华北东部中生代构造体制转折的关键时限

华北东部中生代构造体制发生了以挤压为主到以伸展为主的转变, 形成北北东向的盆岭格局, 岩石圈快速减薄, 岩浆作用活跃, 引发了爆发式成矿. 确定中生代构造体制转折的时限是理解构造转折机制的核心问题之一. 报道了多方面研究的最新成果. 重点对包括华北陆块南北缘、燕山、胶东等典型地区的构造分析确定了由挤压构造到伸展构造的峰期; 东部沉积盆地热史恢复结果判明华北东部中、新生代岩石圈厚度的变化和热体制的变更转换的时代; 盆地分析揭示了中生代-新生代时期华北东部盆地由挤压挠曲型到伸展断陷型的转变期; 通过火山岩喷发、与伸展构造有关的花岗岩类的形成, 克拉通内部和边缘的金矿爆发成矿期, 以及通过火山岩中的下地壳包体研究等限定了岩石圈减薄和壳幔置换的峰期. 以上研究结论一致, 即华北东部构造体制转折的峰期时限起于约150~140 Ma, 结束于约110~100 Ma, 峰值是120 Ma.     

华北东部晚中生代伸展构造作用

本文在对华北东部晚中生代变质核杂岩、原型裂陷盆地群分布特征研究的基础上,结合区域地壳和上地幔的地球物理场特征,分析了变质核杂岩构造、裂陷盆地群的主要控制因素和岩石圈巨大减薄作用的形成机理,阐明了华北东部晚中生代的构造演化受太平洋板块俯冲效应、扬子板块碰撞挤压和软流圈大规模上涌联合作用的控制,而地表、中－上地壳分界和Moho界面是深部地质过程和浅部地质构造之间耦合的关键界面.     

华北克拉通热结构差异性特征及其意义

华北克拉通破坏存在空间上的差异性,至今其内在的动力学机制仍存在较大的争议,这种差异性在岩石圈热结构上必然有所表现.广义上岩石圈热结构包括热流结构、温度场结构和热岩石圈厚度,是揭示岩石圈演化及其内在动力学过程的重要基础.基于二维地震剖面和大地热流数据,建立二维稳态热传导有限元模型,对华北克拉通东部岩石圈热结构进行模拟计算并与西部进行对比分析,在此基础上对比热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的变化.结果显示,华北克拉通东、西部岩石圈热结构有着较为明显的差异,地幔热流值波动范围分别在24~44/20.5~24.5 mW·m-2,壳幔比1.61~0.70/1.84~1.51,以1300℃等温线计算得到的热岩石圈厚度变化范围在75~139 km/128~162 km.华北克拉通东部相对西部有着较高的深部地幔热流值和较小的地震/热岩石圈厚度差异,这可能意味着东部软流圈地幔有效黏度相比西部低,估算差异可达2~3个数量级.     

流变边界层及其对华北克拉通热/地震岩石圈底界差异的意义

二维热传导/对流数值模型显示,纯传导的固体岩石圈与纯对流的流体软流圈之间存在一过渡层,即流变边界层,其间传导与对流共同作用来传递热量.流变边界层厚度主要由软流圈黏性系数（η）控制,而受固体岩石圈厚度及热状态影响很小.随着η从1×1021Pa·s降低至1×1019 Pa·s,流变边界层也随之减薄,流变边界层的厚度与lg（η）成正比. 流变边界层的存在是造成热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的重要因素. 全球典型克拉通岩石圈的对比结果表明,地震岩石圈厚度普遍大于热岩石圈厚度,二者的差异多数在70~90 km,很好地验证了流变边界层的存在. 研究发现二者的差异在华北克拉通自西向东逐渐减小：由西部鄂尔多斯的约80 km减少至渤海湾盆地的约20 km. 反映出华北克拉通岩石圈下部流变边界层厚度自西向东减薄,意味着软流圈黏性系数自西向东逐渐降低.这可能与中生代太平洋俯冲脱水形成的低黏大地幔楔有关,从一侧面印证了太平洋俯冲对华北克拉通破坏的影响.     

流变边界层及其对华北克拉通热/地震岩石圈底界差异的意义

二维热传导/对流数值模型显示,纯传导的固体岩石圈与纯对流的流体软流圈之间存在一过渡层,即流变边界层,其间传导与对流共同作用来传递热量.流变边界层厚度主要由软流圈黏性系数(η)控制,而受固体岩石圈厚度及热状态影响很小.随着η从1×1021Pa·s降低至1×1019Pa·s,流变边界层也随之减薄,流变边界层的厚度与lg(η)成正比.流变边界层的存在是造成热岩石圈与地震岩石圈厚度差异的重要因素.全球典型克拉通岩石圈的对比结果表明,地震岩石圈厚度普遍大于热岩石圈厚度,二者的差异多数在70~90km,很好地验证了流变边界层的存在.研究发现二者的差异在华北克拉通自西向东逐渐减小:由西部鄂尔多斯的约80km减少至渤海湾盆地的约20km.反映出华北克拉通岩石圈下部流变边界层厚度自西向东减薄,意味着软流圈黏性系数自西向东逐渐降低.这可能与中生代太平洋俯冲脱水形成的低黏大地幔楔有关,从一侧面印证了太平洋俯冲对华北克拉通破坏的影响.     

南海北部陆缘珠江口盆地岩石圈热结构

沉积盆地岩石圈热结构特征是岩石圈构造-热演化过程的综合反映和盆地热史恢复的约束条件,对盆地动力学研究和油气资源评价具有重要意义.由于海洋勘探难度大、勘探程度低,相对于大陆地区,边缘海盆地比较缺乏岩石圈热结构方面的研究.本文在收集整理珠江口盆地及邻区大地热流数据的基础上,补充收录了自2003年以来发表的新数据,绘制了研究区最新版的大地热流等值线图;基于中美合作双船地震剖面揭示的深部地壳结构计算了研究区的壳-幔热流、深部温度以及"热"岩石圈厚度.研究表明,珠江口盆地地壳热流介于18.7~28.6 mW·m-2,地幔热流介于36.9~91.4 mW·m-2,壳幔热流比值0.23~0.75;由陆架、陆坡至中央海盆,在地壳热流逐渐减小的情况下地表热流逐渐递增,说明地表热流分布主要受深部热作用控制;盆地"热"岩石圈厚度介于34.0~87.2 km,平均65.5 km,反映出显著拉张减薄的特征.     

珠江口盆地大地热流特征及其与热岩石圈厚度的关系

沉积盆地现今热流特征是岩石圈构造-热演化过程的综合反映和盆地热史恢复的必要约束条件,其总体变化趋势与热岩石圈厚度密切相关.本文根据新收集的珠江口盆地19口钻井温度数据,新增计算了19个大地热流数据,其中12个数据位于深水区（水深大于300 m）,丰富了该盆地深水区钻井地热数据.结合前人研究成果,绘制了该盆地的大地热流图,并分析了其热流分布特征.在此基础上通过求解一维热传导方程,计算得到36口井位处的热岩石圈厚度,量化了盆地大地热流与热岩石圈厚度间的关系.结果显示,珠江口盆地大地热流值介于24.2~121.0 mW·m-2,平均71.8±13.6 mW·m-2,新增盆地深水区钻井平均热流值高达84.5±4.4 mW·m-2.大地热流分布整体上从陆架区到陆坡区升高,而热岩石圈厚度整体分布趋势与大地热流相反.大地热流与热岩石圈厚度间存在良好的指数相关性.     

辽东半岛大营子拆离断层系及其区域构造意义

华北克拉通晚中生代发生了大规模岩石圈减薄并伴随着地壳层次区域性伸展作用的发生.在此伸展背景下,华北克拉通区发育有一系列的伸展构造,大营子拆离断层系即为一个典型实例、大营子拆离断层系位于华北克拉通东部（辽东半岛东南部）,主要由上盘火山-沉积盆地,大营子-黄花甸拆离断层带以及下盘古元古代变质岩系和侵入岩体三部分组成.依据拆离断层带中构造岩组合、构造岩变形显微构造和石英EBSD组构分析揭示出下盘岩石主要经历了从高绿片岩相到低绿片岩相的变形变质过程.基于火山-沉积盆地中火山岩的SHRIMP和LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果,推断伸展构造开始活动于（135±1.2）Ma之前,结束于（127±1）Ma.通过与辽南变质核杂岩及辽东半岛其他伸展构造的对比,以及这些伸展构造的分布及影响深度,可充分说明辽东半岛岩石圈破坏和减薄的不均一性,从而显示出其破坏程度的差异,并藉此探讨了华北克拉通破坏和伸展减薄的不均匀性.     

鄂尔多斯盆地深部热结构特征及其对华北克拉通破坏的启示

基于二维稳态热传导方程,利用有限元数值模拟方法,选取东西向横穿鄂尔多斯盆地地质与地球物理解释大剖面进行了深部温度场数值模拟研究,得到了华北克拉通西部的鄂尔多斯盆地下伏岩石圈热结构特征.地幔热流变化范围:21.2~24.5 mW·m-2,体现为东高西低特征.壳幔热流比(Qc/Qm)介于1.51~1.84之间,为"热壳冷幔".与华北东部地幔热流对比表明,西部的鄂尔多斯盆地相对处于稳定的深部动力学环境.在岩石圈热结构研究基础上,对克拉通地震岩石圈与热岩石圈厚度差异进行了对比,研究表明:鄂尔多斯盆地西部地震岩石圈与热岩石圈厚度差异约达140 km,而东部的汾渭地堑,渤海湾盆地二者差异逐渐减小.华北克拉通自西向东,地震岩石圈厚度与热岩石圈厚度差异不断减小,意味着华北克拉通岩石圈下部的软流圈地幔黏性系数自西向东逐渐降低,本文从地热学角度可能印证了太平洋俯冲脱水作用对华北克拉通的影响.     

中国东北-华北地区地壳厚度与泊松比及其地质意义

本文通过收集和综合分析已有的接收函数H-k研究结果,给出了中国东北-华北地区的地壳厚度与波速比/泊松比分布图.本研究表明该区地壳最薄的地方出现在松辽盆地和华北平原地区（28~35 km）;大兴安岭、燕山-太行地区的地壳厚度介于36~45 km范围,其中燕山造山带地壳厚度由东向西逐渐增加;而最厚的地方则出现在鄂尔多斯盆地西南缘（~55 km）.研究区平均波速比为1.76±0.05,较全球大陆平均值明显偏高,这可能与中、新生代以来该区显著的岩石圈减薄与破坏过程相关.其中地壳波速比最高的地方出现在山西地堑、长白山、大同-张家口等新生代火山区,意味着这些地区可能具有较高的地壳温度或存在广泛的壳内部分熔融.本文研究显示,大兴安岭造山带地区地壳厚度与波速比/泊松比成负消长关系,推测大兴安岭在形成过程中,地壳的增厚以长英质上地壳增厚为主.与大兴安岭地区不同,松辽盆地及周边地区地壳厚度与泊松比没有明显的相关性,表明松辽盆地可能具有复杂的形成与演化过程.     

南海三维热岩石圈结构及地表构造响应

为系统了解南海海底热流特征和岩石圈热结构与地表构造的关系,本文首先以最新海底热流为约束,采用三维数值模拟方法计算得到整个南海的"热"岩石圈底部边界（底界）的埋深,然后开展详细分析壳、幔热流贡献以及岩石圈热结构与地表不同构造单元之间的对应关系.结果显示南海岩石圈底部边界埋深为30~100 km,最浅埋深集中分布在南海海盆水深大于3000 m的区域（如南海西北次海盆、西南次海盆和东部次海盆西侧）,以及南海北部陆缘中部、莺歌海盆地、中建南盆地和南薇西盆地,体现了南海深部结构对地表不同构造单元的控制作用;靠近海盆东侧的马尼拉海沟具有较低的海底热流,对应岩石圈底界埋藏也较深,可能与南海和古南海洋壳俯冲有关;吕宋岛弧（119°E-122°E和13°N-17°N）表现出较高的海底热流,同时具有较浅的热岩石圈底界埋深,可能与南海板块和菲律宾海板块双向俯冲有关.     

内蒙古东部早中生代麻粒岩捕掳体的岩石学及其构造意义

内蒙古赤峰和宁城地区早中生代闪长岩中发现了麻粒岩捕虏体,其主要组成矿物为紫苏辉石、透辉石和斜长石,含有少量的黑云母、角闪石及钛铁矿.麻粒岩具粒状变晶结构和弱片麻状构造.有些样品中出现大量由拉长石和蠕虫状紫苏辉石构成的交生结构,并偶见中长石和拉长石颗粒周围发育由倍长石和蠕虫状紫苏辉石构成的环边,指示早期可能存在过石榴石并分解于随后减压作用中.有些样品中出现变余辉长结构以及紫苏辉石内部存在叶片状透辉石,说明其原岩为苏长岩或辉长岩.变质作用研究和温压计算表明该区麻粒岩捕掳体经历了如下变质演化过程：（1）一套侵位于下地壳的辉长苏长岩发生等压冷却形成可能含有石榴石的高压麻粒岩;（2）之后被闪长岩浆捕获并快速上升,发生等温降压变成低压二辉麻粒岩;（3）伴随闪长岩冷却结晶,二辉麻粒岩发生等压降温,发生了不同程度的退变质作用.由基性岩浆底侵作用形成的以辉石岩为主的堆晶岩和由辉长-苏长岩冷却形成的中-高压麻粒岩共同组成了该区早中生代更新的下地壳.     

华北东部地幔改造作用和置换作用:单斜辉石激光探针研究

对山东蒙阴古生代金伯利岩中石榴石方辉橄榄岩、河南鹤壁新生代玄武岩中 铬尖晶石方辉橄榄岩、山东栖霞新生代玄武岩中央晶石二辉橄榄岩和山东山旺新生代 玄武岩中尖晶石（富ＣｐＸ）二辉橄榄岩单斜辉石的常量、微量元素的研究和对比表明：华 北地块古生代稳定存在的克拉通岩石圈地幔在中、新生代其东部被具大洋地幔性质的 显生宙地幔不均匀地发生了置换作用,残存于南北重力梯度带（岩石圈减薄过渡带）上 的鹤壁浅部克拉通地幔除保存有置换作用前改造作用的丰富信息外,也包含有其深部 被置换后的地幔改造作用信息;郯庐断裂带东部栖霞的新生地幔仍保留有较多的大洋 地幔成分特征,而郯庐断裂带内山旺的新生地幔受后续地幔改造作用的影响有向大陆 地幔演化的趋向．发生于华北地块东部中、新生代的岩石圈巨厚减薄作用与地幔的置换 作用有关,由渐进的富ＣＯ_２流体或碳酸岩熔体对岩石圈地幔的交代改造作用以及由此 所引起的熔体抽取作用是完成新生地幔对古老地幔置换作用的关键．郯庐断裂带等岩 石圈深大断裂为地幔改造作用和地幔置换作用提供了良好的通道作用．     

华北地区岩石圈热结构的研究

利用两种1°×1°平均大地热流资料,由观测资料和居里面反演得到的4种地壳岩石生热率模型,计算了华北地区(105°E-124°E,30°N-41°N)岩石圈的热结构. 定量的比较了各种模型的计算结果,选定了最佳模型. 莫霍面的温度大约在450-750℃之间变化,岩石圈底部深度在60-180 km变化,并发现大的构造断裂与热岩石圈底部的隆起相对应,MS＞6.5的地震大都发生在热岩石圈底部隆起区附近和莫霍面温度的高值区.     

华北地区岩石圈热结构的研究

利用两种1°×1°平均大地热流资料,由观测资料和居里面反演得到的4种地壳岩石生热率模型,计算了华北地区(105°E-124°E,30°N-41°N)岩石圈的热结构. 定量的比较了各种模型的计算结果,选定了最佳模型. 莫霍面的温度大约在450-750℃之间变化,岩石圈底部深度在60-180 km变化,并发现大的构造断裂与热岩石圈底部的隆起相对应,MS＞6.5的地震大都发生在热岩石圈底部隆起区附近和莫霍面温度的高值区.     

中国陆地热岩石圈厚度及其地球动力学意义

依靠最新的中国大地热流数据、精细的地壳分层结构, 通过求解一维稳态热传导方程获得各个热流测量点对应的热岩石圈厚度, 通过克里金插值法绘制中国陆地热岩石圈厚度分布等值线图.计算结果表明, 中国陆地各构造区的热岩石圈厚度差异较大, 稳定的克拉通地区最厚, 可达200 km以上, 造山系次之, 多在100~200 km之间, 破坏的克拉通地区岩石圈最薄, 可以低于100 km. 通过对比三大克拉通地区的热岩石圈厚度和地震岩石圈厚度, 得出了四点认识: (1) 塔里木克拉通西部、中上扬子克拉通、华北克拉通西部以及南华北基本保留了稳定的克拉通巨厚岩石圈特征, 而华北克拉通东部的渤海湾盆地、下扬子克拉通以及塔里木克拉通东南部则发生了大规模的减薄; (2) 华北克拉通西部从鄂尔多斯向东北的银川—河套凹陷及向东南的汾渭凹陷的岩石圈厚度和流变边界层厚度逐渐变薄, 主要受控于地幔对流强度的增强; (3) 华北克拉通东部的南华北依然保持稳定, 而渤海湾的岩石圈厚度减薄显著, 体现了华北克拉通破坏在空间上的不均匀性; (4) 扬子克拉通自西向东岩石圈厚度和流变边界层厚度逐渐变薄, 可能受控于太平洋板块的俯冲, 和华北克拉通东部经历了相似的地球动力学过程.

     

鄂尔多斯盆地构造热演化史及其成藏成矿意义

地层测温、热导率、生热率测试资料研究表明鄂尔多斯盆地现今平均地温梯度为2.93℃/100m,平均大地热流值为61.78mW/m2,属于中温型盆地.现今地温梯度、大地热流值具有东高西低的分布特征.在伊盟隆起东胜铀矿区直罗组砂岩生热率明显变高,高于泥岩的生热率,反映存在金属铀异常.在对盆地现今地温场研究的基础上,应用多种古地温研究手段恢复了盆地中生代晚期的古地温及古地温梯度,根据中生代晚期古地温梯度异常及火成岩活动年龄测试结果确定了中生代晚期早白垩世存在一次构造热事件.以建立的热史模型为约束条件,应用盆地模拟软件进行了热史模拟,重新恢复了鄂尔多斯盆地不同构造单元的构造热演化史.鄂尔多斯盆地构造热演化史对油气、煤、金属铀矿的形成、演化、成藏(矿)有重要的控制作用,特别是中生代构造热事件.无论是下古生界气源岩还是上古生界气源岩,天然气大规模生成期均在中生代晚期的早白垩世.三叠系延长统主要生油期也是在早白垩世.对于石炭—二叠系、三叠系及侏罗系的煤化过程而言,煤的最高热演化程度也是在早白垩世达到的.早白垩世也是金属铀矿重要的成矿期.     

华北东部新生代构造应力场变化之探讨

本文在分析了华北东部地堑构造发育特征、地震断层和震源机制等资料的基础上,提出:早第三纪,本区受到了北西—南东向的强烈拉张,其应力场主要受太平洋板块活动的影响;自晚第三纪以来本区主要受北东—北东东向挤压应力场控制。其应力场主要受印度洋板块活动的影响,而太平洋板块活动的影响已相对减弱     

华北地台岩石放射性元素与现代大陆岩石圈热结构和温度分布

在华北地台1.4×106km2的范围内系统采集了12193个岩石样,组合成1207件分析样,对放射性产热元素K,Th,U进行了测试,同时由国家一级岩石地球化学标准物质监控分析质量．根据岩石中K,Th,U的含量和地壳各结构层的岩石组成,计算了地壳各壳层放射性产热元素的含量,系统研究了华北地台岩石与各时代地层的平均热产生率及其变化,并建立了华北地台现代大陆岩石圈的热结构和温度分布．应用一维稳志热传导模型,求得了华北地台岩石圈的深度-平均地温分布曲线．地表热流密度分布和岩石圈深度-地温分布曲线研究表明,现今华北地台壳内熔融作用不明显。与世界上其他大的稳定克拉通区相比,华北地台地壳活动性较大,具有准地台的特点．     

南海礼乐盆地新生代构造热演化特征及其影响因素

为深入认识新生代礼乐盆地的热体制特征,利用耦合岩石圈变形、热演化和沉积过程的热力学数值模型,重建了8条骨干剖面的构造热演化史,并对主要构造单元的热体制进行了分析.结果表明：张裂阶段,热流总体上随时间增加,张裂结束时,海底热流一般介于70~80 mW·m^-2,基底浅埋区热流高于邻近凹陷区内热流;裂后阶段,非礁体发育区热流逐渐降低,现今海底热流一般介于65~70 mW·m^-2,局部区域热流因岩体侵位而有所增高,礁体发育区受到礁体与周围海水热交换的影响,海底热流降低或为负值,而基底热流可以达到70 mW·m^-2左右.进一步分析表明,礼乐盆地新生代热体制主要是在古近纪岩石圈强烈减薄基础上,叠加了晚期岩浆侵位、基底起伏、沉积过程以及海底地形等局部因素影响的结果,礁体发育区热体制还受到礁体与周围海水热交换的影响;盆地凹陷中心区生油门限深度一般介于2000~2500 mbsf,门限温度介于90~110℃;礁体发育区生油门限深度明显大于邻近的北1凹陷沉积中心区.