大陆岩石圈流变学研究的发展现状与前景

板块构造登陆导致大陆动力学的兴起,但大陆动力学迄今在理论上尚无长足发展,究其原因是大陆构造的复杂性,这一复杂性取决于大陆岩石圈复杂的流变学结构(纵向分层和横向不均一)。因此,大陆岩石圈流变学研究是大陆动力学的核心,并成为发展大陆动力学、完善板块构造理论的关键研究领域,同时对构造地质学学科发展具有推动作用,并在资源形成和地震机理方面具有实际意义。本文在阐述了岩石圈流变学的发展与现状的基础上,较详细分析了大陆流变学的核心内容:大陆岩石圈流变学结构特征,大陆物质的本构方程及大陆流变学特性对大陆变形与构造演化的影响。本文还总结了我国开展大陆流变学的基础和条件,对未来研究进行了展望:1)形成常态的多尺度-多手段-多学科-多部门的联合研究;2)缩小量子力学和岩石/矿物流变结构研究间的差距; 3)从全球尺度物质流动着手,构建以流变学为基础的大陆动力学模型。     

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      

20世纪后半叶构造地质学的进展

本文简述了20世纪构造地质学的发展历史，以上世纪100年构造地质学论文占地质学论文的比重变化，讨论构造地质学在整个地质科学体系中的地位及其变化。对板块构造、大陆动力学和地球动力学等研究领域，并在构造分析、岩石变形机制与流变学特征、造山带的推覆构造与晚造山伸展垮塌作用、大型走滑断层与压入一挤出构造、活动构造与自然灾害等研究领域的进展进行了重点分析。     

“板块构造与大陆构造”专题讨论——大陆构造与板内地震

板块构造理论是地学研究的一次革命,它推动了当前地球科学的发展。但是用刚性板块运动学的理论不能解释大陆内部复杂的构造形变作用和强烈的地震活动,大陆构造理论是在板块构造的基础上加以补充和发展,本文简要地介绍大陆构造研究的要点,特别是大陆构造与板内地震活动的关系。我国是一个以大陆为主体的多震国家,板内地震活动应结合岩石圈结构、块体运动学和流变学进行研究。     

"蓝色风暴"与"红色革命"——论创建新的"大陆构造学说"

60年代兴起的板块构造学说如一场"兰色风暴"席卷全球,开创了地球科学的新纪元。但是,板块构造学说也存在许多难以解释的问题,板块构造学说解决不了大陆地质问题。大陆有不同于海洋的特点,大陆需要有新的理论。为此,美国构造学家在2002年率先提出了超越板块构造(beyond plate tectonics)的思想,开辟了地球科学研究的新领域,具有里程碑式的意义。作者的研究发现,板块构造学说解释不了花岗岩问题,应当另辟蹊径,开展一场"红色革命",创建有别于板块构造学说的新的大陆构造学说。作者指出,板块构造不是全球构造,板块构造 地幔柱构造也不是全球构造,板块构造 大陆构造才是全球构造。文中回顾了中国大陆构造研究的历史和现状,建议将大陆的形成与演化、大陆构造与板块构造的关系、陆壳与地幔的关系和大陆变化与环境、生态、人居的关系作为大陆构造学研究的4个目标,提出4项研究任务,并建议以中国东部活化和青藏高原抬升两个课题作为研究的切入点。文中还探讨了大陆构造学研究的前景,分析了中国在创建新的大陆构造学中的有利条件和不利因素,指出开创新的大陆构造学说,需要国家的大投入,思想的大解放和人才的大引进。     

大陆地质与大陆构造和大陆动力学

当代地球科学发展的新需求与板块构造对大陆地质的深化研究,使大陆问题成为21世纪地学发展的前沿研究领域、热点和关键。文中在提出“大陆动力学”研究20多年后的今天,进行关于大陆研究的新思考,从讨论厘定大陆研究的有关争议概念、大陆的基本问题、中国大陆构造的典型实例以及与世界同类范例的简要对比出发,综合概括了大陆地质与大陆构造和大陆动力学研究的关键科学问题与进一步探索研究的思考课题。提出了在大陆研究中,在进一步精确深化板块构造对大陆的研究的同时,应突出加强大陆构造中有无非板块构造动力及其远程效应的大陆内的、在深部动力学与陆块间差异非均衡背景下由陆内陆块间相互作用导致的真正陆内构造及其动力学问题的研究,以便为深化发展板块构造、认知大陆、探索大陆动力学、构建包括板块构造在内新的行星地球构造观作出努力与探索。     

岩石圈热—流变结构与大陆动力学

由于大陆内部存在上千公里宽的弥散边界变形带，板块构造理论用于解释新生代大陆内部的显著的构造变形遇到了困难。因此，探讨大陆岩石圈的构造变形机制、演化及动力学过程从而成为国际地球科学的热点研究领域---大陆动力学。大量的地震测深、地震层析成像技术的应用对岩石圈的精细结构研究，已揭示岩石圈结构和物质组成存在显著的横向非均质性。这种横向非均质性是地质时期内大陆岩石圈经历多期次构造-热事件叠加与改造所形成的。同时，也决定了岩石圈热-流变学结构的横向分块、纵向分层的特性。大陆岩石圈热-流变学结构非均质性及其构造继承性对大陆内部构造变形起控制作用。所以，大陆动力学应注重开展大陆变形的运动学、大陆岩石圈的热-流变学结构和大陆变形的地球动力学数值模拟研究。     

试论板块构造与大陆构造的关系

板块构造理论问世已近30年了,近30年的实践充分显示了板块构造理论的生命力和平远影响。但是板块构造理论的基础资料来自大洋,而现在所知,大洋只不过两亿年的历史,大陆却保存有40亿年以来地壳和岩石圈演化的丰富和完整的资料,况且目前人类生活、生存和发展的领域主要在大陆。所以板块构造如果不与大陆构造紧密结合,则有很大的片面性,并将失     

当前构造地质研究的某些进展及启示

板块构造引发了地球科学革命，成为当前最盛行的地学理论。但是随着板块学说登陆，发现大陆板块与大洋板块有很大差异。一些学者提出了多种新观点、新假说，如近年提出的大陆构造、全球构造、地幔主构造等等。地质构造研究潮流移向多元化。中国拥有构造复杂多样的造山带和多种样式的大陆盆地等构造。实践证明，这些构造很难用一种模式、一种机制予以阐明。地质工作者要立足于我国独特的地质构造，努力探索，创造具有中国特色的地质理论。     

大陆构造研究中一些值得重视的问题

大陆构造是为当代地学界所瞩目的重大前沿领域.国内外许多地质学家意识到大陆构造研究将成为创立超越板块构造新理论的突破口.我国是一个以大陆为主体的国家,具有多种类型、各具特色的造山带和盆地,我国地学界应当为创立大陆构造新理论、推动地球科学发展,作出更大的贡献。     

大陆构造、大洋构造和地球构造研究构想

大陆动力学和大洋动力学是当前固体地球科学的前沿领域 ,反映处于中期阶段的板块理论正向更加深入、全面、完善的方向发展 ,并走向统一的地球构造学的趋势。中、新生代造山带构造 ,全球高原构造的比较 ,周边洋底构造对欧亚大陆的动力作用 ,应是大陆动力学中优先研究的问题。对全球洋底构造的继续探测 ,用地震各向异性研究地幔的流动或变形 ,布设海底宽频带地震台阵探测地幔细结构 ,将会提供更多的地球内部过程信息。“地球大系统科学”概念的提出 ,将能推进固、液、气三态地球多球层相互作用的研究 ,例如固体地球微动态、固液气三态球层运动的可比较性、不同球层分区性的比较等 ,都是需要深入探讨的问题 ,代表了从整体地球系统开展学科交叉研究的方向     

关于大陆构造研究的一些思考与讨论

指出板块构造理论在解释大陆构造中的不足之处,从而在进一步深化板块构造理论发展的同时,构建大陆构造理论体系;通过长期大陆构造研究实践并利用国内外大陆造山带的6个例子提出有关大陆的基本问题,诸如早期大陆起源、超大陆方式演化的大陆演化机制以及大洋和大陆岩石圈的本质不同和构造旋回;说明大陆是由板块构造(包括可能的板块构造远程效应)和大陆自身机制分别形成的组分的拼合体.主张大陆有自身的机制操控它的起源、保存和演化.在排除了来自板块边缘以及板块远程效应的作用力的前提下,出现在陆内环境的造山作用可由大陆本身尤其可能由陆内中小块体之间的相互作用引发.需要强化大陆构造研究,在深化板块构造理论的同时,探索和创建大陆构造理论体系.     

花岗岩:大陆地质研究的突破口以及若干关键科学问题——“岩石学报”花岗岩专辑代序

地球是宇宙中迄今唯一发现有花岗岩的星球。从物质组成而言,大洋的核心问题是玄武岩,大陆的核心问题是花岗岩。花岗岩从被发现的那一天起,围绕它的产状、成因和演化过程及其地质意义的争论就没有停止过。最早的陆壳由长英质片麻岩TTG组成,TTG不能从地幔中直接熔出,是地幔熔融的玄武岩再次熔融形成的。初始的陆壳富钠,太古宙以后的陆壳开始明显富钾。洋壳的寿命仅2~3亿年,陆壳的寿命可长达40~44亿年。花岗岩记录了大陆形成与演化的全过程,大陆演化对于认知地球具有无法替代的作用。因此,花岗岩在某种程度上可以作为陆壳的代用词。20世纪60年代兴起的板块构造理论是地球科学的一次革命,但是,板块构造理论并未解决大陆形成、演化和改造的根本问题。此外,花岗岩与大陆成矿作用关系也非常密切。花岗岩成因还存在诸多待解难题。对花岗岩的研究,只有跳出岩石学和岩石地球化学的范畴,才能真正理解大陆构造的问题。花岗岩所凝聚的科学问题是对板块构造理论的巨大挑战,也是固体地球科学理论创新的重大机遇。花岗岩研究从岩石地球化学层面跃升到陆壳演化层面,是研究思维和理论创新的突破,是21世纪花岗岩研究的重大转折。     

大 陆 岩 石 圈 研 究

大陆岩石圈和大洋岩石圈有着深刻的差别，运用板块构造理论和模式研究大陆岩石圈会遇到许多特殊的问题。本文从陆缘演化和多个板块构造旋回叠加两方面做了初步探讨，提出岩浆型被动陆缘是独立的一类古陆缘；在辨认后续板块构造旋回叠加中，新构造成分和格局的确定有重要意义。本文还讨论了汲取大陆地质研究经验，在新的学科水平上重新解释传统大地构造学中一些有用概念的意义。     

全球构造研究的思考

“板块构造”并不直接等价于全球构造。将各板块同一构造力学属性和特征的边界分别连接起来 ,可以建立起环太平洋深俯冲构造系、南半球为主体的洋脊构造系和北半球为主体的陆 /陆浅俯冲构造系 ,它们空间展布的分区 ,揭示了全球表层构造格架具有N/S半球与 0°/ 180°半球双棕胀缩耦合非对称性。这一认识获得全球地热与地幔质量分布非均一性的初步证明。此全球构造格局和运动 ,可作为启发和约束地幔运动和动力学分析的表层边界条件。全球板块内部的次级构造 ,在大陆型板内有两种 ,一是以盆、山、原 (高、低 )作为次级构造单元 ,重点是研究它们的演化耦合关系 ;二是以次板块、地块、块体之类的概念作为次级、再次级构造单元 ,重点是研究块体以及多块体之间的应力、应变和运动的相互关系。两种研究方式的不同 ,也可能与研究的目的和时间尺度要求不同有关。两者能否融合 ,应不应该融合 ,需深入思考。地球多圈层相互作用的科学目的是建立地球大系统科学。流体地球部分与固体地球部分以往因研究的时间尺度很难匹配而分立。但地球一系列“微动态”行为 ,如地震、火山、洋脊涌流等 ,其时间尺度和多级的动态韵律与地球流体的动态韵律是可以比较的。固体地球微动态行为对地下流体的运动有重要影响。     

论地质科学中全球变化研究的方法

文章借引用与大气和海洋全球变化有关的研究方法论述了与地质科学有关的全球变化问题。为使地质上的全球变化研究有一个理论依据，首先从数学上划分了自然中的对流与结构。银河系中星云旋臂相对星云星座为结构。太阳系中行星绕太阳的线速度随离太阳的距离均匀递减相对行星的自转是一种结构。在地质上，大陆板块好比是一种结构，而山系就是所谓的对流。结构是分层次的，对流是相对确定层次下的结构而言的。我们通过对银河系、太阳系以及地球大气、海洋和固体地球中结构的描述，就会发现在确定的层次下结构可以用线性动力学的方法描写。文章分析了宏观地质结构形成的力源问题，认为圈层角动量交换应力和地转偏向力的共同作用可以从量级上解释大陆的漂移及其漂移的方向性。最后，对地球科学全球变化研究的前景作了初步的探讨     

高瞻远瞩著文章──怀念尹赞勋教授

尹赞勋教授生前著述甚丰。作者回顾他对板块构造理论在中国发展所做的贡献，以表思念与崇敬之情。十年动乱期间，在身处逆境，科研条件、生活条件均极端困难的状况下，尹赞勋教授查阅了大量国外有关文献，将刚刚兴起的板块构造理论系统地介绍给我国地学界，从而为当时几近窒息的我国地学研究带来了一股清新的学术空气。今天，我国已在板块构造研究上取得许多引人瞩目的成果，但我们应当继续学习尹老的刻苦治学精神，把研究工作提高到新的水平。     

关于秦岭造山带

纪念老一代地球科学家李四光先生,思考地球科学与大地构造学的创新发展。文章以秦岭造山带为例思考大陆复合造山及其动力学,认知概括秦岭造山带基本属性与特质,探索认识中小多板块多期洋陆俯冲造山-陆-陆板块俯冲碰撞造山的板块复合造山,并又强烈叠加复合陆内造山,造成复杂组成与结构,形成立交桥式四维流变学分层的多层非耦合动态演化的大陆复合造山带模型,及其新的演化趋势动态和构成国家人类需求的成矿成藏物质财富与宜居的地表系统环境等,期望前瞻探索认知地球发展的未来。文章还就秦岭造山带几个有争议的问题,进行简要讨论,共求新的探索研究发展。期盼学习李四光先生学术理论精华,尤其在深化发展板块构造,探索认知大陆构造与动力学方面,创新发展地质力学,以宇宙太阳系视野探索地球动力学,推动大地构造新发展。