地球系统多圈层构造观的基本内涵

地球系统多圈层构造观的基本点是,把地球作为一个活的天体放在宇宙系统之中,更多地考虑地球深部壳-幔-核之间的相互作用,考虑地外天体对地球运动的作用和影响。这一构造观认为:构造运动并不仅仅是岩石圈板块之间的相互作用,而是地球系统的全球动力作用过程;陆与洋是对立统一相互转化的,单纯的大陆增生说是不正确的;地幔对流说至今未被证实,陆块是活动的,但不能大规模漂移;大陆地壳不是单纯地侧向或垂向增生,而是多旋回构造-岩浆作用叠合的产物;地球的构造不是均变式向前发展,而是非均变、非线性、旋回式向前演化的;地球表层在不同地史阶段,均有其受相应深断裂体系控制的不同的构造格局,大西洋-印度洋-太平洋式大洋盆体制,只是在中生代晚期以来才出现的。      

中国构造地质学发展：百年回顾与展望

一百年以来,中国构造地质学学科发展经历了二十世纪初期萌芽孕育、早期发展和多学派大地构造学说百家争鸣。构造地质学专业委员会的成立和发展,标志着我国构造地质学的教育与研究进入一个新的发展时期。专业委员会长期以“服务国家战略需求、搭建学术交流平台、促进学科前沿发展和开展科学普及”为宗旨,主办、组织召开了系列全国性构造会议和现场研讨会议,搭建全国性和国际性的学术交流平台。我国构造地质学家吸收和借鉴国际先进大地构造和构造地质学理论,以环太平洋洋 陆过渡带、特提斯构造域和古亚洲构造域,特别是青藏高原动力学演化研究为引领,针对地球不同圈层相互作用、互馈机理与动力学,开展板块构造起源与早期地球演化、大陆的生长与再造过程、洋 陆系统演化与深部地球动力学、大陆构造变形与宜居地球系统、活动构造, 对资源 环境 灾害的影响等领域开展了研究工作,取得了丰硕的成果。尤其是在新世纪以来,在青藏高原形成演化、华北克拉通破坏、中亚增生型造山带等多个领域取得具有国际水平的研究成果。在构造地质学发展的新阶段,我国构造地质学学科的发展将强化学科基础,推进原创性、创新性理论探索,深化发展板块构造理论,力争在东亚洋陆构造格局与转变、大陆构造变形与人类宜居的地球系统等方面的理论研究上取得原始创新与突破,参与国际地学发展与竞争并作出贡献。     

识别洋陆转换的岩石学思路——洋内弧与初始俯冲的识别

阐述了洋陆转化形成的洋内弧与初始弧的岩石组合序列及其地球化学特征,提出岩浆弧是由洋陆转化以及底侵的壳幔转化共同作用形成的认识,前弧环境是洋陆转化形成初生大陆的场所,由特征的类似洋中脊的洋内弧前弧玄武岩类构成。大陆的形成过程如下:从地幔中生长出洋壳,从洋壳中的洋陆转化生长出不成熟的弧陆壳,最后从弧陆壳底侵的壳幔转化中长出成熟的陆壳。这样,地壳的生长和形成主要通过岩浆增生作用来实现。     

构造地貌及其分析方法述评

构造地貌是指受构造内动力作用控制,通过内外地质动力的相互作用所奠定的能够反映一定构造特征的地貌形式.构造地貌学的研究内容为:地貌与构造的关系、构造地貌发生和发展过程以及构造地貌过程所揭示的地球内部构造动力过程;其分析方法可归纳为构造地貌格局分析法、构造地貌形态分析法、构造地貌相关沉积分析法和构造地貌年代分析法.构造地貌学从地形地貌的角度来分析构造过程,涉及不同圈层间的相互作用,响应了当前地球系统科学的研究思路,可以预见,构造地貌学将在圈层作用研究中发挥重要作用,同时朝着信息化、定量化的方向发展.     

初论构造应力-应变系统的复杂性

地球内部构造应力主要集中于岩石圈上层。通过岩石变形的微观机制与宏观表现的研究 ,可以看出 :构造应力应变作用绝不仅仅是一种简单的、线性的力学过程 ,而是多圈层相互作用、受多种物理和化学因素控制的、非线性作用过程。地球构造应力场在不可逆演化过程中是一种具有某种阵发式变化的复杂系统。     

全球构造研究的思考

“板块构造”并不直接等价于全球构造。将各板块同一构造力学属性和特征的边界分别连接起来 ,可以建立起环太平洋深俯冲构造系、南半球为主体的洋脊构造系和北半球为主体的陆 /陆浅俯冲构造系 ,它们空间展布的分区 ,揭示了全球表层构造格架具有N/S半球与 0°/ 180°半球双棕胀缩耦合非对称性。这一认识获得全球地热与地幔质量分布非均一性的初步证明。此全球构造格局和运动 ,可作为启发和约束地幔运动和动力学分析的表层边界条件。全球板块内部的次级构造 ,在大陆型板内有两种 ,一是以盆、山、原 (高、低 )作为次级构造单元 ,重点是研究它们的演化耦合关系 ;二是以次板块、地块、块体之类的概念作为次级、再次级构造单元 ,重点是研究块体以及多块体之间的应力、应变和运动的相互关系。两种研究方式的不同 ,也可能与研究的目的和时间尺度要求不同有关。两者能否融合 ,应不应该融合 ,需深入思考。地球多圈层相互作用的科学目的是建立地球大系统科学。流体地球部分与固体地球部分以往因研究的时间尺度很难匹配而分立。但地球一系列“微动态”行为 ,如地震、火山、洋脊涌流等 ,其时间尺度和多级的动态韵律与地球流体的动态韵律是可以比较的。固体地球微动态行为对地下流体的运动有重要影响。     

全球中、新生代大地构造特征及其演化框架——《全球中、新生代大地构造图》编图研究进展

全球中、新生代大地构造编图是全球构造理论研究的基础和切入点,本文介绍了该图编制思路与方法、数据来源和大地构造区划,并以地球圈层构造为主线,讨论了全球中生代以来水平构造和全球垂向圈层之间的衔接关系,认为大洋中脊和环太平洋边缘俯冲带通过印度洋、北冰洋、特提斯构造域以及南极洲板块发生构造衔接和转换。南极洲板块周缘被洋中脊环绕,并衔接了全球洋中脊在地球南部的离散运动。结合构造赤道理论,分析了全球不同构造背景下的构造单元之间的关系,认为构造赤道是中生代以来全球构造体制大规模调整的产物。在此基础上,从泛大陆裂解,洋陆关系的角度探讨了中、新生代的全球构造演化。     

从地槽—地台说、板块构造说到地球系统多圈层构造观

从19世纪中叶开始,大地构造理论经历了从地槽—地台说到板块构造说的发展过程。目前,板块构造说虽然仍在盛行,但一个新的大地构造理论——地球系统多圈层构造观(简称多圈层构造观)已在形成中。地槽—地台说,19世纪中叶提出,盛行于20世纪上半叶,是地质学家从理论上研究地壳构造及其演化的开始。地槽—地台说使用的方法是传统的地质学方法;研究领域是大陆地壳,褶皱带(造山带)和克拉通是其研究的核心内容。地槽—地台说大大推动了地质科学的发展,并为地球科学的进一步发展,奠定了良好的基础。板块构造说,起始于20世纪60年代。板块构造使用的方法,除地质学外,加上了地球物理学和地球化学等现代科学和技术手段;研究领域是全球大陆和海洋的岩石圈。板块构造说使大地构造学的研究范围从地球表层扩展到地球内部,从大陆扩展到海洋,极大地推动了地球科学向更高的层次发展。目前,板块构造说虽然仍在盛行,但是不足和缺陷已日益显露出来。地球系统多圈层构造观,孕育于20世纪80年代晚期,目前正在发展中。地球系统多圈层构造观使用的方法更现代化,包括地质学、地球物理学、地球化学以及一切探测地球深部和外层空间的方法、手段;研究领域,已不仅仅是地球表层的地壳或岩石圈,而是地球整体,地球各圈层的相互作用。我们相信,21世纪必将是地球系统多圈层构造观不断发展、不断完善的时代。中国及邻区中、新生代构造演化是全球研究多圈层构造的最理想的切入点之一。我们期待中国地学工作者在新一轮大地构造理论创新中发挥应有的作用。     

从华北陆块南缘大洋扩张到北秦岭造山带板块俯冲的转换时限

本文以北秦岭造山带华北陆块南缘被动陆缘火山裂谷(大洋?)盆地、早古生代岛弧-弧后盆地和晚古生代岛弧-蛇绿杂岩等构造相带为研究重点,综合利用同位素年代学、古生物年代学、岩石学、岩石地球化学和同位素地球化学等实测数据,系统研究和探讨了北秦岭造山带被动陆缘大洋扩张向俯冲增生造山转换的时限.研究显示:华北陆块南缘由晚新元古代大洋扩张作用转化为板块俯冲作用的转换时限为早奥陶世,约472Ma左右.北秦岭造山带在古生代期间至少存在两期板块俯冲增生造山作用,时代上向南变新,空间上向南向洋内迁移.两次俯冲增生造山作用分别构筑了北秦岭造山带早古生代岛弧-弧后盆地和晚古生代岛弧-俯冲杂岩两条构造相带.     

特约主编致读者

正认识我们赖以生存的大陆,是理解地质历史时期洋陆格局、相互作用及演变的重要途径,也是固体矿产资源与能源资源开发利用和人类生存环境改善所必要的基础和保障。尤其21世纪以来,地质学家们已经意识到,在地球的动力学环境中大陆岩石圈各圈层的表现、构造活动性及演化与组成和结构相对简单的     

从地球过程到人地和谐--关于地球系统研究科学战略的思考

较为详尽分析了地球系统科学的由来与发展、我国地球系统科学研究所面临的机遇与挑战,阐明了我国开展地球系统科学研究的基本思路,从而提出8个战略重点：区域气候环境系统变化与适应;水系统、水循环与水安全;生态系统与全球碳循环;人类活动与地球表层系统;地球内部动力学与地球系统演化;地球灾变事件与生命过程;地球观测系统与地球系统模拟以及耦合过程动力学、响应动力学、适应和预测理论。     

浅议学科交叉与地球系统科学

以整体系统的观念认识地球 ,强化学科间的交叉与渗透 ,是 2 1世纪初地球科学发展的主题。各国都十分重视推动学科交叉研究 ,并将学科交叉分为Modidisciplinary、Interdisciplinary、Transdiscipli nary三个层次。地球系统科学的两大前沿为“地球系统的联系”和“地球系统的演化” ,2 1世纪地球科学的突破在于地球系统变化理论的形成。笔者指出 :目前 ,我们的观念还跟不上地球科学的发展 ,尤其是“学科交叉”的理念不强 ,缺乏地球系统科学的思维 ,但我们有开展地球系统科学研究的有利条件     

国际地球科学发展态势

从学科发展的角度综述了20世纪80年代以来地球科学研究在思维方式、研究对象的时空尺度、研究内容、研究形式、组织形式、信息交流、方法手段等方面所发生的深刻变化，指出地球科学已经进入地球系统科学时代和为人类社会经济可持续发展服务的时代。进入21世纪，地球科学研究的主要趋向、热点与重点问题是：①突出地球系统科学，关注全球变化与地球各圈层相互作用及其变化的研究，以及人类活动引发的重大环境变化研究；②突出地球演化的动力过程研究，关注地球内部深层过程与岩石圈动力学、气候系统动力学与气候预测、生态系统动力学与生态环境的保护和建设；③突出地球信息科学，关注数字地球、3S（GIS、DIS和GPS）一体化和地球科学定量化的研究趋势；④突出地球管理科学，关注减灾防灾、环境保护治理、资源合理开发利用以及碳循环、水资源、食物与纤维、能源战略等问题；⑤突出地球科学跨学科研究进展与创新，关注经济社会发展对地球科学的影响与需求，重视地球科学在自然科学内部与其他学科的交叉融合以及高新技术在地球科学中的应用。     

新世纪地球科学视野中的新技术和新方法(代序)

从科学发展战略的角度 ,讨论了新技术、新方法在地球科学中的应用。新世纪的地球科学在新技术、新方法的应用方面呈现出鲜明的时代特色 ,即观测范围的扩大与观测能力的增强 ,多学科观测的海量数据的积累与地球观测系统的整合 ,不断增强的挑战非线性复杂地球系统中的预测问题的能力。特别是 ,作为地球观测系统的整合的“数字地球”和作为地球过程的模拟工具的高效并行计算 ,将在地球系统科学的发展中发挥重要作用。从方法论的角度 ,文中特别指出 ,只有掌握新技术、新方法的人对新技术、新方法有正确的理解 ,并具有创新性的思维 ,新技术、新方法才能发挥其应有的效能。     

全球变化科学的进展

全球变化科学对揭示和理解人类赖以生存的地球系统运转的机制、变化规律及人类活动对地球表层环境系统的影响具有重要的意义。从深海氧同位素曲线的建立与米兰科维奇理论的发展、高分辨率冰芯记录的研究、短周期气候变化、突变事件的发现、南北半球古气候对比的研究以及我国学者对过去全球变化研究的贡献等角度论述了地球环境变化历史的研究进展；并在对温室效应和全球气候变暖、臭氧洞、土地利用和土地覆盖的变化以及水资源等研究和现代观测资料分析的基础上，阐述了人类活动对地球环境的影响；提出了当前全球变化科学研究的发展趋势以及在新世纪全球变化科学所面临的挑战。     

空间对地观测与全球变化的人文因素

地球空间信息科学技术是大有作为的科技领域之一。空间遥感、地理信息系统、卫星定位及其与通信、网络技术的集成正以地球系统作为研究对象，为人们研究地球，特别是人与自然的和谐、人口资源环境的协调和社会的可持续发展提供了前所未有的手段，开拓了崭新的途径。在对国际空间遥感信息技术和空间信息的特点和发展趋势进行科学判断的基础上，分析了对地观测与人文因素的关系，提出了建立国家对地观测系统，发展空间信息技术的战略设想。     

地球动力系统、地球物质系统与滑坡生成机理研究

我国是地质灾害非常严重的国家之一,长期以来,地质灾害影响了社会的经济建设和发展。由于它具有渐变性、突发性等特点,给国家和人民的生命财产带来了巨大的损失。本文从地球动力系统、地球物质系统的角度对滑坡生成机理进行了研究,并以绵阳市北川县为例,对滑坡形成的主要影响因素进行了探讨。     

引领世纪的地球系统科学研究现状

随着人类社会谋求可持续发展意愿的加强,突出系统科学的服务和规范已成为我国公益性地质工作的战略要求,并且成为引领新世纪地球科学的发展方向。建立在地球探针等技术基础之上的系统科学,必将促进多学科交叉融合,从地球系统整体行为研究寻求解决办法。由此提出了地球系统和地球系统科学的概念。通过自由性、统计性、组合性的研究,研究自然界中的秩序与和谐,通过体系的完全性、参数性、层次性的研究,揭示不同空间的物质组成,解释不同结构的物性参数,通过地质学、地球物理、地球化学信息的研究,探索开发矿物原料、资源估算、水文生态、污染治理、矿山监测。     

地球环境与生命过程

生物圈是地球系统中唯一具有生命活动的圈层,生物圈及其与各圈层之间的相互作用对地球环境变化起着巨大的推动作用。因此,有关生命过程与地球环境相互关系的知识对于人类理解地球系统以及利用地圈、水圈和大气圈资源至关重要。地球环境与生命过程研究的内涵就是研究地球环境与生命过程相互作用中的各种化学、物理、生物过程,以及其在地圈、水圈、大气圈、生物圈各子系统之间发生的相互作用,增进对地球系统的理解和认识,区分人类活动与自然过程在全球变化中的作用,评估气候与环境变化对生命过程的影响及其反馈作用,揭示生命过程对于地球环境的适应性及其调控机理,为科学地管理地球,确保地球系统的可持续发展提供依据。其核心目标就是通过理解生命过程与地球环境相互作用的过程,评估人类对自然平衡和自然循环造成的影响,进而实施地球管理,确保地球生命支持系统的可持续发展。基于当前地球系统科学研究前沿,提出了未来关于地球环境与生命过程研究需 要重视的方面,尤其是关于生态系统对全球变化响应的阈值研究应引起高度重视。     

Gaia理论与地球系统科学

本文简要介绍了Gaia理论的提出背景、科学内涵,及其最初验证模型———雏菊世界。Gaia理论将地球与生物当作一个可以自我调节的整体,强调生物圈对全球环境的调节作用。在此基础上,文章着重分析Gaia理论在全球变化、地质事件、生物进化研究中的应用,指出在进行地球系统科学研究过程中,应以Gaia理论为指导,不能把生物仅仅作为环境的附属产品,而片面强调环境对生物进化的制约。同时也要认清生物在自身进化的同时,也积极地调节着全球环境,使之更有利于生物进化。生物圈是地球具有生命的直观体现,同时也是联系地球各圈层的关键环节。正确认识生物圈对于全球环境演化的调节作用,不仅帮助我们认识地球系统的全貌,更可以推动地学研究深入发展,对全面研究全球变化有积极意义。Gaia理论正处于发展期,理论需要进一步发展与完善,在实际应用中,应该对现有的学科进行更为广泛的综合。我国地学工作者应该抓住这一科学方向,为地球系统科学理论做出应有的贡献。