论中国大陆复杂和混杂的碰撞带构造

中国大陆碰撞带是以结构复杂、形成过程复杂和物质成分趋于混杂为主要特征的。在构造特征上 ,表现为由构造岩片和混杂岩带所组成 ,形成扇状褶皱和对冲型逆掩断层。在剖面上常形成楔状(鳄鱼式 )构造 ,在平面上可构成嵌入构造 ,它们其实是两个板块在碰撞过程中互相挤压、缩短与穿插的、一个统一的三维共轭剪切断裂系统中的不同表现形式。绝大多数中国大陆碰撞带都不是一次形成的 ,而是经历了多期次、活动性质各不相同的、复杂的形成过程。为了进一步提高碰撞带的研究水平 ,应该把碰撞带及其两侧的板块当作一个整体来进行综合研究 ,应该大力加强碰撞带周邻板块的沉积古地理、生物古地理、古地磁学、地球化学和构造变形、变位资料的系统研究。碰撞作用时期是元素、岩石和构造单元趋于混杂的时期 ,而不是有利于元素、物质的分异和富集。碰撞带的主碰撞期形成的矿床是十分有限的。笔者推测有 4种类型的矿床可能将成为西部古碰撞带地区找矿的主要目标。     

马杏垣先生开合构造思想的提出、形成及最新进展

概述了马杏垣院士的学术生平与创建开合构造史实.开合构造提出是中国地球科学"百花齐放,百家争鸣"发展的结果;是黄汲清院士、张文佑院士、马杏垣院士领导的青年团队,在国际板块构造革命的新潮中,根据板块构造登陆存在的巨大问题,结合中国地质构造的特色,依据坚实的实际资料进行深入的全新探索.3位院士领导的团队又联合起来,进行开合构造的长期研究.2002年在构造地质专业委员会支持下,成立了开合构造研究组,召开了开合构造第一次学术研讨会,总结20多年研究成果,出了专刊书集.2015年研究组聚首北京,总结开合构造研究的新成果,并吸取地球物理研究新成果,准确地阐明开合构造的定义,提升了研究方法,总结了开合构造运动和开合构造体系特征,将构造动力来源初始点建立在古登堡面的开合构造转换带上,全新解析了转换带的重要作用,站在星球角度认识开合构造.最后,强调青年研究力量的培养,是开合构造走向世界的重要途径.     

华北古元古代碳酸岩起源深度及现代板块构造启动

俯冲作用是改变地球内部物质演化的关键因素之一,而现代板块的启动时间一直存在争论.华北克拉通中部造山带内蒙古丰镇古元古代碳酸岩内超硅石榴石包体和榴辉岩捕虏体的发现,为研究岩浆起源深度和板块构造提供了窗口.矿物学和高温高压实验限定超硅石榴石（Si~3.18 pfu）富集三价铁（Fe3+/∑Fe~0.8）,来源于地幔约400 km的深度表明碳酸岩岩浆起源于地幔过渡带.矿物对温压计和P-T视剖面图确定榴辉岩捕虏体变质峰期温压分别为~660 ℃和~2.65 GPa,温压梯度为~250 ℃·GPa-1,与现代板块深俯冲产物相似,说明现代板块构造在古元古代已经启动.统计显示全球古元古代碳酸岩与造山带内高压变质岩石密切共生.全球古元古代的板块俯冲可能与哥伦比亚超大陆的拼合有关.大规模板片俯冲携带地壳沉积物质进入深部地幔,形成碳酸岩岩浆及氧化的富Fe3+超硅石榴石.地壳物质在地幔源区循环约20亿年,导致了地幔源区的不均一性以及长时间的碳循环.      

开合旋构造体系及其形成机制探讨:兼论板块构造的动力学机制

开合构造总体上可以表述为:地球膨胀为开,收缩为合;垂向上地球物质离心(地心)运动为开,向心运动为合;水平方向上地球物质相背运动为开,相向运动为合。从驱动机制角度,我们把以热力(热能)为主体驱动的上浮物质运动定义为开;将重力(势能)为主体驱动的下沉物质运动定义为合。因此,开与合是一个高度综合的概念,具有广阔的内涵,开合运动是联系一切地质运动和地质科学的纽带。开合运动具有同步统一性,即垂向的开在水平方向也表现为开;垂向开得强烈,水平方向同样开得强烈,反之亦然。地球刚形成时诸多开合构造是无序的,地球的旋转运动统领地球上所有物质、能量、运动和大大小小的各种开合构造于旋转运动中,并将它们调剂到有序状态。简言之开合构造体系是开合旋运动长期作用下形成的不同时期、不同层次、不同级别的开合旋回组成的动态平衡构造体系。本文总结了地球开合旋构造体系物质组成、结构构造特征和规律,建立了开合旋复杂构造体系简要模型。提出平衡体系的形成机制是开合旋运动遵循地球重力均衡准则、最小内能原理(结晶化)、几何淘汰生长(垂直地心生长)和物质均匀化四条自然演化规律,其中重力均衡准则是主导的。由于地质事件(构造运动)在破坏开合旋平衡体系的同时,经常直接或间接向体系内输入新能量,往往使新的旋回比老旋回的结构构造更符合地质演化的自然规律,于是使地球显得更强大而有活力。这一次又一次的地质事件(构造运动)是开合旋构造体系螺旋式向前发展的动因。本文最后用开合构造观点探讨了地球的形成和演化,分析了板块构造运动的动力学过程。     

板块运动的机制与动力来源学术争鸣

目前人类对地球的认识仍很肤浅,无论国外还是国内对于地球动力学问题仍在探索过程中,Science杂志2005年公布的125个重大科学问题中的第10个问题是“地球内部是如何运行的”,提出地球动力来源还尚未解决。 2017年出版的《中国学科发展战略--板块构造与大陆动力学》认为板块构造理论虽然取得了巨大成功,但该学说依然存在其形成以来就存在的难题,即板块动力、板块起源及板块上陆三大问题,驱动板块运动的动力机制是最为重要的问题,也是亟待解决的问题。 研讨会分两个环节,一是主要观点报告环节,二是讨论争鸣环节。 在报告环节,涉及动力机制的主要有5位报告人,分别阐述了他们的主要观点。梁光河提出了新大陆漂移说,通过大量证据分析认为传统的海底扩张驱动大陆漂移的模式存在很多问题,很多地质和地球物理观测事实说明持续推动大陆漂移的动力不是海底的持续扩张,而是大陆板块后下方持续的岩浆上涌推动大陆板块向前漂移,那是一个自发的连锁反应。万天丰认为传统的海底扩张传送带模式很难解释大陆板块漂移速度远远大于地幔对流速度这个问题,提出了陨击说。陨石撞击诱发地幔底劈推动大陆板块运动这个新的驱动模式。唐春安提出了地球龟裂说,认为地球内部热能的积累与释放,使得地质历史上岩石圈地幔具有冷热交替的周期。毛小平分析认为,目前所提出的地球动力中,只有周向应力具有足够数量级的应力,可以推动板块运动;周向应力在岩石圈薄弱处释放从而产生地壳相对运动;长期以来解释不了的“地壳异常压力”其实就是周向应力,而可独立于重力的构造力、碰撞力并不存在。 在讨论争鸣环节,大家针对地壳运动的动力来源自由发言。梁光河指出万天丰提出的陨石撞击可以较好地解释超大陆裂解的初始动力,但不同意陨石撞击可以提供持续的大陆漂移的动力,以印度板块的北漂为例,因为地幔的巨大黏滞阻力,需要无数个陨石定点撞击印度板块后面才可能持续推动印度板块漂移。唐春安提出地球的锅盖效应,因此上地幔具有冷热周期,在热周期地壳才会大规模漂移,按照力学机制,大洋中脊和转换断层不可能是海底扩张产生的,应该是大陆漂移拉开产生的断裂系统。最后杨巍然总结发言,认为陨石撞击是一个重要因素,地球上的构造运动都可以归结为开合运动,海底扩张和大陆漂移都是存在的,地体构造也是科学的。研讨会取得的共识是：大陆的确存在大规模水平运动,传统的地幔对流传送带驱动模式存在很多与观测事实不符的问题,需要重新认识驱动机制和驱动力的问题,对板块俯冲问题多数持怀疑甚至反对的观点。其驱动力应该来自重力和地球内部热力,但它们之间是如何相互作用的,仍需要进行更深入的研究。     

构造-沉积分异原理及其地质意义*

构造-沉积分异是地球表层的常见地质现象,发生于沉积盆地、造山带与克拉通等岩石圈构造单元,表现为岩石圈的深、中、浅层始终发生着沉积物、流体、能量与力的交换与分异过程。文中从物质组成、时空分布与力学机制等方面阐述构造-沉积分异的基本特征,并以中国沉积盆地为例进行分析。作者首先将构造-沉积分异定义为“由构造应力、热力、重力、地幔动力等因素引起地表地形差异,从而导致沉积物源、搬运体系与沉积作用变化的过程”;认为构造-沉积分异发生在不同尺度的洋-陆系统、盆-山系统、隆-坳系统、凸-凹系统与高-低地貌系统,受基底结构、强度与活动性的明显控制,构造应力、重力、热力、地幔动力等控制了该分异机制; 强调随时间演变出现构造-沉积分异演化旋回,表现为伸展期裂陷向聚敛期隆坳转变,碳酸盐岩分异台地向统一台地转变。上述控制因素与机制在时空上可以发生复合,导致多类构造-沉积分异作用出现。研究构造-沉积分异作用,可以为重建地球历史、加快矿产资源勘查和改善人类宜居环境做出贡献。     

鲁西新太古代洋板块地质及板块构造活动遗迹

鲁西地区是我国新太古代经典的花岗岩-绿岩带出露地区之一,前人已积累了丰硕的构造地层、同位素地质年龄、地球化学及成矿作用等方面的资料,并对这一时期的地球动力学特征进行了讨论.通过研究“洋板块地质”的思路综合前人已获得的区域地质调查研究资料,表明泰山岩群镁铁质火山岩演化是一套由科马提岩-拉斑玄武岩和拉斑玄武岩、钙碱性玄武岩及安山岩等两类岩石组合复合而成的火山岩系,反映了相对早期形成与洋内地幔柱有关的科马提岩向相对晚期与弧有关的钙碱性玄武岩-安山岩的演化过程;新太古代初期形成岛弧型英云闪长岩带到新太古代中期形成分异型奥长花岗岩,则反映了俯冲过程中的花岗岩演化特点;新太古代晚期硅质高镁玄武岩（高镁玄武安山岩）的确定则是活动大陆边缘岩浆弧的产物;泰山岩群中红宝石（刚玉）的发现,进一步指示其形成的背景与新太古代板块构造俯冲作用有关,为鲁西存在新太古代洋板块地质遗迹提供了地质学证据.