板块下的构造及地幔动力学

最新的全球地幔地震层析资料揭示了岩石圈板片可以俯冲到核幔边界,超地幔羽可以从核幔边界上升到地壳上部形成热点。在大陆板块汇聚边界,地幔地震层析图像不仅显示了岩石圈板片的超深俯冲,还保存了拆沉的岩石圈“化石”残片的重要信息。从地幔深部所获取的新资料为全地幔“单层对流“的新模式提供了依据。在介绍上述全球构造研究新动向的基础上,本文强调了研究岩石圈板块必须了解板块下的构造,探索岩石圈板块的驱动力应该从“岩石圈动力学”升华到“地幔动力学”,并提出了大陆板块汇聚边界地幔动力学研究的新思考。     

大陆构造与动力学研究的若干重要方向

为了建立新的地球观，当代地学界把主要科学目标瞄准大陆动力学。大陆构造是大陆动力学的核心领域，涉及到盆地和造山带的形成与演化、大陆岩石圈三维层块结构、大陆下地壳的热状态和流变状态、大陆地震成因和大陆地壳运动的动力来源等一系列重大课题。随着多学科的联合攻关和新技术、新方法的应用，在上述研究领域取得的新突破将导致大陆动力学新理论的诞生，并推动固体地球科学迅速发展，以至带来新的地学革命。     

华南大陆东部若干构造问题的思考

华南大陆的结构、属性、过程与动力学一直是地质学家关注的热点。本文以钦杭构造带东段为主要研究地区,通过精细的构造解析、变质变形研究、年代学分析,结合反射地震剖面,探讨了华南大陆东部几个科学问题。（1）江南造山带形成于新元古代华夏板块与扬子板块的“软碰撞”作用,可划分为扬子板块南缘、扬子—华夏汇聚带和华夏板块北缘3个构造单元,江南断裂带和武夷山—遂昌断裂带分别为江南造山带的北界和南界。（2）扬子—华夏板块汇聚带由多个小板块拼合而成,其间有多条缝合带,大约900 Ma开始汇聚,760 Ma全面闭合,850~780 Ma为活动高峰期,具有递变式的汇聚拼合过程,由南向北发展,先斜向俯冲,后右旋走滑,最晚集中在中部活动。（3）华南大陆东部为中生代奠定的构造格架,主要构造为一系列北东走向褶皱和逆冲断层,大量地壳范围内的叠瓦状逆冲推覆构造,由南向北逆冲,可下切到中—下地壳。（4）华南大陆燕山晚期区域性伸展构造广泛发育,存在“华南热隆”构造,震旦系内的滑覆构造典型,同期大规模岩浆活动、火山活动和大规模的热液成矿。（5）华南大陆构造演化为：850 Ma扬子—华夏板块递进式汇聚,760 Ma全面拼合,江南造山带形成;600 Ma华南大陆盖层发育;430 Ma钦杭构造带受南部构造影响;220 Ma钦杭构造带受北部远程构造影响;160 Ma逆冲推覆构造产生;140 Ma大规模伸展,构造-岩浆-成矿关系密切;随后江南持续隆升,华南强烈热隆。     

超大陆构造、地幔动力学和岩浆-成矿响应

超大陆是地球上全部或近乎全部(> 90%)大陆块的集合。推测最老的超大陆存在于3.0 Ga,称作Ur。由于年龄老,很难检测该超大陆的存在。地球的历史中,似乎曾有2次,所有的陆块被焊合到一起形成一个超大陆。地球历史中第一个真正被黏合在一起的超大陆大概是Columbia超大陆,它形成于1.85 ~1.90 Ga,在大约1.60 Ga开始破裂,于~1.3~1.2 Ga最终裂解。Columbia超大陆之后第二个真正被黏合在一起的超大陆是Rodinia超大陆,它存在于~1 100 Ma 到 540 Ma。Pangea (0.25 Ga)并不是一个真正的超大陆,只是一个很大的大陆块的集合体——准-超大陆。该准-超大陆的南半部(冈瓦纳古陆)有一个离散的历史,北半部(劳亚古陆——即古亚洲)有一个会聚的历史。目前,第三个超大陆还未形成,我们的星球尚处在一个未来真正超大陆(Amasia)的形成途中。超大陆形成和裂离的机制是有争议的话题。对于一些新近概念模型的综合分析表明,地幔动力学对于地球历史中超大陆的会聚和裂解有着重要的控制作用。超大陆的形成过程受超级沉降流的控制。超级沉降流通过如当今在西太平洋所见到的双向俯冲带而发生,它也为地质历史和P-波全地幔层析所认可。超级沉降流就像外太空的黑洞一样呑噬了所有物质,将大陆会聚到一个紧密的集合之中。超大陆的命运受控于超级地幔柱(超级上涌流),后者将大陆集合裂离。随着数字模型技术的进步及计算能力和资源的增强,地幔动力学的数字研究已经在识别地幔结构的地震层析图像方面取得了明显进展,并对地球动力学机制有了更好地理解。固体地球可以被认为是由上地幔中具水平运动的板块构造、下地幔中受垂直运动主宰的地幔柱构造和地幔底部以水平运动为特征的'反-板块构造’所构成。尽管地幔层析开启了进入深部地球的窗口,在增生造山带中被保存的"大洋板块地层"的叠瓦状残骸仍然构成了研究俯冲-增生-碰撞历史(特别是与地球表面古老超大陆聚合有关的俯冲-增生-碰撞历史)的有用的地质学工具。超大陆的动力学也影响着生命的起源和灭绝、地表环境变化以及岩浆作用和成矿作用。与超大陆会聚和裂解相伴的地幔下沉和地幔上涌引起大规模物质和能量的流动,也导致大规模岩浆作用和成矿作用、灾难性的环境变迁,有时甚至造成生物灭绝。当一个上升的地幔柱撞击超大陆的底部时,它所诱发的大陆裂谷化,形成大火成岩省、大规模成矿作用和火山喷发,可能会导致地幔柱的冬天,后果是生物灭绝和长时期的大洋缺氧。因此,与地幔动力学有关的超大陆构造为评估大陆地壳演化和破坏的历史,进行资源评价、了解生命的历史和追踪我们所居住的星球的主要地表环境变迁提供了一把钥匙。     

亚洲大陆中部壳体东、西部历史-动力学的构造分异及其意义

从历史-因果论的角度,对亚洲大陆中部的演化-运动史,及其大地构造体制发展阶段的地质构造和成矿作用,进行了系统的阐述,重点阐述了东、西部构造差异的历史-动力学表现及其原因。研究表明:这种差异并非两个不同大陆壳体演化-运动上的差异造成,而是在同一大陆壳体形成与平向增生进程中东早西晚的历史背景条件下,由于东部与西部中生代、新生代陆内深部地幔热能聚集增强的上升流与热能发散衰减的下降流,共同组成的垂向热流环发生反转变化造成的结果,并得出了主导亚洲大陆中部东、西构造分异的主动性因素是陆内地幔热能聚散动力学机制的结论。同时指出,中新生代出现在亚洲大陆中部的东、西构造分异,是同一大陆壳体即东-中亚壳体自身历史-动力学构造分异的表现,它是亚洲大陆动力学中,与陆内克拉通活化及活化造山区的出现、青藏高原的隆升、东亚陆缘扩张带的形成并列的 4个重大事件之一,并在这些重大事件的动力学研究中占据关键性的核心地位。     

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.     

大陆动力学的过去、现在和未来——理论与应用

近十年来大陆岩石圈流变学、板块下的构造和整个地幔运动、现代大陆变形动力学、大陆深俯冲动力学、"中下地壳的隧道流"、复合造山带和复合造山动力学、盆-山耦合与大陆增生、地幔物质和地幔动力学以及全球大陆科学钻探整合计划等大陆动力学研究的重要进展,表明大陆动力学是继"板块构造"之后固体地球科学发展的新的起点,建立大陆动力学新的理论体系以及为资源、能源、环境和预防地震灾害的人类需求服务,是大陆动力学发展的未来.     

大陆造山运动：从大洋俯冲到大陆俯冲、碰撞、折返的时限——以北祁连山、柴北缘为例

北祁连山和柴北缘是典型的早古生代大陆造山带,分别发育有北祁连山大洋型俯冲缝合带和柴北缘大陆型俯冲碰撞带.作为早古生代大洋冷俯冲的典型代表,北祁连山经历了从新元古代-寒武纪大洋扩张、奥陶纪俯冲和闭合及早泥盆世隆升造山的过程.高压变质岩变质年龄为490～440Ma,证明古祁连洋经历了至少50m．y．的俯冲过程.柴北缘超高压变质带是大陆深俯冲的结果,岩石学、地球化学和同位素年代学表明,柴北缘超高压变质带中榴辉岩的原岩分别来自洋壳和陆壳两种环境.高压/超高压变质的蛇绿岩原岩的年龄为517±11Ma,与祁连山蛇绿岩年龄一致.榴辉岩早期的变质年龄为443～473Ma,与祁连山高压变质年龄一致,代表大洋地壳俯冲的时代,而柯石英片麻岩和石榴橄榄岩所限定的超高压变质时代为420～426Ma,代表大陆俯冲的年龄.从大洋俯冲结束到大陆俯冲最大深度的转换时间最少需要20m．y．.自420Ma起,俯冲的大洋岩石圈与跟随俯冲的大陆岩石圈断离,大陆地壳开始折返,发生隆升和造山.北祁连山和柴北缘两个不同类型的高压-超高压变质带反映了早古生代从大洋俯冲到大陆俯冲、隆升折返的造山过程.     

中国大陆构造格架的动力学演化

指出中国大陆构造不仅呈现出“三横、两竖、两个三角”的宏观格架,而且与块体拼合的形成演化紧密相关,从中国大陆构造五幕演化史的动力学机制来看,中国大陆宏观构造演化可归纳为好像是一个“跷跷板”过程:以鄂尔多斯—四川为轴,古生代期间西低东高;中生代以后,从南大陆漂移而来的羌塘、冈底斯、印度等地体依次与塔里木块体碰撞、缝合,不仅出现不同时期特提斯的闭合,还形成了世界的第三极——青藏高原;几乎与此同时,太平洋板块向NW转向,俯冲于菲律宾海板块之下和菲律宾海板块向欧亚板块的聚敛,以及澳大利亚板块的向北运移,导致中国东部及海域的拉张与地壳减薄,造成中国地势西高东低。文中最后指出,中国大陆构造格架的动力学演化研究在寻找金属矿床、勘探油气资源等方面具有重要的实际意义。     

龙木错-双湖-昌宁-孟连结合带：冈瓦纳大陆与泛华夏大陆的界线

冈瓦纳大陆与泛华夏大陆的界线目前还没有形成统一的认识,在一定程度上制约了对青藏高原及三江造山带构造格局、特提斯演化等方面的深刻认识。根据新的地质调查资料与研究成果,在梳理有关冈瓦纳大陆与泛华夏大陆界线不同观点的基础上,系统总结了龙木错-双湖结合带与昌宁-孟连结合带不同时期蛇绿混杂岩的地质特征、发育时限及其构造环境,二者洋盆经历了相似的洋盆扩张、俯冲消减及弧-弧(陆)碰撞造山过程,发生深俯冲及折返的时间也基本相当,一致表明二者在构造属性上具有亲缘性,认为龙木错-双湖-昌宁-孟连特提斯洋共同构成了原-古特提斯大洋最终消亡后的残迹。南、北羌塘地块基底具有不同的航磁异常,指示龙木错-双湖特提斯洋两侧陆块演化过程不同。以龙木错-双湖-昌宁-孟连特提斯洋为界,南北分别为冈瓦纳大陆北缘中生代冈底斯-喜马拉雅造山系和泛华夏大陆南缘晚古生代羌塘-三江造山系,两大造山系经历了不同的构造演化过程。结合生物区系、地球物理等其他区域资料,认为龙木错-双湖-昌宁-孟连结合带是青藏高原上冈瓦纳大陆与泛华夏大陆的界线。     

地幔柱构造与地幔动力学--兼论其在中国大陆地质历史中的表现

地幔柱构造是基于全地慢对流模式、主要依据热点火山活动提出的新的全球构造理论。它的主要表现形式和产物是地幔柱头上部地壳抬升、岩浆活动形成大火成岩省、大型放射状岩墙群，并导致大陆裂解、板块运动和大规模成矿，是生物灭绝、磁极倒转的诱因。中国大陆的地质演化历史中保存了多期地幔柱活动印记，它们主要是华南新元古代Rodinia地幔柱、古生代古特提斯和峨眉山地幔柱和中一新生代中国东部地慢柱构造事件。上述地幔柱活动产生了地壳抬升、强烈岩浆活动、大陆伸展与裂解、岩石圈剧烈减薄和大规模成矿等重要地质事件。     

从亚洲大陆块体拼贴过程看大陆造山带的形成与演化

本文就亚洲大陆喜马拉雅造山带和大别-苏鲁造山带构造演化模式进行详细评述,并据大地构造学和古地磁学最新研究成果讨论并总结大陆造山带形成与演化模式,即大陆碰撞造山带的演化可能涉及以下5个连续的过程: 碰撞旋转拼合陆内挤压反弹.     

大陆岩石圈流变学研究的发展现状与前景

板块构造登陆导致大陆动力学的兴起,但大陆动力学迄今在理论上尚无长足发展,究其原因是大陆构造的复杂性,这一复杂性取决于大陆岩石圈复杂的流变学结构(纵向分层和横向不均一)。因此,大陆岩石圈流变学研究是大陆动力学的核心,并成为发展大陆动力学、完善板块构造理论的关键研究领域,同时对构造地质学学科发展具有推动作用,并在资源形成和地震机理方面具有实际意义。本文在阐述了岩石圈流变学的发展与现状的基础上,较详细分析了大陆流变学的核心内容:大陆岩石圈流变学结构特征,大陆物质的本构方程及大陆流变学特性对大陆变形与构造演化的影响。本文还总结了我国开展大陆流变学的基础和条件,对未来研究进行了展望:1)形成常态的多尺度-多手段-多学科-多部门的联合研究;2)缩小量子力学和岩石/矿物流变结构研究间的差距; 3)从全球尺度物质流动着手,构建以流变学为基础的大陆动力学模型。     

深俯冲和折返动力学:来自中国大陆科学钻探主孔及苏鲁超高压变质带的制约

中国大陆科学钻探工程和苏鲁高压-超高压变质带为大陆岩石圈的深俯冲与折返动力学的研究提供了以下制约(1)苏鲁高压/超高压变质地体迭置于南、北苏鲁两个不同时代及属性的基底之上;(2)苏鲁巨量表壳岩石深俯冲至200km以下的上地幔深度,并经历超高压变质作用;(3)根据不同类型超高压变质岩石锆石的SHRIMP-U/Pb原位精确定年,获得超高压变质岩石的深俯冲-折返全过程(240～252Ma→230～237Ma→207～218Ma)时限.并建立了新的深俯冲-折返全过程的P-T-t轨迹;(4)富钛铁的辉长岩在大陆地壳的深俯冲过程中,经历了超高压变质作用并转变成了富含金红石的榴辉岩,形成了超高压变质的钛矿床;(5)通过榴辉岩和石榴石橄榄岩的显微构造分析及石榴石、绿辉石和橄榄石EBSD测量,确定深俯冲过程中绿辉石和橄榄石的组构运动学和流变学特征;(6)在大陆的深俯冲过程中,强烈水化的陆壳岩石经历了进变质脱水过程,巨量的地表水带入到＞100～200Km的地幔深处,在超高压变质峰期的极端条件下,通过含水超高压变质矿物的分解形成超临界的含水熔体,导致有效的壳-幔物质交换和岩石圈物质分异;(7)苏鲁超高压变质地体在折返阶段形成挤出纳布构造,与岩石圈深俯冲管道流的折返挤出机制有关;(8)提出新的深俯冲-折返动力学模式陆.陆碰撞的深俯冲剥蚀模式及大陆地壳多重性、分层型和穿时性的俯冲和折返模式.     

印度-亚洲碰撞大地构造

印度-亚洲碰撞是新生代地球上最为壮观的重大地质事件.碰撞及碰撞以来,青藏高原的广大地域发生了与碰撞前截然不同的变形,地貌、环境及其深部结构都发生了深刻地变化.根据青藏高原形成、周缘造山带崛起以及大量物质侧向逃逸的基本格局,作者从大陆动力学视角出发,将"印度-亚洲碰撞大地构造" 与"前碰撞大地构造"区别开来进行研究,将印...     

亚洲大陆逃逸构造与现今中国地震活动

2008年5月12日汶川地震让中国地学界强烈感受到深入研究地震地质与构造变形的重要性和肩负防震减灾巨大的社会责任。本文作者从构造地质学家的角度对中国大陆地震分布、成因规律以及发展趋势做了一些讨论。按地震分布,中国大陆可以粗分为两个区域,其交界是一条过渡带。该过渡带的东界是郯庐断裂及其和海南岛的连线,西界是齐齐哈尔—北京—邯郸—郑州—宜昌—贵阳—(越南)河内连成的线,后者其实就是松辽盆地的西界(大兴安岭的东界、太行山的东界、大娄山的东界）。我们不妨将上述两线所夹过渡带称之为“地震区分界线”。分界线以西的广大地区,活动断裂、活动褶皱、活动盆地都与印度板块楔入欧亚大陆造成的青藏高原隆升、快速侧向扩展、亚洲大陆逃逸构造活动有关。流变性较好的造山带(如青藏高原和天山)和流变性较差的古老地块(如塔里木、准噶尔、阿拉善、鄂尔多斯、四川盆地等)在其边界强烈对抗,形成强震。地震区分界线以东的中国沿海地区受太平洋和菲律宾海板块运动的影响也会发生地震,但其强度和频度与该线以西的青藏高原周边、天山、鄂尔多斯地块周缘以及张家口渤海断裂带上地震低得多。由太平洋板块在日本海沟向西深俯冲形成的地震在中国仅分布在吉林省珲春—汪清一带,这些深源地震对地面工程建筑破坏性不大。处于欧亚、菲律宾海和南海3个板块的交汇部位的我国台湾地震不断。受我国台湾地震的影响,闽粤沿海NW和NE向断裂往往被激活,形成地震。总之,虽然中国大陆的现代地震受太平洋、欧亚、印度和菲律宾海四大板块联合作用控制,但最主要、最直接、影响最大的还是印度板块楔入欧亚大陆造成的青藏高原隆升、快速侧向扩展和大陆逃逸。因此,对中国的地震研究不能仅局限于某区域或某条断裂,而应把整个亚洲大陆逃逸构造作为整体的、统一的“一盘棋”看待。     

Lithospheric Thermal Isostasy of North Continental Margin of the South China Sea

Accompanied with rifting and detaching of the north continental margin of the South China Sea,the ernst and the lithosphere become thinner away from the continental margin resulting from the tectonic activities,such as tensile deformation,thermal uplift,and cooling subsidence,etc..Integrated with thermal,gravimetric,and isostatic analysis techniques,based on the seismic interpretation of the deep penetration seismic soundings across the northern margin of the South China Sea,we reconstructed the lithospheric thermal structure and derived the variation of the crust boundary in the east and west parts of the seismic profde by using gravity anomaly data.We mainly studied the thermal isostasy problems using the bathymetry of the profiles and calculated the crust thinning effect due to the thermal variety in the rifting process.The results Indicate that the thermal isostasy may reach 2.5 kin,and the compositional variations in the ilthospheric density and thickness may produce a variation of 4.0 kin.Therefore,the compositional isostatic correction is very important to recover the relationship between surface heat flow and topography.Moreover,because of the high heat flow characteristic of the continental margin,building the model of lithospheric geotherm in this region is of great importan for studying the Cenozoic tectonic thermal evolution of the north passive continental margin of the South China Sea.     

从地壳上地幔构造看大陆岩石圈伸展与裂解

本篇讨论大陆岩石圈拆沉、伸展与裂解作用过程。由于大陆岩石圈厚度大而且很不均匀,产生裂谷的机制比较复杂。大陆碰撞远程效应的触发,岩石圈拆沉,以及板块运动的不规则性和地球应力场方向转折,都可能产生岩石圈断裂和大陆裂谷。岩石圈拆沉为在重力作用下"去陆根"的作用过程,演化过程可分为大陆根拆离、地壳伸展和岩石圈地幔整体破裂三个阶段。大陆碰撞带、俯冲的大陆和大洋板块、克拉通区域岩石圈,都可能产生岩石圈拆沉。大陆岩石圈调查表明,拉张区可见地壳伸展、岩石圈拆离、软流圈上拱和热沉降;它们是大陆岩石圈伸展与裂解早期的主要表现。从初始拉张的盆岭省到成熟的张裂省,拆离后地壳伸展成复式地堑,下地壳幔源玄武岩浆侵位,断裂带贯通并切穿整个岩石圈,表明地壳伸展进入成熟阶段。中国东北松辽盆地和西欧北海盆地曾处于成熟的张裂省。岩石圈破裂为岩浆侵位提供了阻力很小的通道网。岩浆侵位作用伴随岩石圈破裂和热流体上涌,成熟的张裂省可发展成大陆裂谷。多数的大陆裂谷带并没有发展成威尔逊裂谷带和洋中脊,普通的大陆裂谷要演化为威尔逊裂谷带,必须有来自软流圈的长期和持续的热流和玄武质岩浆的供应。威尔逊裂谷带岩石圈地幔和软流圈为地震低速带,其根源可能与来自地幔底部的地幔热羽流有关。