喜马拉雅碰撞造山过程：变质地质学视角

本文从变质地质学视角出发，介绍了喜马拉雅造山带的研究意义、地质概况和近年来作者在喜马拉雅碰撞造山过程研究中的进展。喜马拉雅造山带是威尔逊旋回中陆陆碰撞造山带的典型代表，从中揭示的大陆碰撞造山过程、规律及效应，可为探索地球从古至今的碰撞造山带演化研究所借鉴。其中，大陆碰撞造山机制的研究是其核心内容。大陆碰撞造山机制存在临界楔和隧道流两种端元模型之争，其分别对造山带核部高级变质岩折返的P T t轨迹和时空演化序列进行了不同的预测。上述争议可通过研究喜马拉雅核部高级变质岩（高喜马拉雅）的P T t轨迹和折返过程来限定，据此可将喜马拉雅碰撞造山过程划分为三个演化阶段。阶段一：60～40 Ma，软碰撞期，造山带地壳加厚至约40 km并发生小规模部分熔融，这些早期地壳加厚记录大多已被剥蚀，零星保存于前陆飞来峰和北喜马拉雅片麻岩穹隆中；喜马拉雅山从海平面以下抬升至>1000 m。阶段二：40～16 Ma，硬碰撞期，造山带地壳加厚至60～70 km，发生大规模高级变质和深熔作用，高喜马拉雅内部的三个次级岩片沿着“原喜马拉雅逆冲断层”、“高喜马拉雅逆冲断层”、“主中央逆冲断层”顺序式向南挤出，形成了现今喜马拉雅造山带的核部主体，地壳堆叠使喜马拉雅山快速隆升至≥5000 m。阶段三：16～0 Ma，晚碰撞期，造山带山根榴辉岩化发生局部拆沉，但大陆汇聚仍在持续、造山带尚未发生垮塌，小喜马拉雅折返、前陆盆地形成，喜马拉雅山达到和维持现今平均高度~6000 m。因此，喜马拉雅生长过程的一级次序是顺序式向南扩展的，受控于临界楔模型，而隧道流只起次级作用。山根深部热流过程对造山带的地壳结构和地表高程有巨大的改造作用。未来对喜马拉雅造山带的变质地质学研究可能存在以下几个关键科学问题：① 喜马拉雅极端变质作用与重大碰撞造山事件的关联；② 喜马拉雅稀有金属成矿与接触变质作用的关联；③ 喜马拉雅变质脱碳作用与大陆碰撞带深部碳循环和通量。     

喜马拉雅山脉的地质地貌特征：来自SRTM数字高程模型和降水量数据的约芽

利用GTOP030和SRTM3数字高程（DEM）数据,提取了喜马拉雅山脉（造山带）的数字高程模型并对其进行了地质地貌的初步分析。从SRTM3数字高程数据提取出坡度数据,初步分析了喜马拉雅山脉坡度和高程的特征。数字高程和坡度图清楚地展现了喜马拉雅大型断裂带（构造边界）的空间分布特征。分析了中国气象局下属的西藏、青海、四川和云南4省区气象观测台站55年来的年平均降水量观测数据、喜马拉雅山脉南坡的年平均降水量数据、喜马拉雅DEM和裂变径迹数据,发现喜马拉雅山脉从东至西,年平均降水量逐渐减少,地形起伏逐渐变小,而高程渐次升高,与此同时剥蚀速率降低;从北至南,年平均降水量逐渐增加,地形起伏增大,高程快速降低,而剥蚀速率则急剧升高。这充分说明了喜马拉雅年平均降水量大的地区,地表剥蚀作用相对较强,年平均降水量小的地区,地表剥蚀作用则较弱,即：在喜马拉雅地区,长周期的地表剥蚀过程（可长达数个百万年时间尺度）和短周期（仅仅50年）的降水量观测是耦合的。     

喜马拉雅山脉的地质地貌特征:来自SRTM数字高程模型和降水量数据的约束

利用GTOPO30和SRTM3数字高程(DEM)数据,提取了喜马拉雅山脉(造山带)的数字高程模型并对其进行了地质地貌的初步分析。从SRTM3数字高程数据提取出坡度数据,初步分析了喜马拉雅山脉坡度和高程的特征。数字高程和坡度图清楚地展现了喜马拉雅大型断裂带(构造边界)的空间分布特征。分析了中国气象局下属的西藏、青海、四川和云南4省区气象观测台站55年来的年平均降水量观测数据、喜马拉雅山脉南坡的年平均降水量数据、喜马拉雅DEM和裂变径迹数据,发现喜马拉雅山脉从东至西,年平均降水量逐渐减少,地形起伏逐渐变小,而高程渐次升高,与此同时剥蚀速率降低;从北至南,年平均降水量逐渐增加,地形起伏增大,高程快速降低,而剥蚀速率则急剧升高。这充分说明了喜马拉雅年平均降水量大的地区,地表剥蚀作用相对较强,年平均降水量小的地区,地表剥蚀作用则较弱,即:在喜马拉雅地区,长周期的地表剥蚀过程(可长达数个百万年时间尺度)和短周期(仅仅50年)的降水量观测是耦合的。     

前言

<正>变质岩和岩浆岩是造山带的主体,常常占据造山带的核心部位,其变质作用和岩浆作用记录有造山带构造热演化的重要信息,造山带变质岩和岩浆岩的研究是揭示造山作用机制及深部动力学过程的“钥匙”。本专辑以“造山带的变质作用、岩浆作用及构造热演化”为主题,系统收录了13篇论文。专辑论文不但论述和研究了秦岭造山带、喜马拉雅造山带、“三江”造山带、祁连造山带、柴达木北缘及西缘等典型造山带与俯冲、碰撞及后碰撞造山作用有关的变质及岩浆作用,     

喜马拉雅造山带中段核部杂岩中基性麻粒岩的发现及构造意义

举世瞩目的喜马拉雅造山带隆升幅度大、剥蚀作用强、构造活动新 ,至今为止 ,只是在该造山带东西 2个构造结 (帕米尔地区和南巴迦瓦地区 )中发现了下地壳深变质岩 .近期笔者在 1∶2 5万定结幅区域地质调查中首次发现喜马拉雅构造带中段曲当—康几一带的前寒武系聂拉木岩群中具有强烈塑性变形和多期退变质的基性麻粒岩 ,这对于研究喜马拉雅造山带的地壳物质组成、下地壳流变状态、陆内造山过程和构造隆升机制等均具有十分重要的意义 .位于喜马拉雅造山带核部的聂拉木岩群基底变质杂岩主要由黑云石英片岩、石英片岩、黑云母片岩、石英岩、大理…     

北祁连加里东造山带从挤压到伸展造山机制的转换

早古生代早期，北祁连造山带发生强烈的挤压变形作用，形成加里东期的俯冲－增生杂岩、高压变质岩，并使造山带岩石圈地壳加厚缩短。志留纪末期，加厚的造山带岩石圈由于垮塌作用及根部的拆沉作用，使造山带从挤压造山机制转换为伸展造山机制，并进入后造山伸展作用阶段，增厚的岩石圈开始减薄，发生不同层次的伸展作用，同时伴随花岗岩及Ａｎ∈变质岩的穹隆以及泥盆纪磨拉石盆地上叠盆地（Ｃ－Ｔ）的形成。石炭纪末，北祁连造山带岩石圈地壳已基本减薄到正常厚度。而现今的北祁连造山带的缩短和抬升则为喜马拉雅期再造山作用的产物     

从亚洲大陆块体拼贴过程看大陆造山带的形成与演化

本文就亚洲大陆喜马拉雅造山带和大别-苏鲁造山带构造演化模式进行详细评述,并据大地构造学和古地磁学最新研究成果讨论并总结大陆造山带形成与演化模式,即大陆碰撞造山带的演化可能涉及以下5个连续的过程: 碰撞旋转拼合陆内挤压反弹.     

四川盆地晚三叠世碎屑组分对物源分析及印支运动的指示

沉积物源分析是认识盆山演化的重要途径.四川盆地上三叠统的砾岩碎屑、砂岩骨架颗粒、碎屑重矿物组分显示,晚三叠世存在5大物源,它们分布于龙门山北段-中段、大巴山、龙门山南段、盆地东南和盆地南部.碎屑物源总体以"再旋回造山带"和"大陆板块"类型为主,其中,龙门山北段-中段和龙门山南段以"再旋回造山带"类型为主,而盆地东南部和南部以"大陆板块"类型为主."再旋回造山带"类型可细分为"混合造山带"及"碰撞造山和褶皱冲断带"两种类型,龙门山北段和龙门山南段均以"混合造山带"及"碰撞造山和褶皱冲断带"类型为特征.盆地物源分布存在阶段性特征:早期,龙门山北段-中段、大巴山物源规模较大,盆地东南和南部规模较小;晚期,盆地东南和南部规模增大,各方向呈均衡分布格局,这与周缘板块构造活动的阶段性有关.晚三叠世,龙门山北段由西北向东南方向挤压,构造活动强度总体具有弱-强-弱的演变趋势.须二期,龙门山北段逆冲-推覆开始形成,并暴露水面遭受剥蚀,向盆地提供物源;须四期为盆地最活跃期,龙门山北段进一步挤压抬升剥蚀,盆内沉积中心也由西北向东南迁移;须四期后,龙门山北段剥蚀区继续向东南推进,但构造活动强度渐趋和缓.     

苏胶造山带多机制造山模式

苏胶造山带是多机制造山作用形成的复合造山带,它经历了中新元古代威尔逊旋回之后,于三叠纪发生了非威尔逊旋回的再造山作用。它主要是三叠纪再造山作用末期怕陆内对冲造山带。并且,苏胶造山带在威尔逊旋回和非威逊旋回之后,由于山根拆沉,山脉均出现大规模均衡１抬升、岩浆活动和上地壳的造盆成山作用。苏胶造山带的上述特征在中央山系及全球大陆造山带中具有一定的普遍意义。     

地表剥蚀、下地壳流变与造山作用研究进展

岩石圈的流变特性研究已经成为固体地球科学研究中的重要领域，是地球科学新理论、新观点的重要渊源。最近的研究表明，下地壳普遍存在的韧性流是造山作用的重要制约因素。在下地壳物质层流变作用机制的调节下，地表剥蚀作用并不仅仅是传统意义上地表夷平的因素，它还能打破地壳动力学和热力学平衡，引起地壳内物质和结构的重置，进而促成山脉的加剧隆升；地表剥蚀作用的强度既受控于造山带的抬升，也受制于地球外圈层(大气圈、水圈、生物圈)。以天山山脉和喜马拉雅山山脉的隆起、喜马拉雅山山脉的变质作用以及相关的构造活动为例，说明在造山过程中，尽管传统意义上的造山作用与地球内部动力过程，即构造作用有密切联系，但是与构造运动的时空尺度不同，地表剥蚀作用也能够在相对较小的时空尺度内，通过影响和控制造山带下地壳的韧性流动，成为地壳抬升和造山带构造演化的重要动力因素。对地壳的流变特性和变质变形研究是当前地球系统科学研究的一个重要切入点。     

中国陆内造山带造山过程地球动力学分析

本文论证了我国陆内造山带岩石圈结构、造山过程岩石圈浅层变形构造样式、盆山变形构造时空耦合关系、造山过程与沉积盆地变形动力学模式等。提出中国西部造山带造山过程岩石圈变形总体是：上部以伸展变形为主,中部以挤压变形为主,下部以伸展变形为主。通过中国造山带造山过程与沉积盆地变形作用时空耦合关系对比研究,首次建立起造山过程与沉积盆地形成时空耦合关系的三类四型动力学模式：单向楔入造山推覆成盆、双向楔入造山推覆成盆、剪切造山反转成盆和伸展造山断陷成盆模式。     

大陆板内盆山耦合及盆山成因——以青藏高原及周边盆地为例

摘要：大陆造山带与沉积盆地之间具有十分密切的内在联系,空间上相互依存,物质上相互补偿,构造上相互作用,时间上同步演化。这些内在联系体现在统一的形成机制上:大陆造山带和沉积盆地是在大陆边缘俯冲板片脱水熔融和大陆内部地幔柱(枝)上隆的热动力作用下,地壳由盆向山侧向流动,导致盆山地壳物质发生循环运动。青藏高原与周边盆地的耦合作用十分典型。青藏高原不是印度板块与欧亚板块碰撞的结果,而是形成于下地壳流动驱动的板内盆山作用。青藏高原板内盆山耦合可分为两个阶段:(1)板内造山成盆阶段,表现为180～120 Ma→65～30 Ma→23～7 Ma从青藏高原北部和东部盆山系统→青藏高原中部盆山系统→青藏高原南部盆山系统有序迁移,以构造隆升、水平运动、地质作用和大规模板内金属成矿为特征;(2)均衡成山成盆阶段,表现为从36 Ma开始,青藏高原整体快速隆升和周边沉积盆地边缘坳陷带巨厚的磨拉石沉积,以36 Ma B.P.、25 Ma B.P.、18~12 Ma B.P.、 08 Ma B.P.和015 Ma B.P.等一系列脉动式快速隆升、垂直运动、地理作用和水系 环境变化为特征。大陆板内盆山构造演化经历从伸展构造向挤压构造的转换,伴随盆地主动作用转变成造山带主动作用。大陆下地壳流动和盆山耦合形成非安德森式的低角度拆离断层、波状起伏逆冲断层和异常共轭关系走滑断层。     

碰撞造山带与成矿区划

碰撞造山事件与成矿作用具有强烈的对应耦合关系,而且成矿规模与碰撞的强度呈正相关关系。碰撞造山带的壳幔物质相互作用与成矿作用的强度也呈正相关关系,特别是多期次碰撞造山带,均发生过强烈的壳幔物质相互作用,孕育着丰富的矿产资源。详细地研究了碰撞造山的构造演化过程,划分了相应的成矿构造单元和成矿区带。从碰撞造山的角度提出西天山、西昆仑山、阿尔金-北祁连山、东昆仑山、秦岭-大别山、西南三江、康滇陆缘等造山带为重要的成矿区带。     

中国阿尔泰山流域侵蚀速率及其控制因素

流域侵蚀速率的时空变化对于理解活动造山带的地貌演化具有重要意义。以阿尔泰山8个山地流域为研究对象,利用1964—2011年的水文数据,采用河流输沙量法估算了年代际山地流域侵蚀速率。首先确定悬移质、推移质和溶解质对河流输沙量的贡献,然后计算各流域的年代际侵蚀速率,并结合已有研究结果,探讨了阿尔泰山流域侵蚀速率的时空特征及其控制因素。结果表明：阿尔泰山8个山地流域的平均侵蚀速率为0.03 mm·a^-1,其中乌伦古河山地流域侵蚀速率最小（0.01 mm·a^-1）,额尔齐斯河支流克兰河山地流域侵蚀速率最大（0.05 mm·a^-1）。进一步对侵蚀速率与气候、地形、岩性、构造和植被等因素进行相关分析,发现流域侵蚀速率与地形因子（流域面积、地形起伏度）和气候因子（径流深度、平均温度）的相关性较强,表明这些因素可能对阿尔泰山山地流域侵蚀起主要影响。与阿尔泰山百万年尺度的剥蚀速率（0.07~0.3 mm·a^-1）相比,研究时段内的流域侵蚀速率偏低,这表明中亚地区晚新生代持续的干旱气候可能制约了阿尔泰山地表侵蚀。     

宇宙成因核素~(10)Be揭示的北祁连山侵蚀速率特征

山脉侵蚀速率的大小和时空分布信息是研究山脉构造—气候相互作用和地貌演化的关键切入点,其大小是受气候还是构造控制争论已久。宇宙成因核素10Be方法为从千年至万年尺度上定量研究流域平均侵蚀速率提供了一种先进和快捷的技术手段,为揭示侵蚀速率与现代气候和构造地貌因子的关系并进行相关分析提供了基础。利用该方法对北祁连山近现代侵蚀速率进行了研究。所采集的9个流域现代河沙样品,结合前人数据进行共同分析,结果显示该区侵蚀速率的变化范围为18.7~833 mm/ka,北祁连山中段的侵蚀速率约为323 mm/ka,该区侵蚀速率与降雨量没有明显的对应关系,但与流域平均坡度呈现很好的非线性关系,揭示坡度是该区侵蚀速率的最主要控制因素。通过对比北祁连山地表平均侵蚀速率和该区域的断层垂直滑动速率发现整体上该区域地表侵蚀速率要低于祁连山北缘断层的垂直滑动速率,反映了北祁连山正处于地形抬升和生长的过程之中。     

Junction and Evolution of the Qinling, Qilian and Kunlun Orogenic Belts

As the main part of the "central mountain system" in the continent of China, the Qinling, Qilian and Kunlun orogenic belts have been comprehensively and deeply studied since the 1970s and rich fruits have been reaped. However, these achievements were mostly confined to an individual orogenic belt and the study of the mutual relationship among the three orogenic belts was obliged to depend on comparative studies. Different views were produced therefrom. The material composition and structural features of the junction region show that there are several epicontinental and intracontinental transform faults developed in different periods. Restricted by these transform faults, the large-scale lateral movements and, as a consequence, complicated magrnatism and tectonic deformation took place in the orogenic belts. According to these features, the authors put forward a three-stage junction and evolution model and point out that there is not a single junction zone traversing from west to east but that the three     

塔里木盆地及邻区岩石圈拆离解耦与盆山格局关系的天然地震分析

与洋陆俯冲关系不同,在板内汇聚过程中,大陆岩石圈固有的多圈层、多界面结构的特点,使得地块的俯冲变形伴有多圈层顺层拆离解耦的行为,使变形结构复杂化。虽然多圈层界面拆离解耦所引发的地震点群空间分布不像洋陆俯冲关系那么规则完美,但是依据地震群与破裂位置、破裂与岩石圈分层力学特性的依次控制关系,运用深度/频次、平面密度等统计方法,再以各种地球物理实测手段得到的岩石圈结构构造数据作为界面标定依据,还是能够得出诸如拆离解耦的界面深度、界面归属和区域层间变形范围等重要的几何学信息,这些变形几何学、运动学数据是构建大陆岩石圈板内汇聚造山特别是盆山耦合模式时的关键性的依据。文中通过对塔里木盆地及周缘造山带的相关研究,在岩石圈层拆离解耦状态及其与盆山构造格局之间的关系方面得出以下几点认识:(1)塔里木盆地及周缘造山带岩石圈的主拆离解耦层均发育于中地壳,但随各区中地壳的具体深度位置不同而有所差别;(2)塔西南/西昆仑盆山构造耦合关系是构建于岩石圈尺度上的,塔北/南天山盆山耦合关系是构建于地壳尺度上的;(3)地震活动的密集程度及密集带的展布与天山的变形强度、隆升状态和地貌阶段类型的变化规律有着近乎完美的精确匹配关系;(4)塔北/南天山和塔西南/西昆仑对应于岩石圈的强拆离解耦区,塔东北/东天山和塔东南/阿尔金山之间无耦合关系,其边缘带对应于岩石圈弱拆离解耦和无拆离解耦区;(5)塔里木盆地总体上的弱变形状态与其岩石圈弱或未拆离解耦类型占据总面积90%的情形相适应;(6)塔里木地块以驱动、阻挡约束、平移滚筒约束和克拉通过渡等多重“身份”存在于相邻单元“包围”的力学环境中。     

造山带火山岩浆作用

造山带火山岩石学研究的主要目的在于重溯造山带的构造－岩浆演化历史。纵观我国到至全球的大陆造山带形成－演化历史，一个造山带往往经历了古大陆裂解，洋陆转换，陆块拼合，碰撞，陆内伸展－盆山耦合和新构造隆升（陆内造山）等众多不同的构造演化阶段，这些不同的构造演化阶段和不同的构造环境均有特定火山岩浆民之相伴。因此，我们可以根据造山带形成－演化不同阶段火山岩浆作用的特点来重溯造山带的的构造－岩浆演化历史，并进而从更大尺度上加以对比，探索全球动力学乃至比较行星学等重大学问题。本文对造山带火山岩石学研究中的一些重要问题进行了讨论和评述，这些问题包括有：板块内部火册浆活动，离散板块边界上的火山岩浆活动，会聚板块边缘的火山岩浆活动。     

“造山带研究”笔谈会

《地学前缘》编辑部遵循"百花齐放,百家争鸣"的方针,以笔谈会形式邀请10多位地质学家从不同角度阐述造山带研究的意义、理论和方法等。文中主要论述了下列内容：（1）关于造山带的涵义。对造山带的涵义有两种不同的认识：一种意见把造山带与板块间的相互作用密切联系,强调只有会聚板块边缘构造作用形成的地质体,才能称为造山带;另一种意见认为板内造山带是客观存在的,对大陆造山带的研究是大陆动力学的关键。（2）关于中国造山带的特点。中国地处3大体系──印度板块、太平洋板块和西伯利亚板块的交汇处,是古亚洲、特提斯和太平洋3大洋盆体系和其间诸多地块开裂、演化、增生、碰撞和消亡的结果。它们通常经历了长期的地质演化,形成了许多多期复合型造山带,而不完全与地球上一些典型的造山带相同。另一个特点是老造山带和已稳定地块在后期可再次卷入构造运动而活化。因此,中国是研究大陆开裂、增生、碰撞和拼贴作用的理想场所。（3）我们应当在总结中国各类造山带的地质。地球物理和地球化学等特征的基础上,结合东亚以至全球构造研究,创建大陆造山带的新理论。     

Study on the Climatic Change Features of Hebei Plain

Precipitation and groundwater are essential to water circulation and they mutually influence. Groundwater is the main water supply source in Hebei Plain. On the other hand, atmospheric precipitation infiltration recharge is the main supply source of the groundwater in this area. Therefore, the studies on Hebei Plain climatic change features are of great significance to further analyze the influences of climatic changes on groundwater resources. This paper selected 10 ground climatological stations in Hebei Plain in terms of daily precipitation and temperature data from 1961 to 2010 and analyzed the spatial-temporal evolution features of temperature and precipitation. The results showed that the minimum temperature of Hebei Plain in recent 50 years increased significantly; the maximum temperature basically is stable; and the mean temperature presents an obviously increasing trend. In the spatial distribution, it gradually decreases from southwest to northeast on the whole and gradually tends to increase from the coastal to inland. The precipitation in recent 50 years owns obvious interannual change features and spatial distribution features, with a trend of overall periodic decrease and significant decrease of extreme precipitation. The annual mean precipitation intensity and annual mean extreme precipitation intensity gradually increased from piedmont plain to coastal plain. Hebei Plain has a warming and drying development trend on the whole. In space, piedmont plain belongs to the high-temperature and few-water area; coastal plain lies in low-temperature and much-water area; and central plain is in transitional zone. The climatic change and human activities are two influential factors of groundwater resources. Further revealing of the climatic change features of different geomorphic types and measuring and distinguishing of the influences of climatic change and human activities on groundwater remain to be further explored.