中国西部壳幔结构与动力学过程及其对资源环境的制约：“羚羊计划”研究进展

为系统、深入地研究中国西部盆(盆地)、山(山脉)、原(高原)的壳幔结构与深部动力学过程,2003年我们提出并领导实施了"羚羊计划"(ANTILOPE-Array Network of Tibetan International Lithospheric Observation and Probe Experiments),在青藏高原先后完成了羚羊-I(ANTILOPE-I)到羚羊-IV(ANTILOPE-IV)4条二维宽频带台阵剖面,而在青藏高原东西构造结则实施了羚羊-V和羚羊-VI两个三维宽频带台阵探测。另外,我们将前期在准噶尔盆地、天山造山带、塔里木盆地、阿尔金造山带和柴达木盆地开展的九条综合地球物理观测剖面也纳入羚羊计划的总体框架中来。通过"羚羊计划"的实施,我们在中国西部(包括西北部的环青藏高原盆山体系以及西南部的青藏高原)取得了大量的、高质量的、综合的第一手观测数据,获得了中国西部盆、山、原精细的壳幔结构,系统地揭示了中国西部盆山原的深部地球动力学过程。主要结论总结如下:确定了准噶尔盆地基底的结构与属性,优化了盆地的基底构造格架;建立了天山造山带"层间插入削减"新的陆内造山模式,揭示了印欧碰撞在天山岩石圈缩短44%的去向以及由洋-陆俯冲到陆-陆碰撞俯冲的转换机制;揭示了塔里木盆地、阿尔金造山带和柴达木盆地的盆山接触关系;获得了塔里木盆地顺时针旋转的深部几何学、运动学和动力学证据;确定了青藏高原之下印度板块与欧亚板块的碰撞边界;发现目前的青藏高原由南部的印度板块、北部的欧亚板块和夹持于二者之间的巨型破碎区——西藏"板块"构成,首次确定了各自的岩石圈底边界;修正了高原变形的两个端员模型;建立了深部构造对地表地形的制约关系;系统地揭示了印度板块沿喜马拉雅造山带俯冲的水平距离与俯冲角度的变化规律与控制因素。"羚羊计划"以其巨大的观测网络与综合地球物理探测技术,采用地球物理学、地质学、地球化学等不同学科相结合的分析方法,揭示了印度板块俯冲、西藏巨型破碎区发育、塔里木板块顺时针旋转、西部水汽通道提前关闭、中国西北部干旱、沙漠化提前这一深部结构、动力学过程及其对地表地形、油气资源和环境变化的制约关系,推动了青藏高原地球系统科学理论的发展。     

天山分段性的地球物理学分析

天山造山带纵向延绵 30 0 0多km ,其主要部分在国外。文中根据横跨天山的卡拉库姆—新都库什天然地震剖面、沙雅—布尔津综合地球物理剖面、库尔勒—吉木萨尔综合地球物理剖面以及可可托海—阿克塞剖面的探测研究结果 ,综合分析天山造山带的岩石圈结构、构造分段以及不同段盆山耦合特点的差异特征。卡拉库姆—新都库什天然地震剖面揭示了费尔干纳盆地由北向南插入到南天山之下约 2 0 0km深处 ;沙雅—布尔津综合地球物理剖面表明塔里木盆地向天山造山带“层间插入与俯冲消减” ,俯冲的最大深度约 180km ,而准噶尔盆地与天山造山带主要以走滑接触为主 ;库尔勒—吉木萨尔综合地球物理剖面又得出塔里木盆地与准噶尔盆地同时向天山造山带对冲的结论 ,俯冲的深度约 16 0km ;可可托海—阿克塞剖面位于天山造山带的东端 ,探测结果没有发现明显的岩石圈规模俯冲现象。这些资料对于天山造山带的分段性及盆山耦合类型的差别研究提供了岩石圈尺度的深部依据。     

襄樊—广济断裂带东段构造变形特征及其演化

襄樊—广济断裂带是分隔大别造山带和扬子板块北缘前陆褶皱逆冲带的边界断裂,其几何学、运动学及构造演化特征记录了南北两大不同性质的大地构造单元发生碰撞、拼贴及相互作用的地质过程。在野外调查、构造解析和年代学研究基础上,结合区域地质和地球物理资料分析,认为襄樊—广济断裂带东段以深部向南逆冲、浅表向北逆冲的“鳄鱼嘴式”对冲构造为特征,与西段的构造变形样式和次序存在显著差异。中扬子地区东部受控于江南—雪峰造山带和大别造山带南北两大构造体系,深部扬子板块北缘向大别造山带之下俯冲导致造山带自北向南挤出,推覆构造可影响至瑞昌一带,由南向北的浅层逆冲推覆可影响至梅川附近,二者在襄樊—广济断裂带东段的蕲春—武穴—浠水一带对接。襄樊—广济断裂带经历了印支早期同碰撞由北向南的逆冲推覆和深层次的韧性剪切变形(T₂末)、燕山早—中期双向对冲构造变形(J_1-3)、燕山晚期伸展正断层变形(K_1-2)、喜山早期由北向南小规模逆冲变形(E₁)阶段。     

塔里木盆地北缘—南天山造山带盆-山耦合和构造转换

文章探讨了塔里木盆地北缘和南天山造山带的盆-山耦合和构造转换过程。塔里木盆地属于典型的叠合盆地,经历了多期构造演化。研究表明,在地史时期中,塔里木盆地北缘和相邻南天山造山带经历了多期和复杂的盆山耦合和盆山转换过程,形成多种类型盆山耦合和转换方式。(1)按时间域可划分为:早古生代陆内裂陷盆地-早期伸展造山-晚期挤压造山耦合,晚古生代陆内裂陷盆地-弧后造山-晚期碰撞造山耦合,中生代陆内前陆盆地-挤压造山耦合,古近纪前陆盆地-挤压造山耦合,新近纪—第四纪再旋回前陆盆地-挤压造山耦合;(2)按深度域可划分为:深部地幔俯冲型盆-山耦合,地壳分层滑脱拆离型盆-山耦合,基底滑脱拆离型盆-山耦合,古生代伸展和逆冲推覆型盆-山耦合,中—新生代逆冲推覆型盆-山耦合;(3)按运动学和动力学可划分为:逆冲推覆型盆-山耦合和接触关系、重力滑脱型盆-山耦合和接触关系、走滑转换型盆山耦合和接触关系、深部岩浆上涌焊接型盆-山耦合和接触关系、鳄鱼嘴型盆-山耦合和接触关系。     

中国中西部中、新生代前陆盆地与挤压造山带耦合分析

中国中西部主要由中、新生代造山带与中、新生代盆地构成盆山格局 :秦岭造山带与南北两侧四川盆地与鄂尔多斯盆地 ;天山造山带与南北两侧塔里木盆地与准噶尔盆地 ;哀牢山造山带与东西两侧楚雄盆地与兰坪思茅盆地等 ,总体上构成盆山耦合。根据挤压造山带类型与前陆盆地类型 ,可以划分出 3种耦合类型 ,即 ( 1)碰撞造山带与周缘前陆盆地 ,( 2 )俯冲造山带与弧后前陆盆地及 ( 3)再生造山带与再生前陆盆地。因此前陆盆地是伴随着造山带的形成与演化而发育 ,造山带断滑系统直接控制前陆盆地结构、沉积层序及构造样式等 ,从而制约前陆盆地油气分布的有序性     

松潘地块若尔盖盆地与西秦岭造山带岩石圈尺度的构造关系——深地震反射剖面探测成果

若尔盖盆地和西秦岭造山带作为青藏高原东北缘典型的新生代盆山构造,其接合部位的岩石圈结构及其深部构造关系为青藏高原东北缘板块碰撞的深部过程等研究奠定基础。横过盆山结合部位的深地震反射剖面长约63km,记录时间30s(TWT),探测深度超过莫霍面深达岩石圈地幔。该剖面首次揭露出青藏高原东北缘的盆山结合部位地壳和上地幔盖层的结构,发现了若尔盖盆地和西秦岭造山带下地壳以北倾为主的强反射特征,这种北倾的反射特征提供了若尔盖盆地俯冲到西秦岭造山带之下,而西秦岭造山带逆冲推覆到若尔盖盆地之上的地震学证据,初步揭示出若尔盖盆地和西秦岭造山带在挤压构造体系下形成的岩石圈尺度的构造关系,近于平坦的Moho反射特征反映两者在造山后期又经历了强烈的伸展作用。     

松潘—甘孜造山带容须卡岩浆-穹隆地质特征及构造演化

位于松潘—甘孜造山带雅江穹隆群北东部的容须卡岩浆底辟穹隆区,经历了多期构造演化,内部构造极其复杂。为厘清容须卡地区岩浆与穹隆的演化关系,通过野外地质调查及室内综合研究,探讨了容须卡穹隆的地质特征及构造演化。该穹隆中心发育无根或肠状褶皱,及“S”型、“Z”型褶皱和“A”型平卧褶皱; 穹隆外围发育叠加褶皱,反映造山带早期SN向和EW向收缩挤压。该穹隆主要经历了晚三叠世(印支末期)SN向与EW向的“双向挤压”作用; 成穹期岩浆向上侵位时限为(214.4±1.2) Ma; 成穹后经历了挤压推覆和应力松弛阶段; 早中新世(17~10 Ma),由于青藏高原东南缘快速抬升,松潘—甘孜造山带发育NW-SE向鲜水河左旋走滑断裂,使容须卡地区形成一系列NNW向韧脆性和脆性破碎带。     

松潘—甘孜造山带容须卡岩浆-穹隆地质特征及构造演化

位于松潘—甘孜造山带雅江穹隆群北东部的容须卡岩浆底辟穹隆区,经历了多期构造演化,内部构造极其复杂。为厘清容须卡地区岩浆与穹隆的演化关系,通过野外地质调查及室内综合研究,探讨了容须卡穹隆的地质特征及构造演化。该穹隆中心发育无根或肠状褶皱,及“S”型、“Z”型褶皱和“A”型平卧褶皱; 穹隆外围发育叠加褶皱,反映造山带早期SN向和EW向收缩挤压。该穹隆主要经历了晚三叠世(印支末期)SN向与EW向的“双向挤压”作用; 成穹期岩浆向上侵位时限为(214.4±1.2) Ma; 成穹后经历了挤压推覆和应力松弛阶段; 早中新世(17~10 Ma),由于青藏高原东南缘快速抬升,松潘—甘孜造山带发育NW-SE向鲜水河左旋走滑断裂,使容须卡地区形成一系列NNW向韧脆性和脆性破碎带。     

大陆座冲作用及青藏高原周缘造山带的崛起

青藏高原周缘造山带于新生代时崛起,周缘造山带中古老变质地体的折返与３种挤出任出作用方式有关：喜马拉雅“逆冲－伸展”型挤出,祁连山“反向逆冲”型挤出和阿尔金“逆冲－转换”型挤出。据地质与地球物理综合研究推测,造山带的折返与周缘大陆岩石圈向内的俯冲作用有关;印度板块岩圈向北俯冲至雅鲁藏布江缝合带下的２００ｋｍ处,西伯利亚板块往地低角度插入祁连山４０ｋｍ以下,塔里木地块沿阿尔金北缘逆冲断层呈铲式往南俯冲     

西天山造山带区域构造演化及其大陆动力学解析

西天山位于哈萨克斯坦-准噶尔板块与塔里木-华北板块两大板块之间,在漫长的构造演化过程中历经前震旦纪基底形成演化阶段（D1）、震旦纪至早奥陶世稳定陆壳发展阶段（D2）、中奥陶世至石炭纪末板块裂解与再拼合阶段（D3）、二叠纪陆陆叠覆造山阶段（D4）和中新生代盆山耦合阶段（D5）等5个大的发展阶段,其古生代时期中奥陶世至石炭纪末板块裂解与再拼合阶段（D3）又可细化为4个次级演化阶段：中奥陶世至晚志留世早古南天山洋盆形成阶段（D31）、晚志留世至晚泥盆世俯冲造山阶段（D32）、晚泥盆世至早石炭世初陆陆碰撞造山阶段（D33）和早石炭世至晚石炭世后碰撞阶段（D34）。西天山造山带自中新元古代以来历经俯冲造山、陆陆碰撞造山、陆陆叠覆造山和陆内再生造山等多机制多旋回的造山作用,终成为横亘于中亚地区的宏伟的复合型造山带。     

Kanfenggou UHP Metamorphic Fragment in Eastern Qinling Orogen and Its Relationship to Dabie-Sulu UHP and HP Metamorphic Belts, Central China

In the Central Orogenic Belt, China, two UHP metamorphic belts are discriminated mainly based on a detailed structural analysis of the Kanfenggou UHP metamorphic fragment exposed in the eastern Qinling orogen, and together with previous regional structural, petrological and geochronological data at the scale of the orogenic domain. The first one corresponds to the South Altun-North QaidamNorth Qinling UHP metarnorphic belt. The other is the Dabie-Sulu UHP and HP metamorphic belts. The two UHP metamorphic belts are separated by a series of tectonic slices composed by the Qiniing rock group, Danfeng rock group and Liuling or Foziling rock group etc. respectively, and are different in age of the peak UHP metamorphism and geodynamic implications for continental deep subduction and collision. Regional field and petrological relationships suggest that the Kanfenggou UHP metamorphic fragment that contains a large volume of the coesite- and microdiamond-bearing eclogite lenses is compatible with the structures recognized in the South Altun and North Qaidam UHP metamorphic fragments exposed in the western part of China, thereby forming a large UHP metamorphic belt up to 1000 km long along the orogen strike. This UHP metamorphic belt represents an intercontinental deep subduction and collision belt between the Yangtze and Sino-Korean cratons, occurred during the Paleozoic. On the other hand, the well-constrained Dabie-Sulu UHP and HP metamorphic belts occurred mainly during Triassic time (250-220 Ma), and were produced by the intracontinental deep subduction and collision within the Yangtze craton. The Kanfenggou UHP metamorphic fragment does not appear to link with the DabieSulu UHP and HP metamorphic belts along the orogen. There is no reason to assume the two UHP metamorphic belts as a single giant deep subduction and collision zone in the Central Orogenic Belt situated between the Yangtze and Sino-Korean cratons. Therefore, any dynamic model for the orogen must ac-count for the development of UHP metarnorphic rocks belonging to the separate two tectonic belts of different age and tectono-metamorphic history.     

P-wave tomography and dynamics of the crust and upper mantle beneath western Tibet

The continental collision between the Indian and Asian plates plays a key role in the geologic and tectonic evolution of the Tibetan plateau. In this article we present high-resolution tomographic images of the crust and upper mantle derived from a large number of high-quality seismic data from the ANTILOPE project in western Tibet. Both local and distant earthquakes were used in this study and 35,115 P-wave arrival times were manually picked from the original seismograms. Geological and geochemical results suggested that the subducting Indian plate has reached northward to the Lhasa terrane, whereas our new tomography shows that the Indian plate is currently sub-horizontal and underthrusting to the Jinsha river suture at depths of ~ 100 to ~ 250 km, suggesting that the subduction process has evolved over time. The Asian plate is also imaged clearly from the surface to a depth of ~ 100 km by our tomography, and it is located under the Tarim Basin north of the Altyn Tagh Fault. There is no obvious evidence to show that the Asian plate has subducted beneath western Tibet. The Indian and Asian plates are separated by a prominent low-velocity zone under northern Tibet. We attribute the low-velocity zone to mantle upwelling, which may account for the warm crust and upper mantle beneath that region, and thus explain the different features of magmatism between southern and northern Tibet. But the upwelling may not penetrate through the whole crust. We propose a revised geodynamic model and suggest that the high-velocity zones under Lhasa terrane may reflect a cold crust which has interrupted the crustal flow under the westernmost Tibetan plateau.     

鄂尔多斯盆地延长期富烃坳陷形成的动力学环境与构造属性

鄂尔多斯盆地丰富的石油资源来自盆地南部中晚三叠世延长期富烃坳陷,其中贡献最大的长7段页状优质烃源岩以富铀、夹多层凝灰岩为特征。延长期大型富烃坳陷具南深北浅的坳陷型结构,内部接受统一的湖相沉积。在富烃坳陷的深湖-较深湖区,为优质烃源岩发育区;亦为烃源岩中较高铀含量(测井高伽马异常)和凝灰岩夹层较厚分布区,在位置上三位一体、彼此交互叠置。盆地上古生界-中侏罗统多层系高热演化区上下同位,早-中侏罗世多期持续沉降区先后叠置,均位于延长期富烃坳陷范围内。综合调查研究揭示,在延长期,特别是长7段沉积期间,各类深部物质上拱挤入构造(如砂岩墙(脉)、泥岩脊和热液碳酸盐岩结核)、同沉积变形构造(如断裂、褶皱、揉皱、滑塌、滑坡等(软)地层变形)和事件沉积(如浊流沉积、震积岩及湖底扇等)发育,主要分布在富烃坳陷深湖-较深湖区。在烃源岩等地层中,检测出多种指示深部热流体活动的岩石矿物和地球化学异常。深部探测显示,在富烃坳陷深部400km以上壳幔各界面呈上拱的结构特征。这表明延长期富烃坳陷和其中优质烃源岩是在构造活动明显、深部作用活跃的地球动力学环境中形成演化的,从深层次揭示了其形成条件与发育环境。延长期富烃坳陷与印支期秦岭造山带的形成演化及其岩浆活动,在空间上相邻、发育时限相当、演化阶段响应、活动兴衰同步,是在华北-扬子两大陆块汇聚碰撞,进而向板内构造环境转换的动力学环境中进行的。延长期富烃坳陷两次较长距离的沉积-沉降中心迁移,是对秦岭碰撞造山环境重大变革始发的响应和纪录。在南北两大陆汇聚碰撞过程中,在仰冲华北板块后陆地带深部积聚的巨量俯冲物质发生熔融和热量转换,促使该区深部物质过饱和聚集、热能及压力超常骤增,形成较小尺度地幔对流,熔融物质与热能上拱,引发地壳表浅层拱张破裂和侧向扩展,于是发生沉降,形成延长期具热-张性特性的富烃坳陷,称其为后陆盆地。后陆盆地与前陆盆地分别位于碰撞造山带两侧仰冲和俯冲板块临山一侧,但其构造属性有质的不同,油气赋存和成藏特征也差别较大。     

青藏高原隆升的主因—大陆板块内的盆-山碰撞作用

在地壳运动中,盆地和山脉的形成机制是不可分割而有联系的。上地幔的波动起伏引起地壳上部物质的分配,在重力均衡作用的支配下,地壳物质由上地幔的隆升区域向拗陷区域蠕动,因而形成大陆板块内的盆地和山脉的分异和盆-山运动。高耸的喜马拉雅山和青藏高原就是塔里木盆地、卡拉库姆盆地和印-恒盆地等巨大盆地的扩张作用挤压而造成的。盆-山运动是真正的造山运动。     

冈底斯造山带的时空结构及演化

冈底斯带的构造属性及其构造单元划分一直是青藏高原基础地质研究中最热门的科学问题之一。根据新的地质调查资料、研究成果并结合我们的分析数据，对冈底斯带的地质构造格局进行了厘定和划分，讨论了冈底斯带晚古生代-中生代的构造演化历史。冈底斯带可划分为6类不同的构造单元和18个次级单元，这些不同级别的构造划分较为全面准确地概括了冈底斯带的地质面貌。通过对不同构造单元时空结构的剖析和对相关火山岩浆作用记录的分析，认为冈底斯带不是简单的地块、陆块或地体，而很可能是以隆格尔-念青唐古拉为主轴，经历石炭-二叠纪、早中三叠世、晚三叠世、早中侏罗世、晚侏罗世-早白垩世、晚白垩世-始新世六次造弧增生作用和相关的弧-陆、陆-陆碰撞作用并最终定型于新生代晚期的复合造山带，并在此基础上，提出冈底斯带的构造演化很可能受班公湖-怒江特提斯洋向南、雅鲁藏布洋向北的双向俯冲的制约。强调以增生弧为背景的火山岩浆弧（如昂龙岗日火山岩浆弧、东恰错弧、桑日火山弧）可能是冈底斯地区寻找斑岩铜矿的最佳有利场所。     

试论陆内型造山作用──以秦岭-大别山造山带为例

 板块构造学说的大陆碰撞作用和槽台学说的地槽回返作用不能解释秦岭-大别山造山带的成因机制。壳幔拆离构造导致陆内A型俯冲是陆内型造山作用的成因机制。     

Tectonic evolution of the western Ordos Basin during the Palaeozoic-Mesozoic time as constrained by detrital zircon ages

ABSTRACT

The Ordos Basin has experienced a complicated tectonic evolution since the Palaeozoic. Its multi-stage evolution was closely related to the tectonic events that occurred along plate boundaries. The detrital zircon ages and crystallization age (CA)-deposition age (DA)/cumulative proportion curves obtained from Palaeozoic-Mesozoic strata from different tectonic units in and around the western Ordos Basin demonstrate that during the early Palaeozoic, the so-called Helan Aulacogen did not develop along the western Ordos Basin, the Alxa Block was an independent unit from the North China Craton, and the southern Ordos Basin was a foreland basin of the North Qinling Orogenic Belt. During the early Palaeozoic, the western Ordos Basin and its vicinity belonged to three different tectonic units (i.e. the North China Craton, the Alxa Block, and the North Qilian Orogenic Belt). At the end of the early Palaeozoic, the Alxa Block amalgamated with the Ordos Basin. From the Silurian to the Middle Devonian, the southern Alxa Block was a foreland basin of the North Qilian Orogenic Belt and underwent regional extension during the Late Devonian. During the late Palaeozoic, the western Ordos Basin and its vicinities were located in a back-arc extensional setting of the western Qinling Orogenic Belt. The southern part of the western Ordos Basin may have been a retro-arc foreland basin of the western Qinling Orogenic Belt during the Late Triassic, and the northern part of the western Ordos Basin experienced large-scale left-lateral strike-slip at the same time. The CA-DA/cumulative proportion curves can adequately explain the evolution of the western Ordos Basin during the Palaeozoic; however, the settings indicated by the CA-DA/cumulative proportion curves in intraplate evolutions are different from those proposed in other studies, which may be due to the number and distribution of samples and rapid lateral changes in sedimentary facies.     

太平洋板块中生代俯冲构造事件的响应：来自黑龙江东部饶河三叠纪层状燧石的古地磁证据

黑龙江东部饶河境内的层状燧石是中生代完达山造山带蛇绿混杂岩的重要组成部分,这些层状燧石的构造意义成为人们关注的热点。对完达山造山带饶河三叠纪大佳河组层状燧石280余块定向手标本开展深入的古地磁研究,结果表明这些层状燧石遭受不同程度的重磁化,重磁化的时间推测为晚侏罗世中期—早白垩世之间。说明对黑龙江东部晚侏罗世—早白垩世存在太平洋板块俯冲的响应。本区重磁化的机制是太平洋板块向西俯冲导致的地体增生、拼贴过程中的造山带流体造成的区域性重磁化现象。     

西南三江造山带火山岩—构造组合及其意义

岩石构造组合是指表示板块边界或特定的板块内部环境特征的岩石结合。中国西南“三江”造山带的火山岩可划分为五种火山岩－构造组合：洋脊型／准洋脊型组合，岛弧及陆缘弧组合，碰撞型组合，碰撞后组合及陆内拉张型组合。阐述了各种火山岩－构造组合的特点及构造含义。对在造山带火山岩岩石－构造组合分析中经常遇到的一些问题，如“构造岩片”研究方法、地球化学判别图解的使用条件、准洋脊型火山型组合的构造含义、蛇绿岩带－火山弧的成对性、岩浆作用的同步性和滞后性、以及火山岩的深部“探针”作用等问题进行了讨论。