大河的地质演化与构造控制

基于对全球60条主要的河流（欧亚大陆35条,美洲15条,非洲8条,澳大利亚2条）的综合分析^［1］,介绍了大河的地质演化及其构造控制作用。研究表明,大河流系的地质特征和起源受控于4个因素：  板块构造、气候、火山作用和相对基准面的变化。其中,最重要的因素是板块构造,它决定了大河的位置、大小、形状、流向、生命周期及水系的样式。宽泛地讲,大河系统的形成和演化与威尔逊旋回密切相关,因此,大河的生命周期和全球地形的演化,都与构造旋回有相同的时间尺度。冈瓦纳大陆的裂解以及特提斯洋的闭合,对于欧亚大陆水系样式的形成起到了决定性的作用。在欧亚大陆,注入北冰洋的河流和注入太平洋、印度洋的河流的分水岭与冈瓦纳大陆的北部边缘密切相关。在南美洲和北美洲,是洋-陆板块汇聚以及科迪勒拉-安第斯造山带微陆块的增生决定了美洲大陆主要水系的样式。大河能够长期存在的关键因素在于它要位于克拉通或被动大陆边缘这样的构造相对稳定地区,要有长期存在的大陆倾斜地形,而且流域内不曾发生过荒漠化、大陆冰川作用或火山作用。     

构造地貌与低温热年代学若干问题探讨

构造地貌主要是结合地球深部构造活动与地表过程来研究地质地貌塑造和演化过程,探究地球各圈层的相互作用关系。本文简述了构造地貌研究中的几个关键问题:如地幔对流的动力地形效应,定量研究古高程方法,气候、侵蚀和构造之间的相互反馈作用,侵蚀作用与岩石强度、地应力等定量研究问题等。同时,介绍构造地貌演化研究中主要测年方法之一的低温热年代学方法原理和进展,讨论了低温热年代学方法在构造地貌应用中的地形效应和热冷却对侵蚀速率的影响以及低温热年代学数据限定下的构造地貌演化数值模拟。     

中国及邻区沉积盆地群结构与构造演化探讨——来自长剖面的研究对比

由多陆块汇聚而成的亚洲大陆发育类型多样的沉积盆地,是认识盆地构造演化的理想地区。本文通过绘制4条穿过亚洲大陆不同盆地群的超长剖面图,探讨不同盆地的结构类型及沉积盆地群与板块边界、深部构造背景之间的关系。与其他大陆相比,亚洲大陆沉积盆地规模普遍小,原型盆地保存较差。在盆地基底组成上,时代差异较大。古老克拉通陆块基底上的盆地保存较好,而造山带、洋壳基底上的盆地沉降幅度较大,并且易被叠加改造。不同类型盆地的构造演化受控于板块构造边界作用。由于亚洲大陆板块边界运动性质多变和陆块规模较小,造成其盆地群构造上强烈不稳定。中亚、特提斯、西太平洋三大构造域,西伯利亚、印度、华北、塔里木、扬子、印支等克拉通陆块群,及地幔柱活动(如西西伯利亚玄武岩省)的时空叠加,控制了亚洲盆地群显生宙以来的构造演化,并造成其盆地类型和后期保存的明显差异。     

中国西部新生代沉积盆地演化

新生代期间中国西部发生了多次强烈的构造运动, 经历了复杂的构造-地貌演化历史.地质构造背景和地球动力学过程则控制了中国西部大陆新生代期间的构造-地貌演化.盆-山系统是中国西部新生代构造的基本格局, 盆-岭体系是中国西部新生代的主要地貌单元.根据盆地的几何学、动力学与构造演化特征, 中国西部新生代盆地可以划分为压陷盆地、断陷盆地、走滑拉分盆地以及残留海-前陆盆地4类.这些新生代封闭盆地均被造山带所围限, 而盆地与山脉之间由挤压型活动断裂(逆冲断层和走滑断层)所分割.新生代以来印度板块与欧亚板块的碰撞以及其后印度板块的向北俯冲挤压, 对中国西部新生代沉积盆地的发育和演化产生了重大影响.中国西部新生代盆地构造岩相古地理演化与板块运动和构造隆升之间存在明显的耦合.      

地球的热演化及构造演化

构造模型与经过地幔传导的热对流模式密切相关。目前,主要的地幔对流模式是那些与板块和地幔柱有关的模式,相应地,主要的构造模型有板块构造及“地幔柱”构造。根据不断提高的对地幔对流演化的认识,可以评价这些构造模型或其它可能的构造模型的相对意义。     

东北亚中生代火山岩研究若干问题的思考

东北亚中生代火山岩包括大陆边缘北北东向线型火山岩带,以及大陆内部俄罗斯西伯利亚、蒙古、中国大兴安岭等面型火山岩带。它们是东北亚古亚洲洋构造域向太平洋构造域转换时期深部地幔地球化学过程以及东亚大陆与古太平洋板块相互作用的产物。对它们的研究涉及古生代古亚洲构造域闭合过程的深部地幔的动力学和地球化学演化历史,以及东亚大陆边缘由被动边缘向活动大陆边缘转换历史。古亚洲域大洋岩石圈向地幔深部潜入而引发的热地幔     

东亚地区区域构造演化与构造域划分

东亚大陆不是简单地以一个巨型前寒武纪克拉通为主体而形成的单一大陆, 而是由一些小板块和众多微陆块及其间的褶皱带或造山带组合、经长期演化而形成的复合大陆。在前人分区研究成果的基础上, 把东亚地区作为一个整体, 经系统分析和有机整合, 形成对整个东亚地区构造背景和构造演化的系统认识。研究表明, 东亚地区构造演化过程可划分为3个阶段, 即前寒武纪稳定陆壳形成阶段、古生代陆洋分化对立阶段和中新生代盆山对峙发展阶段, 尤其以中新生代以来的构造演化对东亚大陆具有重要意义。以燕山期以来东亚地区所受地球动力学背景及其在不同地区作用的差异为主要参考指标, 可将东亚地区划分为7个构造域:西部挤压构造域、西部相对稳定构造域、青藏—羌塘构造域、中部克拉通构造域、俯冲边缘构造域、东部环太平洋构造域和兴安—蒙古构造域, 构造域的划分对于研究区内沉积盆地的成盆演化历史、进行盆地类型划分和盆地油气资源潜力类比分析具有重要的指导意义。      

类地行星热物理条件与热演化影响因素分析——以火星地幔热柱演化为例

太阳系内类地行星具有相似的岩石层包围金属核的圈层结构,在行星幔的热演化历史起源方面具有同时性和同源性,并且都在早期变形重力位能加热的基础上随放射性热能衰减而冷却。但是,由于半径、密度、粘度以及表层构造属性等物理条件的差异,其热演化历史各具特色。依据基本的热对流和热传导方程,我们计算分析了类地行星热物理条件差异对行星幔热演化历史的影响。计算表明,类地行星热演化的早期,行星幔热对流是主要的散热方式。半径较大的行星表面热流密度大,平均散热量也大。半径较小的行星内部温差小,粘滞系数高,对流能力低,提早进入传导散热状态,且传导散热的岩石层也比大行星厚。不同边界层热物理条件下,类地行星幔热演化历史会分别出现逐渐冷却的平稳式、包含热柱上涌的波动式、行星幔幕次翻转的周期式等特点不同的热演化过程。火星内部曾经存在的地幔热柱构造与火星地幔热动力学演化过程密切相关。我们从火星地幔热动力学演化模型出发,定量计算与地幔热柱构造演化相关的地幔热动力学演化特征,通过三维球壳数值模拟,研究了火星地幔热演化历史上可能存在的热柱活动造成的火星热演化历史的非单调变化,火星地幔对流环结构随时间的演变方式,以及与边界相关的地幔热柱对火星地形的影响。     

大陆边缘动力沉降及其深部构造作用控制

动力沉降是动力地形的一种,即动力地形低。动力地形一般认为具有两种成因,一种为与超大陆集聚和分散有关的动力地形,另一种为与大洋板片俯冲有关的动力地形。大陆边缘动力沉降的模拟已经提出了不同的动力学模型,如大洋板块缓倾角或陡倾角俯冲模型、不同样式（俯冲角度变化和速度变化）和性质（大洋岩石圈热年代变化等）的大洋板块俯冲模式和具应力引导的、动态三维的板块俯冲模型。关于大陆边缘动力沉降及其深部板块俯冲作用控制的研究已经趋向更加符合实际、更加精细和系统。对深部地幔活动及其地表动力地形响应的深入研究有望对关于大陆边缘区高级别层序单元及其界面的成因机制、大陆内部动力沉降与深部构造作用之间的耦合关系、我国晚中生代至新生代大陆边缘区动力学背景和油气资源评价等问题的研究取得新的进展和突破。     

克拉通演化的超大陆背景与克拉通盆地的成因机制

研究表明克拉通的形成与超大陆的汇聚和裂解有着重要关系。本文对近年来超大陆重建的研究进行了分析对比,对克拉通发展与超大陆事件的关系做出了总结。前人对超大陆的研究表明,其形成与地幔动力有直接联系,地幔柱重组的旋回导致了超大陆的旋回。Phillips and Bunge（2007）在前人三维球体地幔对流模型的基础上加入大陆进行了模拟实验,结果显示周期性的超大陆旋回只发生在理想模型中,而Senshu et al.（2009）对代表陆壳的英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗岩（TTG）地壳进行了研究,提出随着俯冲的TTG地壳产热速率的下降,超大陆旋回的周期随之变长;更有许多学者指出,历史上哥伦比亚超大陆存在时间明显较长,因此超大陆的旋回并不具有周期性。对近年来不同学者提出的哥伦比亚、 罗迪尼亚、 冈瓦纳、 潘基亚4个超大陆新的重建证据进行分析,大致确定出上述4个超大陆的形成时间、 格局及演化过程。此外,对华北、 东欧、 西伯利亚、 亚马孙、 刚果、 西非6个克拉通各自的演化进行分析,也显示出克拉通演化与超大陆汇聚及裂解在时间与空间上有对应关系。通过分析得出克拉通演化与超大陆旋回有关,且确定出克拉通演化的4个超大陆旋回。本文最后讨论了克拉通盆地的成因机制以及3种端元类型,并将盆地的发育与超大陆演化的巨旋回相联系。     

亚洲大地构造基本特征和演化规律

根据中国学者的开合构造观点,分析了亚洲大地构造基本特征和演化规律,提出“构造集群”、“构造运动程式”等一些新的认识。（1）亚洲划分为11个大地构造旋回并归纳为大陆基底形成、泛大陆和超大陆形成与发展以及现代板块构造与陆内演化三大阶段。（2）以23条俯冲带或碰撞带为骨干,划分了以西伯利亚陆块、古中华陆块、印度陆块和太平洋板块为核心的北亚、中亚、南亚和东亚4个构造集群,以及11个二级和86个三级构造单元。构造集群系指具有成生联系的陆块、大小不同的地块和各个时期造山带的聚合体;两个构造集群间存在一个构造结合区。（3）亚洲构造变形特点为：中亚构造集群基本呈东西向展布,分别受围绕西伯利亚陆块分布的向南突出的弧形构造和围绕印度陆块分布的主体向北北东突出的弧形构造（仅内弧出现了向南突出的喜马拉雅弧）的挤压,它们同时又被北北东向展布的东亚构造集群强烈改造,从而形成了复杂的构造格局,表明古中华陆块在亚洲大地构造演化中起着“中流砥柱”的重要作用。（4）亚洲大地构造时空演化与全球同步经历了哥伦比亚古陆、罗迪尼亚古陆和潘基亚古陆形成的3次重要造陆事件。在此过程中,中亚构造集群独具特色：哥伦比亚古陆1 850 Ma形成,稍早于南亚构造集群（1 800 Ma）和北亚构造集群（1 800~1 600 Ma）;罗迪尼亚古陆830 Ma形成,晚于南北两侧的900~1 000 Ma;潘基亚古陆210 Ma形成,也比全球普遍于250 Ma形成的时间晚。印支运动的广泛发育和强烈影响是中亚构造集群乃至亚洲最显著的特征。（5）总结出背向俯冲对接式、单向运移拼贴式和原地开合手风琴式3种构造运动程式。背向俯冲对接式的动因是地幔对流（软流圈对流或地幔柱对流）;单向运移拼贴式可能与地幔上升产生的地幔层流有关;原地开合手风琴式推测是深部地幔“热点”周期活动所致。     

大陆构造系统动力学及构造应力叠加场探讨

从＂系统动力学＂的角度，对大陆构造动力学系统的结构、组成和特性进行了初步探讨，并且指出大陆区域构造应力场是多种因素联合作用的结果，是多种内、外力的非线性动态叠加场，大陆构造应力叠加场的主要成分包括重应力场、热应力场、离心惯性应力场、板块互相作用应力场、壳幔相变应力场、地幔流剪切应力场和其他诸如地幔底辟、岩浆侵入等造成的应力场等。并以亚洲东北部中新生代断陷盆地系的形成演化为例，试图说明在大陆构造动力学系统内，各种因素总是以其固有的规律演化着，并且相互作用，相互叠加，甚至相互转化，导致构造应力场的多次转化，推动一场又一场不同方式、不同方向和不同性质的构造运动，使中国大陆区域出现纷繁复杂的构造图象，铸成了特有的山川盆湖的分布格局。大陆构造系统动力学与现有的各种大地构造学的有机结合，可能导致＂系统大地构造学＂的发生和发展。     

地球内部物理和演化的几个核心论题：Ⅱ地球动力体系

生成于岩石圈底部的“大陆根”与地幔羽的形成过程有关,其主要证据来自3－D地震成象和实验、数值模拟结果。地幔上涌和地幔下涌分别代表高温、低速带和低温、高速带。长波长的地幔构造与表层构造特征相关,地球内部边界层－热边界层或化学边界层将对全球动力体系产生直接或间接的效应。因此,深入研究这些边界层的结构、形态、热力学和物理化学特性,对解决地幔整体对流与成层对流体系中某些相冲突的问题具有关键意义。全球地震成象和深源地震资料表明,某些破碎的早期俯冲板片可能连续或间断性地下沉到核－幔边界处,并返回到起源于该边界层的地幔羽中。今后的任务不是重提地幔整体对流或是成层对流的问题．而是如何建立两者的统一模式。整体地幔对流体系在时间和空间演化过程中与成层对流、局部小规模对流或次生对流相伴生的理论、实验和数值模拟将是地球动力学研究的主要趋势。     

中国大陆地幔对流格局和岩石圈层构造运动

六十年代以来,由于卫星重力测量和计算技术的迅速发展,有些研究者,如Runcorn(1967)和Liu(1976-1980),根据卫星重力数据计算获得地幔对流及其应力场图象来研究全球板块构造和区域构造。愈来愈多的事实表明,构造运动不仅是地壳和岩石圈层物质运动的表现,而更重要的是地幔物质运动的反映。因此,本文应用作者计算获得的岩石圈层下面地幔流运动图象与大地构造及近代构造运动的资料相对比,探索我国岩石圈层下的地幔对流格局形成及其对构造运动的影响。     

浅论多旋回构造理论对第四纪深部物理运动研究的推动

第四纪最突出的事件是青藏高原和南海海盆的形成和演化。众多中外学者几乎一致认为，青藏高原的形成是由于印度克拉通向北的推动，南海等西太平洋边缘海是在太平洋板块和菲律宾海板块向西俯冲的过程中形成的。笔者另辟蹊径，提出，由于新生代(尤其是第四纪)以来两个相互交切的东亚断裂和南亚断裂的深部物理运动，使得南海等西太平洋边缘海地区的陆壳物质被逐渐吸入地幔，经转化为“幔源壳质”以后，再不断输送、补充给青藏地区。其结果必然是，南海等西太平洋边缘海地区的陆壳迅速转化为过渡型壳甚至洋壳，青藏地区则由洋壳转化为陆壳，并迅速隆起、增厚。     

Earth's tectonic history revisited in the light of episodic misfits between plate network and mantle convection

Episodic plate reorganisations abruptly change plate boundary configurations. To illustrate their role, we review the plate reorganisations that appear in the present-day oceans and in the reconstructed Tethys ocean. These time periods cover the dispersal of the Pangea super-continent and the collisions with Eurasia that foreshadow a new super-continent. Plate reorganisations have played a fundamental role in the tectonic history of the Earth, being responsible for continental break-up and, after oceanic spreading, for continental collisions. As a result, they governed the formation and dispersal of super-continents. We observe a bulk polarity in plate motion that governs continental collision and the opposite bulk polarity in plate reorganisation that governs continental break-up. Such opposite polarities show in the tectonic history that we follow since the 550 Ma formation of the Gondwana super-continent.In order to decipher the rules that govern plate reorganisation, we investigate the distribution of spreading and subduction that derives from the current plate motion. We observe a mismatch between the evolution tendency of the plate boundary network and convection in the deep mantle. The actual network of plate boundaries illustrates a compromise between the two. Based on the opposite polarities in plate motion and plate reorganisation, we propose that this compromise is maintained by plate reorganisations that counterbalance free evolution of the network in abruptly changing its boundaries. We propose that plate reorganisations are basically caused by the mismatch between the free evolution of the plate boundary network and the current convection pattern in the deep mantle.Evidence on Proterozoic rifting and continent collisions allows dating the oldest known plate reorganisation around 2 Ga, which is the age of the oldest known super-continent. Based on the geology of the Archean before 3 Ga, mantle convection appears limited under a greenstone cover and different from the current mantle convection. The distribution of the diapiric granitoids that intrude this cover points to a honeycomb convection centred on downwelling sites separated by diffuse upwelling, which fits the theory on the early Earth mantle convection when plates did not cover the globe. We propose that the plate reorganisation regime appeared sometime between 3 and 2 Ga.     

太平洋板块中—新生代构造演化及板块重建

太平洋板块是一个中生代以来形成的地球上最大的大洋板块,但其起源机制、结构构造、构造演化等始终不清楚。太平洋板块内部的复杂性更是未受到重视,其内部的大火成岩省、海山链、微洋块、微陆块及其下部更深层地幔的微幔块都非常发育,这些复杂板内或板下构造代表的地球动力学含义亟待解决。文章基于最新的板块重建结果,试图分析其运动学过程,揭示太平洋板块形成与演化机制。研究表明,太平洋板块起源于RRR三节点,但不是一个纯粹的完整大洋板块,其增生演化过程经历了非威尔逊旋回模式,其板缘经历了一些外来微陆块或微洋块的并入,其内部也因各种原因出现了一些新生微洋块,总体表现为一个碎片化的镶嵌式板内格局。太平洋板块记录了与邻区板块相互作用的重要构造事件,大约55 Ma左右开始俯冲到东亚陆缘,导致东亚陆缘短暂的北西-南东向伸展,随后受印度-欧亚碰撞动力系统和太平洋俯冲动力系统联合控制,总体处于右行右阶的拉分背景,形成了一系列盆地群,俯冲后撤等逐渐形成了双俯冲系统。太平洋板块还记录了深浅部耦合过程,下地幔中的太平洋LLSVP通过遥相关对上部岩石圈微板块、大火成岩省分布具有决定性作用;火山链或热点揭示板块运动同时,也反映深浅部物质交换过程,海山群也揭示太平洋板块之下软流圈并非单一对流胞,其对流格局的多样性尚待深入研究。      

东海陆架盆地南部中生代演化与动力学转换过程

东海陆架盆地处于欧亚板块东南缘,其构造演化、动力学机制转换同太平洋板块与欧亚板块碰撞及印度-澳大利亚板块远程推挤效应有关。中生代以来,该盆地形成和演化过程受到古太平洋板块多期俯冲及多构造体系的叠加改造,地质构造和地球物理场复杂,盆地演化及动力学过程等一直是争论的焦点。本文利用最新调查资料,通过构造物理模拟实验、构造解析和平衡地质复原剖面等方法,结合区域构造背景,系统分析了东海陆架盆地中生代演化过程,探讨了其构造动力学转换过程。研究认为东海陆架盆地自中生代以来经历了晚三叠世前的被动大陆边缘和晚三叠世-中侏罗世活动大陆边缘挤压坳陷型盆地阶段,挤压应力来源于伊泽奈崎板块向欧亚大陆板块的低角度俯冲;早白垩世晚期-晚白垩世活动陆缘伸展断陷型盆地阶段,应力来源于太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲后撤导致的岩石圈减薄作用;古近纪为弧后伸展断陷型盆地阶段。同时认为东海陆架盆地古特提斯构造域向古太平洋构造域转换的时间应该发生在中三叠世末期,古太平洋板块低角度俯冲和俯冲后撤代表华南中生代深部地质过程。     

Topographic architecture and drainage reorganization in Southeast China: Zircon U-Pb chronology and Hf isotope evidence from Taiwan

The uplift of Tibet Plateau and the marginal sea spreading have had important influence on the tectonic, landform and drainage system in East Asia, although the marginal sea spreading in shaping the topography and drainage reorganization in East Asia has been still controversial. Here we present U-Pb age and Hf isotopic composition of detrital zircon grains from Cenozoic sedimentary rocks in Taiwan to understand how the provenance and river systems evolved. Our data show that the U-Pb age spectra of detrital zircon grains in Paleogene sandstones are dominated by Yanshanian (180–67 Ma) zircon grains and with subordinate or nil Proterozoic and Archean zircon grains. These results are in contrast to those in Miocene rocks that are dominated by the Indosinian (257–205 Ma) zircon grains together with Yanshanian, Proterozoic and Archean population. The initial Hf isotope ratios [εHf(t)] of the zircon grains also display systematic change in Paleogene and Neogene strata. Our data demonstrate that the Hsuehshan Range and Western Foothills in Taiwan have the same sedimentary sources. The source region of Paleogene strata was mainly located at the coast in southeast China and migrated inland over time. The source might have reached the Lower Yangtze region during early Miocene. Although the mechanism of transport of sediments from the Lower Yangtze region to Taiwan is unclear, we speculate that the Minjiang River might have been larger in Early Miocene than the present and might have delivered inland material along the boundary of Yangtze and Cathaysia Blocks to Taiwan. These were then captured by the Yangtze River systems at some time after Late Miocene. This change corresponds to the time of the drainage reorganization in East Tibet, such as Yangtze River, and the regional subsidence resulting from the opening of marginal sea. The combined effects of Tibet uplift and opening of marginal sea might have shaped the topography and river system reorganization in East Tibet. The evolution of topography and drainage systems in southeast China seems to be mainly controlled by the opening of marginal sea.