中国东南部中一新生代地球动力学背景若干问题的探讨

近年来，有关中国东南部中新生代地球动力学背景的研究已取得了重要的进展，主要体现在：地幔性质、岩石圈减薄、岩石圈伸展和构造背景四个方面。研究表明，中国东南部中新生代的地幔性质主体是亏损地幔和EMⅢ型富集地幔混合，中生代以富集地幔为主，而新生代主体为亏损地幔。中国东南部晚中生代经历了岩石圈减薄，并伴生了玄武质底侵作用，具有较为复杂的岩石圈增生～减薄过程。大量事实表明中国东南部中新生代存在多期岩石圈伸展事件，侏罗纪存在局部岩石圈伸展，主要集中于内陆地区，白垩纪经历了区域性岩石圈伸展。近二十年来，中国东南部大规模岩浆的构造背景一直存在着争论，焦点在于太平洋俯冲对中国东南部产生什么的影响。从目前已有的资料来看，白垩纪地幔源区受到太平洋俯冲的影响，太平洋俯冲和玄武质岩浆底侵诱发了地壳加厚，岩石圈拆沉和软流圈上涌而导致岩石圈伸展是中国东南部主要构造背景。但是，中国东南部晚中生代以来的岩石圈伸展—减薄及其深部动力学机制是目前急需进一步深入探讨的问题。     

地幔速度场激发机制的动力学分析

本文根据所建立的多种力源作用下地幔运动的数学模型,运用涡旋力学理论,分析了地幔速度场激发机制的动力过程,探讨了地幔和岩石圈运动间的相互关系。     

大陆岩石圈研究进展

从地震学、地球化学、岩石学等不同学科的角度,对大陆岩石圈研究进展做了简要介绍。不同学科的最新研究成果表明,岩石圈在热状态、化学成分和力学行为等方面具有高度非均匀性。这不仅表现为岩石圈性质和结构随深度的变化,而且还反映在不同时代、大陆与海洋以及克拉通和造山带岩石圈结构特征的显著差异上。性质和结构的差异体现了岩石圈形成和长期演化过程的复杂性。我们认为,不同岩石圈块体之间、岩石圈与深部对流地幔之间普遍存在着相互作用。这种相互作用被认为是稳定克拉通岩石圈遭受改造甚至破坏的深部机制,同时还是地球深、浅部物质交换的重要方式,因而显著影响着地球深部的对流和地表的构造过程。值得注意的是,由于岩石圈本身定义的模糊性及其厚度的不确定性,地震活动与岩石圈强度之间的关系以及大陆岩石圈演化的规律性等问题仍有待于进一步的研究和探索。     

东海陆架盆地西湖凹陷岩石圈热流变性质

为了探讨东海陆架盆地西湖凹陷岩石圈热流变性质,本文以实测地温数据为依据,模拟西湖凹陷岩石圈热结构,在此基础上,应用流变学原理模拟确定西湖凹陷岩石圈流变性质。结果表明,西湖凹陷岩石圈为一个冷地壳-热地幔、强地壳-弱地幔的"奶油蛋糕"型岩石圈。西湖凹陷平均地表热流密度为71 m W/m~2,地幔热流密度为40~65 m W/m~2,对地表热流密度的贡献度达73%~79%,地表热流受地幔热流控制,莫霍面温度在700℃左右,热岩石圈平均厚度为66 km。西湖凹陷岩石圈流变分层明显,上、中地壳基本为脆性层,下地壳和岩石圈上地幔为韧性层,岩石圈总流变强度平均约为2.65′10~(12) N/m,其中地壳流变强度为2.12′10~(12) N/m,地幔流变强度为5.29′10~(11) N/m,有效弹性厚度为11.7~14.5 km,地壳的流变性质控制了岩石圈的流变行为。此外,西湖凹陷岩石圈总强度较低,在构造应力作用下易于变形,且存在壳幔解耦现象。西湖凹陷岩石圈热状态及流变性质决定了西湖凹陷东部地区主要以浅部地壳的断层滑动和地层破裂来调节深部的构造应力。     

东秦岭及邻区岩石圈金的丰度特征及与成矿的关系

区域成矿作用的地球化学研究必须以岩石圈物质分异的观点来认识地壳地元素迁移和演化，必须以大区域地壳体系的地球化学特征来指导局部地区的基础地质认训和找矿问题，这是由于地壳与地幔体系的物质运动是不平衡的，明显具分异特征，为些不同构造单元岩石圈的化学成分是不均一的，这就决定了不同构造单元的成岩，成矿作用具有不同的地球化学特征，本文从东秦岭及领区岩石圈金的丰度特征研究入手，探讨该区不同构造环境中金（银）成太     

用玄武岩组成反演中-新生代华北岩石圈的演化

玄武岩的化学组成与地幔源区特征、部分熔融程度、地幔温度和岩石圈厚度等多个因素有关,因此可以用来反演深部地幔的演化。文中简要地阐述了用玄武岩组成获得岩石圈厚度及其变化的方法,并总结了有关华北中—新生代岩浆演化的两个最主要特征:(a)晚中生代岩浆活动经历了由早期的源自富集地幔的岩浆向后期亏损地幔起源岩浆的转变,而两个阶段为一岩浆间隙期(~10Ma)所分隔;(b)华北东、西部新生代玄武岩具有相反的碱性强度随时间的变化趋势。这些岩浆演化特征可以用岩石圈减薄过程中地幔地温梯度的逐渐升高、岩石圈地幔中富集组分在短时间内的不可再生以及岩石圈盖效应来解释。该认识为华北岩石圈减薄的时间尺度和机制以及减薄作用的时空不均一性提供了新的制约。     

华北东部大陆地幔橄榄岩组成、年龄与岩石圈减薄

对比分析了华北东部地块陆下岩石圈地幔橄榄石Mg#值和单斜辉石的REE配分形式。报道了汉诺坝和鹤壁橄榄岩中不同产状硫化物的激光MC-ICPMS原位Re-Os年龄和信阳橄榄岩中锆石的U-Pb年龄和信阳橄榄岩锆石的U-Pb年龄。在这些资料基础上,进一步讨论了华北东部岩石圈中、新生代时的减薄机制。原位分析在揭示岩石圈深部过程的细节上,有比全岩分析更大的优越性,并揭示出了在华北深部有中元古代(14亿年)和新元古代(7～8亿年)热活动的记录。岩石圈拆沉作用不能很好地解释古老难熔地幔、过渡型地幔和新生饱满地幔并存的事实;同时,单纯的熔体-橄榄岩相互作用也难以解释中、新生代岩石圈的减薄过程和新生地幔单斜辉石中出现强烈LREE亏损现象,即历史复杂的克拉通岩石圈向历史明显简单的“大洋型”地幔的转换。因此,华北东部岩石圈减薄包括地幔伸展、熔-岩作用、侵蚀置换等复杂过程。这些过程可能包括:(1)早中生代时,扬子地块向北俯冲碰撞所引起华北岩石圈的熔/流体交代富集作用、地幔伸展和受扰动软流圈物质上涌并侵蚀被改造了的岩石圈;(2)晚中生代—古近纪,因太平洋俯冲的热扰动致使软流圈物质进一步的强烈侵蚀作用引起岩石圈的巨大减薄;(3)晚第三纪以来的软流圈热沉降作用所带来的小幅度岩石圈增厚过程。岩石圈先大幅减薄、后小幅增厚实现了最终的地幔置换和岩石圈整体的减薄过程。喷发时代为100Ma的阜新玄武岩所捕获的橄榄岩主体是饱满的,说明华北东部部分地区在此之前曾有过地幔置换作用。     

中国大陆大规模成矿作用油气田形成——来自岩石圈的约束

由克拉通、造山带、裂谷、边缘海洋壳和岛弧等5大岩石圈类型构成的中国大陆,由于不同类型岩石圈对应的动力学机制及其效应不同,岩石圈不同类型之间的连接带必定是不连续带,与大陆成矿作用有密切的联系。中国大陆已知的绝大多数金属矿床分布于岩石圈不连续和再活化不连续处,表明岩石圈不连续为大型矿床(矿集区)形成提供有利的运-储空间。中国大陆西北、中国东部和西南地区构造-岩浆-成矿事件序列对比表明,一个地区岩石圈的壳-幔岩石学结构、大规模成矿作用,取决于最强的、最后一次的岩浆作用,大规模成矿作用的发生起始于造山岩石圈根失稳、去根和大规模软流圈上涌时期,C型埃达克岩的出现是其标志之一。分布于中国内陆的扬子、鄂尔多斯、塔里木和准噶尔盆地等地表热流值低的“冷盆”,深部属于克拉通型岩石圈背景,在构造上往往为造山带的前陆盆地,克拉通型岩石圈构造上的稳定性决定了这些克拉通盆地不断被周围造山带吞食、掩埋、改造的格局,虽然在这些盆地内如今都已发现油气田,但在盆地外那些现今被造山带前缘逆冲体覆盖的区域,也应该是油气田产出的有利区域,即盆地外造山带花岗岩下依然是寻找油气田的重要远景区。分布于中国东部的平原区和黄海、东海及南海等陆缘海区,属于地表热流值高的“热盆”,这些盆地下对应的是裂谷型或洋壳型岩石圈,它们是在新生代时期中国东部沿海地区进入了新的构造演化阶段——大陆裂谷作用下形成的,以伴随广泛的玄武岩喷发为标志,对流地幔物质和热输入使盆地热流值升高成为“热盆”、大陆裂谷型岩石圈,乃至洋壳岩石圈(如南海中央海盆);伴随裂陷作用及伸展构造普遍发育的幔源玄武岩浆大量喷发,以及大量沉积物的快速沉积、埋藏有利于油气田的形成,其中的组分,如CO2气田中的CO2可能主要源于地幔。中国东部平原及边缘海区域是最具前景的油气田分布区之一。     

中国东部陆壳洋幔型岩石圈及其形成机制

长期以来中国东部岩石圈具有何种特殊性,其类型是否转变,其形成年代与形成机制等问题一直存在着不同意见。通过系统研究中国东部地质、地球化学与地球物理资料,笔者提出中国东部大陆地壳在侏罗纪晚期,受北美板块WSW向强烈的挤压以及特提斯洋朝东北方向张开的共同作用,使东亚大陆地壳发生逆时针转动,以致中国东部陆壳水平滑移到古老的洋壳或洋幔之上。在中国东部,原来的大陆型岩石圈的边部就出现较薄的陆壳洋幔型岩石圈(陆壳厚30~40 km,洋幔厚40~50 km)。幔源包体的资料表明中国东部岩石圈地幔与软流圈是未经扰动或轻微扰动,它们均发生在太古宙或中新元古代,还没有足够的在中、新生代发生扰动的证据。看来造成上述岩石圈结构类型的转换,不大可能是中、新生代大洋板块俯冲作用的直接结果,也不像是深部热地幔上涌或底侵作用的产物。强构造–岩浆活动源区形成于区域性断层与中地壳或莫霍面的构造滑脱的交切带,只有极少数的断层可深达岩石圈底面。中国东部岩石圈的构造滑脱面主要在中地壳或莫霍面,而不是在软流圈。中国东部中新生代强烈的构造-岩浆作用与内生金属成矿作用,正是受此种特殊岩石圈结构的控制而形成的。总之笔者认为:亚洲与中国大陆东部的岩石圈(包括其中的华北地区)在中、新生代并没有发生"克拉通的裂解",而只是岩石圈的类型发生了变化,出现了一种洋陆过渡类型的陆壳洋幔型岩石圈。     

岩石圈板块漂移引起岩石古剩磁偏角变化规律

依据古地磁基本原理,结合岩石圈板块在地球表面的欧拉旋转,通过赤平投影作图,探讨了岩石圈板块漂移引起古剩磁偏角的变化规律,得出古剩磁偏角的变化与岩石圈板块所处的半球、欧拉极所处的区间以及岩石圈板块东西向运动分量相关,在现今地理坐标下的古剩磁偏角是地质历史时期岩石圈板块多期活动引起古剩磁偏角变化的综合结果。由于欧拉极主要分布在绝对占优的两个区间,因此,岩石圈板块运动主要是欧拉极分布在这两个区间的旋转运动,而当欧拉极分布在这两个区间且当岩石圈板块所处的半球的东西向运动分量方向相同时,古剩磁偏角的变化规律较一致。进而可依据欧拉极分布在这两个区间岩石圈板块旋转引起古剩磁偏角变化规律,结合相邻两个时代形成的岩石古剩磁偏角和倾角之差,以及相对较老岩石形成时所处的半球,可定性确定岩石圈板块在这一地质历史时期的运动方向,为构造应力场演化提供一定的依据,使古地磁数据在大地构造研究中发挥出更大作用。     

Rheological Simulating Study of Mechanical Conditions for Syn-extensional Basin and Mountain Coupling System

This article gives a mechanical model, in which the layers of lithosphere are assumed to be the creep materials, to study the coupling mechanism of a syn-basin-mountain system quantitatively by using the numerical simulating method. A geological dynamic extensional mode given by some geologists is theoretically discussed and verified. The study shows that lithosphere thickening or thinning is closely related to the thermal activity, or in other words, thermal convection beneath the lithosphere. It is one of the important factors affecting the formation of the basin-mountain coupling system. As an essential condition, only the upward buoyant force and the horizontal dragging force caused by the thermal convection jointly act on the bottom of the lithosphere, the stress and strain states in rock‘‘s layers are advantageous to forming the tectonic-landforms of the basin-mountain coupling system. A study on the creep features of the lithosphere shows that the stress and strain in the rock‘‘s layers vary with time when the lasting forces act on the boandary. They increase rapidly at initial stage and decrease steadily after reaching the peak value. Phenomena of stress relaxation are significant for studying the tectonic evolution.     

济阳坳陷济阳运动的动力学成因试析

济阳运动是济阳坳陷新生代发展演化过程中一次极为重要的构造变动，具有区域性、块断性和阶段性的特点。济阳运动的形成是深部岩石圈动力学过程在近地表构造的反映。在沙四段沉积末期随岩石圈之下的热异常逐渐加大，岩石圈热结构发生变化，有效弹性厚度逐渐降低，模拟结果认为降低幅度可达8km，岩石圈的变形机制由弹性变形向塑性蠕变转变，这一转变导致的盆地地形变化响应可能是济阳运动形成的重要动力学因素。     

地壳运动的机制及动力来源

通过分析各种地壳运动假说，提出了地幔胀缩力和重力是地壳运动的主要动力来源，地球自转离心力和潮汐摩擦力是地壳运动的次要动力来源。地幔软流圈中放射性元素衰变热产生的膨胀使岩石圈产生拉裂，软流圈物质以岩浆形式喷出地表，岩浆柱散热收缩，产生负压，岩石圈在负压和重力作用下形成地壳运动。     

中国东部岩石圈减薄与同期盆-山耦合动力机制的模拟研究

从中国大陆新生代构造-地貌发生重大改变的地质事实出发,针对中国东部岩石圈减薄的演化过程,构建力学模型,考虑岩石圈各圈层蠕变机制,用数值模拟方法,定量研究同期盆-山耦合的深层动力学机理,对地学研究提出的盆-山伸展动力学模式进行了理论探讨和验证.研究表明,岩石圈的增厚、减薄与岩石圈下部的热活动、热对流关系密切,是同期盆-山伸展耦合体系形成的重要影响因素之一.盆-山体系的热对流动力边界条件,需要同时考虑上浮力和剪切拖曳力的作用,才能形成与实际构造-地貌相符的形变、应力条件,缺一不可.对岩石圈蠕变特征的研究表明,在受恒力作用时,各圈层岩石中的应力、应变随时间改变,初期迅速增加,到达峰值之后平稳下降.应力的松弛现象对研究构造活动中一些常见的地质现象十分有意义.      

A dynamo in a torus as an explanation of magnetic fields in the outer rings of galaxies

It is currently generally believed that magnetic fields in the disks of spiral galaxies are generated by the dynamo mechanism, which is based on the joint action of differential rotation and the alpha effect, associated with turbulent motions in the interstellar gas. Together with their disks, outer rings are also encountered in galaxies, where magnetic fields may be present. In earlier studies, the generation of magnetic fields has been described in a planar approximation, whose essence is that the size of rings perpendicular to the plane of the galaxy is much smaller than their size in the radial direction. However, it is plausible that these sizesmay sometimes be comparable, so that it would be more logical to suppose that a ring has a toroidal form. A model for a dynamo in a toroidal ring is constructed in this study. This model describes the magnetic field using two functions, corresponding to the toroidal component of the field and the part of the vector potential characterizing its poloidal component. The possible generation of magnetic field in various cases is shown, with both quadrupolar symmetry (close to the fields obtained in the planar approximation) and dipolar symmetry (when two layers with oppositely directed magnetic fields form in the ring). The parameter values for which the generation of fields with one or the other type of symmetry is possible are estimated. The results can also be used to describe the evolution of the magnetic fields in other toroidal astrophysical objects.     

豆荚状铬铁矿豆状结构成因机制探讨--以遵化地区豆荚状铬铁矿为例

豆荚状铬铁矿是蛇绿岩套地幔构造岩中特征的矿产 ,其矿石发育丰富的岩浆 -变形结构构造类型 ,对认识大洋上地幔成因及其成矿过程具有重要意义。对遵化新太古代豆荚状铬铁矿的深入研究 ,发现它们发育了丰富的岩浆结构 (豆状结构、豆壳状结构等 ) ,还保留了大量凝缩标志和旋转特征。对比分析其各种特征结构发现豆状结构是由浸染状结构逐步演化形成的 ,并且旋转和凝缩是形成豆状结构的主要机理。豆荚状铬铁矿以其独特而稳定的物理化学特性 ,记录了大洋地幔深部岩浆活动(特别是扩张中心原始岩浆活动 )以及大洋岩石圈运动过程。因此 ,研究其成因机制能够为研究大洋上地幔动力学机制提供重要线索     

现今全球构造特征及其动力学解释

构造地质学、大地构造学和全球构造学是三个尺度的构造学研究领域,它们平行交叉而且互有扬弃。全球构造学可分为历史的和现今的两个分支。岩石圈板片和板条构造、板舌构造、洋脊构造以及大陆岩石圈多元组合板的多重滑脱构造和多层剪切构造网络等是现今岩石圈板的基本构造形态。全球级现今岩石圈构造主要表现为三大构造系统:环太平洋深消减带板舌构造系、大洋增生带洋脊构造系和大陆碰撞造山构造系,三者在球坐标系内表现出构造形态、物理场背景和动力学状态等多方面半球级的反对称关系(南/北、0°/180°),各构造系统内部还表现了普遍的东西反对称。论其动力学解释,岩石圈向西和地幔向东相对漂移的定向性显示了地球自转变化的导向作用,决定了经向构造两侧的多级反对称;地震层析探测到的地幔结构显示的热心南偏和质心北偏可能是南北反对称的动力基础;上地幔分层结构及“软层”物质在构造引张条件下形成的热涌有可能解释地表的视对流现象,有助于说明构造变动的跳位和变格以及板条和反对称运动机制。     

全球大地震时空分布与动力学机制的初步研究

文中根据最新的全球大震资料划分了 10 0a来全球特大地震的时空演化过程 ,表现为环太平洋带与近纬向活动带两种强震分布图像 ,以 2 0a左右的时间段交替出现。逆冲和引张型地震释放了全球强震能量的主要部分。逆冲型地震主要发生在环太平洋地震带上 ,在喜马拉雅碰撞边界和巽他弧也有发生。引张型地震主要出现在洋脊和裂谷地区。而走滑型地震主要分布在东亚大陆内部、北美板块西边界和加勒比板块的周边、西南太平洋带、以及地中海 -喜马拉雅带部分区域 ,呈近纬向分布。地幔对流的垂直运动与水平运动分量的比率 ,决定了逆冲、引张与走滑型强震的能量释放份额。地幔运动在地表体现在逆冲、引张与走滑型强震空间分布的区域差异性。这种差异在时间上的演化形成了全球强震活动环太平带与近纬向分布图像的交替出现。     

利用ITRF速度场计算中国大陆与周围板块的现今三维相对运动

利用几何大地测量监测数据考察某一岩石圈板块或块体的运动 ,目前的主要方法是选择某一相对稳定点或直接选择地固参考系作为运动参考系 ,计算被考察的板块或块体相对于该相对稳定点的运动或在地固参考系中的运动。显然 ,这种计算结果无法全面直观地表达被考察板块或块体的内部相对运动 ,以及周围板块或块体相对于被考察板块或块体的运动。文中首次尝试了直接选择被考察板块或块体即欧亚板块东南部块体作为参考块体 ,利用一种高精度的几何大地测量监测数据 ,即国际地球参考框架 (ITRF)速度场计算了欧亚板块东南部块体在ITRF参考系中的线性运动模型 ,从而建立了欧亚板块东南部块体的块体参考系 ,并在该块体参考系中计算欧亚板块东南部块体内部及周围板块现今三维相对运动 ,进而分析中国大陆及周围板块的现今相对运动规律 ,以及板块边界处板块的现今相对运动规律。     

Thinning of the Thickened Lithosphere and Its Geodynamic Consequence: Application for Tibetan Plateau

THINNING OF THE THICKENED LITHOSPHERE AND ITS GEODYNAMIC CONSEQUENCE: APPLICATION FOR TIBETAN PLATEAU1　ParsonsB ,McKenzieD .Mantleconvectionandthethermalstructureoftheplates[J] .JGeophysRes,1978,83;4 4 85～4 4 96 . 2　HousemanGA ,McKenzieDP ,MolnarP .Convectiveinstabilityofathickenedboundarylayeranditsrelevanceforthethermalevolutionofcontinentalconvergentbelts[J] .JGeophysRes 1981,86 :6 115～ 6 132 . 3　OwensTJ,ZandtG ,Theimplicationsofc…