地幔动力学与板块俯冲

通过地幔粘滞性及粘滞结构、地幔热状态、地幔热生成三个方面，探讨了地幔物质发生对流的物理背景，并归纳出地幔对流模式热动力系统，在此基础上剖柏了地幔对流和现代板块构造的直接联系。     

地幔柱构造——一种新的大地构造理论

近年来，在大量实际观察、地球深部物理性质研究和各种模拟实验基础上，提出一个新的大地构造理论——地幔柱构造(mantle plume tectonics)。按照这一构造理论，地球深部核幔边界附近的高温低粘度屡(D^11层)可以产生呈柱状上升的热物质体。     

俯冲带岩浆与岩石的相互作用：关于俯冲板块,地幔,地壳的实验研究

通过对下四种环境中岩浆混染作用的实验研究：（１）俯冲板块之上；（２）地幔－陆壳边界界之下和（３）地幔－际壳边界之上；（４）浅部地壳内。用含Ｈ２Ｏ硅质熔体橄榄岩或角闪岩之间反应的一系列清楚的边界确定了；（１）混染熔体内的扩散断面和（２）二种物质之质的结晶反应带。由含Ｈ２Ｏ的橄榄岩－英云闪长岩－花岗岩混合物确定了一些相界，这些相界能区分从俯冲板块中产生的并经过地幔上升的熔体的混染程度和与橄榄岩（如堆积     

中国大陆构造及动力学若干问题的认识

中国(东亚)大陆受特提斯、古亚洲和太平洋构造体系的制约,具有复杂的地体构架和特殊的岩石圈结构。本文从地学前沿——大陆动力学的视野出发,围绕中国大陆构造及动力学四个方面的研究,总结已有的进展并提出新的思考:①中国大陆板块下的构造和整个地幔运动的构架:地震层析资料揭示西太平洋板片向西俯冲到东亚大陆之下,其倾角逐渐减小,最后近水平地插进400～600km深度的地幔过渡带中,成为箕状几何形态的超深俯冲板片。印度岩石圈板片超深俯冲至青藏高原之下～800km的深度,在喜马拉雅西构造结部位发生双向不对称深俯冲,印度岩石圈板片向东俯冲至东构造结东侧之下300～500km的深度。②中国大陆变质基底的再活化:中国大陆的大部分陆块未受显生宙以来构造、变质和岩浆事件的改造与激活,在冈瓦纳大陆北缘的印度陆块和阿拉伯陆块北缘还发育有形成于泛非期(530～470Ma)的造山带,其影响范围至高喜马拉雅、拉萨地体和三江地区。新生代的变质活化普遍出现在喜马拉雅、南迦巴瓦、拉萨地体和三江-缅甸地区,最新的变质年龄仅2～1Ma(南迦巴瓦)。③中国主要高压-超高压变质带的大地构造背景及深俯冲-折返机制:中国及邻区含榴辉岩的高压-超高压(HP/UHP)变质带有洋壳(深)俯冲和陆壳(深)俯冲之分。青藏高原中,大部分洋壳俯冲形成的高压/超高压变质带与原-古特提斯洋盆中诸多微陆块之间的小洋盆的汇聚碰撞有关,陆壳深俯冲作用有两种机制,它们分别是大陆块之间剪式碰撞和撕裂式岩石圈舌形板片的深俯冲。④中国大陆造山带的深部物质可经3类机制挤出,即深部地壳物质牙膏式挤出、侧向挤出和挤压转换式挤出。     

俯冲物质深地幔循环——地球动力学研究的一个新方向

地球上发生的各种地壳运动,大规模的火山喷发,不同深度不同规模的地震活动,规模宏大的山脉和高原的形成,以及地球历史上发生的大陆漂移运动,都被认为与板块构造活动密切相关。但这些运动的动力源究竟来自何方?如何去发现和证明它们的存在以及从理论上去认识和解释,是当今地球科学面临的巨大挑战,也是今后很长一段时间内地球科学的前沿和热点问题。近些年,人们通过各种方法,试图从更深部寻找板块作用动力学的证据。首先是地震层析研究取得了很大进展,获得了许多区域性和全球的高分辨率3-D地震地幔波速结构,使得我们得以认识地球深部的结构,探讨地幔的物质组成,流体的作用和动力学过程。证据显示,板块俯冲不仅可以到达地幔过渡带深度,而且可达到下地幔底部,堆积在核幔边界的上部,成为核幔边界产生的地幔柱的重要物质组成。其次是开展了大量的实验岩石学研究,模拟了一系列地球深部的高温高压矿物组合,被认为可能代表了地幔过渡带和下地幔的矿物组合,甚至核幔边界的含水矿物组合。另一方面,计算机模拟实验揭示了冷的大洋岩石圈发生深俯冲是可行的。尤为重要的是,许多来自地幔过渡带甚至下地幔深度的高压矿物已经在自然界陆续被发现,证明其中一些矿物是源...     

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。     

中生代地球系统与核—幔边界动力学研究进展

本文介绍了９０年以来地球物理学在地球磁场方面的研究成果,揭示了２００－１００Ｍａ全球低的地球磁场古强度;１２４－８３Ｍａ低的极性反转频率以及１７０－１１０Ｍａ近乎停滞的真极移。     

太平洋板块形成以来的中国东部构造动力学背景

构造动力学研究是分析区域构造、沉积演化、岩浆活动及矿产分布的重要前提,前人研究证实自太平洋板块形成以来中国东部构造动力学背景发生了多次转变,但对于具体的转换机制还缺乏深入研究.为此,首先基于对近年来发表的同位素年龄和古地磁数据的系统收集和整理,对太平洋板块形成以来围限中国东部的太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块等的形成年代、漂移轨迹和速率变化规律进行了详细梳理.然后依据这3大板块及其周缘板块的运动学规律,结合区域上的构造变形特征,将太平洋板块形成以来的中国东部构造动力学背景划分为:中侏罗世—早白垩世((175 ～ 170) ～ (145±5),(145±5) ～ 125和125～95 Ma BP)、晚白垩世—古近纪(95 ～ 80,80 ～ 43和43 ～ 23 Ma BP)和新近纪—第四纪(23 ～ 10 Ma BP和10 Ma BP至今)等多个阶段.指出中国东部中侏罗世—早白垩世为压扭性背景,晚白垩世—古近纪则转为伸展拉张背景,到了新近纪—第四纪又转变为挤压背景,并对这3大阶段不同时期构造动力学背景作了进一步的论述.     

Global trench migration velocities and slab migration induced upper mantle volume fluxes: Constraints to find an Earth reference frame based on minimizing viscous dissipation

Since the advent of plate tectonics different global reference frames have been used to describe the motion of plates and trenches. The difference in plate motion and trench migration between different reference frames can be substantial (up to 4 cm/yr). This study presents an overview of trench migration velocities for all the mature and incipient subduction zones on Earth as calculated in eight different global reference frames. Calculations show that, irrespective of the reference frame: (1) trench retreat always dominates over trench advance, with 62–78% of the 244 trench segments retreating; (2) the mean and median trench velocity are always positive (retreating) and within the range 1.3–1.5 cm/yr and 0.9–1.3 cm/yr, respectively; (3) rapid trench retreat is only observed close to lateral slab edges (< 1500 km); and (4) trench retreat is always slow far from slab edges (> 2000 km). These calculations are predicted by geodynamic models with a varying slab width, in which plate motion, trench motion and mantle flow result from subduction of dense slabs, suggesting that trench motion is indeed primarily driven by slab buoyancy forces and that proximity to a lateral slab edge exerts a dominant control on the trench migration velocity. Despite these four general conclusions, significant differences in velocities between such reference frames remain. It is therefore important to determine which reference frame most likely describes the true absolute velocities to get an understanding of the forces driving plate tectonics and mantle convection. It is here proposed that, based on fluid dynamic considerations and predictions from geodynamic modelling, the best candidate is the one, which optimises the number of trench segments that retreat, minimizes the trench–perpendicular trench migration velocity (v_T) in the centre of wide (> 4000 km) subduction zones, maximizes the number of retreating trench segments located within 2000 km of the closest lateral slab edge, minimizes the average of the absolute of the trench–perpendicular trench migration velocity (|v_T|) for all subduction zones on Earth, and minimizes the global upper mantle toroidal volume flux (_To) that results from trench migration and associated lateral slab migration (i.e. slab rollback or slab roll-forward). Calculations show that these conditions are best met in one particular Indo-Atlantic hotspot reference frame, where 75% of the subduction zones retreat, v_T in the centre of wide subduction zones ranges between − 3.5 and 1.8 cm/yr, 83% of the trench segments located within 2000 km of the closest lateral slab edge retreat, the average of |v_T| is 2.1 cm/yr, and _To = 456 km³/yr (lower limit) and 539 km³/yr (upper limit). Inclusion of all the incipient subduction zones on Earth results in slightly greater fluxes of 465 km³/yr (lower limit) and 569 km³/yr (upper limit). It is also found that this reference frame is close to minimizing the total sub-lithospheric upper mantle volume flux (_K) associated with motion of continental keels located below the major cratons. It is stressed, however, that _K is an order of magnitude smaller than _To, and thus of subordinate importance. In conclusion, the Indo-Atlantic hotspot reference frame appears preferable for calculating plate velocities and plate boundary velocities.     

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。     

Tomographic Imaging of the India‐Asia Plate Collisional Tectonics and Mantle Upwelling Beneath Western Tibet

To better understand the lithosphere mantle collision tectonics between the India plate and Asia plate, we determine three dimensional P wave velocity structure beneath western Tibet using 27,439 arrival times from 2,174 teleseismic events recorded by 182 stations of Hi-CLIMB Project and 16 stations in the north of Hi-CLMB. Our tomographic images show the velocity structure significantly difference beneath northern and southern Qiangtang, which can further prove that the Longmu Co-Shuanghu ophio...     

Early Cenozoic Tectonics of the Tibetan Plateau

Geological mapping at a scale of 1:250000 coupled with related researches in recent years reveal well Early Cenozoic paleo-tectonic evolution of the Tibetan Plateau. Marine deposits and foraminifera assemblages indicate that the Tethys-Himalaya Ocean and the Southwest Tarim Sea existed in the south and north of the Tibetan Plateau, respectively, in Paleocene-Eocene. The paleooceanic plate between the Indian continental plate and the Lhasa block had been as wide as 900km at beginning of the Cenozoic Era. Late Paleocene transgressions of the paleo-sea led to the formation of paleo-bays in the southern Lhasa block. Northward subduction of the Tethys-Himalaya Oceanic Plate caused magma emplacement and volcanic eruptions of the Linzizong Group in 64.5-44.3 Ma, which formed the Paleocene-Eocene Gangdise Magmatic Arc in the north of Yalung-Zangbu Suture (YZS), accompanied by intensive thrust in the Lhasa, Qiangtang, Hoh Xil and Kunlun blocks. The Paleocene-Eocene depression of basins reached to a depth of 3500-4800 m along major thrust faults and 680-850 m along the boundary normal faults in central Tibetan Plateau, and the Paleocene-Eocene depression of the Tarim and Qaidam basins without evident contractions were only as deep as 300-580 m and 600-830 m, respectively, far away from central Tibetan Plateau. Low elevation plains formed in the southern continental margin of the Tethy-Himalaya Ocean, the central Tibet and the Tarim basin in Paleocene-Early Eocene. The Tibetan Plateau and Himalaya Mts. mainly uplifted after the Indian-Eurasian continental collision in Early-Middle Eocene.     

板块俯冲起始与大陆地壳演化

组成大陆地壳的物质主要来自两个地质过程:地幔柱活动和板块俯冲。目前大多数研究认为板块俯冲起始于30多亿年前。在板块俯冲起始之前,基性的初始地壳物质受热重熔是大陆地壳生长的主要方式,其中,地幔柱活动是关键。地幔柱不仅向地壳输送玄武质岩浆,同时导致已有玄武质岩石和沉积岩通过部分熔融向中酸性岩石转化。当原始岩石圈强度足够大时,地幔柱会导致岩石圈倾斜、破裂,产生下滑力,诱发板块俯冲。板块俯冲引发岩浆活动,产生大量的岩浆岩,如岛弧安山岩、弧后盆玄武岩等。这些岩浆岩通过喷发、侵位,再经由块体拼贴、增生等过程加入到大陆地壳,是大陆地壳生长的主要途径。同时,板内岩浆活动乃至地幔柱活动等也与板块俯冲有直接或者间接的联系。俯冲再循环物质促进地幔柱发育,也为大陆地壳的生长提供物源和热能。与此同时,大陆地壳不断风化剥蚀,其中一部分沉积物随俯冲板块再循环到地幔,而板块俯冲过程也通过俯冲剥蚀等过程,将仰冲盘岩石圈物质刮削带入地幔。这些是大陆地壳消减的主要途径。目前大陆地壳增生和消减基本处于动态平衡。     

地震动力学与板块构造:地震灾害评估

作为地震灾害评估的理论基础,地震动力学主要研究与地震活动有关的断裂机制、破裂过程、震源辐射和由此而引起的地震波的传播及地面运动规律。对地震力学、震源辐射和能量释放等经典理论问题进行了系统研究。在此基础上,应用最新的定量地震学研究方法,以逻辑树的形式综合地震、地质和大地测量资料,提供了不同构造环境和断裂机制条件下地震灾害评估的概率分析和确定性分析实例。用于震源分析的典型构造类型包括板内地壳震源层、地壳活动断层及其速率、板块俯冲界面和俯冲板片。由于输入模型中不确定因素的存在,如输入参数的随机性和科学分析方法本身的不确定性,对分析结果的不确定性需审慎对待。通常对不同的模型或参量,包括地面衰减模型,进行加权平均可较为合理地减小结果的偏差：概率分析和确定性分析方法的结合亦为可取之有效途径。     

Advances in Structural Geology and Tectonics in the Late 20th Century： A Review

Based on analyses of the share of documents of structural geology and tectonics in the GeoRef system over 100 years in the last century, and the historical change of international （31 years） and domestic （16 years） document counts of various topics in structural geology and tectonics, the position of structural geology and tectonics in the geosciences is evaluated and the major advaces in fields of plate tectonics, continental dynamics and global dynamics are reviewed. Our attention mainly focuses on the advances in studies of structural analysis, deformation mechanisms and rheology of rocks, contractional tectonics and late- and post-orogenic extensional collapse in orogens, large-scale strikeslip faults and indentation-extrusion tectonics, active tectonics and natural hazards. The relationships of structural geology and tectonics with petrology and geochronology are also discussed in terms of intersection of scientific disciplines. Finally, some suggestions are proposed for the further development of structural geology and tectonics in China.     

超级地幔树对全球构造的控制作用

全球横波低速异常体成像发现: Jason超级地幔柱与Tuzo超级地幔柱彷佛植根于地球外核顶部、生长在核幔边界(core mantle boundary, CMB)上的两株榕树,我们将其命名为超级地幔树(super mantle tree),以突出Jason超级地幔柱与Tuzo超级地幔柱连接地核与地壳的纽带特征,强调它们在地球演化过程中对全球构造的作用。地幔柱仅是超级地幔树的局部分支。我们定义超级地幔树为4层结构：① 植根于地球外核顶部;② 1600~2890 km为“树干”; ③ 110~1600 km为“树冠”;④ 110 km以上为“树枝”。“树枝”平面分布形态与全球板块轮廓大致相似,意味着板块构造可能起始于地球110 km处。推测地球深度1550~1600 km之间可能存在一个地球化学过渡层;Jason超级地幔树与Tuzo超级地幔树之间可能存在地球化学分隔面(简称地幔分隔面),地幔分隔面将地球划分为太平洋半球与大西洋半球;它的地面投影北端大致指向地磁北极,南端基本指向地磁南极。外核顶部脉动作用可能是地幔运动的动因,地核运动控制地幔运动。Tuzo超级地幔树逆时针旋转控制大西洋半球旋转形态,Tuzo超级地幔树的“细树干”伸向南大西洋,Tuzo超级地幔树“粗树干”伸向北大西洋,使得中大西洋脊减薄。Jason超级地幔树顺时针旋转控制太平洋半球旋转形态以及环太平洋地区地貌构造形态。青藏高原及邻区地质地球物理三维构造模型说明：向北运动的Tuzo超级地幔树“树枝”与向西运动的Jason超级地幔树“树枝”共同作用,形成青藏高原东构造结。