地球的层圈结构与穿越层圈构造

从1906年发现地核到20世纪60年代,地球物理学、地质学和矿物物理学的研究揭示了地球具有物理化学性质截然不同的层圈结构,并根据全球地震波速度和密度的变化建立了初始参考地球模型。1967年提出的板块构造理论假定刚性的岩石圈板块在塑性的软流圈之上发生运动,在洋中脊不断形成的洋壳逐渐在海沟俯冲,由于板块是刚性的,变形将主要集中在板块边界。板块构造理论成功地解释了大洋岩石圈的形成和消亡、火山和地震活动带的分布以及全球构造格局,给地球科学带来了一场革命。但是,经典的板块构造理论尚未解决板块运动的起源和驱动力、大陆岩石圈的弥散性变形、大陆深俯冲等问题,因此大陆动力学成为对板块构造理论的重要补充。近年来的研究表明:在板块汇聚边界,大洋岩石圈可以俯冲至地幔过渡带、下地幔,乃至核幔边界;而大陆岩石圈可以俯冲至150~300 km深度,然后相对低密度的陆壳物质快速折返形成含柯石英和微粒金刚石的超高压变质带。地幔柱活动是是俯冲板块再循环的产物,不仅可以形成大火成岩省和洋岛玄武岩,还可以把俯冲到地幔过渡带的物质带回浅部,导致蛇绿岩中保留金刚石和深地幔矿物。因此,俯冲带和地幔柱不仅提供了穿越层圈的物质和能量交换的通道,也驱动了对地球宜居性至关重要的水循环和碳循环,是研究地球物质组成和动力学演化的重要窗口。     

《全球大地构造新概念》导言

《全球大地构造新概念》导言ＣｈａｔｔｅｒｊｅｅＳＨｏｔｔｏｎⅢＮ现代板块构造说是一个高度综合的概念，它曾给地球科学带来了巨大的活力。板块构造总的原理很简括：地球外壳即岩石圈被切割成为许多拼贴在一起的、刚性的、移动的板块，这些板块产生于洋中脊，在海沟处...     

全球洋中脊系统的构造特征及其运动学意义

本文将全球洋中脊系统作为研究整体,根据洋中脊的全球分布、运动学特征及其初始形成时与泛大陆的构造几何关系,将全球现今的洋中脊系统划分为内、外支洋中脊。外支洋中脊为探索者洋中脊-太平洋洋隆-东南印度洋中脊-西北印度洋中脊,起源于泛大洋及冈瓦纳大陆内部;内支洋中脊为西南印度洋中脊-大西洋中脊-北冰洋加科尔洋中脊,起源于泛大陆内部。两者之间通过俯冲带、转换断层以及弥散性板块边界实现全球板块构造在运动上的平衡,并保持地球的球形几何形态恒定。外支洋中脊在全球板块构造上造成泛大洋缩减,并持续被太平洋取代,直接推动了环太平洋俯冲带的形成;内支洋中脊造成大西洋盆、印度洋盆中生代以来持续扩张。中生代以来,外支洋中脊和内支洋中脊共同作用引起非洲板块、印度澳大利亚板块向北运动,新特提斯洋盆关闭,形成特提斯(阿尔卑斯山-喀尔巴阡山-扎格罗斯山-喜马拉雅山)碰撞造山带,并通过洋中脊扩张平衡了相关的岩石圈缩短。     

超越板块构造——我国构造地质学要做些什么?

对近十年来全球构造学和构造地质学的重要进展进行了简要评述.30年前建立的全球构造理论改变了人们对地球及其演化的认识.作为固体地球统一理论的板块构造主要涉及刚性板块边界之间的变形、地震活动和火山作用.至今还没有完整理论阐明板块运动的驱动力和地幔对流机制.板块边界和板内变形等许多问题仍然无法回答.大陆岩石圈和大洋岩石圈在成分、厚度和力学强度方面有明显的差别, 因此现有板块构造不完全适合于大陆构造.大陆地壳和地幔流变学的综合研究是认识大陆构造和超越板块构造的最佳途径.流变学是大陆造山带几何学和动力学的桥梁.大陆岩石圈对构造作用、重力作用和热作用的响应在很大程度上取决于其流变强度.岩石圈流变性质是岩石圈分层和塑性流动的主导因素.大量透入性变形和巨型大陆造山带内部构造显示非刚性特征.大陆构造和力学行为主要由地壳强度而不是地幔强度所控制.从大陆岩石圈多层性和力学强度不均匀性表征看, 现在是抛弃传统“三明治”构造模式的时候了.面对地球系统科学和地球动力学新思维发展趋势, 多学科综合研究大陆构造(造山带)和加速高水平构造地质学人才的培养是我国构造地质学发展的最紧迫任务      

俯冲带形成机制的可检验假说和检验方案

五十年前板块构造理论的诞生是地球科学领域的一场革命,它为理解地球如何运作构建了基本框架。过去五十年对该理论的进一步研究告诉我们地质过程最终都是地球热损失的结果。例如,大洋岩石圈板块在洋中脊形成,其运动和增生以及最终通过俯冲带进入地幔导致地幔冷却降温,从而导致大规模的地幔对流。亦即,板块构造的直接驱动力是俯冲大洋岩石圈板块的下沉力。因此,没有俯冲带就没有板块构造,但是俯冲带如何开始仍然有争议。对俯冲起始的研究从未中断,有数值模拟也有地质推断。2014年在西太平洋用三个IODP航次(350、351和352)来检验“自发”和“诱发”俯冲开始的想法。所有这些努力都值得肯定,但这些是无法检验的想法。无法检验意味着没有结果。本文介绍至今唯一可用地质学方法检验的假说,亦即“岩石圈内横向物质组成差异导致的浮力差是俯冲带形成的起因”。这种浮力差位于海底高原的边部和被动大陆边缘,因此这些部位是未来俯冲带起始的必然轨迹。在远离这些部位的正常洋盆内因缺乏浮力差而俯冲带不可能起始。换句话说,“所有岛弧一定有大陆(或海底高原)基底”,这可以通过采集和研究岛弧基底岩石来验证。     

板块构造学说面临的挑战

板块构造学说揭示了海底扩张和板块的水平运动现象,阐明了与板块边界相联系的岩浆活动。但大量资料表明地球历史上岩石圈板块与软流圈是同步耦合运动的,而不是在软流圈上滑移。全球扩张与俯冲的不对称性现象也是不吻合于板块构造理论所期望的。安第斯弧作为洋陆俯冲的典范在地球物理和地球化学上均缺少证据。对于与俯冲带相关的弧后引张、大陆增生、地壳物质返回地幔和成矿作用方面均存在较多的问题。大火成岩省所揭示的岩浆活动现象超越了板块构造的格局,并发生在整个地质历史时期和更广泛的地域范围。大火成岩省学说所解释的大陆增长、地壳物质返回地幔和成矿作用过程完全不同于板块构造学说。驱动地幔柱的深地幔对流假说允许岩石圈板块与下伏软流圈一起运动,吻合铅同位素所揭示的岩石圈与软流圈长期耦合的规律。     

法国对岩石圈力学研究的现状

法国科研中心曾召集一些地质学家、地球物理学家,就岩石圈力学研究现状、有待解决的问题和今后研究的方向进行了讨论.现将讨论结果综述如下:一、对现状的认识“板块构造”说为描述岩石圈板块在全球范围内的相对运动,提出了令人满意的力学框架.地震研究表明,大洋岩石圈板块内部无变形,而其边界(俯冲带、洋脊)处有重大变形,因绝大多数地震发生在那里.自开展震源机制研究以后,对板块边     

试论南秦岭勉略宁三角地带岛弧型的蛇绿岩套

蛇绿岩套主要是基性、超基性成分的火山岩和深成岩的杂岩体。它常出现于显生宙的各个造山带中。按现代海底岩石学的研究表明,海洋地壳的岩石组成与蛇绿岩套基本一致,因而推测蛇绿岩套代表古海洋地壳和地幔顶部的残块,这就是最近十几年来,很多研究者所支持的蛇绿岩为洋壳碎块的假说。按板块构造学说,洋壳是在洋中脊形成的,以后转移到岩石圈板块聚合边界的消亡带,因此蛇绿岩主要沿两个板块的接触线附近的俯冲板块一侧分布。最近,都城秋穗根据蛇绿岩杂岩体中的火山岩,将蛇绿岩分为三类,每类都代表在不同的地质环境下形成。     

洋板块地层学的概念、模式、组成及失序变化*

着重介绍了洋板块地层的概念、模式、组成及失序变化特征。造山带混杂岩和大陆边缘增生复合体是经历俯冲碰撞消亡后的古洋沉积记录,利用微体古生物地层学和同位素年代学方法可以重建造山带混杂岩和大陆边缘增生复合体的原始地层。洋板块地层(学)是用来描述沉淀在洋壳基底之上的沉积岩和火成岩序列的术语,其开始于洋中脊形成,终止于该洋中脊被移入到汇聚边缘增生楔。从造山带混杂岩中重建的古大洋地层的基本组成大体相似,但因大洋岩石圈的岩浆背景不同,造成不同时期和不同类型的洋板块地层组成也会有差异。在前人研究成果的基础上, 笔者通过对不同类型洋板块地层进行分类,介绍了如何从经历碰撞造山过程的增生造山带进行洋板块地层的重建。引入“洋板块地层学”概念的主要目的在于通过对因俯冲增生而消亡的具有洋壳基底的构造洋盆和边缘海盆地的地层单元进行重建,恢复已消失洋的地层组成单元,这对造山带地层解析、造山带构造古地理恢复、重大构造变革期古地理学研究和板块重建等都将起到积极的促进作用。     

大洋岛弧的前世今生

根据板块构造理论,板块的边界是地质作用最为强烈的地区,因而它们是当今固体地球科学研究的重点。依据应力性质的不同,地球上板块的边界类型有扩张的洋中脊、汇聚的俯冲带和调节板块运动差异的转换断层三种。就汇聚型板块边界而言,它又可进一步划分为洋-洋俯冲的大洋或洋内岛弧带(Intra-oceanic arc)、洋-陆俯冲的安第斯型活动大陆边缘带和陆-陆接触的大陆碰撞带三种。相对而言,大洋岛弧的研究程度最低。传统认为最典型的大洋岛弧——日本诸岛,已不再被认为是洋-洋俯冲的产物,因为已有研究显示它是从亚洲大陆裂解的碎块。根据目前的调查,现今的大洋岛弧主要集中在西太平洋地区,以太平洋与菲律宾板块间的Izu-Bonin-Mariana弧和太平洋-澳大利亚间的西南太平洋岛弧为代表。大洋岛弧研究的最重要问题是,洋洋之间如何产生了俯冲。目前多倾向于认为:大洋中的转换断层可使不同时代的大洋岩石圈相互接触,在这种情况下,较老的岩石圈由于冷却时间较长而密度相对较大,因而可下沉而俯冲到较年轻的岩石圈之下。这一模型也被誉为蛇绿岩形成的初始俯冲定律(Subduction Initial Rule,简称SIR)。但存在的问题是,目前全球还没发现有转换断层转变为俯冲带的实例。更何况,全球大洋中发育如此众多的转换断层,但为何只在西太平洋发育大洋岛弧?本文通过对资料的总结还发现,这些大洋岛弧基本都是从亚洲或者澳大利亚大陆东部边缘裂解的碎块,只是后期的弧后扩张作用使裂解的碎块发生强烈的改造,形成具有类似大洋岩石圈的特点。目前提出的洋-洋自发形成俯冲带的模型并没有理论基础,也没有实际地质事实的支持。但在加勒比海、斯科舍海和阿留申地区,大洋岛弧的出现与洋底高原诱发的俯冲带跃迁或俯冲极性反转有关。因此,板块构造理论中的洋洋初始俯冲模式需要进一步资料的验证。     

同位素的示踪意义 ——以罗布莎蛇绿岩同位素为例

<正>1972年美国地质学会Penrose会议(Miyashiro,1975)正式将蛇绿岩与板块构造联系起来,认为蛇绿岩是一种可与洋壳对比的独特的镁铁质—超镁铁质岩石组合,它们产于洋中脊扩张构造环境,后来由于板块的俯冲与碰撞作用,大洋地幔岩高度熔融再造进入大陆地壳,形成构造变形强烈、岩石组合复杂的蛇绿岩带,出露于板块会聚带。在我国雅     

东亚西太平洋巨型裂谷体系岩石圈与软流圈结构及动力学

笔者根据地震面波层析成像结果，对欧亚大陆及西太平洋岩石圈和软流圈速度结构进行了研究，发现东亚至西太平洋间存在一巨型低速异常带，结合构造地质学、地幔岩石学、地球化学及其他地球物理特性的研究，确认该区存在巨型裂谷体系。该巨型裂谷体系的岩石圈和软流圈三维Vs速度结构与太平洋洋中脊、大西洋洋中脊和印度洋洋中脊及其邻区的岩石圈和软流圈地震Vs速度结构十分相似，而与东太平洋边缘现代板块俯冲带的岩石圈与软流圈Vs速度结构有显著差异。在进一步论述该区动力学特征后认为，该巨型裂谷体系是中生代中晚期以来岩石圈整体主动伸展变形，大型裂陷盆地形成，岩石圈强烈拆沉减薄，以及软流圈物质上涌加热引起的。边缘海是在大陆裂谷系形成基础上发展起来的，主导扩张期为中渐新世至中中新世（32－13Ma），这些边缘海在17－15Ma后停止扩张，因而未能将所有边缘海和洋中脊联通。据此划分出4期构造变形动力学演化阶段，现今东亚至西太平洋间大陆裂谷、边缘海与沟弧体系是新生代中晚期以来，邻区各板块构造相互作用叠加的结果。     

发生在岩石圈板块边界各过程间的相互关系

发生在岩石圈板块边界各过程间的相互关系Ｂ．Ｅ．Ｘａｎａ王骏译在经典的板块构造学说中，所列举的发生在板块边界的过程被看作是在时间上和空间上都彼此直接相关的：扩张补偿俯冲，俯冲伴随着陆壳的增生，火山作用和弧后扩张，在大陆会聚带的挤压状态下发生碰撞，拉张是...     

地球的历史:核-幔磨理论

论述了一个旨在统一板块构造学说和地幔柱学说的地球动力学理论。尽管这个理论基于两个不寻常的假设,它也许揭示了一个系统的地球演化动力学模型。该理论认为：地球的内核是—磁铁,内核的铁磁性已被观察到的地震波速度各向异性所证实。因为由地球和类木行星之间的磁相互作用所引起的扭力矩始终作用于地球的内核,内核象一个旋转发动机,每时每刻趋于改变地球的自转速度和自转轴位置,而地幔的惯性试图阻止地球自转的变化。这两者之间的相互作用导致了流体外核的形成、玄武岩浆的产生、洋壳的形成、以及内核和地幔之间的差异旋转运动。由于核-幔差异旋转运动,位于核-幔边界的岩石被逐步研磨成玄武岩岩浆。洋中脊系统被解释成巨大的岩墙系统,生根于核-幔边界层中某些主岩浆房。该理论认为：全球构造运动的驱动力来自外部空间,无论是洋壳或陆壳中的构造运动均是地球表面的扩散现象,它受地球的背景辐射和地壳中的物质分布两方面因素影响。其中地球两极方向的差异背景辐射决定了洋中脊系统在地球表面的分布样式和全球构造运动模式。目前,地球遭受着较强的向南极之上的背景辐射和相对较弱的向北极之上的背景辐射。由这种极向的差异背景辐射所引起的吹力驱动着大陆朝北漂移,并导致了地球的梨状形态、以及张性变形发育于南半球和压性变形发育于北半球。这种不对称的地球变形产生了当前颇具特征的洋中脊分布样式(因为洋中脊作为扩张中心始终是沿着垂直于最小应力方向发育),并因此决定了现在的海底扩张方式。整个地球历史可分：第一阶段(27亿年之前)以没有洋壳为特征;第二阶段(自27亿年至22．5亿年)以形成洋壳为特征;第三阶段(22．5亿年之后)以陆壳生长为特征。     

板块构造理论的现状及发展趋势

板块构造理论在最近20年发展迅速,动摇了传统的地质理论。最初的简单但严格的假设是:刚性和弹性岩石圈之下均是塑性软流圈;将岩石圈分为少数几个大板状;严格按Euler定理运动着的这些板块间有三种相互作用;板块俯冲和扩张是完全一致的相互补偿,以使地球体积保持不变;板块运动的直接条件是软流圈中的对流作用。现在以上所有假设都需修正,它们只有在小尺度地球重新构造才可接受。软流圈表面深度和粘度变化非常大,岩石圈下部的高塑性的出现引起了上部岩石圈沿康德面和莫霍面的分层,而且下部岩石圈或地壳挤紧或挤出的可能性增大。在巨大岩石圈板块间,常有宽的扩散地震带,其中具有相应的小岩石圈和地壳板块的集块岩,在欧亚、非洲、印度和太平洋     

板块体制的出现与全球地质环境的突变

从大洋中脊的扩张到活动陆缘处的洋壳俯冲消成和岛弧型地壳增生，这是板块构造理论的精髓部分，这种板块体制的地壳演化何时开始出现呢？通过对与板块体制有关的壳幔物质循环和水圈—岩石圈—大气圈相互作用的分析，作者认为太古代与元古代之交（２６～２３亿年）全球性地质环境的突变是板块体制出现的标志。     

大陆动力学与成矿关系研究的若干趋势

板块构造理论的诞生导致了成矿理论研究的重大飞跃,促进了对板块边缘成矿体系和成矿机制认识的深刻变革.上世纪70年代以来,地质学家们主要围绕大陆边缘和洋中脊,就板块构造与成矿的关系进行了系统研究,提出了一系列新的成矿模式和理论,如在洋中脊提出了下渗海水由深部岩浆房驱动再回返上升而形成SEDEX矿床的成矿模式,在大陆板块边缘提出了大洋板块俯冲诱导岩浆活动而导致斑岩铜矿形成的模式等等.应该讲,这些模式和理论的提出推动了地球科学和找矿勘查的大发展.     

造山模式的新框架—大陆动力学演化过程

近20年来通过地质、地球物理和地球化学手段对岩石圈的综合研究,发现大陆岩石圈与大洋岩石圈不仅在结构构造上,而且在运动方式和动力来源上都有很大差别.然而,板块构造模式主要是依据于大洋岩石圈的性质和运动方式(刚性板块运动)发展起来的,而大陆岩石圈显然比大洋岩石圈软弱得多,其运动不仅有软流圈上的岩石圈漂浮运动,而且更重要的是有其内部及边缘的大规模变形和块体旋转.因而,对造山带的演化模式来     

微板块构造理论:全球洋内与陆缘微地块研究的启示

任何板块都存在一个由小长大的过程。微地块(微板块)有时是大板块的前身,微地块的起源、生长、夭折、消亡和残留过程对研究板块构造具有重要意义。据其组成,微地块可划分为微陆块、微洋块、微幔块。本文以太平洋、印度洋和大西洋中的微地块为例,系统总结了洋脊增生系统、俯冲消减系统、深海板内系统、伸展裂解系统、碰撞造山系统5种构造环境下的微地块特征,并据此首次进行了成因分类,提出拆离微地块、裂生微地块、转换微地块、延生微地块、跃生微地块、残生微地块、增生微地块、碰生微地块和拆沉微幔块9种类型。对不同类型微地块边界进行了系统界定,并对其成因进行了系统讨论。这些微地块边界类型,包括活动的或死亡的拆离断层、俯冲带、洋中脊、转换断层、破碎带、切割岩石圈的断裂、假断层、洋内汇聚带、叠接扩张中心、非叠接扩张中心、洋脊断错等,其成因的关键研究在于对三节点稳定性进行分析。洋内或洋缘微地块研究,不仅为开展深海大洋精细化构造分析和板块重建工作提供参考,而且对解释大陆内部一些微地块成因具有启发性,可丰富大陆造山带、陆内、板内、幔内和陆缘构造的研究内容,使得造山带演化、板内变形和地幔过程研究更为精细化,甚至推广到早前寒武纪的前板块构造机制研究。     

微板块构造理论：全球洋内与陆缘微地块研究的启示（附对该文的审稿意见）

任何板块都存在一个由小长大的过程。微地块(微板块)有时是大板块的前身,微地块的起源、生长、夭折、消亡和残留过程对研究板块构造具有重要意义。据其组成,微地块可划分为微陆块、微洋块、微幔块。本文以太平洋、印度洋和大西洋中的微地块为例,系统总结了洋脊增生系统、俯冲消减系统、深海板内系统、伸展裂解系统、碰撞造山系统5种构造环境下的微地块特征,并据此首次进行了成因分类,提出拆离微地块、裂生微地块、转换微地块、延生微地块、跃生微地块、残生微地块、增生微地块、碰生微地块和拆沉微幔块9种类型。对不同类型微地块边界进行了系统界定,并对其成因进行了系统讨论。这些微地块边界类型,包括活动的或死亡的拆离断层、俯冲带、洋中脊、转换断层、破碎带、切割岩石圈的断裂、假断层、洋内汇聚带、叠接扩张中心、非叠接扩张中心、洋脊断错等,其成因的关键研究在于对三节点稳定性进行分析。洋内或洋缘微地块研究,不仅为开展深海大洋精细化构造分析和板块重建工作提供参考,而且对解释大陆内部一些微地块成因具有启发性,可丰富大陆造山带、陆内、板内、幔内和陆缘构造的研究内容,使得造山带演化、板内变形和地幔过程研究更为精细化,甚至推广到早前寒武纪的前板块构造机制研究。