印度大陆板块北漂的动力机制研究

印度大陆板块是一个活化的克拉通板块,其向北漂移并与欧亚板块碰撞过程得到了广泛研究,但其北漂的动力机制则很少被关注。传统上认为是海底扩张造成了印度大陆板块的北漂,但最新的地球物理观测结果却与此相悖。基于地磁场异常特征、古地磁测量和地震勘探剖面等诸多证据的系统分析研究,结果表明印度大陆板块厚度大约40 km,其北漂的动力机制与印度板块南侧深部的岩浆上涌密切相关,大陆板块的漂移是自发驱动的。通过新建立的大陆漂移模型可以合理解释印度大陆板块漂移的动力来源,并合理地解释了印度大陆板块北漂中伴随左旋的深层次动力机制。最后探讨了印度大陆板块在80~40 Ma期间异常高速漂移的根源和东非大裂谷的成因。本研究为大陆漂移模式提供了一个新的动力机制。     

板块构造学说面临的挑战

板块构造学说揭示了海底扩张和板块的水平运动现象,阐明了与板块边界相联系的岩浆活动。但大量资料表明地球历史上岩石圈板块与软流圈是同步耦合运动的,而不是在软流圈上滑移。全球扩张与俯冲的不对称性现象也是不吻合于板块构造理论所期望的。安第斯弧作为洋陆俯冲的典范在地球物理和地球化学上均缺少证据。对于与俯冲带相关的弧后引张、大陆增生、地壳物质返回地幔和成矿作用方面均存在较多的问题。大火成岩省所揭示的岩浆活动现象超越了板块构造的格局,并发生在整个地质历史时期和更广泛的地域范围。大火成岩省学说所解释的大陆增长、地壳物质返回地幔和成矿作用过程完全不同于板块构造学说。驱动地幔柱的深地幔对流假说允许岩石圈板块与下伏软流圈一起运动,吻合铅同位素所揭示的岩石圈与软流圈长期耦合的规律。     

扬子陆块的漂移与冈瓦纳古陆的早期活动——显生宙全球动力活动的一个重要趋势

关于地壳的形成和发展的研究,历来存在着两种截然不同的观点。固定论者认为原始大陆和大洋在地球上的位置是永恒不变的;而活动论者除承认大陆的垂直升降运动外,还主张整个地壳(包括海洋地壳和大陆地壳)都曾发生过大规模水平运动。活动论的杰出代表就是Wegener的大陆漂移理论。这个学说虽然历经盛衰起伏,但自五十年代以来它得到了地震、古地磁、地热和海洋地质学的强有力的支持。特别是“海底扩张”和“软流圈低速层”的确定,解决了一个重大难题——漂移机制。所以,从六十年代中期标志地球科学最新进展的板块构造理论问世后,广大地学工作者对于构成大陆漂移学说核心的冈瓦纳古陆的活动问题,再度给予极大的注意。近年在堪培拉和加尔各答等地     

论全球海陆变迁的主要原因

历史发展过程中不少专家学者,对地球上各个大陆形成演化作了多年大量的研究工作,但认识千差万别。如最早的大陆漂移学说,后来又出现海底扩张学说—板块构造学说等等。经过多年研究认为,全球7个大陆不会漂移,而且也无充分依据将地球划分成几个板块。因为板块构造学说的运动机制基本是合理的,但是,板块划分依据不足、各板块的界线不明确、各板块的地质差别及特征不清楚等。所以,笔者认为全球各大陆整体是不分的,各个陆块地质时期的变化,是海陆变迁的结果。     

从南大西洋裂解过程解密大陆漂移的驱动力

南大西洋裂解造成的非洲和南美洲的大陆分离到了广泛认可,该区域也与大陆漂移学说的诞生密切相关。但大陆漂移的驱动力从其提出至今一直存在争议,定量化分析大西洋裂解过程中板块运动的驱动力显得尤为重要。我们研究了南大西洋两侧被动大陆边缘盆地区域的两条深反射地震勘探剖面,在构造地质解译基础上,详细估算了非洲大陆的莫霍面倾角,得到了沿莫霍面地壳重力滑移剪切力的大小,用于解释大西洋裂解过程中非洲大陆运动的动力机制。结果说明,非洲大陆板块在地幔上涌形成的倾斜界面上能够产生强大的重力滑移力,且南部驱动力大于中部。大陆板块依靠连续的地幔热上涌和重力滑移力会持续漂移。该模型能够合理解释大西洋上诸多线状分布的大陆残片的成因机制,也能合理解释南大西洋南部宽度大于中部的内在原因,最后对南大西洋的打开过程进行了精细的构造演化史恢复。该研究为板块运动提供了一个新的动力模式,为认识板块运动驱动力提供了更为精确的约束信息。     

地幔柱影响大陆板块漂移速率的数值模拟研究——对印度板块晚白垩世快速漂移的启示

本文利用二维地球动力学数值模拟方法研究地幔柱与大陆岩石圈相互作用,着重探讨上覆大陆岩石圈结构、地幔柱规模及二者间的相对位置等参数对上覆大陆漂移速率的影响。模拟结果表明,在地幔柱作用下,大陆是否含厚的岩石圈根对其自身的漂移速率有一定影响;在相同规模地幔柱作用下,大陆的漂移速率随着岩石圈根的增厚而减小。另外,大陆岩石圈越长其漂移速率越小,最终漂移距离越短。且随着地幔柱直径的增加,上覆大陆漂移速率和持续漂移时间都会随之增加。对于含岩石圈根模型而言,岩石圈根位置越靠近地幔柱上涌中心,上覆大陆的漂移速率越大,最终漂移距离越长。而对于不含岩石圈根模型,上覆大陆与地幔柱的相对位置同样影响较大。地幔柱越靠近上覆大陆岩石圈的边缘,其对于大陆漂移的影响越显著。上涌地幔柱对于上覆大陆漂移普遍起到10 cm/a以上的增速作用。模型结果对认识印度大陆在晚白垩世的快速向北漂移提供了重要的动力学约束和地质启示。     

南海中央海盆高精度地震勘探揭示的大陆漂移过程

南海的形成和演化得到了广泛研究,前人提出了超过5种成因模式,当前流行是海底扩张模式,但它难以合理解释南海洋壳上的洋中脊跳跃和南海中央海盆上的大陆残片。本文首先基于南海中央海盆中的两条高精度地震勘探剖面,在深入剖析洋壳的分层结构基础上,对这两条地震勘探剖面进行了新的构造地质解释。然后通过伸展构造的形成过程,发展了地幔上涌和陆壳重力滑移双驱动大陆漂移模型,最后深入研究了南海的形成和演化过程。结果说明,南海的形成是一种“构造挤出+主动漂移”模式。构造挤出是印度-欧亚大陆碰撞造成的欧亚东南缘微陆块大规模被动挤出,而主动漂移是微陆块在被挤出后发生了主动裂解漂移。南海中央海盆上残留的地震反射特征,是微陆块主动漂移后造成的海底被扩张现象。并进一步恢复了南海演化过程中周边陆块的运动演化历史。所提出的新模式能够合理解释南海的洋中脊跳跃现象及大陆残片的成因机制。新大陆漂移模型为板块运动提供了一个新的动力模式。     

地球圈层耦合扭转机制及其成因

全球扭转构造体系不仅是球面现象,而且波及整个地球.本文着重指出地球圈层耦合扭转的机制,揭示该机制对于板块构造的控制规律.赤道面与银道面的交角达62°36′,当银心从北天球移动到南天球时,在公转离心力的驱动下,塑性地幔将向南半球运移而大陆板块则向北半球漂移,从而导致南、北半球的非对称性和两半球的相对扭转.地球的大陆漂移的节律与银河系涡旋周期一致,太阳系内旋转状态相同的行(卫)星与地球同步扭转.     

蛇绿岩型金刚石的特征

蛇绿岩型金刚石产在蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中,不同于产在大陆克拉通的金伯利岩型金刚石,也不同于产在板块俯冲带中的超高压变质型金刚石和陨石撞击成因的金刚石。蛇绿岩型金刚石的主要特征是粒度普遍较小,多数在200~500μm之间,C同位素显示极低的δ13CVPDB值(-28‰~-18‰),金刚石中包裹体以含富Mn的矿物为特征,金刚石产在蛇绿岩大洋地幔橄榄岩中,其构造背景为板块缝合带。金伯利岩型金刚石粒度可达厘米级,是大颗粒宝石级金刚石的主要来源,其C同位素显示轻微低的δ13CVPDB值(-10‰~-5‰),包裹体矿物多为富Mg的矿物组合,金刚石产在克拉通和大陆岩石圈构造背景。超高压变质带中的金刚石颗粒十分细小,由数微米至100μm,C同位素为中等低的δ13CVPDB值(-15‰~-7‰),金刚石通常与碳酸岩和地壳成因矿物伴生,含有金刚石的超高压变质岩石形成的构造背景为板块深俯冲边界。形成于陨石撞击的金刚石产出和研究均较少,金刚石通常也是微米级,产出在陨石撞击形成的变质岩中,伴生矿物的成分与与撞击变质的原岩有关。以上四类金刚石无论野外和室内区分显著,由此,可以将蛇绿岩型金刚石归为地球上一种新的金刚石产出类型。     

地球的起源与演化研究进展

地球科学在研究远古地球的形成与演化方面积累了越来越多的证据 ,人类对于太空的观测程度也不断提高 ,加深了对类地行星的认识 ,取得了重要的成果。太阳系中的火星和金星可能存在已经绝灭了的生命。慧星和小行星对地球的多次撞击有能力导致严重的环境效应及生命大灭绝。行星的演化可能有两种模式 :冷的星团加热及热的星云冷却。火星上存在与地球壳体非常相似的沉积岩 ,说明有流动水存在的可能。较高地热的太古代地壳热流输出被认为是认识地壳构造特性的关键。晚太古代会聚与离散大陆边缘的对比研究表明太古代板块运动与年轻的板块构造旋回在样式及幕次方面都没有根本的区别。元古代大陆的增生是由于元古代源于地幔的板块构造及产生于地幔的热柱构造导致新生成分的加入而造成的。裂谷、盆地、推覆及伸展、火山侵入作用是显生宙大陆增生的主要因素。     

周向应力在地壳运动中的作用

地壳运动的驱动力一直存在争议。目前虽然提出了很多假说,但这些假说所描述的驱动力数量级均较小,不足以推动地壳运动;另外,大量实际地应力测量表明,水平主压应力在三个地应力分量中最大,被看作地壳“异常”压力,其机理也没有统一的认识。因此,有必要弄清楚地壳运动的动力来源是什么及为什么会出现这种水平应力占主导的现象。受背斜构造或石拱桥的侧向支撑的启发,通过地球模型受力分析得出,地壳作为球壳在自重下会相互挤压,在圆周方向产生很强的周向应力。周向应力大于重力,且由重力派生,和实测的地应力特征是一致的。推测该应力在20 km深处约为900 MPa,足以驱动板块运动(>500 MPa)。因软流圈是可流动的,其上面的岩石圈只要存在薄弱带,该应力就会释放,板块之间从而产生相对运动。整个洋壳和拱桥类似,在该力的作用下,会在俯冲带处下插至陆壳深部,俯冲带就是岩石圈的薄弱区,它因此会承担部分甚至全部洋壳的重量。最后提出,没有独立于重力的、可独立起作用的构造力或碰撞力,周向应力是地壳运动的唯一具有足够数量级的驱动力。     

俯冲带形成机制的可检验假说和检验方案

五十年前板块构造理论的诞生是地球科学领域的一场革命,它为理解地球如何运作构建了基本框架。过去五十年对该理论的进一步研究告诉我们地质过程最终都是地球热损失的结果。例如,大洋岩石圈板块在洋中脊形成,其运动和增生以及最终通过俯冲带进入地幔导致地幔冷却降温,从而导致大规模的地幔对流。亦即,板块构造的直接驱动力是俯冲大洋岩石圈板块的下沉力。因此,没有俯冲带就没有板块构造,但是俯冲带如何开始仍然有争议。对俯冲起始的研究从未中断,有数值模拟也有地质推断。2014年在西太平洋用三个IODP航次(350、351和352)来检验“自发”和“诱发”俯冲开始的想法。所有这些努力都值得肯定,但这些是无法检验的想法。无法检验意味着没有结果。本文介绍至今唯一可用地质学方法检验的假说,亦即“岩石圈内横向物质组成差异导致的浮力差是俯冲带形成的起因”。这种浮力差位于海底高原的边部和被动大陆边缘,因此这些部位是未来俯冲带起始的必然轨迹。在远离这些部位的正常洋盆内因缺乏浮力差而俯冲带不可能起始。换句话说,“所有岛弧一定有大陆(或海底高原)基底”,这可以通过采集和研究岛弧基底岩石来验证。     

论全球岩石圈板块构造的动力学机制

全球板块构造的动力学机制问题是一个热门但至今尚未解决的难题。本文首先回顾了近百年来大地构造学的各种主要假说和近四十年来板块构造学说的许多新进展。在上述研究的基础上, 受Rampino和Stothers关于陨击作用可引起地表重大灾变事件思想的启发,笔者提出了一个新的假说。基于中、新生代(200 Ma以来)每隔33 Ma太阳系就会穿越一次银河系星际物质密集的银道面,诱发太阳系内部引力场的巨变,使部分小行星失稳,从而撞击地球。笔者根据用以描述中生代以来全球板块构造的七种不同的运动模式, 提出了巨大陨星在不同地点、以不同角度撞击地表岩石圈,可能诱发地幔底辟的形成,从而推动板块呈放射状或单向运移的假说,也即在200、170、100、65和0.78 Ma等时期的陨击事件基本上是垂直地表面而撞击的,从而诱发地幔底辟的形成和岩石圈板块的放射状张裂和运移;138 Ma的陨击事件可能是指向印度板块的斜向撞击;而35 Ma时期的微玻璃陨石撞击事件则是陨石以极低角度撞击地球表面的表现。陨石撞击地球,这是太阳系内部各星体之间引力作用变化的表现,因而此假说不是什么外因作用论。     

大南海地区新生代板块构造活动

在新生代澳大利亚板块和欧亚板块之间的大洋中，存在一些地块(微板块)；同时，澳大利亚板块北部边缘的一些地块先后和澳大利亚板块分离，向北运动，与一些和欧亚板块分离出来的地块先后发生碰撞缝合。在此期间，由于地块分离而发生海底扩张，产生许多小洋盆，如南海、苏录海、苏拉威西海、安达曼海等，最后形成了东南亚地区今日的构造景观。笔者从大南海地区新生代的构造演化史之框架来研究南海地区新生代的构造演化历史，认为南海地区新生代的构造活动既与印度板块和欧亚板块的碰撞有关，也与太平洋板块向欧亚板块的俯冲活动有联系；同时，还受到澳大利亚板块向北运动之影响。南海地区在新生代发生过两次海底扩张，第一次海底扩张发生在42～35Ma前．是受印度板块和欧亚板块碰撞而引起欧亚大陆之下向东南方向之地幔流的影响而发生的，其海底扩张方向为NWSE，产生了南海西南海盆；第二次海底扩张发生于32～17Ma前。由于太平洋板块向欧亚板块俯冲，俯冲的大洋岩石圈已达700km深处，阻挡了欧亚大陆的上地幔向东南方向之流动，从而转向南流动。引起南海地区南北向海底扩张，即新生代第二次海底扩张，产生了南海中央海盆。南海新生代洋盆诞生之后，由于大南海地区继续有地块碰撞和边缘海海底扩张，对南海南部地区产生挤压，从而使这里的沉积发生变形，这就引起万安运动(南海南部)。     

从大洋中脊反思大陆漂移说——兼论地球膨裂说

本文通过讨论地幔对流的可能性以及大洋中脊的运动方式,证明了大陆漂移说对大陆漂移的源动力的解释仍存在漏洞,并提出大陆漂移源动力与地球膨裂的关系。对大陆漂移说具有补充性。     

Numerical Modeling of the Effect of Mantle Plume on Continental Drift: Revelation of the Rapid Drift of the Indian Tectonic Plate in Late CretaceousEI北大核心CSCD

Numerical modeling is used to investigate the interaction between mantle plume and continental lithosphere, especially the effect of the continental lithosphere structure, the scale and position of mantle plume on the rate of continental drift. Numerical results show that, under the effect of mantle plume, the existence of a thick root of the continental lithosphere affects the rate of continental drift. Moreover, under identical scale of mantle plume, the drift rate decreases with increasing thickness of the root. Besides, the velocity and distance of a continental plate drift are negatively correlated in scale of the continental lithosphere, but correlated with the scale of the mantle plume. For the model without lithospheric root, the mantle plume has a more appreciable impact on the plate drift rate when it comes closer to edge of the continental plate. Our models show that mantle plume can accelerate the continental drift by more than 10 cm/a. The modelling results can provide significant dynamical constraint and geological enlightenment. © 2018, Science Press. All right reserved.