全球早古生代造山带(Ⅱ):俯冲-增生型造山

全球早古生代增生造山带极其发育,主要分布在古亚洲洋南北两侧、Iaeptus洋南侧、Rheic洋北侧和环冈瓦纳大陆地带,其中原特提斯洋封闭的产物主要发育在中国境内,大量微陆块在早古生代可能都是冈瓦纳北缘的俯冲-增生带中的重要组成。增生造山带中组成复杂,具有沟-弧-盆体系、海山、洋壳等残存记录,尤以榴辉岩发育为特征,增生造山成为早古生代古亚洲洋和特提斯洋构造体系的显著独特特征。早古生代末中亚早古生代造山带多为微陆块增生造山阶段,沟-弧-盆体系发育,具有增生-软碰撞造山的特点,发生时限较晚,为早古生代末;原特提斯洋中的西昆仑、东昆仑、柴达木北缘、南阿尔金、北阿尔金与北祁连、北秦岭等围限或夹杂的微陆块在早古生代具有相同的增生造山过程,整体是向南俯冲线性增生到冈瓦纳大陆北缘,现今多次重复是早古生代弯山构造所致。400 Ma左右,南部古特提斯洋和北部勉略带的打开,导致其北漂,经复杂变形改造,它们现今为一巨型弯山构造横亘在中国中部,对中国构造格局影响最为重要。     

中国中央造山系原- 古特提斯多阶段复合造山过程

中国中央造山系是由亲劳亚的北方陆块群、亲冈瓦纳的南方陆块群及其间大量过渡性微陆块历经复杂拼合而成的复合型造山带，是中国大陆完成主体拼合的构造结合带。中央造山系自西而东包括昆仑造山带、祁连造山带和秦岭- 大别造山带，保存了古生代—早中生代时期华北、华南、柴达木、塔里木、羌塘等众多大小陆块造山过程的丰富信息，是研究东特提斯构造域原、古特提斯洋构造演化的重要窗口。本文综述了中央造山系地质、地球化学和高精度年代学等多学科研究成果，得到以下主要认识：① 550 Ma之前，众多大小陆块孤立散布于原特提斯洋；② 541~485 Ma，原特提斯洋各分支开始俯冲；③ 485~444 Ma，原特提斯洋持续俯冲，导致秦岭二郎坪弧后盆地、昆仑祁漫塔格弧后盆地打开；④ 444~420 Ma，原特提斯北祁连洋、南祁连洋和商丹洋闭合，昆仑祁漫塔格弧后盆地关闭；⑤ 420~300 Ma，昆仑地区古特提斯洋继承原特提斯洋，古特提斯勉略洋逐步扩张；⑥ 300~250 Ma，昆仑洋自阿其克库勒湖- 昆中缝合带向木孜塔格- 布青山- 阿尼玛卿缝合带发生俯冲后撤；⑦ 250~200 Ma，原- 古特提斯昆仑洋、古特提斯勉略洋关闭；⑧ 200 Ma以来，中央造山系转入陆内造山阶段。     

原特提斯洋的俯冲、增生及闭合:阿尔金-祁连-柴北缘造山系早古生代增生/碰撞造山作用

分布在青藏高原北缘的阿尔金-祁连-柴北缘早古生代造山系被认为是原特提斯构造域最北部的构造拼合体。与其北侧具有长期增生历史的中亚造山系相比,特提斯造山拼合体被认为是各种来自冈瓦纳大陆北部大陆块体相互碰撞的产物。然而,与典型的阿尔卑斯和喜马拉雅碰撞造山带相比,阿尔金-祁连-柴北缘早古生代造山系包括有大量蛇绿岩、弧岩浆杂岩、俯冲-增生杂岩等,因此一些学者认为青藏高原北部的早古生代造山系为沿塔里木和华北克拉通边界向南逐渐增生的增生型造山带。但是,增生造山模式又很难解释南阿尔金-柴北缘地区普遍存在的与大陆俯冲有关的UHP变质岩、广泛分布的巴罗式变质作用和相关的岩浆作用,以及与碰撞造山有关的变形构造等。在本文中,通过对已有研究资料的综合总结,结合一些新的研究资料,我们提出在青藏高原东北缘的阿尔金-祁连-柴北缘造山系中,早古生代时期存在两种不同类型的造山作用,即增生和碰撞造山作用,其主要标志是北祁连-北阿尔金的HP/LT变质带、蛇绿混杂岩及与洋壳俯冲有关的构造岩浆作用,以及分布在柴北缘-南阿尔金与大陆俯冲和陆陆碰撞有关的UHP变质带、区域巴罗式变质作用、深熔作用、相关的岩浆活动及伸展垮塌作用等,并建立了一个反映原特提斯洋俯冲、增生、闭合及碰撞造山作用的构造模式。     

三江昌宁-孟连带原-古特提斯构造演化

昌宁-孟连特提斯洋的构造演化及其原特提斯与古特提斯的转换方式一直是青藏高原及邻区基础地质研究中最热门的科学问题之一.根据新的地质调查资料、研究成果并结合分析数据,系统总结了三江造山系不同构造单元地质特征,讨论了昌宁-孟连特提斯洋早古生代-晚古生代的构造演化历史.通过对不同构造单元时空结构的剖析和对相关岩浆、沉积及变质作用记录的分析,认为昌宁-孟连结合带内共存原特提斯与古特提斯洋壳残余,临沧-勐海一带发育一条早古生代岩浆弧带,前人所划基底岩系"澜沧岩群"应为昌宁-孟连特提斯洋东向俯冲消减形成的早古生代构造增生杂岩,滇西地区榴辉岩带很可能代表了俯冲增生杂岩带发生了深俯冲,由于弧-陆碰撞而迅速折返就位,这一系列新资料及新认识表明昌宁-孟连结合带所代表的特提斯洋在早古生代至晚古生代很可能是一个连续演化的大洋.在此基础上,结合区域地质资料,构建了三江造山系特提斯洋演化的时空格架及演化历史,认为其经历了早古生代原特提斯大洋扩张、早古生代中晚期-晚古生代特提斯俯冲消减与岛弧带形成、晚二叠世末-早三叠世主碰撞汇聚、晚三叠世晚碰撞造山与盆山转换等阶段.      

青藏高原东北缘早古生代造山系中前寒武纪微陆块的再认识——兼谈原特提斯洋的起源

在青藏高原东北缘的祁连-阿尔金-昆仑早古生代造山系中,夹杂有一些前寒武纪大陆块体,这些地块的组成、性质和演化既蕴含有超大陆聚散的重要信息,也对原特提斯体系的洋陆格局、造山类型和造山机制有重要启示意义.本文综合近年来这些前寒武纪微陆块的研究进展,结合我们所获得的新的研究资料,梳理了这些前寒武纪微陆块变质基底的岩石组成、构...     

青藏高原北部原特提斯造山系：祁连-柴北缘岩石构造单元再划分及几个争议科学问题讨论

青藏高原北部被认为是原特提斯洋闭合所形成的早古生代造山系，其中原特提斯洋演化的物质记录主要分布在东昆仑北部、西昆仑北部、阿尔金、祁连、柴北缘等，以出露典型的新元古代晚期-早古生代蛇绿岩、弧岩浆岩、俯冲增生杂岩、高压-超高压变质带等地质体为特征，并夹有前寒武纪微大陆块体。通过近20余年的研究，青藏高原北部早古生代造山系的研究取得了一些重要进展和基本共识，认为其经历了从原特提斯洋的开启、大洋俯冲增生、闭合到大陆俯冲碰撞造山的过程。然而，随着研究的不断深入，一些新的科学问题不断涌现，有的问题显得更加突出。本文通过横穿青藏高原东北部祁连-柴北缘造山带的两条地质廊带的解剖，对与原特提洋演化有关的岩石构造单元进行了重新划分；结合一些新发表的研究资料，梳理出青藏高原北部原特提斯造山系的研究新进展，并探讨了几个关键科学问题：(1)青藏高原北部与原特提斯洋演化有关的缝合带有几条?相关的问题是有几个原特提斯分支洋盆?(2)原特提斯洋的俯冲极性如何?单一向北、单一向南还是双向俯冲?(3)原特提斯洋中微陆块的性质和起源如何?虽然多数学者认为这些块体起源于冈瓦纳大陆，但何时从冈瓦纳大陆分离仍有很大争议，起源于冈...     

北祁连冷龙岭蛇绿岩地质地球化学特征及构造意义

在北祁连造山带冷龙岭地区新发现一条蛇绿岩带,该蛇绿岩从下向上由地幔橄榄岩、辉长辉绿岩、玄武岩、硅质岩组成。岩石地球化学特征表明,玄武岩可分类高Ti和低Ti两类,其中高Ti玄武岩具有LREE富集的稀土配分型式,富集K、Rb、Ba、Th、Nb、Ta等不相容元素,呈现隆起型(驼峰式)分布型式,显示了典型的洋岛火山岩地球化学特征,为板内岩浆作用的产物。低Ti玄武岩具有LREE亏损,类似N-MORB的稀土配分模式,同时又具有相对于N-MORB富集的大离子亲石元素,亏损Nb、Ta等高场强元素的岛弧火山岩的地球化学特征,代表了弧后盆地环境岩石组合。蛇绿岩岩石组合和岩石地球化学特征显示该蛇绿岩套形成于弧后盆地环境,是早奥陶世北祁连洋的残留。     

南秦岭构造带内早古生代碱基性岩浆活动：古特提斯洋裂解的证据

位于南秦岭构造带南缘的勉略(勉县—略阳)洋是东古特提斯洋的北侧分支洋盆,在勉县—略阳地区发育有典型的蛇绿岩组合。然而,由于中三叠世晚期开始的碰撞造山作用以及之后陆内变形作用的改造,对于勉略洋盆在构造带东段的裂解和演化过程并不清晰。本文对发育于东南秦岭构造带内的基性岩墙群进行了岩石学、岩石地球化学、同位素年代学等方面的研究。结果表明,基性岩脉以辉长岩、辉绿岩等基性岩为主,其SiO 2含量为41.89%~49.75%,属基性—超基性岩类,并具有富钠、高钛的碱性岩特征。岩石的稀土、微量元素和Sr—Nd同位素特征与板内洋岛玄武岩(OIB)特征一致,岩浆源于具有地壳混染的板内洋岛玄武岩型地幔源区。该类基性岩脉顺层侵入到早古生代早期地层中,通过基性岩脉中的锆石SHRIMP测年获得岩脉顺层侵位的时代为晚志留世早期(约422 Ma)。这种岩浆作用很可能与古特提斯洋初始裂解有关,并导致南秦岭构造带内地壳伸展、基性岩浆侵位,该过程与南秦岭构造带北缘的商丹(商南—丹凤)原特提斯洋的消减和陆内俯冲可能相关。     

西秦岭北缘早古生代天水—武山构造带及其构造演化

西秦岭北缘早古生代天水-武山构造带位于甘肃省东部天水地区,主要由寒武纪关子镇-武山蛇绿岩带、晚寒武世-早奥陶世李子园群浅变质活动陆缘沉积-火山岩系、奥陶纪草滩沟群岛弧型火山-沉积岩系以及加里东期岛弧型深成侵入岩体、俯冲-碰撞型花岗岩体等组成.关子镇蛇绿岩中变质基性火山岩属于N-MORB型玄武岩,武山蛇绿岩中变质基性火山岩属于E-MORB型玄武岩,是洋脊型蛇绿岩的重要组成部分,形成时代大致在534～489Ma之间的寒武纪.李子园群火山岩主要形成于岛弧或与岛弧相关的弧前盆地构造环境,草滩沟群火山岩形成于与俯冲作用相关的岛弧环境.关子镇流水沟和百花中基性岩浆杂岩总体形成于中晚奥陶世(471～440Ma)古岛弧构造环境,同时发育加里东期俯冲型(450～456Ma)花岗岩类和碰撞型(438～400Ma)花岗岩类岩浆活动.西秦岭北缘早古生代古洋陆构造格局经历了从洋盆形成-洋壳俯冲消减直至陆-陆碰撞造山的板块构造演化过程.总体构造演化可划分为四个阶段:①晚寒武世古洋盆初始形成阶段;②早奥陶世洋盆初始俯冲阶段;③中晚奥陶世洋壳大规模俯冲与古岛弧发育阶段;④志留纪陆-陆或陆-弧碰撞造山阶段.     

中国洋板块地层分布及构造演化

以大地构造相研究为主导,以《中国沉积大地构造图(1∶2 500 000)》编图为研究平台,对洋板块地层类型进行了初步划分,简述了中国新元古代以来洋板块地层分布及其构造演化规律。本文阐述了北方的古亚洲洋的洋陆转换从西往东具穿时现象,西部主要在早、晚石炭世之间,东部主要在中、晚二叠世之间;宽坪-佛子岭混杂岩带是华北与扬子之间大洋消亡的产物;中央造山带从北部的祁连-阿尔金到南部的昆仑-秦岭,洋陆转换从北向南依次完成：西昆仑北-阿尔金-祁连-祁曼塔格为晚奥陶世末,西昆仑南-东昆仑-秦岭为早三叠世末;青藏高原中部的龙木错-双湖、班公湖-怒江、昌宁-孟连蛇绿混杂岩带一起构成了原-古特提斯大洋连续演化、分阶段增生至最终消亡的对接带,洋壳持续时代自寒武纪-早白垩世;江绍-郴州-钦防混杂岩带是扬子陆块与华夏增生造山系之间华南洋最终消亡的对接带,主碰撞期是晚奥陶世-早志留世。     

南秦岭下地壳组成及岩石圈的拆离俯冲作用

根据新提供的Pb同位素组成及岩石地球化学研究成果，本文进一步证实了位于北秦岭北界的明港地区发育的早中生代安山玄武质火山角砾岩岩筒所携带的下地壳捕虏体属于南秦岭。所恢复的南秦岭下地壳剖面自下而上为：底侵成因的变辉长岩-基性麻粒岩(其中含有榴辉岩及辉石岩的透镜体)-酸性麻粒岩。秦岭造山带总体的岩石因模型为：南秦岭(扬子块体)向北拆离俯冲，北秦岭地壳向华北仰冲，华北岩石因呈楔状插入秦岭造山带，拆离面约在中、下地壳之间。南秦岭俯冲岩片延伸的范围在平面上有可能达到400km。     

青藏高原综合观测研究站的回顾与展望

中国科学院青藏高原综合观测研究站从１９８８年建站到１９９８年以来,在各个方面均取得了长足的发展,横向生产性项目的开展和完成不仅解决了部队和地方的实际问题,而且缓和了观测研究站在运行过程中所面临的经费严重不足的问题,同时也为我所冻土专业研究人员提供了在生产中实践的机会,在基础理论研究方面,承担了国家攀登计划项目,国家基金项目,中国科学院重点项目和中国科学院冰冻圈专项项目等的研究工作,在多年冻土变化,     

铀钍的地球化学及对地壳演化和生物进化的影响

本文论述了在含挥发份和贫挥发份条件下Ｕ、Ｔｈ的迁移行为及其对地球和行星演化的影响,并阐述了造成地球独特地质演化历史的原因。提出了Ｕ、Ｔｈ在地球中的迁移模式以及该模式对地壳形成、演化的控制作用和对生物发展演化的可能影响。     

Wavelets and the Generalization of the Variogram

The experimental variogram computed in the usual way by the method of moments and the Haar wavelet transform are similar in that they filter data and yield informative summaries that may be interpreted. The variogram filters out constant values; wavelets can filter variation at several spatial scales and thereby provide a richer repertoire for analysis and demand no assumptions other than that of finite variance. This paper compares the two functions, identifying that part of the Haar wavelet transform that gives it its advantages. It goes on to show that the generalized variogram of order k=1, 2, and 3 filters linear, quadratic, and cubic polynomials from the data, respectively, which correspond with more complex wavelets in Daubechies's family. The additional filter coefficients of the latter can reveal features of the data that are not evident in its usual form. Three examples in which data recorded at regular intervals on transects are analyzed illustrate the extended form of the variogram. The apparent periodicity of gilgais in Australia seems to be accentuated as filter coefficients are added, but otherwise the analysis provides no new insight. Analysis of hyerpsectral data with a strong linear trend showed that the wavelet-based variograms filtered it out. Adding filter coefficients in the analysis of the topsoil across the Jurassic scarplands of England changed the upper bound of the variogram; it then resembled the within-class variogram computed by the method of moments. To elucidate these results, we simulated several series of data to represent a random process with values fluctuating about a mean, data with long-range linear trend, data with local trend, and data with stepped transitions. The results suggest that the wavelet variogram can filter out the effects of long-range trend, but not local trend, and of transitions from one class to another, as across boundaries.     

共和盆地层状地貌系统与青藏高原隆升及黄河发育

利用卫星遥感影像,结合实地调查和测年结果,对共和盆地层状地貌系统进行了解译、分析。研究表明,共和盆地层状地貌系统由山麓剥蚀面、洪积扇面、盆地面以及黄河阶地面构成,其空间结构、物质组成对发生于早更新世早期的青藏运动C幕和中更新世末期的共和运动反映清晰。青藏运动C幕使青藏高原主夷平面在高原差异性隆升中彻底解体,垂直变形量高达1700m。共和运动使黄河在0.11Ma进入共和盆地,其后黄河平均以3.5mm/a的侵蚀速率下切盆地,同时在盆地边部的山前古冲洪积扇以大致相近的速率被抬升,最终导致高差在2000m左右的层状地貌系统的出现。     

从榴辉岩与围岩的关系论苏鲁榴辉岩的形成与折返

位于华北和扬子两板块碰撞带中的苏鲁榴辉岩形成的温压条件不但是超高压，而且是高温。榴辉岩的PTt轨迹表明其为陆-陆磁撞俯冲带的产物。榴辉岩的区域性围岩花岗质片麻岩为新元古代同碰撞期花岗岩，榴辉岩及其他直接围岩皆呈包体存在于其中，并见新元古代花岗岩呈脉状侵入榴辉岩包体中。区域性围岩新元古代花岗岩的锆石中发现有柯石英、绿辉石等包裹体，表明新元古代花岗岩的组成物质也经受过超高压变质作用，且榴辉岩与围岩新元古代花岗岩的锆石U-Pb体系同位素年龄基本相同。但新元古代花岗岩所记录的变质作用和变形作用期次（或阶段）却少于榴辉岩。椐上述可得如下推断：超高压榴辉岩与新元古代花岗岩岩浆是同时在碰撞带底部（俯冲板块前部）形成的；榴辉岩的第一折返阶段是由新元古代花岗岩岩浆携带上升的，其第二折返阶段是和新元古代花岗岩一起由逆冲及区域性隆起而上升，遭受剥蚀。     

南海的形成演化与新特提斯在南海的重新活化

南海位于印度板块、欧亚板块和太平洋板块之间,是世界上最大的边缘海,其构造位置处于太平洋构造域和特提斯构造域,地质构造复杂.关于南海形成演化的动力学机制存在有多种不同观点,其中最重要的一个观点是印度板块与欧亚板块的碰撞致使华南地块和印支地块地幔物质沿东南方向蠕动,从而导致南海的海底扩张.从特提斯的演化规律,以及新特提斯的闭合过程来看,南海并不是特提斯洋的残留海,而是新特提斯在闭合过程中配合印度板块与欧亚板块碰撞导致华南地块和印支地块地幔物质东南方向蠕动的动力学机制下,在南海重新活化的结果.     

Principles of spatial organization and evolution of the biosphere and the noosphere

In his last lifetime essay, “A Few Words about the Noosphere”, Academician V.I. Vernadsky (1944) wrote that all living organisms on the planet, including man, are integral to the biosphere of the Earth, its material and energy structure and cannot be physically independent of it even for a minute. However, the substrate that generates all living beings and is no less tightly bound to the biosphere has always been characterized by a significant geochemical heterogeneity, traced both in the vertical and in the lateral structure of all geospheres.

The present work is devoted to three most important aspects of modern geochemistry and biogeochemistry:

• — evolution of the ecological and geochemical state of the environment under conditions of a virgin (anthropogenically untouched) biosphere;
• — structural features of the geochemical organization of the modern noosphere;
• — specificity of the interaction of living matter with the environment under increasing anthropogenic load.

On the basis of theoretical concepts of biogeochemistry and geochemical ecology, formulated in the works of V.I. Vernadsky, A.P. Vinogradov, A.E. Fersman, B.B. Polynov, A.I. Perel’man, M.A. Glazovskaya, V.V. Kovalsky, E. Odum, B. Commoner, E.I. Kolchinskii and others, the author puts forward a hypothesis that there exist two qualitatively different stages in the evolution of the biosphere.The first stage is recognized as the period of natural evolution of the biosphere during which it evolves successively into a more complex and more biogeochemically specialized object. In the course of the geological time, this constantly results, on the one hand, in an increase in species diversity and the perfection of individual species, and, on the other hand, to directed improvement and a greater differentiation of the geochemical conditions of the environment. At this stage, the evolution of all systems of the biosphere that were controlled by the mechanisms of self-organization and self-regulation resulted in the establishment of a dynamic equilibrium, which was responsible for the cycling of all essential chemical elements and therefore providing ecologically optimal geochemical conditions in all ecological niches and for all species and biocenoses inhabiting the biosphere at any given moment.The beginning of the second stage is related to the appearance of reason and qualitative changes in the biosphere caused by the goal-directed activity of the human mind, as an entirely new geological force that appeared to be able not only to disrupt the functioning of natural mechanisms of self-regulation and selforganization, but also to transform the environment in the intersts of a single biological species, Homo sapiens. A direct consequence of this change was the uncontrolled transformation of the natural environment, during which the primary structure (geochemical background) created in the course of billions of years was eventually superimposed by a qualitatively new layer of anthropogenically-derived chemical elements and compounds, thus building an interference pattern of a new geochemical field with which practically all modern living organisms are now forced to interact.An outstanding feature of the new evolutionary stage of the natural environment, called by Vernadsky the noosphere, is that biogeochemical changes at this stage proceed at a rate which exceeds that required for the living matter to adapt to these changes. The result is the disruption of the existing parameters of the biological cycle, leading to the emergence of a significant number of endemic diseases of geochemical nature.The proposed approach was used to prove the anthropogenic genesis of existing geochemical endemic diseases and explain the mechanisms of their appearance. In addition, this approach allowed us to develop a new methodology for mapping zones of ecological and geochemical risk and noticeably simplify the procedure of monitoring distribution and prevention of all diseases of geochemical nature.