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。     

再论大陆动力学发展面临的重大挑战

刊序板块构造理论诞生60年来,作为发展板块构造理论的大陆动力学研究也已进行了30年。板块理论被公认为"世纪自然科学领域的五大成就之一,该理论的提出是一次地学革命,因为它重新调整了人们对地球动力学的传统认识。板块构造学说诠释了全球构造的许多现象。但是,与板块构造学说所阐明的大洋岩石圈生长和消亡过程相比,大陆岩石圈的形成和演化过程更为复杂:大陆地壳无均一成分、无共同成因、具有复杂的流变学特征、有复杂多样的造山带和盆地类型、有千姿百态的地形地貌、有构造和热演化史不同地体的拼合、有流体和熔体对大陆岩石圈强度的改造,以及大陆板块聚敛和离散的轮回,因而板块上陆面临重大挑战!大陆动力学的兴起成为板块构造发展新的里程碑,逐步成为解决人类社会需求(资源能源、环境和灾害)的重要理论基础。     

“板块构造与大陆构造”专题讨论——大陆构造与板内地震

板块构造理论是地学研究的一次革命,它推动了当前地球科学的发展。但是用刚性板块运动学的理论不能解释大陆内部复杂的构造形变作用和强烈的地震活动,大陆构造理论是在板块构造的基础上加以补充和发展,本文简要地介绍大陆构造研究的要点,特别是大陆构造与板内地震活动的关系。我国是一个以大陆为主体的多震国家,板内地震活动应结合岩石圈结构、块体运动学和流变学进行研究。     

超高压榴辉岩流变学研究

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。大陆地壳和上地幔流变学的综合研究是认识大陆构造最佳途径之一。流变学研究是大陆造山带几何学、运动学和动力学的桥梁。大陆岩石圈对构造作用、重力不稳定性和热结构的响应在很大程度上取决于岩石流变强度。岩石圈流变性质是岩石圈分层、构造复杂性和塑性流动的主导控制因素。超高压榴辉岩在地幔对流、壳-幔物质循环和俯冲带动力学起着重要作用。榴辉岩的流变性质和变形机制对于阐明大陆造山带和大陆深俯冲的动力学过程具有十分重要的意义。本文主要内容包括以下4个方面：（1）岩石流变学研究在地球动力学中地位和重要性;（2）回顾池际尚先生对岩石流变学实验的贡献;（3）近几年来超高压榴辉岩流变学研究成果;（4）国外岩石流变学实验研究发展态势和启示。     

大陆动力学的过去、现在和未来——理论与应用

近十年来大陆岩石圈流变学、板块下的构造和整个地幔运动、现代大陆变形动力学、大陆深俯冲动力学、"中下地壳的隧道流"、复合造山带和复合造山动力学、盆-山耦合与大陆增生、地幔物质和地幔动力学以及全球大陆科学钻探整合计划等大陆动力学研究的重要进展,表明大陆动力学是继"板块构造"之后固体地球科学发展的新的起点,建立大陆动力学新的理论体系以及为资源、能源、环境和预防地震灾害的人类需求服务,是大陆动力学发展的未来.     

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      

大陆板内构造变形及其动力学机制

典型大陆板内变形发生在克拉通化的大陆岩石圈内部,距离同变形期活动板块构造边界数百至2000km以上。收缩变形主要表现为区域尺度的盆地构造反转、结晶基底与上覆盖层共同卷入变形的厚皮式逆冲构造,具有变形局部化特征。因为流变学分层特征不同,大陆板内变形可以发生在中上部地壳、整个地壳乃至岩石圈尺度上,表现为不同波长的地壳或岩石圈尺度纵弯弯曲。大陆岩石圈板块内部物质组成与结构的不均一性、流体活动、热作用、克拉通内盆地巨厚沉积产生的覆盖效应、地壳加厚等导致的岩石圈强度的局部降低等,是导致大陆板内变形以及应变局部化的原因。构造活化是大陆板内变形的重要方式。板块俯冲或碰撞远程效应被认为是大陆板内变形的主导动力学模型,但是放射性元素积累导致的岩石圈强度热弱化,或大陆冰川消退触发板内应力状态变化等导致大陆板内变形的动力学模型也应该引起关注。     

大陆岩石圈流变动力学研究进展

综述了近年来宏观尺度上大陆岩石圈在流变结构、运动学和动力学研究方面的进展 ,简要介绍了INDEPTH ,KTB等科学工程的最新成果。固体地球科学的发展趋势表明 :查明岩石圈的物质组成和岩石圈的热结构是建立岩石圈流变结构模型的基础 ,高分辨率地球物理方法、大陆科学深钻和岩石学探针是研究岩石圈流变结构的重要途径 ;大地测量是研究岩石圈运动学的主要手段 ;定量计算岩石圈的流变学参数和模拟动力学演化过程是动力学研究的基本内容。     

大陆中部地壳应变局部化与应变弱化

大陆岩石圈流变学研究是构造地质学学科发展的必然,也是发展板块构造理论、探索大陆板块内部变形与动力学演化的核心问题。大陆中部地壳是大陆岩石圈中一个具有特殊性的圈层,其主要成分以花岗质岩石为代表,位于岩石脆-韧性转变域。在中部地壳层次上,岩石既具有脆性变形特点,又具有韧性变形属性,而且常常表现出多种流变强度。研究成果显示,中部地壳岩石流变具有许多特殊性:1)应变局部化是中部地壳流动最为典型表现形式;2)存在大陆地壳多震层:多震与强震,显示出中部地壳既弱又强的流变学属性;3)液/岩反应强烈,流体相直接影响着岩石的流变性;4)在许多地区存在有地球物理异常体(低速高导体)。大陆中部地壳应变局部化是板块相互作用过程中地壳层次上应变积累与集中的重要表现。在宏观尺度、中小型尺度和微观尺度上都有着重要的构造特点。地壳岩石的应变弱化,是诱发应变局部化的主要机制。多种形式的水致弱化(包括液压致裂、反应弱化、水解弱化等)与结构弱化(包括细粒化、晶格取向、成分分带性等)对于应变局部化具有重要的贡献。大陆地壳岩石流变学、中部地壳弱化与应变局部化研究,是未来岩石圈流变学研究的重要方向。     

多岛弧盆系构造模式:认识大陆地质的关键

本文在对以青藏高原为主体的东特提斯30多年来的地质调查和研究实践基础上,通过与现今西南太平洋区域弧盆构造体系的对比研究,提出了适合于板块构造登陆的现实主义替代模型-多岛弧盆系构造模式。大洋岩石圈与大陆岩石圈之间的多岛弧盆系构造模式是板块构造登陆的入门向导,是认识大陆地质演化的关键。基于该模式研究认为,特提斯大洋最初开始于Rodinia超大陆解体的晚前寒武纪晚期,比太平洋体系更老。青藏高原形成受控于不同时期大陆边缘多岛弧盆系构造演化,一系列弧后或弧间盆地消亡、弧-弧或弧-陆碰撞的岛弧造山作用实现大陆边缘增生。该现实主义模式即可成功地解释青藏高原的形成演化过程,亦可为现在和将来特提斯构造域与亚洲大陆的地质工作所检验。多岛弧盆系构造的识别与深入研究不仅在造山带具有强大的生命力,能够全面解剖造山带的物质组成、结构构造与演化历史,而且对于分析前寒武纪大陆克拉通基底的形成也具有重要启示。     

大陆岩石圈流变学研究

简单介绍了流变学的概念和两种基本研究方法,基于大陆岩石圈较大洋岩石圈有更为复杂的流变特征客观事实,指出研究大陆岩石圈流变学的重要性,并提出几个主要的研究方向和领域。     

大陆岩石圈流变学研究及其在伸展盆地动力学中的应用

大陆岩石圈流变性是伸展盆地动力学研究中的一个重要方面。大陆岩石圈具有多种流变学特征,控制着不同的岩石圈变形样式以及盆地形态、沉降/上隆、沉积样式和岩浆岩分布等岩石圈变形在伸展盆地中的表现形式。大陆岩石圈流变学研究在伸展盆地运动学和动力学模拟中的应用现状和最新进展表明,尽管大陆岩石圈的流变性非常复杂,其在伸展盆地动力学分析中起到了非常重要的作用,应该加以足够重视和深入研究。     

大陆岩石圈的流变学性质和矿物中的水

评述了近些年来岩石圈(尤其是大陆岩石圈)流变学研究中的主要进展。这些研究中最重要的一个发现是水的存在可以显著地增强岩石的变形,从而对其流变性质产生明显影响。大陆岩石圈的流变性质比大洋岩石圈要复杂得多,尤其是较深处的下地壳和岩石圈地幔之间流变性质的对比和差异成为近些年来人们争执较大的问题。大陆岩石圈的流变性质可能具有显著的不均一性,不仅体现在垂向上,也体现在横向上。根据流变学实验研究的进展和对深部壳幔捕虏体中主要构成矿物结构水含量的测定,对华北克拉通深部岩石圈的流变性质进行了定量计算。结果表明华北克拉通在重力梯度带两侧的岩石圈有着截然不同的流变特征,这种差异可能对两侧不同的岩石圈动力学过程有重要的影响。     

大陆地质与大陆构造和大陆动力学

当代地球科学发展的新需求与板块构造对大陆地质的深化研究,使大陆问题成为21世纪地学发展的前沿研究领域、热点和关键。文中在提出“大陆动力学”研究20多年后的今天,进行关于大陆研究的新思考,从讨论厘定大陆研究的有关争议概念、大陆的基本问题、中国大陆构造的典型实例以及与世界同类范例的简要对比出发,综合概括了大陆地质与大陆构造和大陆动力学研究的关键科学问题与进一步探索研究的思考课题。提出了在大陆研究中,在进一步精确深化板块构造对大陆的研究的同时,应突出加强大陆构造中有无非板块构造动力及其远程效应的大陆内的、在深部动力学与陆块间差异非均衡背景下由陆内陆块间相互作用导致的真正陆内构造及其动力学问题的研究,以便为深化发展板块构造、认知大陆、探索大陆动力学、构建包括板块构造在内新的行星地球构造观作出努力与探索。     

关于大陆构造的思考

大陆动力学与全球动力学是当代地学的重在前沿领域。本文在研究青藏高原与周缘盆地的同步演化规律和综合前人最新研究成果的基础上，分析了大陆构造的１０个基本问题，并进一步阐述了层流构造模式，其内容包括：（１）深部层流导致浅部隆陷；（２）层流隆陷构造系统的物质循环过程；（３）大陆层块结构与地温场，应力场的关系；（４）层流构造的阶段发展与复合叠加；（５）层流构造的深部过程及动力学源，特别强调指出应当区大分陆隆     

关于加强流变构造学研究的建议

流变学构造研究已成为21世纪固体地球科学的前沿领域。构造地质学作为固体地球科学各个分支领域的带动学科,需要以流变学的理论和研究方法武装自身,以便从根本上和真正意义上开展大陆地质和大陆动力学的研究,进而推动板块构造理论的进步和为创建崭新的超越板块构造的构造理论奠定基础。在论及开展构造地质和大陆地质的流变学研究的5点理由之后,本文提出了3项旨在加强流变学研究的建议,即:1)大陆流变构造的观测、分析和积累研究,2)实验研究和理论探索,3)基础理论学习与人才培养,供国内构造地质学界同仁讨论。     

大陆构造与动力学研究的若干重要方向

为了建立新的地球观，当代地学界把主要科学目标瞄准大陆动力学。大陆构造是大陆动力学的核心领域，涉及到盆地和造山带的形成与演化、大陆岩石圈三维层块结构、大陆下地壳的热状态和流变状态、大陆地震成因和大陆地壳运动的动力来源等一系列重大课题。随着多学科的联合攻关和新技术、新方法的应用，在上述研究领域取得的新突破将导致大陆动力学新理论的诞生，并推动固体地球科学迅速发展，以至带来新的地学革命。