环青藏高原盆山体系构造与中国中西部天然气大气区

新生代特提斯洋向北消减导致欧亚板块与印度板块碰撞,大陆会聚控制青藏高原下地壳增厚、上地壳逆冲叠置和隆升,形成高原地貌．随着青藏高原隆升和向北、向东推挤,挤压构造变形不断向外扩展,形成现今全球最大弥散型陆内构造变形域和板内变形最为活跃的巨型盆山体系,即环青藏高原盆山体系．由于不均一的小克拉通拼贴,地壳发生分异,造山带回春上升,小克拉通沉降,古板块边缘形成继承性前陆盆地群或前陆冲断带群．由这些复活的古造山带、前陆冲断带和小型克拉通盆地三个构造单元共同构成环青藏高原盆山体系．环青藏高原盆山体系是一个巨型的构造体系和特殊性质的喜马拉雅运动期构造域,是中国中西部喜马拉雅运动的主要特征,也是可以与青藏高原相提并论的巨型大地构造单元．挤压冲断构造变形带沿昆仑山．阿尔金山．祁连山．龙门山呈弧形带向北、向东扩展;随着晚新生代印藏持续碰撞,欧亚大陆强烈变形,构造变形带向外围进一步扩展,传递到阿尔泰山．阴山．吕梁山．华蓥山弧形带．冲断构造不断向环青藏高原外围扩展的同时,在盆山体系内部发生强烈陆内变形,古造山带复活,在造山带与盆地边缘形成了新的前陆盆地,冲断构造变形依次从造山带向克拉通盆地内扩展．在欧亚大陆与印度板块的碰撞及其远程效应的控制下,环青藏高原巨型盆山体系从内向外的构造变形强度、盆山耦合程度依次降低;克拉通边缘的单个盆山组合也具有从山前向克拉通方向构造变形强度依次降低,构造变形样式逐渐变得简单、构造变形时间依次变新的规律．在整个环青藏高原巨型盆山体系中,整体表现为三个构造分段：西段构造变形传播、中段高原增生．推覆、东段走滑一抬升．在环青藏高原盆山体系中,古生界克拉通盆地和中新生界前陆冲断带是具有重要天然气勘探价值的两个基本构造单元,它决定了中国中西部天然气分布主要受古生界克拉通古隆起和中新生界前陆冲断带的控制,具有多期成烃与晚期成藏的特点．     

下地壳流变与造山带同挤压期地壳伸展的动力学关系

应用不可压缩非牛顿粘性流体的本构关系,对造山带同挤压期下地壳流变及其与上地壳构造伸展的动力学关系进行了二维有限元数值模拟. 结果表明,在板块侧向挤压下,当造山带山根下陷和地表隆起达一定程度后,地壳不同层圈岩石将发生复杂的粘性流变. 流变的运动学方式和分布范围不仅与时间有关、同时还受地壳厚度转变带形态的制约. 在构造挤压和山体荷载达到弹性平衡状态后,地壳流变首先发生在造山带下地壳山根,但经一定的Maxwell时间后,流变将不断局限于造山带前缘的厚度转变带. 这一流变方式的变化是导致造山带浅部地壳动力学转变的主要原因. 它造成造山带内上地壳最小主应力从近水平挤压不断转化为近水平拉张,由此使造山带前陆发生挤压冲断的同时,山体的核部发生上地壳的拉张伸展. 最后,应用这一结果讨论了青藏高原南缘南北向地壳伸展的动力学性质.     

中西部冲断带多尺度地球物理解释及其物理模拟实验

中西部冲断带形成于两古板块"镶嵌式"拼接成陆后的再冲断.多尺度地球物理资料解释表明,浅层构造变形具有"横向有序分带、垂向多属性分层、纵向差异分段"特征,深部构造变形表现为分层解耦和差异收缩,造山带与盆地的岩石圈在咬合冲断时强-弱层对置.本文利用物理模拟实验和延时摄影方法,基于"挤压-碰撞"模型正演了冲断带变形过程,实验结果表明:造山带仰冲盆地并相互拼接,前者冲起折返,后者前陆冲断;盆内滑脱层的存在会产生构造分层,上构造层的变形以断层相关褶皱为主,且扩展范围受控于滑脱层;上构造层的挤压缩短量比下构造层大,变形扩展更远;下构造层的变形以叠瓦构造和双重构造为主,其断层倾角由前陆向腹陆逐渐增大,断面由下凹变为上凸,断片由侧向叠置变为垂向叠置;高角度逆断层的变形经历了脆性变形、韧-脆性变形和韧性变形三个阶段.     

东秦岭造山带的流变学及动力学分析

通过地质、地球物理和地球化学资料分析,建立了东秦岭地学断面带地壳二维深度-强度剖面,揭示了该造山带的地壳结构和流变学分层性．脆性的上地壳南薄北厚;中、下地壳包括莫霍面呈现水平流变状态,南端蠕变特征更明显;上地幔流变强度较大其地壳类型是栾川以南为H型地壳,构成中、新生代造山带的核部,具有伸展构造和走滑构造的特征,栾川以北为C型地壳,中、新生代的大陆汇聚带．东秦岭地学断面带整体上看为C-H型地壳,反映了后造山期陆内造山的构造特征．地壳物质为长英质-石英闪长质壳内软层具有低速、高热、强网状反射和低强度蠕变的地球物理特征,是后造山期经过调整的水平流变层.     

造山带岩石层多向层架构造及其对新生代岩浆活动制约──以三江及邻区为例

综合滇川西部特提斯带现今地表构造格局、地壳和上地幔三维速度图像再解释,提出造山带各圈层间,上地壳、中下地壳、岩石层地幔、软流层地幔的构造是一种多向层架构造,上地壳与中下地壳间是一个区域性构造滑脱面．岩石层地幔是一个不易变形的刚性体,常保留老的构造框架．软流层表现为易变层,是变形启动区,反映 “新”构造．研究区陆内新生代岩浆活动的空间分布,主要受扬子地块西缘存在的近南北向－北北东向软流层上涌体及其热熔体上侵地壳底部所形成的壳幔混合层和区域性构造（包括断裂）交叉转折（转换）部位的制约．     

秦岭造山带上地幔各向异性及相关的壳幔耦合型式

秦岭是具有复杂地壳结构、经历长期构造演化的复合型大陆造山带.本文通过地震资料精细反演上地幔各向异性,探索秦岭造山带构造演化及成因动力.采用最小切向能量法、最小特征值法和“叠加”分析法求得覆盖秦岭造山带及周边地区41个地震台站的SKS横波分裂结果:快波偏振方向(φ)和快、慢波的时间延迟(δt),据此绘制了秦岭造山带上地幔各向异性图.将已发表的地表GPS观测结果与上地幔各向异性相结合作上地幔变形因素分析,发现秦岭造山带自西向东的上地幔变形因素不是单一垂直连贯变形或地幔流动,而是共存的.同时,其上地幔变形的主控因素有区域性变化.研究表明秦岭造山带西、中部上地幔变形以壳幔垂直连贯变形为主,属壳幔强耦合,东部壳、幔耦合变弱,上地幔变形以简单地幔流动为主控因素.同时,SKS快波偏振方向(φ)于秦岭造山带显示出南缘略向北凸、北缘略向南凸的弧形展布,反映了造山带两侧刚性较强的扬子地块与鄂尔多斯地块旋转与秦岭造山带南北缘弧形流动有关.     

米仓山楔入冲断构造模型低温热年代学证据及其意义

基于低温热年代学特征的构造重建（或解译）与浅部地表过程模型在诠释盆-山结构与演化过程中受到越来越广泛的重视与应用.青藏高原东缘米仓山-川北前陆盆山系统楔入冲断构造模型与浅部地貌建造（非）耦合的检验校正为米仓山造山带构造变形及其动力学模型研究提供了契机.基于稳态楔入冲断构造低温热年代学模型研究表明,米仓山-川北前陆盆-山结构带盆山地貌的建造和低温热年代学（磷灰石裂变径迹和（U-Th）/He）特征具有明显的耦合性,二者统一于（盆地向）具~4°古地貌斜坡的楔入冲断构造模型.现今米仓山地区低温热年代学不具有明显的海拔高程和年龄线性关系,但当古地貌具有~4°坡度时低温热年代学与古地貌具有明显的线性相关性,揭示晚白垩世米仓山东西段具有一致（或相似）的稳态抬升剥露特征,东西段剥露速率分别为0.05 mm/a 和0.03 mm/a.古地貌坡度与古地温梯度具有较好的相关性（R²=95%~98%）,相关古地温梯度（25~35 ℃/km）符合米仓山稳态剥露地质结构特征.米仓山造山带楔入冲断构造模型的发育可能受控于多套滑脱层系（尤其是深部和浅部滑脱层系）和扬子板块能干性基底对造山带盆地向扩展变形过程的阻挡作用.     

新疆天山中段地壳和上地幔顶部P波速度结构研究

天山造山带一直以来是研究盆山耦合作用的理想场所,深入理解这一地区的壳幔结构对认识天山造山带深部动力学过程具有重要意义.本研究基于2009—2020年新疆区域数字地震台网固定台站、震后架设应急流动台站以及部分宽频带流动地震台站记录到的M_S≥1.5地震到时资料,采用双差地震层析成像方法反演获得了新疆天山中段精细的地壳和上地幔顶部三维P波速度结构和地震震源参数.结果显示：新疆天山中段具有复杂的深浅构造关系,地壳浅部及上地壳P波速度结构与地表地质构造密切相关,高速异常区对应于天山造山带,低速异常区对应于沉积盆地.研究区中东段中地壳和下地壳存在较大范围低速区,与两侧准噶尔盆地和塔里木盆地上地壳和中地壳低速区相连,且准噶尔盆地和塔里木盆地下地壳及上地幔顶部双向均向新疆天山中段下方倾斜.结合前人诸多研究成果推测,在南北向构造挤压作用下,塔里木盆地与准噶尔盆地双向向天山造山带壳幔岩石圈发生“层间插入与俯冲削减”.重定位后地震分布显示,地震震源深度优势范围为0～25 km,主要沿断裂带、盆山结合部以及不同块体接触部位分布,且与壳内低速体有较好的相关性.这些结果可能为研究新疆天山中段...     

黑水─泉州地学断面的重磁解释

讨论华南黑水─泉州地学断面的重磁解释。在解释中除应用常规的２．５维重磁异常反演外，还采用等密度线算法构制梯度层密度模型，用于分辨地壳密度细结构，以及计算自由地幔而深度用于分析上地幔密度的横向不均匀性。重磁模拟结果揭示了１０ｋｍ深度内的上地壳构造以及地壳与上地幔密度的分布。提出华南造山带以低密度上地幔为特征，它可能与上地幔的改造有关；四川盆地具有较高的上地幔密度，为未经改造的原始地幔。扬子克拉通与华南造山带的分界线与上地幔密度的分界线一致。根据布格异常、地表岩石密度和地形资料的综合分析，圈定出反映内生成矿作用深部标志的密度倒转区，可作为进一步找矿的远景区。     

黑水─泉州地学断面的重磁解释

讨论华南黑水─泉州地学断面的重磁解释。在解释中除应用常规的２．５维重磁异常反演外，还采用等密度线算法构制梯度层密度模型，用于分辨地壳密度细结构，以及计算自由地幔而深度用于分析上地幔密度的横向不均匀性。重磁模拟结果揭示了１０ｋｍ深度内的上地壳构造以及地壳与上地幔密度的分布。提出华南造山带以低密度上地幔为特征，它可能与上地幔的改造有关；四川盆地具有较高的上地幔密度，为未经改造的原始地幔。扬子克拉通与华南造山带的分界线与上地幔密度的分界线一致。根据布格异常、地表岩石密度和地形资料的综合分析，圈定出反映内生成矿作用深部标志的密度倒转区，可作为进一步找矿的远景区。     

大陆深俯冲带的地壳速度结构——东大别造山带深地震宽角反射/折射研究

在安徽大别山(东大别)进行的深地震宽角反射/折射探测获得6条二维地壳速度结构剖面. 结果显示，东大别造山带地壳为一高速穹隆构造，在其核部中、下地壳变质岩出露于地表，波速高达5.0km/s；在其翼部，上、中地壳发育速度约6.1km/s的壳内低速层(体). 莫霍面的起伏变化较大，中心部位深达41km左右，周边地区则抬升到32～34km. 在晓天—磨子潭断裂一线下方莫霍面垂向错断，断距约4km. 东大别造山带具有大陆深俯冲-碰撞造山带地壳结构的典型式样. 莫霍面错断与扬子陆块深俯冲有关，错断处表征扬子与华北陆块碰撞缝合的深部位置. 高速穹隆构造可能是两陆块碰撞挤压的产物，穹隆翼部上、中地壳发育的低速滑脱带(面)可能在碰撞期之后的地壳伸展、超高压变质岩从中地壳抬升出露于地表过程中起到重要作用.     

南海北部陆缘带构造扩张的深部地球动力学特征

利用地热学和重力学方法, 计算和分析了南海北部陆缘带岩石圈热结构及流变特征. 研究表明, 南海北部陆缘带岩石圈存在分层变形的物理条件, 上地壳温度比下地壳温度低150~300℃, 而粘滞系数比下地壳高2~3个数量级, 说明上地壳脆性程度较高, 下地壳塑性程度较高. 陆缘带岩石圈之下地幔总体由西北向东南方向流动, 带动北部大陆边缘向洋扩张、离散和断裂解体. 在向洋离散过程中, 由于上地壳温度低、粘滞性大, 下地壳温度高、粘滞性小, 形成低粘滞通道, 在新生代构造扩张活动中, 岩石圈内出现分层变形, 扩张的陆缘发生差异性块断运动、形成陆缘地堑系.     

龙门山中段及两侧地壳结构与汶川地震构造

2010年完成了由四川盆地中部向西北方向、近垂直穿越龙门山中段5·12汶川特大地震极震区和川西北高原、总长500 km的深地震宽角反/折射测深野外工作,沿测线建立了较为完善的地震测深观测系统,取得了丰富观测记录.对反映不同构造单元的震相记录、特别是强震构造区复杂震相信息的详细分析和模拟追踪计算,得到龙门山中段褶皱造山带及两侧的二维非均匀地壳速度结构模型.揭示了稳定的四川盆地地壳结构与被改造增厚的川西北高原地壳结构性质差异;探测到高原壳内介质由上向下的岩性变化,特别是下地壳介质速度大幅降低、岩性强烈弱化的塑性流变性质;发现了四川盆地与川西北高原之间褶皱造山带下地壳存在由西向东、下缓上陡的巨型铲式上升流以及上升流与龙门山中段断裂构造体系的关系;上升流沿褶皱带东部边缘在龙门山中段上中地壳以陡倾角度向上逆冲,造成龙门山上地壳中央断裂带附近强烈上隆并使结晶基底突出地表大幅抬升.综合区域构造应力场和现有地质成果进一步研究青藏高原东缘龙门山中段盆山耦合与造山构造,壳内断裂体系与强震孕育环境构造.     

青藏高原东缘地壳上地幔电性结构研究进展

经过数十年的努力,中国学者针对青藏高原东缘地壳上地幔探测,累积完成超过20000 km的大地电磁测深剖面,取得了一系列重要科学数据和认识,为青藏高原东缘构造格局、地壳上地幔电性结构、地震机制和动力学研究奠定了基础.根据青藏高原东缘的主要构造和断裂分布特征,本文重点对龙门山构造带、川滇构造带和三江构造带三个构造带分区进行研究,主要依据大地电磁探测工作成果和壳幔电性结构特征,系统地对青藏高原东缘地壳上地幔电性结构、与扬子西缘接触关系、汶川地震和芦山地震的电性孕震环境及弱物质流通道等几个方面进行了梳理和分析.一是青藏高原东缘地壳表层岩块和物质沿壳内高导层向龙门山造山带仰冲推覆,表现为逆冲推覆特征的薄皮构造;二是高原东部地壳中下部及上地幔顶部向龙门山造山带和上扬子地块西缘岩石圈深部俯冲,呈现刚性的上扬子地块西缘高阻楔形体向西插入柔性青藏块体的楔形构造;三是将汶川地震和芦山地震的震源投影到大地电磁剖面上,发现震源位于剖面下方的高阻块体与低阻体之间靠近高阻体的一侧,龙门山构造带岩石圈表现出高阻、高密度和高速的"三高"特征,这种非均匀电性结构可能构成地震孕育发生条件;四是川滇和三江地区的多条大地电磁剖面探测结果表明,在青藏高原东缘中下地壳存在下地壳流和局部管道流,大地电磁结果对其空间分布形态、位置及大小进行了较好的刻画.根据研究区壳幔电性结构特征的构造解析和综合实例分析,总结了青藏高原东缘六类壳幔电性结构模型,提出了下一步重点研究领域和目标.总之,青藏高原东缘壳幔电性结构的研究对揭示研究区岩石圈结构和构造格局提供了重要依据,对油气及矿产资源远景评价提供了背景资料,对"Y"型多地震区的构造关系和发震机理研究具有重要指导意义.     

青藏高原东北缘至鄂尔多斯地块壳幔电性结构及构造变形研究

为了获取青藏高原东北缘至鄂尔多斯地块的壳幔电性结构,研究祁连造山带、鄂尔多斯地块及六盘山构造带的构造变形,布设一条甘肃陇西至陕西黄陵的近东西向大地电磁测深剖面,获取了91个大地电磁测深点的响应.经过对全剖面观测资料的数据处理、分析及二维反演,获得了剖面壳幔电性结构模型.研究结果表明:剖面横向可划分为三个区块,分别对应祁连造山带、六盘山构造带与鄂尔多斯地块;祁连造山带东段可能残存沟弧盆体系的构造格架,青藏高原北东向生长可能是在这一先存格架上的叠加与改造;六盘山构造带壳幔结构复杂,以中地壳拆离断层为界,上地壳发育拆离断层系统而下地壳挤压缩短增厚;鄂尔多斯地块成层性较好,地块总体较为稳定,但局部经历了与地幔上涌相关的物质与结构再造.     

中国大陆壳幔运动耦合作用分析

板块运动是地壳和上地幔变形的主要动力来源之一。因为只有地壳变形能被直接观测到,所以将上地壳变形场与下地壳和上地幔变形场比较是研究壳幔运动耦合作用的主要方法之一。利用中国大陆GPS观测结果,结合第四纪活动断层和由20世纪以来发生的地震资料反演获得的地球表层的水平应变率场,并将相关结果与Pn波各向异性及剪切波分裂的快波方向相比较,探讨中国大陆壳幔运动耦合作用。结果发现,总体来看活动性强的构造单元,其深部上地幔塑性剪切带的展布与上地壳脆性剪切带的方位有较大的差异;反之,活动性弱的构造单元,差异较小。活动构造单元其上地壳与下地壳—上地幔之间构造变形活动差异较大的原因,可能是在这个部位上、下地壳之间构造活动有一定程度的解耦,使下地壳以上部分的活动与其下“大地幔流”的运动趋势发生差异,从而产生构造应变能积累     

天山造山带深部探测及地球动力学研究进展

为了研究天山造山带的地球动力学,自1970年代以来,国内外在天山造山带开展了大量的深部探测工作,并取得了丰富的成果,本文对这些工作和成果进行了梳理和综述.已有研究结果表明:天山造山带的地壳厚度较大,但并无明显山根;地壳结构具有垂向分层和横向分块特征;壳幔界面不清晰,莫霍面在盆山接合部下方发生错断;壳内普遍发育低速异常体,地壳泊松比较高,暗示了地壳力学上的弱化作用;上地幔也存在波速异常体,低速异常可能与地幔热物质上涌有关,高速体可能是古老板块的岩石圈拆离碎片;莫霍面错断、Q值结构和波速异常特征可以用天山南北侧稳定地质块体往天山造山带之下俯冲来解释,这也得到高分辨率层析成像结果的支持;剪切波分裂结果暗示有相当厚的上地幔卷入了造山过程.上述资料表明天山造山带的变形和隆升是其南北侧稳定地质块体的构造挤压与壳—幔复杂耦合作用的共同结果.     

重庆地区地壳各向异性及其构造启示

文中搜集了重庆地震台网14个宽频带地震台站记录的远震波形资料,利用接收函数Pms到时的方位变化首次获取了重庆地区的地壳各向异性结果,同时采用接收函数H-Kappa方法获得了研究区的地壳厚度及泊松比。结果显示:重庆地区的地壳厚40～50km,在大巴山推覆构造带附近存在明显的梯度变化;地壳泊松比平均为0. 23～0. 31,在重庆中部泊松比值达到最大。重庆地区的地壳快慢波时间延迟为0. 08～0. 48s,平均为0. 22s;绝大部分地区地壳的快波方向与断裂走向比较一致。结合GPS观测、构造应力场和XKS分裂测量等研究资料,分析认为:川东褶皱带和川黔断褶带的地壳和岩石圈上地幔为解耦变形,其南、北段具有不同的变形特征;盆山边界可能存在复杂的深部构造变形,影响了局部地区平均方位各向异性的快波方向,不同走向的断裂活动还弱化了部分区域的平均各向异性强度;大巴山推覆构造带南部的地壳变形可能主要受到断裂带构造的影响。     

天山造山带地区瑞利面波相速度与方位各向异性

天山造山带作为世界上陆内最大的造山带之一,现今地震活动频繁,造山运动强烈,是开展陆内造山和内陆地震活动研究的天然试验场.本文利用整个天山造山带地区国内及国际台网的108个地震台站连续三年的背景噪声资料,提取了8~50 s周期的瑞利面波相速度频散曲线,并构建了整个天山造山带地区的二维瑞利面波相速度与方位各向异性分布图像.结果表明：浅部结构与地表的地质构造单元具有较大的相关性.低波速异常主要分布于沉积层厚度较大的盆地地区,而高波速异常主要分布于构造活动比较活跃的山脉地区.东天山地区中下地壳存在比较弱的低波速异常,而塔里木盆地和准噶尔盆地汇聚边缘的上地幔区域则表现为明显的高波速异常,各向异性快波方向呈现近NS向的特征,暗示着塔里木盆地和准噶尔盆地的岩石圈已经俯冲至东天山的下方.中天山地区的中下地壳至上地幔区域均呈现为明显的低波速异常,且各向异性快波方向变化比较复杂,表明中天山地区的整个岩石圈结构已经弱化,热物质上涌可能对介质的方位各向异性有一定的影响.西天山及帕米尔高原的上地幔区域存在低波速异常,各向异性表现为NW-SE方向,可能与欧亚板块的大陆岩石圈南向俯冲有关.塔里木盆地内部存在相对弱的低波速异常,推测塔里木盆地可能已经受到上涌的地幔热物质的侵蚀和破坏.     

西南天山-塔里木盆地结合带浅深构造关系 ——深地震反射剖面的初步揭露

盆山结合部的浅-深结构样式是进行陆内造山动力学研究与讨论的重要依据.2007年,在喀什东的天山与塔里木盆地之间的过渡带上,完成了一条近南北向的长度为121 km的主动源深地震反射剖面,显示出盆山结合部现今地壳尺度的构造格架.剖面南部呈现出10~12 km巨厚的沉积盖层,沉积盖层内发育滑脱断层;盆山结合部多排隆起构造以及天山山前上地壳显现出向北倾斜的断裂与地表地质观察吻合;盆山结合带展现出滑脱与逆冲推覆构造相关的断层褶皱;与塔里木盆地稳定沉积层相比,在南天山浅、中层地层受到强烈的变形改造,导致地层比较破碎,反射变弱、连续性较差;时间剖面上可以追踪到比较连续的Moho反射,从南向北有加深的趋势.深地震反射剖面揭露出的西南天山与塔里木盆地的这些浅-深构造,展现出塔里木盆地盖层向南天山滑脱与南天山向塔里木盆地逆冲推覆的特征,反映出陆内汇聚下的盆山耦合关系.