台湾弧 - 陆碰撞的地球动力学过程

弧—陆碰撞是俯冲带发生的主要造山过程之一。在西太平洋 ,台湾、帝汶和巴布亚新几内亚还发生着活跃的弧—陆碰撞。其中台湾的构造是最不复杂的 ,因而其地质记录得以较好地保存下来。以前对台湾弧—陆碰撞的研究基本上依据陆地地质和地球物理 ,近年来台湾东部和南部的海洋调查极有助于更好地了解台湾弧—陆碰撞的演化。笔者综合了１９°～２５°Ｎ、１１９°～１２２°Ｅ的陆地与海洋资料 ,提出台湾陆上及其周边地区现今同时依序发生着４个地球动力学过程（洋内俯冲、初始弧—陆碰撞、高级弧—陆碰撞、弧的塌陷／俯冲）。台湾４个地球动力学…     

台湾及其附近海域区域地质特征与新构造运动

台湾位于欧亚板块与菲律宾海板块的交界带,中中新世开始的吕宋岛弧与欧亚大陆边缘碰撞造山运动形成了现今台湾及其附近海域的基本构造格局和特有的区域地质特征。通过对台湾岛地质考察和研究区各种调查资料的分析,总结台湾及其附近海域区域地质特征,具有出露地层新、构造活动年轻且强烈、受马尼拉和琉球两个俯冲带共同影响等特点;研究区的新构造运动主要受到弧陆碰撞的影响,表现出各种断裂作用极其发育、逆冲-褶皱带多见、火山和地震活动频发、地热温度比较高等特征,研究区中西部麓山带和台东纵谷-海岸山脉以及台湾南部和东北部海域是新构造运动的活跃区。     

南海地质、地球物理调查研究及研究方向

南海是西太平洋最大的边缘海之一。它东邻台湾、菲律宾群岛，西界中南半岛，北靠华南大陆，南至加里曼丹岛，面积约３５０ｘ１０４ｋｍ２，约为渤海、黄海和东海总面积的３倍，经济和地理位置十分重要。南海与台湾、菲律宾岛弧－海沟构成酉太平洋边缘最完整的沟－弧－盆构造体系，既具有西太平洋边缘沟－弧－盆构造体系的同一性，又具有其本身的独特性。因此，研究台湾－菲律宾及南海沟－弧－盆构造体系，对深入了解和认识西太平洋边缘沟－弧－盆构造体系的特征和演化规律具有特别重要意义。南海位于欧亚板块、太平洋板块和印度－澳大利亚板…     

东海陆架盆地南部中生代构造演化与原型盆地性质

东海陆架盆地南部夹持于欧亚板块、太平洋板块与印度板块之间,是发育在前中生代基础之上的中、新生代叠合盆地。其构造演化受古太平洋板块俯冲及特提斯-喜马拉雅构造域的联合影响,经历了印支末期基隆运动、燕山期渔山和雁荡运动的叠加改造。结合浙闽隆起带中生代火成岩事件、盆地构造变形、沉积学的一些证据,通过海陆对比研究,认为东海陆架盆地南部早-中三叠世可能为面向古太平洋的被动大陆边缘盆地;晚三叠世-侏罗纪古太平洋板块已对中国大陆有较强的俯冲作用,东海陆架盆地及南部原型盆地为活动大陆边缘弧前盆地;白垩纪受控于滨海断裂表现为活动大陆边缘走滑拉分盆地;古新世-始新世火山岛弧向东移动,东海陆架变为弧后裂谷盆地。     

菲律宾海板块东南边界地质过程与研究展望

晚中生代期间,由于古太平洋俯冲板片俯冲于欧亚板块之下,从而在欧亚大陆东缘存在一条巨型的类似于现今太平洋东侧的安第斯型俯冲带。岩浆活动记录显示,70 Ma左右,可能由于外来的正地形地体拼贴上该俯冲带,从而导致这条巨型安第斯型俯冲带逐渐消失,欧亚大陆东缘逐渐从主动大陆边缘变为被动大陆边缘。然而,新生代早期以来,伴随着菲律宾海板块从赤道北移,该被动大陆边缘又重新活化,变为主动大陆边缘,并逐渐形成了巨型的沟-弧-盆系统,期间西太平洋地区大致经历了三期的弧后扩张,即始新世、渐新世—中新世、上新世以来,且菲律宾海板块正好包括了这3个扩张期的弧后扩张盆地：西菲律宾海盆、四国海盆-帕里西维拉海盆以及马里亚纳海槽。本文详细总结了太平洋板块与次级的板块—菲律宾海板块及卡罗琳板块的地质演化历史,且详细探讨了以上3个主要板块之间相互作用的典型区域（菲律宾海板块东南侧）的地质学和岩石学特征以及尚存在的重要科学问题,并展望了未来该区域的研究方向。     

东海的形成与构造演化

东海地区构造演化的地球动力学背景处于晚三叠世以来古亚洲大陆形成、太平洋板块向欧亚大陆俯冲及印度板块向欧亚大陆俯冲的远程效应共同作用下。东海的海洋沉积环境是在上新世以来持续的构造沉降、弧后裂谷作用及全球海平面上升作用下形成的。东海地质构造的剖析及其形成演化的研究,对于理解亚洲地形现代地形格局的形成及大江大河的演化具有重要意义。     

东海南海交接带重磁场特征及新生代盆地成因

东海南海构造交接带及其邻近海区(简称交接带)位于中国东部大陆边缘,东邻俯冲板块边界。台湾以北是琉球海沟俯冲带,台湾以南为马尼拉海沟俯冲构造带。区域重磁资料分析结果表明,该东海陆架区存在3条重力高和2条重力低,重力高分别对应于闽浙隆起带、渔山低凸起和陆架外缘隆起,最大值高达50×10-5m·s-2;重力低对应于沉积盆地,最低值在台西南盆地,约为-20×10-5m·s-2。重磁特征表明东海盆地外缘台湾 钓鱼岛构造带具有明显的自由空间异常,磁场为平缓负异常,由古近系、白垩系或更老的变质岩及中新世的侵入岩组成,向南延伸至澎湖隆起。因为澎湖隆起具有高重力异常,放射性年龄表明这些碱性玄武岩形成于17 8～8MaBP,其特征同现在的琉球岛弧一样,可能是残留的古琉球岛弧。台西南盆地南侧(上陆坡)的凸起具有类似的幅度异常,呈ENE—WSW向,并消失在台西南盆地南段。新生代以来,盆地张裂活动具有不同时性,并向陆架边缘变得年轻。东海大陆边缘盆地属弧后残留盆地成因,多因岛弧的迁移而新生,但珠江口盆地则是被动大陆边缘裂陷作用所致。     

中国东南大陆边缘带岩石圈三维结构-动力学型式

通过中国东南大陆边缘至菲律宾海域太平洋间过渡带人工地震测深和天然地震面波层析成像的构造解析,发现大陆至大洋间的过渡带岩石圈存在不同的结构样式和动力学型式,结合地质学、构造地质学、地球化学和地球物理学其他标志的综合研究,建立起中国东南大陆边缘带岩石圈3种结构-动力学型式：盆岭结构伸展动力学型式（南海北部式）、弧陆楔状结构-碰撞楔入动力学型式（台湾式）和沟弧盆结构-俯冲动力学型式（东海式）。在论述中国东南大陆边缘带岩石圈3种三维结构特征的基础上,探讨了该区岩石圈3种基本动力学型式及其地质意义。     

东沙群岛海区晚新生代构造特征及其对弧-陆碰撞的响应

东沙群岛及其邻近海区(简称东沙海区)位于南海北部大陆边缘,东邻马尼拉俯冲构造带。为了讨论晚新生代以来东沙海区的构造变形特征,从中找出吕宋弧对中国东南大陆边缘碰撞的构造相关,特别是8Ma以来的吕宋岛弧和中国大陆边缘之间构造消减过程的响应。根据地震地层学分析,结合区域重磁资料、ODP184钻孔资料对东沙群岛海区晚新生代构造特征进行了分析。东沙海区自南海扩张后发育了3个沉积层序(层序Ⅴ,Ⅵ,Ⅶ),经历了较强烈的构造抬升作用、岩浆活动、沉积物剥蚀。该区发育NEE-SWW和NW-SE向两组断裂,且以NEE-SWW向断裂最为发育。断裂大多具有多次活动,且为上新世到第四纪的活动断裂构造,断块抬升幅度大,沿断裂带发生岩浆侵入。分析结果表明,晚新生代期间经历了二次重要的构造运动,即东沙运动(9．8-4．4Ma)和流花运动(1．89-1．4Ma),奠定了该区的构造格局。综合该区东强西弱构造变形、构造抬升发生的时间和应力场变化等特征看,该区受8Ma以来中国东部大陆边缘与吕宋岛弧碰撞所产生的构造运动的影响,在8Ma以前,由于台湾岛不存在,活动的古东海大陆边缘延伸至东沙群岛海区东北部。     

冲绳海槽北部的构造活动性硏究

西北太平洋各个边缘海盆虽同处于环太平洋构造活动带,但构造特征、形成机制和构造演化各不相同。例如南中国海发育在东亚大陆边缘,经过多次扩张形成了中央海盆,发育了大洋地壳,但洋陆壳边缘无火山弧发育,亦无明显的构造活动特征,地磁场平静,因此属于大西洋型边缘海盆。另一类边缘海盆如马里亚纳海槽,发育在两个海洋板块的汇聚带上,发育了活动的火山弧(马里亚纳弧)和残留弧(西马里亚纳弧),两列弧在北端合并为小笠原弧。四国海盆和帕里斯维拉(Parece Vela)海盆也属此类。 冲绳海槽与以上两类海盆不同,它发育在东亚大陆边缘地壳上,由陆壳张裂而成。在冲绳海槽和琉球海沟之间既发育了活动的火山弧(吐喀喇火山弧),也发育了大陆地壳性质的非火山弧(琉球弧主体)。东南亚地区的日本海、苏禄海槽(Sulu Trough)、班达海(Banda Sea)、安达曼海(Andaman Sea)属于这种类型的边缘海盆。但是如果把具有复杂的斜向张裂的安达曼海除外,冲绳海槽是世界上唯一一个典型的发育在大陆边缘,由陆壳张裂而成,处于裂谷作用最高阶段,海底扩张即将出现的弧后活动盆地。因此,冲绳海槽的现代构造演化将是这类边缘海盆演化的典型例证,对冲绳海槽构造活动性的深入分析研究将具有全球意义。 世界各国学者对冲绳海槽进行了许多调査研究,但主要集中在海槽的南部和中部,对海槽北部调查研极少,研究程度也最差。本文根据中国科学院海洋研究所自1988年以来在冲绳海槽北部完成的大量实测地质、地球物理资料,结合国内外其它单位的洋洋地球物理调查资料(包括海洋反射地震测量、海洋重力测量、海洋地磁场测量和水深测量),对冲绳海槽北部进行了较为详细的地质构造学研究。结果表明,冲绳海槽北部表现出强烈的构造活动特征,而不同于国内外本研究领域内流传的“冲绳海槽构造活动性南强、北弱”的观点。     

西太平洋弧后盆地的热液系统及其岩浆环境研究

研究海底热液系统及其岩浆环境,可为了解西太平洋流固界面跨圈层物质与热交换过程,揭示板块俯冲过程的岩浆活动和资源环境效应提供研究支撑。为此,研究了冲绳海槽热液活动的岩浆环境、马努斯海盆的热液柱以及弧后盆地和洋中脊背景下的硫化物与玄武岩的同位素组成,对冲绳海槽热液区附近玄武岩、安山岩、粗安岩、英安岩、流纹岩及其基性岩浆包体进行了岩相学、矿物学以及主量元素、微量元素和同位素组成分析,对马努斯海盆PACMANUS和Desmos热液区的热液柱及海水进行了测量,在海底热液区岩浆混合过程及时间尺度、透视冲绳海槽深部岩浆房及岩浆演化过程和岩浆对热液系统物质贡献研究方面获新进展,揭示了俯冲蛇纹岩对琉球构造带南部岩浆活动的影响,论证了熔体包裹体对弧后盆地岩浆演化的指示,获得了冲绳海槽玄武质岩浆来源新证据,揭示了弧后盆地与洋中脊硫化物和玄武岩中铁、铜、锌的来源及其同位素在硫化物形成和岩浆活动过程中的分馏情况,明确了热液柱的物理、化学空间结构与物质组成特征,以及热液柱的扩散受深度和底流流速的影响,且热液柱扩散过程中溶解铁浓度异常比溶解锰的维持时间更长。未来,发展非传统稳定同位素和挥发份测试技术,进一步了解西太平洋板块俯冲环境下热液活动与岩浆作用的关系,将有助于海底热液系统及其成矿过程研究获得新进展。     

东海陆架外缘隆褶带的形成与构造演化

东海陆架外缘隆褶带是菲律宾海板块俯冲带陆侧弧后裂陷盆地(陆架盆地与冲绳海槽)之间的水下残留火山弧.其地球物理特征、地层组成、岩浆活动及地质构造等均具有“东西分带、南北分块”之特征.本隆褶带的形成始于第三纪初,当时为陆缘弧;中新世末以后,由于琉球弧后冲绳海槽的张裂作用,遂成为古琉球弧的残留弧.其形成机理受东海构造格局控制,与菲律宾海板块的俯冲作用及俯冲带的东向迁移有关,东海隆褶带的形成和构造演化大致经历了四个阶段:(1)断隆火山弧(E₁₊₂)、(2)褶隆火山弧(E₃)、(3)褶隆残留弧(N₁)和(4)消亡残留弧(N₂～Q).最后一个阶段隆褶带与陆架盆地整体沉降,接受了厚约1500m的上新世-第四纪浅海相沉积.     

台湾弧前盆地构造反转的数值模拟

台湾造山带是世界上最年轻的活跃的造山带之一,位于欧亚板块和菲律宾海板块的交界处,具有独特的地质环境。海岸山脉位于台湾岛的最东侧,由残留的弧前盆地和火山岛弧组成,前者为北吕宋海槽弧前盆地经两期强烈的挤压剪切构造演化而来。利用FLAC6.0软件模拟了台湾弧前盆地逆冲构造反转的演化过程。通过模拟结果分析发现,台湾弧前盆地中逆冲构造的反转是由东向西逐渐发育而来,由局部向西倾斜的次级褶皱构造最终演化为整体向西的逆冲构造。地层厚度和岛弧基底的坡角对于褶皱的形成演化方式都起到了明显的控制作用。     

无震脊或海山链俯冲对超俯冲带处的地质效应

全球海底分布着众多的无震脊或海山链,且在太平洋、印度洋及大西洋均存在靠近俯冲带的海岭。除小安德列斯弧外的巴拉克达脊和蒂勃朗脊起源自转换断层外,一般认为它们由与板块构造动力学迥异的地幔柱动力学所形成的。在板块汇聚边缘处,与扩张脊处所形成的正常洋壳一起,无震脊或海山链俯冲于陆缘弧或洋内弧之下,其对弧及弧后地区的地质效应(构造、地貌、地震以及岩浆作用等)有别于正常洋壳俯冲。无震脊或海山链的俯冲通常造成俯冲带地区的上驮板块的局部异常抬升、俯冲剥蚀作用效应的加强、海沟的向陆迁移以及地震强度的增加。同时,无震脊或海山链俯冲时,其携带的具富集地球化学特征的物质不仅影响着地幔地球化学,也对弧及弧后火山熔岩化学产生明显影响,并对超俯冲地区的热液矿床的形成产生重要影响。最后,本文指出了我国有关无震脊或海山链俯冲的可能的研究方向包括黄岩海山链俯冲对吕宋岛弧的可能影响、印度洋无震脊俯冲对青藏高原局部地区的影响,有我国学者参与的IODP344航次的研究对象——科科斯脊俯冲对哥斯达黎加地震成因的效应以及位于西太平洋地区靠近俯冲带的一些无震脊等。     

台湾地质与板块构造模式

台湾岛虽然是西太平洋岛弧系的一部分,但是它具有岛弧系中许多其它岛屿所不具备的独特的地质和地球物理特征.这可能与它的特殊的地质发展历史有关.本文在概括地分析了台湾的地质和地球物理特征,以及有关台湾地质构造演化的一些有代表性的观点之后,提出了将台湾的地质构造演化划分为三个阶段的模式:1.中—晚中生代,安底斯型活动大陆边缘阶段;2.第三纪稳定大陆边缘阶段;3.更新世,吕宋弧逆时针转动和弧陆碰撞阶段.     

台湾海峡盆地的地质构造特征及演化

分析了台湾海峡盆地形成的区域地质背景,将其纳入东海和南海盆地形成的框架内考虑,研究其区域演化阶段和盆地演化特征。结果表明,以台湾海峡盆地为中心的包括南海北部陆缘和东海在内的中国东南沿海地区在古新世—始新世期间处于统一的边缘海盆构造背景之下,而自晚始新世起,南海北部大陆边缘与其北部的台湾海峡地区、东海逐渐走上了不同的演化道路,前者向非典型的被动大陆边缘演变,而后者则继续其自古新世—始新世以来的演化进程,形成了自古新世至晚中新世间的4个有序分布的裂陷盆地群和相应的盆间弧体系。台湾海峡盆地有两次独特的前陆盆地经历,分别发生于晚渐新世—早中新世和晚中新世末至今,并且以第二次前陆最为强烈。     

西太平洋科学大洋钻探的地球动力学成果

西太平洋聚集了地球上大量的边缘海盆和俯冲带,在全球地球动力学研究中占有举足轻重的地位,一直以来都是大洋钻探的重点区域。文章通过归纳过去40年来科学大洋钻探在西太平洋的地球动力学成果,分析当前大洋钻探的现状,进而探讨仍然存在的问题及未来钻探的区域。钻探成果揭示了边缘海盆的演化过程,包括日本海盆的弧后海底扩张成因,菲律宾海的弧后扩张和残留弧的形成模式及南海构造演化过程。深海沉积物的研究及玄武岩的地球化学分析为海盆的扩张成因提供依据,同时为了解海盆扩张过程中的地幔演化过程提供重要信息。大洋钻探成果表明,俯冲倾角大小不仅影响俯冲工厂的动力学机制,而且对俯冲板块耦合性具有控制作用。目前日本南海海槽发震带钻探项目的最大钻探深度为3056米,未来几年有望获得发震带的岩石样本。对于西太平洋的两个重要构造单元-Shatsky海隆和翁通—爪哇海台的成因机制问题,大洋钻探获取的依据仍不能单一地支持某一个假说。在南斐济海盆及赫布里斯海盆发现的大洋红层的形成主要受控于海盆的海底扩张事件。苏拉威西海和南海发现的大洋红层直接发育在大洋玄武岩之上,可能为海盆的扩张起标定作用。虽然过去进行了大量的钻探工作,但因西太平洋边缘海盆具有很大的构造多样性和复杂性,仍然有很多科学问题有待进一步开展研究。     

板块地层断裂是台湾俯冲极性反转的机理

构造背景台湾造山带位于欧亚板块和菲律宾海板块边界处。自早第三纪以来菲律宾海板块即向北至北西向移动,在台湾北部俯冲于欧亚板块之下,但台湾南部仰冲于欧亚板块之上,这两个板块之间的会聚产生了台湾北部东南面向的琉球岛弧和台湾南部北西面向的吕宋岛弧,台湾位于这两个相反面向岛弧间的转换带上。中新世时（碰撞之前）,吕宋岛弧位于它现在位置的东南方约５００ｋｍ之外,与菲律宾海板块一起沿北至北西向移动。琉球岛弧位于石垣-季马（Ｊｉｍａ）岛的北东方向,俯冲的菲律宾海板块的西边缘位于琉球岛弧南部北至北西向直线延伸。这个边界的西…     

新几内亚-所罗门弧俯冲体系动力过程:板块起始俯冲的制约

新几内亚-所罗门弧(PN-SL)位于印度-澳大利亚板块与太平洋板块汇聚边界、新特提斯构造域东端。晚白垩世以来,逐渐演化形成复杂的沟-弧-盆-台、俯冲时序完整的俯冲构造体系。受多期次、多类型板块俯冲起始作用的制约,PN-SL俯冲体系深部结构呈现出明显的空间差异性:板块俯冲深度由500 km减小至不足100 km,板块俯冲角度则由70°减小至30°。俯冲体系东侧毗邻的翁通爪哇海台作为世界上最大的海台,其显著的"凸起"构造以及低密度结构,重新塑造了PN-SL俯冲体系的构造格局,但不同于低密度结构俯冲诱发海沟位置后移、俯冲极性反转二元经典模式,弧后所罗门海盆发生反向俯冲的同时,中新世以来呈现出NW向、NE向和SW向的多向俯冲过程。这意味着翁通爪哇海台与PN-SL俯冲体系汇聚形变过程并非仅依据板块密度变化来简单解释,需要考虑其复杂的构造环境和诸多的构造要素。特别是作为岩石圈强度的重要影响因子—俯冲体系流体活动,导致岩石圈强度减弱、熔点降低的同时,伴随板块俯冲向地球深部运移,促使板片脱水并与地幔楔发生水化交代作用,进而改变壳幔物质组成及流变学性质,诱发地幔楔部分熔融和岛弧岩浆活动,是理解板块俯冲构造动力的关键切入点。     

冲绳海槽的地质构造属性

冲绳海槽构造属性是地学界争论的问题之一,迄今已提出过断陷盆地、坳陷盆地、弧间盆地、弧后盆地、边缘海盆、张裂盆地等多种看法。本文作者在多次赴冲绳海槽调查和系统总结前人研究成果的基础上提出,冲绳海槽是一条现代活动裂谷,具有一系列典型的裂谷构造特征,其活动机制属于与洋壳俯冲作用有关的弧后裂谷。