超越板块构造——我国构造地质学要做些什么?

对近十年来全球构造学和构造地质学的重要进展进行了简要评述.30年前建立的全球构造理论改变了人们对地球及其演化的认识.作为固体地球统一理论的板块构造主要涉及刚性板块边界之间的变形、地震活动和火山作用.至今还没有完整理论阐明板块运动的驱动力和地幔对流机制.板块边界和板内变形等许多问题仍然无法回答.大陆岩石圈和大洋岩石圈在成分、厚度和力学强度方面有明显的差别, 因此现有板块构造不完全适合于大陆构造.大陆地壳和地幔流变学的综合研究是认识大陆构造和超越板块构造的最佳途径.流变学是大陆造山带几何学和动力学的桥梁.大陆岩石圈对构造作用、重力作用和热作用的响应在很大程度上取决于其流变强度.岩石圈流变性质是岩石圈分层和塑性流动的主导因素.大量透入性变形和巨型大陆造山带内部构造显示非刚性特征.大陆构造和力学行为主要由地壳强度而不是地幔强度所控制.从大陆岩石圈多层性和力学强度不均匀性表征看, 现在是抛弃传统“三明治”构造模式的时候了.面对地球系统科学和地球动力学新思维发展趋势, 多学科综合研究大陆构造(造山带)和加速高水平构造地质学人才的培养是我国构造地质学发展的最紧迫任务      

大陆构造样式及大陆动力学模式初探

根据大陆构造的最新研究成果,总结了大陆构造的基本型式,提出了大陆五层两域的构造模型,并从物质流变和构造变形的有机联系出发,探讨了大陆动力学的层流隆陷机制。     

有限元数值模拟法基本原理及其在地质构造变形研究中的应用综述

在构造变形研究中,传统的构造解析法存在一定局限性,而数值模拟方法可模拟时空变化,成为地球科学研究的重要手段。有限元法是一种模拟线性、变形问题较为高效的数值模拟法。本文详细阐述了有限元法的基本原理,并从地质模型、力学模型、计算模型三个方面解释了数值模型的建立过程,以及模型建立所需要的边界条件的确定方法,重点总结了近些年来有限元法在国内外构造变形研究中的应用和发展状况,涉及盆地、造山带、断层、俯冲带以及褶皱数值模拟等几方面内容。同时,分析了有限元数值模拟法在我国大陆构造变形中的应用进展。最后,讨论了有限元方法尚存在的问题及其发展趋势。     

深部岩石力学性质及其在大陆构造变形过程研究中的作用

在阐述了与深部岩石力学性质相关的岩石流变学基本模型的基础上,探讨了深部岩石力学性质对温度、压力和岩石化学组分等因素的依赖关系。根据目前对深部岩石力学性质的认识,讨论了岩石流变学在研究大陆构造变形过程中所起的重要作用。有关研究结果表明:在运用理论分析和数值模拟方法揭示大陆岩石圈中变形的动力学机制时,合理的选用深部岩石的流变学模型是必须考虑的一个重要因素。     

复杂变形区工程地质解析方法探讨——以丹巴水电站为例

三维地质结构是岩体力学计算和稳定性评价的基础,也是岩体力学分析最大误差来源。强变质变形的复杂构造区由于地层失序无法用常规地质方法建立地层-构造三维模型。位于松潘-甘孜造山带东南部的丹巴水电站工区经历角闪岩相变质和多期剪切-挤压构造变形,地层序列混乱,构造格架复杂。二云母片岩等软岩层分布规律和厚度更是影响工程岩体稳定性的主要因素。结合工程地质勘查要求和丹巴地区地质特征,以构造历史分析为主线,综合利用构造解析方法对工程区岩体的原岩类型、变形机制和构造演化历史进行了恢复,认为丹巴工区主期片理化岩体形成于15~20km的剪切型构造置换和构造堆垛作用下,提出了丹巴工区以顺层剪切和多层次滑脱为主的变形模式。在丹巴工区单斜层中识别出多套基本岩性段,将软岩基本厚度限制在328m,在"大套有序、小套无序"岩层序列基础上建立了丹巴工区三维地质结构,在此基础上提出了复杂构造变形区工程地质勘察的基本思路。     

岩石古流变性质的构造研究进展

岩石古流变性质研究是大陆动力学研究的一个重要方面。岩石古流变性质研究的一个发展方向是通过比例模型,建立流变参数与构造变形几何参数之间的定量关系,再利用天然岩石构造变形几何参数的定量测定,反推在形成这些变形时所处物理化学条件下的岩石流变参数。对利用露头尺度地质构造的定量测量研究岩石古流变性质的方法与进展做了重点介绍。     

大陆造山带构造混杂岩的地质特征及研究方法

构造混杂岩是探索大陆造山带地壳演化的重要窗口。本文从物质组成、沉积相、生物组合、变形变质四个方面系统总结了构造混杂岩的基本地质特征，并从区调工作的角度提出了一个系统的工作方法。     

阿克塞—台湾断面显微构造研究

显微构造在阿克塞－台湾地学大断面研究中的应用揭示了该区带岩石圈上地幔、下地壳、中地壳和上地壳４个圈层中不同的显微构造特征、微观变形机制和变形的物理化学条件。通过对４个圈层中微观和宏观变形特征、变形机制的对比分析，建立起区带大陆岩石圈变形及动力学模式。     

辽宁鞍山地区元古宙岩群构造变形及其对铁矿床分布的控制规律

本文运用构造解析的方法,结合地层学、岩石学及地球化学等方面的研究,搞清了鞍山地区元古宙岩群的构造变形规律,建立了构造变形序列,探讨了该区韧性变形带的分类性质、形成机制、形成时代以及韧性变形带与构造序列的关系,在此基础上总结出了本区地质构造的演化规律,以及构造变形对铁矿床的控制规律。     

塔里木盆地库车坳陷收缩构造变形模型若干问题的讨论

塔里木盆地库车坳陷中、新生界表现出以逆冲断层、纵弯褶皱为基本结构要素的收缩构造变形特征。本文依据地质-地球物理勘探资料,建立了"薄皮收缩构造"和"分层收缩构造"两种模型,讨论了不同构造变形模型的几何结构、收缩变形量、构造动力学机制等方面的差异,并认为"分层收缩构造模型"更为合理。"分层收缩构造模型"强调塔里木克拉通与南天山之间的侧向挤压,中、新生界受岩层能干性影响而发生分层收缩构造变形,新生界以伴生有破冲断层的滑脱褶皱变形为主,中生界以逆冲断层及相关褶皱变形为主,深层发育基底卷入的逆冲断层和断块构造,但是不同层次的收缩变形量基本保持一致。按照平衡剖面原理测算库车坳陷新生界的收缩量为12～15 km,卷入收缩构造变形的深度在山前应该为20～26 km,因此部分逆冲断层应该切割到盆地基底中。尽管变形强度总体上是自深而浅、自造山带向前陆逐渐减弱,作为浅层强变形的秋里塔格构造带的深层也可能发育一定程度的收缩构造变形,构成深层的油气圈闭。     

含油气盆地地球动力学模式

文章讨论了含油气盆地地球动力学模式,其中着重讨论了以下几个问题:(1)沉积盆地地球动力学研究的进展,使得能够提出一种根据盆地所处的板块位置和地球动力学模型进行划分的含油气盆地分类;(2)尽管我们有一些古生代克拉通盆地的地球动力学模式,但其成因机制仍缺乏令人信服的解释;(3)通过大陆内裂谷火山岩化学成分、地温场、构造变形、岩石圈结构以及区域板块构造背景综合分析,我们建立了六种大陆裂谷形成的地球动力学模式;(4)前陆盆地的形成与其周缘造山带密切相关,其地球动力学模式是大陆岩石圈对褶皱冲断带构造负载的挠曲响应;     

岩石圈热—流变结构与大陆动力学

由于大陆内部存在上千公里宽的弥散边界变形带，板块构造理论用于解释新生代大陆内部的显著的构造变形遇到了困难。因此，探讨大陆岩石圈的构造变形机制、演化及动力学过程从而成为国际地球科学的热点研究领域---大陆动力学。大量的地震测深、地震层析成像技术的应用对岩石圈的精细结构研究，已揭示岩石圈结构和物质组成存在显著的横向非均质性。这种横向非均质性是地质时期内大陆岩石圈经历多期次构造-热事件叠加与改造所形成的。同时，也决定了岩石圈热-流变学结构的横向分块、纵向分层的特性。大陆岩石圈热-流变学结构非均质性及其构造继承性对大陆内部构造变形起控制作用。所以，大陆动力学应注重开展大陆变形的运动学、大陆岩石圈的热-流变学结构和大陆变形的地球动力学数值模拟研究。     

阿拉善东北缘晚中生代以来陆内变形、古应力特征及构造背景

陆内变形及其构造背景是地质学研究的热点之一。阿拉善地块东北缘的狼山地区中生代以来发育多期陆内变形,是研究陆内变形的理想地区。通过在狼山地区开展1∶5万构造地质填图,根据大量的野外观测、详细的测量和构造切割叠加关系,结合前人所做锆石年代学和低温热年代学工作,厘定出狼山地区自晚侏罗世以来发育6期陆内变形。断层面矢量数据反演显示不同期次构造变形形成于不同的构造应力场。先存构造和欧亚板块边缘自晚侏罗世以来不同方向的增生是控制狼山地区陆内变形的主要因素。晚侏罗世—晚白垩世,狼山地区的构造变形主要受古太平洋构造域的影响,进入新生代,狼山地区开始受到青藏高原构造演化的影响。     

西秦岭勉略带陆内构造变形研究

秦岭造山带勉略缝合带是古特提斯洋盆向北俯冲形成的华北与华南最后拼接带。这个主缝合带俯冲-碰撞过程中以由北向南的一系列韧性逆冲推覆构造为特征,形成由前泥盆系、泥盆-石炭系和蛇绿混杂岩等不同构造岩片叠置的复杂构造带,碰撞时代从245Ma一直延续到230Ma左右。最近,作者对勉略缝合带内发育的韧性和脆性左行走滑剪切变形进行了研究,结果表明这些顺造山带的左行韧性走滑剪切变形带的变形时代为223±2Ma,与碰撞后花岗岩所确定的碰撞后构造环境的起始时间(225Ma)一致,显示这些韧性走滑剪切变形带是勉略带陆内变形初期变形产物。亦即华北、扬子大陆碰撞之后很快就转入陆内变形阶段,并且是以顺造山带的侧向走滑位移为主要变形方式。勉略带内顺造山带的脆性左行走滑断层的发育,表明这种顺造山带的侧向位移过程从深部到地壳浅层是一致的。因此,大陆碰撞在直接碰撞之后很快转变为顺造山带的侧向走滑位移为主的陆内变形,这种位移可能表现为两个大陆碰撞后的相对走滑,或是碰撞带中强烈变形部分顺造山带的侧向挤出,从而消减了正向碰撞所造成的地壳缩短和增厚。     

西非被动大陆边缘重力滑脱构造发育演化及成因机制

西非被动大陆边缘盆地在晚侏罗世伴随大西洋的裂开而形成,陆内裂陷构造旋回(晚侏罗世-早白垩世阿普特期(Aptian))主要发育陆内裂陷构造;过渡期构造旋回(阿普特期)沉积了一套潟湖相塑性层(盐岩);被动大陆边缘构造旋回(早白垩世阿尔布期(Albian)至今)共发育了两期重力滑脱构造,早白垩世阿尔布期-渐新世发育一期(早期)重力滑脱构造,中新世至今发育了另一期(晚期)重力滑脱构造。西非被动大陆边缘同一期重力滑脱构造具有从早到晚由陆向海的前展式发育规律,且多期重力滑脱构造具有从早到晚由陆向海迁移的进积叠加规律。西非被动大陆边缘重力滑脱构造发育的主要控制因素是大地构造背景、地层掀斜、滑脱面形态,其中大地构造背景控制重力滑脱构造体系类型,地层掀斜是引起地质体重力滑脱和变形的根本、控制构造变形的强度,滑脱面形态控制着重力滑脱构造类型和发育位置;次要控制因素是差异重力负载和塑性滑脱层等。并在此基础上建立了宽缓型凹面斜坡和窄陡型斜坡滑脱面下的西非被动大陆边缘重力滑脱构造成因发育模式。     

简论中生代大陆活化与多元动力学体系──以湖南地区研究为例

中生代大陆活化是一个典型的陆内变形与运动演化问题,所产生的构造变形、大范围岩浆活动和成矿作用等一系列问题是目前俯冲碰撞观点难以圆满解释的。湖南地区对冲构造带和背冲构造带相间排列,反映中生代至少发育两套相反的道冲剪切推覆构造系统,它们是壳块不同演化时期多向运动变形的产物。由此提出多元动力体系组成、增减、转换和叠加影响综合模式。其中会聚式地＠蠕动和扩散式地撞蠕动所产生的岩石囵增厚和减薄是引起中生代构造变形和活化的根本原因,西太平洋壳体的西向俯冲、特提斯东向俯冲及周缘造山带的侧向挤出效应等则是不可忽略的外部因素。     

岩石圈HPE热弱化与陆内构造变形

大陆内部变形在很大程度受制于大陆岩石圈流变侧向不均一性,而温度(地热梯度)是影响地壳和地幔岩石流变性质的主导因素。由热引起的地壳/地幔岩石材料的热弱化是弱化的主要途径,为陆内变形准备了物质条件。在构造外力(板块相关的或非相关的)的作用下,这些受到热弱化的岩石材料极易发生变形,导致岩石圈内部的造山带和变形带的形成。文章试图在广泛的国内外文献搜集和综合分析基础上,介绍由生热元素(heat producing elements)聚集产生的地壳/地幔(岩石)热弱化以及随后地幔下降流构造力作用造成的大陆内部应变局部化和陆内构造变形。这些地幔下降流是由大陆岩石圈地幔重力(瑞利 泰勒型)不稳定性发育引起的。     

中国东部中—新生代大陆构造的形成与演化

20世纪60年代提出的"威尔逊旋回"以关闭洋盆两侧板块的碰撞作为板块运动旋回的终结,然而板块构造学说"登陆"20多年来的实践说明这种认识是不全面的。大陆弥散而宽广的陆内变形说明洋盆闭合两侧板块的碰撞并未终止板内构造作用。古亚洲大陆形成后中国东部中—新生代广泛发育的板内构造变形、岩浆活动、克拉通内盆地的形成都和古亚洲大陆南、北,印度洋和北冰洋洋脊的持续扩张、西太平洋和菲律宾洋壳的俯冲相关。本文拟厘清中国东部中—新生代大陆构造形成与演化的重大事件、构造性质、形成背景及其时空展布:(1)晚海西—印支期古特提斯洋关闭陆块拼合碰撞古亚洲大陆雏形形成;(2)晚侏罗—早白垩世蒙古—鄂霍茨克海闭合,陆-陆碰撞古亚洲大陆形成,挤压逆冲推覆构造在陆内变形中形成高潮,西太平洋伊佐奈岐洋壳板块的斜俯冲叠加了自东而西的影响;(3)早白垩世晚期—古近纪加厚地壳-岩石圈减薄、转型,陆内伸展变形达到高潮,大陆克拉通泛盆地、准平原化;(4)始新世晚期—早中新世(40~23 Ma)太平洋板块运动转向对东亚大陆NWW向的挤压和印度洋脊扩张印—澳板块对古亚洲南部陆-陆碰撞挤压的叠加,形成中国东部新生的构造地貌;(5)中-上新世—早更新世受东亚—西太平洋巨型裂谷系和印度洋中脊扩张的叠加影响,中国东部岩石圈地幔隆升、地壳减薄,陆缘、陆内伸展变形相继形成边缘海、岛弧、裂谷型盆地和剥蚀高原地貌;(6)早更新世晚期(0.9~0.8 Ma)—晚更新世末(0.01 Ma)中国东部大陆构造地貌基本形成。     

对中国大陆构造格架的讨论

大陆动力学的理论与研究开启了人们一个新的思路:在确认中国大陆构造格架、划分构造单元时,除了前寒武纪基底、南华-印支期生物地层格架以外,不能不考虑中-新生代以来重大的陆内变形事件所产生的陆内变形(大型走滑断裂、推覆构造、挤出构造)对印支与前印支期所形成大陆构造格架大幅度的改造,因此对前印支期构造单元的性质需要通过构造复位来重新认识.通过构造复位认为:阿拉善、中祁连-柴达木、北羌塘等微陆块和塔里木板块是一个整体的克拉通--西域板块,不存在整体的昆(仑)-祁(连)-秦(岭)海洋板块,早古生代满加尔-北祁连坳拉槽-小洋盆和晚古生代东昆仑-阿尼玛卿-金沙江裂陷洋盆可能是由古特提斯洋脊楔入所引起的,类似于现今的红海-亚丁湾.本文拟从阿拉善、北羌塘地块的构造归属、西域板块的确认:中国境内北亚构造域的构造划分和晚侏罗-早白垩世陆内变形、中亚挤出构造;中朝与扬子-华南板块划分和南北黄海、朝鲜半岛的构造归属等方面,来讨论有关中国及邻区大陆构造格架的一些争议问题.     

柴达木盆地及其南北缘前南华纪构造单元划分及地质演化

根据近几年来的综合研究和区调工作,对柴达木盆地及其南北缘前南华纪物质组成、变质变形等研究的基础上,首次按照不同地质构造演化阶段,将柴达木盆地及其南北缘前南华纪构造单元划分为:湟源中元古代古陆块、全吉新太古代—古元古代古陆块、达肯大坂古元古代古陆块、金水口古元古代古陆块、宁多中元古代古陆块5个一级构造单元以及8个二级构造单元,论述了各构造单元的地质特征,重塑了前南华纪地质阶段柴达木盆地及其南北缘地质过程与古陆块的演化历史。结合研究区内重要地质事件将柴达木盆地及其南北缘前南华纪地质演化厘定为新太古代古陆核形成、古元古代早期古陆块裂解、古元古代晚期—中元古代早期古陆块形成、中元古代早—中期陆内裂解沉降、中元古代晚期—新元古代早期陆块汇聚、新元古代陆块裂解6个地质过程,响应了全球Kenorland、Columbia、Rodinia三个超级大陆旋回事件。