鄂尔多斯盆地早白垩世构造热事件形成动力学背景及其对油气等多种矿产成藏（矿）期的控制作用

华北克拉通中西部中生代晚期早白垩世是否存在岩石圈减薄是地学界普遍关注的重大地质问题。本文在作者多年来对鄂尔多斯盆地构造热演化史研究的基础上,充分收集了近年来前人研究的成果及进展,对鄂尔多斯盆地现今地温场、地壳结构、构造热事件、深部热岩石圈厚度、早白垩世火成岩活动期次、构造热事件形成机理及构造热事件与多种矿产成藏成矿关系方面进行探讨。鄂尔多斯盆地现今地温梯度及大地热流中等,属中温型盆地,现今地温场受现今地壳、岩石圈厚度较厚控制。通过对构造背景、古地温恢复、火成岩活动及热岩石圈厚度恢复等资料分析发现早白垩世太行山以西的山西地块及鄂尔多斯盆地处于拉张背景,早白垩世地温梯度高,存在古地温异常及热事件。早白垩世鄂尔多斯盆地热岩石圈厚度明显较现今岩石圈厚度薄,表明华北克拉通中生代晚期以来岩石圈减薄的西界可推到鄂尔多斯盆地。华北克拉通中西部鄂尔多斯盆地周缘、华北克拉通中部山西地块、华北克拉通中西部南缘早白垩世火成岩形成时间相同,岩浆侵入和喷出的时代主要集中在138～108Ma,反映在燕山晚期早白垩世华北克拉通中西部存在一期较为强烈的热事件。火成岩地球化学分析表明火成岩来源为地幔,反映岩石圈处于拉张背景。早白垩世热事件发生的时间与华北克拉通岩石圈减薄的峰期年龄相一致,表明华北克拉通岩石圈减薄作用在华北克拉通中西部广泛存在。早白垩世构造热事件发生的根本原因在于鄂尔多斯盆地岩石圈深部热活动增强,深部软流圈物质上涌,岩石圈厚度减薄。通过对油气、煤、铀等金属矿产成矿(藏)时代与热事件的对应关系分析发现鄂尔多斯盆地油气、煤、铀矿产及华北克拉通中西部金属矿产的形成受控于早白垩世构造热事件及岩石圈拉张减薄的深部热背景,主要成藏(矿)期均为早白垩世,成藏、成矿具有爆发式及同时性特点。     

中国东南地区岩石圈热结构特征及其构造意义

中国东南地区地质演化复杂,中—新生代构造变形强烈,岩石圈深部热力学状态及其对构造活动的影响有待深入。文章结合最新的大地热流数据与地壳结构Crust 1.0模型,利用稳态热传导方程,以岩石捕虏体温压数据和地震学观测为约束,构建了华南地区扬子克拉通、华夏地块以及南海北缘等不同单元的岩石圈热结构。结果表明该区岩石圈热结构存在强烈的不均一性：除了上扬子地区（四川盆地）为“温壳温幔”的热结构,华南其他大部分地区都表现为“热壳热幔”的特征;同一深度下,华夏地块与南海北缘的深部温度显著高于扬子克拉通;热岩石圈厚度从克拉通内部向沿海地区（NWSE）逐渐降低,也即由四川盆地的~200 km减少到华夏地块的~110 km,再到南海的~70 km。此外,我们还发现陆内地震的分布与岩石圈温度密切相关,地震活动集中分布于600℃等温线以内。总体而言,扬子克拉通中西部岩石圈热结构具有冷而厚的特征,而华夏地块和南海北缘受古太平洋平板俯冲和新生代大陆边缘构造—岩浆作用的改造,表现为热且薄的特征,岩石圈的热弱化进而加速了华南大陆边缘的裂解及随后的南海扩张过程。     

渤海湾盆地中—新生代岩石圈热结构与热-流变学演化

文章主要利用中—新生代热史、地壳分层结构以及流变学参数,模拟计算渤海湾盆地中—新生代岩石圈热结构和热-流变结构演化特征。结果表明,盆地由三叠纪—侏罗纪时期的"冷幔热壳"型岩石圈热结构转变为白垩纪至今的"热幔冷壳"型岩石圈热结构。从济阳坳陷岩石圈热-流变结构演化特征来看,中生代早期上地壳上部、中地壳上部及上地幔顶部表现为厚的脆性层;早白垩世初期中地壳上部及上地幔顶部的脆性层完全转变为韧性层;晚白垩世开始,中地壳上部出现薄层的脆性层;古近纪早期中地壳上部脆性层变薄变浅;现今则除了发育上地壳上部、中地壳上部脆性层外,上地幔顶部开始在浅部发育薄的脆性层。中—新生代岩石圈总强度演化表明在早白垩世晚期和古近纪早期经历了两期减弱,中生代早期岩石圈总强度远大于中侏罗世之后的岩石圈总强度。岩石圈热-流变结构和强度演化与华北克拉通破坏过程中岩石圈厚度的变化具有良好的对应关系,从侧面反映太平洋板块俯冲和回撤导致华北克拉通东部破坏的地球动力学过程。因此,岩石圈热-流变结构可以为盆地形成、大陆边缘和造山带等的动力学演化过程研究提供科学依据。     

西沙地块构造—地层特征及其记录的南海洋盆演化过程

西沙地块是南海岩石圈地壳拉伸减薄过程中发育于深水区的陆块,其保存了陆缘演化的重要信息。文章研究以西沙地块作为研究对象,基于研究区地质和地球物理资料,开展了地壳结构、盆地构造—地层分析和断层活动特征等研究。研究发现,西沙地块与其周缘的凹陷地壳结构具有显著的差异,西沙地块地壳厚度较大,发育了高角度断层控制的小型断陷盆地,基底断层活动一直可持续到T60地震界面发育时（~23 Ma）;而西沙地块周缘发育的是规模较大的拆离断层及其控制的强烈减薄陆壳。结合区域动力学事件,研究认为渐新世早期拆离断层在南海西北次海盆的活动导致了西沙地块北部的岩石圈地壳的减薄,而中新世早期拆离断层在南海西南次海盆构造位置的活动使西沙地块与南沙地块分离。文章研究成果不仅深化了西沙地块裂解规律的认识,而且对该区的油气勘探具有启示意义。     

大陆下地壳流变性质与华北克拉通破坏机制

综述了中国东部地壳结构与组成的基本特征,介绍了华北克拉通岩石圈减薄作用这一近年来备受国内外地球动力学界关注的重大科学问题,归纳和总结了目前关于华北克拉通减薄机制的各种模型,并结合大陆岩石圈流变学结构模型,强调从流变学角度探讨华北克拉通下地壳的流变性质对研究和解决华北克拉通破坏机制的意义,提出进行更精细的、结合定量结构水研究的高温高压流变学实验模拟研究可能是解决华北克拉通破坏机制问题的关键手段之一。     

松潘地块与西秦岭造山带下地壳的性质和关系——深地震反射剖面的揭露

松潘地块位于青藏高原的东缘，处于中国大陆东西向构造与南北向构造的结合部位，特殊的构造环境使其长期控制并影响着中国大陆的形成与演化。探测松潘地块的岩石圈细结构，揭示其与东昆仑-西秦岭造山带的关系，既可为研究青藏高原东北缘板块碰撞的深部过程奠定基础，同时又关联着松潘地块的油气远景评价。2004年完成了第一条横过松潘地块北缘若尔盖盆地和西秦岭造山带的长约257km的深地震反射剖面，首次揭露出若尔盖盆地和西秦岭造山带岩石圈的细结构。发现若尔盖盆地和西秦岭造山带同属统一的稳定的大陆地块，并且下地壳均以北倾的强反射为主要特征。这种北倾的反射为松潘地块向西秦岭下地壳俯冲提供了地震学证据。近于平坦的Moho反射特征反映出西秦岭造山带在造山后又经历了强烈的伸展作用。     

华北克拉通破坏与岩石圈减薄

古太古代（约4.0 Ga）时地球上可能只有一个超级大陆, 它的岩石圈厚度高达400 km。在早元古代,这个超级大陆减薄、裂解成十几块,每块中心是太古宙岩石,边缘是元古宙岩石,且各块厚度不等（150~350km）。从元古宙之后这些被称之为稳定克拉通的大陆岩石圈就一直漂游在地幔软流圈之上。中国华北地块就是这些克拉通之一,与众不同的是它在中生代时遭受了第二次破坏,岩石圈厚度从古生代时的180~200 km 减少到现今的80~100 km。本文作者从流变学的视角出发,围绕华北克拉通破坏和岩石圈减薄这一核心问题,从     

中国大地构造单元新格局——从岩石圈角度的思考

以中国大陆的岩石圈岩石学结构模型和根据岩石圈动力学性质划分的克拉通型、造山带型、裂谷型、边缘海洋壳型和岛弧型5大岩石圈类型为基础,结合现今中国大陆西部挤压、东部拉张伸展的特点,提出以四川盆地、鄂尔多斯盆地和银川盆地西边界的岩石圈不连续为界,把中国大陆分为东部和西部2个一级构造单元;不同类型岩石圈为其二级构造单元,一些造山带型岩石圈的亚类为三级构造单元,并结合地质历史,简要讨论了其形成过程及其意义。     

盆地岩石圈结构与油气成藏及分布

本文综述了大陆岩石圈研究现状和克拉通盆地、裂谷盆地和前陆盆地的岩石圈结构特征,指出在古裂谷、褶皱带或区域性深断裂等陆壳构造薄弱带上发育起来的多期叠合盆地,具有很好的含油气前景。大型含油气盆地往往存在地幔上隆、地壳减薄和地壳内低速层,盆地基底沉降与盖层沉积厚度较大。适度的后期构造活动改造和岩浆活动有利于沉积盆地内油气生成与保存。     

地质学家探测加拿大西部克拉通

前寒武纪克拉通保存了南地演化过程的重要线索,然而,目前对显生宙沉积物之下的广大克拉通地区的未进行过科学探测,加拿大岩石圈探测工程艾伯塔底断面项目（ＡＢＴ）的地质学家们正在研究加拿西部富含石油的沉积盆地（ＷＣＳＢ）的演化。他们通过多种技术手段来分析沉积盆地内的特征,并解释下部前寒武纪地壳和上地幔的成因,这项工作提供了北美克拉通重要的未知部分的新看法。地震波反射测量揭示了由古老侵蚀山带组成的年代为１．     

Seismic structure and rheology of the crust under mainland China

The crust and upper mantle in mainland China were relatively densely probed with wide-angle seismic profiling since 1958, and the data have provided constraints on the amalgamation and lithosphere deformation of the continent. Based on the collection and digitization of crustal P-wave velocity models along related wide-angle seismic profiles, we construct several crustal transects across major tectonic units in mainland China. In our study, we analyzed the seismic activity, and seismic energy releases during 1970 and 2010 along them. We present seismogenic layer distribution and calculate the yield stress envelopes of the lithosphere along the transects, yielding a better understanding of the lithosphere rheology strength beneath mainland China. Our results demonstrate that the crustal thicknesses of different tectonic provinces are distinctively different in mainland China. The average crustal thickness is greater than 65 km beneath the Tibetan Plateau, about 35 km beneath South China, and about 36–38 km beneath North China and Northeastern China. For the basins, the thickness is ~ 55 km beneath Qaidam, ~ 50 km beneath Tarim, ~ 40 km beneath Sichuan and ~ 35 km beneath Songliao. Our study also shows that the average seismic P-wave velocity is usually slower than the global average, equivalent with a more felsic composition of crust beneath the four tectonic blocks of mainland China resulting from the complex process of lithospheric evolution during Triassic and Cenozoic continent–continent and Mesozoic ocean–continent collisions. We identify characteristically different patterns of seismic activity distribution in different tectonic blocks, with bi-, or even tri-peak distribution of seismic concentration in South Tibet, which may suggest that crustal architecture and composition exert important control role in lithosphere deformation. The calculated yield stress envelopes of lithosphere in mainland China can be divided into three groups. The results indicate that the lithosphere rheology structure can be described by jelly sandwich model in eastern China, and crème brulee models with weak and strong lower crust corresponding to lithosphere beneath the western China and Kunlun orogenic belts, respectively. The spatial distribution of lithospheric rheology structure may provide important constraints on understanding of intra- or inter-plate deformation mechanism, and more studies are needed to further understand the tectonic process(es) accompanying different lithosphere rheology structures.     

中国大陆构造中的西秦岭-松潘大陆构造结

位于中国大陆中部的西秦岭—松潘大陆构造结属于地壳尺度上的巨型构造。该巨型构造是在中国大陆完成其主体拼合过程中 ,在特提斯阿尔卑斯—喜马拉雅、太平洋和古亚洲及其后的环西伯利亚弧形构造三大构造动力学体系共同作用下 ,由构成中国大陆的主要造山带及地块交接汇聚而成 ,成为东西向的中国大陆中央造山系、近南北向的川滇—贺兰构造带和中新生代以来形成的青藏高原之间交接转换的关键构造域。在先期构造基础上 ,构造结形成具有东、西和北三个重要边界以及内部东北、东南、西南和南端等多个具体构造结点。其内部主干构造勉略—阿尼玛卿构造带又将其划作西秦岭和松潘地块南北两部分。西秦岭—松潘构造结主要形成于中国大陆印支主拼合期 ,并叠加印支期后陆内构造。构造结内组成与结构复杂 ,构造样式繁多 ,包含有丰富的大陆地质信息 ,实属研究中国大陆地质与大陆动力学不可多得的天然实验室     

中国东部大陆岩石圈地幔置换作用的内外原因

克拉通大陆通常有古老、巨厚且难熔的岩石圈地幔。这种地幔高度亏损玄武质组分,有密度低、刚性程度高的特点,能长期漂浮于软流圈之上而稳定存在。中国东部大陆主要由华北和华南两个古老地块在古生代—早中生代沿中央造山带拼合形成,在晚中生代时强烈活化,表现为构造变形、盆地形成、岩浆活动、巨量成矿等,其深部原因是什么？在分析东部大陆形成过程和岩石圈地幔属性基础上发现:块体初始规模小且发育薄弱带,后期容易受改造;特别是显生宙以来中国大陆受周边多个构造域夹持,板块俯冲作用会引起软流圈物质扰动和上涌并沿薄弱带侵蚀和改造上覆岩石圈,使之发生有效减薄、明显再富集和最终地幔置换。改造和置换后的岩石圈地幔富含玄武质组分,有较高密度和较低刚性程度,容易发生变形和部分熔融,使克拉通大陆活化。因此,块体规模大小并发育薄弱带以及周边构造环境是大陆稳定性控制重要的内、外在因素;中国东部大陆岩石圈显生宙强烈活化和地幔置换是由于块体规模较小而且周边多体系俯冲作用等内、外在有利因素协同作用下的结果。      

Gravity models of two-level collision of lithospheric plates in northeastern Asia

Structural forms of emplacement of crustal and mantle rigid sheets in collision zones of lithospheric plates in northeastern Asia are analyzed using formalized gravity models reflecting the rheological properties of geological media. Splitting of the lithosphere of moving plates into crustal and mantle constituents is the main feature of collision zones, which is repeated in the structural units irrespective of their location, rank, and age. Formal signs of crustal sheet thrusting over convergent plate boundaries and subduction of the lithospheric mantle beneath these boundaries have been revealed. The deep boundaries and thickness of lithospheric plates and asthenospheric lenses have been traced. A similarity in the deep structure of collision zones of second-order marginal-sea buffer plates differing in age is displayed at the boundaries with the Eurasian, North American, and Pacific plates of the first order. Collision of oceanic crustal segments with the Mesozoic continental margin in the Sikhote-Alin is characterized, as well as collision of the oceanic lithosphere with the Kamchatka composite island arc. A spatiotemporal series of deep-seated Middle Mesozoic, Late Mesosoic, and Cenozoic collision tectonic units having similar structure is displayed in the transitional zone from the Asian continent to the Pacific plate.     

中国边缘海域及其邻区的岩石层结构与构造分析

利用中国边缘海域近年的地震层析成像结果,根据速度异常和各向异性分析东海、黄海和南海北部的岩石层结构和构造,讨论中朝块体和扬子块体在黄海内部的拼合边界(黄海东部断裂带)、东海陆架盆地上地幔异常与岩石层形成演化、南海北部地壳底部高速层的成因及地幔活动等问题。分析表明,黄海东部与朝鲜半岛之间存在一个深部构造界限(大致对应于黄海东部断裂带),分界两侧Pn波速度各向异性存在明显差异,反映不同构造应力和断裂剪切运动作用下的岩石层地幔变形特征。东海陆架下方的低速异常揭示了张裂盆地形成时期的地幔活动痕迹,表明中、新生代期间发生过地幔上涌并造成岩石层减薄,菲律宾海板块向西俯冲引发的地幔活动对东海陆架岩石层的形成、演化产生明显的影响。南海北部岩石层厚度较大并且温度相对偏低,地幔异常仅限于局部地区,估计南海北部大陆边缘的地壳底部高速层形成于张裂发生之前,或者是地壳形成时期壳幔分异时的产物。南海中央海盆的扩张不仅导致地壳拉张,软流层物质上涌,而且也造成岩石层地幔减薄甚至缺失。     

胶东半岛中生代侵入岩浆活动序列及其构造制约

胶东半岛是我国东部中生代花岗质岩石较为发育的地区。通过对该区中生代侵入岩体高精度年代学数据资料分析，建立了区内中生代花岗质岩石3个显著不同的演化序列：晚三叠世（225~205 Ma）幔源型花岗岩、晚侏罗世（160~150 Ma）地壳重熔型花岗岩和早白垩世（130~105 Ma）壳幔混合型花岗岩。通过与辽东和鲁西–徐淮地区中生代岩浆活动年代学格架的对比分析，探讨了华北东部地区中生代岩石圈构造演化和深部地球动力学过程。指出胶辽地区晚侏罗世（160~150 Ma）地壳重熔型花岗岩记录了华北东部一次重要的岩石圈地壳增厚事件，其区域动力学背景可能与古太平洋板块低角度向亚洲大陆俯冲作用密切相关。正是这次增厚作用导致了早白垩世时期岩石圈拆沉减薄和大规模伸展型花岗质岩浆活动。岩石圈地壳增厚和减薄作用过程主导了中国东部中生代陆内构造应力体制的转换和岩浆活动序列。     

新生代以来中国大陆岩石圈尺度的大地构造分区

基于大陆根柱构造概念，讨论了新生代以来大陆岩石圈尺度的大地构造分枢，地壳浅部主要表现为３种形态，即西部挤压造山带、东部大陆裂谷带和中部克拉通块体群，它们分别对应山根与造山岩石圈根、地幔热柱和大陆（岩石圈）根，认为浅部构造开矿对对壳幔深部构造的一种响应，简述了地于岩石圈度的３个大地构造单元的软流圈     

Mesozoic lithospheric deformation in the North China block: Numerical simulation of evolution from orogenic belt to extensional basin system

Horizontal extension of a previously thickened crust could be the principal mechanism that caused the development of widespread extensional basins throughout the North China block (Hua-Bei region) during the Mesozoic. We develop here a regional tectonic model for the evolution of the lithosphere in the North China block, based on thin sheet models of lithospheric deformation, with numerical solutions obtained using the finite element method. The tectonic evolution of this region is defined conceptually by two stages in our simplified tectonic model: the first stage is dominated by N–S shortening, and the second by E–W extension. We associate the N–S shortening with the Triassic continental collision between the North and South China blocks, assuming that the Tan-Lu Fault system defines the eastern boundary of the North China block. The late Mesozoic E–W extension that created the Mesozoic basin systems requires a change in the regional stress state that could have been triggered by either or both of the following factors: First, gravitational instability of the lithosphere triggered by crustal convergence might have removed the lower layers of the thickened mantle lithosphere and thus caused a rapid increase in the local gravitational potential energy of the lithosphere. Secondly, a change to the constraining stress on the eastern boundary of the North China block, that might have been caused by roll-back of the subducting Pacific slab, could have reduced the E–W horizontal stress enough to activate extension. Our simulations show that widespread thickening of the North China block by as much as 50% can be explained by the collision with South China in the Triassic and Jurassic. If convergence then ceases, E–W extension can occur in the model if the eastern boundary of the region can move outwards. We find that such extension may occur, restoring crustal thickness of order 30 km within a period of 50 Myr or less, if the depth-averaged constitutive relation of the lithosphere is Newtonian, and if the Argand number (the ratio of buoyancy-derived stress to viscous stress) is greater than about 4. Widespread convective thinning of the lithosphere is not required in order to drive the extension with these parameters. If, however, the lithospheric viscosity is non-Newtonian (with strain-rate proportional to the third power of stress) the extensional phase would not occur in a geologically plausible time unless the Argand number were significantly increased by a lithospheric thinning event that was triggered by crustal thickening ratios as low as 1.5.     

中国东部中—新生代大陆构造的形成与演化

20世纪60年代提出的"威尔逊旋回"以关闭洋盆两侧板块的碰撞作为板块运动旋回的终结,然而板块构造学说"登陆"20多年来的实践说明这种认识是不全面的。大陆弥散而宽广的陆内变形说明洋盆闭合两侧板块的碰撞并未终止板内构造作用。古亚洲大陆形成后中国东部中—新生代广泛发育的板内构造变形、岩浆活动、克拉通内盆地的形成都和古亚洲大陆南、北,印度洋和北冰洋洋脊的持续扩张、西太平洋和菲律宾洋壳的俯冲相关。本文拟厘清中国东部中—新生代大陆构造形成与演化的重大事件、构造性质、形成背景及其时空展布:(1)晚海西—印支期古特提斯洋关闭陆块拼合碰撞古亚洲大陆雏形形成;(2)晚侏罗—早白垩世蒙古—鄂霍茨克海闭合,陆-陆碰撞古亚洲大陆形成,挤压逆冲推覆构造在陆内变形中形成高潮,西太平洋伊佐奈岐洋壳板块的斜俯冲叠加了自东而西的影响;(3)早白垩世晚期—古近纪加厚地壳-岩石圈减薄、转型,陆内伸展变形达到高潮,大陆克拉通泛盆地、准平原化;(4)始新世晚期—早中新世(40~23 Ma)太平洋板块运动转向对东亚大陆NWW向的挤压和印度洋脊扩张印—澳板块对古亚洲南部陆-陆碰撞挤压的叠加,形成中国东部新生的构造地貌;(5)中-上新世—早更新世受东亚—西太平洋巨型裂谷系和印度洋中脊扩张的叠加影响,中国东部岩石圈地幔隆升、地壳减薄,陆缘、陆内伸展变形相继形成边缘海、岛弧、裂谷型盆地和剥蚀高原地貌;(6)早更新世晚期(0.9~0.8 Ma)—晚更新世末(0.01 Ma)中国东部大陆构造地貌基本形成。     

大陆岩石圈伸展与斑岩铜矿成矿作用

华南地区自古生代以来一直属于陆内构造演化环境。华南陆内伸展型斑岩铜矿主要形成于早侏罗世、晚侏罗世和早白垩世3个时期,其中晚侏罗世成矿期与华南中生代大规模钨锡成矿作用的形成基本属于一个时期。这些斑岩型矿床的时空分布与同时期的俯冲带在时间上和空间上具有明显不协调的关系,且与俯冲有关的、后俯冲伸展背景以及陆陆碰撞有关的斑岩铜矿的线性分布特点明显不同,尤其是早白垩世斑岩铜矿的分布明显呈面状分布,与华南中生代地壳明显减薄的区域基本一致。虽然这3个时期的斑岩型铜矿在地球化学上显示出弧岩浆岩的特点,但是地质事实证明在这3个时期,华南岩石圈发生了明显的伸展作用,尽管每个时期华南不同地区岩石圈伸展的程度可能不同。因此,我们把华南这种类型的斑岩铜矿归称之为"陆内伸展型"斑岩铜矿。陆内伸展型斑岩铜矿的成矿机制可能是岩石圈伸展背景下软流圈上涌导致陆下岩石圈地幔或者下地壳被改造有关。