年代古地理学: 理论与实践*

古地理学研究和探讨的是地质历史时期的地表环境,是构造—环境(气候)—物质相互作用的产物。传统的古地理学及相应的构造古地理、生物古地理学等对大地构造演化及古大陆重建、油气勘探等起到了重要的作用。随着地球演化的深入研究,在多层圈的相互作用,特别是古气候、古环境等研究基础上,需要有机地把地表环境和构造环境相结合,并且综合考虑深层及浅层地质过程对古地理格局的形成和演化的制约。在传统的古地理学基础上,提出一个新的学科——年代古地理学,用以研究和探讨地质历史时期的地表过程。该学科是精细的同位素年代格架下的不同动力学—运动学—物质迁移—环境变迁形成古地理的研究,或者物质—力学—环境(气候)相互作用下的古地理格局的研究。旨在研究和探讨地表过程,亦即形成地表环境的过程,强调同一时间的多元性、不同空间的差异性和不同尺度的穿时性。文中以近年来研究的台湾、扬子及华北克拉通等地区的精细时间尺度下的古地理环境为例,进一步剖析年代古地理学对于重新理解和认识古构造格局演化的重要性。     

班公湖—怒江俯冲增生杂岩带东段晚古生代辉绿岩锆石U-Pb年龄、Hf同位素特征及其构造意义

嘉玉桥—同卡混杂岩带位于班公湖—怒江俯冲增生杂岩带东段嘉玉桥至邦达地区,1: 250 000区域地质调查将其主体厘定为晚古生代混杂岩,但缺乏准确的同位素年代学与地球化学约束。本文选择该带邦达岩组中的辉绿岩作为研究对象,开展详细的岩相学、地球化学及年代学工作,揭示班公湖—怒江俯冲增生杂岩带的形成时间及构造环境。结果表明,辉绿岩明显具有N-MORB型的地球化学性质,同时富集大离子亲石元素(Rb,Ba),亏损高场强元素(Nb,Zr),其岩浆源区为尖晶石二辉橄榄岩经过约30%的部分熔融,一致指示岩浆源区可能源于受俯冲流体交代影响的亏损地幔源区。辉绿岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为(330.9±1.6) Ma,代表了辉绿岩的结晶年龄,指示邦达辉绿岩形成于早石炭世,进一步揭示班公湖—怒江俯冲增生杂岩带存在古特提斯洋演化残留地质信息。邦达早石炭世N-MORB型辉绿岩的厘定,为进一步认识班公湖—怒江俯冲增生杂岩带早石炭世的构造环境,探讨班公湖—怒江特提斯洋的时空演化提供了重要依据。     

狮泉河—永珠—嘉黎构造带中西段硅质岩地球化学特征及其沉积环境

放射虫硅质岩为蛇绿岩的上覆沉积盖层,其地球化学特征可以帮助探讨蛇绿岩的形成环境和沉积盆地的构造-古地理演化。对狮泉河—永珠—嘉黎构造带西段古昌蛇绿岩中的硅质岩进行了详细的地球化学分析,并与拉果错和果芒错硅质岩进行了对比研究,以探讨它们的成因及沉积环境。古昌硅质岩SiO₂含量较低,Al/(Al+Fe+Mn)比值为0.87~0.95,为非热液成因硅质岩,稀土配分模式整体为轻稀土略亏损的左倾曲线,具有明显的负Eu异常,基本无Ce异常,Y/Ho比值为21~24,Ti/V比值为220.67~862.02,V/Y比值为0.05~0.29,沉积于大陆边缘环境。对比分析发现,拉果错硅质岩具有与古昌硅质岩相似的特征,而果芒错硅质岩显示了一定大洋盆地硅质岩的特征,并且受到轻微热液作用影响,可能形成于一个更加成熟开阔的洋盆之中。综合蛇绿岩其他端员的研究成果,狮泉河—永珠—嘉黎构造带中西段可能代表了一个靠近大陆边缘的古洋盆,东部果芒错地区发育较为开阔,往西洋盆规模逐渐变小。     

余姚—丽水断裂带嵊州地区燕山期主要构造特征

余姚—丽水断裂带是浙东南地区活动时间长、延伸远、发育比较宽的一条NE—NNE展布的断裂构造带,在浙江嵊州地区上火山岩系磨石山群和下火山岩系永康群中构造形迹表现十分明显。余姚—丽水断裂带由一系列NE—NNE向控制区内白垩纪盆地形成与发展的正断层,以及NE—NNE走向、自北西向南东逆冲的叠瓦状断层和轴迹呈NE—NNE向的褶皱组成。通过对其构造活动特征及控制新老地层的时序关系研究,结合区域构造活动规律和时空演化关系等综合分析认为: 正断层形成时间较早,控制白垩纪盆地的形成和发展,与早白垩世岩石圈伸展减薄形成的拉张作用密切相关; 叠瓦状逆冲断层及斜歪褶皱、紧闭同斜褶皱等褶、断构造组合形成于晚白垩世之后,其动力学机制可能与古太平洋构造域向太平洋构造域的转换效应有关。研究成果为深入探讨浙东地区燕山期构造演化提供了新的素材和资料。     

准噶尔盆地莫西庄—永进地区白垩系清水河组地貌演化及沉积响应

不同古地貌背景下,盆地沉积充填特征不同。以准噶尔盆地莫西庄—永进地区白垩系清水河组为例,综合野外露头、岩心、测井、分析化验和三维地震资料,进行古地貌演化背景下白垩系清水河组层序地层、沉积物源和沉积体系研究。研究结果表明:莫西庄—永进地区白垩系清水河组发育一个完整的三级层序,清水河组一段发育低位体系域(LST)和湖侵体系域(TST),清水河组二段发育高位体系域(HST)。早白垩世,车排子—莫索湾古隆起(车—莫古隆起)整体埋藏,古隆起局部高部位仍出露地表,随着盆地全区接受稳定沉积,古隆起逐渐消亡。LST时期,盆地沉积中心位于研究区北部;TST至HST时期,在北部构造抬升掀斜作用下,盆地地形趋于平缓,沉积中心逐渐南迁。在此构造演化背景下,盆外北部物源体系由东北、西北方向向研究区供源,在盆地缓坡带浅水背景下发育远源辫状河三角洲—滨浅湖沉积体系。LST时期,受古隆起残余地貌、湖平面变化及水动力条件的共同影响,沉积碎屑多沉积于地貌低势区,发育局限展布的浅水辫状河三角洲,研究区以三角洲内前缘沉积为主,水下分流河道连片发育;LST时期发育的沉积体系平缓了原始地貌,在车—莫古隆起上继承性沉积TST时期的滨浅湖沉积体系和HST时期的浅水辫状河三角洲沉积体系,其中HST时期研究区以三角洲外前缘沉积为主,广泛发育席状砂,局部发育水下分流河道。继承性地貌控制盆地不同部位的沉积可容空间,决定沉积物搬运及分散路径,进而控制盆地的沉积充填类型和特征。     

襄樊—广济断裂带东段构造变形特征及其演化

襄樊—广济断裂带是分隔大别造山带和扬子板块北缘前陆褶皱逆冲带的边界断裂,其几何学、运动学及构造演化特征记录了南北两大不同性质的大地构造单元发生碰撞、拼贴及相互作用的地质过程。在野外调查、构造解析和年代学研究基础上,结合区域地质和地球物理资料分析,认为襄樊—广济断裂带东段以深部向南逆冲、浅表向北逆冲的“鳄鱼嘴式”对冲构造为特征,与西段的构造变形样式和次序存在显著差异。中扬子地区东部受控于江南—雪峰造山带和大别造山带南北两大构造体系,深部扬子板块北缘向大别造山带之下俯冲导致造山带自北向南挤出,推覆构造可影响至瑞昌一带,由南向北的浅层逆冲推覆可影响至梅川附近,二者在襄樊—广济断裂带东段的蕲春—武穴—浠水一带对接。襄樊—广济断裂带经历了印支早期同碰撞由北向南的逆冲推覆和深层次的韧性剪切变形(T₂末)、燕山早—中期双向对冲构造变形(J_1-3)、燕山晚期伸展正断层变形(K_1-2)、喜山早期由北向南小规模逆冲变形(E₁)阶段。     

地球化学记录揭示的柴达木盆地北缘地区中—晚侏罗世古环境与古气候*

沉积岩的地球化学特征是古环境变化良好的示踪剂,柴达木盆地北缘地区侏罗系记录了中国西北地区古环境、古气候演化的重要信息。本研究通过对柴达木盆地北缘地区大煤沟侏罗系标准剖面沉积岩的元素地球化学分析,尝试恢复了研究区中—晚侏罗世的古环境特征。结果显示:(1)研究区中—晚侏罗世以富氧的浅水环境为主,仅在短期内出现较深湖相沉积;整体上侏罗纪湖盆水体盐度较低,而部分层段沉积物盐度增大系降雨量相对减小导致。(2)基于多元地球化学参数建立的古气候演化曲线表明,中—晚侏罗世柴达木盆地北缘地区古气温、古湿度均在一定幅度内频繁变化;自中侏罗世晚期开始,研究区古气候开始由温暖潮湿向炎热干旱转变,至晚侏罗世进入了干热环境主导的阶段。多元地球化学参数剖面的建立为中国西北地区中—晚侏罗世“干热化事件”和区域古气候的研究对比提供了新的证据和材料。     

活动论构造古地理的研究现状、思路与方法*

古地理学是研究地质历史时期地球表面的自然地理的综合性科学,构造古地理学是研究地质历史时期地理单元的构造属性及其演变特征的科学。地球表面的山川、流域与盆地等自然地理单元受岩石圈板块水平运动与深部地幔动力学的联合控制。自然地理单元及其演变是内、外动力长期作用的综合结果。活动论构造古地理思想是在地球系统科学的活动论、演化论、阶段论与转换论观念下的自然延伸。整体、动态、综合分析是活动论构造古地理研究的基本方法;确定构造古地理单元的边界、属性、组成、结构与演变的“五定”原则是工作的具体步骤;搭建数据化、标准化和智能化的古地理重建平台是研究的重要途径。基于活动论构造古地理思想的原型盆地分析,是对原型盆地进行复位、复原与复变,揭示原型盆地的时—空结构;而活动论的源-汇系统分析是在地球系统观指导下的深、浅部结合的全链条、全过程综合研究。活动论构造古地理是研究地表过程和能源、资源矿产分布预测的重要基础。     

论古地理图

古地理图是地质历史时期和人类历史时期自然地理特征的图示,是古地理学研究的最重要的成果。笔者作为《古地理学报》中文版及英文版的主编,针对近年来这两个期刊的来稿及刊登的文章中的一些问题,也涉及其他文章和著作中的一些相关的问题,结合笔者自己长期从事古地理学研究及编制古地理图的实践,写出了本文。其主要内容包括编制古地理图的资料,编制古地理图的方法问题,“单因素分析多因素综合作图法——定量岩相古地理学方法论”即“四步成图法”,古地理图中各古地理单位的命名,古地理图中各古地理单位的说明,古地理图及古地理学文章和著作的理论意义和生产意义的说明,古地理图及古地理学文章和著作的评价标准,自我评价,对作者、读者和社会负责等。敬请广大读者批评指正。     

新疆博格达地区中二叠世—早三叠世构造-气候-沉积演化及耦合机制*

博格达地区的盆山关系演化、博格达山初始隆升时间、构造-气候-沉积耦合机制等前沿科学问题一直是国内外研究的热点,也一直困扰和制约准噶尔盆地东南缘的油气勘探开发进程。基于博格达山北缘野外露头和阜康凹陷、吉木萨尔凹陷的岩心、地震及钻测井资料,综合运用沉积学、地球化学等多种方法,阐明了博格达地区中二叠统—下三叠统展布及沉积相特征,恢复了相应的古气候变化,结合区域研究成果重建了中二叠世至早三叠世构造-气候-沉积演化过程。认为博格达地区中二叠世为裂谷—坳陷盆地构造背景,在干旱—半干旱气候条件下,发育以博格达地区为湖泊中心的辫状河三角洲—湖泊沉积体系;晚二叠世博格达山发生初始隆升,早期湖盆消亡并在博格达北坡山前发育冲积扇,古气候由半干旱变化为半湿润;早三叠世博格达地区构造环境相对稳定,但是逐渐趋于温暖湿润的古气候对区域风化程度和沉积条件起主要控制作用,博格达山体遭受强烈风化剥蚀,北侧形成扇三角洲—湖泊沉积体系。     

动态古地貌再造: Badlands软件在盆地分析中的应用*

近几年来的研究发现,当存在较强的构造活动时,古地理特征变化将会加快,而常规方法很难对这一构造活动过程中的古地理和古地貌进行有效的恢复和研究。Basin and Landscape Dynamics(Badlands)软件正是基于前人的研究工作而开发的一款数值模拟软件,用于模拟各种空间和时间尺度的地貌演化。它可用于研究地表演化过程、预测侵蚀和沉积速率并评估沉积物通量,从而实现对古地理和古地貌进行更为精细化的研究。笔者介绍了Badlands软件的基本原理和方法,并将此方法应用于东海陆架盆地南部中生代地貌及地质演化过程的研究: 首先利用研究区域内现有的地震剖面、测井、平衡剖面等资料获得中生代早期的古地形;再通过恢复的古地形构建数值模型,并加载降雨量、岩石侵蚀性、海平面变化、动力地形调整和地壳弹性层厚度等相关参数进行模拟研究,以分析强烈的构造运动对盆地地貌演化的影响;最后对比模拟结果与已知的中生代的地貌特征和沉积分布,并据此进一步分析中生代盆地演化过程中的沉积物分布规律以及三维古地理和古地貌演化特征。该方法可以为沉积盆地充填过程分析和能源矿产勘探提供有益的思路。     

碳酸盐岩中磁性矿物及其在古地理研究中的作用

磁性矿物及其转化现象在碳酸盐岩中十分常见。在其沉积演化各个阶段形成的磁性矿物,分别携带了它们形成时的古环境信息,是沉积古地理学和环境磁学的直接研究对象。磁性矿物在其形成过程中还受到地磁场的磁化作用,致使其获得了原生剩磁。鉴于对这类磁性矿物的准确鉴定及其所携带的原生剩磁成分的准确辨识,是获得可靠古地磁资料和建立地块极移曲线、编制非当今界限的古地理图与进行古地理重建的前提,从而成为古地磁学和大地构造古地理学的主要研究对象。在后生阶段形成的磁性矿物,通常由原有的磁性矿物转化而成,这种转化作用常起因于构造运动及与其密切相关的岩浆活动和流体活动。由于在其转化过程中,地磁场也相应发生了变化,所以新生磁性矿物就携带上新的剩磁（重磁化剩磁）,因而它们也应该是古地磁学和大地构造古地理学的重要研究对象。如果在进行古地磁研究时,增加与构造事件和热事件相关样品的采集,加强磁性矿物的成因矿物学研究,那么就可以为进行古地理重建,提供更加可靠和更加丰富的古地磁资料。由此表明,在古地理学这一门综合性很强的地球科学,发展到巳经形成许多分支学科的今天,有必要关注磁性矿物与古地理研究之间的密切联系。     

岩相古地理研究与油气勘探

古地理学已具有200余年的悠久历史。它的发生、发展与沉积学和地层学的发展密切相关。古地理学的理论发展和相关的技术进步在勘探开发沉积矿产资源等方面发挥了重要作用,开拓了在河流、三角洲及滑塌浊积扇、深水重力流沉积、滩坝、礁以及碳酸盐岩建隆中找油的新领域。中国岩相古地理的研究为推动油气资源勘探开发起到了不可替代的作用,已在不同地区和地质层位中找到了极为丰富的油气资源。中国含油气盆地油气勘探表明,岩相古地理控制了油气成藏的基本要素组合和油气资源的分布,地层和岩性圈闭的发育和分布受控于古地理条件的改变。中国原油地质储量的13％、55.3％和12.6％分别分布在河流、三角洲和水下扇的沉积物中。讨论了未来岩相古地理研究应采取的指导思想、工作方法和面临的重要科学问题,指出多信息、多尺度、多元化和数字化的古地理研究必将在未来沉积矿产勘探开发和综合利用中发挥积极的重要作用。     

Early Cretaceous sedimentary provenance and structural evolution of the central Sanandaj–Sirjan Zone,Iran: implications for palaeogeographic reconstructions of the northern Neo-Tethyan margin

ABSTRACT

The Early Cretaceous was an important epoch in the evolution of the Earth system in which major tectonic episodes occurred, especially along the Alpine–Himalayan belt. The paucity of reliable palaeogeographic data from the central segment of this geological puzzle, however, hampers the reconstruction of a panoramic view of its Early Cretaceous palaeogeography and geodynamic setting. Here we present multidisciplinary provenance data from Lower Cretaceous strata of the overriding plate of the Neo-Tethyan subduction zone (the Sanandaj–Sirjan Zone; SSZ, of central Iran), including structural, basin-fill evolution, petrographic and geochemical analyses. Sandstone provenance analysis of Lower Cretaceous red beds suggests the occurrence of sub-mature litho-quartzose sandstones attributed to an active continental arc margin in convergent setting predominantly derived from plutonic, quartzose sedimentary and metamorphic rocks exposed in the central SSZ. Weathering indices indicate moderate chemical weathering in the source area which may be related to close source-to-sink relationships or arid climate. Our palaeogeographic reconstructions and original geological mapping indicate that the erosion of uplifted basement rocks exposed in horst blocks provided the sediment sources for the syn-extensional deposition of uppermost Jurassic–lowermost Cretaceous conglomerates and Lower Cretaceous siliciclastic red beds within a continental retro-arc basin during initiation of the ‘Neo-Tethys 2?. The polyphase tectonic reactivation along the principal fault of the study area controlled the syn- and post-extensional tectonostratigraphic evolution that reflect the corresponding mechanical decoupling/coupling along the northern Neo-Tethyan plate margin.     

在庆贺国际古地理学会成立大会上的申请工作汇报

近代地球科学的发展和大陆动力学前沿领域研究的活跃．向古地理研究者提出新的挑战,亟需编制新一代具找矿效应的等时的、活动论的古地理图。在地学领域中活动论和固定论是相对的,在今后相当长的时限内．尚不能完全以非当争界限编绘古地理图。当前活动论古地理的研究．首要的是转变思路．不仅要从沉积区反馈盆地的构造活动,同时还要从非沉积压的古地理演化获得造陆、造山的佐证,以此编制全球性的中小比例尺的构造-古地理复原图。层序地层学的出现不仅为编制以层序不整合面、高位体系域和凝缩段为标志的等时性古地理图提供了条件．而且还使穿时体系域的时空演化研究成为可能。露头古地理图相对于古地理复原图而言．对找矿预测和油气盆地选区评价更具实际意义,     

古地理和古地形三维再造的发展趋势

“模拟技术”是当今科学研究的主要手段之一，把它应用于地质学的某些方面，能取得很好的效果，如盆地模拟已经发展到了比较成熟的阶段。但在古地理和古地形再造方面，国内外在这方面的研究甚少，尤其是在三维模拟方面。根据Hay等（1989）提出的物质平衡理论，在给定时间间隔内，作用在研究区表面的构造、侵蚀和沉积过程所赞成的沉积物的侵蚀总量与沉积总量之间物质守恒，与古地形再行喀古地理重建相结合，用三维数值模型来模拟研究区域的变化过程，用GIS技术把这个变化过程的动态显示出来，是一项具有理论意义和实践意义的工作。     

南海围区中生代构造古地理演化

对南海围区中生代岩相、构造以及古地理进行了系统总结与研究,编制了南海围区6 个时期 ( 包括T3--K2 ) 构造古地理简图,阐述了南海围区主要的缝合带形成时间和中生代活动及其对南海围区中生代的古地理的控制与影响。经研究,南海围区盆地类型、中生界地层以及古地理环境受特提斯的闭合以及环太平洋俯冲带的影响控制。虽然南海的存在使F6 系列断裂有了现在的格局,但是古太平洋构造带一直控制着中生代加里曼丹、巴拉望、潮汕凹陷以及台湾等地的盆地的形成。讨论了南海及其围区中生代构造古地理的演化,南海围区地层从早侏罗世到晚侏罗世沉积相显示是由海相到陆相的转变,晚三叠世到晚白垩世每个时期都呈现北陆南海的古地理格局。     

青海省石炭纪-三叠纪岩相古地理

青海省位于青藏高原北部,由于特殊的大地构造位置,岩相古地理比较复杂,因此相对中国其他省份来说,岩相古地理研究程度较低,这在一定程度上制约了资源勘查工作。作者以近年来青藏高原地质工作获得的大量最新区域地质、煤炭勘查及石油地质资料与研究成果为基础,通过实地测量和收集青海省所有含煤地层剖面,首次编制了青海省石炭纪、二叠纪、三叠纪岩相古地理图,探讨了石炭纪、二叠纪、三叠纪煤炭资源沉积环境。石炭纪青海省北部为柴达木古陆及祁连古陆,自北而南有宗务隆海槽、祁漫塔格海槽、阿尼玛卿海槽及金沙江海槽。二叠纪至三叠纪,阿尼玛卿有限洋盆、西金乌兰有限洋盆及金沙江有限洋盆形成。该项工作为进一步编制青海省主要成煤期世一级岩相古地理图奠定了基础,对于青海省主要成煤区煤炭成矿预测及靶区优选目标的实现具有重要的现实意义。     

造山带古地理学——重建区域构造古地理的若干思考

以活动论构造观为指导,尽可能客观地复原地史期间海陆面貌和盆山格局的关键是在给定时间约束之后,于研究区现存的地质记录中发现业已消失了的和后期才出现的构造古地理单元。文章基于大量实例论述了可能导致构造古地理单元消失和后期出现的各种情况,如大陆地块的解体、沉没、俯冲、剥蚀、冲断-推（滑）覆作用、走滑作用、碎裂和被卷入年轻造山带等,特别提出东亚大陆边缘地区自侏罗纪末开始的移置地体拼贴增生是该区的一大特点。构造古地理单元消失和后期出现的发生大都与巨型断裂带（尤其是作为构造边界的巨型断裂带）发育有关。陆内阶段的断裂带活动对盆山格局的变化、盆地发育、沉积演化及其关键地质事件有明显的控制作用,还应注意断裂带解体阶段出现的新生构造对古地理重建的制约。简言之,造山带古地理学的发展是推动构造古地理学前进的关键之一,在恢复古特提斯多岛洋的构造古地理面貌、重建全球古大陆演化尤其是造山带和经受造山运动改造地区的古大陆演化,有着积极的不可或缺的作用。