深部探测揭示壳幔结构及其资源能源效应——“中国大陆典型地区深部地质调查”专辑特邀主编寄语

地球深部结构变化、物质以及能量交换等地球动力学过程,是地球系统最主要的动力来源,诱发地表地貌变化、剥蚀、沉积作用和环境变迁,以及地震、滑坡等自然灾害,控制化石能源和地热等自然资源的分布,是理解成山、成盆、成岩、成矿、成藏和致灾等过程成因机制的核心。为探索中国大陆深部结构和资源能源效应,在党中央“向地球深部进军”的号召下,中国地质调查局于2016年开始设立了深部地质调查工程。工程以抢占大陆基础地质研究国际制高点,引领深部地质研究前沿为宗旨,选择我国资源、能源重要基地,重大地质边界和关键构造单元,开展了地球物理为主的深部探测和综合研究。获取了华南陆块等重要地质单元岩石圈精细结构,研究了班公湖—怒江缝合带重大地质边界性质及空间展布,在松辽盆地、西北盆山结合带等地发现和提取了一批与深部成矿、成藏和清洁能源有关信息。为进一步推动地质调查向深部进军,促进从二维地表地质调查到三维空间地质调查的转变,《地球学报》组织了“中国大陆典型地区深部地质调查”专辑。本专辑集中报道了深部地质调查近三年取得的部分阶段性进展和成果,主要聚焦深部地质调查在揭示地球深部结构,及其对浅部构造和资源能源的控制,服务地球深部探...     

中国东部中生代岩石圈演化与太平洋板块俯冲消减关系的讨论

国内外不少学者认为中国东部中生代岩石圈演化与太平洋板块向欧亚大陆俯冲、消减有关,近年来作者从岩石圈-软流层深部地质过程审视中国东部岩石圈演化问题发现,中国东部中生代早期(三叠纪至侏罗纪)岩石圈演化与太平洋板块向欧亚大陆俯冲消减没有直接的关系,它们可能是一种源自中国东部周边东亚洋盆系的一些洋盆向中国东部大陆俯冲消减碰撞造山以及由它们引发的中国东部大陆内的软流层上涌的深部地质作用联合作用的结果。软流层上涌作用自始至终控制着中国东部大陆岩石圈与软流层之间以及壳幔之间的层圈拆离,底侵作用以及岩石圈变形缩短、伸展和岩浆活动。     

青藏高原壳幔结构构造的基本特征

青藏高原是新生代以来由于印度板块与欧亚板块碰撞而迅速隆起,平均海拔超过4000 m的高原,是研究碰撞过程和形成演化的理想窗口。有关青藏高原的碰撞过程及印度板块岩石圈北缘界线,至今仍然存在较大争议,这可能主要是由于不同研究方法获得认识的差异性和局限性所导致。基于此,本文利用前人深部结构资料,讨论了高原岩石圈的壳幔构造及物质组成等,并从新的地质视角讨论了班怒带的大地构造属性。通过梳理前人的深部结构资料,认为青藏高原的壳幔岩石圈结构较为复杂,如高原内部岩石圈厚度显著大于周缘地区,中下地壳及上地幔广泛分布着低速高导层,这些特殊的地质地球物理结构是印亚板块碰撞的结果。此外,本文进一步对比分析了班怒带的地质与地球物理结构,揭示该构造带两侧存在显著的差异,认为其是印度岩石圈的北缘,这对于认识青藏高原的形成演化具有重要的意义。     

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。     

青藏高原新生代形成演化的整合模型——来自火成岩的约束

深部过程是青藏高原演化的主导因素,其他地质过程都可以看作是对深部过程的响应。因此,一个构造旋回(阶段)的地球动力学事件链可以概括为深部地质过程—幔源岩浆活动—壳源岩浆活动—陆壳增厚—地表隆升—表层剥蚀与沉积,其中幔源岩浆活动的研究成为追索青藏高原演化历史的关键环节。据此,青藏高原演化的关键性时间坐标为80、45、27、17、9和4Ma。青藏高原新生代火成岩具有三种展布形式:与雅鲁藏布缝合带平行的岩浆带、沿深大断裂展布的岩浆带和藏北离散性岩浆分布区,它们分别受控于大陆碰撞、大规模走滑和岩石圈拆沉构造体制,且都受控于印度—亚洲软流圈汇聚过程。据此,文中提出了一个描述青藏高原演化的整合模型:南北向地幔对流汇聚控制了岩石圈块体的相对运动,并最终导致印度—亚洲大陆的碰撞和沿碰撞带的大规模岩浆活动;碰撞之初(白垩纪末期),大陆岩石圈块体的刚性属性有利于应力的远程传递和块体旋转,沿块体边界分布的大型走滑断裂控制了岩浆活动的发生;随着挤压过程的持续进行,岩石圈块体的受热和变形,高原岩石圈的重力不稳定性增加,最终导致拆沉作用和软流圈物质的大规模上涌以及藏北高原的离散性岩浆活动。在高原演化中,岩石圈拆沉作用具有重要意义,许多地质事件的发生都与此有关。同时,软流圈的汇聚还导致软流圈物质的向东挤出,并因此造成青藏高原岩石圈的向东挤出和晚新生代的伸展构造。     

岩石圈中热压系数的计算

中国中西部地区发育众多前陆冲断带,它们具有构造变形复杂、油气潜力大和有别于经典前陆盆地的沉积和油气地质特征,但其成因过程和动力学并不清楚。文中利用中西部盆地区的地温、岩石热物性参数和地热学模拟技术,分析该区岩石圈热状态和流变学特征,进一步结合其他地质、地球物理资料,揭示盆地区的深部构造特征和岩石圈性质。研究表明,中西部各主要盆地的岩石圈具有厚度大、强度高、地温低等热-流变学特征,表现为刚硬块体;而其周缘和造山带区却表现为温度高、强度低和厚度小等特征,是构造变形的易发区。在此基础上讨论了岩石圈性质和变形过程等深部构造对前陆盆地成因演化的控制作用,进而初步归纳这类陆内再生前陆盆地的成因演化机制:发育于小型克拉通块体的边缘,其就位受控于岩石圈热-流变学非均质性和构造继承性,其动力来源是新生代印度-欧亚大陆碰撞及其持续的挤压作用。上述研究为探讨中国中西部地区的前陆盆地成因机制提供了深部资料和岩石圈热-流变学约束。     

中国东南陆区岩石圈结构与大规模成矿作用

本文以区域地质、矿产地质为基础,与地球物理和岩石圈深部地质的研究成果相结合,对中国东南陆区的地块、造山带、古板块结合带、隆起带、坳陷带和断陷盆地的地壳厚度变化与物质结构、莫霍面形态、岩石圈地幔的厚度变化与结构进行了研究与构造区划.论述了燕山期陆内造山与喜马拉雅期大陆伸展及其导致的岩石圈物质结构调整作用,建立了隆坳构造分异与壳幔物质结构调整模式,探讨了本区地壳减薄的深部地质过程,分析了燕山期陆内造山的动力机制以及大规模成矿作用与岩石圈物质结构构造的相关关系.     

华北克拉通晚中生代壳-幔拆离作用: 岩石流变学约束

大陆岩石圈的流变学结构对于岩石圈深部过程(壳/幔过程)有着深刻的影响,直接表现在岩石圈壳-幔结构与浅部构造上.本文注意到华北克拉通晚中生代岩石圈减薄期间地壳的伸展、拆离与减薄在不同地区的宏观、微观构造及地壳岩石流变学等方面的差异表现与区域变化,以及现今和晚中生代时期岩石圈厚度的不均匀性.讨论了以水为主体的地质流体的存在对于岩石圈流变性的影响.综合克拉通东部与西部地壳/地幔厚度变化特点以及下地壳和上地幔含水性特点,阐述了晚中生代时期华北克拉通岩石圈内部壳幔耦合与解耦的规律,提出了华北岩石圈壳-幔拆离作用模型以解释华北克拉通晚中生代岩石圈减薄的基本现象与深部过程.提出区域性伸展作用是岩石圈减薄的主要动力学因素,东部地区在晚中生代伸展作用过程中壳-幔具有典型的解耦性,上部地壳、下部地壳和岩石圈地幔的变形具有显著差异性.而西部区壳幔总体具有耦合性,下地壳与岩石圈地幔共同构成流变学强度很高且难以变形的岩石圈根.     

燕山中部大地热流及岩石圈热结构特征——以承德市七家- 茅荆坝地热田为例

燕山中部地区地热资源丰富,地热地质条件较好,但该地区大地热流测量工作较少,岩石圈热结构研究尚未开展,制约了该地区的地热地质研究与资源勘探开发。本文以该地区的七家-茅荆坝地热田为典型区,结合地温测井、取样测试、数据收集与分析,初步查明燕山中部大地热流特征及浅部-深部岩层热物性特征,填补了大地热流值测量空白区,在此基础上建立了研究区热结构概念模型,估算其深部地温分布。研究得出燕山中部大地热流值变化较大,平均约57 mW/m~2,与周边温泉水温存在较好的相关关系。其中七家-茅荆坝地热田大地热流值较高,为74.9 mW/m~2。通过深部地温分布计算得出七家—茅荆坝地区居里面埋深为21.5～22.8 km,莫霍面温度约815℃,分析结果与前人研究成果较为一致,验证了本文所建立岩石圈热结构模型的准确性。     

基于地质建造的西南山区生态地质编图探索与实践——以邛海—泸山地区为例

地质作用是形成区域生态环境格局的重要驱动力之一,岩石圈表层地质建造是土壤圈、水圈、大气圈和生物圈的载体,制约着地形地貌、水文地质、土壤物理化学性质以及地质灾害等生态地质条件,进而对整体的生态平衡起着重要的作用。生态地质研究在于探索生态环境与地质条件之间的联系,从地质学的视角,探寻生态系统运行与演化机制。本文在四川邛海—泸山地区生态地质调查实践中,探索了一套适用于西南山区的土壤地质图、生态地质剖面和生态地质图等生态地质系列图件的编制方法。研究认为,生态地质系列图件应是岩石圈- 土壤圈- 生物圈等多圈层融合的地球表层系统在地质图上的反映,其表达内容主要包括：作为生态环境物质基础的地表基质层（岩石圈和土壤圈）的生态功能属性、地表覆盖的生态系统和人类活动的现状和展布、生态地质单元的生态功能属性等。基于地质建造和地表基质层的生态地质系列图件,能系统地反映研究区地球表层系统中各生态地质要素的现状、特征、展布和交互关系,为生态保护修复及国土空间用途管制提供地球科学依据。     

非洲大陆岩石圈演化与成矿关系

岩石圈深部过程与成矿关系研究是当今地球科学的前沿,对于深化成矿地质背景了解、总结成矿规律、有效开展资源潜力评价、提高矿产勘查效果等具有重要意义.以岩石圈角度划分的非洲大陆新大地构造单元为基础,分析了矿产资源的时空分布特征,讨论了克拉通型、造山带型、裂谷型等不同类型岩石圈的成矿特色.根据非洲大陆形成和岩石圈演化,区分非洲...     

沧县隆起中部大地热流及岩石圈热结构特征：以献县地热田为例

岩石圈热结构是了解大陆岩石圈构造变形及演化等大陆动力学问题的重要基础,更是地热田热源机理研究的核心问题,尤其对于深部地热资源开发具有重要的科学指导意义.沧县隆起中部地热资源丰富,地热地质条件较好,但该地区岩石圈热结构尚不明确,制约着区域地热资源勘查开发.本文以沧县隆起中部献县地热田为研究区,开展了4 000 m深井测温、精细的岩土热物性测试,查明了该区大地热流特征及热结构特征,填补了大地热流测量空白区,建立了研究区岩石圈热结构概念模型,估算了其深部温度及岩石圈厚度.结果表明,献县地热田大地热流值为70.58 mW/m²,居里面埋深约为24 km,莫霍面温度约为749℃,热岩石圈厚度约为85～96 km.     

松辽盆地外围通化地区高精度重磁电特征及其构造格架

通化地区是松辽盆地东部外围的油气调查新区,油气勘探程度极低,关键问题是沉积地层展布形态、盆地深部结构等关键基础地质问题未知。笔者通过高精度重力、磁力和大地电磁等地球物理方法,获取了通化地区岩石地球物理和重磁异常变化特征,揭示了通化地区深部地球物理结构形态;认为通化地区存在4条Ⅰ级断裂和46条次级断裂,主要断裂控制着研究区的基本构造格架;首次圈定出红庙子、桓仁、沙尖子、拐磨子和木齐盆地5个断陷盆地,查明了盆地规模、中生界底面最大埋深和中侏罗统侯家屯组地层的展布形态等深部结构特征;并进一步对桓仁盆地和拐磨子盆地进行构造单元的划分。该研究成果为下一步油气勘探提供重要基础地质信息,亦对松辽盆地东部外围新区的油气勘探部署提供重要的指导意义。     

论扬子板块东北缘的俯冲与回撤对山东地块的影响

通过对山东中生代侵入岩体的时空展布、岩石化学及同位素特征的综合分析研究,提出了扬子板块东北缘俯冲与回撤的演化机制,分析了在这种机制下的成岩、成矿演化规律。认为扬子板块东北缘的俯冲与回撤控制了山东中生代的地质演化过程,其回撤在岩石圈深部造成的真空,导致软流圈物质的隆升,是胶东金矿大规模成矿作用的内在控制因素。     

秦岭地下结构呈“立交桥”式之说谁为先

时下地学界同行们对秦岭地下结构呈“立交桥”式之说尤为关注，深感这一提法形象、新颖、独特，较合理地解释了这一复合型造山带浅、深部地质及地球物理等方面的资料、现象，又较为确切地阐述了秦岭造山带浅部地质体与深部构造的内在联系。是谁最先提出这～学说，现按已公开发表的文章和报导的时序，列述如后。（1）严阵、黄云玉在《秦巴花岗岩类演化与深部构造关系的探讨》（陕西地质1989年第1期）一文中明确指出：黎巴地区的构造线浅部呈东西向展布，深部是南北向展布，作者把这种深浅异向的构造暂称‘立交桥’构造。”笔者认为这是秦岭地…     

深部构造与地质过程控矿研究

随着大规模全球填图和矿产勘探的发展，在地壳深部寻找新的矿产资源的紧迫性日益增加。大型热液成矿系统和矿集区的时空分布受深部地质过程演化制约，成矿系统明显与岩石圈各个层圈的深部结构和组成的不均一性密切相关，其时空分布本质上受深部构造和过程制约。通过深部热-物质迁移的研究，可以建立岩石圈块体构造模型和非线性成矿作用动力学及源区构造等概念，深入探讨岩石圈及与相邻圈层物质和能量交换过程中造矿组分的分散与富集机制及时空演化规律，可以预测矿床出现的种类和聚集的部位，特别是大型矿集区的位置和矿化形式，从而为大型-超大型矿床及矿集区的探寻与预测提供思路和基础。     

新疆北部深部地质与构造分区

本文综合分析了新疆北部重力场、磁场及地震等资料和邻区地质-地球物理资料,研究了新疆北部地质作用特征。依据岩石圈厚度,上地幔纵波速度和地壳结构等特征,将研究区分为阿尔泰、准噶尔、天山3个岩石圈块体,其间为深断裂带所分割;它们分别与不同发展期的地洼区(阿尔泰地洼区、准噶尔地洼区和天山地洼区)相对应。表明大地构造演化与深部地质作用过程密切相关。     

板块构造与早前寒武纪地壳演化

该文概述了国外学者对板块构造与早前寒武纪地壳演化关系的论述。认为,板块构造理论的适用范围正由早元古代向太古宙地质扩大,板块构造不仅在空间上支配着当代地球,而且将在时间上控制地球岩石圈的全部演化过程,从而在前寒武纪地质研究中具有重要作用。     

利用重磁资料研究深部构造与金矿成矿关系

本文探讨了在山西省利用区域重磁资料研究深部构造与金矿成矿的关系及成矿环境的有利标志。研究结果表明，山西省的区域重、磁场以北东、北北东向为特点，中太古界为主要磁源层。根据磁场特征．用统计方法可将前寒武纪构造分为若干隆起和断陷，它们对金矿成矿起到了一定控制作用。另外，利用区域重力资料计算了山西省莫霍面深度，结果表明，莫霍面由东南向北西逐渐变深，莫霍面和岩石圈的结构控制了不同类型岩浆岩的展布，为选择金矿成矿有利地区提供了依据。并提出叠加型异常是重要的找矿靶区。     

俯冲带的流体地质作用

俯冲带是地球上流体活动最活跃的地区之一，也是流体由表层进入深部岩石圈的主要通道。流体活动对岩石成分、成岩作用、构造变形、变质作用、部分熔融和岩浆－火山作用，以及海洋生物－化学环境都有重要的控制和影响。本文回顾和总结了俯冲带流体地质作用研究的现状和进展，对古俯冲带流体地质作用的若干问题进行了探讨。