阿留申俯冲带几何学特征及运动学成因模式

阿留申俯冲带位于环太平洋俯冲带最北端,是东太平洋型俯冲和西太平洋俯冲的过渡区域。该俯冲带火山岛弧距离海沟的距离从东向西逐渐增大,而形成地球上独特的岛弧火山链与海沟V字型斜交的现象。这一现象的运动学成因目前并没有统一的认识。本文通过对阿留申俯冲带几何形态数据、运动学数据进行整理分析,尝试运用构造赤道理论探讨该现象形成的运动学背景。阿留申俯冲带的几何学数据表明:从俯冲带东段(175°E)至俯冲带西段(155°W),火山岛弧距俯冲海沟的距离从80 km增加至250 km。与此同时,俯冲板片的倾角由60°减小至30°。板块的运动学分析表明:相对北美板块,太平洋板块的东段的运动矢量为48 mm/a,向北运动;逐渐转变为西段的78mm/a,向西北方向运动。相对于软流圈,太平洋板块的运动方向没有改变,始终向西北方向运动,速率向西逐渐增加。因此,在俯冲带的东段太平洋板块的绝对运动方向和相对运动方向存在30°左右的夹角,而这个夹角在西段几乎不存在。太平洋板块的绝对运动方向和相对运动方向之间的夹角不同,会导致软流圈对俯冲板片的反作用力差异,从而形成不同的俯冲角度和俯冲带宽度。太平洋板块相对北美板块和相对地幔的速度方向夹角的变化被认为是引起阿留申火山弧与海沟"V"字型斜交的运动学成因。     

造山带概念的演变及它在现今大陆构造研究中面临的问题

造山运动和造山带是应用普遍和影响广泛的两个古老概念,一百多年来随着地球科学的快速发展和板块构造理论出现,情况已发生很大的变化。如何修订这一概念的内涵使之适应新的认识而又保持原定义的首尾－贯正受到普遍关注。作为2000年中国构造地质学发展回顾与展望学术讨论会的一个专题,本文回顾了上述概念产生的历史背景,分析了它们在板块构造理论框架下,特别是在现今大陆构造研究中所面临的挑战;提出并归纳了讨论中形成有关新形势下造山带概念的再理解和应用范围的共识。     

再论大陆动力学发展面临的重大挑战

刊序板块构造理论诞生60年来,作为发展板块构造理论的大陆动力学研究也已进行了30年。板块理论被公认为"世纪自然科学领域的五大成就之一,该理论的提出是一次地学革命,因为它重新调整了人们对地球动力学的传统认识。板块构造学说诠释了全球构造的许多现象。但是,与板块构造学说所阐明的大洋岩石圈生长和消亡过程相比,大陆岩石圈的形成和演化过程更为复杂:大陆地壳无均一成分、无共同成因、具有复杂的流变学特征、有复杂多样的造山带和盆地类型、有千姿百态的地形地貌、有构造和热演化史不同地体的拼合、有流体和熔体对大陆岩石圈强度的改造,以及大陆板块聚敛和离散的轮回,因而板块上陆面临重大挑战!大陆动力学的兴起成为板块构造发展新的里程碑,逐步成为解决人类社会需求(资源能源、环境和灾害)的重要理论基础。     

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。     

对中国大陆构造格架的讨论

大陆动力学的理论与研究开启了人们一个新的思路:在确认中国大陆构造格架、划分构造单元时,除了前寒武纪基底、南华-印支期生物地层格架以外,不能不考虑中-新生代以来重大的陆内变形事件所产生的陆内变形(大型走滑断裂、推覆构造、挤出构造)对印支与前印支期所形成大陆构造格架大幅度的改造,因此对前印支期构造单元的性质需要通过构造复位来重新认识.通过构造复位认为:阿拉善、中祁连-柴达木、北羌塘等微陆块和塔里木板块是一个整体的克拉通--西域板块,不存在整体的昆(仑)-祁(连)-秦(岭)海洋板块,早古生代满加尔-北祁连坳拉槽-小洋盆和晚古生代东昆仑-阿尼玛卿-金沙江裂陷洋盆可能是由古特提斯洋脊楔入所引起的,类似于现今的红海-亚丁湾.本文拟从阿拉善、北羌塘地块的构造归属、西域板块的确认:中国境内北亚构造域的构造划分和晚侏罗-早白垩世陆内变形、中亚挤出构造;中朝与扬子-华南板块划分和南北黄海、朝鲜半岛的构造归属等方面,来讨论有关中国及邻区大陆构造格架的一些争议问题.     

东海盆地钓鱼岛隆褶带构造演化分析及对西湖凹陷油气勘探的意义

钓鱼岛隆褶带位于东海陆架东部,是分隔东海盆地东部坳陷带和冲绳海槽盆地的构造单元.结合东海周缘地质分析,认识到钓鱼岛隆褶带曾经是东海陆架外缘隆起的一部分.该隆起形成于白垩纪,基底为元古宙变质岩,其上还存有晚古生代—中生代残余地层,中新世分解为钓鱼岛隆褶带和琉球隆起两部分,具有“早成型晚改造”的特点.基于这一认识,认为西湖...     

钓鱼岛隆褶带物质构成及东海西湖凹陷原型盆地东边界再认识

古近系原型盆地的恢复是关乎西湖凹陷主要勘探层系花港组和平湖组沉积体系和成藏地质研究的关键问题,对西湖凹陷东缘钓鱼岛隆褶带构造演化的合理认识是解决古近纪原型盆地难题的钥匙.受限于研究区薄弱的资料基础,创新性地通过重、磁、震资料综合分析以获取地质认识上的突破.研究表明钓鱼岛隆褶带早期为"东海陆架外缘隆起"的一部分,后期经历了强烈的岩浆增生改造.在结构上,隆褶带内T20界面之下主要由古老变质基底、岩浆岩体和残余洼陷充填层构成.隆褶带内的残余洼陷及地层具有北东向、雁列式分布的特征,这些地层主要为渐新世岩浆增生改造前沉积的始新统平湖组,局部为渐新统花港组,是古近系西湖凹陷原型盆地东缘残留的一部分.西湖凹陷古近系原型盆地东边界位于现今的钓鱼岛隆褶带范围内,为北东向雁列式分布的断裂,断裂之间存在不同类型的变换过渡.在钓鱼岛隆褶带岩浆增生过程中,岩体顺边界断裂上涌,"淹没"了原型盆地边界,原型盆地东缘地层经受了大规模隆升剥蚀,原有的构造面貌和形态发生了极大的变化.      

钦-杭结合带在中生代构造转折事件以前的板块构造机制

钦州湾—杭州湾结合带是位于扬子与华夏两大古陆块中间的巨型构造结合带,在演化成西太平洋活动大陆边缘之前,经历了多期次的构造-岩浆事件。扬子和华夏板块于新元古代通过四堡造山运动(1 000~880 Ma)沿江山—绍兴断裂,经赣东北、湘中至钦州湾地区发生碰撞-拼合事件,拼合界线大致位于钦州湾—杭州湾结合带内,形成"两陆夹一盆"的主要格局。后碰撞过程经历了造山后岩浆活动和大陆拉张裂解两个过程,在结合带形成广阔的拉张盆地,加里东期(460~410 Ma)以及印支期(250~200 Ma)发生的碰撞-拼合事件导致扬子和华夏地块多次再造,引发强烈的构造-岩浆活动,并形成了华南统一的沉积环境。受西太平洋板块俯冲影响,华南地区中生代构造转折事件(125~140 Ma)使华南地区主要构造背景由碰撞挤压调整为岩石圈减薄,成为华南最重要的岩浆活动和成矿期。根据内部结构的不均一性和演化历史差异,钦州湾—杭州湾结合带可分为北段、中段和南段3段。其中,中段与传统南岭大体一致;北段为南岭以北地区,即绍兴—江山—萍乡一带;南段为南岭以南地区,大致与云开隆起—十万大山盆地相当。年代学和地球化学研究显示,在云开地块西缘的一系列变质基性岩、超基性岩和变质基性火山岩形成于新元古代洋中脊(MORB)或者岛弧(ITA)特征的构造环境,最近在岑溪一带发现形成于加里东期(441 Ma)的变质火山岩同样具有MORB型地球化学特征。在十万大山两侧发现早中生代的酸性火山岩和流纹岩具有典型岛弧型火山岩地球化学特征。可见结合带南段曾经存在古老洋壳,先后经历了新元古代、加里东期和印支期的碰撞造山事件,与北段演化历史具有一致性。     

中国东部中、新生代岩浆岩特征、演化及其与构造环境演化的联系

中国东部自中生代(～250Ma)开始,即处于世界上最大的大陆板块-欧亚板块与最大的大洋板块-古太平洋板块(包括库拉板块)和太平洋板块的敛合作用带中,随后,逐步由科迪勒拉型活动大陆边缘发展成为典型的西太平洋型活动大陆边缘。自250Ma以来,中国大陆东部的岩浆作     

浅谈中国大陆东缘中生代地质演化与泛太平洋板块活动的关系

本文旨在厘清中生代中国东缘受泛太平洋板块俯冲作用影响下,其可能形成的地质记录的时空分布与泛太平洋板块活动的关系。前者主要从岩浆、构造、沉积盆地的时空演化等角度出发,后者的运动学参数集中在俯冲角度、速度、方向等维度。结果显示：俯冲角度、速度以及方向的改变都有可能形成与之对应的地质事件;但是中国东缘（东北、华北和华南）区域地质记录间的差异也表明,即使都可能遭受俯冲作用,由于个体特殊的构造背景,最终的结果也不尽相同。我们对于中国东缘中、新生代的这一特殊构造现象进行了讨论,得出如下结论：首先三联点力学稳定性分析结果认为,在华北和华南碰撞拼合后,中国大陆东缘可能存在TTT、TTR或者TFT的三联点,而不是简单的稳定的被动大陆边缘;另外,中国华南早、中侏罗世近东西向岩浆岩的形成可能与法拉隆板块和伊泽奈岐板块洋中脊俯冲有关;晚侏罗-早白垩世的板片后撤由NWW向的伊泽奈岐板块与太平洋板块的洋中脊扩张作用所致;而华北克拉通东部记录侏罗纪伊泽奈岐板块俯冲的证据不足,可能并没有发生板块俯冲作用,表现为板块运动与作为中国东部最为薄弱地区的郯庐断裂带的强烈耦合作用。     

大陆中洋壳俯冲增生杂岩带特征与识别的重大科学意义

大洋或弧后洋盆俯冲增生是大陆地壳增长的主导地质作用.重建大陆中消亡的洋地层岩石组合序列是当代大陆动力学和地学研究的重大前沿.洋壳消减杂岩带的厘定是洋板块地质构造重建乃至全球大地构造研究之纲,是理解区域大地构造形成演化及动力学的核心.俯冲增生杂岩带的基本特征:(1)俯冲增生杂岩带物质组成的共性是:以强烈构造变形洋底沉积的硅质岩-硅泥质岩-粉砂岩、凝灰岩;弧-沟浊积岩等为基质;以洋岛-海山灰岩-玄武岩及塌积砾岩,洋内弧残留岩块,超镁铁质蛇绿岩、绿片岩、蓝片岩等为岩块.(2)变形样式:同斜倒转冲断叠瓦构造、增生柱前缘重力滑动构造以及泥质岩的底辟构造;增生楔前缘变形和增生形式受控于大洋或弧后洋盆的规模和洋壳的俯冲速度,也取决于陆缘碎屑供给量及洋底沉积厚度和岩性.(3)宽度和厚度:厚常达几千米,宽达几十公里至数百公里,延长上千公里,是洋壳俯冲消亡过程洋盆地层系统及陆缘沉积物加积的结果.(4)形成机制:是大陆碰撞前大洋(或弧后洋盆)岩石圈俯冲消减的产物.结合带中的早期俯冲增生杂岩带往往卷入晚期的构造混杂作用.     

大洋俯冲和大陆碰撞沿走向的转换动力学及流体-熔体活动的作用

为了深入探讨大洋俯冲和大陆碰撞沿走向的转换及其动力学特征,同时更好的理解俯冲-碰撞带的流体-熔体活动及其效应,我们建立了一系列三维空间的大尺度、高分辨率的动力学数值模型。模拟结果显示,在板块会聚过程中,流体-熔体活动可以降低周围岩石的流变强度及两个板块之间的耦合作用,并能够促进大陆碰撞带俯冲板块的断离。同时,俯冲-碰撞带的空间转换模型揭示其深部结构存在巨大的沿走向的差异性,大陆碰撞带发生俯冲板块断离,而大洋俯冲板块持续下插。并且上覆板块的地壳物质发生从陆-陆碰撞带向洋-陆俯冲带的侧向逃逸。这种三维空间中沿走向的差异性俯冲-碰撞模式与中-东特提斯构造带相吻合,并揭示其动力学机制。     

中国东南沿海及邻近海区一种独特的大陆增生方式——转换断层向俯冲体系的转变

闽东沿海构造带—东海陆架西缘断裂、钓鱼岛隆起带(台湾—宍道褶皱带)以及帛琉—九州洋脊在中生代期间先后经历了自转换断层向俯冲系统的转变,这种转变构成了中国东南及毗邻海区独特的大陆增生方式,它表明特提斯和古太平洋的演化对这一地区的中、新生代构造格局起着重要的制约作用。     

新生代大陆板内伸展盆—山耦合与大陆碰撞效应——以渤海湾盆地济阳坳陷、周缘隆起及边界断裂构造演化为例

新生代印欧大陆碰撞引发了中国西部前缘大规模多阶段地壳挤压缩短、构造变形与隆升及岩浆事件,在中国东部,新生代山脉的抬升、盆地的伸展、沉降,以及郯庐断裂带新生代的活动与青藏高原的隆升具有准同时性,伸展盆地—伸展山脉之间存在耦合关系。这种对应关系呈"幕式"变化,主要表现在印欧大陆碰撞岩石圈增厚、构造变形和抬升的高峰时期,对应盆地岩石圈伸展、减薄、快速构造沉降以及郯庐断裂带活动等阶段,当构造转入相对稳定(松弛)时期,表现为高原剥蚀夷平、岩浆活动频繁以及盆地构造沉降速率减缓等阶段。从全球板块构造的角度来看,中国西部、东部新生代挤压、伸展和走滑活动属同一动力学体系条件下的耦合关系,驱动力可能是两大板块碰撞、深部地幔脉动上涌以及新生代太平洋板块与欧亚板块俯冲和速率变化的共同作用。     

扬子—华夏构造结合带的演化阶段及对斑岩铜矿形成的控制机制

扬子与华夏古板块均存在太古宙—中元古代古老基底,在构造演化历程中响应全球超大陆聚合-裂解过程,并最终碰撞拼贴形成钦-杭结合带,且经历构造运动之后,其总体演化格架为"两开三合一转折"。结合带内存在元古宙洋壳,以蛇绿岩套与镁铁质-超镁铁质岩石为特征,并以此推断结合带形成于新元古代。钦-杭结合带是斑岩成矿带,斑岩铜矿时空分布具有三段划分特征,且处于170~150 Ma和100 Ma左右两个成矿期。与成矿有关的斑岩主要为钙碱性岩浆系列的中酸性岩,岩石类型主要为花岗闪长斑岩、花岗斑岩和二长花岗斑岩等。钦-杭结合带燕山期的斑岩具岛弧岩浆作用特点,指示了华南地区中生代构造转折事件发生以前的地质演化及太平洋板块俯冲作用,即古俯冲带物质在中生代活化成矿。中侏罗世岩石圈减薄及太平洋板块俯冲的扰动导致上涌软流圈地幔带来大量的热量,这些热量加热上覆元古宙岛弧底部玄武质岩石导致它们发生重熔形成了含矿岩浆,本质上该类矿床带有岛弧俯冲环境的基因。而100 Ma左右斑岩铜矿的形成,则与太平洋俯冲换向所扰动有关。     

中国东南沿海与西南日本白垩纪-古近纪火山-侵入岩带的地球动力学特征

本文讨论了中国东南沿海和西南日本两条白垩纪-古近纪火山-侵入岩带的地球动力学特征。两条火山-侵入岩带的下火山岩系岩石经受了左旋走滑的韧性剪切变形而形成片理或片麻理构造。中国东南沿海火山-侵入活动的起始时间、动力变形和结束时间都早于日本约30Ma。西南日本高镁安山岩和埃达克岩(120~105Ma)是在大面积白垩纪岩浆作用的起始阶段由大洋俯冲板片在高温条件下部分熔融形成的。火山-侵入活动的结束标志中国东南沿海岩浆岩带是板内环境的晶洞A型花岗岩和以流纹岩为主的双峰式火山岩;在西南日本岩浆岩带是年轻地壳挤压重熔的S型过铝质石榴石/白云母细粒花岗岩和流纹岩,不存在类似华南的壳源S型花岗岩,中国东南沿海没有代表洋壳俯冲的弧岩浆岩。两条火山-侵入岩带的源区都以幔源为主并有前寒武纪再旋回地壳物质加入,它们的Sr-Nd同位素组成表明:随时间推移,中国东南沿海火山-侵入岩中幔源组分增加,而西南日本则相反。华南中生代大规模岩浆活动的开始(170±5Ma)是在古太平洋板块斜向俯冲背景下,大陆岩石圈减薄,陆内深断裂再活化的结果。东亚大陆边缘在晚中生代(120Ma)进入古太平洋板块正向俯冲构造体系,但不同地段的表现不同。     

黄海及邻区晚中生代构造转换与原型盆地构造格局

古太平洋板块的俯冲、回卷（rollback）及俯冲方向的转变对中国黄海及邻近地区盆地的发育有着重要的影响.综合利用野外剖面、钻井岩心和地震剖面等,对比分析不同盆地间沉积充填历史,识别出不同时期应力场方向的变化和主要构造变形样式,对主要断裂进行界定,为关键时间节点提供证据,并恢复了侏罗纪-白垩纪的构造演化过程.结果表明：（1）在古太平洋板块俯冲作用背景下,受郯庐断裂带F1和朝鲜半岛西部断裂带F2两个主控断裂带共同的控制作用,盆地经历了多期“伸展”和“挤压”的构造应力场的转变,性质各不相同;（2）构造演化可划分为6个阶段：莱阳期近南北向拉伸,发育被动裂谷;125±1 Ma阶段,热隆挤压造成轻微构造反转,形成隆起区的角度不整合;青山期近东西向滑脱伸展形成主动裂谷性质的火山弧盆;87.5±2.5 Ma挤压阶段,经历了大规模左旋走滑,形成区域角度不整合;王氏期热沉降,形成带走滑拉分性质的大面积坳陷;50±5 Ma挤压阶段,主要在F1、F2断裂经历右旋走滑;（3）估算了挤压阶段的走滑量,对伸展阶段的伸展率、沉降率进行了计算.首次恢复了中国黄海及邻近地区晚中生代挤压构造幕演化之前的构造格局和盆地原型...     

青藏高原隆升对中国构造-地貌形成、气候环境变迁与古人类迁徙的影响

对中国新生代以来构造-地貌形成的认识,必须建立新生代重大环境事件的年代序列,既需要不同地区构造变形、隆升年代学的依据,又需要宏观背景的把握。现今中国大陆构造-地貌格架及相关问题,诸如青藏高原的隆升、西部北西西向盆-山地貌和东部北北东向阶梯状盆-山地貌的形成时代、发育过程等,一直是地学界关注但尚未得到统一认识的一些重要科学问题。20世纪70年代以来通过青藏高原隆升的研究、提供了大量隆升年代学和古高程信息的数据,使得对其开展定量分析成为可能。青藏高原何时形成现今的高原面貌?这是国内外学者长期争议的科学问题。笔者从20世纪80年代对柴达木盆地及其邻区开展了20余年研究,发现柴达木作为一个现今的高原盆地经历了青藏高原隆升的全过程,高原隆升和环境变迁的所有事件,在盆地的沉积、构造上都有比较完整的记录,因此它可以作为青藏高原隆升大阶段划分的最佳参考时空坐标,并依此提出古近纪期间(55~24 Ma)青藏高原整体并未隆升;青藏—闽粤高原的初次隆升发生在中新世早—中期(23~17 Ma),上新世晚期—早更新世基本被夷平;形成现今高原面貌的末次快速隆升发生在上新世晚期—早更新世(3.6~0.8 Ma)和中更新世之间。新生代以来由于青藏高原的隆升和中国构造-地貌格架的形成,直接影响了中国和全球气候环境的变迁以及古人类迁徙的路径,因此需要地质学家、古气候和古人类学家共同探索,对中国及亚洲新生代以来古地貌、古气候变迁的历史和中国古人类的发源与迁徙得出科学的结论。本文通过青藏高原分阶段隆升依据的论证,阐明青藏高原隆升与中国构造地貌形成、气候环境变迁的关系,并探讨中国古人类迁徙的可能路径。     

中国煤型气区的构造环境、典型气藏及勘探方向Ⅱ--中、新生界煤型气

本篇论述中、新生界煤型气的有关问题。中生界煤型气资源集中分布在北方,气源岩以侏罗纪煤系为主,以西北区资源前景最好。其中吐-哈盆地最具代表性,构造环境反转是本区煤层气形成并富集的特殊构造条件。新生界煤型气资源则集中分布于大陆架裂谷系,第三纪煤系为主力气源岩,裂谷高温构造环境是源岩热演化生烃的有利条件,而背斜-断层圈闭是最有利成藏的构造类型。崖13-1气田为本区典型代表并具自生自储的特点。