中国科学院大学,研一课程,大陆地壳演化考试资料整理

要点1陆壳的起源1地球的形成年龄和前寒武纪地质年表地球形成年龄为45.67亿年2月球的启示月球起源的三种学说一、分裂说——认为月球原是地球赤道区的一部分。在太阳系形成初期，所有的行星都处在高温熔融且高速自转的状态。由于离心力的作用，有些部分被从行星上甩了出去，形成卫星。月球也是这么来的。但是据现代科学家们的模拟计算，地球诞生时的离心力只不过是现在的4倍，不可能将这么大质量的物质抛出去。分析月岩样本也能发现，月球和地球的化学成分有很大不同。二、同源说——认为月球和地球是从同一块原始星云中分别凝聚成团诞生的。但是它也同样面临着化学成分不同这一难题。三、俘获说——认为月球原来是一颗离地球不远的小行星，受地球引力吸引成为围绕它转动的卫星。这一说法较好地解释了上面的难题，但也存在着明显缺陷。地球的体积和质量并不比月球大多少，要俘获它并不是件容易的事。月球的年龄：通过地球与月球的对比，一般认为它们都形成于45－46亿年前后，月球最古老岩石4.456Ga月壳的组成：月壳辉长岩＋苏长岩＋斜长岩高地(4－4.4Ga)，高地之间是月海玄武岩（3.8-3.3Ga)，高地的岩石类型主要由斜长岩（Anorthosite）和辉长岩（gabbro）组成，月球的结构核、幔、壳撞击构造：月海，就是陨石冲击坑，主要的岩石类型为玄武岩月球的演化：岩浆海学说：月球表面熔融成岩浆海（44亿年）～～～分异成三层壳慢结构：斜长岩层、富钛铁矿层、低钛橄榄辉石岩层（43亿年）～～～富钛铁矿层下沉至月幔（39-41亿）年3地球先有陆还是先有洋地球最古老的物质锆石，～4.4Ga(JackHills,Australia)地球最古老的岩石长英质片麻岩，～4.1Ga(Acasta,Canada)最古老的成规模的陆壳：片麻岩＋表壳岩，～3.8Ga(Greenland)锆石-比较好的定年办法：形成于岩浆、变质以及热液条件下U和Th含量高、Pb含量低重要的U-Pb定年矿物以及Lu-Hf同位素测定有较高的封闭温度可有岩浆生长环带和变质环带或交代环带原位分析会得到多个年龄和不同阶段的信息锆石形态学和地球化学是区分不同成因的锆石的重要手段，有助于合理的解释锆石年龄的地质意义根据锆石的REE含量和长英质熔体和锆石之间元素的分配系数，可以估算母岩浆REE含量。根据LREE富集HREE亏损的老锆石计算所得的熔体成分具有太古宙花岗岩的特征（TTG，Martinet.al.，2005)。如JackHills的锆石具有的稀土特征与Acasta片麻岩（TTG)相同（Hoskin,2005）。因此，JackHills锆石结晶于TTG类的长英质岩浆。JackHills锆石具有环边结构，指示在4.4－4.0Ga之间经历了改造（重熔re－melting）。这也暗示Hadean大陆具有足够的稳定性，可以被岩浆和沉积过程所改造氧同位素测量结果(d18O=5.4-15)计算所得其母岩浆氧同位素为d18O=7-11(Mojzsisetal.,2001;Pecketal.,2001;Wildeetal.,2001)。从而认为这些锆石包含与液态水在地表或者近地表相互作用的地壳物质。这些数据的重要性在于它们指示早在4.4Ga的Hadean时期，液态水（海水？）可能存在于地球表面。另外，也指示在石榴石稳定域内，TTG类岩浆的起源来自于变玄武岩的含水熔体（Martin,1986;Martinetal.,2005），暗示水圈的存在总之，JackHills锆石说明早在4.4Ga就存在与TTG类似的大陆地壳并且在整个Hadean时期被持续的产生和改造。地壳也是稳定的并足以经受陨石的冲击。另外，锆石氧同位素组成和Hadean地壳成分（TTG）都支持Hadean时期地球表面存在液态水，这也是讨论早期生命存在和发展的强有力的根据。JackHills锆石年龄（4404±8Ma）的意义根据锆石的REE含量和长英质熔体和锆石之间元素的分配系数，可以估算母岩浆REE含量。根据LREE富集HREE亏损的老锆石计算所得的熔体成分具有太古宙花岗岩的特征（TTG，Martinet.al.，2005)。如JackHills的锆石具有的稀土特征与Acasta片麻岩（TTG)相同（Hoskin,2005）。因此，JackHills锆石结晶于TTG类的长英质岩浆。锆石中存在石英、长石、角闪石、黑云母、独居石的矿物包体，这些矿物和锆石同时结晶，是典型的花岗质岩石矿物（Wildeetal.,2001;Cavosieetal.,2004）。花岗质岩石是大陆地壳的主要成员，因此可以推断大陆地壳在4.4Ga已经存在。JackHills锆石不仅仅记录4.4Ga的年龄，还记录了几次大陆地壳产生的事件。在锆石年龄频率柱状图中显示4.4、4.25、4.2、4.0Ga的地壳生长事件（Cavosieetal.，2004)。据此可以推断Hadean大陆地壳的生长持续了400Ma。4最古老的陆壳38亿年的地幔亏损：这种强烈亏损的地幔只存在3800Ma以前强烈亏损地幔的出现暗示地球在早期或者有过强烈的陆壳形成时期或者存在类似于月球的岩浆海式的陆壳形成过程反映在3800Ma以后存在有弱亏损地幔或者LREE富集的大陆地壳物质的混合。38亿年陆壳的组成TTG的意义:TTGisthewidespreadcompositionoftheArchaeancrustbetween3.8and2.5Ga,crustwhichisconsideredasgeneratedbyhydrousbasaltmelting,possiblyinsubductionlikeenvironment(Martinetal.,2005).TheagesobtainedontheAmitsoqgneissesindicatethatasearlyas3.87Gaago,thesemechanismswerealreadyactiveandefficient,abletogeneratethehugevolumesofcontinentalcrustobservedatAmitsoq.基性岩表壳岩的意义:TheIsuaandAkiliasupracrustalrocksareextremelyimportant,becausetheyrepresenttheoldesthugevolumesofrockssofarrecognized(Nutmanetal.,1996),butalsobecause:Theycontainsediments,thusdemonstratingtheexistenceofahydrosphere(ocean？)asoldas3.87Ga.Theoriginofsedimentshasbeensubjecttoactivediscussion.Purechemicalorigin,ortransformation(metasomatism)ofpre-existingmagmaticrocks(Roseetal.,1996;Fedo,2000;Fedoetal.,2001;2002;Myers,2001;Bolharetal.,2004).SomepartsofIsuasupracrustalscorrespondtotrueclasticsedimentsofmixedmaficandfelsicprovenance.Theweathering,erosionandtransportoftheclastsarestrongargumentsinfavourofemergedcontinentsasearlyas3.87Ga(Bolharetal.,2005).38亿年陆壳及其地质意义?至少从3800Ma开始，地球就已经开始发育一定规模的陆壳，只是由于后来受多次的变质、变形、岩浆和地外物质撞击作用的影响，使这些早期陆壳变得支离破碎（陆核？）抑或循环进入地幔，从而现在难以准确估计它的形成量。要点2早期陆壳的性质1早期陆壳的岩石-构造单元(克拉通分为高级区和绿岩带)高级区:又称为太古宙麻粒岩－片麻岩区（带），岩石经受了高级变质作用，主要由片麻岩以及麻粒岩组成，它们提供了有关深部地壳演化的关键资料特征：片麻岩(TTG和花岗质）＞80％；层状岩体（斜长岩－辉长岩组合、辉长岩－超镁铁质岩组合）；少量高级变质的表壳岩；高级变质作用；穹隆构造；可强烈变形为条带状、眼球状片麻岩，高应力域和低应力域绿岩带：太古宙绿岩带保存的最古老的火山沉积盆地，一般未变质或浅变质，它们以向斜状出现，并被花岗岩侵入又称花岗岩－绿岩地体（带）特征：表壳岩组合（火山－沉积岩系），三段组合，科马提岩；低（未）变质作用；变形的向斜构造；花岗岩侵入；有片麻岩基底（或者不清楚）高级区与绿岩带的关系？关键难题：有片麻岩基底（或者不清楚）二者同时：蛇绿岩与岛弧、弧后盆地高级区老于绿岩带：造山带与古老陆块绿岩带老于高级区：古老洋壳转化为陆壳2主要的岩石类型块状（侵入）岩类型成因层状岩石:前寒武纪层状岩体:斜长岩太古宙层状岩体:斜长岩-辉长岩组合辉长岩-超镁铁质岩组合元古宙层状岩体:斜长岩(anorthosite)最早由Hunt(1863)提出，指的是以斜长石为主的岩石。目前定义的斜长岩指斜长石含量90％的侵入岩。未发现与其成分相对应的火山岩斜长岩-辉长岩(含钛铁矿)目前普遍认为,月球斜长岩形成于月球的早期分异过程(4.4Ga),为漂浮于早期“岩浆海”之上的斜长石堆晶体(Jamesetal,1989)。此外,斜长岩在火星、金星及水星上可能也有分布(Ashwal,1993)。虽然斜长岩在地球的各个地质时期(从4.4Ga前至现在)均有出现,然而巨晶斜长岩（太古宙）、岩体型的斜长岩（元古宙），具有明显的时限性。有关斜长岩成因和地球动力学等问题的解决,对于揭示行星地质演化过程、不同阶段的壳-幔作用特征等有重要意义。类型岩石学特征4种重要的岩石类型TTG片麻岩：又称为“灰色片麻岩”(greygranulite)，是由奥长花岗岩(trondhjemite)、英云闪长岩(tonalite)、花岗闪长岩(granodiorite)三种成分组成的片麻岩组合。TTG片麻岩绝大部分产于前寒武纪(尤其是太古代和元古代)，对前寒武纪期间地壳的生长贡献极大。高钠质，通常Nd同位素初始值较高，不可能直接由地幔岩的部分熔融所形成，可能是基性岩石部分熔融所形成，残留物有石榴石和角闪石或辉石；常与角闪岩形成条带状建造。全世界几乎所有的太古代地体，主要都是以灰色片麻岩TTG和绿岩带组成，其中又以TTG为主。TTG在太古代地体里所占的比例高达80％左右。同位素地球化学资料证明，许多TTG片麻岩代表由地幔新生长出来的陆壳。因此，大陆地壳生长机制问题在很大程度上也就是TTG片麻岩地体的成因问题(转引自刘富,2010)。构造环境：板块模式：俯冲板块的部分熔融加厚下地壳的部分熔融非板块成因模式：地壳垂直生长模式（地幔柱引发的基性岩浆底侵、古宙大陆地壳的垂直生长）科马提岩为超镁铁质喷出岩。1969年首次发现于南非巴伯顿山地的科马提（Komati）河流域，故名。原意只限于太古宙绿岩中枕状岩流顶部的、具鬣刺结构的超镁铁质熔岩。岩石主要由橄榄石、辉石的斑晶（或骸晶）和少量铬尖晶石以及玻璃基质组成，具枕状构造、碎屑构造，和典型的鬣刺结构（鱼骨状或羽状），其特点是橄榄石呈细长的锯齿状斑晶，是淬火结晶的产物。在化学成分上典型的科马提岩以MgO18％（无水）、CaO:Al2O31、高Ni、Cr、Fe/Mg、低碱为特征成因：高Mg含量，指示高程度的部分熔融；高程度的部分熔融要求很高的温度，并且快速就位BIF：定义BIFs通常是指以化学(或生物化学)沉积方式形成的、具有薄层状或纹层状(条带状)构造的、一套富含铁的沉积岩(James,1954,1983).分布主要分布在太古宙绿岩带(Windley,1982,1995),也广泛发布在前寒武纪高级区(ZhaiandWindley,1990,