华南地区岩石圈三维结构类型与演化动力学

从地球层块结构研究思路出发,对华南及邻区天然地震面波层析成像进行系统地构造解析,发现岩石圈中下部存在形态各异,大小不等的高速块体,结合地质学、地球化学、其它地球物理学标志等多学科综合研究,将其称为幔块构造。研究显示高速块体或幔块构造是华南地区岩石圈构造格局和岩石圈表层构造变形最基本条件之一。首次建立起华南地区岩石圈三种三维几何结构样式:克拉通陆根状结构、造山带楔状结构和碎块状结构,以及岩石圈三类构造演化类型:克拉通型岩石圈、增厚型岩石圈和减薄型岩石圈(弱减薄型岩石圈及强减薄型岩石圈)。本文在论述华南岩石圈三维结构构造类型基本特征基础上,首次探讨了华南地区软流圈三维结构以及该区岩石圈演化动力学特征。     

欧亚大陆及边缘海岩石圈的结构特性

从地球层块结构的研究思路出发,运用构造解析的理论和方法,对东亚及西太平洋地区人工地震测深和天然地震面波层析成像进行构造解析,发现岩石圈中下部存在形态各异、大小不等的高速块体,结合地质学、地球化学及其他地球物理学标志的综合研究将其称为幔块构造,高速块体或幔块构造是控制东亚西太平洋岩石圈构造格局和岩石圈表层构造变形最基本条件之一。在系统研究该区岩石圈高速块体或幔块构造三维几何结构基础上,建立起东亚西太平洋岩石圈八种三维几何结构型式:克拉通陆根状结构、高原陆根状结构、造山带楔状结构、碎块状结构、香肠状结构、哑铃状结构、藕节状结构和板状结构,以及岩石圈形成与构造演化四种构造类型:克拉通型岩石圈、增厚型岩石圈、减薄型岩石圈和大洋型岩石圈。文章在详细论述岩石圈各结构构造类基本特征的基础上,认为全球最大的青藏高原具有增厚型岩石圈特性,存在大陆根,并且大陆根正在增厚过程中;地震层析成像显示,研究区存在全球最大的东亚大陆巨型裂谷体系,具有减薄型岩石圈特性,新生代晚期东亚大陆巨型裂谷体系被西太平洋沟弧盆体系叠加与改造。根据岩石圈三维结构型式,探讨了岩石圈形成机制与演化模式,东亚大陆边缘岩石圈大规模伸展拆沉减薄作用以及软流圈和地幔物质上涌加热作用与青藏高原岩石圈大规模俯冲碰撞?入增厚作用是东亚大陆及边缘海晚中生代以来地幔动力学最基本的表现型式,从而形成全球最大的青藏高原和全球最大的东亚大陆巨型裂谷体系。     

中国大陆及邻区岩石圈地壳三维结构与动力学型式

通过中国大陆及邻区地震测深剖面的系统构造解析,建立起中国大陆岩石圈地壳厚度与速度结构模型。本文根据地壳厚度与速度结构模型、地壳变形结构样式、地壳地质结构与构造演化、地壳运动学与动力学等四方面标志,将中国大陆岩石圈地壳划分为3类6种地壳结构-动力学型式:克拉通型褶推式结构-挤压动力学型式、克拉通型地垒结构-拉伸动力学型式、增厚型高原扇形结构-碰撞楔入动力学型式、增厚型造山带楔状结构-俯冲楔入动力学型式、减薄型盆岭结构-块体伸展动力学型式和减薄型铲状结构-整体伸展动力学型式。笔者探讨了克拉通型地壳、增厚型地壳和减薄型地壳的基本特征、相互关系及其地质意义。     

前寒武纪大陆地壳构造—大陆壳体并合构造模式

根据星子理论和地球的星子堆积模型，以及地质演化两阶段模式和区域演化序列的差异，提出一种综合地质构造单元：大陆壳体。大陆克拉通内部南体具独特的并合构造特征，文章将该构造模式称为大陆壳体并合构造，作为研究大陆克通地壳形成、演化的工作模式。作者在系统分析全球大陆克拉通地质、地球化学资料和对中国东部板内地壳构造研究基础上，将大陆克拉通地壳划分为若干类型，并总结了不同类型地壳区的区域演化序列，及并合带的类型     

关于华北克拉通燕山期岩石圈减薄的机制与过程的讨论:是拆沉,还是热侵蚀和化学交代?

关于华北克拉通燕山期岩石圈减薄作用,主要有两种模型:(1)岩石圈拆沉;(2)热侵蚀和/或化学交代。文中主要从岩浆活动与构造变形两个途径,通过(1)燕山带造山幕和结构要素组合以及造山过程的p-T-t轨迹;(2)收缩构造变形、火成岩构造组合和下地壳岩石捕虏体3个独立证据提出陆壳的构造加厚;(3)火成岩成因的壳幔相互作用模型和热模拟等,试图讨论华北地区克拉通有浮力的岩石圈如何转变为密度大的岩石圈,随之发生拆沉作用,而不是热侵蚀或化学交代机制使岩石圈地幔改造为EMI印记实现的减薄作用。大量对流的软流圈物质注入克拉通是诱发陆壳发生局部熔融所必需的条件。底侵玄武质岩浆的加热并弱化先前的冷和强的克拉通地壳,创造一个流变学条件,以使收缩构造变形和陆壳加厚成为可能。陆壳最下部和岩石圈地幔中形成的大量玄武质岩石,在构造加厚作用下,相转变为榴辉岩,致使原先有浮力的岩石圈转变为密度大的岩石圈,随之发生拆沉作用。     

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.     

中国东部中、新生代软流圈上涌与构造-岩浆-矿集区

以深部地球物理资料为基础,结合大地构造环境、岩浆岩同位素示踪及矿产资源分布规律,加以综合分析.通过热力学计算可知,中国东部近2亿年来的上地幔岩石圈/软流圈构造可以存留至今,且能区分出中、新生代.软流圈上涌与矿集区:(1)中生代金属矿:(a)克拉通区,软流圈沿柱身上涌,其柱头上方形成幔壳混熔花岗质岩及相应Au、Cu、Mo、Pb-Zn等矿集区,并于柱身与岩石圈块体陡接触带,形成中基性杂岩及相应富Fe矿集区;(b)褶皱带区,在软流圈上涌柱上方形成近幔源型花岗质岩,相应为Cu、Au、Pb-Zn、Mo、Ag矿集区;(c)南岭带,软流圈层在适当深度、热量充足、较大范围内"平卧",因热传导而致使地壳内物质部分重熔,形成壳源型花岗质岩及相应的W、Sn、稀有元素矿集区;(2)新生代油气田:(a)与太平洋板块俯冲有关的软流圈上涌,其上方出露玄武岩,形成较大型油田;(b)与裂陷盆地有关的软流圈上涌,其上方形成大型油田,也有中小型油田.软流圈上涌与大地构造:中生代J-K时期,通过构造力特征等的综合分析,阐明燕山运动的根源及其影响;新生代侧重剖析大陆裂谷相关特征.总之,软流圈上涌是岩石圈减薄,以及中、新生代构造-岩浆-矿集区形成的根源.     

华北克拉通破坏动力学过程研究中的几个构造问题

华北克拉通破坏问题,是通过对古生代时期和新生代以来华北东部岩石圈厚度、热状态、岩石圈地幔组成与时代等特征的比较研究中,逐渐认识到的一个重大的大陆构造动力学问题。岩石圈厚度的巨大变薄是克拉通破坏的重要标志之一,已有的构造动力学模型从不同角度着重讨论了克拉通岩石圈是如何减薄的问题,但由于岩石圈减薄远不是克拉通破坏的全部,因此,即使已有动力学模型可以对减薄过程给出比较合理的解释,也还难以成为克拉通破坏的综合动力学模型。文中针对目前流行的华北克拉通岩石圈减薄动力学模型存在的问题,提出了在构建克拉通破坏综合动力学模型时需要关注的一些主要构造问题:(1)从构造变形、沉积作用、火山活动及其事件序列特征角度,甄别和评价主动裂谷作用和被动裂谷作用在克拉通破坏过程中所发挥的作用;热 化学侵蚀岩石圈减薄模型可能需要与上述裂谷作用模型相结合,才可能成为克拉通岩石圈破坏的候选模型。(2)从拆沉相关岩浆侵入和火山活动时空演变规律、地壳表层快速隆起及相关沉积作用和构造变形、地壳热状态异常、拆沉引起的热弱化地壳对区域应力场的响应、拆沉导致的局部应力场模拟等方面展开研究,检验、充实或修正岩石圈拆沉模型。(3)从区域构造变形和相关沉积作用、火山活动相结合的综合研究角度,探索华北克拉通的破坏是在古老克拉通基础上的直接破坏,还是在古老克拉通基础上经历了造山作用过程之后的造山带伸展垮塌,这是涉及华北克拉通破坏动力学模型建立的根本问题之一。     

中国大陆地壳上地幔不均匀性与矿产资源预测

在充分收集、整理、综合研究中国大陆11条地学断面(简称GGT)、数十条其它地球物理剖面(地震剖面、大地热流、大地电磁测深等剖面)和覆盖中国大陆及邻区的剪切波三维速度结构资料的基础上,阐述了中国大陆及邻区地壳结构、岩石圈结构和软流圈结构,并对中国大陆矿产资源预测作了简单的讨论。中国岩石圈结构是在三种不同性质的软流圈基础上发展起来的,有明显的继承性。中国岩石圈结构在某种程度上与大地构造单元相吻合,说明地壳构造受到岩石圈的影响和制约。尤其在地震波垂向低速带上(地壳上地幔都表现为低速性质)是内生多金属矿带的良好产出环境。     

中新生代以来中国大陆的稳定地块

中国大陆主要由塔里木、华北和扬子三个比较大的古老克拉通组成。中、新生代以来,由于受到环太平洋和喜马拉雅两大构造域的影响,这三个克拉通发生了巨大变化。从地壳和岩石圈结构来看,其中相当一部分已不具备了稳定地块的特点。从这些地块目前所处的大地构造位置、地壳及岩石圈的改造方面（主要包括：其上主要盆地和演化史、盆地结构、地壳和岩石圈（软流圈）结构、以及地球物理场、可能的动力学机制等）的对比可以看出,中国各稳     

中国及邻近陆海地区软流圈三维结构及其与岩石圈的相互作用

通过中国及邻近陆海地区天然地震面波层析成像三维Vs速度结构的系统地质构造解析,笔者论述了中国及邻近陆海地区软流圈三维结构特征,发现该区软流圈内既有高速块体,又有低速异常体,显示软流圈内存在纵向与横向上的不均匀性,研究软流圈内低速异常体三维几何结构表明,南海低速异常体呈复蘑菇状,结合地幔体波层析成像研究显示,南海地区存在巨型复蘑菇状地幔低速柱头。笔者还探讨了软流圈对岩石圈结构的影响及其相互作用问题。     

四川阿坝——秀山地学断面

四川省阿坝—秀山地学断面长约1000km,横跨上扬子地台和松潘-甘孜地槽褶皱系。在综合研究现有地质、地球物理资料的基础上,对断面及邻区划分出不同性质的三大岩石圈块体;结合表壳变形特征又区分出以四川地块为中心的东、西对冲构造体系;并进一步划分出8个次级构造带(块)。在垂向上划分出地壳、岩石圈厚度及形态,讨论了地壳次级分层及壳、幔低速层、低阻层和高阻层异常的特征,提出了初步解释。指出龙门山断裂带西部地壳缩短、增厚的主要因素。概述了地壳演化。     

地震层析地质解释原理及其在滇西深部构造研究中的应用

本文首先简要地介绍了地震层析方法的原理,着重探讨了三维速度异常地质解释的几个基本问题,包括划分构造层的物理基础、确定分辨尺度的依据以及估计地质时限依据的岩石热力学过程。然后介绍了应用地震层析及地质解释方法研究滇西造山带的地壳、下岩石圈及软流圈构造所得到的主要结果,并与人工地震测深及大地电磁测深结果进行了比较。这一工作说明地震层析可以作为岩石圈与软流圈构造研究的一种有效手段,在造山带深部构造的研究中将发挥独特的作用。     

秦岭陆内造山带岩石圈结构

重新处理和解释叶县—南漳反射地震剖面,并综合利用油气勘探地震剖面,地震层析、大地电磁测深、地热流、气体测量等地球物理和地球化学数据,得到秦岭造山带岩石圈构造模型。识别出秦岭地壳不同时代的重要构造:(1)加里东期华北克拉通向秦岭微板块的俯冲,并造成中上地壳内华北地壳和北秦岭地壳形成锯齿状楔入构造。(2)印支—燕山期扬子克拉通与秦岭微陆块的对冲走滑软碰撞,形成了以南阳地区为中心由一系列规模宏大的逆冲断层组成的负花状构造。(3)白垩纪后,由正副片麻岩交互成层的结晶基底形成的穹隆。(4)盖在结晶基底上的近透明浅变质元古宙地层形成的褶皱基底。白垩纪后,秦岭地区和中国东部其他地区一样,岩石圈地幔遭受到软流圈上升形成蘑菇云构造,岩石圈活化,严重影响构造演化过程。     

On Geophysical Background of Superlarge Deposits in the Chinese Continent

Based on the study of tens of geophysical profiles (seismic, geothermal flow and magnetotelluric sounding profiles) and 3-D shear wave velocity structures of the Chinese continent and its neighbouring regions, this paper describes the 3-D crustal and upper mantle structures and discusses briefly the deep geophysical background of superlarge ore deposits in the Chinese continent. Superlarge deposits are usually very few in number, but they are distributed still in certain forms such as "point", "zone" and "area". Most of the large-, medium- and small-sized deposits occur near the margins of different tectonic units; while the superlarge endogenic polymetallic deposits occur mostly in thinned mantle lithosphere, uplifts of the asthenosphere (vertical low-velocity zones) and the transformation zones of lateral inhomogeneity (weak zones) in the upper mantle. The superlarge endogenic polymetallic deposits are almost unevenly distributed in three major ore zones in China, corresponding to the boundaries of in     

现今全球构造特征及其动力学解释

构造地质学、大地构造学和全球构造学是三个尺度的构造学研究领域,它们平行交叉而且互有扬弃。全球构造学可分为历史的和现今的两个分支。岩石圈板片和板条构造、板舌构造、洋脊构造以及大陆岩石圈多元组合板的多重滑脱构造和多层剪切构造网络等是现今岩石圈板的基本构造形态。全球级现今岩石圈构造主要表现为三大构造系统:环太平洋深消减带板舌构造系、大洋增生带洋脊构造系和大陆碰撞造山构造系,三者在球坐标系内表现出构造形态、物理场背景和动力学状态等多方面半球级的反对称关系(南/北、0°/180°),各构造系统内部还表现了普遍的东西反对称。论其动力学解释,岩石圈向西和地幔向东相对漂移的定向性显示了地球自转变化的导向作用,决定了经向构造两侧的多级反对称;地震层析探测到的地幔结构显示的热心南偏和质心北偏可能是南北反对称的动力基础;上地幔分层结构及“软层”物质在构造引张条件下形成的热涌有可能解释地表的视对流现象,有助于说明构造变动的跳位和变格以及板条和反对称运动机制。     

中国兴蒙—吉黑地区岩石圈结构基本特征

兴蒙—吉黑地区岩石圈由额尔古纳、兴安、松嫩和佳木斯4个古陆块及完达山中生代大陆边缘增生杂岩构成。Nd同位素模式年龄显示,佳木斯陆块时代最老,1500～2200Ma;额尔古纳陆块次之,1000～1600Ma;兴安和松嫩陆块具有相同的Nd模式年龄,500～1200Ma。地球化学示踪分析表明,该区古生代时表层地壳的Nd同位素模式年龄以中元古代为主,而中生代花岗岩的Nd同位素模式年龄主要为新元古代,表明该区深部地壳的年龄较表层地壳的年龄年轻,显示出该区地壳具有下新上老的年龄结构。Os同位素分析同时证明,该区岩石圈地幔也多表现为年轻性质。地震(Vp)速度结构显示,该区岩石圈结构在垂向上具有两个明显的特征:一是与传统意义上的地震岩石圈概念明显不同,该区岩石圈地幔的低速带没有稳定连续的顶界面,低速异常顶界面深浅不一,与高速异常体犬齿交错,某些构造单元之下的低速异常直达Moho,但底界面却十分稳定,深度为230～240km;二是“立交式”速度结构,表现为在地壳范围内,速度等值线总体呈北东向展布;岩石圈地幔的速度等值线呈北北西-近南北向展布;低速异常圈层的速度等值线为近东西向展布。     

川黔湘构造带构造样式及深部动力学制约

川黔湘构造带可划分为4个不同的构造带,其中雪峰山构造带地理位置特殊,恰位于华南块体南北向重力梯度带上,两侧岩石圈厚度差异显著,其成因机制历来是争论的焦点。雪峰山构造带基底是一个花状结构,与川黔隔槽式褶皱带构成一个整体,为一个厚皮结构。雪峰山基底在沅麻盆地隆升最高,表现为压扭性构造特点。参考深反射剖面,绘制了研究区浅层与深部结构地质剖面。板块受挤压,中、上地壳与下地壳存在不同的耦合方式,对此分析了研究区下地壳的变形过程。雪峰山下地壳向下存在对冲,形成山根,但并没有俯冲至地幔。随地壳加厚,岩石圈发生弯曲,下地壳与上地幔存在瑞利泰勒不稳定性,并下沉至软流圈地幔。晚中生代,伸展背景下的软流圈上涌使雪峰山以东岩石圈发生拆沉,致使两侧岩石圈厚度出现差异。