研究揭示早石炭世花岗岩特征及成因 青藏高原自南向北由喜马拉雅、拉萨、羌塘和松潘-甘孜等块体拼贴而成，其中拉萨地块又可以分为南、中和北三个次一级块体。拉萨地块以广泛发育中、新生代岩浆岩（如冈底斯岩基）为特征，受到了广泛关注和研究。然而中生代以前的岩浆活动发育较少，并且主要集中在中拉萨地块，这明显制约了对拉萨地块中生代以前地质历史的认识。 中科院地质与地球物理研究所岩石圈演化研究室博士后纪伟强与合作导师吴福元研究员就上述问题，对拉萨地块南部新发现的早石炭世加查和朗县岩体花岗岩开展了详细研究。锆石U-Pb定年结果表明，加查和朗县岩体分别形成于347 ~ 345 Ma和355 ~ 352 Ma，锆石Hf同位素研究表明，两个岩体εHf(t) 值分别为-5.4 ~ -4.9和-6.8 ~ -6.5，都具有古元古代地壳模式年龄（TCDM = 1.78–1.67 Ga）。尽管目前南拉萨地块发现的晚古生代岩浆岩很少，但该地区广泛分布的冈底斯岩基花岗岩、林子宗火山岩和雅鲁藏布支流沉积中都发现了晚古生代锆石年龄纪录。现有的晚古生代锆石（包括加查岩体和朗县岩体早石炭世花岗岩锆石）普遍表现出早-中元古代地壳模式年龄，与冈底斯岩基花岗岩的锆石同位素特征（模式年龄主要为新元古代以来）差别较大，而与中拉萨地块岩浆岩同位素组成特征相似。这表明南拉萨地块曾存在与中拉萨地块相似的古老基地，只是晚古时代以来强烈的年轻地壳增生改变了该地区的地壳性质。结合现有晚古生代地质记录，他们的研究重新解释了拉萨地块晚古生代历史，认为晚古生代以前南拉萨与中拉萨地块曾为一个统一的块体，其经历了石炭纪伸展（也即本研究中早石炭世花岗岩的形成背景）、早二叠世弧后盆地拉张、中二叠世短期俯冲及其后的块体拼合。 该研究成果近期发表在国际地质学期刊The Journal of Geology上（Ji et al. Identification of early Carboniferous granitoids from southern Tibet and implications for terrane assembly related to Paleo-Tethyan evolution. The Journal of Geology. 2012, 120(5): 531-541）。（来源：中科院地质与地球物理研究所）
花岗岩是大陆地壳的重要组成部分，也是地球区别于太阳系其它星体的重要特征之一。然而，人类对于花岗岩的起源及形成过程的认识还有许多问题需要解决，其中A-型花岗岩的成因就是一个长期存在争论的问题。A-型花岗岩是一类具有特殊矿物和地球化学组成的花岗岩，蕴含着重要的地质信息。A-型花岗岩具有贫水的特点，通常认为该类岩石起源于贫水的火成岩石，而不可能起源于沉积岩（具有富水的特征）。最近，广州地化所博士生黄会清在导师李献华研究员的指导下以及在李武显研究员和澳大利亚科廷大学李正祥教授的帮助下，应用先进的离子探针锆石原位O同位素分析技术，对南岭地区燕山早期九嶷山典型的A-型花岗岩体进行了系统的矿物学、地球化学和锆石原位Hf-O同位素研究，结果显示，该岩体的锆石具有典型的沉积岩源区的Hf-O同位素特征（锆石d18O = 8.0–9.8‰，eHf(t) = -6.2 to -2.3），表明岩石来源于古老地壳麻粒岩相变沉积岩在高温条件下（960 °C）的部分熔融。 该研究证实了A-型花岗岩也可以由沉积岩石部分熔融形成，并提出了A-型花岗岩形成的一种新成因模式。研究成果已于近期在《Geology》上发表。 附英文摘要： The genesis of A-type granites has been controversial. Fayalite granite is a member of the most reduced A-type granites, commonly thought to have been primarily sourced from tholeiitic rocks. In this paper, we report petrography, whole-rock geochemistry, Sr-Nd isotope and in situ zircon Hf-O isotope results for a fayalite-bearing A-type granite suite at Jiuyishan in South China. High zircon d18O (8.0–9.8‰), negative zircon eHf(t) (-6.2 to -2.3), and evolved whole-rock Sr-Nd isotopes (ISr = 0.7151–0.7181; eNd(t) = -7.4 to -6.6) indicate the reworking of old supracrustal rocks. Isotopic and geochemical results, particularly downward inflections of Zr and Ba at ~70 wt% SiO2, point to fractional crystallization, rather than magma mixing as the controlling processes for the evolution of the igneous suite. Integrated petrological, geochemical and isotopic studies present the first convincing case that reduced A-type granites can also be generated by high temperature (960 °C) melting of granulitic metasedimentary rocks, likely related to the upwelling of the asthenosphere and/or underplating and intrusion of basaltic melts. We emphasize that key factors for the genesis of this unique rock type are low fO2, low fH2O and high temperature.
致全国地质界同行的公开信 - 谈花岗岩的危机与危机的花岗岩 张旗 （中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029） 摘 要 信中讨论了花岗岩研究的现状，指出花岗岩理论上存在的危机和花岗岩研究思路上存在的危机，提出回到野外去，建议开展一场关于花岗岩的大辩论。呼吁学术界要正视危机，抓住机遇，迅速改变现状。 关键词 花岗岩 危机 公开信 花岗岩研究现状如何？如何评价当代花岗岩所取得的成绩、存在的问题及功与过？学术界是有不同认识的。多数人肯定持肯定的态度，但笔者深感忧虑，笔者认为花岗岩研究已经陷入严重的危机而不能自拔。笔者从2007-2008年已经连续发表了6篇文章（张旗等，2007a, b, c, 2008a, b, c），系统地讨论了花岗岩研究中存在的问题，提出开展一场花岗岩大辩论的主张，却如泥牛入海，无人问津。可是，翻开近期有关花岗岩的文章，错误的提法、研究方法和解释依然故我。 例如，笔者指出，花岗岩结晶分离从实际上和理论上都是不可能的（张旗等，2007b, 2008d），笔者也与某些同行探讨过，国内外花岗岩文章连篇累牍，但所有讨论花岗岩结晶分离问题的均以哈克图解作为依据，可是哈克图解真的不是依据。花岗岩结晶分离需要野外和岩相学观察的证据，可是这样的证据在哪里呢？ 又如花岗岩构造环境问题，笔者也已指出，全球花岗岩大多出露在大陆上，而大陆花岗岩是无需判断其形成的构造环境的（张旗等，2007c, 2008d）。再者，花岗岩所判断的环境也并非花岗岩形成时的构造环境，而是花岗岩源区形成时的构造环境。国外花岗岩判别图将碰撞前和碰撞后也当成构造环境是不对的。 又如埃达克岩，现在已经得到许多学者的认可了，但是，10篇讨论埃达克岩的文章大约有9篇认为埃达克岩形成于碰撞后和造山后阶段则令人费解。埃达克岩（C型）明明是加厚地壳形成的，地壳加厚必伴随挤压，所以，顺理成章埃达克岩应形成于造山阶段和碰撞阶段，为什么大家都青睐造山后呢？大多数学者承认A型花岗岩是造山后的，A型花岗岩形成的深度浅，与埃达克岩是相悖的，如何解释这个矛盾？ 还有，许多人认为中国东部中生代岩浆活动是与西太平洋板块的俯冲有关，但是，几乎很少有人认真对比过中国东部中生代花岗岩、中酸性火山岩和玄武岩与真正与俯冲有关的日本、印尼和安第斯的花岗岩、中酸性火山岩、玄武岩有什么区别。笔者注意过这个问题，认为中国东部中生代花岗岩、中酸性火山岩和玄武岩基本上与日本、印尼和安第斯没有可比性（张旗. 浙闽中生代岩浆岩是岛弧或活动陆缘环境的吗？——花岗岩讨论(2), 2010-2-22），更何况在中生代中国东部大规模岩浆活动时期太平洋板块究竟是否曾经向西俯冲过也不清楚（Koppers et al., 2001，也见张旗等，2009）。 本文的题目为什么是“花岗岩的危机与危机的花岗岩”？这里有两层含义：花岗岩的危机说的是花岗岩理论本身存在危机；危机的花岗岩指的是花岗岩研究思路和方法存在的危机（即危机的花岗岩研究思路和方法）。前者指物，后者指人。 花岗岩理论陷入危机是外国人造成的。我们现在的花岗岩理论统统是外国人发明的，我们没有任何自己的发明创造。外国的花岗岩理论误区有两个：一个是以玄武岩理论作为花岗岩的理论；另一个是以板块构造理论指导大陆花岗岩研究。为此，我们必须创立花岗岩自己的独立于玄武岩之外的理论，我们必须创立新的大陆构造理论来指导花岗岩的研究。 花岗岩研究思路、方法和态度陷入危机则与我们的文化传统有着密不可分的联系。笔者曾著文批评中国学术界存在的许多不良风气，其中人云亦云是中国学术界最大的弊病，包括奴性思想，从众思想，随大流思想等（张旗等，2008c, d）。中国学术界还有一个怪现象，即你说你的，我说我的，各吹各的号，各唱各的调，互不干扰。就像中国武术界，学派多如牛毛，但是，相互之间很少切磋技艺。中国人太看重辩论的结果了，认为辩输了丢人，于是很少有人愿意争论，很少有人愿意得罪人。学问无止境，人的认识也无止境，谁也不敢说自己从来不犯错误，科学就是从不断的犯错误中前进的，666不就是失败了665次的结果吗？没有多次失败，怎得一次成功？学术界争论的真谛不在于争个谁对谁错，不是为了把某人搞臭，而在于追求真理。错误中可能有对的要素，对中也可能有错的因素。正确的认识往往是从磕磕碰碰中走过来的。学术争论犯了错误并不丢人，而死要面子活受罪，死不认错才丢人现眼呢。中国学术界死气沉沉，没有辩论的风气，没有民主的空气，这是非常不利于学术交流和学术进步的。 中国地质目前正处于历史上难得的黄金时期，对比20年前，地球科学勘查和研究经费的成倍增加，世界顶级测试仪器的大量引进，各方面人才的聚集，直接导致我们研究水平的极大提高和SCI论文数量的激增。据统计，2008年我国发表的Geology学科的SCI论文已经高居全球的1/3。我国已经成为名符其实的地质研究的大国了，但是，与中国GDP处于同样的问题是，我们还不是名符其实的地质研究的强国。我们的论文是以数量取胜，而不是以质量取胜。试问：我们在地球科学理论上有多少创新？有多少被国际地学界学习和追捧的思想？答案几乎为0，微不足道，实在可怜得很。 摆脱危机的出路在哪里？笔者认为至少有两条： 1，回到野外去，一切从头开始。要仔仔细细地观察，仔仔细细地做做分析，得出合乎实际的结论。我们的数据已经很好了，但是，由于我们野外研究的欠缺，由于我们思想上的束缚，我们的解释总是离不开外国的套路。我们空有好的数据，却拿不出好的思想。尤其发到国外的论文，大多往外国人的思路上去套，因为，套用国外现成的理论是最简单易行和最实惠的了。外国人不了解中国的情况，个别野外研究不足的论文也容易蒙混过关。从这个角度说，有些SCI的论文还不如国内的论文。 2，开展花岗岩问题的大辩论。笔者已经发出了这个倡议，但是得不到响应。在这里笔者向全国同行再次发出倡议。我们的6篇评论并不完美，也会有错误，欢迎大家评头论足。世界上没有完人，人们在认识世界的过程中不可能没有失误，认识论必须遵循否定之否定的原则，必须走否定-肯定-否定之路。学术不怕争论，真理越辩越明。无学术批评则学术无法进步。如果辩论的结果是张旗失败了而科学胜利了，这是大大的好事。 花岗岩危机重重，学术界不能再熟视无睹了。花岗岩问题成堆，如果不改变现状，我们将制造更多的垃圾。笔者忧虑花岗岩研究已经到了要唱“义勇军进行曲”的时候了。花岗岩研究已经到了最危急的关头，我们必须发出最后的吼声！当然，危机与机遇是并存的（张旗等，2008d），我们必须抓住历史机遇，努力发展大陆构造理论，努力发展花岗岩新的理论，为世界也为中国作出我们的贡献。 References Koppers AAP, Morgan JP, Morgan JW and Staudigel H. 2001. Testing the fixed hotspot hypothesis using 40Ar/39Ar age progressions along seamount trails. Earth and Planetary Science Letters, 185: 237-252 Zhang Q, Pan GQ, Li CD, Jin WJ and Jiq XQ. 2007a. Granitic magma mixing versus basaltic magma: New viewpoints on granitic magma mixing process: Acta Petrologica Sinica, 23: 1141-1152 Zhang Q, Pan GQ, Li CD, Jin WJ and Jiq XQ. 2007b. Does fractional crystallization occur in granitic magma?-some crucial questions on granite study (2). Acta Petrologica Sinica, 23: 1239-1251 Zhang Q, Pan GQ, Li CD, Jin WJ and Jiq XQ. 2007c. Are discrimination diagrams always indicative of correct tectonic settings of granites?-some crucial questions on granite study (3). Acta Petrologica Sinica, 23: 2683-2698 Zhang Q, Pan GQ, Li CD, Jin WJ and Jiq XQ. 2008a. Sources of granites: Some crucial questions on granite study(4). Acta Petrologica Sinica, 24: 1193-1204 Zhang Q, Pan GQ, Li CD, Jin WJ and Jiq XQ. 2008b. Problems of granites: Some crucial questions on granite study(5). Acta Petrologica Sinica, 24: 2212-2218 Zhang Q, Pan GQ, Li CD, Jin WJ and Jiq XQ. 2008c. Study of granite in 21st century: where we go? Some crucial questions on granite study(6). Acta Petrologica Sinica, 24: 2219-2236 Zhang Q, Wang Y, Xiong XL and Li CD. 2008d. Adakite and Granite: Challenge and Opportunity. Beijing: China Land Press, 1-344 Zhang Q, Jin WJ, Li CD and Wang YL. 2009. Yanshanian large-scale magmatism and lithosphere thinning in eastern China: Relation to large igneous province. Earth Science Frontiers, 16(2): 21-51 张旗, 潘国强, 李承东, 金惟俊, 贾秀勤. 2007a. 花岗岩混合问题：与玄武岩对比的启示－关于花岗岩研究的思考之一. 岩石学报, 23: 1141-1152 张旗, 潘国强, 李承东, 金惟俊, 贾秀勤. 2007b. 花岗岩结晶分离作用问题－关于花岗岩研究的思考之二. 岩石学报, 23(6): 1239-1251 张旗, 潘国强, 李承东, 金惟俊, 贾秀勤. 2007c. 花岗岩构造环境问题－关于花岗岩研究的思考之三. 岩石学报, 23: 2683-2698 张旗, 潘国强, 李承东, 金惟俊, 贾秀勤. 2008a. 花岗岩源岩问题－关于花岗岩研究的思考之四. 岩石学报, 24: 1193-1204 张旗, 潘国强, 李承东, 金惟俊, 贾秀勤. 2008b. 花岗岩研究的误区－关于花岗岩研究的思考之五. 岩石学报, 24: 2212-2218 张旗, 潘国强, 李承东, 金惟俊, 贾秀勤. 2008c. 21世纪的花岗岩研究，路在何方？关于花岗岩已经的思考之六. 岩石学报, 24: 2219-2236 张旗, 王焰, 熊小林, 李承东. 2008d. 埃达克岩和花岗岩: 挑战与机遇. 北京: 中国大地出版社, 1-344 张旗, 金惟俊, 李承东, 王元龙. 2009. 中国东部燕山期大规模岩浆活动与岩石圈减薄：与大火成岩省的关系. 地学前缘, 16(2): 21-51 附注：本公开信已经于2010年1月15日以博客的形式发表在岩石学报网站上（http://www.ysxb.ac.cn/ysxb/ch/index.aspx）。随后，笔者对此信进行了展开，连续在岩石学报网站上就“花岗岩的危机”问题发表了20篇讨论，并就与“危机的花岗岩”有关的哲学问题谈一些点滴体会，目前已经写了18篇，尚在继续中。欢迎大家评论和批评。上述讨论的目录如下： 张旗. 花岗岩结晶分离的证据在哪里？花岗岩讨论(1) (2010-2-3) 张旗. 浙闽中生代岩浆岩是岛弧或活动陆缘环境的吗？花岗岩讨论(2) (2010-2-22) 张旗. 中国东部属于环太平洋构造带吗？——花岗岩讨论(3) (2010-3-1), 张旗. 太平洋板块是什么时候向西俯冲的？——花岗岩讨论(4) (2010-3-9) 张旗. 大陆花岗岩在判别图中为什么总是投在岛弧区域？——花岗岩讨论(5) (2010-3-12) 张旗. 花岗岩研究的三项任务——花岗岩讨论(6) (2010-3-18) 张旗. 埃达克岩还是埃达克型花岗岩？——花岗岩讨论(7) (2010-3-30) 张旗. 花岗岩需要讨论的257个问题——花岗岩讨论(8) (2010-4-10) 张旗. 花岗质岩浆主要形成在地壳的哪个部位？——花岗岩讨论(9) (2010-4-16) 张旗. 花岗岩与地壳厚度的关系——花岗岩讨论(10) (2010-4-22) 张旗. 给美国人支招: 内华达州金矿找矿方向——花岗岩讨论(11) (2010-4-27) 张旗. 花岗岩与成矿有关，是成因有关吗？——花岗岩讨论(12) (2010-5-5) 张旗. 从板块构造到大陆构造——花岗岩讨论(13) (2010-5-10) 张旗. 太古代构造问题——花岗岩讨论(14) (2010-5-15) 张旗. 小秦岭金矿与太华群有关还是与埃达克型花岗岩有关？——花岗岩讨论(15) (2010-5-20) 张旗. 海南岛抱伦金矿与哪类花岗岩有关？——花岗岩讨论(16) (2010-5-25) 张旗. 华北地块东西两部在古元古代是否发生过碰撞？——花岗岩讨论(17) (2010-6-2) 张旗. 关于C型埃达克岩的争论——花岗岩讨论(18) (2010-6-12) 张旗. 花岗岩研究中的哲学问题——花岗岩讨论(19) (2010-6-19) 张旗. 花岗岩讨论的结束语——花岗岩讨论(20) (2010-6-25) Granite crises and crises granite: An open letter to the geological sector counterparts Zhang Qi Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100029 Abstract: Granite of the letter discussed the status of the crisis that exists in theory of granite, and granite research ideas on the existential crisis, proposed to return to the wild, it is recommended to launch a great debate on the granite. Academia to address the crisis called for, seize the opportunity to quickly change the status quo. Key words: Granite; Crisis; Open letter
第2大陆 The Second Continent 上一篇博客文章《洋壳和陆壳的深俯冲命运：来自地幔相变研究的观点》，从地幔相变研究方面，根据岩石和矿物密度关系，对大陆地壳和大洋地壳的深俯冲命运进行了介绍。其中曾提到Komabayashi等（2009）的密度关系计算表明，代表性大陆地壳岩石TTG有可能俯冲到转换带底部。本文将参考最新的研究结果作一扩展阅读，探讨TTG（大陆地壳）俯冲至地幔转换带中并稳定存在的可能性。 相关文章《第2大陆》（The Second Continent）发表在日本《地学雑誌》（Journal of Geography）上，三位作者均为著名地球科学家 河合研志、 土屋卓久 、丸山茂徳 （Kenji KAWAI, Taku TSUCHIYA and Shigenori MARUYAMA）。所谓“ 第2大陆 ”是指在地质历史时期由深俯冲作用带入到地幔中的大陆地壳物质的集合体，下文将详细介绍。而存在于地表的大陆则可以相对称为“第1大陆”。原文为日文，所以我将部分翻译理解的内容介绍给大家。 原文摘要如下： --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Abstract Recent progress in our understanding of the consuming plate boundary indicates the ubiquitous occurrence of tectonic erosion of the hanging wall of the continental margin, sediment-trapped subduction, and direct subduction of immature oceanic arcs into deep mantle. Geological studies have estimated the volume of subducted tonalite-trondhjemite-granodiorite （TTG）materials to about seven times the surface total volume of continental crust. To reveal the fate of subducted crusts and how they recycle within the Earth, we studied high-pressure densities and elastic properties of TTG by means of the first principles computation method and compared them to those of peridotite. We found that TTG is gravitationally stable and its seismic velocities are remarkably faster than peridotite in the depth range from 300 to 800 km, especially from 300 to 670 km. We, therefore, propose SiO2-rich second continents in the mantle transition zone, which used to form the TTG crust on the Earth’s surface. Our proposed model may provide reasonable explanations of seismological observations such as the splitting of the 670 km discontinuity and seismic scatterers in the uppermost part of the lower mantle. The difference in seismic velocities between PREM model and experimental results in the lower part of the transition zone can be explained by 25 volumetric% of TTG, which would correspond to about six times the present volume of the continental crust. Formation and dynamics of those second continents would have controlled the Earth's thermal history over geologic time. Key words： granite, subduction, second continent, density, first-principle calculation, identification of TTG crust in the mantle, tectonic erosion --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 大陆占据了地球表面大约1/3的面积，大陆地壳（平均35km厚）是由上部大约15-20km厚的以花岗岩为主体的上地壳和基性下地壳（15-20km厚）所组成。花岗岩地壳是在板块汇聚处产生，例如现在日本东北岛弧火山作用，岩浆由太平洋板块脱水所产生的部分熔融作用所形成。酸性岩浆固化后形成的岩石密度约为2.8 g/cm3，比地幔平均值（3.5 g/cm3）小，所以大陆能够“漂浮”在地球表面。 但是在漫长的地质历史时期中，大陆并不是一直都稳定存在的，在俯冲带由于构造侵蚀（tectonic erosion）作用（参考 山本，2010），大陆物质被不断地被洋壳“刮削”到地球深部，而且被“刮削”到地球深部的大陆地壳物质总量是现今地表大陆地壳物质总量的几倍。在俯冲带大陆地壳物质进入地幔中，按照5km3/yr的速率（Clift and Hartley,2007），在过去的40亿年中俯冲下去的总量大约为地表大陆地壳总量的3倍。 Fig.1 Schematic image of mechanism by which granite is transported from the Earth's surface to the deep mantle. 花岗岩石大陆地壳中最常见的岩石类型，主要由正长石、斜长石和石英组成；化学组成非常近似的tonalite-trondhjemite-granodiorite (TTG)岩石，Komabayashi等（2009）曾按照12.5%钠长石和87.5%石英比例近似计算花岗岩物质在地幔中的密度。实验研究表明，NaAlSi3O8钠长石在2-3 GPa、1300K分解为NaAlSi2O6硬玉+SiO2石英（Birch and Cecomte,1960）。NaAlSi2O6硬玉在大约23GPa、1300-1500K条件下分解为NaAlSiO4 CF相和SiO2斯石英(Liu,1978; Yagi et al.,1994)。 NaAlSi3O8(Ab)= NaAlSi2O6(Jd)+SiO2(Qtz) (1) NaAlSi2O6(Jd)= NaAlSiO4(CF)+SiO2(St) (2) 本研究中对硬玉、CF相和斯石英三种矿物的弹性参数进行了计算。硬玉和CF相的相关晶格常数和晶体结构如图2a所示。图2b展示了硬玉、CF相以及斯石英的晶格体积压缩曲线，相关参数利用三阶Birch-Murnaghan状态方程进行最小二乘法拟合，硬玉拟合结果与实验值比较一致，而CF相比实验值略低（见Table 1）。CF相+斯石英组合与硬玉的相对焓值（enthalpy）比较见图2c，用来界定硬玉的分解条件，图中显示硬玉在大约18 GPa会分解为CF相+斯石英。考虑温度的影响，计算结果显示该分解反应具有正当克拉伯龙斜率（Clapeyron Slope），与实验结果一直。以3.1±1.0 MPa/K (Akaogi et al.,2002) 来计算，在1500K条件下该分解反应压力为22.5±1.5 GPa (638 ± 30 km)，与660 km不连续面深度压力非常接近。 Fig.2 (a) Crystal structures of NaAlSi2O6 jadeite and NaAlSiO4 CF-type phase. Yellow, light blue, dark blue and red spheres are Na, Al, Si, and O atoms, respectively. (b)Volumes calculated within LDA （bold lines）. Triangles indicate experimental results for jadeite（red）（Zhao et al., 1997） and stishovite（green）（Ross et al., 1990; Hemley et al., 1994）. Experimental volumes of the CF-type phase are computed using a third order Birch-Murnaghan equation of state with parameters proposed by Akaogi et al.(2002) (blue dotted line). (c)The enthalpy difference of the CF-type phase and stishovite mixture relative to the jadeite calculated based on the GGA. 图3展示了硬玉、CF相和斯石英在50 GPa以内压力条件下弹性常数的计算值，其中硬玉的计算值与实验结果非常一致（见Table 2）。 Fig 3. Elastic constants as a function of pressure. （a）-（c）show longitudinal, off-diagonal, and shear elastic constants for monoclinic jadeite, respectively. Open circles and squares indicate experimental results at 0 GPa of Kandelin and Weidner （1988）. （d）-（f）show the same groups for orthorhombic CF-type phase. （g）-（i）show the same groups for stishovite（or CaCl2 at 50 GPa）. 硬玉、CF相和斯石英（以及CF相+斯石英）的体积模量、剪切模量、P波和S波速度、密度关系如图4所示。CF相和斯石英比硬玉的密度分别高13.8%和18.3%，硬玉分解为CF相和斯石英组合后密度增加15.1%，P波、S波以及bulk sound velocity 分别增加17.3%、25.0%和12.0%。 Fig. 4 (a) Aggregate bulk and shear moduli of jadeite, CF-type phase and stishovite in the pressure range from 0 to 50 GPa. Open circles indicate experimental results for jadeite at 0 GPa of Kandelin and Weidner (1988). (b) Longitudinal, bulk and shear wave velocities and densities of jadeite, CF-type phase, and stishovite. (c) Velocities and densities of jadeite and an assemblage of CF-type phase and stishovite. 根据以上这些数据就可以求得TTG的密度和速度。在大约300km深度柯石英向斯石英转变，TTG的组成为硬玉和斯石英（1：8比例）(Komabayashi et al.,2009)。在大约640km深度硬玉分解，CF相和斯石英组成比例为1：9。分解前后TTG的密度和速度见图5，在大约660km深度TTG中硬玉分解后，密度增加4.4%，P波速度增大6.1%，S波速度增大8.3%。 橄榄岩中的主要矿物目前已经比较清楚，大约15-20 GPa压力范围内为瓦兹利石（wadsleyite），20-23.5 GPa为林伍德石（ringwoodite），在23.5 GPa（约660km深度）林伍德石分解为钙钛矿（perovskite）和铁方镁石（ferropericlase）。橄榄岩中橄榄石中Fe的含量简化为大约10 mol%，其弹性随Fe变化。钙钛矿和铁方镁石之间Fe的分配系数为大约0.3（钙钛矿5 mol%，铁方镁石15 mol%）。瓦兹利石-林伍德石相变（大约520km深度）所伴随的P波和S波速度分别增大1.9%和2.4%。后尖晶石相变（大约660km深度）所伴随的P波和S波速度分别增大5.9%和13.2%。 如图5，通过比较橄榄岩和TTG的密度发现，地幔转换带中TTG比橄榄岩密度大，在大约28 GPa（750 km）密度倒转。TTG在300-750 km深度范围内重力稳定，即300 km以下TTG将有可能继续俯冲至转换带深度。波速比较：TTG在15-20 GPa范围内P波和S波速度比橄榄岩分别高8.2%和12.3%，23.5-28 GPa P波和S波速度比橄榄岩分别高5%和1.8%。TTG会滞留在28 GPa（750 km），此时P波和S波速度不连续，分别降低6.2%和4.4%。 Fig. 5 Densities (a) and velocities (b) of peridotite and TTG. 橄榄岩中橄榄石-瓦兹利石-林伍德石相变以及后尖晶石相变分别对应410、520和660 km不连续面，密度也随之而产生突变。计算结果发现，在300 km深度范围内，花岗岩比橄榄岩密度低很多，而在300-660 km之间，花岗岩比橄榄岩密度高，直到750 km两者密度相近。这一结果表明，在到达300 km深度以后，由于相变作用，花岗岩地壳将产生负浮力，密度比地幔岩石高。在1500 K条件下花岗岩在640 km深度密度再次突变上升，由4.3g/cm3突变为4.5g/cm3。300 km深度负浮力作用将使花岗岩地壳物质沉入地幔并聚集在转换带底部。 上世纪80年代变质岩中柯石英的发现，证明地表大陆地壳物质可以俯冲至100 km深度并折返回地表。地质学家随后在超高压变质岩研究中取得了许多重要的成果，最大深度约200 km（~7 GPa），这与柯石英-斯石英相变深度300 km还有一定差距，因此如果能突破300 km，那么花岗岩产生的负浮力将使其难于折返回地表（depth of no return）。 在pyrolite地幔模型中，其上地幔地震波速与地球物理模型PREM (Dziewonski and Anderson,1981)比较一致，但是在转换带下部波速与PREM等模型还存在一定的差异 (e.g. Irifune et al.,2008; Cobden et al.,2008)。根据转换带下部波速与PREM等模型的差异 (Irifune et al.,2008)，来推算转换带下部可能存在的花岗岩的含量。如图6所示，当花岗岩体积含量占25%时，P波和S波两者差异较为一致。考虑到温度影响，Irifune et al.(2008)指出pyrolite和PREM波速上的差异可能是因为滞留在转换带中的俯冲板块（stagnant slab）里含有温度相对低400K的方辉橄榄岩。但是，整个转换带温度相对低400K是难于相信的，而且在转换带中方辉橄榄岩也比地幔密度小，所以方辉橄榄岩能否在转换带下部稳定存在仍需进一步的研究考证。 现在，如果地幔转换带下部520-660 km之间140 km厚的部分含有1/4的花岗岩物质，那么这一总量大约为由花岗岩构成的上中地壳的~6倍（整个大陆体积的3倍），这是根据Rino (2007)推算的结果。实际上如下文所讨论的，花岗岩物质在下地幔顶部滞留的可能性更大。但是这种估计忽略了温度和压力的影响作用，因此还需要进一步的研究和讨论。 研究表明环太平洋地区660 km不连续面存在着分裂，如Deuss and Woodhouse (2001)的报道。根据以上的讨论，可以用地幔中的后尖晶石相变和花岗岩中的硬玉分解反应来解释。推测转换带下部温度为1800 K，这时地幔中后尖晶石相变和硬玉分解反应相变压力非常接近。但是需要注意硬玉分解反应相变和后尖晶石相变分别具有正和负的克拉伯龙斜率，而如环太平洋俯冲带温度较低，该相变应可以通过地震波观测到。因此Deuss and Woodhouse (2001)观测到的660 km不连续面的分裂或许可以用这两个相变来解释。 Kaneshima (2009)在环太平洋地区海沟下地幔顶部800-1000 km深度观测到地震波散射，并认为是洋壳物质（basaltic crust）所形成的。但是在深俯冲过程中由于脱水变质作用以及部分熔融作用会使SiO2成分流失，而洋壳中SiO2相含量不到10%，因此用洋壳物质来解释下地幔顶部的地震波散射是比较困难的，实际上可能的解释是深俯冲的花岗岩物质。 Fig. 6 Difference of P and S wave velocities from the mantle average composition in the depth range from 520 to 670 km. The green dots indicate the volumetric% of TTG. The red dot indicates the difference between the experimental results of Irifune et al. (2008) and the PREM model （Dziewonski and Anderson, 1981）. 全球花岗质地壳的可能分布见图7，详细的解释请参考原文和该图说明。 Fig. 7 Schematic illustration of the regional distribution of First and Second Continents of the Earth, which was partly modified after Fig. 7 of Maruyama et al. (2007). Second Continents are compiled from P-wave mantle tomography of Huang and Zhao (2006) and subduction history of the Earth during the past 200 Ma. The lower figure is a cross section of the Earth along the line XY in the upper figure. Second continents could occur predominantly under Asia. Under the eastern margin of Asia it is underlain by the stagnant slab. The eastern part is locally separated into two by the penetrating slab. On the contrary, under Africa, second continents occur selectively above 660 km depth, presumably due to the absence of subduction underneath since 540 Ma. Plate subduction causes tectonic erosion at the trench to transport TTG materials into the mantle transition zone as well as direct arc subduction. These transport processes developed the Second Continents over geologic time. 参考文献： 河合研志, 土屋卓久, 丸山茂徳（2010）: 第2大陸, 地学雑誌, 119(6), 1197-1214. 山本伸次（2010）: 構造浸食作用—太平洋型造山運動論と大陸成長モデルへの新視点—．地学雑誌，119 (6) ， 963-998. Akaogi, M., Tanaka, A., Kobayashi, M., Fukushima, N. and Suzuki, T. （2002）: High-pressure transformations in NaAlSiO4 and thermodynamic properties of jadeite, nepheline, and calcium ferrite-type phase. Physics of the Earth and Planetary Interiors,130, 49-58. Andrault, D., Fiquet, G., Guyot, F. and Hanfland, M.（1998）: Pressure-induced Landau-type transition in stishovite. Science, 282, 720-724. Birch, F. and LeComte, P. （1960）: Temperature-pressure plane for albite composition, American Journal of Science, 258, 209-217. 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