空？瑞典科学家斯万特·阿列纽斯在1903年提出了“有生源说”，认为孢子等微生物可能存在于外太空，有时会坠入某个星球培育生命。这可能吗？1972年一颗陨石（默奇森陨石）落到了澳大利亚，在默奇森陨石上发现了74种氨基酸，其中55种可能起源于外太空。 最初的生命形式是如何产生的，这始终是一个谜团。 地球如何由无生命的世界迈向有生命的世界？要找出这一问题的答案，我们就必须去研究远古时代的岩石，它们经历了数十亿年的风霜仍然没有发生太大的变化。 实际上，我们已经发现了三种痕迹：叠层石、生命形态与现在的单细胞生物很相近的真正的微生物化石，以及一种很特别的碳元素。 在格陵兰岛有39亿年历史的伊苏阿岩石中发现了碳的两种同位素：碳12和碳13。伊苏阿岩石里有大量的碳12,其含量与在化石和生物体中碳12的含量很相近。这能够证明39亿年前就已经有生命存在了吗？ 生命是否来自外太空 也有人推测，生命分子来自外太空。国际空间站很快就要安装一套专门的设施，用于研究外太空对微生物的影响，验证生命能否从一个星球迁移到另一个星球。 生命难以在外太空存在，这不仅仅是因为外太空过度脱水的环境，还由于有宇宙射线和太阳紫外线的照射。但在上世纪90年代进行的长达6年的一项试验中，70％的枯草芽孢杆菌存活了下来。这说明，只要保护措施得当，生命是可以适应外太空环境的。 生命能从外太空到达地球吗？天体物理学家弗雷德·霍伊尔指出，有些细菌被彗星带到了地球。也有一些科学家认为，生命的许多基本元素是附着在漂移不定的岩石上的。支持这种看法的证据是在所发现的一些陨石上存在着一些小泡，里面的气体是太阳系形成年代留下来的。曾有论文指出，这些小泡是由碳原子构成的，被封闭在形成中的小行星和彗星中，直到其中某个星体落到了地球上，小泡里的物质才释放出来。这一发现为另外一种假设提供了支持，即构成地球大气层的气体来自于40亿年前的外太空。本回答由提问者推荐
太行次级断块在华北断块构造格局及其整体发展演化历史过程的制约下，有与其他次级断块相似的演化过程。
在约3600Ma地史发展演化过程中，太行次级断块随同华北断块经历了初始形成（3100～600Ma）、平稳发展（600～200Ma）和激发活化（200Ma至近代）等3个发展演化阶段，即地槽、地台和大陆边缘活动带3个阶段。
图1-1 山西省构造单元区划图
主要断裂：①太行山岩石圈断裂带；②离石岩石圈断裂带；③横河硅镁层断裂带；④唐河硅镁层断裂带；⑤王城庄硅镁层断裂带；⑥大同-阳原硅镁层断裂带；⑦霍山-运城硅镁层断裂带；⑧砂河硅镁层断裂带。构造单元划分：Ⅰ—太行次级断块；Ⅱ—鄂尔多斯次级断块；Ⅲ—冀鲁次级断块；Ⅳ—燕山台褶带；Ⅳ1—唐河断裂带；Ⅳ2—燕山次级台褶带；Ⅴ—阴山次级断块。1—汾渭裂谷断陷盆地（晋东北）；2—五台山-恒山台隆；3—省界
断块初始形成阶段历经阜平、五台和滹沱旋回，构成复杂褶皱基底之后，从长城纪开始进入断块平稳发展阶段，随着地壳轻微隆升或沉降，沉积或缺失一些盖层沉积成岩；晚三叠世末（印支运动之后）开始进入断块激发活化发展阶段，燕山运动使地台盖层发生强烈褶皱变形与断裂，并伴随岩浆侵入与火山喷溢，而且在晋东北地区尤为显著。自新生代以来，以断块升降为主体，并伴随玄武岩喷溢，形成汾渭裂谷中各个断陷盆地。在山西省1：50万比例尺构造岩浆图说明书中，将这3个阶段分别称：①太古宙—元古宙克拉通变质基底形成演化阶段；②中元古—古生代沉积盖层形成与发展演化阶段；③中-新生代陆内造山演化阶段。虽然还有其他不同称谓，但基本内涵相似。通过多旋回演化模式对山西地壳演化及其中生代特别是燕山期岩浆热液型多金属矿床成矿规律的认识具有重要意义。
（一）断块形成阶段（3100～600Ma）
在阴山与太行次级断块中，包括中、新太古代集宁、阜平、五台，古元古代滹沱和中、新元古代长城、蓟县等4个构造旋回，是华北断块早前寒武纪克拉通形成阶段。这个阶段从优地槽逐渐演化转变为冒地槽，经发展、结束而消亡，最终封闭形成统一的刚性地台，第一次克拉通化，华北陆块固结，活动带范围日趋缩小，沿陆核边缘不断增生，大陆岩石圈逐渐增厚，塑性变形向脆性变形转换。由一套遭受多期次、多旋回的高—中—低级变质和强烈构造变形的变质岩系组成。先后经历阜平、五台和吕梁运动构造-岩浆活动和变形、变质作用；底部麻粒岩相变质，广泛发育花岗岩化与混合岩化；中部角闪岩相与绿片岩相变质、花岗片麻岩穹窿与绿岩盆地分开；上部为次绿片岩相与绿片岩相至轻微或未变质。原岩建造和变形、变质特征表现为多期次构造变形叠加的活动带。以岩层间不整合或构造不整合为界面，将其分为阜平（集宁？）、五台、滹沱和晋宁等4个构造层。
1陆块初始形成
（1）五台期（2650～2500Ma）
上限以五台群与滹沱群间的不整合面为代表。在此期间，地壳由塑性向刚性过渡，与此同时，发生裂谷作用并接受沉积。五台运动导致裂谷封闭，五台群形成表壳型构造，发生角闪岩-低绿片岩相变质及局部花岗岩化与混合岩化，并伴随花岗岩侵入。
五台期海相火山岩主要由基性—酸性拉斑玄武岩-安山岩-英安岩-流纹岩系列组成，少数为细碧角斑岩系。火山沉积旋回下部——金刚库组中见有海底火山喷气成因块状硫化物（S、Cu）沉积；旋回的中部有与富钠、铁拉斑玄武岩浆活动有关的火山沉积变质铁矿床——柏枝岩组、文溪组鞍山式铁矿床。
在五台群成岩过程中，通过海底火山作用将地幔或下地壳中的成矿物质一同带到地壳表部，并达到初始预富集，随同石咀亚群金刚库组和台怀亚群柏枝岩组、文溪组硅铁建造，形成金的矿源层或低品位同生火山-沉积变质金矿（如小板峪和康家沟金矿等）。通过对许多中生代岩浆热液型多金属矿床的研究结果证明，这些岩浆热液型矿床中的一部分成矿物质源自五台群这些矿源层。因此，这些岩浆热液型矿床往往总是直接发育在这些古老含金岩系基底之上，表明其成矿作用与含金变质岩系间可能有一定内在联系。
（2）滹沱期（2500～1800Ma）
刚性地壳逐渐形成，并伴有裂谷型沉积产生。其上限以滹沱群与长城系之间的不整合界面为代表，即吕梁运动。导致古元古代裂谷封闭，发生区域低温动力变质和局部混合岩化，并伴有吕梁期花岗岩类岩浆侵入和晋东北地区沿NW向断裂带呈群（带）分布的变辉绿岩脉（墙）的贯入。使地壳第二次克拉通化，华北断块进一步固结。NW向断裂活动一直延续到中生代，因此，许多燕山期岩体的狭长带状分布，与其一致或重叠。
滹沱群底部豆村亚群四集庄组含金沉积变质砾岩属正常海相砾、砂、泥沉积建造，角度不整合在五台群之上，分布面积约1000 km2。在20世纪60年代1：5万比例尺区域地质调查工作中，曾对四集庄组变质砾岩金矿化进行调查，证明了砾岩中含金的普遍性和不均匀性，而且源自五台群，是五台群金矿源层成矿物质再次就位的结果，又是中生代岩浆热液型金矿床成矿物质另一来源的一部分。
（3）四堡期（1800～1000Ma）
华北断块以整体抬升为主，上限为铁岭组与下马岭组间平行不整合面。代表华北断块的升降面，称芹峪升降。
（4）青白口系和震旦期（1000～800Ma）
这个时期华北断块比较宁静，期末表现为景儿峪组与寒武系间的平行不整合面，称蓟县升降。
（5）震旦期（800～600Ma）
表现为不均衡升降，华北断块大部分地区第一次隆升为陆。震旦纪末，寒武系平行不整合覆盖其上。
（二）断块平稳发展阶段（600～200Ma）
这个阶段是华北断块相对稳定的盖层沉积时期。以很少有广泛而又强烈造山运动为特征，呈现刚性地块整体隆升状态；地壳活动特征以差异升降运动和以正常沉积为主；深部地幔物质活动相对平静，岩浆活动微弱。
（1）加里东期（600～405Ma）
华北断块处在稳定状态，整体下沉为陆棚，被浅海淹没，局部出现差异升降，在下马家沟组与亮甲山组间有平行不整合，称怀远升降。中奥陶世华北断块第二次全面隆升，致使志留系、泥盆系和下石炭统缺失。
（2）华力西期（405～250Ma）
中石炭统超覆在下伏地层之上，即本溪升降。石炭纪继续表现为稳定的构造环境，为浅海海陆交替相含煤岩系沉积。华北断块在二叠纪晚期第三次抬升为陆，接受陆源碎屑沉积。在此阶段末，二叠系与三叠系间呈平行不整合或连续过渡。
这个阶段准地台进一步固化，构造变形以开阔褶皱和脆性断裂为主，是山西省以沉积矿床成矿系列为主的成矿期，如煤、铝土矿、黏土矿和硫铁矿等。
（三）断块激发活化阶段（250Ma至近代）
这个时期太行次级断块随同华北断块一起进入到一个新的强烈构造变形与频繁岩浆活动阶段，太行次级断块以中生代断裂、褶皱变形、岩浆活动频繁和新生代汾渭裂谷断陷盆地发育为特征。它是在太平洋板块边缘构造动力影响下，于活动大陆边缘内侧，原已稳定的大陆地壳产生新的活动带。这一阶段从具有划时代意义的印支运动开始，因滨西太平洋和特提斯-喜马拉雅构造域的强烈活动而被解体，深部地壳物质又重新再次活动，过渡性地壳同熔和壳源型岩浆强烈侵入与喷溢，基底断裂复活并引发新断裂、褶皱、抬升造山与断陷盆地形成，基本构成当今盆岭地貌景观。这个地史阶段是中生代特别是燕山期岩浆热液型矿床的主要成矿期。
（1）印支期（250～205Ma）
开始逐渐进入滨西太平洋构造域，新形成的构造形迹叠加在固有的构造系统之上，开始了中生代断陷盆地的形成、盖层褶皱、断裂、岩浆侵位、火山喷溢和成矿作用。初期受兴蒙古生代近东西向褶皱系统的影响，太行山次生断块呈现北隆南坳的构造格局，叠加在二叠系内陆沉积之上的三叠系大型箕状盆地接受内陆河湖相和少量沼泽相沉积，分布面积约17600 km2，为一套发育较齐全的陆相沉积岩，下与二叠系连续沉积，整合接触，最大厚度2270 m，但在怀仁县以北，缺失整个三叠系沉积记录。这个时期在天镇、阳高和浑源少数地区有海西期末—印支期偏碱性、碱性岩浆侵入，并有堡子湾金矿和六墩铅锌矿床等形成。
（2）燕山期（205～66Ma）
侏罗纪—白垩纪是山西境内断裂变形和岩浆侵入又一广泛而又强烈的活动期，以发育逆冲推覆构造、褶皱和北西、北东向正断层系统和形成河湖相聚煤构造盆地、火山断陷盆地、岩浆侵入、火山喷发和丰富的非金属和多金属矿床为特征。
早侏罗世早期因受印支运动影响，地壳运动主要表现为差异性升降，地壳全面隆升；至早侏罗世晚期；在大同—宁武一带开始下陷，接受永定庄组河流相碎屑岩-河湖相泥沙质沉积，其余地区多呈现为隆起剥蚀，静乐—宁武一带夹有少量英安质凝灰岩；至中侏罗世早期，晋东北地区沉陷范围扩大，宁武等地形成北东向聚煤构造盆地，接受大同组含煤岩系和云岗组、天池河组河流相碎屑岩沉积，超覆在永定庄组及其他下伏不同层位之上，在燕山台褶带内有下花园组爆发溢流相流纹岩及流纹质安山岩出现。
中侏罗世晚期—晚侏罗世早期为地壳强烈伸展阶段，晋东北浑源和灵丘等地区形成一系列北西与北东向切穿岩石圈的深大断裂，岩浆沿断裂上涌喷发，九龙山、髫髻山、土城子、张家口和大北沟组多旋回中基性—酸性—碱性火山岩和火山-沉积岩堆积在火山断陷盆地中，呈角度不整合覆盖于石炭系—二叠系或奥陶系之上，缺失下、中侏罗统含煤碎屑岩建造沉积，说明火山盆地是在挤压隆起区同北东和 NW 向两组断陷交汇部位下陷形成的。
晚侏罗世晚期为燕山运动主造山期，在北西-南东向水平挤压力作用下，形成一系列与燕山早期近东西向构造向呈大角度交切的北北东向构造带。这些构造带由一系列逆冲推覆构造带和褶皱构造组成，呈北北东向贯入各大山区，形成总体呈“S”形展布的构造格局。
表1-1 山西省构造旋回划分与基本特征
晚侏罗世末期至早白垩世早期为地壳强烈挤压后不均衡调整的应力松弛期，接受以粗碎屑岩夹少量基性、酸性火山岩的义县组沉积，并伴有同沉积断层产生，因此属断陷盆地沉积。后来，在挤压构造环境中，产生北东向开阔褶皱。早白垩世晚期—晚白垩世总体处于地壳隆升伸展阶段，仅在燕山台褶带内的浑源等地和鄂尔多斯次级断块东缘坳陷区内（晋西北），沉积了下白垩统左云组和上白垩统助马堡组红色碎屑沉积建造，至此之后山西全境隆起。
（3）喜马拉雅期（66Ma至今）
是山西中、新生代大陆边缘活动阶段又一构造活跃时期，继续在滨西太平洋板块构造应力作用下强烈拉伸，以继承性断裂和地壳间歇性抬升为主导，形成山体整体抬升和汾渭裂谷中各个断陷盆地，并伴随三次玄武岩喷溢，构成当今山西盆岭地貌。
综上所述，山西大地构造演化历史明显具有多旋回发展的特点，每一旋回又都显示它的新生性和不可逆性（表1-1）。近3000Ma以来，以山西为主体的太行次级断块在华北断块整体格局中，一同经历了活动（前寒武纪）→稳定（古生代）→再活动（中、新生代）整体演化过程，同时也是水平运动→垂直运动→水平运动为主导的动力演化过程。构造变形-岩浆活动-沉积成岩等成矿地质构造背景的差异，导致形成不同成矿系列，即断块形成阶段的海底火山沉积变质成矿系列（如火山沉积变质铁矿床、块状硫化物矿床、硅铁建造型金矿床、石墨矿床和建筑材料矿床等），还为后继成矿作用提供了一定的成矿物质来源；断块平稳发展阶段形成外生沉积成矿系列（如煤、铝土矿、黏土矿、石膏和硫铁矿以及山西式铁矿等）；断块激发活化阶段形成岩浆热液型多金属矿床成矿系列（如金、银、锰、钼、铜、铅、锌、硫和铁等多金属矿床），以膨润土、沸石和珍珠岩为代表的非金属矿床成矿系列和内陆断陷盆地中、新生代陆内河湖相蒸发岩成矿系列（如石盐、芒硝、白钠镁矾、硝土碱和石膏矿床等）。
赵凤清 金文山 甘晓春
（天津地质矿产研究所，天津 300170）
孙大中
（中国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2750～2500Ma，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。
关键词 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，如地震反射和衍射方法[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—湖口地学断面的地震波速结构
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。地震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40km/s，密度为275g/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625km/s，密度由285g/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≈530～70km/s，和酸性—中性麻粒岩的Vp吻合[14]，下地壳的底部Vp>71 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2500Ma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，又相继报道了一些老的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2750～2500Ma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2750～2500Ma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 误差为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部长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fsm/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1800～2500Ma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2500Ma。
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）
1—古元古代；2—中元古代
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。
42Ga（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差异，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。
51～-210～01～02 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-18，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—湖口断面的地震波速结构反映下地壳除在局部地段的底部外，主体上Vp＜7MHExposed cross section through the continental crust:Implication for crustal structure,petrology and evolutionSci,1981,90,263～277MArculus and RKayElsevier:Amsterdam,1992闽北前寒武纪基底的地质年代学研究
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[23]赵凤清，金文山，甘晓春等地球学报，1995,3,235～245东南超壳多阶段构造演化同位素年代学制约北京：冶金工业出版社，1993,69～77皖南低87Sr/86Sr初始比值的过铝花岗闪长岩及其成因
[26]朱玉磷中国区域地质，1988,4,353～3575km）位于俄罗斯西北部的科拉半岛，这一深度尚不足 该区大陆地壳厚度的二分之一。可以相信，随着科学技术的发展，地质学研 究的对象将不断向地球的深部（如地幔、地核）扩展。 地质学的研究内容主要包括固体地球（重点是地壳或岩石圈）的物质组 成、内部构造和形成演化历史。按其研究内容和任务的不同，地质学的主要 分支学科可简举如下： （1）研究地球的物质组成方面的学科，如结晶学、矿物学、岩石学等； （2）研究地球的内部构造方面的学科，如构造地质学、构造物理学、区 域构造学、地球动力学等； （3）研究地球的形成演化方面的学科，如古生物学、地层学、地史学、 古地理学、地貌及第四纪地质学等； （4）研究地质学的应用方面的学科，可分为两个方面：其一是研究地下 资源方面的分科，如矿床学、石油地质学、煤田地质学、水文地质学等；其 二是研究地质与人类生活环境及灾害防护方面的分科，如工程地质学、环境 地质学、地震地质学等。 此外，人们为了更好地研究上述地质学的各个方面，不断地吸收和借鉴 其它一些学科的先进理论、方法和技术，用以促进和深化地质学的各项研究， 于是逐渐形成了一系列的边缘学科，如数学地质、地球化学、同位素地质学、 天文地质学、海洋地质学、遥感地质学及实验地质学等，这些边缘学科在现 代地质学各领域的研究中发挥着极其重要的作用。 近几十年来，由于世界各国工业、农业、军事、航天、交通等产业的飞 速发展，其结果给地球的自然环境带来了巨大的影响。这种影响有些是直接 的（如污染问题）、有些是间接的（如气候变化），它已经严重地影响到地 球的自然生态和人类的生存与发展，因而受到科学工作者和全人类的广泛关 注。这一问题与地球科学和环境科学关系密切，于是在地球科学中逐渐形成 了一门与环境科学相结合的边缘学科，即环境地学。环境地学主要研究地球 自然环境的组成、结构、形成、演变以及环境的破坏、污染、防止、保护、 改良与评价等。根据地球科学中各学科所研究的侧重点不同，又可分为环境 地质学、环境地理学、环境气象学、环境水文学、环境海洋学、环境土壤学 等。 朋友！ 这些比较详细缺点就是多点 呵呵不知道你用不用sfdsefdewfewfewfewfwefweofiewfffffffewfhe ff efiewufuwuifweuifywe fwefewfewfewfewf
人类在从事探采金属和其他矿物原料过程中积累了有关矿产分布和性状的知识。各个有古代文明历史的民族都有关于矿产地和某些萌芽矿床成因概念的记载。中国利用铜、铁的历史都很早，夏商两代青铜器制作已有相当规模和水平，春秋时期已能够用铁矿石炼铁。公元前2000多年成书的《山海经》记载有数十种矿物、岩石和矿石的600 多个产地，还把矿产分为金、玉、石、土 4类。《管子》中已有关于采矿中金属共生与分带的描述。古代利用的金属主要有铁、铜、锡、银、铅、金、汞等，全国各地发现过很多古矿硐及其他采矿遗迹，有些地方采掘已有相当的规模。唐宋以来史书中有矿产产量的记载。明代（14、15世纪之交）铁产量已达到2000万斤，这大致相当17世纪欧洲国家产业革命后，英国年产量的数字。在这个时期内，也有几种能反映当时有关矿产和矿床认识的著作。如北宋沈括的《梦溪笔谈》广泛涉及到自然科学和生产技术，在地学方面他发现记录了地磁偏角，也最先提出“石油”的命名。南宋的郑所南早在14世纪就提出关于地下活动的水沿岩石裂隙脉络流渗形成矿脉的推想，得到了现代科学史研究家的极高评价。明代李时珍在其《本草纲目》中记载有160多种矿物岩石的产状和药用价值。明代宋应星所著《天工开物》记述了许多工业农业领域的知识和经验，其中包括不少古代金属和非金属矿产的寻找和采冶技术。但总的来说，中国封建社会中自然科学和生产技术的研究和总结不受社会主流的重视，以致长期得不到应有的提高和发展。
在欧洲，古希腊哲学家中有不少人的著述谈到岩石矿物和矿石，关于这些自然界物质起源的认识成了后来地质学及矿床学思想的源头。中世纪，中欧一些古老的采矿业中心积累了有关矿床的知识，一位捷克人Agrico1a经过在这里考察，于1546年写成一本“金属矿床成因”的书，提出了矿床中的物质来源于地壳，地表水渗透到地下深处受热，溶解了岩石中的成矿物质，然后再沉淀在岩石裂隙中的认识，现在认为，出现在16世纪中叶的这一认识可以看作是近代矿床学的萌芽。到17世纪，哲学家笛卡儿提出了与此不同的认识，认为矿床是来源于地球深部，炽热物质通过贯入作用或溶液携带进入已冷却了的地壳岩石裂隙中沉淀而形成的。到18世纪，上面两种不同的观点，发展起来的“水成论”和“火成论”之间的激烈论战达到了高潮。水成论的代表是德国的维尔纳，认为所有岩石和矿床都是大洋水中沉淀形成的，大洋水中溶解有形成岩石和矿床的所有物质，当它们沿岩石裂隙渗透时，就在其中沉淀出矿石。火成论的代表是英国人赫屯，他认为矿石只能由深处上升的火成的熔融物质充填在地壳裂隙中形成。随着大量事实材料积累，表明矿床既有与深处岩浆作用有关的，也有与地球外部的地质作用有关的，这种争论自然就缓和下来。19世纪是欧洲国家工业化后自然科学包括地质学发展的重要时期。19世纪以来的科学由于有了更为正确的理论思维方法和科学研究方法，从而能够更多地揭示出自然界的客观规律。从矿床学来看，这一时期重要的发展和成就集中表现在岩浆分异和热液成矿理论的逐步建立和完善上。包括 EVon Cotta，JLSand berger致力于侧分泌成矿理论研究。并得到THunt等的支持。FLindgreen（1933）的矿床成因分类，这是一个包括了内生外生成因矿床，考虑了矿床形成的不同方式、不同形成温度和压力条件下的矿床大系统。
（2）肯定了金属矿床与岩浆岩有成因关系，认为岩浆结晶分异到后期分异出含矿气液相物质在地壳中活动形成了矿床，而金属矿床可看作是岩浆演化的一个相，这种岩浆热液成矿理论得到了普遍接受，并在 20世纪前50年占统治地位，其影响达半个世纪之久。
（3）19世纪末到20世纪初，在矿床成因理论方面形成了若干个各有特色的科学学派。弗·衣·斯米尔诺夫认为美国学派重视地质构造对矿床形成和富集的控制，并致力于用大量实验和计算资料力求恢复矿床形成的自然物理-化学条件。德国学派着重对形成矿床的矿物学、地球化学进行深入研究，并建立了各种成矿环境条件下矿物共生系列。前苏联矿床学派的优势是全面研究矿床形成作用与地质介质的自然联系，发展了矿石建造和成矿建造的概念，开创了褶皱带成矿规律研究。
到了20世纪50～60年代以后，除了岩浆热液成矿理论在有关地球结构、岩浆起源、区域构造发展演化研究成果基础上得到充实和深化外，并有了新的突破，这就是证明了金属成矿物质除由岩浆从深部带出来外，在广阔的沉积作用、火山作用和变质作用环境中也有使金属发生迁移富集成矿的重要机制。层控矿床成矿的理论越来越受到广泛的重视和讨论。这一时期矿床成因理论水平得到显著提高，与以下的地球科学重要进展有关：
（1）20世纪50年代以来，矿床地球化学迅速得到发展，特别是同位素地质学被广泛应用到矿床研究中，使矿床中金属的来源迁移富集条件以及成矿年代的研究变得更为实际和深入。同时，其他新的实验技术的发展和应用，在矿物流体包裹体的研究、矿物微区成分的研究中获得了许多新的知识和信息。
（2）在这个期间，人类第一次发现并研究了现在正在进行中的成矿作用，1963年美国加利福尼亚州索尔顿发现上升热液。1964～1965年发现红海海底热水和含金属沉积物。1971～1978年以来，在东太平洋中隆很多地方发现含金属热水喷出口。随后，载人潜艇到海底观察了热水喷出口及其附近的含金属热水沉积物。
（3）20世纪60年代中期提出的板块构造理论为研究矿床形成的区域地质背景和成矿作用动力学开辟了新的方向。大量资料表明，成矿作用与地球演化存在因果关系，对造山带盆地和大陆地质先后开展了相关研究。
20世纪最后20～30年，世界范围内的找矿和成矿理论研究均取得了重要发展，其中包括新类型矿床的发现、超大型矿床的发现和研究、海底热水沉积成矿作用的深入研究、成矿模式的成功应用、同位素、微量元素组成研究与流体包裹体研究的应用等。
中国近代地矿事业发展也已经有了百年的历史，19世纪以来，近代地质学传入中国，当时有识之士把兴办地矿事业看作是社会发展、民族独立的需要。首先致力于出版译著、兴办学堂。辛亥革命后，南京临时政府开始在政府机构实业部中设矿物司地质科，后迁北京改为地质调查所和研究所，所长章鸿钊先生领导下培养了第一批地质人才。1916年十几名毕业生分赴河北、山东开展地质填图，并对龙烟、鄂城、井陉、大同等铁矿和煤矿进行了调查，这是中国人在自己国土上进行地质工作的开端。此后，北京大学、中山大学等相继开设地质系。河南、湖南、两广、江西、四川等省相继成立地质调查所。几十年中，中国地质工作者在基础理论和矿产地质工作方面，都作了许多开创或奠基性的工作。例如，长江中下游铁矿志、赣南钨矿志、云南东川铜矿、个旧锡矿研究报告等不少成果，就是刊载在这些调查所出版的《地质汇报》、《地质专报》中。20世纪三、四十年代发现或作过初步工作的一些矿床，如白云鄂博铁矿、攀枝花铁矿、贵州铝矿、云南磷矿、大冶等长江中下游铁铜矿床、白银厂铜矿、东川铜矿、湖南铅锌矿等后来都成为我国第一批矿产勘探基地。孙建初等在玉门油矿的工作也使这里成为中国自己最早发现的油田。但总的来看在经费不足、装备落后的限制下，像矿产勘查及研究这样需要较大投入的工作和研究领域未能得到如其他基础地质学科领域研究所取得的成果。
1949年新中国成立后，为适应国家经济建设的需要，执行了地质工作大发展大转变的方针。很短的时间内建起了各级地质机构，迅速扩大了地质队伍。在从1953年开始的第一个五年计划中，集中主要力量进行勘探部署，保证了一批新建企业所必需的矿产储量。随着包括鞍山、包头、大冶等钢铁基地，大同、开滦、抚顺等重要煤田以及东川、白银厂、铜官山、桃林、水口山等有色金属矿山，个旧锡矿、赣南钨矿、昆阳磷矿等重要矿产地勘探任务的完成又及时地提出加强对缺乏资源和分布不平衡资源的普查工作。在此后的两三年中，包括铬、钒、铍、钼、钛、金、石膏、重晶石等几十个矿产地被发现。在西北、东北、华北、西南等地区石油普查也发现了大量的储油构造及油气显示。此外，还组织专门机构开展了铀矿的普查。随着矿床普查勘查工作的开展，矿床地质研究工作也得到了加强，一批重要研究成果如程裕淇等关于鞍山式铁矿，郭文魁、郭宗山等关于铜官山铜矿，宋叔和等关于白银厂铜矿，黄懿、裴荣富等关于大冶铁矿，叶连俊等关于中国锰矿等论文先后发表。在1957年的全国第一届矿床会议上，对中国铁、铜、钨、锡、钼、铅锌、金、铬、镍、磷、硫、煤、石油等矿产勘查成果进行了较系统的总结。在20世纪50～60年代中，岩浆热液成矿理论在国内研究工作中仍居主导地位。代表性的有徐克勤等对华南属于不同时代的花岗岩及各自的成矿专属性的认识，郭文魁对中国主要内生金属矿产成矿条件和基本特征的总结。同一时期内也有孟宪民对同生论的倡导，并围绕长江中下游、云南东川等地矿床的同生成因展开了讨论。
1958～1965年间，又有许多新矿产地发现，如金川镍矿和大庆油田的发现引起世人的瞩目。还有甘南铀矿、狼山铜铅锌矿、德兴铜矿、金顶铅锌矿等矿产地的勘查也取得了进展。西藏、内蒙古、甘肃、新疆铬矿找矿工作得到加强。山东、贵州先后找到原生金刚石矿床。1975年，河北任丘发现了特殊的油气藏类型，黄海、东海、南海发现含油盆地。70年代中期，还加强了黄金矿床地质工作，在许多省区找到金矿，发现新类型金矿。在此基础上，提出了中国金矿成因类型和金矿集中区的概念。
1977年以来，地矿工作在调整中发展。重点是开展了成矿区划研究和进行了资源总量预测。先后完成了铁、锰、铬、铜、铅锌、铝、镍、锡、钼、锑、金、铂、铀、磷、硫、钾盐、金刚石等重要矿产的区划远景的研究工作。在后面一轮的固体矿产普查中划分出29个重点片，经过工作在鄂尔多斯、内蒙古、新疆准噶尔和哈密地区、豫陕边境小秦岭、湘南粤北、湘黔边境及三江等成矿远景区都发现了一批值得进一步工作的矿产地。这一时期内，矿床研究的方法手段得到了明显的改善，如先后引进电子探针、扫描电镜、红外吸收光谱、穆斯堡尔谱、核磁共振谱等测试设备。完善了钾-氩、铷-锶、铀-铅、钐-钕、碳等同位素年代方法测定之后，又发展了氢、氧、碳、硫、铅、锶等稳定同位素方法。地质实验测试新技术的应用和地质研究新领域的开拓，使这一时期内矿床类型和矿床理论研究都有了新的进步。
20世纪70年代，不少国家出现了火山成矿作用研究的热潮。我国矿床地质工作者在对长江中下游陆相火山岩中矿床的研究工作中，陈毓川等提出了玢岩铁矿的综合成矿模式。层控矿床研究也受到了普遍的持续的关注，在南岭、秦岭、华北、川黔、甘南、长江中下游等地开展了研究。1982年以来连续三届全国矿床会议中交流了丰富的研究成果。涂光炽主持出版了《中国层控矿床地球化学》。在区域成矿研究方面，从程裕淇等（1973）首先提出铁矿成矿系列开始，随后又综合研究建立了包括各种成因矿床的3大类21个成矿系列。这项工作在后来的成矿区带研究（陈毓川等，1998）中又得到了进一步发展。关于成矿区划研究方面，郭文魁（1987）首先根据中国内生金属矿床的区域分布提出了中国境内存在泛西太平洋成矿域、特提斯成矿域和古亚洲成矿域三大成矿域的看法。陈国达在根据中国地质和成矿特征提出地洼成矿观点之后，更进一步发展为“壳体演化递进成矿”的假说。此外，能够反映这一时期中国矿床研究整体水平的成果还有陈毓川（1993）、裴荣富（1995）对中国矿床成矿模式的总结，涂光炽等（2000）中国超大型矿床研究成果等。总的来看，正如郭文魁先生曾经说过的那样，我国矿床理论研究水平几十年来有了迅速提高，基本上能从追踪国际研究方向，并不断加深对中国区域矿床特色的认识，而发展到目前大体能与国际发展同步。这一时期内，通过参加国际会议，在国内外发表论文等，我们的矿床研究成果在国际交流中已日益受到重视。在新世纪里中国矿床学研究必将会有更大的进步。
元素克拉克值是元素一项重要的地球化学参数，作为背境，它能提供元素在地壳某区段富集和分散及其程度的信息。元素的克拉克值也是影响元素地球化学行为的重要因素。元素的丰度在某种程度上制约了元素参与地球化学过程的浓度，从而支配着元素的地球化学行为。例如，化学性质相当近似的碱金属元素 Na，K，Rb，Cs，由于它们的丰度不同，在地壳地球化学过程中有很不相同的行为。对于丰度高的K和Na，它们在各种体系中都可有较大的浓度，可以形成独立矿物。在某些特殊的环境下发生过饱和而沉淀出自己的盐类，甚至是易溶的氯化物，形成岩盐和钾盐矿床。对于丰度低的Rb，Cs，由于其在各种体系中浓度低，终是难以达到饱和，而呈分散状态存在于其他元素的矿物中。不能形成自己的独立矿物。这就是为什么人造化合物的数量可达数万、数十万，自然界的化合物（矿物）数量非常有限的原因。迄今为止，自然界尚未发现低丰度元素的阳离子和低丰度元素阴离子所组成的化合物。因此，在考虑地壳中元素迁移、集中和分散的地球化学行为和过程时，必须注意元素克拉克值这一重要的影响因素。根据地壳丰度值可以计算出地球化学性质相似或地球化学有关的元素对之间的平均比值。如 V/Fe，Ni/Cr，Ni/Co，Se/S，Te/Ce，Zr/Hf，Nb/Ta，K/Rb，U/Pb，Th/U，Rb/Sr，Sm/Nd等等。岩石、矿床中这些元素的比值比它们的绝对量要重要得多。因为它们是相关元素或化学上难以分离的共生元素。如果它们的比值偏离了按照元素克拉克值计算出来的平均比值，就常常成为一种地球化学标志，说明已经发生过某些特点的地球化学过程。在同位素和微量元素地球化学领域中就经常采用这种元素对比值的变化来追踪发生过的过程。最简单的例子是如果被测岩石的Sm/Nd比值偏离了 024，则该岩石或其物源区便可认为遭受了轻稀土的亏损或富集。又如Th/U比一般在35 大气圈、水圈和生物圈的化学组成包围着地球的外部地圈包括大气圈、水圈和生物圈，它们的总质量仅占整个地球的 006％、硅2673％、铁445％、钠247％、镁276％、其他05km）位于俄罗斯西北部的科拉半岛，这一深度尚不足 该区大陆地壳厚度的二分之一。可以相信，随着科学技术的发展，地质学研 究的对象将不断向地球的深部（如地幔、地核）扩展。地质学的研究内容主要包括固体地球（重点是地壳或岩石圈）的物质组成、内部构造和形成演化历史。按其研究内容和任务的不同，地质学的主要 分支学科可简举如下：（1）研究地球的物质组成方面的学科，如结晶学、矿物学、岩石学等；（2）研究地球的内部构造方面的学科，如构造地质学、构造物理学、区 域构造学、地球动力学等；（3）研究地球的形成演化方面的学科，如古生物学、地层学、地史学、 古地理学、地貌及第四纪地质学等；（4）研究地质学的应用方面的学科，可分为两个方面：其一是研究地下 资源方面的分科，如矿床学、石油地质学、煤田地质学、水文地质学等；其 二是研究地质与人类生活环境及灾害防护方面的分科，如工程地质学、环境 地质学、地震地质学等。此外，人们为了更好地研究上述地质学的各个方面，不断地吸收和借鉴其它一些学科的先进理论、方法和技术，用以促进和深化地质学的各项研究， 于是逐渐形成了一系列的边缘学科，如数学地质、地球化学、同位素地质学、 天文地质学、海洋地质学、遥感地质学及实验地质学等，这些边缘学科在现 代地质学各领域的研究中发挥着极其重要的作用。近几十年来，由于世界各国工业、农业、军事、航天、交通等产业的飞 速发展，其结果给地球的自然环境带来了巨大的影响。这种影响有些是直接 的（如污染问题）、有些是间接的（如气候变化），它已经严重地影响到地 球的自然生态和人类的生存与发展，因而受到科学工作者和全人类的广泛关 注。这一问题与地球科学和环境科学关系密切，于是在地球科学中逐渐形成 了一门与环境科学相结合的边缘学科，即环境地学。环境地学主要研究地球 自然环境的组成、结构、形成、演变以及环境的破坏、污染、防止、保护、 改良与评价等。根据地球科学中各学科所研究的侧重点不同，又可分为环境 地质学、环境地理学、环境气象学、环境水文学、环境海洋学、环境土壤学 等。本回答被提问者采纳
赵志丹
（中国科学院地球化学研究所，贵阳 550002）
高山 骆庭川 张本仁
（中国地质大学地球化学研究所，武汉 430074）
谢鸿森 郭捷 许祖鸣
（中国科学院地球化学研究所，贵阳 550002）
摘要 人们在世界上许多地区的中、下地壳发现了低速层，并从不同角度来解释它的成因。作者对采自秦岭和华北地区的138个样品进行了高温（达1500℃）和高压（达3GPa）条件下纵波速度的测定结果，探讨了岩石纵波速度的一般特征，并且发现了岩石纵波低速现象。通过对实验产物的矿物组成和结构等的综合研究表明，含水矿物（角闪石或黑云母）的脱水、相变和部分熔融导致岩石出现纵波低速现象。实验结果表明含水矿物脱水熔融可能是引起研究区或世界其他地区出现地壳低速层的重要机制。
关键词 地壳低速 层岩石纵波速度 脱水和相变 部分熔融 秦岭造山带 华北克拉通
1 引言
本世纪50年代以来，以地球物理为主的地壳深部探测和对地球深部物质的实验研究使我们对岩石圈，特别是大陆岩石圈不断加深了解。其中地壳低速层就是深部地球物理的重要发现之一，它分布在世界的许多地区，如阿尔卑斯、北美、西藏、华北和秦岭造山带等地区，而且其中的许多地区是具有高热流的构造或地震活动带[2,12,13,14,19]。
人们用多种方式来解释地壳低速层的成因。有人认为它是由流体、大规模的推覆体或韧性剪切带等引起的软层[8,9]。其他学者则从实验室中地壳矿物和岩石的成分及其物理化学性质出发，认为石墨、含盐流体、或者矿物脱水相变及岩石部分熔融导致了低速层的出现[2,4,8,9]。从已有的研究看，迄今尚无一种理想的模式完满解释地壳低速层的成因。本文测定了采自秦岭造山带及其邻区和华北克拉通的138个岩石样品高温高压下的纵波速度，探讨了实验结果并应用实验数据解释研究区内地壳低速层的成因。
2 样品和地质背景
研究区包括秦岭造山带及其邻区和华北克拉通（五台山和内蒙古）。系统采集样品的地质单元主要是前寒武纪基底和不同时代的侵入体，其变质程度包括榴辉岩相、麻粒岩相、角闪岩相和绿片岩相岩石，它们可以作为地壳主要岩类的代表（表1）。选取新鲜、肉眼见不到裂隙和无次生变化的岩石进行实验。每个实验样品还配套进行显微观察、密度测定和岩石化学分析。对实验产物还进行了镜下鉴定和电子探针分析。
表1 采集实验样品的地质单元
3 实验方法
实验是在中国科学院地球化学研究所地球深部物质实验室完成的。YJ-3000t六面顶静态超高压装置可以在给定的时间内（几分钟至100小时）在腔体内产生高达60GPa）、T（达1500℃）值下的纵波波速Vp值。不锈钢箔加热器在温度上升达到其熔点后会熔断，因此每个样品的加温加压过程即以加热器熔断为终结，每个样品实验终结时的压力和温度各不相同，最高的分别可达3GPa和1500℃，普遍都超过了1000℃和1GPa。取地压增加梯度为03GPa的压力已使岩石内部裂隙基本闭合。在第二段10～30km深度，Vp值仍随深度增加而增大，但增加的幅度减弱，几乎所有样品都在750～920℃和090GPa（相当于21～30km）范围内达到了最大值Vp99～163～099～10km/s（表2），它们是2个斜长角闪岩、2个变基性火山岩、1个辉长岩、1个麻粒岩和1个大理岩。从降低程度来看，Vp,min值比Vp,max值最多降低达到21%（样品号5和37）。三种主要类型岩石的特征描述如下：
含角闪石或黑云母的岩类：全部实验样品中，含有角闪石或黑云母的岩石样品都出现了纵波低速现象；我们可以看到在角闪石或黑云母的边部有熔融玻璃（例如18号样品）。熔融玻璃出现在角闪石（或黑云母）和浅色矿物（斜长石或石英）的边界上，并呈无色、棕色或淡黄色。熔融玻璃约占整个样品的5%～10%。电子探针结果发现了有的角闪石已脱水、相变形成了辉石（例如样品39）[20]。
大理岩：实验样品中的大理岩都出现了纵波低速现象。样品均由原来的浅色或无色变成了绿色或深绿色。有的样品出现了小气孔（小于1mm），这可能是其中的碳酸盐类矿物（方解石或白云石）释放出二氧化碳后的残余结构。镜下颗粒之间出现大量的黑色全消光物质，可能是碳酸盐类矿物相变的产物[20]。
花岗岩：图3是部分花岗岩的Vp—h关系，其中未发现纵波降低现象。花岗岩样品中不含角闪石或只含少量黑云母，实验产物中除了发现有大量裂隙外，无明显变化，而且未发现熔体。我们可以认为在花岗岩类样品中，由于无或只有少量的含水矿物，使得产物中没有出现脱水、相变或部分熔融。
以上讨论可以简单总结为，碳酸盐类矿物的去气作用和相变导致大理岩的纵波低速，并遗留了一些气孔；而在存在含水矿物的岩石中，纵波低速则是由脱水、相变和部分熔融引起的。
图3 部分花岗岩样品的Vp—h图
LZ1-3—二朗坪黑云母花岗岩；LZ2-3—满子营黑云母花岗岩；LH-6—老虎沟花岗岩；DL-2—黄陵花岗岩；EL-7—二里坝奥长花岗岩；WJ-1—王家会花岗岩
6 讨论
已有的大量研究结果表明，在室温条件下，岩石的Vp值随外加压力的增大而单调增加或基本恒定在某个值，而在恒压升温实验中，随着温度的增加而降低。因此外加温度无疑是导致岩石波速下降的根本原因[1,4,11]。
许多研究者解释了岩石波速随温度增加而降低的原因，Kern[10]在压力小于06～06GPa）。至少有两种可能性存在，一种是部分中地壳本身发生了矿物脱水相变和少量部分熔融，形成低速高导层；另一种可能是类似Etheridge等[3]的研究结果，即矿物脱水相变和部分熔融发生于中地壳的底部或者下地壳，所产生的高温高压水或部分熔融物质上升至中地壳并被上覆的盖层圈闭引起了低速高导层。因此以角闪石为主的脱水相变或由之引起的岩石局部熔融是研究区内产生地壳低速层的重要原因之一。
7 结论
对54个实验样品的矿物组成和显微结构的研究表明，矿物脱水相变和由它诱发的部分熔融是岩石出现纵波低速现象的原因。矿物脱水相变或部分熔融是导致秦岭和华北地区，也可能是世界许多地区，存在地壳低速高导层的一个重要原因。
为同时解释低速和高导这两种性质的成因，在下一步工作中需要进行高温高压条件下岩石波速和电导率的综合测量，并进行多次平行实验和多次采集实验产物，以更好地限制实验中相变、熔融等发生的确切过程。
致谢 欧阳建平教授、胡以铿、张宏飞、许继峰副教授和周文戈博士提供部分样品，同刘庆生副教授进行了有益的讨论，邓晋福教授和FICompressional wave velocities in rocks at high temperatures,critical thermal gradients,and crustal low-velocity zones,JRes
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