GIS拓扑关系中广义Euler公式的理论导出及应用

结合GIS专业, 引入了可以包括复连通区域的群的概念. 在此基础上, 使用数学方法推导并证明出GIS拓扑关系中的广义Euler公式, 证明了该公式的性质, 阐述了利用Euler公式和广义Euler公式进行多边形图拓扑信息自动生成的数学原理及拓扑信息正确性检验的方法, 给出真节点-链-岛-群之间的定量关系, 同时把全球赤平极射投影引入到地理信息系统中, 定义了“海”的概念, 将赤平极射投影中球面的极射点代替GIS中平面上的无穷远点, 在广义下建立了球面与平面的一一对应关系. GIS拓扑关系中的广义Euler公式的推出和全球GIS赤平极射投影的引入, 为GIS拓扑模型描述从平面推广至球面、甚至三维立体拓扑模型的建立开辟了新思路.     

球面几何构建欧拉极的方法

欧拉旋转可用来描绘刚性板块在球体上的运动,并用于古大陆的再造.一般构建欧拉极的方法是通过匹配等时线、海底磁异常、转换断层和古地磁数据等来确定的.但是在一些地质环境下,不能直接构建欧拉极.本文直接根据古板块位置图,从几何上构建欧拉极,从而为古大陆重建提供了一个新途径.本文主要介绍了在球面几何上构建欧拉极的方法原理,并编写了相应的程序功能.选取了印度大陆0 Ma和50 Ma的位置图作为实例计算了欧拉极.由本方法计算得到的欧拉极将板块旋转后的位置,与原始古板块位置图几乎完全重合.说明本文构建欧拉极的方法是正确而有效的.     

华南地块和印支地块相对运动的古地磁证据

印支地块中生代的古地极位置较华南地块的古地极位置经度偏西、纬度偏南。此现象系印度板块和欧亚板块碰撞后,先是印支地块绕喜马拉雅山系的东枢纽(阿萨姆枢纽)顺时针转动了8°,然后华南地块自西向东移动了大约20°。此解释与主走滑断层迁移模式基本吻合。古地磁数据还表明,虽然红河断裂近期活动为右旋性质,但在印度板块和欧亚板块碰撞初期,它曾是一条调节两板块相互作用的巨大的左旋走滑断层     

青藏高原北羌塘地块下泥盆统平沙沟组古地磁学研究

泥盆纪时期各板块的古地理重建缺乏可靠古地磁数据,以至于古特提斯洋在泥盆纪的演化过程存在争议,而高质量的古地磁数据定量限定板块的古纬度位置是解决上述问题的关键.本文对北羌塘地块早泥盆世平沙沟组灰岩进行了古地磁学研究,提供了一个较为可靠的古地磁数据.镜下观察及岩石磁学实验结果表明平沙沟组灰岩样品中的主要载磁矿物为磁铁矿和赤铁矿,并且没有重磁化的特征.系统热退磁与混合退磁实验结果表明,样品的天然剩磁强度较低,从54块样品中获得了较为集中的特征剩磁分量,在样品水平下的平均方向为D_g=358.5°,I_g=22.8°,k_g=17.7,α₉₅=4.6°,D_s=8.8°,I_s=-0.9°,k_s=18.1,α₉₅=4.5°,通过了C级倒转检验,对应的古地磁极为λ_p=54.8°N,φ_p=251.2°E,(dp/dm=2.3°/4.5°),这一极位置与石炭纪以来可靠的古地磁极位置存在差异,很...     

秦岭丹凤群蛇绿岩古地磁学再研究

本文是对秦岭丹凤县桃花铺郭家沟剖面和商县三十里铺剖面丹凤群蛇绿岩标本的古地磁学研究结果.逐步热退磁和剩磁方向主分量分析表明,60％以上的标本含有可明显区分的3个剩磁组分.另外的约30％-40％的标本,尽管它们具有很高的天然剩磁强度,在150-200℃时,其剩磁强度即衰减50％以上,且显示出不稳定的方向.两种不同的磁性表现与不同的岩石组成和结构有关,特别是与岩石的结晶程度有关.经对3个剩磁组分成因的分析及与变质变形关系的研究,表明高温剩磁组分是原生.由高温剩磁组分得到丹凤群古地磁极位置为43.0°N,274.5°E,古纬度值为12.0°S.比较丹凤群的古地磁极位置和华北扬子块体古地磁极移曲线,发现它们之间存在显著差异,这表明丹凤群在古生代不从属于华北或扬子块体,而是一个独立的地体,很可能是秦岭古洋壳的残片,从而给丹凤群蛇绿岩赋予新的大地构造含义.     

特提斯喜马拉雅地块白垩纪古纬度变化对印欧碰撞模式的制约

印度与欧亚大陆初始碰撞的模式和时限是正确认识青藏高原地质演化的前提和基础.然而,根据相同的古地磁数据,不同学者对此却提出了截然不同的印欧大陆碰撞模型.本文从白垩纪期间印度板块的运动图像出发,分析了印度板块白垩纪期间的近90°逆时针旋转对其内部不同参考点之间相对纬度变化的影响.我们发现在印欧碰撞前存在刚性/准刚性的大印度板块的前提条件下,前人基于特提斯喜马拉雅地块白垩纪观测古纬度与同时期印度板块视极移曲线换算得到的期望古纬度之间的变化关系,所提出的印欧大陆碰撞的"大印度洋盆地"或"陆间盆地"伸展模型,主要源自于白垩纪期间大印度板块自身近90°的逆时针水平旋转所导致的板块内部古纬度的相对变化.另一方面,假设碰撞前特提斯喜马拉雅和印度克拉通是两个相互独立的块体,通过白垩纪期间特提斯喜马拉雅地块与印度克拉通古地理位置的重建,我们认为在缺少充分地质证据情况下,特提斯喜马拉雅地块上的现有古地磁数据尚难以确定印度克拉通和特提斯喜马拉雅地块之间相对构造关系;早白垩世"大印度洋盆地"伸展模型仅仅是诸多可能之一.     

塔里木地块奥陶纪古地磁新结果及其构造意义

本文报道塔里木地块阿克苏—柯坪—巴楚地区奥陶纪古地磁研究新结果.对采自44个采点的灰岩、泥灰岩及泥质砂岩样品的系统岩石磁学和古地磁学研究表明,所有样品可分成两组：第一类样品以赤铁矿和少量磁铁矿为主要载磁矿物,该类样品通常可分离出特征剩磁组分A;第二类样品以磁铁矿为主要载磁矿物,系统退磁揭示出这类样品中存在特征剩磁组分B.特征剩磁组分A分布于绝大多数奥陶纪样品中,具有双极性,但褶皱检验结果为负,推测其可能为新生代重磁化.特征剩磁组分B仅能从少部分中晚奥陶世样品中分离出,但褶皱检验结果为正,且其所对应古地磁极位置（40.7°S,183.3°E,dp/dm=4.8°/6.9°）与塔里木地块古生代中期以来的古地磁极位置显著差别,表明其很可能为岩石形成时期所获得的原生剩磁.古地磁结果表明塔里木地块中晚奥陶世位于南半球中低纬度地区,很可能与扬子地块一起位于冈瓦纳古大陆的边缘;中晚奥陶世之后,塔里木地块通过大幅度北向漂移和顺时针旋转,逐步与冈瓦纳大陆分离、并越过古赤道;至晚石炭世,塔里木地块已到达古亚洲洋构造域的南缘.     

显生宙中国大地构造演化的古地磁研究

根据古地磁数据可靠性的试用判据，对华北、杨子、塔里木中国三大稳定地块显生宙的构造古地磁数据做了初步检验，考虑古极点的密集区，选用２２９个古极点以“世”或“纪”为单位进行统计，获得三大稳定地块显生宙综合古地磁视极移曲线。以此为基本依据，结合地质构造、古生物和全球古地理重建图的综合分析，初步探讨了三大稳定地块运动演化的大致轮廓，华北、杨子、塔里木地块碰撞、拼接时限和方式以及华北地块与西伯利亚板块运动演化的关系     

长江峡东地区震旦系的古地磁学研究

用古地磁学方法测定长江峡东地区下震旦系南沱砂岩的古纬度是74.5°-72.1°,南沱冰碛岩的古纬度是86°。所以,在岩石形成时期这些地区是高纬度地带,南沱冰碛层应是代表当时广布大陆的极地型冰川沉积。     

华北陆块中奥陶世绝对位置探讨

"幔柱生成带理论"认为现今的热点以及显生宙经过古板块重建后的板块上的大岩浆岩省和金伯利岩岩体的位置大致位于大剪切波低速省在地表投影的边缘.在板块上具有可识别且年代确定的大岩浆岩省或金伯利岩岩体时,可依据"幔柱生成带理论"对板块的绝对位置进行恢复.本文在前人对华北陆块中奥陶世金伯利岩岩体研究的基础上,对华北陆块中奥陶世的古地磁数据进行分析和筛选,并结合前期奥陶纪的全球古板块再造及全球构造格局研究,辅以岩相生物古地理分析,将华北陆块中奥陶世的绝对位置确定为:纬度在约16.6°~19.1°S,经度在约10°W.在地理位置上位于西伯利亚和冈瓦纳大陆之间,靠近西伯利亚板块.且在寒武纪-奥陶纪,华北陆块在经向上具有逐渐远离冈瓦纳大陆并向西伯利亚板块靠拢的趋势.     

川北旺苍-南江地区晚侏罗世古地磁学研究与真极移的探讨

本文对四川北部旺苍-南江地区晚侏罗世蓬莱镇组进行了较为详细的岩石磁学和古地磁学研究．逐步热退磁揭示出蓬莱镇组岩石所携带的剩磁由两个分量组成,其中低温组分（次生剩磁）的解阻温度低于420℃;高温组分（特征分量）可通过褶皱及倒转检验,由此求得磁偏角和磁倾角分别为18．4°和29．3°（构造校正后）,95％置信回（α95）为8．5°,对应的古地磁极经纬度分别为236．4°E和66．6°N．基于古地磁结果,并结合已有的地质证据,提出根据古地磁学确定的扬子地块晚侏罗世古纬度偏低的原因可能是由真极移造成的．     

川北旺苍-南江地区晚侏罗世古地磁学研究与真极移的探讨

本文对四川北部旺苍-南江地区晚侏罗世蓬莱镇组进行了较为详细的岩石磁学和古地磁学研究．逐步热退磁揭示出蓬莱镇组岩石所携带的剩磁由两个分量组成,其中低温组分（次生剩磁）的解阻温度低于420℃;高温组分（特征分量）可通过褶皱及倒转检验,由此求得磁偏角和磁倾角分别为18．4°和29．3°（构造校正后）,95％置信回（α95）为8．5°,对应的古地磁极经纬度分别为236．4°E和66．6°N．基于古地磁结果,并结合已有的地质证据,提出根据古地磁学确定的扬子地块晚侏罗世古纬度偏低的原因可能是由真极移造成的．     

中国主要地块显生宙古地磁视极移曲线与地块运动

基于华北、扬子和塔里木三大地块最新古地磁结果,并重新审视已有的古地磁数据,绘制了三大地块显生宙以来的古地磁视极移曲线.以此为基础,推算了各地块古纬度和取向的变化特征.进而分析了三大地块及其周边地块的运动学特征及相互间的对接和缝合过程.早古生代,华北、扬子、塔里木地块都位于南半球中低纬度地区.华北地块在动力学上是独立的,其运动特征以平移为主,旋转运动为辅;扬子和塔里木地块与冈瓦纳大陆关系密切,塔里木地块很可能在晚奥陶世远离冈瓦纳大陆,在二叠纪与西伯利亚板块对接;我国华北和蒙古联合地块与西伯利亚板块的对接则是在晚保罗世完成的 扬子与华北地块的对接过程是先东后西,东部的对接发生在晚二叠世,对接时结合带位于北纬6°～8°.晚三叠世两地块在西部门合时,结合带位于北纬25°左右.两地块在西部对接的同时,在东部产生了应力释放,使最初俯冲到上地慢的部分陆壳物质被推挤上升,与苏鲁-大别地区的超高压变质岩形成的时代相同.从晚二叠世到早中侏罗世华北与扬子地块以东部为支点经历了大规模的相对旋转.晚侏罗世三大地块在动力学意义上已成为整体.在中国拉萨地块和印度次大陆与中国大陆对接缝合产生的力矩作用下.晚保罗世以来三大地块统一显示了约为20°的顺时针旋转运动.     

华南和华北陆块显生宙的古地磁及构造演化

本文采用给每个岩石单元的古地磁极以单位权的方法,对目前收集到的、并按一定可靠性判据选择出来的华南和华北陆块的古地磁数据,进行了统计分析,绘制了它们的显生宙视极移曲线。进而根据古地磁结果,分析了两大陆块显生宙的构造演化,着重探讨了它们的碰撞时限和拼合过程。     

从古地磁看青藏高原地壳增厚的机制

拉萨地体和欧亚大陆稳定区晚白垩世的古地磁极位置显著不同,前者为69.8°N,292.9°E(A95=5.1°),后者为69.5°N,167.4°E(A95=8.7°)。据此可以得出,自晚白垩世以来,拉萨地体相对于欧亚大陆稳定区沿北北东方向移动了2400±800公里,反时针转动了31.4°±9.2°。这一相对运动的起始时间与印度板块和欧亚板块的碰撞几乎同时,而且主要是通过欧亚大陆南部的陆内形变完成的。在青藏高原地壳增厚机制的争论中(长距离俯冲说与陆内形变说),古地磁数据明确地支持陆内形变说     

河北滦平盆地早白垩世古地磁结果的构造意义

通过河北滦平盆地早白垩世16个采点95块样品的古地磁研究,获得其特征剩磁方向为:D=347.8°, I=50.4°α₉₅=7.1°;相应的极位置为:经度=346.3°E,纬度=76.1°N,dp=6.4°,dm=9.5°,古纬度=31.1°.通过对比华北地块中鄂尔多斯盆地的早白垩世古地磁结果,表明滦平盆地自早白垩世以来相对于鄂尔多斯盆地发生了30.7°±9.8°的逆时针旋转,而纬度方向上没有明显的变化,这一构造旋转可能与区域断裂活动和构造滑脱,以及库拉-太平洋板块自早由垩世以来朝NNW-NWW方向的挤压,与中国东部大陆的碰撞有关.     

石炭纪末古地理图

过去发表的石炭纪古地理重建图存在着不少问题,特别是对亚洲各板块位置的认识上。例如,过去的重建图中华北和华南在石炭纪末都处于北半球40°—50°纬度带,但是,地层古生物资料清楚地表明,它们当时处于热带和亚热带环境。这是因为在编制上述古地理图时(70年代末和80年代初),华南和华北等东亚和东南亚地块还没有可靠的古地磁数据,因而这一地区的地块的位置是由距它们最近的西伯利亚地台的地极位置推算出来的。但是,由于这些地块和西伯利亚地台自石炭纪以来曾发生过相对运动,因此,上述作法是不合理的     

地球自转长期稳定性的种解释

古地关数据显示了在古地磁和热点参数点对照系之间的不到１０００ｋｍ的运动,即１００Ｍａ（百万年）期间的真极移,它意味着地球自转轴一直是相当稳定的。这个长期的自转稳定性可以用晚中生代和新生代的大规模板块运动的缓慢变化来解释,中要俯冲带的岩石层是对幔对流导致的地幔密度不均匀性的主要部分。因此,不需要引入其他诸如自转不规则的缓慢再调整之类的机制,就可以解释所观测到的缓慢的真极移。     

塔里木盆地中生代古地磁研究及构造意义

采用主成分分析方法、线性谱法和LINFIND方法，分离了塔里木盆地中生代岩石的多磁成分，并采用岩石磁学和褶皱检验等方法研究了剩磁稳定性．对于塔里木盆地三叠系、侏罗系的岩石其携磁矿物以磁铁矿为主，具有两组次生磁性成分和一组原生剩磁成分；原生剩磁成分的解阻温度为550℃，而两组次生成分的解阻温度分别为175－250℃和300一375℃，可能为生物剩磁和次生氧化形成的剩磁．白垩纪岩石的携磁矿物以亦铁矿为主，同样具有两组次生剩磁和一组原生剩磁；两组次生剩磁分别为现代地磁场的粘滞剩磁和岩石变形过程中形成的构造剩磁．塔里木盆地中生代早期极移不明显，处于一个相对平静时期；侏罗纪至白垩纪盆地则主要表现有一定规模的南移，伴有顺时针旋转运动。盆地白垩纪的古纬度与现在纬度相比，仍存在17°－20°左右的纬度等，这一纬度差是通过白垩纪以后塔里木板块的北向漂移和板块北部造山带的压缩及边界的大型走滑作用来缩小；另外，压实作用也可能是由垩纪磁倾角变低的一个原因。     

扬子褶皱带侏罗纪砂岩古地磁及其褶皱带弧形弯曲的成因

为了更好地认识上扬子褶皱带和中扬子褶皱带走向差异的机制,我们对中、上扬子褶皱带过渡的关键地区重庆市万州和云阳两个地区的中、晚侏罗世砂岩进行了古地磁研究.逐步热退磁分离出两个组分,低温组分（LTC）在所有样品中均分离出来,为现代地磁场的重磁化;中侏罗世样品和万州地区的晚侏罗世样品分离出来的高温组分（HTC）也为现代地磁场的重磁化.云阳地区晚侏罗世样品分离出来的高温组分通过逐步展平褶皱检验显示：在褶皱展平至33.8%时,精度参数达到最大,相应的古地磁方向为D=19.1°,I=48.9°（α₉₅= 6.3°）,古地磁极为73.5°N,198.2°E（dp=5.5°, dm=8.3°）,与白垩纪参考古地磁极对比,此高温组分揭示云阳地区在褶皱变形的后期经历了7.7°±6.1°的顺时针旋转.结合前人的数据,我们认为中扬子褶皱带普遍存在弯山构造（orocline）,这可能与华北板块向华南板块的挤入作用有关;但是中、上扬子褶皱带过渡地区的弧形弯曲总体上不是由弯山构造形成的,很可能是在太平洋板块向北西方向俯冲的宏观板块构造背景下的应变分异作用形成的.