中国岩石圈动力学概要

本文是1:400万“中国及邻近海域岩石圈动力学图”说明书的节要。它对我国现今活动着或在新生代活动过的地质和地球物理作用过程作了综合概括,重点是板内现象,并从板块构造作用基本过程上对它们加以解释。中国的岩石圈很不均匀。其动力学涉及8个活动亚板块和有关的17个构造块体的性质、它们的相对运动和构造应力场、以及新构造变形的特征。阐明了我国岩石圈现今运动和变形及其与深部过程的关系和横向非均匀性、密度差及应力状态等将会导致运动的因素。     

断块构造|活动断块构造与地震活动

张文佑院士是我国最杰出的构造地质学家和大地构造学家,他提出和倡导的地质构造力学分析和历史分析相结合及断块构造理论符合当代构造地质和构造运动研究的新方向。断块构造是地球构造运动最基本的型式,板块构造是全球范围内的岩石圈构造,是最高一级的岩石圈断块构造。活动断块是现今构造运动最基本的型式,它既控制主要活动构造带和地震活动带的分布,也控制不同地区地震活动特征的差异。断块边界构造带是在构造变形和运动场中的不连续变形带,应力在此释放,应变在此局部化,位移在此发生,其差异活动最为强烈,因此,断块边界构造带是强震发生带,其活动性质会控制震源断层的特性。大地震孕育和发生在边界活动构造带的某些特殊部位,对其成核的构造和物理过程尚需深入进行研究。要特别注意断块整体性活动对地震活动的控制作用,断块的这种整体性活动与一定时期内地震活动主体地区分布有密切关系,所以,在活动构造研究中,要把断块的整体性活动与活动构造带的个体活动结合起来。     

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。     

中国大陆现今构造变形GPS观测数据与速度场

利用 1991— 1999年间 36 2个全球定位系统 (GPS)测站的观测资料 ,初步获得了中国大陆及周边地区现今地壳水平运动的统一速度场。该速度场主要涵盖青藏高原 ,天山 ,塔里木、川滇 ,河西走廊 ,福建东南沿海等重要构造活动区 ,测定精度总体优于 2～ 3mm/a ,速度场站点的分布和测定精度基本上满足中国大陆现今构造变形和动力学研究的需求。现代大地测量第一次比较全面、定量地展示出中国大陆在周边板块作用下大幅度构造变形的图像 ,为模拟大陆岩石圈动力过程提供了基础性的运动学约束条件。     

中国大陆现今构造作用的地块运动和连续变形耦合模型

板块构造基本理论（特别是其刚性块体假设）能否应用于大陆，是大陆动力学研究所面临的主要问题之一，不同的理论模型给出不同的回答。缺乏完整、可靠的构造变形运动学图像使得无法对不同的理论模型给予约束和检验，以至于无法回答上述基本问题。本文以中国大陆及其周边近年来的1350个GPS观测资料为主，结合活动断裂和地震活动性资料，研究中国大陆现今构造变形的运动学特征。中国大陆的现今构造变形既有刚性地块的运动，如塔里木、鄂尔多斯、华南等地块；又有非刚性的连续变形，如青藏高原和天山。在大陆构造变形过程中，由于岩石圈性质的不同而造成变形的分区差异和上部脆性地壳的分块运动，不仅有整体性好的刚性地块运动，也有刚性很差的连续变形。以粘塑性流变为特征的下地壳和上地幔在周边板块作用下发生连续流动，从底部驱动着上覆脆性地块的运动，而不同活动地块本身的性质决定着地块的整体性和变形方式，中国大陆的现今构造变形可以用耦合的地块运动和连续变形模式来描述。     

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。     

马杏垣先生遗著《解析构造学》出版

著名构造地质学家马杏垣先生的遗著《解析构造学》,2004年11月由地质出版社出版,全书共463页,885千字。解析构造学是20世纪80年代中期马杏垣先生在总结自己和研究集体的实践经验的基础上创建的。之后,在他的领导下,他的学生们在各自的研究岗位上做了许多工作,既丰富和完善了解析构造学的理论和方法,也使解析构造学在我国学术界得到进一步推广和应用。本书系统地介绍了解析构造学的形成与发展,构造解析的原则与方法,中国前寒武纪构造、大陆伸展构造、重力作用与构造运动、中国大地构造发展的基本样式与地壳构造演化,地学断面研究、中国地震活动与现今地球动力学研究等方面的内容。     

岩石圈中热压系数的计算

中国中西部地区发育众多前陆冲断带,它们具有构造变形复杂、油气潜力大和有别于经典前陆盆地的沉积和油气地质特征,但其成因过程和动力学并不清楚。文中利用中西部盆地区的地温、岩石热物性参数和地热学模拟技术,分析该区岩石圈热状态和流变学特征,进一步结合其他地质、地球物理资料,揭示盆地区的深部构造特征和岩石圈性质。研究表明,中西部各主要盆地的岩石圈具有厚度大、强度高、地温低等热-流变学特征,表现为刚硬块体;而其周缘和造山带区却表现为温度高、强度低和厚度小等特征,是构造变形的易发区。在此基础上讨论了岩石圈性质和变形过程等深部构造对前陆盆地成因演化的控制作用,进而初步归纳这类陆内再生前陆盆地的成因演化机制:发育于小型克拉通块体的边缘,其就位受控于岩石圈热-流变学非均质性和构造继承性,其动力来源是新生代印度-欧亚大陆碰撞及其持续的挤压作用。上述研究为探讨中国中西部地区的前陆盆地成因机制提供了深部资料和岩石圈热-流变学约束。     

深部作用在华北中生代陆内造山过程中的主导性 ——对断块构造力源机制的讨论

本文结合笔者对大兴安岭和燕山中生代陆内造山作用的研究,对张文佑先生提出的“断块构造”的力源机制作进一步的探讨。大兴安岭中生代不同深度的两种作用同时控制着岩浆活动和构造变形,即软流圈底辟体上涌与陆缘剪切走滑的共同作用--可称之为构造-岩浆活动的二元机制,其中前者起主导作用。燕山地区中生代的断陷和隆起,是在岩石圈断裂继承性活动的基础上,在地幔物质上升和参与的背景下发生的,其中深部作用也是主导性的。     

华北克拉通破坏动力学过程研究中的几个构造问题

华北克拉通破坏问题,是通过对古生代时期和新生代以来华北东部岩石圈厚度、热状态、岩石圈地幔组成与时代等特征的比较研究中,逐渐认识到的一个重大的大陆构造动力学问题。岩石圈厚度的巨大变薄是克拉通破坏的重要标志之一,已有的构造动力学模型从不同角度着重讨论了克拉通岩石圈是如何减薄的问题,但由于岩石圈减薄远不是克拉通破坏的全部,因此,即使已有动力学模型可以对减薄过程给出比较合理的解释,也还难以成为克拉通破坏的综合动力学模型。文中针对目前流行的华北克拉通岩石圈减薄动力学模型存在的问题,提出了在构建克拉通破坏综合动力学模型时需要关注的一些主要构造问题:(1)从构造变形、沉积作用、火山活动及其事件序列特征角度,甄别和评价主动裂谷作用和被动裂谷作用在克拉通破坏过程中所发挥的作用;热 化学侵蚀岩石圈减薄模型可能需要与上述裂谷作用模型相结合,才可能成为克拉通岩石圈破坏的候选模型。(2)从拆沉相关岩浆侵入和火山活动时空演变规律、地壳表层快速隆起及相关沉积作用和构造变形、地壳热状态异常、拆沉引起的热弱化地壳对区域应力场的响应、拆沉导致的局部应力场模拟等方面展开研究,检验、充实或修正岩石圈拆沉模型。(3)从区域构造变形和相关沉积作用、火山活动相结合的综合研究角度,探索华北克拉通的破坏是在古老克拉通基础上的直接破坏,还是在古老克拉通基础上经历了造山作用过程之后的造山带伸展垮塌,这是涉及华北克拉通破坏动力学模型建立的根本问题之一。     

Summary of the Lithospheric Dynamics in China

This paper presents a summary of the explanatory notes for the 1: 4, 000.000 scale"Lithgspheric Dynamics Map of China and Adjacent Seas". Which gives an outline of the geological and geophysical processes that are presently active or were once active during the Cenozoic. The focus is concentrated on intraplate phenomena and on explaining them in terms of fundamental plate tectonic processes.The lithosphere in China is very heterogeneous. Its dynamics can be described in terms of the relative motions of 8 active subplates and related 17 tectonic blocks, and the characteristics of neotectonic deformation. The present-day movement and deformation of the lithosphere in China, their relationship with the deep-seated processes, and the lateral heterogeneity, mass difference and stress state within it that will tend to cause crustal movement in the future are illustrated.The intraplate tectonics and stress field are mainly controlled by the heterogeneity of the lithosphere and the mode of interaction between subplates and their boundary conditions. The collision of the Indian plate with the Eurasian plate began and proceeded along the Tethys ocean side, which has produced a strong compressional stress in western China and brought about a high shear stress in the regions round the eastern and western corners of the Himalaya block. However, the eastern part of China is directly influenced by the western Pacific plate boundaries. The minimum principal stress here is tensional. which makes the shear stress high, it may be the cause of the high seismicity in North China and maritime region of southeastern China.     

中国东部及邻区中新生代构造演化与太平洋板块运动

中新生代以来,我国东部及邻区濒临太平洋区域广泛发育着一个规模宏伟、活动强烈的北东—北北东向构造体系。对此构造体系的性质及其动力来源有着几种不同的看法。本文根据地质构造和地球物理资料分析了本区构造形变和构造应力场特征,认为,北东—北北东向构造的不同性质是不同发展阶段的产物。我国东部构造形变和构造应力场自中生代以来经历了三个重要的演化阶段,各阶段的构造动力与太平洋内各时期板块运动的方向和边界条件有着密切关系。     

中国岩石圈应力场与构造运动区域特征

笔者系统分析了1918—2005年间中国大陆及其周缘发生的3130个中、强地震的震源机制解,根据其特征进行了岩石圈应力场构造分区,首次得到区域应力场的压应力轴和张应力轴空间分布的统计数字结果。在此基础上研究了应力场的区域特征、探讨了其动力学来源以及构造运动特征。总体结果表明,中国大陆及其周缘岩石圈应力场和构造运动可以归结为印度洋板块、太平洋板块、菲律宾海板块与欧亚板块之间相对运动,以及大陆板内区域块体之间的相互作用的结果。印度洋板块向欧亚板块的碰撞挤压运动所产生的强烈的挤压应力,控制了喜马拉雅、青藏高原、中国西部乃至延伸到天山及其以北的广大地区。在青藏高原周缘地区和中国西部的大范围内,压应力P轴水平分量方位位于20～40°,形成了近NE方向的挤压应力场。大量逆断层型强震集中发生在青藏高原的南、北和西部周缘地区,以及天山等地区。而多数正断层型地震集中发生在青藏高原中部高海拔的地区,断层位错的水平分量位于近东西方向。表明青藏高原周缘区域发生南北向强烈挤压短缩的同时,中部高海拔地区存在着明显的近东西向的扩张运动。中国东部的华北地区受到太平洋板块向欧亚板块俯冲挤压的同时,又受到从贝加尔湖经过大华北直到琉球海沟的广阔地域里存在着的统一的、方位为170°的引张应力场的控制。华北地区大地震的震源机制解均反映出该区地震的发生大体为NEE向挤压应力和NNW向张应力的共同作用结果。台湾纵谷断层是菲律宾海板块与欧亚板块之间碰撞挤压边界。来自北西向运动的菲律宾海板块构造应力控制了从台湾纵谷、华南块体,直到中国南北地震带南段东部地域的应力场。地震的震源机制结果还表明,将中国大陆分成东、西两部分的中国南北地震带是印度洋板块、菲律宾海板块与太平洋板块在中国大陆内部影响控制范围的分界线。     

中国大陆地幔对流格局和岩石圈层构造运动

六十年代以来,由于卫星重力测量和计算技术的迅速发展,有些研究者,如Runcorn(1967)和Liu(1976-1980),根据卫星重力数据计算获得地幔对流及其应力场图象来研究全球板块构造和区域构造。愈来愈多的事实表明,构造运动不仅是地壳和岩石圈层物质运动的表现,而更重要的是地幔物质运动的反映。因此,本文应用作者计算获得的岩石圈层下面地幔流运动图象与大地构造及近代构造运动的资料相对比,探索我国岩石圈层下的地幔对流格局形成及其对构造运动的影响。     

The large-scale distribution of great shallow intraplate earthquakes in mainland China and adjacent areas and seismic coupling along plate margins

In mainland China and its surroundings the large-scale distribution of great, shallow, intraplate earthquakes shows that there are four main areas of high intraplate seismicity which are (a) the Northern China Seismic Area in east China (30°–42°N); (b) the Southeast-coast Seismic Area in eastern China (19°–25°N); (c) the North-south trending Seismic Area in western China and its surroundings (Burma–China–Mongolia); (d) the Central Asian Seismic Area in west China and its surroundings (Pamirs–Tianshan Mts–Baikal). These four intraplate seismic areas are approximately perpendicular to those sections of the Eurasian plate boundary where the Eurasian plate has a strong seismic coupling with the North American–Pacific Ocean–Philippine Sea plates, and with the Indian plate. The large-scale uneven distribution of intraplate seismicity in China and its surroundings may be controlled by heterogeneity in the stress state on different sections of the plate boundary.     

长江经济带构造应力场特征及动力学环境分析

综合已有的研究成果,根据长江经济带活动构造块体和构造应力场的分布特征进行了构造应力场分区,总体上划分为华北应力分区、华南应力分区以及青藏高原应力分区,其中华南应力分区是长江经济带的主体应力分区。在此基础上,根据长江经济带的活动断裂及构造块体划分建立了有限元网格模型,利用二维有限元对长江经济带的构造应力场进行模拟,并分析了长江经济带的动力学环境。研究表明,长江经济带构造应力场受印度板块、太平洋板块和菲律宾板块联合作用控制,印度板块与欧亚板块的碰撞作用决定了长江经济带总体构造应力场的主要趋势,局部区域受到周边构造环境的影响;东南部处于菲律宾板块向欧亚板块俯冲所诱发的拉张环境,表现为冲绳海槽,西南部受印度板块北移所诱发的缅甸板块的剪切拉张作用,表现为实皆断裂及其西侧的缅甸中央盆地;青藏高原东缘物质横向挤出过程中受到太平洋板块和菲律宾板块的联合俯冲作用,对长江经济带地应力场的分布特征产生重要影响。      

Cenozoic tectonic jumping and implications for hydrocarbon accumulation in basins in the East Asia Continental Margin

Tectonic migration is a common geological process of basin formation and evolution. However, little is known about tectonic migration in the western Pacific margins. This paper focuses on the representative Cenozoic basins of East China and its surrounding seas in the western Pacific domain to discuss the phenomenon of tectonic jumping in Cenozoic basins, based on structural data from the Bohai Bay Basin, the South Yellow Sea Basin, the East China Sea Shelf Basin, and the South China Sea Continental Shelf Basin. The western Pacific active continental margin is the eastern margin of a global convergent system involving the Eurasian Plate, the Pacific Plate, and the Indian Plate. Under the combined effects of the India-Eurasia collision and retrogressive or roll-back subduction of the Pacific Plate, the western Pacific active continental margin had a wide basin-arc-trench system which migrated or ‘jumped’ eastward and further oceanward. This migration and jumping is characterized by progressive eastward younging of faulting, sedimentation, and subsidence within the basins. Owing to the tectonic migration, the geological conditions associated with hydrocarbon and gashydrate accumulation in the Cenozoic basins of East China and its adjacent seas also become progressively younger from west to east, showing eastward younging in the generation time of reservoirs, seals, traps, accumulations and preservation of hydrocarbon and gashydrate. Such a spatio-temporal distribution of Cenozoic hydrocarbon and gashydrate is significant for the oil, gas and gashydrate exploration in the East Asian Continental Margin. Finally, this study discusses the mechanism of Cenozoic intrabasinal and interbasinal tectonic migration in terms of interplate, intraplate and underplating processes. The migration or jumping regimes of three separate or interrelated events: (1) tectonism-magmatism, (2) basin formation, and (3) hydrocarbon-gashydrate accumulation are the combined effects of the Late Mesozoic extrusion tectonics, the Cenozoic NW-directed crustal extension, and the regional far-field eastward flow of the western asthenosphere due to the India-Eurasia plate collision, accompanied by eastward jumping and roll-back of subduction zones of the Pacific Plate.     

初论板内造山带

讨论了关于板内造山带含义的不同认识。指出板内造山带是一种特殊类型的造山带,而不是板缘造山带或板间造山带持续发展的结果。简要介绍分别发育在４ 个大陆的不同时代的板内造山带,总结板内造山带在区域大地构造位置、造山带构造格局、构造变形与变质作用、岩浆活动与沉积作用、造山带构造演化等方面与板缘造山带的差异。板内造山带形成于相对较老且强硬的岩石圈板块内部,造山带内部构造单元不具有平行于造山带走向分布的特征,即不具有线状构造格局,构造变形具有地台基底乃至整个地壳卷入的厚皮构造性质,同造山区域变质作用微弱,同造山岩浆活动、沉积作用和构造变形均无极性演化趋势。岩石圈拆沉作用（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ） 可较好地解释板内造山带的火山活动特征。尽管板块间相互作用（ 俯冲或碰撞）所产生的水平挤压应力似乎更易于阐明板内造山带的收缩变形特征;但是,板块间相互碰撞或俯冲产生的边界应力可否有效地被远程传递,尚有待进一步研究和解决。将板块间相互作用的水平应力场与岩石圈纵向物质与能量调整（ 重力、热力等） 因素作综合考虑,可能是解决板内造山带造山作用机制的有效途径     

新生代板内造山作用研究--认识中国区域地质构造基本特征的关键

中国区域地质构造特征深受新生代初印度板块对欧亚板块陆陆碰撞的影响 ,原属显生宙不同时代构造单元拼贴的中国区域发生了普遍而强烈的构造叠加改造 ,导致板内造山作用。由作者新编的中国主要活动断裂构造图显示 ,印度板块的碰撞对中国地质构造演化的影响远比自中生代侏罗纪以来太平洋亚洲板块会聚造成的影响更为强烈。中国帕米尔山结东、西两侧的现今大陆动力环境差别巨大 ,其东侧的东移因遇太平洋板块向西俯冲而获得上冲的自由空间。阿尔金断裂带把中国西部分划为南、北断裂构造活动性质不同的两大构造域。有人否认板内造山作用是因为他们只承认经典的板块边缘造山带的存在。要改变这一观念深入研究板内造山作用及演化 ,综合分析造山带构造地貌、山体隆升扩展、与前陆盆地的耦合、陆相沉积建造序列、冲断推覆构造系及其匹配、壳源花岗岩侵位及深部地球物理场观测等是关键。中国是研究大陆拼贴地块区板内造山作用的理想区域 ,在这一地区从事研究可大大丰富大陆动力学的内涵 ,把地质构造综合成果及对演化规律的认识作为编制大地构造图新的重要要素 ,对理论研究与实际应用都有巨大意义     

太平洋板块俯冲与中国东部中生代地质事件

中国东部至少自侏罗纪开始就一直处于俯冲大洋板块之上,但是有关俯冲板块对其影响程度一直有不同的认识。最近的研究表明,太平洋海山岛链的时空分布显示太平洋板块的漂移方向曾发生多次转折,这些转折与白垩纪中国东部的构造演化和岩浆事件有着密切的时空耦合关系。从时代和力学性质上看,太平洋板块俯冲方向的改变在很大程度上控制着中国东部中生代的盆地演化和郯庐断裂活动等重要地质事件。这些认识为理解中国东部构造演化提供了新的视角,包括岩石圈减薄的机制、郯庐断裂的演化,以及燕山期大规模岩浆活动等。本文重点分析了太平洋板块俯冲与中国东部中生代岩浆活动的对应关系。在125～140Ma太平洋板块向南西方向俯冲,造成中国东部岩石圈减薄,软流圈卸载上涌,发生减压部分熔融;约125Ma,太平洋板块漂移方向发生了大幅度转折,形成安第斯式的俯冲挤压,岩石圈停止减薄和减压部分熔融,出现岩浆宁静期。随着俯冲的深入,到110Ma前后俯冲板块后撤,形成弧后拉张,岩浆活动又重新开始。