板块运动的机制与动力来源学术争鸣

目前人类对地球的认识仍很肤浅,无论国外还是国内对于地球动力学问题仍在探索过程中,Science杂志2005年公布的125个重大科学问题中的第10个问题是“地球内部是如何运行的”,提出地球动力来源还尚未解决。 2017年出版的《中国学科发展战略--板块构造与大陆动力学》认为板块构造理论虽然取得了巨大成功,但该学说依然存在其形成以来就存在的难题,即板块动力、板块起源及板块上陆三大问题,驱动板块运动的动力机制是最为重要的问题,也是亟待解决的问题。 研讨会分两个环节,一是主要观点报告环节,二是讨论争鸣环节。 在报告环节,涉及动力机制的主要有5位报告人,分别阐述了他们的主要观点。梁光河提出了新大陆漂移说,通过大量证据分析认为传统的海底扩张驱动大陆漂移的模式存在很多问题,很多地质和地球物理观测事实说明持续推动大陆漂移的动力不是海底的持续扩张,而是大陆板块后下方持续的岩浆上涌推动大陆板块向前漂移,那是一个自发的连锁反应。万天丰认为传统的海底扩张传送带模式很难解释大陆板块漂移速度远远大于地幔对流速度这个问题,提出了陨击说。陨石撞击诱发地幔底劈推动大陆板块运动这个新的驱动模式。唐春安提出了地球龟裂说,认为地球内部热能的积累与释放,使得地质历史上岩石圈地幔具有冷热交替的周期。毛小平分析认为,目前所提出的地球动力中,只有周向应力具有足够数量级的应力,可以推动板块运动;周向应力在岩石圈薄弱处释放从而产生地壳相对运动;长期以来解释不了的“地壳异常压力”其实就是周向应力,而可独立于重力的构造力、碰撞力并不存在。 在讨论争鸣环节,大家针对地壳运动的动力来源自由发言。梁光河指出万天丰提出的陨石撞击可以较好地解释超大陆裂解的初始动力,但不同意陨石撞击可以提供持续的大陆漂移的动力,以印度板块的北漂为例,因为地幔的巨大黏滞阻力,需要无数个陨石定点撞击印度板块后面才可能持续推动印度板块漂移。唐春安提出地球的锅盖效应,因此上地幔具有冷热周期,在热周期地壳才会大规模漂移,按照力学机制,大洋中脊和转换断层不可能是海底扩张产生的,应该是大陆漂移拉开产生的断裂系统。最后杨巍然总结发言,认为陨石撞击是一个重要因素,地球上的构造运动都可以归结为开合运动,海底扩张和大陆漂移都是存在的,地体构造也是科学的。研讨会取得的共识是：大陆的确存在大规模水平运动,传统的地幔对流传送带驱动模式存在很多与观测事实不符的问题,需要重新认识驱动机制和驱动力的问题,对板块俯冲问题多数持怀疑甚至反对的观点。其驱动力应该来自重力和地球内部热力,但它们之间是如何相互作用的,仍需要进行更深入的研究。     

鲁西地块新生代断裂体系活动性与深部动力机制

根据野外观察分析,综合前人研究成果,对新生代时期鲁西地块的深、浅部构造特征、地震活动性以及动力学机制进行了分析。结果表明,鲁西地块新生代浅表主体断裂构造格局为NW—NWW走向断裂构成的多米诺式组合,震源机制解和野外观测揭示,其具有左旋走滑性质,并与NE向断裂共同控制了新生代盆地的形成和发育。地球物理资料揭示,鲁西地块深部15~20km处存在一条缓倾滑脱带和大规模低速异常体,浅表多米诺式断裂体系归并到该滑脱带,表现为深浅部构造的脱耦性,深部高低速异常体的过渡区域控制发育了鲁西地区两条NW向中强地震带。动力学成因上与太平洋板块俯冲作用导致地壳减薄、地幔上涌并在地幔楔中发生小尺度对流有关,并造成了鲁西地块的隆起抬升。     

华南北部湾盆地的形成机制

从北部湾盆地的区域地质构造背景、几何形态、边界断裂及内部断裂特征解析,综合沉积中心迁移规律及盆内构造研究,提出北部湾盆地为右行右阶走滑拉分成因。盆地的形成和发展受控于合浦-北流、信宜-廉江、吴川-四会和阳江-河源4条深大断裂带,这4条主干断裂带构成右阶断裂格架。古近系出现的花状构造等表现出典型的张扭特征,新近系受到压扭作用改造发生挤压反转,该盆地构造演化过程与华南大陆中、新生代拉分盆地具有同期性和相似性。中生代基底中先存的深大走滑断裂带是新生代北部湾盆地形成的先决地质条件。而印度-澳大利亚板块对欧亚板块碰撞挤压作用的逐渐增强和太平洋板块俯冲方向的改变及俯冲作用的衰减是控制北部湾盆地形成演化的区域大地构造因素。     

鲁西地块中生代构造格局及其形成背景

结合近几年来鲁西地区1∶5万区域地质调查等成果,重点论述了鲁西地区中生代构造特征与盆地原型。提出中生代构造层次总体在垂向上可分为三个主要构造层,分别称为上部、中部和下部,并分别被中—下侏罗统、上侏罗统—下白垩统和上白垩统角度不整合覆盖,所以,相应地可将鲁西地块的中生代构造变形分为三个阶段:印支期、燕山中期和燕山晚期;平面上变形样式总体表现为三种构造样式,即:1印支期的近东西走向的宽缓—紧闭褶皱及逆冲构造;2燕山中期的北北东或南北走向的厢状褶皱—坡坪式逆冲系统;3燕山晚期的北东走向的冲断—走滑断裂带。但是,鲁西地区燕山期的构造变形特征和原型盆地有所变化,这种变化是基底构造格局及构造变形在空间上差异叠合的结果。综合研究表明,鲁西地块及邻区燕山期构造是在西太平洋大陆边缘弧的挤压构造背景下,陆内壳下拆沉和壳内挤出—逃逸构造的综合动力作用下形成的。     

16Ma以来南海北部海域古水温变化规律与机制

长期以来古海洋表层古水温研究的热点主要集中在第四纪,很少涉及到2.5Ma之前。利用ODP 184航次1147和1148站位的获得的相关资料,并主要采用长链烯酮U3k7)和底栖有孔虫氧同位素(δ18 O)两种方法,计算海水氧同位素组成,然后,利用浮游有孔虫氧同位素法计算16Ma以来的海水温度变化,探讨南海北部16Ma以来的古海水温度变化机制。结果表明,南海北部水温总体趋势与全球气候发展相对应,在北半球冰盖形成时期,海水表层温度与代表高纬冰盖体积大小的底栖有孔虫δ18 O几乎同步变化,反映出南海热带海区古气候变化的特殊性,为进一步研究低纬热带海区在全球古气候变化中的作用提供了新证据。     

亚洲大陆主要活动块体的现今构造应力数值模拟

亚洲大陆晚新生代和现代构造变形以活动地块为主要特征,表现为在统一构造格局下不同地块间具有不同的运动方式和速度。为了研究这些具有不同运动学性质块体间的相互作用以及构造变形特征,基于亚洲大陆的总体构造格局构建了二维有限元模型。根据模拟结果,对比已知GPS数据、震源机制解以及地质调查数据等,定量分析了大陆内部主要活动地块构造应力场的分布特征,并探讨了影响亚洲大陆现今构造变形特征的主要因素。结果表明：在我国的西部陆块内,由于周边一系列近EW向弧形活动构造带的存在,导致其内部次级块体运动速率的衰减,从而进一步导致应力环境的变化,由青藏中部的挤压-拉张环境逐渐转变为塔里木、天山地区的完全挤压环境;在西伯利亚地块和印度板块的联合挤压作用下,华北地块上地壳的应力表现为较弱的挤压环境,而在该种应力环境下块体内部伸展构造的成因很可能与其深部的动力学环境有关;华南地块的运动方向与台湾造山带相反,从而形成一个秦岭-大别造山带以南的较强烈的挤压-拉张区;在印度-澳大利亚板块和菲律宾俯冲板块的联合挤压作用下,巽他地块作为华南地块和印支地块的逃逸窗口,表现出以婆罗洲、南海为中心近圆弧形的弱挤压区以及环绕挤压区外缘挤压-拉张区的应力分布特征。     

南黄海盆地古潜山分类及构造特征

南黄海是下扬子的主体,奠基于晋宁期变质基底之上,构造演化历经南华纪—早、中三叠世海相地层发育期、晚白垩世—古近纪箕状断陷发育期和新近纪—第四纪坳陷发育期,为一典型地台-断陷-坳陷多层结构的复合盆地。盆地历经多次构造运动改造,古潜山发育,类型多样。在总结前人对古潜山研究的基础上,结合南黄海新近采集的二维地震剖面,对该地区古潜山类型进行了系统划分,并对典型古潜山的构造特征及生储盖匹配关系进行了初步描述。根据成因划分为剥蚀型潜山、拉张型潜山、挤压型潜山和复合型潜山四大类,每一类又可根据形态划分出剥蚀残丘型潜山、拉张翘倾断块型潜山、拉张断阶型潜山、拉张断垒型潜山、挤压褶皱型潜山、拱张褶皱型潜山和褶皱—断块复合型潜山等类型。南黄海盆地古潜山的发育具有分带性,按盆地中潜山的构造位置,分为凸起潜山带、陡坡潜山带、洼陷潜山带和缓坡潜山带,每一构造带发育了不同类型潜山。研究表明南黄海古生界和中生界古潜山数量众多,规模较大,是南黄海地区实现油气突破的一种重要油气藏类型。     

东亚原特提斯洋(Ⅳ):北界西段早古生代构造变形

北祁连造山带是原特提斯洋北支西段——古祁连洋闭合的地质记录,其经历了早古生代复杂的造山过程,但其俯冲极性、闭合时间、拼合方式还存在争议。通过详细的野外构造解析,并对变质年代学资料进行统计,在研究区识别出三幕早古生代褶皱变形。其中,第一幕变形发生在489~442Ma,形成于古祁连洋壳俯冲-碰撞阶段,主要表现为区域性的片理、片麻理或糜棱叶理;第二幕变形发生在422~406Ma,形成于俯冲板片的折返阶段,主要表现为轴面南倾的紧闭褶皱;第三幕变形则主要为轴面近于直立的宽缓褶皱。前两幕变形被第三幕变形叠加改造。祁连地区广泛分布着奥陶系-志留系与上覆泥盆系的角度不整合,不整合面上、下的地层对比指示西段不整合时间早于东段不整合时间,可能代表了古祁连洋西段拼合较早、东段拼合较晚的斜向"剪刀式"拼合。此外,多条穿过整个研究区的1∶20万地质剖面上的运动学解析,揭示了古祁连洋壳自北向南的俯冲极性。综合以上研究结果,认为古祁连洋壳最早的俯冲时间为544Ma,中祁连和阿拉善微陆块自462Ma开始碰撞拼合,古祁连洋于442Ma最终闭合。早古生代原特提斯洋北界西段俯冲方式为自南向北"后退式"俯冲,可能发生过俯冲带跃迁事件。     

济阳坳陷桩海地区下古生界硅化岩溶储集层空间分布模式

基于岩心描述和镜下观察,分析了研究区下古生界硅化岩溶储集层的岩性特征。通过对沟通潜山 断块和古近纪洼陷的边界断层产状、潜山断块内下古生界产状的分析,认为下古生界碳酸盐岩具备埋藏岩溶作 用条件,提出了古近纪沉积物压释酸性水向潜山断块运移的3种方式,即：翘倾端断面补给畅流运移模式、倾 没端断面补给畅流运移模式和背斜凸起两侧双向渗入补给对流循环模式。利用这 3种模式可以合理解释研究区 下古生界潜山硅化岩溶储集层空间分布的特点和规律。翘倾端断面补给畅流运移模式可以解释潜山断块高部位 硅化岩溶层段储集层的发育情况,倾没端断面补给畅流运移模式和背斜凸起两侧纵向渗入补给对流循环模式, 可以解释潜山断块的低部位硅化岩溶层段储集层的发育情况。该模式还可以合理地解释硅化岩溶储集层在下古 生界赋存层位的 “ 穿层性”特点,同时也能够合理解释潜山断块周缘发育硅化岩溶层段,而潜山断块中心地带 很少出现硅化岩溶层段等现象。