福建省地壳——上地幔结构及深部构造背景的研究

本文主要根据区域、深部物探资料成果,结合地质特征,综合论述了与福建省地壳—上地幔及深部构造背景有关的重要基础地质问题:本省地壳可分为上、中、下三层,内有七个速度层,壳—幔分为七个电性层,据此建立了地壳—上地幔综合柱状图及圈层结构综合模式;省内断裂分为岩石圈、地壳、基底、盖层四种类型,最重要的断裂有七条,总结出本省构造格架具有东西分带、南北分块的特征;深部构造从东到西地幔具有陡坡带—坳陷带—缓隆带及岩石圈顶面具有深凹陷—狭窄隆起带—隆起的分区特点;提出松溪—长汀、滨海两条古俯冲带,将本省及邻区划分为武夷、戴云、台湾三个古板块及四个相应大地构造单元;提出在同安—莆田—带深凹陷上存在印支期古俯冲事件残迹,并探索了与其有关的四个大型推覆构造、三个环状构造,以及东部火山岩区存在古裂堑构造等;将省内花岗岩类成因划分为 I、S 及过渡型,探讨了它与深部构造及与板块活动关系等;论述了深部构造与内生金属矿床分布的关系,总结出了控制本省矿床形成的七种基本要素,圈出了三条主要成矿远景带及17个远景区,为今后进一步开展地勘工作提供了依据。     

中国大陆岩石圈壳幔韧性剪切带系统

众多地震测深剖面的地质构造解析显示,大陆岩石圈存在既有显著差异又有密切联系的两套断裂系统,即以地壳表层脆性剪切带为主的浅层断裂系统和以切割莫霍界面的壳幔韧性剪切带为主的深部断裂系统。根据地震测深速度结构特征,结合深部构造岩石地球化学的综合研究,将切割莫霍界面或壳幔过渡带的壳幔韧性剪切带划分为三类(俯冲带、缝合带和剪切带)五型(大陆岩石圈边缘海沟俯冲带、大陆岩石圈碰撞缝合带、挤压型壳幔韧性剪切带、伸展型壳幔韧性剪切带和走滑型壳幔韧性剪切带)。建立起中国大陆岩石圈构造变形由地壳表层向深部扩展以及由壳幔过渡带向地壳中上部扩展的岩石圈双向扩展模式。壳幔韧性剪切带既是无机成因天然气等深部流体的通道,又是地震活动区的发震构造之一,因此研究大陆岩石圈壳幔韧性剪切带具有重要学术价值和实际意义。     

西藏羌塘盆地大地电磁测深研究

介绍了大地电磁测深在西藏羌塘盆地的主要研究成果，对羌塘盆地的区域构造特征和构造格局作了初步的探讨；较详细地分析了羌塘盆地的深部地电结构，研究表明，南北羌塘在深部电性结构上具有明显的电性差异，在南羌塘和班公湖－怒江缝合带，一般有两个壳内高导层，而北羌塘一般只有一个壳内高导层，缺失下地壳高导层，这可能与青藏高原地壳物质东流关，羌塘盆地的岩石圈厚度为１００～１３０ｋｍ。     

新疆地学断面（独山子—泉水沟）走廓域及邻区地球物理调查综合研究

沿新疆地学断面 (独山子-泉水沟 )走廊域实施了多种地球物理方法调查研究。对岩石圈现今活动性、位场异常图像处理与岩石圈变形踪迹、地体基底构造与边界断裂划分等进行了综合研究。整条地学断面处于近SN向的挤压环境中。挤压力一方面来自印度板块向北的推挤 ,另一方面来自增厚岩石圈根带下沉的拖力。塔里木岩石圈呈刚性 ,且整体变形 ,对应力的传播起到放大的作用。阿尔金断裂向南延展进入西昆仑造山带 ,南端与泉水沟断裂相接 ,并且斜截了库地断裂和康西瓦断裂。中天山地体与北天山地体与准噶尔盆地统属同一基底构造区 ,南天山地体与北塔里木统属同一基底构造区。南北塔里木是 2个基底性质不同的地体。 4 0°N是分割南北塔里木的地体边界断裂。研究结果表明 ,新疆新构造运动不是古板块的简单复活。     

长江中下游地区中生代陆内构造作用与成因分析

长江中下游地区多期构造叠加、复合联合作用明显,中生代以来地壳运动频繁、构造活动强烈,地表为桐柏-大别造山带,九岭-江南隆起带,其间为对冲样式构造组合的长江复合构造带。大别造山带前陆深地震反射剖面揭示长江中下游深部为“双鳄鱼构造”状态,大量前陆断褶带的物质被掩盖在大别造山带之下,岩片叠置、断裂交错的镶嵌构造极为发育,下地壳切过莫霍面向北俯冲,是后期岩浆的活动通道和就位空间。综合地球物理剖面揭示下扬子地区南北岩石圈结构差异明显,上地壳南北对冲构造发育;下地壳为向北倾斜的构造带,北部仍向南逆冲,南部切过莫霍面向北俯冲。长江中下游地区上述构造的形成受控于长江陆内异化带的作用,该带是一条陆内岩石圈规模的向北倾斜的破裂带,发生在中国大陆形成之后,不受早期板块界线的控制,是岩石圈规模的大陆异化、物质重建、结构重组的产物;主要结构特征为上地壳对冲式逆断层组合,中地壳为水平流变层,下地壳切过莫霍面由南向北俯冲;形成过程是印支晚期-燕山早期中国陆内近南北向挤压,地壳破碎,岩石圈加厚;燕山晚期大规模伸展拉张,岩浆活动,壳幔混熔。特殊成因机制和演化过程的综合效应是长江陆内异化带的地质内涵。深部物质沿长江陆内异化带上升,在上部地壳内多期叠加构成的构造格架中就位,岩体形态在深部近东西向呈带状,中部状态复杂,浅表受控于多种构造组合形式,见空即灌。     

塔里木盆地与天山山脉晚新生代盆山耦合机制

根据塔里木盆地北缘地质构造几何学和运动学资料、油气勘探地震剖面、人工地震测深、地震层析成像以及地热资料,提出了塔里木盆地、准噶尔盆地岩石圈地幔在天山岩石圈之下碰撞并发生拆沉的盆山耦合机制的概念模型。由于印藏碰撞,青藏高原的北部前缘岩石圈地幔与塔里木盆地岩石圈地幔形成V字形碰撞结构,推动塔里木地块的高强度岩石圈向北运动并俯冲到天山岩石圈之下,以水平俯冲作用在中天山北缘岩石圈之下与准噶尔盆地向南俯冲的岩石圈地幔碰撞,并发生后剥拆离。塔里木岩石圈俯冲的过程中,形成库车再生前陆盆地和再生前陆冲断带以及再生天山山脉。冲断量约为塔里木俯冲量的20％。这一盆山耦合模型可以解释盆地构造、盆地沉降、山脉隆升、岩石圈深部构造和热特征。     

新生代以来中国大陆岩石圈尺度的大地构造分区

基于大陆根柱构造概念，讨论了新生代以来大陆岩石圈尺度的大地构造分枢，地壳浅部主要表现为３种形态，即西部挤压造山带、东部大陆裂谷带和中部克拉通块体群，它们分别对应山根与造山岩石圈根、地幔热柱和大陆（岩石圈）根，认为浅部构造开矿对对壳幔深部构造的一种响应，简述了地于岩石圈度的３个大地构造单元的软流圈     

华北克拉通晚中生代壳-幔拆离作用: 岩石流变学约束

大陆岩石圈的流变学结构对于岩石圈深部过程(壳/幔过程)有着深刻的影响,直接表现在岩石圈壳-幔结构与浅部构造上.本文注意到华北克拉通晚中生代岩石圈减薄期间地壳的伸展、拆离与减薄在不同地区的宏观、微观构造及地壳岩石流变学等方面的差异表现与区域变化,以及现今和晚中生代时期岩石圈厚度的不均匀性.讨论了以水为主体的地质流体的存在对于岩石圈流变性的影响.综合克拉通东部与西部地壳/地幔厚度变化特点以及下地壳和上地幔含水性特点,阐述了晚中生代时期华北克拉通岩石圈内部壳幔耦合与解耦的规律,提出了华北岩石圈壳-幔拆离作用模型以解释华北克拉通晚中生代岩石圈减薄的基本现象与深部过程.提出区域性伸展作用是岩石圈减薄的主要动力学因素,东部地区在晚中生代伸展作用过程中壳-幔具有典型的解耦性,上部地壳、下部地壳和岩石圈地幔的变形具有显著差异性.而西部区壳幔总体具有耦合性,下地壳与岩石圈地幔共同构成流变学强度很高且难以变形的岩石圈根.     

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.     

新疆北天山晚古生代洋盆演化与推覆构造

通过实地考察并综合区域及深部物探资料,研究了北天山逆冲推覆系统的构造样式、结构特征和组合方式;认为北天山晚古代洋盆为板内地壳扩张活动形成的裂陷构造产物,存在时限短暂、对生物群迁移基本没有阻隔作用,不应具有分隔岩石圈板块的大地构造意义。     

华南和南海北部陆缘岩石圈速度结构特征与沉积盆地成因

新近地震层析资料表明, 华南和南海北部陆缘岩石圈及下伏的软流层中存在规模宏大的低速异常带, 它们在研究区新生代演化历史中曾发挥重要的控制作用.其中, 岩石圈底面及内部的巨型NW向异常低速带表明中生代末至新生代早期的神狐运动不仅在华南与南海北部陆缘产生NE向张裂构造体系并催生出内陆-陆架-陆坡沉积盆地, 还导致南海海盆的早期扩张.软流层NNW向的异常低速带则反映岩石圈SSE向的蠕动直接导致南海中央海盆的海底扩张及陆缘地区的持续裂解.研究区深部速度结构特征是历史动力过程所残留的痕迹, 华南陆缘和南海北部新生代沉积盆地的形成和发展, 与岩石圈及软流层的结构和运动方式密切相关.      

新疆岩石圈三明治结构与油气资源

重力勘探是普查油气盆地常用的方法。利用重力研究岩石圈构造时，卫星重力具有独特的作用。它不但与自由空气重力异常相似。能直接反应岩石圈物质的积聚或亏损。可以获得较深处物质产生的重力场，还可以利用对重力场的分解处理，突出分层深度的异常特征，用以分析研究不同深度物质对重力场的贡献。根据对卫星重力异常的解释，可以将新疆地区岩石圈分成3层。最上层是中新生代陆相断陷盆地巨层。它的特点主要是四盆（伊宁盆地、准噶尔盆地、吐哈盆地和塔里木盆地）三山（阿尔泰山、天山和阿尔金山）的特殊景观。中间层是海相古生代盆山构造巨层。它是在印支-燕山期．强烈的挤压褶皱使地壳发生规律的平行线状排列盆山构造。最下层是低密度块体基底层。新疆地区岩石圈三明治构造的形成是因为在喜马拉雅期．印度板块自西南向东北的俯冲作用下．对古生代末已拼合成大陆的新疆地区进行改造，西天山的婆罗科努山、察布查尔山、阿拉沟山、额尔宾山、霍拉山等山系横向隆升。它们和南天山山脉一起。将新疆地区分割而成。从这项研究中得到启示，西部寻找油气资源不应局限于新生代盆地，而要考虑深部构造对地表出露盆山构造的控制。     

地壳的拆离作用与华北克拉通破坏:晚中生代伸展构造约束

伸展条件下的地壳拆离作用是岩石圈减薄的重要浅部构造响应。晚中生代时期的伸展构造(包括拆离断层、变质核杂岩构造和断陷盆地)在华北、华南、东北和东蒙古及贝加尔地区普遍发育,它们切过上部地壳(断陷盆地)、中、上地壳(拆离断层)或中部地壳(变质核杂岩)。地壳拆离作用具有运动学极性(NWW或SEE)、几何学宏观(区域)对称与微观(局部)不对称性、遍布全区但不均匀性,以及形成时间的跨越性(140~60Ma)等特点,并使得地壳和岩石圈发生显著的减薄。本文研究揭示出现今岩石圈厚度变化与晚中生代伸展构造的发育程度和分布之间并没有必然的联系。其变化的基本规律是,除新生代裂陷发育区岩石圈厚度明显较小且厚度有迅速变化外,从华北向贝加尔地区总体的变化趋势是逐渐加厚,也即东亚地区岩石圈具有楔形形态。晚中生代时期的地壳(或地幔)拆离作用伴随着广泛的岩石圈减薄作用,区域岩石圈同时遭受到一定程度的减薄和破坏,华北克拉通在这一时期的破坏仅仅是区域岩石圈减薄在华北的具体体现。     

青藏高原隆升对新疆天山山脉地壳-上地幔构造的影响

依据地震层析和接收函数的结果获得了天山山脉东段和西段的深部构造的速度图像,探讨了印度板块向北推进和青藏高原隆升对天山山脉造山作用的影响以及天山山脉不同地段的地壳上地幔构造的差异。克拉玛依—库车剖面上清楚地展示出,天山是由高速和低速的地体拼合而成。来自塔里木的高速体向北俯冲到天山达200km以下的深度,而来自准噶尔盆地的高速体则没有明显地向南推进,说明由南向北的推进是很强的,它是造成天山山脉继续隆升的主要动力,从而造就了天山山脉。天山山脉在Moho面以上的部分是中天山北缘断裂和中天山南缘断裂之间的低速体与两侧的高速体拼合成的,其南北宽度约350km,向深度延伸越过200km。塔里木盆地和准噶尔盆地均为高速体的范围,天山山脉东段Moho面以上的地壳部分,南部高速体有向北推进和俯冲的特征,但不明显。夹在两盆地之间的天山主要为低速体,仅在乌鲁木齐和北天山山前断裂以南有残留的高速体,深度不超过30km,这表明天山是由速度不同的地质体挤压而拼合成的。天山延伸到乌鲁木齐以东,向深部的延伸仅仅100km上下。在富蕴—库尔勒剖面上,塔里木板块向北的推进相对于克拉玛依—库车剖面有所减弱。天山西段表现出强烈的造山作用,向东逐步减缓,到达天山的东段,虽然天山深部的构造活动仍然在继续进行,地震活动频繁,可是,活动区域集中在天山底部不过100km上下。说明山根的范围比西部减少了近一半。     

燕山陆内造山作用的深部制约因素

中生代燕山陆内造山带是在克拉通软弱带上发育起来的。陆内造山作用受到深部条件的制约是与陆缘造山的主要区别。深部制约表现在:(1)继承性的构造活动;(2)断块的差异升降;(3)主动裂谷盆地演化;(4)岩石圈剧烈的构造变动。其中,岩石圈剧烈的构造变动和主动裂谷盆地演化直接受制于上地幔的影响,而断块差异升降是深部作用的间接反映。继承性的构造活动贯穿于燕山运动各个时期,其表现形式可以不同。这些深部影响因素随着时间是有变化的,存在交叉叠置,但是构造-岩浆活动的深度总的来说趋于越来越浅。与其他陆缘、陆间造山带对比,可以看到深部热体制调整在燕山陆内造山作用中是最重要的因素。陆内造山作用是上部地壳对岩石圈不同深度层次剧烈变动的响应,地壳以及岩石圈的加厚和随后的变薄是其实质性的构造过程,不仅导致岩石的变形,而且也引起了山脉的隆升。     

Deformation of the Caledonide lithosphere of northwest Scotland

An interpretation of the MOIST seismic reflection profile along the north coast of Scotland has shown the pattern of deep crustal structure across the margin of the Caledonian orogen with the Hebridean cratonic foreland to the northwest. It is proposed that the lower crust of the orogen is characterised by a suite of easterly dipping thrusts that divide it into flakes that were imbricated during lateral compression of the lithosphere. The effects of concomitant and subsequent uplift and erosion led to the removal of the major part of the upper crust within the orogen so that the present crust and Moho are largely the relics of the Caledonian lower crust. As time progressed, the thrust front encroached further into the foreland and cut down to a basal décollement at successively deeper levels. This behaviour is explained as a consequence of the response of the brittle-ductile transition to changing the temperature regime, rock composition and strain rate as the orogeny proceeded. Palinspastic reconstructions of the whole lithosphere illustrate the process. Following the compressional phase of the orogeny, uplift led to initiation of extension and the reactivation of the thrusts as normal listric faults. Rotation of basement blocks gave rise to wedge-shaped sedimentary basins.     

Three-dimensional thermo-mechanical modeling of the Cenozoic uplift of the Tianshan mountains driven tectonically by the Pamir and Tarim

We develop a three-dimensional thermo-mechanical model as an approximate representation of the lithosphere of the Tianshan orogenic belt and adjacent geological units for simulating the uplift mechanism of the Tianshan mountains in the Cenozoic. We apply a velocity boundary condition approximating the northward push of the Pamir and Tarim against the Tianshan block to derive lithospheric deformation of the model. In particular, we investigate systematically the influence of gravity-induced creep deformation on mountain uplift. Our modeling results indicate that: (1) the modeled topographic pattern coincides well with the actual topography, implying that the tectonic push of the Pamir and Tarim can cause significant uplift of the Tianshan mountains; (2) the lithosphere of the Tianshan mountains is mechanically weaker than that of the platforms to the south and north of the Tianshan orogenic belt; and (3) the gravity-induced creep deformation has a significant influence on the process and elevation of mountain uplift. Therefore, when subjected to the tectonic compression resulting from the northward push of the Pamir and Tarim, the relatively weak lithosphere of the Tianshan mountains would deform easily and hence absorb more shortening, resulting in lithospheric thickening and consequent mountain uplift.     

Intraplate deformation and 3D rheological structure of the Rhine Rift System and adjacent areas of the northern Alpine foreland

The lithosphere of the Northern Alpine foreland has undergone a polyphase evolution during which interacting stress-induced intraplate deformation and upper mantle thermal perturbations controlled folding of the thermally weakened lithosphere. In this paper we address relationships among deeper lithospheric processes, neotectonics and surface processes in the Northern Alpine foreland with special emphasis on tectonically induced topography. We focus on lithosphere memory and neotectonics, paying special attention to the thermo-mechanical structure of the Rhine Graben System and adjacent areas of the northern Alpine foreland lithosphere. We discuss implications for mechanisms of large-scale intraplate deformation and links with surface processes and topography evolution.     

岩石圈地幔结构及其对中国大型盆地的演化意义

P_n波是通过莫霍面下方的上地幔顶部的地震波.由于P_n波的速度随温度和物质成分而变化, 以及P_n波各向异性可以反映地幔形变的历史.因此P_n波的速度以及各向异性成为探索岩石圈结构的重要工具.中国岩石圈地幔的P_n速度的特征是很高速的异常区和很低速的异常区呈镶嵌状出现, 反映了地质结构的不均匀性.西部大型盆地(塔里木、准噶尔、吐哈、柴达木和四川盆地) 具有较高的P_n速度和较弱的各向异性, 反映出这些盆地的岩石圈是冷的和坚硬的, 其变形较小.大面积的华北地区, 在太古代的基底下具有明显的P_n波低速度.研究结果表明与这些地区裂谷、岩石圈减薄和地幔上涌区相一致.P_n波各向异性与在最新(和目前正在进行) 的大规模变形期间, 岩石圈地幔沿NNE向右旋简单剪切相一致.华北的金矿藏以及华北和松辽盆地的石油储藏的位置明显地与该区的低P_n波速度区相吻合, 表明该区金属成矿和油储的形成与中、新生代以来在岩石圈地幔中的热活动, 以及壳幔之间的相互作用过程密切相关.