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行星大火成岩省概论---大地质顶天、诸地学归一，构建整体地质观

已有 7665 次阅读 2012-1-17 22:11 |个人分类:行星地质|系统分类:论文交流| 大火成岩省, 地质球演化

行星大火成岩省导论：
LIPs的时空分布、地学特征、成因模式、全球响应与化学行星动力演化

郑中

An Introduction to Large Igneous Province on the Planet：

Space-time distribution, Geologic features, Original models, Global effects of LIPs and Chemical Planet dynamics evolution

By Geongs Zhern

(全球LIP增补+热点分布图，待另发)

第1章 大火成岩省定义、分类与研究概述... 2

1.1大火成岩省概述... 2

1.1.1大火成岩省分类... 2

1.2大火成岩省研究概述... 9

1.2.1研究行星演化的窗口... 9

1.2.2 LIP学科谱系... 10

1.2.3研究前缘... 11

第2章大火成岩省遗迹的空间分布... 12

2.1全球大火成岩省分布... 12

2.1.1全球LIP空间分布... 13

LIPs空间集群性... 15

2.1.2全球LIP空间统计... 15

2.2全球热点分布... 16

2.2.0热点：地幔柱说的发端... 16

2.2.1热点对跖特征... 17

2.2.2热点与S波层析图像... 21

2.2.3热点热流分布... 23

2.2.4热点参照系中的全球运动... 25

2.3大火成岩省实例简介... 30

第3章大火成岩省事件的时间分布... 32

3.1研究进展... 33

3.2 LIP事件统计... 34

3.2.1 LIP事件的丛集和周期... 39

3.2.2 LIP熔融温度的长期演变... 41

3.2.3 LIP岩浆生产率的变化... 47

3.3 GDS事件统计... 47

3.4 LIPs时序分析... 53

3.4.1数据库介绍... 54

3.4.2时序分析技术... 54

3.4.3分析结果... 56

数据完全性... 56

全数据库AB50的小波分析... 57

小波分析和谱分析、互谱分析总结... 59

周期峰年龄的确定... 60

3.4.4周期成因探讨... 61

3.5事件谱的地球动力学解释... 62

3.5.1 LIP与超大陆... 63

3.5.2 LIP与地幔对流... 66

第4章 大火成岩省地球物理特征... 67

4.1全地幔层析图像解译... 69

4.2全球LIP喷发位置还原... 69

4.3 LIP事件的深地幔痕迹... 74

4.3.1 LLVP幅梯度与LIP保存数... 75

4.3.2热点与深部地幔... 78

4.4下地幔底部低速区... 78

4.4.1 D’’层结构... 78

4.4.2 D’’层成因... 80

4.5上地幔底部低速区... 80

4.6岩石圈底部低速区... 80

4.7地壳内部低速区... 82

4.8火成岩下地壳... 82

分离结晶过程与全地壳波速... 82

原始地幔熔体与熔融的关系... 83

上、下地壳的理论波速... 88

地壳下分异效应... 89

地幔源区的非均质效应... 91

4.9地幔柱物探新方法... 92

4.9.1地幔柱重力异常... 92

4.9.2地幔柱地磁异常... 93

4.9大火成岩省下波速结构实例... 93

波速-深度模糊性与LIP地震结构：以OJP为例... 96

第二篇大火成岩省地质学特征... 101

第5章 大火成岩省构造几何型式... 101

5.1 LIP构造环境与平面型式... 101

5.1.1裂谷边缘地质特征... 102

5.1.2 LIP平面型式... 106

5.3 LIP岩浆管道体系... 107

5.3.1 LIP岩墙群型式... 107

5.3.1.1 LIP岩墙的地表型式... 107

5.3.1.2 LIP岩墙的深部型式... 113

5.3.1.3LIP层状侵入体... 115

5.3.1.4 CFB的火山管道型式... 118

5.3.2巨型岩墙群成因... 119

5.3.2.1锤裂溢流模式：地幔柱作用... 119

5.3.2.2钉裂溢流模式：底辟作用... 120

5.3.3巨型岩墙群实例... 121

5.3.3.1国外元古宙巨型岩墙群... 121

5.3.3.2中国前寒武纪巨型岩墙群... 123

第6章大火成岩省岩浆作用特征... 124

6.1 LIP岩石类型及特征... 124

6.1.1地幔柱头部... 125

6.1.2地幔柱尾部... 127

6.1.3高温岩浆岩：金伯利岩、苦橄岩... 127

6.1.4高压岩浆岩：科马提岩、碱性玄武岩... 128

6.2 LIP火山碎屑沉积物... 128

6.2.1 LIP基性火山碎屑岩矿床... 128

6.2.2 LIP基性火山碎屑岩特征比较... 129

6.2.3 LIP火山碎屑岩的动力学意义... 131

6.3 LIP岩浆作用脉冲... 133

6.3.1高熔岩生产率... 133

6.3.2脉冲期次统计... 134

6.3.3单脉冲岩浆作用... 139

6.3.4双脉冲岩浆作用... 139

6.3.5多脉冲岩浆作用... 140

第7章 大火成岩省类型比较：BLIP vs SLIP. 141

7.2火山活动期比较... 143

7.2.1火山作用先后：基性vs酸性... 144

7.2.2酸性火山活动脉冲性... 145

7.2.3酸性火成岩浆喷发参数... 145

7.3构造环境判别... 146

7.3.1基性火成岩省... 146

7.3.2酸性火成岩省... 146

7.4形成机制和产出特征比较... 147

7.4.1基性大火成岩省... 148

7.4.2酸性大火成岩省... 149

7.4.2.1岩石化学特征及成因... 149

7.4.2.2酸性LIP的形成条件... 150

7.4.2.3酸性LIP的产生机制... 151

7.4.2.4早期大陆酸性熔体产生机制：热化学地幔对流模拟*. 155

7.4.2.5小结... 156

7.5大陆溢流玄武岩省实例... 156

7.5.1 Karoo(Lebombo-Mwenezi)-Ferrar岩省... 156

7.5.2 Paraná-Etendeka岩省... 158

7.5.3 Deccan暗色岩省... 158

7.5.4 NAIP火成岩省... 158

7.5.5 Yemen-Ethiopia岩省... 158

7.5.6峨眉山火成岩省... 158

7.5.7小结... 160

7.6酸性大火成岩省实例... 161

7.6.1大陆裂解型酸性火成岩省... 161

7.6.2活动大陆边缘型酸性火成岩省... 163

7.7 LIP产出的共轭性... 164

第8章 大火成岩省地球化学特征及比较... 166

8.1 LIP地球化学概述... 166

8.2富集和亏损LIP. 166

8.3构造环境识别... 168

8.4 LIP常量元素特征... 178

8.3.1 LIP常量元素变异趋势... 178

8.3.2三大趋势：以ELIP为例... 193

8.3.2.1分离结晶趋势... 193

8.3.2.2芬纳趋势、鲍温趋势... 194

8.3.3两大系列：以ELIP为例... 195

8.3.4氧逸度变化：以ELIP为例... 197

8.3.5 S不饱和特征... 199

8.5 LIP微量元素特征... 200

8.5.1 REE配分模式... 200

8.5.2元素比值图解... 201

8.6 LIP同位素特征... 208

8.6.1一般同位素特征... 208

基性岩墙同位素地球化学：以Karoo为例... 211

8.6.2稀有气体同位素... 211

8.7 LIP铂族元素特征... 217

8.7.1 PGE地球化学趋势... 217

8.7.1 PGE配分模式比较... 219

8.8 LIP地质化学找矿初探... 220

第9章 大火成岩省动力地球化学探讨... 221

9.0层状地幔模式... 221

9.1板内LIP成因模式... 222

9.2富集LIP成因... 224

9.2.1微量元素... 224

9.2.2同位素... 226

9.3 OIB物质来源探讨... 228

9.3.1 ROC是OIB的源区物质吗？... 228

9.3.2 RCC是OIB的主要来源吗？... 232

9.4 OIB成因机制探讨... 234

9.4.1 OIB是地幔交代作用的产物？... 235

9.4.2 OIB起源于富集的大陆岩石圈地幔？... 237

9.4.3俯冲作用对LIP源区的影响... 238

9.4.4岩石圈厚度对LIP源区熔融影响... 239

9.4.5 OIB配分模式的影响因素... 241

9.5化学储库作用... 242

9.5.1微量元素... 242

9.5.1 Sr-Nd同位素... 243

9.6地幔端元作用模拟... 245

9.6.1 DM+TS混合模拟... 245

9.6.2 DM+EMII/EMI混合模拟... 246

9.6.3 DM+EM结晶混染模型... 249

9.6.4 地幔柱+SCLM混合模式... 250

9.8.2.1批式部分熔融模拟... 258

9.8.2.2分离部分熔融模拟... 259

9.8.2.3热动力（联合）熔融模拟... 261

附录：全球MORB组分与脊轴深度的相关性 265

第10章 大火成岩省地质成矿规律... 271

10.1全球成矿演化及成因... 271

10.1.1全球成矿脉冲统计... 271

10.1.2全球主要成矿期特征... 271

10.1.3全球成矿演化成因探讨... 271

10.2全球成矿与超大陆旋回... 272

10.2.1超大陆旋回与主要成矿期... 272

罗迪尼亚古陆与贫乏期... 272

10.2.2超大陆旋回与主要矿床类型分布... 272

10.2.3超大陆旋回成矿实例... 272

10.2.3.1南美洲元古代成矿... 272

10.3全球LIP成矿区带概论... 272

10.3.1全球克拉通、LIP、矿床的空间关系... 273

10.3.2全球成矿潜力多级评估... 273

10.3.2.1超大陆尺度... 273

10.3.2.2大陆尺度... 273

10.3.2.3克拉通尺度... 273

10.3.2.4地块尺度... 273

10.4 LIP地质成矿规律比较I274

10.4.1基性大火成岩省... 274

10.4.2酸性大火成岩省... 274

10.5 LIP地质成矿规律比较II274

10.5.1大陆大火成岩省... 274

10.5.2大洋大火成岩省... 274

10.5.3边缘大火成岩省... 275

实例：环地中海区的新生代非造山岩浆岩省 275

10.6 LIP主要成矿模式简介... 278

10.6.1岩浆成矿体系... 278

10.6.2陆缘LIP成矿体系... 278

10.6.3板内LIP成矿体系... 278

10.6.4地幔柱型LIP成矿体系... 278

10.6.5洋中脊成矿体系... 279

10.7 LIP地质勘查... 279

第三篇大火成岩省成因

第11章大火成岩省的地幔柱成因... 279

11.1地幔柱概述... 279

11.1.1发展简史... 280

11.1.2定义和分类... 282

11.1.3构造岩浆特征... 285

11.1.4浅部形态和结构... 285

11.2地幔柱地球物理探测... 287

11.2.1全球地幔柱-LIP-热点的空间分布... 288

11.2.2热点与深部地幔S波横向梯度之间的空间相关性... 289

11.2.3 LIPs起源于长期性异质深部地幔... 290

11.2.4地幔柱三维残像实例... 293

11.3地幔柱流体力学... 293

11.3.1热幔柱的起动... 293

11.3.2冷幔柱的发生... 295

11.3.2地幔柱的演变：参数和模拟... 296

11.3.2.1浮质通量... 296

11.3.2.2实验和模拟... 298

11.4地幔柱-岩石圈作用... 300

11.4.1地幔柱对岩石圈的隆升... 301

11.4.1.1隆升作用：经验关系与模拟... 301

11.4.1.2侧向伸展... 303

11.4.2地幔柱-大陆边缘岩石圈作用... 303

11.4.3地幔柱-大洋板内岩石圈作用... 303

11.4.4地幔柱-洋中脊作用... 303

11.5地幔柱型LIP特征及实例... 304

11.5.1研究概况... 304

11.5.2 IPV的地幔柱解释... 305

11.5.3地幔柱型LIP实例... 307

11.6地幔柱岩浆作用... 307

11.6.1 LIP事件丛集及成因... 307

11.6.2 LIP岩浆作用期次及成因... 309

11.6.3 LIP熔体高产率成因... 310

第12章大火成岩省的非地幔柱成因... 314

12.1概况... 314

12.2岩石圈板块作用... 314

12.2.1裂谷减压熔融... 315

12.2.2熔融聚焦作用... 316

12.2.3两阶段模式... 316

12.2.4岩石圈拆沉模式... 318

12.2.5非热机制... 321

12.3边缘驱动对流模式... 321

12.3.1存在证据... 322

12.3.2边缘对流型热点分布... 322

12.3.3边缘对流机制（上地幔柱）... 327

12.4小尺度对流模式... 329

12.4.1稳态TBL假说（否定）... 330

12.4.2 TBL对流扰动作用... 331

12.4.3检验小尺度对流模式... 331

12.4.4实例分析... 333

格陵兰岛东南缘... 333

挪威火山边缘... 334

12.5地幔熔融上涌模拟... 342

12.5.1定量推导... 342

12.5.2模拟图解... 345

12.6外来撞击假说和模式... 351

12.6.1撞击地质特征... 352

12.6.2撞击诱发LIP事件... 352

12.6.3最晚大型撞击：Chicxulub事件... 353

12.6.3撞击论别扭的折衷... 355

12.6.4撞击机制模拟... 356

12.6.5反驳泛撞击论... 360

12.6.6小结... 361

第13章大火成岩省成因实例分析... 362

13.1北大西洋大火成岩省成因模式... 362

13.2冰岛火成岩省成因模式*. 369

13.3 OJ海台成因模式... 369

第四篇大火成岩省与全球演变... 373

第14章大火成岩省事件的全球环境效应... 373

14.1海平面高度... 373

14.2地表元素丰度（元素、同位素）... 375

14.3大气圈成分（CO₂、SO₂）... 376

14.3.1 CO₂喷出机制... 378

14.3.1.1一种假说... 379

14.3.1.2孵化储积CO₂379

14.3.1.3孵化喷射机制... 381

14.3.1.4岩石圈气体爆炸动能学... 384

14.3.1.5喷射机制解释冲击证据... 385

14.3.1.6识别喷射筒遗迹... 387

14.3.1.7小结... 387

大气压长期性演变... 387

14.4物种绝灭... 388

14.4.1 LIP事件和绝灭事件的相关性... 388

14.4.2生物绝灭事件实例... 393

14.4.3绝灭机制分析... 397

14.4.3.1 CO₂改变生境... 397

14.4.3.2 SO2毒害生物... 399

14.4.3.3杀生机制图解... 400

14.5全球环境效应... 401

14.6未来灾变... 404

14.7小结... 404

第15章大火成岩省地质记录与大陆重构... 404

15.1大火成岩省与古大陆重构... 405

15.1.1古陆重构方法... 405

15.1.2两类岩浆事件... 406

15.1.3古陆重构实例... 406

实例1：劳伦古陆重构... 406

实例2：阿特兰提卡古陆重构... 417

实例3：泛古陆重构... 417

实例4：冈瓦纳古陆重构... 419

第16章大火成岩省地质记录与熳流迁移... 421

16.1中泛古陆裂解... 421

16.2南东向（中大西洋）路径... 422

16.3南东向（特提斯洋）路径... 423

16.4南冈瓦纳大陆裂解... 425

16.5东向（太平洋）路径... 426

16.6北西向（南大西洋）路径... 429

16.7冈瓦纳北东部-澳大利亚西北省的构造岩浆初期... 429

16.8西向（印度洋）路径... 429

16.9第一代幔柱的启动... 430

16.10地幔柱迁移... 431

16.11小结... 434

全球地幔对流及型式更替... 435

第17章大火成岩省事件与地壳演化... 438

17.1火成岩地壳增生模式... 439

17.2地球早期增生杂岩：与地幔柱、海台、俯冲的关系... 442

17.3地球早期陆壳增生：热化学地幔对流模拟... 444

17.4超熳柱作用、LIP事件与超大陆裂解、地壳增生... 449

17.5超大陆旋回模式：动力和响应... 450

第18章从大火成岩省有关事件研究地球演化... 452

18.1行星地球概况... 452

18.2地球圈层异旋论... 453

18.2.1圈层结构的形成：早期地球分异初探... 453

18.2.2圈层异旋模式及效应... 456

18.3地球核幔边界... 457

18.3.1核幔边界结构... 458

18.3.2核幔边界动力学... 458

18.4地磁超期与地幔柱、板块循环的关系... 462

18.4.1超期：大灾变的前奏... 462

18.4.2超期与地幔柱的关系... 463

18.4.3超期与威尔逊循环... 466

18.5地球膨胀？... 467

18.6化学地球动力演化... 467

18.7向板块构造论提出挑战... 470

18.7.1第三次地学革命... 470

18.7.2 构建整体地学观... 470

18.7.3地球大一统论：地质球演化模拟计划... 471

第五篇类地行星火成岩省比较... 471

第19章金星火成岩省概述... 472

19.1金星地质地貌概况... 472

19.2金星地幔柱地形地质... 480

19.3金星地幔柱岩浆地质概述... 481

19.4从金星来理解地球地幔柱... 482

19.5对金星LIP的解释... 482

19.5.1 金星LIP概况... 482

19.5.2边缘驱动对流作用... 483

19.5.3地幔柱岩浆作用... 483

19.5.4深源地幔柱及其丛集... 484

19.5.5环晕构造与地幔柱... 484

19.5.6地球有环晕型构造吗？... 484

第20章火星火成岩省概述... 485

第21章水星火成岩省概述... 486

第22章月球火成岩区概述... 486

第23章从火成岩省探究类地行星演化... 488

23.1类地行星基本参数比较... 488

23.2类地行星LIP特征比较... 490

23.3类地行星深部化学比较... 491

23.4类地行星热化学演化... 491

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自郑中科学网博客。
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