贺兰山及周边地区加里东运动研究

基于对贺兰山及周边地区下古生界详细的野外地质调查,通过碎屑锆石年龄谱的物源分析、地层接触关系追踪、岩性岩相突变特征分析、残留地层分布、古生物组合及亲缘性分析,讨论了阿拉善地块与华北地块和中祁连地块的亲缘关系,探讨了研究区加里东运动的幕次,认为早古生代阿拉善地块和华北地块相互独立,俯冲造山特征建造不清晰,两者之间可能为转换型陆缘。阿拉善地块和中祁连地块之间的加里东运动幕次清晰。加里东运动一幕发生在中-晚寒武世,香山群深水复理石沉积和张夏组浅水碳酸盐台地相沉积呈拼合式接触,生物组合为亲华北-亲祁连混合型,彼时中祁连地块从Rodinia大陆裂离,逐步靠近阿拉善地块;加里东运动二幕发生在早-中奥陶世,下奥陶统碳酸盐岩在全区稳定分布,与下伏香山群不整合接触,与阿不且亥组整合接触,生物相统一,生物组合为华北型,中祁连地块-阿拉善地块-华北地块平和成为一个统一的块体,整体为浅水台地沉积环境;加里东运动三幕发生在奥陶纪末,中-上奥陶统与泥盆系角度不整合接触,商丹洋闭合,扬子地块与阿拉善地块和华北地块靠近,商丹缝合带南部的宽坪洋打开,导致研究区中、晚奥陶世亲华北-亲扬子混合型生物组合类型。     

全球早古生代造山带(Ⅱ):俯冲-增生型造山

全球早古生代增生造山带极其发育,主要分布在古亚洲洋南北两侧、Iaeptus洋南侧、Rheic洋北侧和环冈瓦纳大陆地带,其中原特提斯洋封闭的产物主要发育在中国境内,大量微陆块在早古生代可能都是冈瓦纳北缘的俯冲-增生带中的重要组成。增生造山带中组成复杂,具有沟-弧-盆体系、海山、洋壳等残存记录,尤以榴辉岩发育为特征,增生造山成为早古生代古亚洲洋和特提斯洋构造体系的显著独特特征。早古生代末中亚早古生代造山带多为微陆块增生造山阶段,沟-弧-盆体系发育,具有增生-软碰撞造山的特点,发生时限较晚,为早古生代末;原特提斯洋中的西昆仑、东昆仑、柴达木北缘、南阿尔金、北阿尔金与北祁连、北秦岭等围限或夹杂的微陆块在早古生代具有相同的增生造山过程,整体是向南俯冲线性增生到冈瓦纳大陆北缘,现今多次重复是早古生代弯山构造所致。400 Ma左右,南部古特提斯洋和北部勉略带的打开,导致其北漂,经复杂变形改造,它们现今为一巨型弯山构造横亘在中国中部,对中国构造格局影响最为重要。     

全球早古生代造山带(Ⅲ):华南陆内造山

华南早古生代加里东期变形、岩浆、沉积等特征表现为陆内造山带特征。通过对加里东期角度不整合分布、褶皱、断裂逆冲极性等特征的分析,发现大明山、大瑶山地区EW轴向的寒武系褶皱不对称性和角度不整合空间上向北的拓展变新规律,指示晚寒武世—早奥陶世的由南向北推覆挤压可能是云开、滇—桂北越地块依次向北推挤的结果;从全球背景看,可能和华南陆块南部一些地块与冈瓦纳大陆北缘依次碰撞接触导致的远程陆内效应有关。然而,湘赣边境、桂北元宝山及越城岭地区的早古生代NE向褶皱不对称性指示向西拓展,这可能是由于华夏地块与扬子地块在晚奥陶世—早志留世沿郴州临武断裂陆内收缩挤压的结果,其全球背景可能和华南陆块顺时针旋转与冈瓦纳全面碰撞相关。总之,加里东期构造运动总体由南向北、由东向西渐新,变形强度由强到弱的特征,反映华南陆内碰撞造山事件的根本原因是其与冈瓦纳北缘碰撞的远程效应。450~420 Ma华南已经属于冈瓦纳北缘一部分。     

全球早古生代造山带(Ⅳ):板块重建与Carolina超大陆

古元古代与显生宙的板块构造特征和旋回演化过程具有明显区别,反映出地质记录为两种不同的板块构造体制。早古生代为这两个时期的过渡阶段,其构造过程研究与板块重建是地球板块构造旋回机制和周期分析的关键。本文采用综合集成的方法,在总结对比罗迪尼亚超大陆裂解以来全球早古生代主要碰撞造山带的地质事件基础上,分析早古生代碰撞造山带的演化特征,总结出与冈瓦纳大陆拼合、劳俄大陆拼合、古中华陆块群增生相关的7期碰撞-增生造山事件群:Brasiliano、东非、Kuunga、东亚与原特提斯洋和古亚洲洋演化相关的的加里东期造山事件、经典加里东造山、中欧加里东造山、Appalachian造山。再在这7期造山事件群基础上,结合古地磁、古生物、古地理等资料,重建了新元古代-早古生代末全球板块的拼合过程:罗迪尼亚超大陆从新元古代的~950 Ma开始经历了3个阶段裂解,此时存在泛大洋、莫桑比克洋和古太平洋3个大洋,随后615~560 Ma Iapetus洋打开,~560 Ma波罗的陆块与西冈瓦纳裂离导致狭窄的Ran洋打开;~540 Ma南半球Brasiliano、东非和Kuunga造山运动导致冈瓦纳大陆分阶段最终完成拼贴;~500 Ma冈瓦纳大陆北缘西段的微陆块群局部向北裂离,导致Rheic洋和Tornquist洋打开,并于~420 Ma随经典加里东造山带和中欧缝合带形成导致Iapetus洋闭合,此时斯瓦尔巴特和英国可能位于格陵兰地盾东南缘,同时冈瓦纳大陆北缘东段华北为代表的微陆块基本拼合在冈瓦纳大陆北缘;此外,虽然425 Ma西伯利亚板块有远离聚合了的劳俄大陆的趋势,但晚奥陶世-早泥盆世南美和北美板块靠近,北美板块与环冈瓦纳北缘西段的地体拼合碰撞。在大约400 Ma时,南、北美洲的混合生物群和古地理重建显示两者非常接近,因此,推测此时存在一个初始的逐步稳定的超大陆的可能,本文称为Carolina超大陆,因为Carolina造山带是这个超大陆最终拼合的地带。并据此判断超大陆旋回为7亿年。     

华北地块中部新构造运动

由于印度板块持续向北运动,引起青藏高原的挤出,并于中新世末引起华北地块的向东挤出。大约在7.3 Ma,太行山西侧渭河盆地唐县面首先解体,继而向北、向东发展;到5 Ma左右,太行山东麓断裂带的右行走滑,导致华北中部唐县面全面解体,形成多个太行山内部山间盆地,以及太行山西侧山西地堑系。这些断陷盆地的断陷幅度各不相同,太行山西侧山西地堑系断陷幅度较大,太行山内部山间盆地断陷幅度较小,太行山东部的渤海湾盆地断陷活动不明显。伴随着盆地的形成,太行山相对进入快速隆升阶段。山西地堑系控盆断裂以及太行山东麓断裂带第四纪以来仍存在明显活动,切割并控制第四系,局部在地表形成地裂缝。华北地块中部的应力场恢复以及深部构造分析表明,深部地幔上涌对浅部伸展构造的形成具有重要的影响,深部构造演变与浅部构造演变具有高度的一致性和耦合性。太行山东部渤海湾盆地自中新世以来就进入拗陷阶段,断裂活动弱,构造演化与西侧差异较大,表明这期构造运动动力源于西侧,太行山东麓断裂带作为两侧差异演变的边界,调节着两侧的差异构造活动。     

西藏尼玛盆地古新统—始新统牛堡组化学地层格架分析

已有勘探资料表明,西藏尼玛盆地古新统—始新统牛堡组地层具有良好的油气资源显示,然而目前有关于该套地层的地层格架划分仍然薄弱。化学地层学方法在北美页岩气勘探开发中取得了巨大成功,鉴于此,本文以尼玛盆地东部的协德乡南牛堡组剖面作为研究对象,通过对露头样品的主微量元素测试结果进行沉积地球化学、主成分分析、完备总体经验模态分解、以及自相关函数分析,从化学自—异旋回角度以及元素耦合行为出发,探讨地球化学基准面对化学地层格架的控制作用,从而为牛堡组地层提供化学地层划分方案。主成分分析结果表明,牛堡组地层沉积主要受控于细粒碎屑输入、碳酸盐岩、粗粒碎屑输入、氧化还原—生产力、以及盐度这五个因素;经验模态分解和自相关函数分析结果表明,牛堡组地层受到了明显的异旋回驱动,显示出多尺度基准面震荡特点。通过对异旋回信号分量(本征模函数,IMFs)进行重构,并且结合元素相互耦合特性,建立了牛堡组化学地层格架,该结果与岩石地层单元以及沉积相单元一致,证明了本文所提出的化学地层划分方案的可靠性和实用性。     

大陆的起源

太阳系固体星球都有类似的核-幔-壳结构,但唯独人类居住的地球具有长英质组成的大陆壳。太古宙大陆克拉通主要由英云闪长岩(Tonalite)-奥长花岗岩(Trondhjemite)-花岗闪长岩(Granodiorite)为主的TTG深成侵入体变质而成的正片麻岩和由基性-超基性酸性火山岩及少量沉积岩变质的表壳岩(绿岩)组成。已有的资料显示这些太古宙大陆岩石组合起源于大洋壳的部分熔融。大洋壳分为大洋盆地、洋中脊、岛弧和洋底高原(大洋岛)。前两者地壳的平均厚度只有5~10km,不可能成为形成太古宙TTG深成侵入体的场所。因此,长英质大陆或起源于板块构造体制下的岛弧,或起源于地幔柱体制下的洋底高原。板块构造体制下的岛弧模式能够很好地解释太古宙克拉通TTG深成岩的成因,即俯冲大洋板片部分熔融所形成的埃达克岩相当于太古宙高压(高Al2O2)型TTG,而俯冲板片脱水导致地幔楔部分熔融形成的玄武质地壳再次熔融所形成的钙碱性花岗质岩石相当于太古宙低压(低Al2O2)型TTG。然而,板块构造体制下的岛弧模式不能令人满意地解释太古宙绿岩带火山岩组合中缺少大量的安山岩、科马提岩~1600℃高温形成环境、克拉通规模近于同时侵位的TTG岩套、大规模卵形构造样式、代表性的逆时针P-T轨迹变质作用演化等诸多特征。相反,地幔柱洋底高原模式能够合理地解释太古宙绿岩双峰式火山岩组合的成因,即基性的拉斑玄武岩和超基性的科马提岩分别来自地幔柱头部部分熔融和尾柱熔浆,而酸性的英安岩、流纹质英安岩和流纹岩是地幔柱热异常导致的洋底高原底部的部分熔融物。按照地幔柱洋底高原模式,太古宙TTG岩浆是由洋底高原底部玄武质地壳的部分熔融而成,这样能够合理地解释为什么太古宙TTG能够在短时间内巨量产出并在形成时间上没有任何系统变化。地幔柱洋底高原模式还能合理地解释太古宙克拉通穹隆构造(dome-and-keel structure)样式、近等压冷却型(IBC)逆时针P-T轨迹,缺少蓝片岩和双变质带的等典型岛弧俯冲带的标志的特征。本文在对大陆起源的岛弧模式和地幔柱洋底高原模式综合评述的基础上,提出一个大陆起源于洋底高原的两阶段模式。     

鲜水河断裂带乾宁段岩石特征与内部结构及其物理-化学性质

断裂带的变形行为和断层滑移机制是目前地震研究关注的热点,断裂带岩石特征、内部结构与物理化学性质是确定断层蠕滑或粘滑行为以及断层滑移机制的基础和关键。本文以鲜水河断裂带乾宁段地表出露的断裂岩为研究对象,通过野外地质调查、室内光学显微镜、扫描电镜、粒度统计、粉末X射线衍射分析（XRD）和薄片X射线荧光光谱分析（XRF）等多种研究方法,对鲜水河断裂带岩石特征、结构构造、物性、矿物成分及化学元素分布开展了详细的分析,并探讨了相关变形行为和滑移机制。分析表明：（1）断裂带核部主要由黑色断层泥、浅黄色及黄色断层角砾岩和灰色碎裂岩、灰色断层角砾岩组成,呈单核对称结构;（2）黑色断层泥厚3~5cm,具有快速滑动结构特征,表现为断层粘滑行为。断层泥可划分出13个滑移带,最窄滑移带厚约40μm,至少代表13期古地震事件;（3）断层泥主要由伊利石、高岭石和石英等矿物组成,其中边部伊蒙混层含量异常高,为最新一次古地震的主滑移带。由于伊利石和伊蒙混层（或蒙脱石）为主要黏土矿物的断层泥渗透率低、孔隙流体压力大,以及发现断层泥楔入脉,表明地震过程中断层滑动存在热增压弱化机制;（4）从断层泥不同滑动带中碎块蚀变程度和矿物分布特征来看,地震主滑动带有向碎裂岩方向迁移的趋势。推测断层在滑动过程中,更趋向于向弱矿物含量高（如伊利石、伊蒙混层）、强矿物含量低（如方解石、高岭石）的围岩一侧迁移。     

永定河中下游MIS7以来地层沉积演化及新石器时代以来气候变化

利用廊坊东A27钻孔岩心资料,样品微体生物、孢粉特征综合分析,结合AMS14C测年,对永定河中下游地区MIS7以来的地层进行分析,建立了MIS7以来的沉积地层格架,并对其进行了年代厘定,讨论了该地区大约MIS7阶段以来氧同位素分期气候下的地层及环境效应。结果表明,永定河中下游地区晚第四纪可划分为U1～U8共8个沉积单元,分别对应于MIS1～MIS7以及MIS8晚期的沉积地层,与海洋氧同位素分期有很好的对应关系。U1单元为MIS1形成的湖沼—河谷—泛滥平原沉积,U2单元为MIS2形成硬质黏土(第1硬土层)—下切河谷—湖沼沉积,U3单元为MIS3形成的湖沼—河谷—泛滥平原沉积,U4单元为MIS4形成的河间地块沉积(第2硬土层,暴露失水沉积),U5单元为MIS5形成的湖沼夹分支河道沉积,U6单元为MIS6形成的下切河谷夹短暂湖沼沉积,U7单元为MIS7形成的以湖沼为主沉积,U8单元为MIS8晚期形成的泛滥平原沉积,重塑了MIS7以来沉积环境模式,建立了本区晚第四纪精细年代地层框架。笔者认为永定河中下游在新石器时期以河湖共存为主,在其晚期为湖沼发育达到顶峰,出现泥炭层,直至商周时期后在气候变化影响下湖沼消退转变为泛滥平原面貌,为区域古地理环境及生态修复提供重要参考依据。     

渤海湾盆地石臼坨东428潜山构造成因解析:华北克拉通破坏的深度揭示

渤海湾盆地是在中生代华北克拉通破坏基础上,经由新生代深埋形成的叠合盆地,遭受了多期不同性质构造叠加改造。渤海海域油气资源的勘探逐步走向深层,深部潜山油气藏成为重要的勘探目标。本文以石臼坨东428潜山构造(以下简称428构造)为例,探索渤海湾盆地潜山的形成和构造演化。基于前人对渤海湾盆地内构造和储层特征的研究成果,通过对地震剖面的精确解析,结合相干切片和其他地质资料,系统研究428构造各个阶段的变形特征,特别是对428构造的断裂特征进行了平面和剖面上的解析与断裂组合分析。结果发现:428构造东、西侧现今差异主要是由一条斜跨该构造的NEE向断裂导致的,对比邻区野外应变测量分析,识别出五期构造应力场,分别对应于印支期、燕山期和喜山期的各阶段应力场变化,并结合428构造及其周缘残留地层等方面的证据,进而认为428构造经历了中生代印支期-燕山早期逆冲、燕山中-晚期伸展、燕山末期挤压及新生代右行右阶的走滑-拉分构造叠加的多期复合构造模式。