古地理和古地形三维再造的发展趋势

“模拟技术”是当今科学研究的主要手段之一,把它应用于地质学的某些方面,能取得很好的效果,如盆地模拟已经发展到了比较成熟的阶段。但在古地理和古地形再造方面,国内外在这方面的研究甚少,尤其是在三维模拟方面。根据Hay等(1989)提出的物质平衡理论,在给定时间间隔内,作用在研究区表面的构造、侵蚀和沉积过程所造成的沉积物的侵蚀总量与沉积总量之间物质守恒,与古地形再造和古地理重建相结合,用三维数值模型来模拟研究区域的变化过程,用GIS技术把这个变化过程的动态显示出来,是一项具有理论意义和实践意义的工作。     

龙门山泥盆纪沉积盆地的古地理和古构造重建

位于扬子地块西缘的龙门山区,是著名的中生代冲断带,其中泥盆系发育,沉积类型多样,厚度巨大,既包括未经变质的稳定型,也包括浅变质的过渡型和活动型地层。根据推覆构造特点和不同类型泥盆系之间的关系,确认前山带、中山带和后山带,分别包含了泥盆纪沉积的边缘带、过渡带和活动带的地层纪录。泥盆纪的沉积盆地则是一个NE向不对称的裂谷盆地,它的东南边缘,早期由于同生断裂的影响造成宽阔而复杂的古地理面貌和岩相、厚度变化。晚期由于海平面上升,沉积区扩大,边缘带成为宽阔平坦的碳酸盐台地,北段仍保留平行岸线的深水槽地,盆地西侧为较深水的浊积岩分布区,而后过渡为边缘浅水区。本区泥盆系的层序地层结构特点,是由多级不对称层序组成,沉降曲线则由两个下凹的曲线组成阶梯状。这些特点说明,该盆地具有伸展成因的裂谷性质,盆地的形成可能与沿着有根的叠瓦式低角度剪切断裂系发育的地壳伸展作用有关。     

龙门山泥盆纪沉积盆地的地理和古构造重建

位于扬子地块西缘的龙门山区,是著名的中生代冲断带,其中泥盆系发育,沉积类型多样,厚度巨大,既包括未经变质的稳定型,也包括浅变质的过渡型和活动型地层,根据推覆构造特点和不同类型泥盆系之间的关系,确认前山带,中山带和后山带,分别包含了泥盆纪沉积的边缘带,过渡带和活动地层纪录。泥盆纪的沉积盆地则是一个ＮＥ向不对称的裂谷盆地,它的东南边缘,     

活动古地理重建的实践与思考——以青藏特提斯为例

由于石油工业的推动,特提斯构造域一直作为活动古地理重建的重点研究地区,并取得大量研究成果,直接推动了全球古地理研究工作的深入。近年来对位于该构造域东部的青藏高原地区进行了活动古地理重建的研究工作实践,其主要思路是:在古地理重建数据库和古地理重建模拟系统开发的基础上,依据古地磁学运动轨迹研究古大陆位置,结合古构造和古生物对青藏高原喜马拉雅（印度北缘）、拉萨、东和西羌塘地体的古大陆位置进行复位;利用深部地球物理、地表地质断裂证据,借助生物古地理资料,对古大陆和盆地的边界、规模予以限制;利用变形缩短率、构造平衡剖面恢复技术等对原型盆地进行复原;在沉积和生物环境识别划分基础上,编绘基于古大陆重建的岩相和生物古地理图;进一步通过沉积学、沉积地球化学、古生物有关方法和技术,对古海洋海水参数特征、海洋气候参数进行分析研究,探讨古地理和古构造格局控制下的古海洋、古气候条件与盆地、储集岩和烃源岩的形成环境。通过活动古地理重建的研究趋势分析和青藏特提斯的实践认为,古地理重建是现代地质科学的集成,是一项复杂的系统工程。它的研究不仅具有从过去走向未来,从固定走向活动,从古大陆再造到古地理重建,从示意性的小比例尺到大比例尺,以及模拟技术、信息技术、全球定位技术（GPS）等特点;而且具有从单一沉积学要素到古环境、古气候、古海洋等多种要素,可以表现地质历史中各种地质作用及其结果（如古构造和地貌、岩浆和变质作用与各种岩体的剥露）的优势。我们相信,活动古地理重建研究将会成为未来我国沉积地质学重点研究领域之一。     

多信息的古地理重建

2002年12月3～5日,香山科学会议召开了第197次学就地质时期和人类历史时期古地理重建的多信息化、定量化、计算机化,各古地理分支学科的相互交叉、渗透和耦合,以及更有效地为生产实践和人类生存地理环境的维护和改善等重大问题进行了交流和探索。题;②古今地理环境与人类文明;③古地理与矿产资源的勘探开发及地理环境的整合问题。北京石油大学冯增昭教授、中国地质大学刘本培教授和中国科学院地理与资源科学研究所刘纪远研究员担任本次会议执行主席。1　我国古地理学研究现状与发展前景古地理是指地质历史和人类历史的自然地理环境。长…     

活动论构造古地理的研究现状、思路与方法*

古地理学是研究地质历史时期地球表面的自然地理的综合性科学,构造古地理学是研究地质历史时期地理单元的构造属性及其演变特征的科学。地球表面的山川、流域与盆地等自然地理单元受岩石圈板块水平运动与深部地幔动力学的联合控制。自然地理单元及其演变是内、外动力长期作用的综合结果。活动论构造古地理思想是在地球系统科学的活动论、演化论、阶段论与转换论观念下的自然延伸。整体、动态、综合分析是活动论构造古地理研究的基本方法;确定构造古地理单元的边界、属性、组成、结构与演变的“五定”原则是工作的具体步骤;搭建数据化、标准化和智能化的古地理重建平台是研究的重要途径。基于活动论构造古地理思想的原型盆地分析,是对原型盆地进行复位、复原与复变,揭示原型盆地的时—空结构;而活动论的源-汇系统分析是在地球系统观指导下的深、浅部结合的全链条、全过程综合研究。活动论构造古地理是研究地表过程和能源、资源矿产分布预测的重要基础。     

造山带古地理学——重建区域构造古地理的若干思考

以活动论构造观为指导,尽可能客观地复原地史期间海陆面貌和盆山格局的关键是在给定时间约束之后,于研究区现存的地质记录中发现业已消失了的和后期才出现的构造古地理单元。文章基于大量实例论述了可能导致构造古地理单元消失和后期出现的各种情况,如大陆地块的解体、沉没、俯冲、剥蚀、冲断-推（滑）覆作用、走滑作用、碎裂和被卷入年轻造山带等,特别提出东亚大陆边缘地区自侏罗纪末开始的移置地体拼贴增生是该区的一大特点。构造古地理单元消失和后期出现的发生大都与巨型断裂带（尤其是作为构造边界的巨型断裂带）发育有关。陆内阶段的断裂带活动对盆山格局的变化、盆地发育、沉积演化及其关键地质事件有明显的控制作用,还应注意断裂带解体阶段出现的新生构造对古地理重建的制约。简言之,造山带古地理学的发展是推动构造古地理学前进的关键之一,在恢复古特提斯多岛洋的构造古地理面貌、重建全球古大陆演化尤其是造山带和经受造山运动改造地区的古大陆演化,有着积极的不可或缺的作用。     

造山带古地理重建的研究方法综述

本文系统地评述造山带古地理重建的方法，该方法包括古地磁学、沉积学、古生物地理学、构造地质学和地球化学等方法。文中强调了板块构造与古地理重建的重要性。古地磁数据是精确地进行古地理重建的关键。各种方法应当综合分析，同时也指出了各种单一方法的局限性和简介了古地理重建的某些进展。     

吉黑造山带古生代构造古地理演化

吉黑同山带夹持于华北板块和西伯利亚板块之间。对该构域古生代构造古地理演化规律的研究,是恢复板块间碰撞拼合及古亚洲洋发展演化历史的关键。在早古生代期间,华北板块与西伯业板块间通过古亚洲洋板块相接。     

新生代青藏高原三维古地形再造

印度板块与欧亚板块的碰撞,引发了青藏高原的快速隆升、高原及邻区的气候环境、地形地势巨变,这一过程为同期形成的海洋沉积盆地、周绷前陆盆地和高原内部盆地所记录。高原隆升剥蚀区与前三种类型的汇水盆地基本上处于一个相对封闭和半封闭体系。因而,可以根据质量平衡的原则,将汇水盆地内的沉积物按照物源方向和一发配方案回剥至隆升肃蚀区,重建任一时间段内剥蚀区的地形地势。通过对比不同时间段的古地形地势演变,可以比较精     

论全球岩石圈板块构造的动力学机制

全球板块构造的动力学机制问题是一个热门但至今尚未解决的难题。本文首先回顾了近百年来大地构造学的各种主要假说和近四十年来板块构造学说的许多新进展。在上述研究的基础上, 受Rampino和Stothers关于陨击作用可引起地表重大灾变事件思想的启发,笔者提出了一个新的假说。基于中、新生代(200 Ma以来)每隔33 Ma太阳系就会穿越一次银河系星际物质密集的银道面,诱发太阳系内部引力场的巨变,使部分小行星失稳,从而撞击地球。笔者根据用以描述中生代以来全球板块构造的七种不同的运动模式, 提出了巨大陨星在不同地点、以不同角度撞击地表岩石圈,可能诱发地幔底辟的形成,从而推动板块呈放射状或单向运移的假说,也即在200、170、100、65和0.78 Ma等时期的陨击事件基本上是垂直地表面而撞击的,从而诱发地幔底辟的形成和岩石圈板块的放射状张裂和运移;138 Ma的陨击事件可能是指向印度板块的斜向撞击;而35 Ma时期的微玻璃陨石撞击事件则是陨石以极低角度撞击地球表面的表现。陨石撞击地球,这是太阳系内部各星体之间引力作用变化的表现,因而此假说不是什么外因作用论。     

古生代中国中西部三大陆块古地理位置重建与演变

针对古生代中国中西部华北、华南和塔里木三大陆块在全球洋-陆格局中的古地理位置还存在的争议问题,本论文以国际最新的古地理位置重建研究方法和思路,在对中国三大陆块盆地(鄂尔多斯、四川和塔里木盆地)古生界钻井岩心的古地磁实测研究、全球古生代古地磁数据收集与有效性筛选处理、全球主要地质事件约束等多参数融合分析的基础上,采用最新的 GPlates 板块重建方法,对中国华北、华南和塔里木三大陆块在全球洋-陆格局中的古地理位置进行了重建和定位。研究结果表明:古生代三大陆块主要在全球 ±30° 之间的南北中低纬度之间迁移;三大陆块在古生代至少发生了 3 次不同的顺时针旋转和方位角转换;三大陆块运移速率至少经历了 3 次以上不同高、低速度间的转换与变化过程;响应于古生代全球洋-陆形成与演化,中国三大陆块古构造格局总体上经历了洋盆扩张下的“多岛洋”离散、俯冲碰撞下的离散-汇聚并存、俯冲消减下的差异汇聚隆升、新旧洋盆转换下的差异汇聚-离散、拼合与地幔柱控制下的差异汇聚-离散内部拉张的差异性演变过程。古生代中国三大陆块在全球洋-陆格局中的位置与差异性演变,奠定了中国三大陆块古生代不同性质盆地的形成与演化、不同层系油气烃源、储集原始物质差异性发育的基础。     

地质作用的驱动力和大地构造学

地质作用的驱动力是产生地壳运动的根本原因，对地质作用驱动力，尤其是驱动力作用方式观点上的分歧是出现众多大地构造学派的主要原因，也是当今大地构造学研究的特点和前缘，板块构造理论是当今大地构造学的主流；地幔柱构造则是对它的重要补充，地球动力学与地球系统科学的研究将有助于大地构造学的进一步发展。     

Chinese Continental Blocks in Global Paleocontinental Reconstruction during Paleozoic and Mesozoic

The Cambrian to Cretaceous paleomagnetic data from Chinese continental and adjacent blocks were collected using principles to obtain reliable and high-precision paleomagnetic data and to pay attention to the similarity of paleobiogeography and the coordination of tectonic evolution. The Chinese continental blocks were laid up on the reconstruction of proposed global paleocontinents with almost the same scale. Thus, it can be clearly recognized that the global continents, including Chinese continental blocks, range along latitudes on the southern side of the equator during the Early Paleozoic. In the Paleozoic, Chinese continental blocks were still located among the Laurentia, Siberia and Gondwana plates, following the fast moving of the Siberia Plate northwards, the amalgamation in a north-south direction at the western parts of the Laurentia and Gondwana plates, and the Iapetus and Rheic Oceans were subducted, eventually to form a uniform Pangea in the Late Paleozoic. The Australian and Indian plates of Eastern Gondwana moved and dispersed gradually southwards, continued to extend the Paleo-Tethys Ocean. The Chinese continental and adjacent blocks were still located in the Paleo-Tethys Ocean, preserved the status of dispersion, gradually moving northwards, showing characteristics of ranging along a north–south orientation until the Permian. In addition, a series of local collisions happened during the Triassic, and consequently most of the Chinese continental blocks were amalgamated into the Pangea, except for the Gangdise and Himalayan blocks. There was a counter-clockwise rotation of the Eastern Asian continent in the Jurassic and northwards migration of the Chinese continent in varying degrees during the Cretaceous, but the Himalayan and Indian plates did not collide into the Chinese continent during this period.     

开合旋构造体系及其形成机制探讨:兼论板块构造的动力学机制

开合构造总体上可以表述为:地球膨胀为开,收缩为合;垂向上地球物质离心(地心)运动为开,向心运动为合;水平方向上地球物质相背运动为开,相向运动为合。从驱动机制角度,我们把以热力(热能)为主体驱动的上浮物质运动定义为开;将重力(势能)为主体驱动的下沉物质运动定义为合。因此,开与合是一个高度综合的概念,具有广阔的内涵,开合运动是联系一切地质运动和地质科学的纽带。开合运动具有同步统一性,即垂向的开在水平方向也表现为开;垂向开得强烈,水平方向同样开得强烈,反之亦然。地球刚形成时诸多开合构造是无序的,地球的旋转运动统领地球上所有物质、能量、运动和大大小小的各种开合构造于旋转运动中,并将它们调剂到有序状态。简言之开合构造体系是开合旋运动长期作用下形成的不同时期、不同层次、不同级别的开合旋回组成的动态平衡构造体系。本文总结了地球开合旋构造体系物质组成、结构构造特征和规律,建立了开合旋复杂构造体系简要模型。提出平衡体系的形成机制是开合旋运动遵循地球重力均衡准则、最小内能原理(结晶化)、几何淘汰生长(垂直地心生长)和物质均匀化四条自然演化规律,其中重力均衡准则是主导的。由于地质事件(构造运动)在破坏开合旋平衡体系的同时,经常直接或间接向体系内输入新能量,往往使新的旋回比老旋回的结构构造更符合地质演化的自然规律,于是使地球显得更强大而有活力。这一次又一次的地质事件(构造运动)是开合旋构造体系螺旋式向前发展的动因。本文最后用开合构造观点探讨了地球的形成和演化,分析了板块构造运动的动力学过程。     

中国大地构造研究之思考——中国地质学家的责任与担当

19世纪中叶到20世纪中叶盛行的地槽-地台学说,起源于西方学者对大西洋半球的欧洲和北美东部地质的研究。20世纪中叶提出的板块构造学说,虽然起源于对现代海洋的地质、地球物理调查,但用板块学说解释大陆构造的尝试,也是从解剖北美和欧洲大西洋两岸的古生代造山带开始的。二者均缺少太平洋半球的亚洲,特别是中国及邻区的资料基础,因此,其立论基础是不全面的。这就给亚洲,特别是给中国学者提供了很大的发展空间。通过1∶500万国际亚洲地质图的编制和全球构造的对比研究,笔者发现,处于亚洲核心地带的中国及邻区不仅是亚洲也是全球显生宙地质结构和发展历史最复杂的地区。古亚洲洋构造域的乌拉尔—蒙古—兴安巨型造山带是全球规模最大、发育历史最长、地质结构最复杂的古生代造山带;中国西南部,特别是青藏高原是全球特提斯巨型造山带出露宽度最大、地质纪录保存最完整的地段;中国东部的太平洋构造域,既有亚洲东缘的巨型中生代造山带和新生代的沟弧盆体系,又有宽阔的滨太平洋陆缘活化带。这就使中国及邻区成为研究全球显生宙构造不可缺少的重要地段。我们一定要抓住中国在全球构造研究中的区位优势,以地球系统多层圈构造观为指导,用地质、地球物理、地球化学多学科结合的方法,立足实际,抓住特色,构建中国大地构造的新理论、新模型,为国际地球科学,为发展、完善现代大地构造学理论做出应有的贡献!     

Subduction geometry controls on dynamic topography: implications for the Jurassic Surat Basin

The Late Jurassic Springbok unconformity in the Surat Basin remains to date at odds with our understanding of basin-forming processes. A previously proposed cause for the unconformity is uplift related to the rifting of the Argo landmass from Western Australia, but the great distance between the Surat Basin and the Argo rift-zone argues against this interpretation. A more likely scenario is that the uplift was related to a west-dipping subduction zone along the east Australian margin. Numerous examples around the world link subduction processes, such as tears and detaching segments of the slab, to variations in surface topography. We used geodynamic forward modelling to generate uplift in the overriding plate of a subduction zone, as well as topographic changes that occur as subduction is disrupted by slab breakoff or tears. Our findings suggest that slab tearing can produce distribution and magnitude of uplift consistent with the Jurassic uplift in the Surat Basin, which potentially adds new insights into the tectonic evolution of eastern Australia.     

Apatite fission track geochronology of the Southern Hunan province across the Shi-Hang Belt: insights into the Cenozoic dynamic topography of South China

The Shi-Hang Belt is a Mesozoic tectonic zone and has always been regarded as the boundary between the Yangtze and Cathaysia blocks. It occupies a key tectonic location and attracts considerable attention due to its dynamic formation mechanism. However, its Cenozoic dynamic process is poorly constrained. The Cenozoic activation of the Shi-Hang Belt, as well as its cooling and exhumation, aids in dating the onset time of the formation of the mountain ranges and reveals the deformation process of the South China Block. To uncover the history of its Cenozoic cooling and denudation, apatite fission-track (AFT) thermochronology was applied to batholiths and strata spread across the Shi-Hang Belt in the Hunan Province. Twenty-three samples are dated with ages ranging from 23.6 ± 1.5 to 45.8 ± 3.0 Ma. Except for two older ages (42.1 ± 2.6 and 45.8 ± 3.0 Ma), the other ages range from 23 to 36 Ma with less variation on both sides of the Chenzhou–Linwu fault. The thermochronological modelling of 15 measured samples demonstrates that rocks rapidly passed through the AFT partial annealing zone to the near surface at different onset times from 36 to 23 Ma. The regional AFT cooling pattern is unrelated to the internal structures of the Shi-Hang Belt characterized by a Mesozoic fold-thrust feature. We attribute the Cenozoic exhumation of the Shi-Hang Belt to the dynamic topography of the South China Block, which is related to mantle downwellings and upwellings due to several episodes of quick subduction of the Pacific Plate underneath Eurasia during the Late Cretaceous–early Cenozoic and the Oligocene–early Miocene. The far-field effect of the India–Tibet collision may have contributed to the exhumation of the Shi-Hang Belt.     

基于地质动力区划的矿井动力环境研究

矿山工程处于构造块体中,会受到板块构造活动的影响,矿井动力灾害与板块及构造块体的活动密切联系。以板块构造学说为基础,运用地质动力区划方法确定了不同尺度和级别构造活动的特征,提出用构造凹地反差强度、地形曲率变化来评价区域地质动力环境的方法,揭示了矿井动力灾害发生的动力条件与能量基础,建立了板块运动与矿山工程实际的联系。应用结果表明,阜新矿区具备发生动力灾害的地质动力背景,已发生的冲击地压地点处于地质动力区划方法确定的动力区域影响范围内。     

Gravity field,surface topography,and volcanic complexes of Kamchatka and its junction with the Aleutian arc

The paper deals with interpretation of global digital maps of gravity anomalies and surface topography for the northwestern Pacific and Kamchatka regions. A transformation procedure is suggested to reveal subtle features of surface topography against high elevation contrasts. Gravity data (free-air and Bouguer anomalies) have important implications for the evolution of the circum-Pacific region and the problems of volcanism and geodynamics in subduction zones. The patterns of gravity anomalies and transformed topography interpreted jointly with onshore and offshore geological data can make a basis for tectonic paleoreconstructions of upper crust and lithospheric mantle structures.