太平洋地区的海底电磁观测

美国、加拿大、日本等国在太平洋已进入了正规的观测海底电磁的时代,在海洋岩石圈之下存在着高电导率层这一事实深深引起人们的注意。     

岩石圈构造应力场的成因问题

关于岩石圈构造应力场的起因问题,近三十年来,一直都在热烈地讨论着.过去的大地构造学说,如收缩说、扩张说、脉动说、对流说、地球自转速率变化说等等均未能完满地解释岩石圈内构造运动的起因.六十年代兴起的板块构造学说,把由霍姆斯(Holmes)1944年早提出的地幔热对流说加以发挥,认为位于软流圈之上的刚性岩石圈在地幔热对流作用下不断地移动、增生或消亡,似乎这是引起岩石圈内构造应力的主要原因.     

太平洋撞击事件

本文提出一个假说,解释了太平洋构造域的成因,并为二叠纪末全球性板块的破裂提供了一种可能的机制。作者认为,全球性的大规模的板块运动是由于P—T间大规模的岩石圈破裂活动而开始的。而岩石圈的大规模破裂则起因子这一时期发生在太平洋地区的一起巨大规模的撞击事件。这一撞击事件同时还直接或间接地导致了四大洋的形成。大量的证据表明,P—T之间地球上确实发生了一起巨大规模的外星体对地球的撞击事件,星伤就是经后期改造过的太平洋。太平洋作为一个经后期板块运动破坏的古老的撞击坑的特征是明显的。广泛分布于环太平洋带边缘和西南太平洋板块之上的古太平洋大陆的残块,暗示了太平洋撞击构造的一段漫长的破坏过程。显然这一破坏、改造过程至今仍在进行之中。在太平洋撞击构造形成的同时,陨星撞破岩石圈进入了地幔之中。这就导致了位于太平洋对面位置的大西洋的初始分裂,从而开始洋壳增生,形成大西洋,与大西洋相似,印度洋和北冰洋的成因也是与古太平洋大陆的破碎和全球规模的破裂系统分不开的。它们都与地幔软流圈物质充填太平洋窟窿的运动密切相关。它们虽具有相同的成因,但在强烈活动的时间和规模上、则因为与太平洋撞击构造的相对位置不同而不同。关于西太平洋海台和火山岛链的成因、至今尚无定论。作者认为它们都是古太平洋大陆的残块。在它们的底下几乎都可能存在花岗质地壳。它们的分布是与太平洋撞击构造的破坏过程(尤其是与这一过程的最初阶段)密切相关的。     

日本海的扩张模式

从美国的阿留申群岛经过日本和菲律宾一直延伸到新西兰的链状弧后盆地是太平洋板块西部边缘的一大特征.大多数盆地位于远离大陆的火山岛弧后面,是太平洋岩石圈伸展的结果.日本海一边与大陆壳(亚洲大陆的苏联锡霍特山脉和朝鲜半岛)接壤另一边则是带有大陆碎块的活动岛弧.因此,可以说日本海与大陆裂谷作用有关而与大洋作用关系不大.我们引用的来自日本岛弧的古地磁资料表明,早中新世以来,日本东北部围绕一个垂直轴反时针方向旋转了47°,而日本西南部围绕垂直轴顺时针方向旋转了56°.我们提到的这个差异旋转发生在11百万年以前到21百万年之间,是日本海的弧后盆地呈双门式扩张的结果,也就是     

中国东南部中一新生代地球动力学背景若干问题的探讨

近年来，有关中国东南部中新生代地球动力学背景的研究已取得了重要的进展，主要体现在：地幔性质、岩石圈减薄、岩石圈伸展和构造背景四个方面。研究表明，中国东南部中新生代的地幔性质主体是亏损地幔和EMⅢ型富集地幔混合，中生代以富集地幔为主，而新生代主体为亏损地幔。中国东南部晚中生代经历了岩石圈减薄，并伴生了玄武质底侵作用，具有较为复杂的岩石圈增生～减薄过程。大量事实表明中国东南部中新生代存在多期岩石圈伸展事件，侏罗纪存在局部岩石圈伸展，主要集中于内陆地区，白垩纪经历了区域性岩石圈伸展。近二十年来，中国东南部大规模岩浆的构造背景一直存在着争论，焦点在于太平洋俯冲对中国东南部产生什么的影响。从目前已有的资料来看，白垩纪地幔源区受到太平洋俯冲的影响，太平洋俯冲和玄武质岩浆底侵诱发了地壳加厚，岩石圈拆沉和软流圈上涌而导致岩石圈伸展是中国东南部主要构造背景。但是，中国东南部晚中生代以来的岩石圈伸展—减薄及其深部动力学机制是目前急需进一步深入探讨的问题。     

太平洋古陆的破碎消亡与中新生代华北克拉通板内构造岩浆活化

回顾了太平洋撞击成因假说的主要内容, 重点围绕太平洋古陆消亡的内外动力学机制进行讨论, 认为P/ T之交发生在太平洋地区的撞击事件撞裂了岩石圈板块, 导致岩石圈下的地幔对流方式发生重大转折.在这种全新的对流方式驱动下, 太平洋古陆板块伴随新生洋壳板块的俯冲和碰撞而逐渐消亡并拼接到环太平洋大陆边缘, 与此同时, 环太平洋构造域开始形成.这种以太平洋构造域为中心的深部构造热体制深刻地影响了环太平洋大陆板块在中新生代的构造岩浆活动.      

中国东部燕山期大规模岩浆活动与岩石圈减薄:与大火成岩省的关系

论述了大规模岩浆活动与岩石圈减薄的关系,指出软流圈地幔与地壳直接接触时,即岩石圈最大减薄时(岩石圈地幔厚度为0),岩石圈厚度等于地壳厚度。中国东部岩石圈最大减薄的时间在燕山期,在这之前和之后,岩石圈是厚的。讨论了中国东部大规模岩浆活动与板块俯冲的关系,认为中国东部燕山期岩浆活动与太平洋板块没有关系:中国东部不属于环太平洋构造带,不是安第斯型活动陆缘,中生代玄武岩不具有岛弧玄武岩的特征,从中酸性岩浆岩得不出岛弧的结论,从三叠纪开始的古太平洋板块扩张方向的演变也不支持板块向西俯冲的认识。认为中国东部燕山期大规模岩浆活动可能与超级地幔柱的活动有关,是一种新的大火成岩省类型。文中将大火成岩省分为两类:一类为B型大火成岩省,部分熔融发生在岩石圈底部,以发育玄武岩为特征;另一类为G型大火成岩省,部分熔融发生在下地壳底部,以发育大规模花岗质岩浆为特征。根据中国东部大规模岩浆活动的时空分布分出5个大火成岩省:鄂霍茨克(大兴安岭北端)、张广才岭—小兴安岭、华北—大兴安岭、华南和东部沿海大火成岩省。认为岩石圈减薄可以产生多种效应,是地壳演化的最重要的动力学因素,但唯独与地壳浅部的伸展事件无关。还评论了流行的岩石圈减薄的见解,认为流行的见解将岩石圈减薄定位在新生代(岩石圈厚80～120km)是似是而非的,不是科学的命题。     

利用S波接收函数研究下扬子及其邻区的岩石圈结构

下扬子及其邻区位于欧亚板块、太平洋板块和菲律宾海板块的交汇地带,自中生代以来经历了广泛的伸展变形和岩浆活动,其岩石圈结构和性质对深入认识华南块体乃至整个中国东部的显生宙构造演化以及相关动力学过程都具有重要意义。本文使用中国科学院地质与地球物理研究所地震台阵实验室在合肥—金华沿线布设的流动地震台阵数据,通过S波接收函数偏移成像方法对下扬子及其邻区岩石圈的速度间断面结构进行了研究。成像结果显示,主测线下方Moho面深度为32~42 km,岩石圈底界面深度为84~112 km,总体表现为西深东浅,且速度间断面结构与区域构造特征变化趋势相一致。这为下扬子及其邻区岩石圈中生代以来的改造和减薄提供了新的观测证据：华北南部盆地区下方Moho面结构复杂,岩石圈较厚（90~112 km）,表明该区域的改造程度相对较低;下扬子克拉通与华夏块体北缘岩石圈结构特征相似,仅在江南造山带附近Moho面和岩石圈底界面有小尺度变化,表明它们自新元古代拼合以来可能作为一个整体被改造。进一步结合同剖面南段大地电磁测深成像结果,文章对研究区的岩石圈改造提出了与华北地区相似的地幔流模型,郯庐断裂带和江南造山带两侧断裂带等薄弱带在太平洋板块俯冲的作用下,可能成为软流圈物质上涌的通道。     

Mg同位素示踪中国东部中生代深部碳循环

地球深部碳循环对全球气候变化、生命探索和岩石圈演化的研究具有重要意义。中国东部岩石圈是地球深部碳循环的重要场所,其减薄与破坏与深部碳循环密切相关。中生代太平洋板块俯冲是制约中国东部岩石圈减薄与破坏的关键,对华北克拉通和华南板块的大规模金属成矿作用具有重要作用。笔者等系统阐述了Mg示踪地球深部碳循环原理,例举了镁同位素示踪中国东部深部碳循环的实例,论述了中生代俯冲的古太平洋板块所释放的碳酸盐熔体/流体与地幔相互作用,是造成中国东部地幔具有普遍的轻Mg同位素组成的重要原因。此外,指出轻镁同位素的多解性,提出多同位素联合示踪是未来研究地球深部碳循环的趋势。     

Mg同位素示踪中国东部中生代深部碳循环

地球深部碳循环对全球气候变化、生命探索和岩石圈演化的研究具有重要意义。中国东部岩石圈是地球深部碳循环的重要场所,其减薄与破坏与深部碳循环密切相关。中生代太平洋板块俯冲是制约中国东部岩石圈减薄与破坏的关键,对华北克拉通和华南板块的大规模金属成矿作用具有重要作用。笔者等系统阐述了Mg示踪地球深部碳循环原理,例举了镁同位素示踪中国东部深部碳循环的实例,论述了中生代俯冲的古太平洋板块所释放的碳酸盐熔体/流体与地幔相互作用,是造成中国东部地幔具有普遍的轻Mg同位素组成的重要原因。此外,指出轻镁同位素的多解性,提出多同位素联合示踪是未来研究地球深部碳循环的趋势。     

华南东南沿海地区岩石圈电性结构

为了研究华南东南沿海地区的壳幔电性结构及其动力学背景,布设了4条大地电磁测深剖面,获得了相应的二维地电模型,并结合相关地质和地球化学信息对地电模型进行了研究。结果表明:研究区西部地壳由于碰撞汇聚作用变厚,东部地壳由于太平洋板块的俯冲作用剧烈减薄。华南东南沿海地区的岩石圈并不是简单的呈现"西厚东薄"的特征,研究区东西两端岩石圈厚度超过100km,推测西段岩石圈增厚主要形成于陆内挤压造山或陆内碰撞汇聚造山作用,而东端岩石圈增厚可能由于大洋板块俯冲时洋壳残留物叠置在岩石圈的下部所形成,而中部岩石圈的减薄与软流圈物质上侵有关,造成此区域大规模软流圈物质上侵的动力来自于太平洋板块俯冲产生的深部热扰动。     

松辽盆地形成、发展与岩石圈动力学

根据区域构造环境、深部构造机制、火山活动的时间序列以及盆地几何学、运动学特征,分析了松辽盆地形成与发展的岩石圈动力学问题。提出古太平洋板块向欧亚大陆下俯冲引起热流上升,由此导致裂谷期前火山作用和岩石圈热与机械减薄,裂谷期上地壳伸展发育成裂谷盆地,火山活动减弱。随着陆缘陆块拼贴,俯冲带长距离后退,处于热异常的岩石圈开始向热平衡转化,盆地由伸展转化为坳陷。     

中国东部中生代岩石圈演化与太平洋板块俯冲消减关系的讨论

国内外不少学者认为中国东部中生代岩石圈演化与太平洋板块向欧亚大陆俯冲、消减有关,近年来作者从岩石圈-软流层深部地质过程审视中国东部岩石圈演化问题发现,中国东部中生代早期(三叠纪至侏罗纪)岩石圈演化与太平洋板块向欧亚大陆俯冲消减没有直接的关系,它们可能是一种源自中国东部周边东亚洋盆系的一些洋盆向中国东部大陆俯冲消减碰撞造山以及由它们引发的中国东部大陆内的软流层上涌的深部地质作用联合作用的结果。软流层上涌作用自始至终控制着中国东部大陆岩石圈与软流层之间以及壳幔之间的层圈拆离,底侵作用以及岩石圈变形缩短、伸展和岩浆活动。     

西太平洋中、新生代活动大陆边缘和岛弧构造的形成及演化

作为海陆过渡带的活动大陆边缘和岛弧,是构造活动最活跃和地貌景象最壮观的地带。在那里沉积作用、岩浆活动、构造变动、变质作用和成矿作用都留下深刻的烙印。它是大洋地壳向大陆地壳演化的纽带,也是探索大陆地壳成长和增生的关键地带。因此,八十年代开始的国际全球岩石圈计划,作为当前重点研究课题之一。 1885年休斯(E.Suess)早已指出了活动的太平洋型大陆边缘和被动的大西洋型大陆边缘构造的差异特征。从二十世纪六十年代板块理论问世以来,又将太平洋(活动)型大陆边缘进一步划分为三种亚类型:科迪勒拉型,安第斯型和岛弧型。太平洋型活动大陆边缘,中、新生代以来,有明显的板块碰撞和B型俯冲潜没作用,并伴随有火山作用,地     

中新生代以来中国大陆的稳定地块

中国大陆主要由塔里木、华北和扬子三个比较大的古老克拉通组成。中、新生代以来,由于受到环太平洋和喜马拉雅两大构造域的影响,这三个克拉通发生了巨大变化。从地壳和岩石圈结构来看,其中相当一部分已不具备了稳定地块的特点。从这些地块目前所处的大地构造位置、地壳及岩石圈的改造方面（主要包括：其上主要盆地和演化史、盆地结构、地壳和岩石圈（软流圈）结构、以及地球物理场、可能的动力学机制等）的对比可以看出,中国各稳     

中西太平洋海山区的岩石圈有效弹性厚度及其地质意义

中西太平洋海山区是太平洋板块上洋壳年龄最老、磁条带异常最复杂、海山分布最密集、地质构造最独特、构造活动最强烈的一个区域, 为探讨区内众多海山的构造成因, 以板块构造理论为指导运用弹性板挠曲理论计算了中西太平洋海山区岩石圈的有效弹性厚度.结果显示, 研究区的有效弹性厚度总体上表现为北西高南东低的趋势, 西边的麦哲伦海山链表现出南北低中间高的趋势, 东边的中太平洋海山群呈现出由西往东厚度递减的现象, 且这2个典型区域的岩石圈有效弹性厚度与现今法属玻利尼西亚群岛处的比较接近.据此推测它们是在白垩纪期间(约130~90 Ma)形成于现今法属玻利尼西亚群岛处的大规模热点群附近, 且受到了后期火山岩浆活动的改造作用.      

2011 年日本东北Mw 9.0 级地震的岩石圈三维建模分析

 2011 年3 月11 日日本东北地区太平洋海域发生Mw 9.0 级地震。日本海沟板块俯冲速率高,地震活动性强,因此研究 程度高,到目前为止已获得了覆盖日本海沟弧前区域的地震波剖面数据。本文利用8 条岩石圈结构剖面建立了日本海沟的 三维岩石圈结构模型。日本海沟岛弧地壳由上到下包含5 层：古近系-新近系-第四系海相沉积岩、白垩系海相沉积岩、 岛弧上地壳俯冲杂岩、岛弧下地壳和地幔楔;日本海沟北部还存在中地壳;洋壳是一个双层构造,上层为熔岩和席状岩墙群, 下层为堆晶辉长岩;陆壳和洋壳之间存在一个低速的板间层。本文在三维模型基础上讨论了俯冲板块的弯曲点和弯曲轴等 几何学特征,分析了日本海沟俯冲带的历史地震和日本东北Mw 9.0 级地震主震和余震的震源分布,日本东北地区的地震活 动与太平洋板块向日本岛弧下方的俯冲活动关系密切。     

太平洋板块俯冲与中国东部中生代地质事件

中国东部至少自侏罗纪开始就一直处于俯冲大洋板块之上,但是有关俯冲板块对其影响程度一直有不同的认识。最近的研究表明,太平洋海山岛链的时空分布显示太平洋板块的漂移方向曾发生多次转折,这些转折与白垩纪中国东部的构造演化和岩浆事件有着密切的时空耦合关系。从时代和力学性质上看,太平洋板块俯冲方向的改变在很大程度上控制着中国东部中生代的盆地演化和郯庐断裂活动等重要地质事件。这些认识为理解中国东部构造演化提供了新的视角,包括岩石圈减薄的机制、郯庐断裂的演化,以及燕山期大规模岩浆活动等。本文重点分析了太平洋板块俯冲与中国东部中生代岩浆活动的对应关系。在125～140Ma太平洋板块向南西方向俯冲,造成中国东部岩石圈减薄,软流圈卸载上涌,发生减压部分熔融;约125Ma,太平洋板块漂移方向发生了大幅度转折,形成安第斯式的俯冲挤压,岩石圈停止减薄和减压部分熔融,出现岩浆宁静期。随着俯冲的深入,到110Ma前后俯冲板块后撤,形成弧后拉张,岩浆活动又重新开始。     

日本放射性年代测定的最新进展

日本国际岩石圈探查开发计划(简称DELP),现已正式开展了一年之久。1986年1月7、8两日,在东京大学召开了第一次DELP综合座谈会,这次座谈会作为计划性阶段曾重点考虑了“岩石圈计划与放射性年代测定”这一问题。     

从华北克拉通中、西部结构的区域差异性探讨克拉通破坏

详细的深部结构信息是深入认识华北克拉通显生宙改造和破坏的重要依据。基于密集流动地震台阵和固定台网记录的远震P波和S波接收函数资料,获得了跨越华北克拉通东、中、西部的3条剖面的岩石圈和上地幔结构图像,揭示了克拉通不同区域深部结构特征的显著差异。与东部普遍减薄的岩石圈(60～100km)相比,中、西部表现出厚、薄岩石圈共存的强烈横向非均匀性,既在稳定的鄂尔多斯盆地之下保留着厚达200km的岩石圈,又在新生代银川—河套和陕西—山西裂陷区存在厚度<100km的薄岩石圈,差异最大的厚、薄岩石圈仅相距约200km。岩石圈厚度在东、中部边界附近的约100km横向范围内显示出20～40km的迅速增加。岩石圈厚度的快速变化与地表地形从东向西的突然改变以及南北重力梯度带的位置大致吻合,并对应于地壳结构、地幔转换带厚度和660km间断面结构的快速变化。这种从地表到上地幔底部深、浅结构的耦合变化特征表明,东西两侧区域在显生宙可能经历了不同的岩石圈构造演化和深部地幔动力学过程。克拉通东部薄的地壳、岩石圈和厚的地幔转换带以及复杂的660km间断面结构可能与中生代以来太平洋板块深俯冲及其相关过程对这一地区岩石圈的改造和破坏有关;而中、西部存在显著减薄的岩石圈这一观测结果,并结合岩石、地球化学资料表明,克拉通岩石圈改造和减薄不仅发生在东部,而且可能影响了包括中、西部在内的更广泛的区域。岩石圈薄于100km的中、西部裂陷区可能与先前存在于岩石圈中的局部构造薄弱带相联系。这些古老岩石圈薄弱带可能经历了后期构造事件的多次改造,并在新生代印度—欧亚陆陆碰撞过程中被进一步弱化、减薄,最终造成地表裂陷。另一方面,中、西部总体较厚的地壳、岩石圈以及正常偏薄的地幔转换带表明,同太平洋深俯冲对东部的作用相比,包括印度—欧亚大陆碰撞在内的多期热-构造事件对该地区的构造演化影响相对较弱,不足以大范围改造和破坏高强度的克拉通岩石圈地幔根,从而造成了该地区现今岩石圈结构的高度横向不均匀。