破裂大陆岩石圈科学计划探索

大陆边缘是研究岩石圈破裂及洋壳开始扩张的重要场所,破裂大陆岩石圈(RCL)是美国大陆边缘计划(MARGINS)围绕大陆边缘岩石圈破裂这一地质过程而实施的一项科学计划。阐述了RCL研究的主要科学问题,详细地介绍了其所采用的科学研究方法和长远计划。RCL主要利用地球物理数据,在全球及局部板块运动背景下,结合地球化学、岩石力学、地热、地磁学等方法,建立地层沉积沉降史及岩石圈破裂扩张模型,最终对其形成机制、岩石圈扩张驱动力以及扩张期间内部各系统的演化等问题进行解释。最后以加利福尼亚湾地区为例阐述了RCL的具体研究情况及存在问题。     

大洋和大陆边缘岩石圈有效弹性厚度的研究意义

大洋岩石圈有效弹性厚度分布在 (45 0± 15 0 )℃等温面内 ,并且随着加载时岩石圈年龄的增加而增加。因此 ,大洋岩石圈的挠曲刚度强烈地依赖岩石圈的热结构。一些海隆下岩石圈有效弹性厚度的降低 ,可能是岩石圈经历过热活化 ,岩石圈热年龄降低的结果。大西洋一些群岛的岩石圈有效弹性厚度小于理论值 ,则反映了岩石圈结构的不同。在海沟 ,板块的挠曲也是影响岩石圈有效弹性厚度的因素 ,它降低了岩石圈的强度。在被动大陆边缘海陆岩石圈交界处 ,向陆的方向 ,岩石圈弹性厚度比同年龄的大陆或大洋岩石圈的小 ,表明强度明显降低 ;向大洋方向 ,岩石圈的弹性厚度与正常的大洋岩石圈弹性厚度吻合。在活动大陆边缘的挠曲前陆盆地和造山带 ,岩石圈有效弹性厚度变化较大 ,部分地区受先前的岩石圈低强度影响 ,而表现出岩石圈强度的弱化。同时 ,这种方法还广泛地用于大洋中脊岩浆侵位、地幔流动、南太平洋超级海隆的动力学机制、大陆边缘的变形和构造演化、新生岩石圈的力学性质和流变学性质的研究     

非火山型大陆边缘从张裂到破裂分离时岩石圈伸展：流变学、蛇纹岩化和对称性

在过去二十年中,大陆破裂分离过程的对称性和非对称性存在许多争论,一些作者提出了非对称性的简单剪切模式,另一些作者则强调对称性、纯剪切模型和部分二者的结合。在非火山型边缘大陆下的地幔上涌侵蚀使得一些作者认为简单剪切模式是正确的,但缺乏足够的支持证据。从共轭边缘对的沉降史之证据是可疑的,这些边缘详细的地壳和岩石圈结构不十分了解,不能得到确定的结论。在Porcupine盆地,这里大陆破裂分离的最后阶段是可知的,不对称构造的发育是存在的,它们显然与在随着地壳完全脆裂过程中地壳和地幔的后期耦合作用有关。这和理论模拟的结果是一致的,只有当地壳和地幔紧密耦合时,仅仅在岩石圈尺度上可预测不对称模型的发育。然而,对在地幔连续剥露过程中是否一直是存在这样不对称性仍不清楚。     

南海共轭陆缘构造不对称性研究及其成因的数值模拟

<正>岩石圈在水平拉张力的作用下会发生伸展变形,以致形成裂陷盆地,但是在多因素的影响下,岩石圈的拉张形式会存在很大的差异,因此学者致力于提出不同模型解释不同的裂陷盆地结构。英国学者Mc Kenzie根据大陆纯剪切伸展模式建立了岩石圈伸展量与裂陷盆地的沉降量以及后裂陷阶段热沉降量之间的定量模型[1],在解释被动大陆边缘的地壳减薄、张裂和沉降方面发挥了重要作用[2-3],但它仅适用于完全对称的纯剪拉张模型,很难解释非对称共轭     

被动大陆边缘伸展–破裂过程研究进展

深地震探测、大洋钻探及野外露头观测等技术方法的联合运用,极大地推动了对大陆边缘地质过程的认识。目前对大陆边缘,尤其是对被动大陆边缘的结构、演化和发育机制的认识,正在经历一场前所未有的变革。文章从基本的概念和分类开始,综述了全球已探测到的几种主要大陆边缘类型的盆地结构、深地壳?岩石圈结构、圈层速度、沉降特点和破裂方式的研究进展,讨论了被动大陆边缘的发育和演化的机制。综合已有研究进展,指出富岩浆型和贫岩浆型陆缘在裂前和裂陷期具有相似的岩石组成和裂陷结构特征,只是在破裂前后由于岩浆量的不同而发生了结构的分异。贫岩浆型陆缘中的全岩石圈断裂型、上地壳过渡型、下地壳剥露型、上地幔剥露型,甚至下地壳+上地幔剥露的组合类型陆缘,是被动陆缘在张裂期由于岩石圈各层流变结构等因素的差异发生分异演化的结果。贫岩浆型陆缘下地壳高速体主要来源于地幔蛇纹岩化,而富岩浆型陆缘则主要来源于高温地幔熔融产生的底侵或侵入,局部可能继承了前张裂期的高速变质岩体。上述大陆边缘研究成果为研究南海的结构和演化提供了很好的对比和借鉴。     

AAN—01南极洲地球动力学演化和古地理研究环南极洲被动大陆边缘：陆壳-洋壳转换的地球动力学指示

南极洲板块是古冈瓦纳超级大陆的中间块体,在南极洲长达10000km的大陆边缘中,约有85％的长度是张裂扩展类型,以及沿南极洲半岛太平洋边界的近1200kin大陆边缘,是经山脉-海沟碰撞后,由俯冲类型转换成了被动大陆边缘。南美洲、非洲、印度、澳大利亚和新西兰从南极洲的分离以及连续性南半球海洋的形成,都开始于侏罗系并一直持续到第三纪中期。近年来,南极洲大陆边缘的地球物理数据有了很大的增加,     

巽他大陆东南边缘的白垩纪俯冲,增生和碰撞作用

巽他大陆由不同年代的增生杂岩体和裂离于冈瓦纳大陆之增生微陆块所包围。巽他大陆东、南边缘的大陆增生作用起因于中、新生代沉积物的增生作用和陆块的碰撞作用。     

大陆岩石圈在张裂和分离时的变形模式

通过对南海南北共轭边缘地壳剖面的对比研究,发现大陆岩石圈的物理性质是分层的：上、中地壳呈脆性,下地壳表现出塑性,而岩石圈上地幔则仍呈脆性。因此,在它受张性应力场作用时,其变形和破裂分离方式也是分层进行的：上、中地壳能发生犁式断裂,产生的断块沿断面转动在地表产生一系列半地堑,并使地壳厚度减薄;如拉张应力继续作用时,上、中地壳将沿犁式断裂被拉开,从而形成上、下板块边缘,并彼此分开。下地壳则发生塑性变形,使地壳厚度减薄,并最终将其拉断。岩石圈上地幔亦可产生陡倾断裂,形成的断块沿断面转动亦使其厚度减薄,并最终沿陡倾断裂被拉断。这就是我们称之为岩石圈变形和破裂分 离时的分层变形及分层破裂分离模式。     

与岩石圈拉伸有关的盆地的形成机理、类型及特征

与岩石圈拉伸有关的盆地可以出现在威尔逊旋回的各个阶段和各种不同的板块构造环境中。两种主要的拉伸盆地(裂谷盆地和被动大陆边缘盆地)在世界的油气资源中占有非常重要的地位。概括了拉伸盆地的形成机理,并分析了裂谷盆地和被动大陆边缘盆地的基本地质特征和成藏特征。指出裂谷盆地能够形成大量油气藏的主要原因在于:裂谷阶段产生的封闭环境及高热流有利于烃源岩的发育和成熟,是成藏的物质基础;拉张作用形成的裂谷盆地和被动大陆边缘盆地很少遭受较大的后期改造作用,油气保存条件良好,也是这些地区富集油气的一个重要原因。低位域砂体是世界级储层和今后勘探的主要方向。     

南海北部洋陆转换带地震反射特征和结构单元划分

张裂大陆边缘和盆地主要通过岩石圈的伸展作用形成,被动大陆边缘岩石圈的减薄导致了岩浆的减压熔融,最终形成了洋壳和减薄的转换带。处理和分析了2010年中国科学院南海海洋研究所"实验2"号采集的南海北部地球物理调查的多道地震数据(MCS2010-1),总结了南海北部洋陆转换带的地震反射特征。转换带主要由北部裂陷期下沉区段,中部海山或埋藏海山隆起带和靠近海盆一侧的掀斜断块带组成。通过对比以前南海北部采集的反射地震数据和折射地震波速度模型,圈定了洋陆转换带的分布范围,洋陆转换带的宽度在南海东北部是225km,中部是160km,西北部是110km。依据零星的大于6级地震震中分布,揭示了南海北部洋陆转换带目前仍是一个地震构造活跃带。