地幔中化学元素的分布市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、第二章 地壳及地幔中化学元素分布 第一节 地壳中化学元素分布第二节 地幔结构及组成 第三节 地壳与地幔相互作用及物质交换 第1页第二章 地壳及地幔中化学元素分布 第二节 地幔结构及组成一地幔结构 二地幔化学组成 三. 地幔端元组成第2页第二节 地幔结构及组成一地幔结构 地幔是地球最大层圈，它从莫霍面到核幔边界，体积占地球83，质量占67。 原始地幔形成于地球增生时最初几百万年，当FeNi分异形成地核时，由留下富Fe、Mg硅酸盐物质堆积形成初始地幔称之为原始地幔。第3页第二节 地幔结构及组成一地幔结构 依据Vp及Vs波速分布，可将地幔分为三层）,，这是原始地幔深入分异演化结果。1.上地幔：深度约

2、从10km到400km，其质量约占地球10，主要由橄榄石及辉石组成。依据地震剖面，上地幔又可分为坚硬外壳（岩石圈下部）及下伏部分熔融软流圈。上地幔地质样品是由结构作用如洋壳（蛇绿岩）仰冲或特殊火山作用（如金伯利岩和碱性玄武岩喷发）带至地表。第4页第二节 地幔结构及组成一地幔结构 2.过渡带：有时也作为上地幔一部分。从400km到670km深处，其质量占地球7.5。进入过渡带，P涉及S波波速显著增加，岩石密度及导电性显著增加，显示该层范围内地幔物质性质发生显著改变。硅酸盐矿物结构产生相变，橄榄石在400km处矿物结构转变为尖晶石结构；近700km时又从尖晶石结构转变为钙钛矿结构。第5页地幔地震剖

3、面及随深度矿物相变 第6页第二节 地幔结构及组成一地幔结构 3.下地幔：深度由670km至2900km，其质量约占地球49。依据地震波速较规则，显示下地幔组成较上地幔均一。矿物物理试验支持下地幔可能由Mg、Si、O和Fe组成，含有钙钛矿（CaTiO3）晶体结构，称之为镁硅酸盐钙钛矿（Mg、Fe）SiO3结构，形成于很高压力（即20 GPa）。另外，伴随镁方铁矿（Mg、Fe）O，Si、Fe及O相对于上地幔更为富集。 第7页第二节 地幔结构及组成二.地幔化学组成1.地幔化学组成研究方法（1）地质学方法：直接获取上地幔在地表露头，这些天然露头有碱性玄武岩、碧玄岩、玻基辉橄岩、橄榄拉斑玄武岩、金伯利岩

4、中超镁铁质岩深源包体。上述火山作用象一座座天然超深钻，把地幔中岩石标本携带到地表，成为“天然地幔信史”。另外，以固态结构侵位阿尔卑斯型镁铁质岩侵入体也是上地幔在地表露头，但他们经常也遭受蛇纹石化，新鲜程度不如深源包体。第8页第二节 地幔结构及组成二.地幔化学组成1.地幔化学组成研究方法（2）与地球以外星球进行对比：经过对陨石、月岩组成研究，了解地幔演化及组成。（3）试验岩石学方法：模拟地幔高温高压条件，进行岩石、矿物相转变试验；以及在各种不一样温压条件下对不一样组成上地幔物质进行熔融试验，从而了解各类岩浆起源条件。 第9页第二节 地幔结构及组成二.地幔化学组成1.地幔化学组成研究方法（4）依据

5、地球物理资料：了解地幔密度、弹性、粘度、热状态等性质，从而更加好地限定地幔岩石学模型。 第10页第二节 地幔结构及组成二.地幔化学组成2.原始地幔化学成份Taylor（1985）取得原始地幔元素丰度方法：依据地幔密度和地震资料确定原始地幔FeO含量为8.0；难熔主要元素Si、Ti、Al、Mg、Ca之间应含有C型碳质球粒陨石比值；第11页第二节 地幔结构及组成原始地幔亲石微量元素丰度是C型球粒陨石1.5倍；挥发性元素经过各种路径研究，取得它与难熔亲石元素之间比值进行估算。第12页第二节 地幔结构及组成三地幔端元组成 80年代地幔地球化学研究主要结果是 地幔不均一性和地幔端元成份发觉。 研究表明地

6、幔存在垂向及侧向不均一性。地幔不均一性产生可能有三种路径：第13页第二节 地幔结构及组成三地幔端元组成 地幔部分熔融及岩浆析出；地幔交代作用；地壳及岩石圈物质重新进入地幔对流。 第14页第二节 地幔结构及组成三地幔端元组成 依据幔源岩石洋中脊玄武岩及洋岛玄武岩Sr、Nd、Pb同位素及微量元素研究，地幔中存在亏损地幔（Depleted）及富集地幔。 地幔中相对于原始地幔亏损（或富集）不相容元素区域（或地幔）。 第15页第二节 地幔结构及组成三地幔端元组成 不相容元素是指轻易由地幔固体矿物中析出而进入有利熔体相那些化学元素。不相容性包含大离子半径亲岩元素（LILE），不适合进入地幔矿物晶体结构。不

7、相容元素具低分配系数，经常D0.1。第16页第二节 地幔结构及组成三地幔端元组成 Hart S R（1988）提出了4种地幔端元组成（图2-22）：亏损地幔DDM及高值地幔HIMU、富集地幔1EM1、富集地幔2EM2。后三者是洋岛玄武岩三种端元组分，主要来自再循环大洋岩石圈。 第17页依据Nd-Sr同位素划分四种地幔端元组分图（据Hofmann，1997）第18页第二章 地壳及地幔中化学元素分布 第一节 地壳中化学元素分布第二节 地幔结构及组成 第三节 地壳与地幔相互作用及物质交换 第19页第二章 地壳及地幔中化学元素分布 第三节 地壳与地幔相互作用及物质交换一、岩石圈物质循环 二、地幔柱岩石

8、圈相互作用第20页第三节 地壳与地幔相互作用及物质交换一、岩石圈物质循环 岩石圈是刚性、冷圈层，它由地幔最上部和上覆大陆壳及海洋下洋壳组成。岩石圈在大洋区厚约100km，大陆地域厚约100400km，它是由海底扩张而移动结构板块组成。 岩石圈之下为软流圈，岩石圈板块好似漂浮在塑状软流圈之上移动。岩石圈物质再循环主要有二种形式：第21页第三节 地壳与地幔相互作用及物质交换一、岩石圈物质循环 大洋地壳或大陆地壳或岩石圈因为俯冲（消减）作用被软流圈传导进入地幔；拆沉作用（delamination）地壳或岩石圈经底部侵蚀，其碎片沉入并集储在地幔。 第22页一、岩石圈物质循环 1. 板块俯冲作用产生物质

9、再循环 俯冲（消减）作用：因为岩石圈漂浮在软流圈之上，被传到至海沟，俯冲下滑回到岛弧之下地幔中去，经常呈45角俯冲并到达600km以下深处。 地壳或岩石圈板片加入地幔，造成地幔成份不均一性，往往是富集地幔及高值地幔端员组分形成原因。 第23页一、岩石圈物质循环 2.拆沉作用以往人们认为陆源洋壳沉积物俯冲作用是大陆地壳再循环唯一机制。当前拆沉作用提出，引发地质、地球化学和地球物理学者普遍重视。它是造成下地壳及对应大陆地壳成份演化和壳幔物质交换主要机制之一。第24页一、岩石圈物质循环 2.拆沉作用拆沉作用：系泛指因为重力不稳定性造成高密度岩石圈地幔或大陆下地壳沉入下伏软流圈或地幔过程。经典地域发生

10、在安第斯山脉，阿尔卑斯山脉和我国青藏高原。 第25页拆沉作用模型图（据Nelson，1991）短线区域代表上地壳和中地壳，浅灰色区域代表镁铁质下地壳，黑色区域表示转变为榴辉岩镁铁质下地壳或洋壳第26页一、岩石圈物质循环 2.拆沉作用 造山过程中因为地壳加厚，40km地壳下部将形成榴辉岩。榴辉岩密度为3.43显著大于地幔岩石3.29g/cm3。另外，基性岩浆底侵于下地壳底部和下地壳部分熔融产生残余体，经过麻粒岩相变质作用一样会取得较高密度3.33.6g/cm3。所以由榴辉岩及镁铁质麻粒岩组成下地壳在重力上是不稳定，能够使大陆下地壳发生拆沉作用。 第27页第二章 地壳及地幔中化学元素分布 第三节 地壳与地幔相互作用及物质交换一、岩石圈物质循环 二、地幔柱岩石圈相互作用第28页二.地幔柱岩石圈相互作用地幔柱（Mantle plume）/热点（Hotspot） 地幔柱：地幔中狭窄上升热及低密度物质流。它含有100km级直径，并源于660km地震不连续面或近核幔边界2900km深处热及低密度边界层。 现行地幔柱概念是“狭窄上升热流”或“狭窄圆柱形热管道”。低密度物质起源于核幔边界，或者来自上地幔底部670km间断面向上经过地幔到达地表。第29页 Morgan（1971）确定了20个深源地幔柱，并