中国东北造山带—盆地系统动力学研究

本文把东北地区岩石圈和地幔作为统一整体 ,在全面考虑地质时期地幔所受热力、重力、相变力、地球自转及公转速度变化效应以及边界地质条件和变异等因素影响的基础上 ,依据地幔运动过程中遵循的动力学原理 ,建立了地质时期东北地区地幔运动的数学模型 ,并依此对东北造山带—盆地系统深部地幔流场进行了动态模拟 ,重塑了地质时期东北大陆岩石圈深部地幔的运动及其演变历史 ,探讨了东北陆内造山带—盆地系统构造演化的动力机制 ,揭示了深部地幔作用过程与山脉—盆地演化的力学联系。     

地表剥蚀、下地壳流变与造山作用研究进展

岩石圈的流变特性研究已经成为固体地球科学研究中的重要领域,是地球科学新理论、新观点的重要渊源。最近的研究表明,下地壳普遍存在的韧性流是造山作用的重要制约因素。在下地壳物质层流变作用机制的调节下,地表剥蚀作用并不仅仅是传统意义上地表夷平的因素,它还能打破地壳动力学和热力学平衡,引起地壳内物质和结构的重置,进而促成山脉的加剧隆升;地表剥蚀作用的强度既受控于造山带的抬升,也受制于地球外圈层(大气圈、水圈、生物圈)。以天山山脉和喜马拉雅山山脉的隆起、喜马拉雅山山脉的变质作用以及相关的构造活动为例,说明在造山过程中,尽管传统意义上的造山作用与地球内部动力过程,即构造作用有密切联系,但是与构造运动的时空尺度不同,地表剥蚀作用也能够在相对较小的时空尺度内,通过影响和控制造山带下地壳的韧性流动,成为地壳抬升和造山带构造演化的重要动力因素。对地壳的流变特性和变质变形研究是当前地球系统科学研究的一个重要切入点。     

喜马拉雅降水势能与剥蚀强度时空对应的定量研究

在活动造山带的研究中,剥蚀作用被认为与大气降水有着密切的关系,并且越来越 多的研究证据发现,气候因子在山脉的演化中承载了重要的影响力,降水被认为是活动造山 带剥蚀作用的动因。研究者用降水量和剥蚀强度的对应来阐释气候对山脉演化的制约。然而 也有学者提出反面例证来否定降水量与山脉剥蚀强度之间的耦合关系,进而否定气候因子在 活动造山带构造演化中的影响。由此而提出的科学问题是：降水究竟与剥蚀强度有没有关 联？降水怎样影响剥蚀强度,遵循怎样的机理？在详细分析活动造山带剥蚀作用过程和机理 的基础上,本文提出了降水势能的概念,在校验和整合TRMM 降水量数据与Etopo1 数字地貌 数据体之后,计算了喜马拉雅造山带的降水势能空间分布。同时,收集整理了喜马拉雅造山 带内已公开发表的磷灰石裂变径迹（AFT）年龄数据,以此为数据库获取了喜马拉雅剥蚀强度 时空分布格局。通过这两个数据体的定量分析,研究发现,喜马拉雅造山带内,剥蚀强度与 降水势能之间有很好的空间耦合性。这说明, 在喜马拉雅构造带, 现今的AFT 年龄空间分 布,是受气候作用主导的。进一步的研究发现,喜马拉雅带大约2.8 Ma 以来的AFT 年龄与现 今的降水势能秩相关性显著,且有局部最优的线性相关性,说明喜马拉雅带的剥蚀空间分布 受第四纪以来很年轻的地质历史时期的地表降水过程所控制。最新的气候样式决定了现今的 降水过程,控制了造山带剥蚀强度的空间分布。     

当代造山带研究中值得重视的若干前沿问题

当代造山带研究正从以往以阐明板块运动历史和板块边界相互作用为主，转向并进入到了阐明造山带岩石圈及其之下地幔系统中各层圈相互作用过程和动力学的新阶段，大陆动力学正成为造山带研究的主要指导思想。在这种形势下，造山带研究正围绕着下列前沿问题展开工作：（１）碰撞后的造山过程：拆沉作用、伸展垮塌和深变质岩剥露；（２）造山带之下地幔的结构和演化；（３）壳内软层的性质和动力学作用；（４）造山带地壳的精细构造和演化；（５）巨量花岗岩的成因和侵位动力学；（６）沉积作用与造山过程：根据沉积特征对造山过程、造山事件的恢复再造；（７）新元古代超大陆。     

喜马拉雅造山带东构造结变形—变质作用和深熔作用的研究进展与问题

大陆碰撞造山带的造山过程是通过“变形—变质—深熔”自组织系统的高度耦合和时空上演化来实现的。因此,对经过强烈抬升的造山带核部的变形—变质—深熔作用的“三位一体”研究,为认识碰撞造山带的动力学背景具有重要的科学意义。笔者系统总结了大陆碰撞造山带内的变形和变质作用与深熔作用的研究进展,梳理了喜马拉雅东构造结在变形—变质作用和深熔作用方面的研究现状和存在问题,讨论并展望了未来的研究方向。     

喜马拉雅造山带东构造结变形—变质作用和深熔作用的研究进展与问题

大陆碰撞造山带的造山过程是通过“变形—变质—深熔”自组织系统的高度耦合和时空上演化来实现的。因此,对经过强烈抬升的造山带核部的变形—变质—深熔作用的“三位一体”研究,为认识碰撞造山带的动力学背景具有重要的科学意义。笔者系统总结了大陆碰撞造山带内的变形和变质作用与深熔作用的研究进展,梳理了喜马拉雅东构造结在变形—变质作用和深熔作用方面的研究现状和存在问题,讨论并展望了未来的研究方向。     

龙门山造山带崛起和川西陆前盆地沉降

本文从沉积环境、地层古生物来研究龙门山造山带晚三叠世早期以前的组成及地史发展,从同位素地球化学来研究印支期—燕山期的地质热事件,从遥感地质和构造地质来研究变形特征,从重磁电各种物探资料综合解释来研究深部地壳结构,最后得出龙门山造山带岩石圈演化的动力学模式——多层次、多阶段、深层控制浅层变形的陆内俯冲模式,它不同于国内外许多学者对龙门山造山带演化模式的认识,是具有中国特色的C-型(中国型)俯冲造山模式。这个模式的建立不仅具有发展中国陆内构造的理论意义,并将对龙门山造山带寻找金属矿产和扩大川西陆前盆地油气资源有实际指导意义,还将为研究龙门山区南北地震带和青藏高原东部隆起的成因机制提供新的认识。     

塔里木盆地新生代地质地貌特征及其演化

塔里木盆地是亚洲大陆腹地独特的巨型地质地貌单元,是研究新生代地球系统的天然实验室。新生代以来,它经历 了古近纪海湾、新近纪湖泊-三角洲平原、河流-湖泊-沙漠、沙漠-河流的地质演化过程,古地理格局变化的主要因素 是远程碰撞造山作用,造成盆地的封闭、气候干旱。古近纪以来,海湾盆地西低东高,构造挤压造成周缘山脉隆升和盆地 逐渐封闭,这是盆地演化最主要的动力因素。新近纪南高北低,随着青藏高原隆升,周围山脉持续隆升,早先形成的河湖 等地质地貌单元不断被周边山脉所封闭,形成塔里木盆地,发育大湖泊。第四纪以来,盆地西高东低,经历了最快速的地 球系统演化,形成中国较大的内流水系以及最大沙漠。内、外动力的耦合作用及其相互作用,控制了塔里木盆地新生代地 球系统演化,塔里木盆地周缘新构造活跃,在巨型盆地内发育了河流、湖泊、沙漠、戈壁、雅丹、干盐湖等多种第四纪的 地貌类型。不同地质因素时空上相互作用,塑造着巨型盆地地球系统演化,塔里木盆地展示了极干旱地区地球系统第四纪 快速的演化过程。     

塔里木盆地新生代地质地貌特征及其演化

塔里木盆地是亚洲大陆腹地独特的巨型地质地貌单元，是研究新生代地球系统的天然实验室。新生代以来，它经历 了古近纪海湾、新近纪湖泊—三角洲平原、河流—湖泊—沙漠、沙漠—河流的地质演化过程，古地理格局变化的主要因素 是远程碰撞造山作用，造成盆地的封闭、气候干旱。古近纪以来，海湾盆地西低东高，构造挤压造成周缘山脉隆升和盆地 逐渐封闭，这是盆地演化最主要的动力因素。新近纪南高北低，随着青藏高原隆升，周围山脉持续隆升，早先形成的河湖 等地质地貌单元不断被周边山脉所封闭，形成塔里木盆地，发育大湖泊。第四纪以来，盆地西高东低，经历了最快速的地 球系统演化，形成中国较大的内流水系以及最大沙漠。内、外动力的耦合作用及其相互作用，控制了塔里木盆地新生代地 球系统演化，塔里木盆地周缘新构造活跃，在巨型盆地内发育了河流、湖泊、沙漠、戈壁、雅丹、干盐湖等多种第四纪的 地貌类型。不同地质因素时空上相互作用，塑造着巨型盆地地球系统演化，塔里木盆地展示了极干旱地区地球系统第四纪 快速的演化过程。     

大陆造山带的大地构造特征及研究造山作用的几种学派—以秦岭—大别山造山带研究为例

文章以秦岭—大别山造山带的研究为例，介绍了运用“开合律”总结的五种造山带类型。运用抽拉—逆冲岩片构造观点研究大陆造山运动发展、演化的新观点以及运用多旋回造山运动观点对造山带的解释．认为秦岭—大别山造山带是多旋回构造运动的场地，但缺少威尔逊旋回．秦岭—大别山造山带多旋回造山作用实际上是多期次陆内俯冲和拆离构造的体现．     

晚古生代末—中生代内蒙古—燕山地区造山过程中的岩浆热事件与构造演化

晚古生代末—中生代，内蒙古—燕山造山带在造山作用过程中于构造变形的同时或前、后产生了不同类型的侵入作用和火山喷发等岩浆热事件。在研究和测定岩浆热作用和构造格局的形成、演化年代、８７Ｓｒ／８６Ｓｒ的初始比值、断层、褶皱特征等的基础上，分析了在造山作用过程中挤压、拉张、剪切等构造形态与岩浆活动的关系，以及地壳不同层次变形期间的深层热结构和热动力特征，探讨了岩浆活动的大地构造背景及岩浆热迁移与富集过程中的动力作用     

中国西部盆山系统的耦合关系及其动力学模式——以龙门山造山带一川西前陆盆地系统为例

造山带与沉积盆地是形成于统一的地球动力学系统之中的一对孪生体，由此构造了盆山系统。盆山系统是陆块相互作用、岩石圈层圈相互耦合的复杂系统，主要表现为物质的循环系统和能量的交换系统。盆山系统形成演化过程中造山带和沉积盆地之间一切相互作用的总和即为盆山间的耦合关系。盆山系统是中国西部中新生代构造的基本格局，并有单测盆地型盆山系统和双测盆地型盆山系统两种基本类型。小陆块拼合、多旋回构造运动和陆内构造活动强烈等是中国西部盆山系统形成演化的地质背景。中国西部盆山系统盆山间耦合关系在垂向上表现为造山带隆升与沉积盆地沉降呈镜像关系，在横向上表现为物质流和能量流循环均有两个传递方向，并且盆山系统岩石圈各层圈间有着强烈的相互作用。中国西部盆山系统盆山间耦合关系的动力学模式为C(陆内)—型俯冲，对于单侧盆地型盆山系统其耦合关系的动力学模式为L(龙门山)—型俯冲，而双测盆地型盆山系统其耦合关系的动力学模式为T(天山)—型俯冲。     

陕西柞—山—商晚古生代拉分断陷盆地动力学与成矿作用

采用构造—岩相学和构造—热水沉积岩相填图研究,认为陕西柞水—山阳—商县(柞—山—商)晚古生代拉分盆地,在早古生代扬子板块北被动陆缘残余洋盆基础上,经历了志留纪—早泥盆世北秦岭岛弧造山带—残余洋盆转换过程。在中泥盆世演化为秦岭微板块北缘拉分断陷盆地,晚泥盆世叠加了深源碱性热流体叠加作用明显,形成了铁白云石钠质角砾岩相带,并发生了构造反转。石炭纪陆缘拉分盆地进一步发展演化为残余海盆萎缩封闭。这种造山带—沉积盆地—岛屿构造耦合与转换过程记录了由洋盆—岛弧碰撞造山转换为陆—陆碰撞造山过程。该拉分盆地中具有明显的区域成矿分带,与多期成矿成岩地质作用有关,在造山带—沉积盆地—岛屿构造耦合与转换中,中泥盆世柞—山—商拉分断陷盆地的四周被古陆块和造山带分隔,陆—陆碰撞过程驱动了造山带流体发生大规模排泄到该盆地内,在该拉分断陷盆地内形成了大规模热水沉积成岩成矿,各类热水沉积岩相发育。在该拉分盆地中,近东西向和北东向同生断裂作用形成了次级断陷盆地,为热水沉积成岩成矿提供了沉积容纳空间。热水沉积成因的银多金属—重晶石—菱铁矿矿床定位于三级和四级热水洼地。晚泥盆世—石炭纪近南北向的岩石圈地幔收缩,陆—陆碰撞收缩成为垂向热传输主要驱动力源,导致了陆壳尺度上碱性热流体被挤压垂向排出到陆表残余海盆之中,本区脉状富金镍钴铜矿与晚泥盆世—石炭纪深源碱性热流体隐爆作用形成的碱性铁白云石钠质角砾岩带密切有关。类卡林型金矿定位于该盆地上部基底构造层和盆地热水浊流沉积相内,主要与后期脆韧性剪切带有密切关系。     

南天山造山带的同碰撞和碰撞后构造——塔里木盆地北部地震解释成果

南天山位于中亚造山带的南缘,是一条增生—碰撞型造山带。其碰撞造山的时间,是中亚造山带研究的一个关键构造问题,引起广泛的关注。以往关于碰撞造山的时间证据,基本上都来自造山带自身,即南天山前新生界露头区。前陆区广泛覆盖着巨厚的新生界,无法直接考察,很少从前陆区碰撞相关构造的角度研究南天山碰撞造山的时间。塔里木盆地北部是南天山碰撞造山带的前陆区。经认真系统地解释这里的地震资料,发现了南天山碰撞造山带的同碰撞构造和碰撞后构造。同碰撞造构造由二叠纪末—三叠纪冲断层及其相关褶皱组成。三叠系/二叠系和侏罗系/三叠系两个不整合给出了二叠纪末—三叠纪初和三叠纪末—侏罗纪初两期挤压冲断的时间。造山后构造为侏罗纪—白垩纪正断层组成。正断层活动起始于三叠纪末—侏罗纪初,持续至白垩纪中期。根据同碰撞构造和碰撞后构造的形成时间推论,南天山碰撞造山作用起始于二叠纪末,结束于三叠纪末;侏罗纪—白垩纪中期为造山后应力松弛构造演化阶段。     

华北太行—燕山—辽西地区燕山期(J—K)造山过程与成矿作用

太行—燕山—辽西造山带是中国东部一个重要的燕山期(J—K)Au-Mo-Pb-Zn-Ag-Cu-Fe金属成矿带,亦是燕山期煤田分布的重要地带。讨论了该区18个燕山期金属矿床及其相关的侵入体的同位素年龄,两者在时间上的总体一致性,以及重要煤田的形成与特征时代的沉积建造相伴生,均从年代学的约束方面提供了成矿作用与燕山期岩浆—构造事件的成因联系。在已有的燕山造山带岩浆构造事件序列的基础上,把成矿作用纳入其中,提出了该造山带燕山期岩浆—沉积—构造—成矿事件序列的初步框架。进而,从物质组成的角度,讨论了该造山带金属成矿作用与火成岩组合的成因联系;同时也讨论了成矿作用可能的源区以及成矿作用的阶段性与造山带之间的成生联系。提出了造山带与成矿作用的初步框架模型。前造山幕—初始造山幕(J1)和后造山幕(K21)比较宁静的构造环境和湿热环境为煤田形成提供良好的动力学环境。同造山幕的大规模岩浆活动为金属矿床形成提供重要背景:早期造山幕(J2)伴随古老下地壳的熔融,生成以安山质为主的岩浆活动及伴生主要的Au和Pb、Zn矿床;峰期造山幕(J3),陆壳升温达峰值,导致上地壳岩石的大规模熔融作用,形成大规模花岗质岩浆的侵入,伴生大量Mo矿;晚期造山幕(K11),“过热的”上部地壳开始降温,壳幔深部的镁铁质岩浆更多地喷出和侵入,伴生Fe矿床的形成,同时,新形成的侏罗纪下地壳熔融,伴生Cu矿。     

北太行山—燕山区中生代金属矿床成矿系统

太行山北段—燕山地区位于中朝板块中部及其北部边缘,以铁、铜、钼、金、银、铅、锌、铀等金属矿产为特色。中生代本区进入陆内造山作用阶段,花岗质岩浆作用及与之有关的成矿作用是克拉通活化的结果。在已研究了与花岗质岩浆作用有关的成矿系列划分、特征和控制因素等基础上,本文重点探讨了成矿系统的划分、时空结构及其控制因素,指出其作为中生代陆内造山作用的结果,明显受到两期不同成矿动力机制的控制,主要由古欧亚构造域成矿系统和西太平洋构造域成矿系统组成。根据构造应力环境,可进一步划分出５个成矿亚系统和Ⅰ～Ⅳ４个成矿系列。成矿系列或矿床具有多期性,不同时代矿床空间分布成带或集中区,三叠纪矿床主要分布于燕辽沉降带北侧,早侏罗世时以辽西为主,中侏罗世时向西扩展到冀东,晚侏罗世时则以太行—燕山西段为主,早白垩世矿床广泛分布于全区,但Ⅲ成矿系列集中等间距分布在几条ＮＷ向带中。矿床这种时空分布规律受控于中生代花岗岩类岩浆活动,而中生代造山作用决定了岩浆岩的时空分布,岩浆起源演化与成矿有关。     

盆山关系研究的基本思路、内容和方法

盆地和造山带作为大陆岩石圈表面发育的两个基本构造单元,在空间上相互依存,在物质上相互转换和在地表形态上相互调整、均衡,两者具有密切的耦合关系。不同时期原始盆山结构、山脉变形样式、盆地充填格架及主要构造带、构造地块展布是盆山关系研究的几何学问题;山盆之间的叠加、转换和迁移历史,山脉基底和盖层剥露过程、折返机制,隆升过程,盆地的沉降方式、沉积记录和物源类型,造山带剥蚀物质的去向,山脉剥蚀量,造山带的增生方式等是盆山关系研究的运动学问题;盆山系统反映出的造山过程、区域动力学背景、深部流变学机制和调整过程及盆山演化动力模拟是盆山关系研究的动力学问题和最终目标。盆山关系研究的内容可初步确定为,不同时期的盆山几何配置关系,盆地层序地层序列与多幕构造控制关系,盆地沉积物物源与山脉剥露过程关系,盆地沉降与山脉隆升关系,地表过程与构造作用关系,盆山系统演化动力学。     

南岭中段中生代构造-岩浆活动与成矿作用研究进展

对南岭中段北部湘东南地区中生代构造-岩浆活动及成矿作用进行了较系统研究,主要提出以下认识。(1)中三叠世后期—中侏罗世初(早中生代)为板内造山阶段。中三叠世后期在区域NWW—SEE向挤压构造体制下发生强烈的陆内俯冲、汇聚作用,形成大量东倾为主的NNE向逆冲断裂与褶皱。其中茶陵—郴州断裂以东隆起区的隔槽式褶皱形成机制为"厚皮式"而非"薄皮式"。NW向基底隐伏断裂产生强烈左旋走滑,并使构造线产生逆时针旋转,形成了安仁"y"字型构造和水口山—香花岭南北向构造。挤压造山使地壳持续大幅增厚、深部地壳温度持续升高。中三叠世末—晚三叠世后期(233～210Ma)区域挤压应力松弛,被加热的中地壳下部岩石熔融,同时存在幔源基性岩浆底侵,从而于后碰撞环境下产生较大规模的花岗质岩浆活动。晚三叠世末—早侏罗世因同造山上隆伸展作用而形成裂陷盆地,中侏罗世初期在区域NNE向左旋汇聚走滑体制下形成逆冲断裂及山前冲断收缩盆地、NW向右旋走滑断裂等。早中生代板内造山活动的动力机制主要与板块汇聚的远程挤压效应有关。(2)中侏罗世早期—白垩纪(晚中生代)为后造山—陆内裂谷伸展阶段。中侏罗世早期—晚侏罗世(174～135Ma)因岩石圈拆沉而发生大规模花岗质岩浆活动与成矿作用。岩体的被动就位机制、暗色镁铁质微粒包体的发育、Sr-Nd同位素特征、以(高钾)钙碱性岩类为主的岩石组成、构造环境的岩石地球化学判别、大规模有色金属成矿、区域构造演化背景等,指示该时期为后造山构造环境。白垩纪进入强烈的陆内伸展阶段,形成盆-岭构造和相关的离散走滑断裂,广泛发育各类岩脉,局部形成AA型花岗岩小岩体和基性火山岩。热年代学资料暗示盆-岭构造的演化先后经历了构造剥蚀和风化剥蚀-沉积两个阶段。(3)造成湘东南燕山早期花岗岩成矿能力远高于印支期花岗岩的原因,主要是区域构造环境暨构造体制差异,即燕山早期后造山伸展构造体制下岩体中矿质更易于向周围扩散并沉淀,而印支期后碰撞环境弱挤压体制下矿质则被封闭;其次是花岗岩岩石地球化学特征差异,即构造-岩浆演化历史和深部成矿流体的参与使燕山早期花岗岩具有更好的成矿岩石地球化学条件。(4)燕山早期钨锡多金属和铅锌多金属两类矿床组合的形成可能主要与岩石圈结构(厚度)和深部热扰动强度,以及相应的岩浆作用规模和岩体侵位深度等因素有关。     

初论板内造山带

讨论了关于板内造山带含义的不同认识。指出板内造山带是一种特殊类型的造山带,而不是板缘造山带或板间造山带持续发展的结果。简要介绍分别发育在４ 个大陆的不同时代的板内造山带,总结板内造山带在区域大地构造位置、造山带构造格局、构造变形与变质作用、岩浆活动与沉积作用、造山带构造演化等方面与板缘造山带的差异。板内造山带形成于相对较老且强硬的岩石圈板块内部,造山带内部构造单元不具有平行于造山带走向分布的特征,即不具有线状构造格局,构造变形具有地台基底乃至整个地壳卷入的厚皮构造性质,同造山区域变质作用微弱,同造山岩浆活动、沉积作用和构造变形均无极性演化趋势。岩石圈拆沉作用（ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ） 可较好地解释板内造山带的火山活动特征。尽管板块间相互作用（ 俯冲或碰撞）所产生的水平挤压应力似乎更易于阐明板内造山带的收缩变形特征;但是,板块间相互碰撞或俯冲产生的边界应力可否有效地被远程传递,尚有待进一步研究和解决。将板块间相互作用的水平应力场与岩石圈纵向物质与能量调整（ 重力、热力等） 因素作综合考虑,可能是解决板内造山带造山作用机制的有效途径     

贵州海西—燕山构造旋回期成矿地质背景研究

贵州在海西—燕山构造旋回期同时受东南侧江南复合造山带和西南侧特提斯域的发展演化影响,从晚古生代开始发生陆内裂陷,三叠纪初转化为前陆盆地,燕山运动使贵州进入板内造山阶段,形成前陆盆地典型褶皱样式侏罗山式褶皱和浅层滑脱构造等。其裂陷盆地和前陆盆地控制了沉积型、喷流沉积型矿产资源的时空产出,代表性矿种有煤、锰、铝土矿、烃源岩及页岩气等。而以金锑砷汞、铅锌、软玉等内生热液型、沉积改造型矿产明显受浅层滑脱构造、板内岩浆岩控制。由于该时期贵州所处前陆盆地之构造位置,形成了贵州非常有特色的中低温成矿域。