从多岛弧盆系研究实践看板块构造登陆的魅力

板块构造学说是高度成功的地球科学理论.大洋岩石圈与大陆岩石圈之间的多岛弧盆系构造域是板块构造登陆的入门向导.青藏高原大地构造研究实践表明,青藏高原是板块构造登陆的研究基地.众多蛇绿岩带、混杂岩带和火山岩浆弧带等的识别,支持洋陆转换多岛弧盆系构造模式,可用来解释特提斯和亚洲大陆的形成和演化.     

多岛弧盆系构造模式:认识大陆地质的关键

本文在对以青藏高原为主体的东特提斯30多年来的地质调查和研究实践基础上,通过与现今西南太平洋区域弧盆构造体系的对比研究,提出了适合于板块构造登陆的现实主义替代模型-多岛弧盆系构造模式。大洋岩石圈与大陆岩石圈之间的多岛弧盆系构造模式是板块构造登陆的入门向导,是认识大陆地质演化的关键。基于该模式研究认为,特提斯大洋最初开始于Rodinia超大陆解体的晚前寒武纪晚期,比太平洋体系更老。青藏高原形成受控于不同时期大陆边缘多岛弧盆系构造演化,一系列弧后或弧间盆地消亡、弧-弧或弧-陆碰撞的岛弧造山作用实现大陆边缘增生。该现实主义模式即可成功地解释青藏高原的形成演化过程,亦可为现在和将来特提斯构造域与亚洲大陆的地质工作所检验。多岛弧盆系构造的识别与深入研究不仅在造山带具有强大的生命力,能够全面解剖造山带的物质组成、结构构造与演化历史,而且对于分析前寒武纪大陆克拉通基底的形成也具有重要启示。     

青藏高原区域构造格局及其多岛弧盆系的空间配置

笔者在长期从事青藏高原地质工作和综合大量实际资料的基础上,提出了特提斯的演化与三大陆块群相互裂变-聚变作用过程密切相关,特提斯洋从萌生、扩展、萎缩、消亡到汇聚造山的整个演化过程,受控于全球洋-陆时空结构的转换;阐述了全球洋-陆构造体制的转换论、多岛弧盆系统论、造山作用过程论,并依此“三论”对青藏高原及周边地区的大地构造单元进行了划分,概要阐述了各个构造单元的基本特征。     

青藏高原多岛弧—盆系格局机制

本文根据长期的青藏高原及周边地区的地质调查和考察实践，在系统研究全球构造，尤其是特提斯地质的基础上，概要阐述了全球洋－陆构造体制的转换论、多岛弧盆系统论、造山作用过程论，并依此“三论”作为青藏高原及周边地区大地构造结构单元的划分依据。     

从多岛弧盆系构造看西特提斯造山系构造演化

本文通过综述近年西特提斯带主要缝合带的研究进展及所代表洋盆的发育特征,提出了古特提斯缝合带可能的位置和俯冲消亡方式.结合区域资料探讨了西特提斯带古生代末—中生代洋陆构造格局,认为东、西古特提斯洋完全可以类比,自晚古生代末西特提斯带主要受古特提斯大洋双向俯冲制约,在俯冲带后缘以二叠纪裂谷带为基础逐渐发展成中生代多岛弧盆系...     

班公湖-怒江结合带西段多岛弧盆系时空结构初步分析

笔者依据班公湖地区1：25万喀纳幅、日土县幅、羌多幅地质填图和专题研究工作取得的阶段性成果,将班公湖带的多岛弧盆系时空结构厘定为3条蛇绿混杂岩亚带。该3条亚带为盆地所隔,从北而南依次为班公湖带北亚带、班摩掌侏罗纪弧间盆地、班公湖带中亚带、日土-巴尔穷侏罗纪—早白垩世复合弧后盆地和班公湖带南亚带等。初步认为班公湖-怒江特提斯洋经历了晚三叠—早侏罗世往北俯冲、中晚侏罗世早期向北、往南双向俯冲、早白垩世往南俯冲等3次俯冲消亡阶段;同时,讨论了在班公湖带研究中存在的问题及其在反演班公湖-怒江结合带西段构造演化和在找矿方面的意义,以及进一步研究方向。     

昆仑多岛弧盆系及泛华夏大陆的增生

自从Rodinia超大陆在晚元古代解体之后,冈瓦纳大陆群与泛华夏大陆群间从晚元古代至中生代始终存在一大洋-特提斯洋。从早古生代至中生代,特提斯洋分三个阶段向泛华夏陆块群俯冲,形成了弧后扩张、弧陆碰撞和弧前增生。弧后盆地扩张到达小洋盆,出现蛇绿混杂岩。由于早期大陆边缘已向南发生了增生,继后的弧后扩张和前锋弧的位置也就相应地向南迁移了。因而蛇绿岩带、岩浆岩带会出现多条,且从北向南时代有从老变新的趋势。由于陆缘向南裂离,并到达高纬度位置,或者如洋岛的生成,随着洋壳的消减速、俯冲,高纬度的沉积体向低纬度的不断增生,这样就出现了生物的冷暖型混生。且从泛华夏陆块群或从冈瓦纳大陆群裂离的块体不能越过大洋中脊拼合在另一大陆块体上。因此,泛华夏大陆的西南缘-昆仑带只是在弧后海底扩张、弧-弧碰撞、弧-陆碰撞的多岛弧造山作用、向南不断增生过程中形成的。     

西藏冈底斯构造带中段多岛弧-盆系及其演化

夹于班公湖-怒江和雅鲁藏布江两条巨型板块结合带之间的冈底斯构造带,并不是一个简单的陆块,而是一个经历有晚古生代-中生代复杂的多岛弧-盆系演化历史,可以划分出多个次级地质构造单元的碰撞造山带。自晚古生代以来,冈底斯构造带经历了从洋-陆转换(D-T₂),盆-山转换(T₃-K)和壳-幔转换(E-Q)三次构造体制的转换及复杂的演化历史。班公湖-怒江板块结合带是特提斯大洋消减、碰撞闭合的主缝合带,雅鲁藏布江洋盆则代表了特提斯大洋南侧的弧后扩张小洋盆。     

多岛海(洋)及多岛弧盆系造山模式解析造山带演化的研究进展

评述了板块构造"登陆"以来的多岛洋构造、板内造山多岛海模式以及多岛弧盆系构造在造山带研究中的重要性.这3种模式在造山带的研究中均起到了重要的作用,深化了对造山带的认识.多岛弧盆系构造是认识造山带演化的切入点,能够全面解剖造山带的物质组成、结构构造和演化历史.基于多岛弧盆系的造山模式认为,弧后萎缩作用和弧前增生作用是造山过程的普遍现象,引起了弧-弧、弧-陆碰撞,这两种作用在造山带的形成演化过程起到了重要作用.多岛弧盆系的识别不但在造山带的研究中具有重要意义,而且对于分析前寒武纪大陆克拉通基底同样具有重要意义,前寒武纪克拉通的形成与弧前增生和弧后萎缩作用密不可分,多岛弧盆系构造的深入研究对前寒武纪大陆克拉通基底的研究具有重要启示.     

西南三江金沙江弧盆系时空结构及构造演化

金沙江（-哀牢山）弧盆系是西南三江多岛弧盆系的重要组成部分,恢复其时空格架及其形成演化过程对理解古特提斯多岛弧盆系的时空格局具有重要意义。根据新的地质调查资料、研究成果并结合分析数据,系统总结了金沙江弧盆系不同构造单元的物质组成及其构造属性,讨论了其构造演化过程及其对VMS型矿床的控制作用。金沙江洋壳发育时限主要为晚志留世—二叠纪,古洋壳地幔受到了早期俯冲带物质富集组分的影响,主体形成于弧后盆地的构造环境。江达-德钦-维西岩浆弧为一复杂的陆缘弧,经历了俯冲消减（300~260 Ma）、早碰撞聚合（255~250 Ma）、同碰撞伸展（249~237 Ma）和晚碰撞造山（236~212 Ma）等构造事件叠加改造,形成了不同类型、不同环境的岩浆活动及其盆地。金沙江带新发现的贡觉榴辉岩、维西退变榴辉岩等高压变质带,为恢复金沙江古特提斯洋的俯冲-碰撞造山的复杂演化过程提供了重要证据。在此基础上,结合区域地质资料,构建了金沙江弧盆系的演化历史,认为经历了晚志留世—早二叠世金沙江（-哀牢山）弧后洋盆扩张、早二叠世晚期—晚二叠世洋壳俯冲消减、早三叠世—晚三叠世弧-陆碰撞造山与盆-山转换、晚三叠世末期后碰撞陆内造山至陆内汇聚-走滑转换等阶段的演化过程,每个阶段控制着不同类型的VMS型矿床。     

Intraplate tectonics in stable Europe as related to plate tectonics in the Alpine system

Western Europe is traversed by the Rhinegraben rift system. The stages of graben formation evolved coincidentally with the culminations of compressional folding in the Alps. Rhinegraben rifting has been controlled by mantle diapirism, but the Alpine orogeny by subduction of lithosphere. Presumably, Alpine subduction forced compensating mantle uplift in the foreland. The Middle Eocene to Oligocene crustal spreading of the Rhinegraben implies a state of stress with a maximum horizontal component parallel to the graben axis (about 20?). In the same area, the Recent average direction of maximum compressive stress is of about 320? (NW), as calculated by in-situ stress measurements, fault-plane solutions of earthquakes and Recent crustal movements. The rotation of the stress components relative to the crust of stable Europe evolved subsequent to counterclockwise rotations of microplates in the Mediterranean. A model is proposed which ascribes these rotations to alterating shear motions of the Afro-Arabian macroplates relative to stable Europe exerting a ball-bearing effect to the intervenient microplates. The postulated motions are in accord with the patterns of inhomogeneous ocean floor spreading east and west of the African plate. The stages of Alpine plate collision had induced a significant readjustment of intraplate stress conditions, and deformation in the cratonic foreland of stable Europe.     

Intraplate tectonics of the western North American plate

Fault-plane solutions, Cenozoic geology, and in-situ stress measurements are used to infer contemporary extension between subplates of the western North American plate. Intraplate, northwest extension is accommodated by strike-slip and oblique normal faulting along present-day seismic zones. Cenozoic volcanism, facilitated by regional extension above a subducting plate, may have spread radially outward from the northern Great Basin to form a continental triple junction with the principal arms: the central Great Basin, the Snake River Plain and a southeast-trending zone of rhyolite domes in the southern Columbia Plateau.     

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。     

关于板块运动启动时间的争论

"板块运动何时启动?"是当前重大和争议较大的科学问题。文章从超大陆研究、板块运动的地质学标志和热动力学数据模拟等3方面的研究进展介绍国际地学界对这一问题的不同认识。在分析各种不同观点的基础上,作者阐述了对该问题的倾向性认识,赞同地球板块构造不是在一个特定时期出现的独立全球"事件",即不是一个等时的重大热-构造事件的认识。但从新太古代开始,地球上已出现具有板块水平运动特征的俯冲作用。由于地幔温度的差异,早期的板块运动缺少深俯冲形成的高压和超高压变质记录,而从新元古代开始,出现与现代板块一致的动力学机制。因此,赞同大致以新元古代作为"原板块样式"和"现代样式"板块运动的转换时间。     

A thought on heat flow and tidal drag as possible driving forces of plate tectonics

The amount of useful work that can be extracted from the Earth's heat flow is examined from a thermodynamic standpoint.     

Fabric development as the key for forming ductile shear zones and enabling plate tectonics

Lithospheric deformation on Earth is localized under both brittle and ductile deformation conditions. As high-temperature ductile rheologies are fundamentally strain-rate hardening, the formation of localized ductile shear zones must involve a structural or rheological change or a change in deformation conditions such as an increase in temperature. In this contribution, I develop a localization potential that quantifies the weakening associated with these changes. The localization potential corresponds to the increase in strain rate resulting from that change under constant stress conditions. I provide analytical expressions for the localization potential associated with a temperature increase, grain size reduction, an increase in water fugacity, melt content, or the abundance of a weak mineral phase. I show that these processes cannot localize deformation from a mantle convection scale (10³ km) to a ductile shear zone scale (1 km). To achieve this, is it necessary to invoke a structural transition whereby the weak phase in a rock forms interconnected layers. This process is efficient only if one phase is much weaker than the others or if the weakest phase has a highly non-linear rheology. Micas, melt, and fine-grained aggregates – unless dry rheologies are used – have the necessary characteristics. As none of these phases is expected to be present in the dry lithosphere of Venus, this concept can explain why Venus, unlike the Earth, does not display a global network of plate boundaries. The diffuse plate boundary in the Central Indian Ocean may be as yet non-localized because serpentinization has not reached the ductile levels of the lithosphere.