中国（东亚）大陆构造与动力学——科学与技术前沿论坛“中国（东亚）大陆构造与动力学”专题进展

集结“中国（东亚）大陆构造与动力学”为主题的科学与技术前沿论坛的11个论题,梳理了中国（东亚）大陆构造与动力学领域的四大关键问题：（1）古大陆、古环境、古构造及中国（东亚）古大陆的形成;（2）中国大陆增生与碰撞造山系的造山过程;（3）中国大陆的盆．山体系及近海新生代盆地的形成演化;（4）中国大陆的现代地壳活动及深部结构．综述了中国（东亚）大陆在长期地质历史中的聚合、裂解、碰撞和造山的过程,突显中国大陆构造体制的长期性、复杂性、叠置性、再造性和与洋．陆转换的成因联系．中国（东亚）三大构造域的关系、地体边界的超高压变质带和深地幔作用、印度／亚洲碰撞和青藏高原的隆升、近海新生代盆地的形成,大型断裂与地震、华南大地构造等问题已成为当前中国大陆构造及动力学领域关注的热点．     

南海北部壳幔结构特征及其地球动力学过程指示

地壳和上地幔结构及其性质对于理解地球浅部构造演化过程具有非常重要的指示作用.南海地区位于亚洲东南部,其构造演化长期以来受到了特提斯和太平洋构造域的控制.晚中生代以来,南海北部经历了主动大陆边缘向被动大陆边缘的演化,并且发生了多期次拉张构造运动,形成了一系列裂陷和盆地.近几年来,地震学探测方面的丰硕成果为理解此过程提供了...     

关中地区垂直形变场及其动态演化特征

应用关中地区20余年的精密水准资料,用分段线性速率动态平差法进行统一起算基准的拟稳平差计算．得出了197l～1976、1976-1980、1980-1986和1986～1996年度的垂直形变速率图,从动态的观点研究了关中地区地壳垂直形变场的演化特征。研究结果表明：（1）地壳垂直形变场有规律的变化与区域应力-应变场的微动态活动有关,青藏亚板块和华北亚板块对关中地区的构造变形交替起主导作用,并产生了不同形变特征;（2）地壳垂直运动不是线性的。有加速、反向和停顿,长期平均垂直运动速率低于各时段的变化;（3）地壳垂直变化与断裂活动密切相关。垂直形变的逆继承性构造活动时期远小于继承性构造活动时期;（4）西安是一个特殊沉降区。由于过量开采地下水引起地面急剧下降。     

南北构造带及邻域地壳、岩石层速度结构特征研究

本文利用重力数据采用Parker-Oldenburg方法反演了南北构造带及邻域地区的地壳厚度,同时采用体波地震层析成像方法反演了研究区的地壳至上地幔的三维速度结构.根据计算结果对研究区的地壳及岩石层结构进行了探讨,力图揭示南北构造带及邻域地壳、岩石层变形特征,并且对青藏高原边缘活动带壳幔构造演化的深部成因、研究区的上地幔流变性及其动力学意义进行了相应的讨论.通过分析研究表明南北构造带地区为地壳厚度剧变区,西侧为地壳增厚区,东侧的鄂尔多斯、四川盆地为地壳稳定区,而再向东为地壳逐渐减薄区.中国岩石层减薄与增厚的边界基本被限定在大兴安岭—太行山—秦岭—大巴山—武陵山一带,这也是东部陆缘带和中部扬子、鄂尔多斯克拉通地区深部构造边界的分界线,其两侧不仅浅层地质构造存在较大的差异,上地幔深部的物性状态和热活动也明显不同,这说明研究区的岩石层和软流层结构以及深部物质的分布存在横向非均匀性.中部地区和青藏高原深部构造边界的分界线位于东经100°—102°左右.     

中国华南大陆构造与问题

在前人成果基础上,通过以构造为主的多学科综合调研,重新审视认知华南大陆构造及其形成演化．厘定新元古代以来该大陆具有二大地块、三大类型构造单元与四大变形构造系统,由此构成华南大陆构造基本格局．研究揭示其不同构造演化阶段具有不同性质和机制及构造特征,经历了四个不同属性特点的演化阶段,包括：（1）新元古代古板块构造的拼合与裂解,尤其陆内伸展裂谷构造;（2）显生宙以来在板块构造围限下的早古生代与中生代初两期陆内造山作用,形成两期复合的陆内造山构造区;（3）统一华南大陆内扬子克拉通与陆内造山的长期并行演化和克拉通的多期逐次迁移活化;（4）中新生代现代全球板块构造体制下的板块构造与陆内构造的复合差异演化及动力学特征．本文旨在综合多学科研究,对比中国大陆与全球地质,总结华南大陆构造的基本特征、属性以及所反映的具有普适性的大陆特性和构造规律并梳理有待进一步探讨的主要科学问题,从而系统地探讨大陆构造与成因及动力学机制,探索回答板块构造尚不能解决的大陆问题,深化发展板块构造,为构建大陆构造与大陆动力学理论系统做出努力．     

南海北部珠江口—琼东南盆地地壳速度结构与几何分层

基于南海北部大陆边缘珠江口—琼东南盆地深水区实施的14条近垂直深反射地震探测叠加速度谱,利用Dix公式将叠加速度剖面转换为地壳层速度剖面,并利用时深转换方法构建了深度域地壳层速度模型,综合各地壳速度剖面分析了南海北部大陆边缘珠江口与琼东南盆地不同深度层次的P波速度变化趋势以及地壳几何分层特征.结果表明,琼东南盆地区可分为4～8 km沉积层（V_P为1.7～4.7 km/s）、4～10 km厚的上地壳层（V_P为5.2～6.3 km/s）、5 km〗左右的下地壳层（V_P为6.4～7.0 km/s）以及2～6 km厚的高速下地壳底层（V_P＞7.0 km/s）.V_P＞7.0 km/s下地壳高速层的存在被认为是岩石圈伸展、下地壳底部底辟构造或者是残存的原始华夏下地壳基性层的地震学指示;综合研究区地球物理探测成果构建了跨越华南大陆与南海北部陆坡区剖面莫霍和岩石圈底界图像,揭示出岩石圈上地幔在华南大陆与南海北部大陆边缘的减薄特征.     

长乐-南澳构造带白垩纪“片麻状”浆混杂岩的成岩机制研究——以泉州肖厝岩体为例

闽东南长乐南澳构造带沿线出露大面积白垩纪花岗岩岩基,普遍存在岩浆混合现象,肖厝侵入岩是其中的代表性岩体.野外观察和化学分析表明,肖厝侵入岩由二长花岗岩和辉长闪长岩、以及该两种混合端员岩浆混合形成的闪长质-花岗闪长质-花岗质过渡岩类组成;岩石总体富碱、富LREE和LILE、贫HFSE; A/CNK=0.82～1.05,属准铝质微过铝质钙碱性系列,部分受流体交代的岩石A/CNK值可升高至1.69;岩浆混合过程中发生了元素的选择性富集/亏损和同位素组成的均一化,（87Sr/86Sr）为0.7055～0.7061,εNd（t）为-1.9～-3.0.锆石年代学研究表明,肖厝侵入岩的岩浆混合开始于约136Ma,于121Ma时初始侵位于下地壳.结合区域地质特征,分析了肖厝侵入岩的成岩机制,提出岩体侵位早于长乐-南澳构造带的变质变形作用,两者不存在成因上的联系;118～～100Ma时该构造带曾发生过深层次地壳逆冲推覆,使形成于中—下地壳的韧性剪切带和肖厝侵入岩共同快速上升至地表.     

辽东半岛晚中生代伸展构造——华北克拉通破坏的地壳响应

位于华北克拉通东部的辽东半岛记录了大量的晚中生代的伸展构造,其中包括：（1）具有氧化条件下沉积的陆相碎屑岩和溢流喷出的火山岩作为充填物质的半地堑盆地;（2）低角度拆离断层;（3）同构造花岗岩;（4）变质核杂岩.上述伸展构造在区域尺度上均具有NW-SE向的伸展方向.拆离断层具有NW-SE向的矿物拉伸线理和上部指向NW的剪切变形;同构造花岗岩的矿物拉伸线理也为NW-SE向,但表现为上部指向NW或SE的剪切变形.同位素年代学的测量结果指示了变形的时间在130～120Ma.这些伸展活动导致了同构造花岗岩和核部杂岩的快速隆升和折返.根据岩浆岩发育特征和辽东半岛伸展构造、岩浆作用的时空关系判断,华北克拉通破坏可分为侏罗纪地壳弱伸展和白垩纪强地壳伸展两个阶段.     

华北不同构造块体地壳结构及其对比研究

华北古大陆块体经多期构造运动的改造使地壳构造具有明显的分块特征. 利用华北地区近30条、共约两万公里的深地震测深资料及成果,进一步研究华北各次级块体内部地壳细结构,对比分析各块体的结构差异. 根据不同的地壳结构特征,华北地壳可分为三大类：西部鄂尔多斯盆地地壳结构简单,基底结构完整,为稳定古大陆地壳;华北中部隆起区太行山及北部阴山、燕山隆起区地壳结构相对简单,中部地壳和下地壳局部区域轻微速度逆转,可能与该区域地壳增厚隆升的壳内介质解耦形变有关;华北东部裂陷盆地地壳结构复杂, 基底下陷、破碎,壳内介质松散、速度低,Moho上隆、地壳减薄,横向结构差异明显,显示了新生地壳构造特征. 在此基础上,综合研究、探讨了华北地壳分块构造以及与之相关的动力学演化.     

班公—怒江构造带的电性结构特征——大地电磁探测结果

对青藏高原过班公—怒江构造带的三条大地电磁剖面进行探测,获得班公—怒江构造带及其邻区的电性结构模型,研究了班公—怒江构造带的深部结构与构造特征.研究结果表明：构造带及其两侧上地壳内广泛分布不连续高阻体,反映了岩浆岩的空间分布特征,表明构造带南北两侧岩浆的活动规律可能存在较大差别.研究区内的冈底斯及羌塘地体的中、下地壳普遍发育高导层,反映了印度大陆碰撞、俯冲过程的效应与痕迹,而高导层之下的高阻块体则可能是向北俯冲、冷的、刚性的印度大陆地壳.羌塘地体的电性结构模型可以分为南北两个区段,南羌塘块体的壳内高导层与班公—怒江构造带对印度板块俯冲的阻挡作用有关;而北羌塘块体壳内高导层与亚洲大陆对印度板块向北俯冲的“阻挡”与向南“对冲”有关.印度板块向北的俯冲与挤入,受到班公—怒江构造带及亚洲板块的阻挡,可能没有越过班公—怒江构造带,并在班公—怒江构造带附近向下插入软流圈,导致幔源物质上涌,形成壳、幔热交换与物质交换的通道和规模巨大、延伸至上地幔的高导体.班公—怒江构造带的电性结构证明了该构造带是一组产状陡立、巨型的超壳深断裂带.     

地球膨胀构造动力物理模拟的相似性研究

按照地球膨胀学说进行全球构造动力物理模拟的相似性研究，得到了膨胀地球岩石层弹性球壳力学模型的方程分析相似准则和地幔物质沿膨胀裂谷通道上涌流动的方程分析相似准则．按照各相似准则的约束，计算得到了满足与膨胀地球原型相似的模型参数：膨胀初始半径为０．４６ｍ；原始岩石层的厚度、密度分别为３×１０^－３ｍ和（１．２－１．８）×１０ｋｇ／ｍ^３，其强度为１０^４Ｐａ；原始地球膨胀内压为４．２５×１０^４Ｐａ；原始地表重力为－１．２５×１０^－２Ｎ／ｋｇ；上涌物质密度、粘度分别为１．２×１０^２ｋｇ／ｍ^３和２×１０^２Ｐａ·ｓ；原始地幔物质上涌厚度、速度和加速度分别为２．５×１０^－２ｍ，２．０×１０^－３ｍ／ｓ和３×１０^２ｍ／s²．由此表明材料物性等条件能够较好地满足原型要求的模型条件．     

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...     

Age and isotope geochemistry of the Archaean Pongola and Usushwana suites in Swaziland, southern Africa: a case for crustal contamination of mantle-derived magma

The igneous rocks of the Pongola Supergroup (PS) and Usushwana Intrusive Suite (UIS) represent a case of late Archaean continental magmatism in the southeastern part of the Kaapvaal craton of South Africa and Swaziland.

U-Pb dating on zircons from felsic volcanic rocks of the PS yields a concordia intercept age of 2940 ± 22Ma that is consistent with a Sm-Nd whole rock age of 2934 ± 114Ma determined on the PS basalt-rhyolite suite. The initial ε_Nd of−2.6 ± 0.9 is the lowest value so far reported for Archaean mantle-derived rocks. Rb-Sr whole rock dating of the PS yields a younger isochron age of 2883 ± 69Ma, which is not significantly different form the accepted U-Pb zircon age.

An internal (cpx-opx-plag-whole rock) isochron for a pyroxenite from the younger UIS yields an age of 2871 ± 30 Ma and initial ¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd that lies off the CHUR growth curve by ε_Nd −2.9 ± 0.2. However, Sm-Nd whole-rock data for the UIS yield an excessively high age of 3.1 Ga that conflicts with firm geological evidence showing the UIS to be intrusive into the PS.

The negative deviations of initialε_Nd from the chondritic Nd evolution curve suggest significant contamination of the PS and UIS melts by older continental crust. A mixing process with continental crust after magma segregation is supported by a high initial ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio of0.703024 ± 24 for a clinopyroxene sample from a UIS pyroxenite, compared with an expected value of 0.701 for the 2.9 Ga mantle. We therefore interpret the linear array of data points for the UIS gabbros as a mixing line between 2.87 Ga old magma and older continental crust.

Parallel LREE-enriched REE patterns, negative Nb-Ti anomalies, a distinctive and uniform ratio of Ti/Zr 46 and a narrow span of initial Nd indicate a common source for both the PS and UIS suites which is different from primitive mantle.     

拉分盆地形成机制三维数值模拟——以海原断裂带老龙湾盆地为例

拉分盆地是走滑断层系中受拉伸作用形成的断陷盆地.一般在两条平行断层控制下发育.盆地形似菱形,几何形态主要受两条主控走滑断层错距和叠接长度影响.本文以青藏高原东北缘海原断裂带老龙湾拉分盆地第四纪所处的构造环境为基础,参考盆地周围断层几何分布,建立了三维有限元数值模型,模拟该拉分盆地的演化过程;进一步分析了断层力学性质、地壳分层结构等各因素对盆地形成和演化的影响.模拟结果显示,盆地地表沉降伴随有下地壳物质的上涌,此上涌对盆地地表沉降存在阻碍作用.各因素的影响具体表现为:(1)断层力学性质(弹性模量和黏滞系数)越弱,其对构造应力较低的传递效率导致盆地两端差异性运动越明显,从而形成较大的盆地地表沉降和明显的上地壳减薄.(2)平行主控断层的叠接长度反映盆地形成的拉伸作用范围,叠接长度越大,相同的差异性运动在单位面积形成的拉伸应力越小,盆地地表沉降较小.(3)下地壳流变性影响其物质的上涌量,下地壳黏滞系数越小,其对上部拉伸作用的响应越明显,上涌量越大,此上涌对上地壳沉降形成的阻碍作用也越明显.根据老龙湾拉分盆地所处的构造格局,将平行断层的叠接长度取20km,当断层黏滞系数取值为周围基岩的1/10,参考该盆地第四纪构造演化历史,模拟得到的盆地第四纪下沉量与盆地内第四系沉积层厚度在规模上近似,下地壳黏滞系数取值在(2.5~5.0)×1021 Pa·s范围内时,盆地下沉量模拟结果与老龙湾拉分盆地第四系地层厚度吻合较好.     

中国及其邻区地球三维结构初始模型的建立

对人工地震测深及天然地震面波体波三维层折反演数据进行统一处理，建立了中国及其邻区地球三维结构初始模型．此模型图像表明，中国及其邻区地球各圈层横向变化明显．岩石圈及软流圈内速度分布主要反映这一区域自古生代以来板块及地块拼合模式．各主要板块或地块（塔里木、扬子、中朝、青藏、哈萨克斯坦、印度、印度支那）岩石圈增厚或有很深的地慢根，板块或地块间的造山带岩石圈减薄，软流圈速度降低。下地幔底部及核幔边界D″层出现高速异常，表明古太平洋及古特提斯洋俯冲板块因重力坍塌已进入地球深层，形成亚洲超级下降地幔柱。这一下降地幔柱引起地球表层物质向中亚、东亚地区集中，印度半岛、青藏高原、新疆、蒙古至贝加尔一带，成为全球岩石圈最大的汇聚场所．     

关于位场频率域表示的一个理论问题

本文主要指出B.K.Bhattacharyya和M.E.Navolio在文献[1]中将拉普拉斯方程▽²U（x,y,z）=0进行三维傅里叶变换导出u²+v²+w²=0,以及利用iw=±（u²+v²）^1/2推导了位场在频率域中的一些公式中的错误,从数学和物理角度论证这个所谓频率域的拉普拉斯方程u²+v²+w²=0是不成立的。因此,当推导位场在频率域中的公式时不能使用iw=±（u²+v²）^1/2。此外,本文还使用狄拉克函数证明了拉普拉斯方程的基本解1/（x²+y²+z²）^1/2在拉普拉斯算子作用下,在三维频率域中并没有这样的对应关系式,而只能有对应关系式     

四川龙门山断裂带高精度地壳/岩石圈黏度结构及其动力学意义

岩石圈黏度是大陆动力学研究中一个重要参数,但是岩石圈黏度,尤其是横向小尺度(<100 km)黏度结构的确定是一个挑战.本文根据电阻率和黏度与它们控制因素的相似关系,直接把一条跨过青藏高原东缘和四川龙门山断裂带的大地电磁(MT)探测的电阻率剖面转换成黏度结构作为输入,在GPS速度和地表地形数据的约束下,利用地球动力学数值模拟获得了该剖面的二维地壳/岩石圈黏度结构.本文推断的黏度与前人获得的区域尺度的黏度值一致,但揭示出了更多的细节.本文的黏度结构揭示出研究区域内的地壳/岩石圈黏度存在较大的空间变化范围(约5量级),黏度值分布在1.48×10^17~8.44×10^22 Pa·s之间;龙门山断裂带下的黏度存在强烈的小尺度横向变化,其中、下地壳的黏度分别为1.99×10^18~8.21×10^20 Pa·s(平均1.17×10^20 Pa·s)和4.09×10^19~7.08×10^20 Pa·s(平均1.77×10^20 Pa·s).基于该黏度结构的地球动力学模型表明驱动青藏高原中-下地壳物质流动的可能是热-化学浮力,以及上地壳和中-下地壳可能处于解耦状态.本文获得的黏度结构可以为龙门山断裂带地震成因和机制、岩石圈小尺度变形和构造应力状态的深入研究提供重要的帮助.     

The early Paleozoic carbon cycle

A review of O, C, Sr and S isotope trends for the entire Phanerozoic shows that the present-day values of isotope signals are similar to those at the Proterozoic termination. The sharp rise in ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr since 65 Ma has been attributed to an uplift and subsequent metamorphism and erosion associated with the Himalayas and Tibet. This orogenic evolution has been postulated to have influenced the global organic and inorganic carbon cycles and climate as well. A similar large-scale orogeny, the Pan-African event, also dominated the Neoproterozoic (Vendian) times, and the similarity of modern and Neoproterozoic isotope values for seawater may therefore have had a comparable tectonic cause. In this contribution, we present the results of a numerical model of the coupled C–alkalinity–S–Sr cycles suggesting that the early Paleozoic (from early Cambrian to late Devonian) evolution of Sr, O, C and S seawater isotope signals could have been the consequence of progressive oxidation of a large reduced carbon reservoir exhumed during the Pan-African orogeny. The δ¹⁸O measured in brachiopod shells is used as a forcing of the model, postulating that any change in the oxygen isotopic composition of seawater is the result of a disequilibrium in the organic carbon subcycle through the coupling of the oxygen isotopic and carbon cycles. The calculated δ¹³C, ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr and δ³⁴S are in good agreement with the data, as is the reasonable calculated history for atmospheric pCO₂ and its relation to global climate.     

二维最佳线性数字滤波器的设计原理

针对如何在干扰场的背景上区分出低缓异常,以及在位场的向下延拓一类计算中如何限制因误差的高频放大所导至的解的不稳定性等问题,本文探讨了在“最小二乘”意义下的最佳线性数字滤波器的设计原理,并将它转化为下述数学问题,即在L₂线性赋范函数空间中如何选取最佳滤波函数的问题。在空间域中直接解这个问题是十分复杂和困难的,我们发现在波数域中用变分法中的等周问题的解法直接选取最佳线性滤波器的传输函数（或波数响应）,则在数学方法上既简单又严格。这样选取的最佳线性滤波器的传输函数L（f,k）其表达式也很简单,即L（f,k）=|S_i（f,k）|²/{|S_i（f,k）|²+λ|N_i（f,k）|²}。式中,|S_i（f,k）|²及|N_i（f,k）|²分别代表滤波器输入端讯号和干扰的能谱（或功率谱）,f、k分别代表x、y方向上的波数,λ为大于零的常数。 对上述两类问题以及相关的两种最佳线性滤波器而言,L（f,k）的表达式是相同的,而区别仅在于其参变量λ的选取条件不同而已。 有了最佳线性滤波器的传输函数L（f,k）的理论公式,就可以在最小二乘的意义下分析和评价国内外所发表的解决上述两类问题的各种线性滤波方法,并能指出在不同的讯号与干扰条件下,在理论上线性滤波可能达到的最佳效果,从而为设计二维线性数字滤波器时,提供一个理论上的准则。 对位     

1989年3月特大电离层事件

给出了１９８９年３月罕见的超级太阳活动区（ＮＯＡＡ，ＡＲ５３９５）的多次爆发，在远东地区诱发了一系列强烈的、甚至是首次观测到的电离层扰动事件：（１）重庆站以北地区ＴＥＣ增量达５５×１０^１６ｅｌ／ｍ^２的突增事件；同期武昌、仑坪和知本等站的ＴＥＣ负增量达６５×^１６ｅｌ／ｍ^２的突降事件；（２）兰州以南地区的强ＴＩＤ；（３）持续时间较长的Ｌａｃｕｎａ现象；（４）微粒Ｅ层事件等。作者结合同期远东和巴西地区的电离层扰动，多颗卫星探测结果和全球中低纬区极光的出现，对此次电离层事件的部分异常变化及其形成机制作了初步讨论，并指出东向电场剧增和粒子沉降可能是此次事件的主要因素。