准噶尔盆地及邻区地壳磁性特征及其构造意义

准噶尔地块可分为东、西准噶尔构造区和准噶尔盆地.自古生代以来准噶尔盆地及其周边大规模的火山活动和复杂的构造演化、以及有关准噶尔盆地基底及其与周边的构造关系及其演化,一直存在争议.利用EMAG2岩石圈磁异常模型,采用三维反演技术,对准噶尔及其周边地区的地壳磁化率进行成像,得到了0~60 km深度范围之内的磁性结构.反演结果显示:准噶尔盆地腹部地壳磁性结构相对完整;西准噶尔地壳具有与洋壳俯冲相关岛弧环境的磁性结构;东准噶尔和吐哈盆地磁性层较厚且连续,具有古陆基底特征.此外,地壳磁化率异常展示了区域断裂构造及其深部延伸特征,同时显示在覆盖区可能存在隐伏深大断裂带.对该地区岩石圈磁异常成因的定量解释,为深入剖析准噶尔地区岩石圈构造及其与周边构造单元之间的关系提供了有益的资料和参考.      

西准噶尔及邻区的岩石圈密度结构特征及其构造意义

对西准噶尔及周边地区壳幔结构的研究是揭示准噶尔盆地演化的重要基础.利用最新的卫星重力场模型, 通过计算得到西准噶尔及周边地区的布格重力异常, 进而采用三维反演技术, 对西准噶尔及周边地区的地壳与上地幔顶部进行密度成像, 得到了0~80 km深度范围的密度异常结构.地壳密度分布显示古准噶尔洋壳有可能向NE和NW分别俯冲于西伯利亚板块和西准噶尔地块之下.上地幔顶部密度变化表明: 阿尔泰褶皱带具有相对较低的密度, 可能为古大陆巨厚的硅铝层所致; 哈萨克斯坦-准噶尔盆地具有相对完整的高密度结构; 天山褶皱带区域的密度大幅度变化刻画了超岩石圈断裂对岩石圈的切割以及岩石圈形变与构造活动的痕迹.      

青藏高原东北缘岩石圈密度与磁化强度及动力学含义

利用横贯柴达木盆地南北的格尔木—花海子剖面岩石圈二维P波速度结构以及地震波速度与介质密度之间的关系,建立了该剖面岩石圈二维密度结构与二维磁化强度的初始模型。依据重磁同源原理,在柴达木盆地重、磁异常的二重约束下完成了重磁联合反演,获得了该剖面岩石圈二维密度结构与二维磁化强度分布。结果表明:柴达木盆地地壳厚度沿测线变化较大,平均厚度约60km。在柴达木盆地南缘地壳厚约50km,达布逊湖附近地壳最厚为63km左右,大柴旦附近地壳较薄,为50km左右。柴达木盆地的地壳纵向上可分为三层,即上地壳、中地壳与下地壳。位于盆地中部的中、下地壳分别发育大范围的壳内低密度体,并处于上地幔隆起的背景之上;横向上可将盆地分成南北两个部分,分界在达布逊湖附近。整个剖面结晶基底埋深变化也很大,在达布逊湖附近为12km,在昆仑山北缘基底几乎出露地表。结晶基底的展布形态与地壳底界,即莫霍面呈近似镜像对称。综合研究认为,柴达木盆地的岩石圈结构存在着明显的南北差异,其分界在达布逊湖的北面。在盆地南部,岩石圈介质横向变化较小,各层介质分布正常;在盆地的北侧,岩石圈结构特别在中、下地壳和上地幔顶部横向上发生了变化。壳内低密度体的存在意味着柴达木盆地具有较热的岩石圈和上地幔,加之基底界面与莫霍面的镜像对称分布,形成与准噶尔盆地和塔里木盆地的构造差异。多种地球物理参数所揭示的地壳上地幔结构及其横向变化特点为柴达木盆地构造演化及青藏高原北部边界的地球动力学研究提供了岩石圈尺度的地球物理证据。     

苏鲁大别造山带岩石圈三维P波速度结构特征

本文全面收集整理并解析了地学断面、地震测深、体波和面波层析成像资料,得到了苏鲁大别造山带及其邻区岩石圈1°×1°三维P波速度数据体。研究结果表明,苏鲁与大别造山带高压、超高压变质带的岩石圈速度结构具有上地壳明显高速且上凸;中地壳增厚;下地壳埋藏较深且下凹等相似的基本特征。苏鲁和大别超高压变质带下的莫霍面比其周围深2～4 km,深度分别达到32～33 km和34～38 km。在大别造山带,有地壳低速体从南向北俯冲到上地幔的迹象,可能显示了扬子地块地壳物质向华北地块俯冲,坠入上地幔的残留体。超高压变质带岩石圈底部的地幔,往往有明显高速层或高速体存在。苏鲁与大别地区的岩石圈速度结构不同特征及其成因在于苏鲁地区上地壳P波速度更高,但是,下地壳下凹没有大别地区明显,而且区域构造较为均一。这可能是受到郯庐断层左行平移的主控影响所致。郯庐断裂带的上、中地壳和上地幔表现为相对低速异常,郯庐断裂及其地下延伸部分将岩石圈地幔浅部低速层和深部高速层切为两段,其影响深达岩石圈底部约90 km处。     

中国岩石圈三维结构雏型

根据岩石圈的流变习性,可以将中国岩石圈分成3层,即:弹性上地壳、塑性下地壳和岩石圈地幔.它们的构造各不相同,并且各层间呈现复杂的关系.在新疆地区,上地壳推覆叠置形成以三山四盆为特点的盆山构造,驮伏在一系列东西走向的条带状背型构造与向型构造的下地壳之上.在强烈隆升中的西藏地区,它的周边是差异隆升,但它的腹部地区的弹性上地壳完整未遭破坏.这是因为它的腹部的下地壳和岩石圈地幔发生局部熔融,上地壳被局部熔融的下地壳和岩石圈地幔顶托,以液压的方式整体抬升.华北地区,则是软流圈上升破坏了岩石圈地幔,形成新生地幔与残留地幔并存的蘑菇云岩石圈地幔构造.并由于软流圈的上升,使地壳拉张减薄形成裂谷盆地.中国大陆下除了东北吉辽地区太平洋板块向大陆俯冲外,东部其他地区都没有发现太平洋板块俯冲的证据.中生代以来中国东部发生的岩石圈巨变不是太平洋板块向中国大陆的俯冲而造成的,而是软流圈物质上涌的结果.因此,中国大陆当今的构造动力,是西部由印度板块俯冲推挤和东部东亚-西太平洋软流圈上升构成的二元系统.这两个动力系统的分界是南北地震带.在南北地震带以西整体处在压缩环境中:南北地震带以东,则处在拉张环境中.正是由于应力场由压缩转变成拉张产生的剪应力造成了南北地震带.华北地区所以成为地震活动地区是因为它的岩石圈地幔已被强烈的改造成为蘑菇云构造.热流上升,弹性层急剧减薄,弹性极限下降所致.     

海洋大地构造类型的岩石圈动力学分析

论证超级构造地貌单元与壳幔结构、异常地幔的关系,阐明地壳构造类型与岩石圈动力学的关系。依据岩石圈动力综合分析的观点,建立地壳单元成因类型模式,并论述大洋和大陆边缘构造域的地壳构造单元的成因类型和时空分布特征。     

天山西段岩石圈深部结构及其与南北盆地构造关系

根据深部地球物理资料 ,将天山造山带划分为三个不同的构造单元 ,各构造区岩石圈结构表现各异。天山西段岩石圈深部广泛存在低速 (高导 )层 ,它是构成天山地壳“扇状”构造样式的物理基础。天山的软流圈深度浅于南北两侧 ,它具有较高密度的上地幔物质和较深山根。它与南北盆地的深部构造关系为陆内俯冲关系 ,天山岩石圈的深部结构特征 ,与其所处地球动力学环境和中亚地壳组成不均一性有关     

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。     

胶东金矿集中区岩石圈结构与深部成矿作用

利用胶东及其邻区1∶2 0万重力异常和1∶10万航磁异常探测资料, 结合地震各向异性研究成果, 解析其三维岩石圈结构.在此基础上, 综合深部结构和矿床地质特征, 探讨深部作用与成矿动力学, 深化矿床成因认识, 为科学找矿提供决策依据.研究表明, 壳幔结构的不均一性制约着成矿系统物质和能量的交换, 反映在其结构、构造和演化等多个方面.矿集区为地幔隆起带的坳陷区, 幔坳与幔隆接触部位成矿强度大, 幔隆区的局部隆起部位成矿强度小; 金矿床主要分布于花岗岩变薄部位与变质岩的接触带上; 印支中晚期郯庐断裂带深切上地幔, 通过壳-幔相互作用, 将含矿流体系统输运到更高的层位, 发生蚀变、矿化作用.艾山岩体所处构造部位的特殊性, 反映了它可能是壳幔岩浆对流侵位中心.      

中国东南陆区岩石圈结构与大规模成矿作用

本文以区域地质、矿产地质为基础,与地球物理和岩石圈深部地质的研究成果相结合,对中国东南陆区的地块、造山带、古板块结合带、隆起带、坳陷带和断陷盆地的地壳厚度变化与物质结构、莫霍面形态、岩石圈地幔的厚度变化与结构进行了研究与构造区划.论述了燕山期陆内造山与喜马拉雅期大陆伸展及其导致的岩石圈物质结构调整作用,建立了隆坳构造分异与壳幔物质结构调整模式,探讨了本区地壳减薄的深部地质过程,分析了燕山期陆内造山的动力机制以及大规模成矿作用与岩石圈物质结构构造的相关关系.     

长江中下游及邻区的地壳密度结构与深部成矿背景探讨——来自重力学的约束

长江中下游成矿带是我国最重要的矿产资源生产基地之一。为了深入理解和认识此成矿带形成的深部构造背景及其岩浆活动与成矿作用过程,本文利用NW-SE向利辛-宜兴地球物理探测剖面的重力场资料构建了跨越长江中下游成矿带地域的二维深部地壳密度结构模型。并在结合其他已有研究成果的基础上,从Moho界面的展布形态、密度分布特征与壳内低密度区的存在等方面探讨了该区的深部构造格局与成矿作用过程。研究结果表明:长江中下游成矿带地域下方的地壳密度结构与其两侧地域存在显著差异;在宁芜矿集区下方的Moho界面呈上隆形态,矿集区存在密度值略低于两侧地域的低密度异常区。幔源岩浆的上涌底侵与MASH成矿作用可较好地解释该区的结构与构造形态以及在地表所见到的岩浆广泛存在和矿产资源富集的特征。岩石圈地幔物质在宁芜矿集区下方的上涌导致了Moho界面的抬升,而脆性上地壳中的伸展断裂则为岩浆的向上运移与矿产资源的形成提供了有利场所与环境。     

The crust and upper mantle of the Sulu UHPM belt

All results from integrated geophysical investigations in the Sulu region are summarized in this paper, trying to reconstruct the Sulu UHPM processes. New seismic S-wave tomographic results suggest a velocity-abnormal zone occurs beneath the Sulu crust, revealing detailed upper mantle structures that high-velocity lumps within the abnormal zone are sequentially distributed beneath the bottom of the asthenosphere. These high-velocity lumps might represent delaminated eclogites or residuals of the subducted oceanic plate. Based on integrated interpretation of the geophysical data, we propose a working model for tectonic reconstruction of the Sulu UHPM processes, which can explain the crust and upper mantle structures of the area. The involved tectonic processes are related to north-eastward escaping of the Sulu terrane, subduction and delamination cycles of the Dabie-Sulu oceanic plate, and post-orogenic lithospheric thinning and magma underplating. The UHPM rocks are believed to have syn-subduction delaminated down to the bottom of the asthenosphere during 245-180 Ma, and the delamination process seemed smooth and nearly continuous without extensive violence.     

华北地块南部巨型陆内俯冲带与秦岭造山带岩石圈现今三维结构

豫西横穿秦岭造山带的反射地震为主的综合地球物理探测，发现秦岭现今北界存在华北地块南部自北向南向秦岭的巨型陆内俯冲带，深达Ｍｏｈｏ面以下，与之相伴而生，在中上地壳发育自南向北的逆冲推构造带，千公里东西向延伸，主要发生于晚白垩世１００Ｍａ±，成为秦岭与华北地区块间中新生代重要陆内构造，它是秦岭造山带岩石圈现今三维结构的基本要素和组成部分，秦岭造山带岩石圈现今结构具有流变学分层的“立交桥”三维结构框架模型。显然它们具有统一的动力学背景，是秦岭造山带现今处于印度－青藏、太平洋和欧亚板块的西伯利亚地块等三大构造动力学体系复合部位，导致其从深部地幔动力学的最新调整到上部地壳响应所发生的壳幔等圈层相互作用的综合产物，可能是大陆长期保存、演化的主要途径与形式之一，具有重要的大陆动力学意义，对中国大陆构造、灾害、环境研究也具重要意义。     

华南壳幔结构与动力学的宽频地震观测研究

了解华南各岩石圈块体壳幔结构和各向异性方面的差异是揭示华南深部构造演化的基础。本文利用布设于华南的两条宽频地震测线观测数据,采用多种地震学方法对华南的地壳上地幔结构和各向异性进行了研究。接收函数结果表明,华南地区地壳厚度和岩石圈厚度都较薄,地壳厚度自东南沿海向西北内陆增厚,扬子克拉通的泊松比(波速比)低于华夏块体,表明扬子克拉通地壳较华夏块体更偏长英质。约北纬29°以北的扬子克拉通地幔转换带厚度明显增厚,可能是由地幔转换带底部停滞的冷的古太平洋板片或中生代克拉通碰撞残留造成的。层析成像结果显示华南上地幔具有很强的横向差异性,上地幔中的强烈低速异常体可能对应了晚中生代发生广泛岩浆作用时的岩浆房和岩浆通道。台湾下方的上地幔存在南北横向差异明显的高速异常,分别对应台湾南部向东俯冲的欧亚板块及台湾北部向北俯冲的菲律宾海板块。俯冲的欧亚板块在台湾南部是连续的,而在台湾中北部,由于与菲律宾海板块的相互作用,俯冲的欧亚板块被折断。剪切波分裂结果显示,以江绍断裂为界,华夏块体与扬子克拉通的岩石圈地幔各向异性存在明显的横向变化,表明两者的构造演化过程有显著差异。     

Gravity field,surface topography,and volcanic complexes of Kamchatka and its junction with the Aleutian arc

The paper deals with interpretation of global digital maps of gravity anomalies and surface topography for the northwestern Pacific and Kamchatka regions. A transformation procedure is suggested to reveal subtle features of surface topography against high elevation contrasts. Gravity data (free-air and Bouguer anomalies) have important implications for the evolution of the circum-Pacific region and the problems of volcanism and geodynamics in subduction zones. The patterns of gravity anomalies and transformed topography interpreted jointly with onshore and offshore geological data can make a basis for tectonic paleoreconstructions of upper crust and lithospheric mantle structures.     

龙门山中段及邻区地壳密度结构及其地球动力学启示

龙门山是我国东西构造、地貌分界线的重要组成部分。其两侧的岩石圈结构差异,是形成龙门山造山带的主要原因之一,并对龙门山的构造演化起着持续影响。为了解龙门山两侧壳幔结构差异,本文从重力角度探讨跨龙门山地区的地壳密度结构。我们使用EGM2008模型的重力异常数据,以最新的阿坝-遂宁人工源地震剖面速度模型为基础,得到了龙门山造山带中段及其邻区的精细地壳密度结构。密度结构显示松潘-甘孜地区和四川盆地分别具有软弱和坚硬的下地壳。根据本文所得到的地壳密度结构模型,我们认为龙门山的隆升主要受印度洋板块与欧亚大陆板块的陆-陆碰撞作用影响,强烈的挤压作用使青藏高原物质向东运移,东移物质在青藏高原东缘龙门山地区受到坚硬的四川盆地的阻挡转而向上运移,造成了龙门山的隆升。     

南北构造带北段S波分裂研究及其动力学意义

南北构造带北段位于青藏高原东北缘及其向北东方向扩展的区域,其岩石圈变形特征对于探讨青藏高原东北缘变形机制及其扩展范围具有非常关键的意义。地震波各向异性能很好地反映上地幔的变形特征。因此,本文对布设在南北构造带北段的流动地震台站记录的远震波形资料进行S波分裂研究,获得了研究区上地幔各向异性图像以及该区岩石圈地幔的变形特征信息。S波分裂研究结果表明,研究区地震波各向异性来自于上地幔,区内不同构造单元上地幔各向异性方向不尽相同。快波方向分布显示,青藏高原东北缘,鄂尔多斯西缘以及贺兰构造带北段的快波方向主要表现为NW-SE向,与前人在银川地堑和贺兰构造带中、北部得到的NW-SE向的上地幔各向异性方向一致,显示这些地区岩石圈地幔变形一致,该结果表明青藏高原东北缘向北东方向扩展的影响范围已到达贺兰构造带北段。阿拉善地块内部快波方向显示为NE-SW向,与阿拉善地块北部存在的北东向展布的晚古生代岩浆岩方向一致,表明该NE-SW向的快波方向可能代表地是“化石”各向异性,是晚古生代阿拉善地块受到古亚洲洋闭合作用的结果。此外,鄂尔多斯地块内也存在NE-SW向的各向异性方向,与区内中-晚侏罗世存在的NE-SW向逆冲推覆构造方向一致,因此该各向异性方向也代表了“化石”各向异性,是鄂尔多斯地块受到古特提斯构造域的块体碰撞、古太平洋板块北西向俯冲以及西伯利亚板块向南俯冲共同作用的结果。     

华北地区东部岩石圈导电性结构研究——减薄的华北岩石圈特点

华北古大陆克拉通解体、岩石圈减薄的深部过程,对于建立中国大陆中新生代演化动力学模型是亟待深入研究的重要科学问题,因而"华北克拉通破坏"也就成了当前学术界的热门话题。为了研究"华北克拉通破坏"首先需要给出较准确的华北岩石圈结构,这必须依靠包括超宽频带高精度大地电磁深探测在内的现代深部地球物理探测技术。2001和2005年在华北地区东部布置了应县—商河(HB-MT01)、文水—日照(HB-MT02)大地电磁测深剖面进行研究。研究结果表明,在华北地区东部沿地壳-上地幔探测剖面可划分为4个电性区,区内发现有下地壳高导带和上地幔高导层存在。文中依据研究区壳-幔电性结构特征,推断华北地区东部地壳和上地幔之间发生过大规模构造运动,导致壳-幔之间存在解耦现象。研究结果还发现,华北东部确实存在岩石圈减薄区,其岩石圈厚度约50~80km厚。岩石圈明显减薄的区域包括北太行山隆起、华北裂谷带北部和鲁西断隆,其范围比原先认识到的要复杂,并非以太行山重力梯度带为界划分东、西两区,简单地认为东区即是减薄区。此外,在华北地区东部的现代高精度大地电磁探测结果也进一步证明了地球物理观测对于大陆动力学研究的重要性,这使人们更加认识到在今后的研究中必须强调地球物理-地质-地球化学之间的有机结合。     

Temperature and density of the Tyrrhenian lithosphere and slab and new interpretation of gravity field in the Tyrrhenian Basin

The gravity anomaly field of the Tyrrhenian basin and surrounding regions reflects the complex series of geodynamic events active in this area since the Oligocene–Miocene. They can resume in lithospheric thinning and asthenospheric rising beneath the Tyrrhenian Basin, coexisting with the roll-back subduction of the African plate margin westward sinking beneath the Calabrian Arc. The geographic closeness between these processes implies an intense perturbation of the mantle thermal regime and an interference at regional scale between the related gravity effects.A model of the litho-asthenospheric structure of this region is suggested, showing a reasonable agreement with both the evidences in terms of regional gravity anomaly pattern and the results concerning thermal state and petro-physical features of the mantle. The first phase of this study consisted of the computation of the isotherms in the crust–mantle system beneath the Tyrrhenian Basin and, afterwards, of the density distribution within the partially melted upwelling asthenosphere. The second phase consisted of a temperature/density modelling of the slab subducting beneath the Calabrian Arc. Finally, a 2^1 / 2 interpretation of gravity data was carried out by including as constraints the results previously obtained. Thus, the final result depicts a model matching both gravity, thermal and petrographic data. They provide (a) a better definition of the thermal regime of the passive mantle rise beneath the Tyrrhenian basin by means of the estimation of the moderate asthenospheric heating and (b) a model of lithospheric slab subducting with rates that could be smaller than generally suggested in previous works.