喜马拉雅碰撞造山带的深层动力过程与陆─陆碰撞新模型

青藏高原的整体隆升与地壳短缩和其增厚的物理-力学机制是该区深部物质与能量交换,圈、层结构与物质运移及其耦合的产物．印度板块与欧亚板块碰撞的前缘─-喜马拉雅碰撞造山带错综的深层动力过程是本质．基于地震Rayleigh波三维速度结构和人工源深部地震探测结果,发现雅鲁藏布江南北两侧深部构造和地球物理场差异显著,并具有特异的深层动力过程．提出了印度板块地壳和上地幔物质向北"挺进",分别在不同档体阻隔作用下而终止于不同部位的双层"楔板"新模式,在南、北双向挤压力系作用下形成了喜马拉雅碰撞造山带和青藏高原隆升的复杂格局．     

喜马拉雅碰撞造山带的深层动力过程与陆─陆碰撞新模型

青藏高原的整体隆升与地壳短缩和其增厚的物理-力学机制是该区深部物质与能量交换,圈、层结构与物质运移及其耦合的产物．印度板块与欧亚板块碰撞的前缘─-喜马拉雅碰撞造山带错综的深层动力过程是本质．基于地震Rayleigh波三维速度结构和人工源深部地震探测结果,发现雅鲁藏布江南北两侧深部构造和地球物理场差异显著,并具有特异的深层动力过程．提出了印度板块地壳和上地幔物质向北"挺进",分别在不同档体阻隔作用下而终止于不同部位的双层"楔板"新模式,在南、北双向挤压力系作用下形成了喜马拉雅碰撞造山带和青藏高原隆升的复杂格局．     

造山带内古地磁研究——以苏宏图早白垩世火山岩为例

对苏宏图早白垩世火山岩的岩石磁学研究发现, 该地区早白垩世火山岩以假单畴(PSD)磁铁矿为主要载磁矿物且在热退磁温度300~585℃之间可获得一稳定的特征剩磁方向. 7个古地磁采样点揭示出其平均方向为D/I= 23.6°/56.0°, a ₉₅ = 2.3°, 对应极位置为l_p= 71.1°N, f_P = 200.5°E, A₉₅ = 2.7°. 镜下观察表明作为主要载磁矿物的磁铁矿具有较完整的四方形或多边形, 无内反射和后期蚀变现象, 因而很可能携带了熔岩流喷发冷凝时期的原生剩磁方向. 将这一结果与欧亚大陆主要块体相应古地磁结果进行对比, 可以发现在早白垩世, 西伯利亚板块、内蒙古褶皱带和华北块体在动力学上已成为整体, 这对认识天山-兴蒙造山带的形成和演化是有意义的.     

早前寒武纪地壳增生、再造作用与基底变质建造分析──以华北为例

早前寒武纪地壳演化的具体表现可以从增生作用和陆壳再造作用这两个方面进行描述按照增生表壳岩系类型可以将早前寒武纪大陆地壳划分为绿岩型和沉积型陆壳增生区;按陆壳再造作用的类型可以将早期大陆地壳划分为变质改造型和重熔分异型陆壳再造区对区域上绿岩型表壳岩系、沉积型表壳岩系;TTG岩系、钾质花岗岩系等与地壳演化进程的关系作了概括．不同类型陆壳区反映了地壳增生进程是不一样的,增生地壳受再造作用的程度以及遭受的陆壳再造作用类型也可以是不同的,而一个完整的地壳演化旋回应包含活动增生、陆壳再造与克拉通化作用,一个地壳区地壳演化往往是这些作用交替发展并形成与邻区地壳演化进程的差异．进而提出了早前寒武纪克拉通基底建造分析的思路、原则和模式     

准噶尔盆地东缘构造:阿尔泰与北天山造山带交接转换的陆内过程

准噶尔盆地位于中亚造山带西段,地表地质已有大量成果,但对该盆地深部结构构造研究相对薄弱,这制约了对该区构造演化的认识.通过对研究区大量二维地震剖面的详细构造解释,揭示出准噶尔盆地东缘主要的逆冲断裂有:乌伦古东、红盆、红盆南、喀拉萨依、滴水泉北、滴水泉南和沙西等断裂.断裂整体组合表现为向北西发散、向南东收敛的逆冲-走滑构造特征,可分为三组构造体系.北部叠瓦式褶皱-逆冲体系位于研究区北部,走向北西,倾向北东,表现为自北向南的叠瓦式逆冲推覆构造,整体上具有北老南新的特征,断裂最早形成于石炭纪,之后向南不断拓展.中部逆冲-走滑体系位于研究区中部,近东西走向,断面陡立,印支期为左行压扭,燕山期发生右行走滑,伴生少量小型正断层.南部褶皱-逆冲体系位于研究区南部,北东走向,倾向北西,分支断裂主体均为走向北东的逆断层.全区断层相关褶皱常见有断展和断弯褶皱.区域构造对比表明,在南阿尔泰和北天山两大造山带的挤压汇聚作用下,准噶尔盆地东缘在三叠纪-早白垩世期间持续发生陆内变形.其中研究区北部主控断裂指示了自北向南的逆冲推覆,动力来自南阿尔泰造山带的持续挤压;南部褶皱不对称性和主逆冲断层指示动力来自北天山造山带的持续挤压;中部走滑断裂早期逆冲作用较强,后期叠加走滑构造,是南、北两大动力系统发生复杂交接转换的结果,并调节了盆地内部次级块体的运动,使其向西挤出.     

下地壳流变与造山带同挤压期地壳伸展的动力学关系

应用不可压缩非牛顿粘性流体的本构关系,对造山带同挤压期下地壳流变及其与上地壳构造伸展的动力学关系进行了二维有限元数值模拟. 结果表明,在板块侧向挤压下,当造山带山根下陷和地表隆起达一定程度后,地壳不同层圈岩石将发生复杂的粘性流变. 流变的运动学方式和分布范围不仅与时间有关、同时还受地壳厚度转变带形态的制约. 在构造挤压和山体荷载达到弹性平衡状态后,地壳流变首先发生在造山带下地壳山根,但经一定的Maxwell时间后,流变将不断局限于造山带前缘的厚度转变带. 这一流变方式的变化是导致造山带浅部地壳动力学转变的主要原因. 它造成造山带内上地壳最小主应力从近水平挤压不断转化为近水平拉张,由此使造山带前陆发生挤压冲断的同时,山体的核部发生上地壳的拉张伸展. 最后,应用这一结果讨论了青藏高原南缘南北向地壳伸展的动力学性质.     

下地壳流变与造山带同挤压期地壳伸展的动力学关系

应用不可压缩非牛顿粘性流体的本构关系,对造山带同挤压期下地壳流变及其与上地壳构造伸展的动力学关系进行了二维有限元数值模拟. 结果表明,在板块侧向挤压下,当造山带山根下陷和地表隆起达一定程度后,地壳不同层圈岩石将发生复杂的粘性流变. 流变的运动学方式和分布范围不仅与时间有关、同时还受地壳厚度转变带形态的制约. 在构造挤压和山体荷载达到弹性平衡状态后,地壳流变首先发生在造山带下地壳山根,但经一定的Maxwell时间后,流变将不断局限于造山带前缘的厚度转变带. 这一流变方式的变化是导致造山带浅部地壳动力学转变的主要原因. 它造成造山带内上地壳最小主应力从近水平挤压不断转化为近水平拉张,由此使造山带前陆发生挤压冲断的同时,山体的核部发生上地壳的拉张伸展. 最后,应用这一结果讨论了青藏高原南缘南北向地壳伸展的动力学性质.     

东秦岭造山带莫霍面展布与碰撞造山带深部过程的关系

根据P波走时反演重建的三维速度图像,研究东秦岭造山带莫霍面的展布性态结果表明,在华北板块南缘潼关-登封-阜阳-线、商丹主缝合带北侧卢氏-奕川-方城-信阳-线和扬子板块北缘佛坪-陨西-武当山-枣阳-线莫霍面沿着造山带走向呈带状隆起而介于这三条带间,莫霍面均不同程度地下陷因此,东秦岭造山带在岩石圈缩短方向上莫霍面的展布目前仍然存在着很大的非均一性结合造山带地质、岩石地球化学和同位素年代学综合分析,认为造成莫霍面这一展布格局,主要与该碰撞造山带在不同演化时期各岩石构造单元中发生不同性态的岩石圈-软流圈和壳-幔间物质与能量的相互作用方式不一所造成的大陆动力学过程不同有关加上碰撞期后造山带深部岩石圈均衡在不同岩石构造单元中的差异,形成了东秦岭造山带目前莫霍面的展布。     

大陆造山带岩石圈拆沉过程的数值模拟

岩石圈拆沉作用是指部分岩石圈由于重力不稳定性而沉入软流圈中的过程,与造山带的演化密切相关.本文基于非牛顿流体近似的有效黏度模型对岩石圈拆沉的过程进行了数值模拟,着重分析了岩石圈的黏度结构对拆沉作用的影响.数值模拟显示,下地壳控制着地壳与岩石圈地幔的耦合程度,对拆沉作用的过程和形态有很大的影响;在一定的初始重力不稳定性条件下,当岩石圈地幔相关的有效黏度在1022~1024Pa·s时,拆沉作用有可能在5~30 Ma时间范围内发生.从拆沉的形态看,在上述岩石圈地幔有效黏度范围内,黏度越大,重力不稳定性发展越慢,岩石圈剥离(peel away)范围越大.从拆沉的结果看,当拆沉块体与上部岩石圈完全断离时,造山带完成了从挤压构造到伸展构造的转化过程.最后,结合秦岭—大别—苏鲁造山带的岩浆事件和构造演化,讨论了岩石圈拆沉在该地区的应用.     

大陆造山带碰撞-俯冲-折返-垮塌过程的岩浆作用及大陆地壳净生长

地球上的造山带可以划分为增生型造山带和碰撞型造山带,造山带岩浆作用发生在从大洋俯冲、大陆碰撞到造山带垮塌的每一个阶段.陆-陆碰撞的必要条件是大陆俯冲带的存在.一般假设,大陆岩石圈深俯冲的前提是大洋岩石圈俯冲及其在陆-陆碰撞时对紧随被动大陆边缘岩石圈的重力拖曳.大陆俯冲和碰撞的结果是地壳加厚和隆升,但是所产生的造山带岩浆作用发生在什么时间则取决于岩石圈加热机制.增生型造山带没有发生大陆之间强烈碰撞和深俯冲,一般缺少大规模的地壳叠置加厚和隆升,缺少与大陆深俯冲有关的超高压榴辉岩相变质岩,虽然大洋俯冲阶段可以形成巨厚的陆弧地壳,但同碰撞和碰撞后岩浆作用是否存在值得怀疑.碰撞型造山带由于大陆深俯冲和地壳强烈加厚,超高压变质的洋壳和大陆地壳在折返过程中减压熔融,形成同碰撞岩浆作用,在造山旋回晚期去根和垮塌过程中,由于岩石圈伸展和软流圈地幔上涌,形成碰撞后岩浆作用,并标志造山旋回的结束.因此,碰撞造山带的岩浆作用可以发生在大陆深俯冲的同时、俯冲洋壳与陆壳断离后的折返和隆升、造山带的去根和垮塌过程,从大陆碰撞到造山带垮塌和剥蚀(造山旋回结束)的时间跨度为50~90百万年.大陆碰撞造山带是深入了解大陆深俯冲、折返隆升及其造山带垮塌过程的重要场所,而碰撞造山过程中的岩浆作用对大陆地壳生长和再造有重要意义.     

攀西微古陆块的变质演化与地壳抬升史

攀枝花-西昌(攀西)微古陆块是扬子陆块西部最古老的地体. 代表其下地壳的岩石为中基性麻粒岩, 相应的麻粒岩相变质作用发生于1186~1128 Ma. 在地质年代方面, 麻粒岩的形成可能与Rodinia超大陆中各微古陆块汇聚的碰撞造山作用有关. 麻粒岩的角闪岩相退变质作用时代为877~825 Ma, 在时间上与Rodinia超大陆裂解的时代相吻合. ⁴⁰Ar/³⁹Ar和FT年代学研究表明, 自新元古代中至中生代, 古陆块的地壳垂直运动演化历史总体上表现为一种刚性地体的缓慢抬升过程. 新生代, 印度板块向欧亚板块的俯冲碰撞作用使青藏地块迅速隆起, 后者又向东作侧向挤压运动. 受此影响, 攀西微古陆块也快速抬升, 使得麻粒岩结晶基底最终出露地表.     

扬子块体两侧造山带地壳推覆的地球物理证据及其地质意义

基于深部地球物理探测结果建立的青藏高原东缘-江南造山带的地壳结构,发现扬子块体在NW向受到来自青藏高原东缘物质的逆冲推覆,在SE向受到来自江南造山带物质的逆冲推覆.这些推覆作用控制了川西-江南雪峰造山带西部地壳构造.青藏高原向东挤出的物质,在龙门山断裂带附近遇到坚硬四川盆地的阻挡,以上、中地壳的向上逆冲推覆,下地壳插入到四川盆地之下和扬子块体内地壳的褶皱、缩短、增厚方式被吸收,形成熊坡、龙泉山构造带,造成浦江-成都-德阳断裂、龙泉山西坡断裂的NW向逆冲.这些结果回答了青藏高原东向挤出物质的去向问题.总之,扬子块体两侧受到造山带地壳逆冲推覆的发现,为研究华南地区的陆内造山机制,恢复构造演化历史和青藏高原侧向挤出的运动学过程开阔了视野.     

冈瓦纳型和扬子型地块地壳结构: 以滇西孟连-马龙宽角反射剖面为例

滇西孟连-马龙宽角反射地震剖面切过保山地块(冈瓦纳型), 思茅地块和扬子地块(扬子型)西南部. 通过解释宽角反射地震资料, 获得了这3个地块与昌宁-孟连和墨江缝合带的壳/幔纵波速度结构及相应的地壳和上地幔反射结构图像. 结果表明:思茅地块的地壳P波速度较之保山和扬子地块西南部低, 地壳厚度由保山地块、思茅和扬子地块西南部逐渐增厚. 这三个地块的地壳反射图像也具有明显的差异. 冈瓦纳型地块内上地壳反射发育, 而中下地壳反射很弱. 扬子型地块内地壳反射发育. 思茅与扬子地块西南部反射图案有明显的特殊性. 研究区地壳厚度为 40 km左右. 最后对滇西三个地块的地壳增厚的方式、地震孕育的构造环境冈瓦纳型和扬子型地块的相互作用进行了讨论.     

中地壳断层带内微裂隙愈合与高压流体形成条件的模拟实验研究

中地壳断层带内发现的接近静岩压力的高压流体能够合理解释汶川MS8.0级地震断层的高角度逆冲滑动, 而高压流体的产生与断层带的微裂隙愈合紧密相关.利用熔融盐固体介质三轴高温高压实验系统,我们采用含水和烘干的Carrara大理岩样品开展了微裂隙愈合实验,研究中地壳断层带内高压流体的形成条件.实验分为三类:A类、A+B类和A+B+C类,其中A阶段实验在室温条件下将样品压裂,形成一系列共轭破裂面,B阶段实验在600℃、围压700 MPa和应变速率10-6s-1条件下愈合了A阶段破碎的样品,实验样品从以碎裂变形为主向以韧性变形为主转变,C阶段实验通过快速降低轴压模拟一个扩容过程,再以相同实验条件重新加载样品,通过比较实验样品强度来检验样品的愈合程度.样品显微结构和实验样品强度表明,动态重结晶作用能够愈合微裂隙和孔隙,水能促进矿物的动态重结晶作用,较高的水含量和较大的应变有利于微裂隙和孔隙的愈合,从而有利于高压流体的形成.     

中地壳断层带内微裂隙愈合与高压流体形成条件的模拟实验研究

地表破裂带调查和地震学反演结果表明,汶川地震发震断层具有高角度逆断层特征.逆断层滑动需要的力学条件为:存在很大的差应力;比较低的摩擦系数;较大的流体压力. 通过对映秀-北川断裂南段出露的糜棱岩研究,得出断层脆塑性转化带变形温度约400～500℃,流动应力约15～80 MPa.     

大别杂岩减压变质过程与造山带深部区域性快速构造折返

大别杂岩的变质岩岩石可分出麻粒岩相带和角闪岩相带.麻粒岩相中石榴石内带的生长成分环带保存完好,角闪岩相石榴石内带无成分变化,但近外带为生长环带,反映两个变质相带早期具有不同的变质历史.但是,两个变质相带普遍发育反映减压的反应结构和成分演化趋势.矿物温度计压力计估算麻粒岩相带减压△P≈-0.70GPa;角闪岩相带减压△P≈-0.85GPa.变质P-T轨迹具碰撞和俯冲变质的双重特点,表明大别杂岩经受了快速下沉和快速构造折返.区内高压超高压榴辉岩折返可能与之同期.     

中国海陆莫霍面及深部地壳结构特征——以阿尔泰—巴士海峡剖面为例

中国海陆莫霍面及深部地壳结构特征研究是东亚地区宏观构造格架研究中的重点内容之一.本文以地震测深等数据为约束信息,以重力数据为基础,通过分区计算,反演了中国海陆莫霍面深度.依据地壳性质与莫霍面深度分布特征,划分了莫霍面深度梯级带与分区,并对各分区的莫霍面分布特点进行了归纳、总结.并选取阿尔泰—巴士海峡典型剖面进行了重、震反演,建立了密度结构.剖面上莫霍面深度和深部结构能够清晰地反映中国大陆"三横、两竖、两三角"构造格架中的两横和两竖,在昆仑—秦岭—大别以北的准噶尔地块和中朝地台莫霍面深度45~50 km,而其以南至贺兰山—龙门山之间的祁连、柴达木至松潘—甘孜的莫霍面呈"W"型起伏,莫霍面深度由祁连地块北部的50 km,加深至68 km,在柴达木盆地抬升至58 km,在阿尼玛卿山莫霍面降至68 km,向南逐渐抬升至四川盆地的44 km,经大兴安岭—太行山—武陵山这一竖的台阶式抬升至华南褶皱带的35 km,在江绍—南岭以南缓慢抬升至南海北部陆架区的20~25 km.在巴士海峡处南海沿马尼拉海沟向东俯冲,莫霍面形态较复杂.同时剖面上祁连—柴达木地块的中下地壳存在一个低速、低密度体,推测其可能是由于部分熔融引起的,是青藏高原东北缘壳内物质流动的通道.     

大陆深俯冲带的地壳速度结构——东大别造山带深地震宽角反射/折射研究

在安徽大别山(东大别)进行的深地震宽角反射/折射探测获得6条二维地壳速度结构剖面. 结果显示，东大别造山带地壳为一高速穹隆构造，在其核部中、下地壳变质岩出露于地表，波速高达5.0km/s；在其翼部，上、中地壳发育速度约6.1km/s的壳内低速层(体). 莫霍面的起伏变化较大，中心部位深达41km左右，周边地区则抬升到32～34km. 在晓天—磨子潭断裂一线下方莫霍面垂向错断，断距约4km. 东大别造山带具有大陆深俯冲-碰撞造山带地壳结构的典型式样. 莫霍面错断与扬子陆块深俯冲有关，错断处表征扬子与华北陆块碰撞缝合的深部位置. 高速穹隆构造可能是两陆块碰撞挤压的产物，穹隆翼部上、中地壳发育的低速滑脱带(面)可能在碰撞期之后的地壳伸展、超高压变质岩从中地壳抬升出露于地表过程中起到重要作用.     

地震滑坡在活跃造山带侵蚀和风化中的作用:进展与展望

以地震为代表的构造运动在地球地貌演化中起着根本性的作用,其过程包括同震抬升或沉降和地震滑坡侵蚀.地震诱发的滑坡向河流输送大量的松散物质,可造成流域物质输移通量成倍增加,且持续时间可达几十年或更久.在暴露新鲜岩石的同时,地震滑坡还剥蚀植被和土壤,这些作用都极大地影响着区域的碳输移.越来越多的研究尝试量化地震对地表过程影响...