华南晚中生代大陆变形、深部过程及动力学

受控古太平洋板块俯冲及后撤作用,华南晚中生代经历了强烈大陆再造,并伴随幕式岩浆活动,是研究活动大陆边缘构造-岩浆作用、壳幔过程和板块俯冲动力学的天然实验室。本文系统综述了近年来发表的构造变形、岩浆作用和深部结构等多学科成果,以构造解析为主线,深-浅结合,在华南识别出与古太平洋板块俯冲相关的中晚侏罗世弧背缩短和白垩纪弧后伸展系统,厘定了二者的时空格架和叠加改造关系。弧背缩短系统以扬子中部的隔档-隔槽式褶皱、深部多层滑脱和双重逆冲推覆构造为特征,具SE向NW的逆冲扩展变形规律,与古太平洋板块的前进式俯冲有关。白垩纪主体以大陆伸展为主,经历了伸展和挤压变形交替,并伴随着岩浆活动的爆发、迁移和停止,其可能与板片俯冲动力学变化有关。在此基础上,我们分析了白垩纪岩石圈长距离伸展的深部过程及浅表响应,提出了岩石圈随深度变化的分层差异伸展模式。自下而上,从岩石圈地幔到上地壳,应变近一致地表现为(W)NW-(E)SE伸展,反映了垂向变形一致性。可能的垂向应力传播过程:板片后撤诱发长距离地幔流,其在岩石圈底部形成剪切牵引应力,促进下岩石圈地幔被动拉伸;上岩石圈地幔局部发育强应变剪切带,作为应力传播构造,其可有效加强壳-幔间剪切,促进下地壳韧性拉伸,将下地壳和岩石圈地幔的变形关联。我们认为岩石圈伸展、板片后撤和地幔流形成了三位一体的动力学耦合系统,将华南岩石圈长距离伸展的驱动力归结为:(1)古太平洋俯冲带海沟后撤和板片回卷诱发的远程效应,和(2)地幔流在岩石圈底部施加的剪切牵引应力。

安徽董岭花岗岩类的构造特征及侵位机制

安徽怀宁董岭花岗岩类底辟滑覆构造体系是长江中下游地域独特的构造形式。花岗岩底辟构造是在中生代华北地块与扬子地块碰撞背景下通过气球膨胀机制侵位至盖层内(燕山期),形成了围绕董岭几何中心的环状或半环状接触变质和韧性变形岩块。该花岗岩类其内部变形明显,岩相分带、分期清晰,围岩顶盖保存完好,围岩变质均匀,变形强烈,滑覆断层发育,糜棱岩典型等为特征,是一个罕见的盖层中花岗岩类底辟构造。后期在其北侧和东侧被月山—白子山冲断岩块所超覆。

内蒙古大青山侏罗纪沉积盆地充填和构造古地貌重建

石拐盆地是阴山地区保存最完整的侏罗纪盆地,其沉积充填过程和碎屑物质组成为正确认识大青山侏罗纪构造地貌演化提供了重要约束。石拐盆地形成于伸展断陷环境,依次充填了下侏罗统五当沟组和中侏罗统召沟组。断陷初期,南部地貌陡峭,控制发育了冲积扇沉积体系,碎屑组分记录了近源高级变质地体的剥露过程;晚期以坳陷为主,在召沟组末期形成最大湖泛面,碎屑组分中沉积岩岩屑和砾石明显增多,指示构造平静阶段的地貌夷平。至中—晚侏罗世,大青山地区构造属性发生反转,断陷盆地南部开始卷入挤压变形,形成大青山褶皱—逆冲系统雏形。然而,这些新生的挤压构造似乎未能引起地表地形的剧烈起伏,它们主要表现为隐伏状态。相反,该时期北部地貌抬升最为显著,不仅体现在中侏罗统长汉沟组和上侏罗统大青山组边缘相沉积均分布在盆地北部,更体现在阴山地体中浅层次盖层、火山物质与深层次TTG岩套的的反复剥露抬升。这种“北高南低”地貌特征的形成与阴山地体持续抬升及其两侧先存断裂活化密切相关,也是对周缘板块向东亚大陆俯冲汇聚的远程响应。

论长江中下游成矿动力学

长江中下游是我国东中部著名的中生代金属成矿带,更是长江工业走廊的矿物供应基地,素称工业摇篮。从地质演化和成矿动力学角度,长江中下游成矿带在我国、甚至世界上具有鲜明的特色。首先,成矿大地构造背景和过程经历了由板缘到板内的环境,成矿作用发生在挤压向伸展的转换过程;其次,成岩成矿受基底构造和深部作用控制、与特有的基底有关;最后,长江中下游成矿作用贯穿于"燕山运动"的始终,深刻地记录了太平洋板块作用的影响。本文对上述重大问题提出粗浅的见解,供讨论。

中国侏罗纪构造变革与燕山运动新诠释

随着一系列新构造观察资料和高精度同位素测年数据的累积,加深了对发生在中国东部晚侏罗世—早白垩世时期构造变革事件的认识,对燕山运动的性质、时限和动力学内涵有了新的诠释。中—晚侏罗世初期(165±5Ma)东亚多板块拼贴运动学发生重大调整,构造体制发生重大转换,启动了以中朝地块为中心、来自北、东、南西不同板块向东亚大陆"多向汇聚"的构造新体制,形成以陆内俯冲和陆内造山为特征的东亚汇聚构造体系。同时大陆地壳岩石圈发生显著增厚,并紧随早白垩世以剧烈的大陆岩石圈伸展和火山—岩浆活动为特征的岩石圈巨量减薄和克拉通破坏,导致燕辽生物群灭绝和热河生物群兴盛的重大生物群更替,成为中国大陆和东亚重大构造变革事件,这是燕山运动的基本内涵。本文依据燕山运动构造变形型式、动力学背景以及产生的深部过程,将"燕山运动"定义为起始于165±5Ma的"东亚多向汇聚"构造体制及其形成的广泛陆内造山和构造变革,并将中国东部岩石圈巨量减薄视作燕山期陆内造山和陆内变形的后效。

长江中下游庐江-枞阳火山岩矿集区深部结构与成矿作用

为探测长江中下游成矿带庐江-枞阳白垩纪火山岩盆地和铁、硫矿集区深部构造和地壳结构,探讨成矿深部控制条件,作者完成了穿越火山岩盆地的深反射地震剖面(150km,记录30s)和罗河铁矿区浅层高分辨反射地震剖面(20km),以及平行剖面的大地电磁、高精度重磁剖面,揭示了矿集区全地壳精细结构和电磁结构,同时开展区域构造测量和火山岩年代学研究,获得了新的认识。证实"耳状"的庐-枞火山岩盆地是一个沿北东向罗河断裂向东侧发育的非对称火山盆地,排除了另一半被断在西侧红层之下的判断;罗河断裂是一条切穿MOHO的深断裂,倾向南东,是引导地幔流体和岩浆上涌和喷发的通道,在中地壳形成岩浆房(反射亮斑);鉴别出多层界面,火山岩-侏罗系厚度约4～5km(其中火山岩厚度约3km),三叠系-震旦系变形层底界深度大致18～20km,变质基底组成中下地壳,MOHO平缓向北西倾,深度33～31km;追踪郯-庐断裂带的深部产状,陡立延伸到MOHO,宽约10km。从而揭示了早白垩系(132～127Ma)庐-枞火山岩矿集区深部过程与成矿、控矿作用。

我国深部探测技术与实验研究进展综述

深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe,2008—2012)是我国历史上实施的规模最大的地球深部探测计划.专项开展了全国4°×4°、华北和青藏高原1°×1°的大地电磁阵列观测,建立了全国地球化学基准网(含78种元素),完成了青藏高原、华南—中央造山带、华北和东北等四条超长深地震反射剖面,部署了罗布莎、金川、腾冲、南岭、庐枞和铜陵等大陆科学钻探实验,开展了青藏高原东南缘和华北地区地应力监测;在我国东部长江中下游和南岭成矿带开展的矿集区立体探测卓有成效.同时,专项还开展了岩石圈三维结构与地球动力学数值模拟、大陆地壳结构与演化的综合研究.专项全面实施以来,已经完成约6000km的深地震反射剖面,成功研究、实验了地壳与地幔深部探测的一系列技术方法,积累了丰富经验,极大地加快了我国深部探测的进度,在国内外产生了强烈的反响.专项实现了技术组合创新、技术进步与重大科学发现的并举,适应我国地质地貌条件和地壳/岩石圈结构特征,初步形成了具有不同层次、不同尺度、不同精度探测空间组合的深部探测技术方法体系,建立了若干各具地质特色的探测试验基地.专项实验已经取得了一系列重大突破与重要成果,深部探测关键仪器装备自主研发获得重大突破,为全面开展地壳探测工程的组织实施奠定了必要的技术基础.

晚侏罗世东亚多向汇聚构造体系的形成与变形特征

板块构造研究成果与同位素精确定年数据的积累,使我们对发生在中国东部的晚侏罗世—早白垩世东亚多向汇聚作用有了深刻的认识。全球三大洋在晚侏罗世(165±5)M a近乎同时的开启,以及东亚周边古太平洋、新特提斯洋和蒙古—鄂霍茨克洋的俯冲消亡,在中国中东部和东亚地区形成了多向挤压汇聚的燕山期构造体系,即东亚多向汇聚构造体系(简称东亚汇聚)。东亚汇聚启动了经典的燕山运动,发育了独特的构造变形特征。东亚汇聚构造体系具有两个近乎稳定的刚性陆核,即鄂尔多斯地块和四川(盆地)地块,在它们的周缘形成了晚侏罗世—早白垩世陆内多向挤压变形和似前陆盆地,如大巴山晚侏罗世前陆。此外,东亚多向汇聚构造体系影响了东亚和中亚大部分地区的板内变形作用,在中国大陆及其周边形成了反映南北向挤压的蒙古弧共轭走滑断裂系统、燕山—阴山陆内造山带、大别山—大巴山侏罗纪陆内造山带等典型的燕山期构造带。东亚汇聚具有深刻的全球构造背景与动力来源,是重要的科学研究问题。

论东亚大陆的构造翘变——燕山运动的全球意义

东亚大陆是在印支期(250～220Ma)由诸多微陆块拼接而成,曾形成巨型的岩石圈(根)。其中陆块碰撞带岩石圈根可能深达200余千米或更深,俯冲的陆壳岩石曾深达约100km,并发生超高压变质作用。当时中国东部上升为高原(5000～6000m),西部为特提斯海,构成东高西低的地貌景观。大约在160～150Ma前后,亚洲东部岩石圈发生巨量减薄,山根垮塌,导致软流圈地幔侧向上涌补偿,形成巨量的火山岩和花岗岩,致使太平洋板块、西伯利亚板块和印度洋板块向东亚大陆汇流,出现了太平洋板块俯冲和最早的洋中脊扩张;蒙古—鄂克茨霍海的关闭和西伯利亚与亚洲陆块的碰撞;以及印度板块与澳大利亚板块脱离,拉萨微陆块拼贴到亚洲大陆之上等极性指向东亚的汇聚作用。其时代均发生在晚侏罗世—早白垩世,应是燕山期东亚岩石圈巨量减薄、崩塌的响应(岩石圈厚度减为100～70km)。晚侏罗世沉没的岩石圈在现今核幔边界上(2700km)被全球地震层析资料所证实。从此后至新生代东亚地貌格局发生了巨变,10Ma前后完成了西高东低的转变。这种巨型构造地貌翘变的触发动力源与燕山运动密切相关。虽然,燕山运动与岩石圈突发性减薄机理仍有不同的解释,但是,燕山运动所波及的范围和其对全球构造的影响远远超出了中国东部燕山地区的时空范畴。相信,燕山运动的全?

大别山造山带前陆深地震反射剖面

在大别山南部和扬子地块前陆实施的深地震反射剖面(140 km)揭示出大别山造山带前陆地壳的精细结构。总体北倾的地壳内部结构与向北缓倾的叠瓦状莫霍面反射揭示出扬子陆块向北俯冲的行迹。莫霍面向北插入大别山造山带下与南大别山地壳内南倾反射震相叠置,构成交叉反射图像,刻画出扬子前陆与大别山造山带的碰撞构造面貌。

深部探测揭示中国地壳结构、深部过程与成矿作用背景

深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe;以下简称'专项')是目前中国实施的规模最大的地球科学研究计划之一,涉及从地表到深部的地质、地球物理和地球化学多学科多领域探测实验。专项自2008年实施以来,完成了全国4°×4°、华北和青藏高原1°×1°的大地电磁阵列观测,建立了全国地球化学基准网(单元大小为160km×160km,含78种元素);完成了青藏高原、华南—中央造山带、华北和东北等多条超长深地震反射与折射剖面联合探测、宽频带地震与大地电磁剖面观测,其中深地震反射剖面约6 160km,成功研究、实验了地壳与地幔深部探测的一系列技术方法,积累了丰富经验,极大地加快了中国深部探测的进度,使中国进入国际深部探测大国的行列。专项在中国东部长江中下游和南岭成矿带开展的矿集区立体探测卓有成效,矿集区三维'透明化'技术不断成熟与完善;揭示了中国东部长江中下游和南岭成矿带深部成矿的动力学背景。专项部署了罗布莎、金川、南岭、庐枞和铜陵矿集区和腾冲火山地热构造带等12口大陆科学钻探实验与异常验证钻孔,在西藏罗布莎等地发现一系列深部地幔物质,在南岭于都-赣县和安徽庐枞矿集区发现深部厚大矿体、矿化异常和重要矿化线索。专项开展了青藏高原东南缘和华北地区的地应力监测网建设,有效提高了地应力测量与监测技术水平,深化了地震与地质灾害链成因研究;岩石圈三维结构与地球动力学数值模拟的能力得到不断提高。专项开展的大陆地壳结构与演化综合研究,加深了对中国中生代以来一系列重要地质问题及其深部动力学机制的认识。专项成功研制的中国首台'地壳一号'万米超深科学钻探钻机,在深部探测仪器装备自主研发方面具有里程碑式意义;同时,成功研制了地面电磁探测(SEP)系统、固定翼无人机航磁探测系统、无缆自定位地震勘探系统、移动平台综合地球物理数据处理与集成系统等深部探测关键仪器装备与软硬件系统。专项实现了技术创新与重大科学发现的并举,适应中国地质地貌条件和岩石圈结构特征,初步形成了针对不同层次、不同尺度、不同精度深部探测问题的技术方法体系,建立了一系列探测试验基地,为组织实施中国地壳探测工程奠定了坚实基础。深部探测已经成为我国地学发展的一个重要趋势。

大巴山晚中生代陆内造山构造应力场

位于中上扬子板块北缘的大巴山造山带,平面上表现为一大尺度向南西显著突出的弧形带,无论在变形样式和形成时间上都明显与秦岭造山带不同。在大巴山构造格架划分和野外构造变形观测的基础上,通过构造解析,结合年代学研究成果,重建了大巴山晚中生代独特的构造应力场,指出大巴山属陆内造山,形成于J2末,并持续到K1末期。其构造应力场特征,以城口-房县断裂为界,大巴山逆冲推覆带与其前陆冲断褶皱带的特征显著不同。大巴山逆冲推覆带主要表现为NE-SW向构造挤压,而在大巴山弧形前陆带从西向东,由近E-W向挤压,转变为NE-SW向挤压,最后转变为近S-N向挤压,构成一向其外缘扩散的放射状构造应力场。总体上,大巴山造山带由推覆体向前陆,构造挤压作用由北东向南西方向扩散。这期构造挤压作用控制了大巴山造山带陆内变形,导致大巴山由北东向南西的显著缩短,同时受到其东西两侧基底隆起——神农架-黄陵地块与汉南地块的强烈阻挡,造就了现今的大巴山前陆弧型构造。其动力学背景可归因于晚中生代东亚板块多向汇聚。大巴山晚中生代陆内造山构造应力场的研究,对探讨秦岭造山带动力学特征具有科学意义,为研究川东北油气运聚规律提供了构造地质学依据。

大巴山侏罗纪叠加褶皱与侏罗纪前陆

大巴山是NWW_SEE走向的中央造山带中惟一的向南凸出大型弧型褶皱带,与秦岭—大别造山带的构造特征明显不协调。研究表明,大巴山弧型构造卷入了侏罗纪地层,因此不属于三叠纪中央造山带。秦岭、大别山和大巴山最新的证据证实侏罗纪曾经发生陆内俯冲作用,大巴山是侏罗纪陆内造山作用的产物。大巴山西侧为典型的叠加褶皱变形样式,三叠纪近东西向褶皱叠加上近南北向褶皱构成横跨型干涉变形图像。由此,确立了侏罗纪复合前陆的存在,证明中国东部甚至亚洲东部侏罗纪陆内造山的广泛性,晚侏罗世的“燕山运动”是波及亚洲中东部的重要构造事件。

庐江-枞阳矿集区深部结构与成矿

为探测长江中下游成矿带庐江-枞阳白垩纪火山岩盆地和铁、硫矿集区深部构造和地壳结构,探讨成矿深部控制条件,作者完成了穿越火山岩盆地的深反射地震剖面(记录30s)和罗河铁矿区浅层高分辨反射地震剖面,揭示了矿集区全地壳精细结构,同时开展区域构造测量和应力场反演研究,获得了新的认识。证实"耳状"的庐-枞火山岩盆地是一个沿北东向罗河断裂向东发育的非对称火山盆地,排除了另一半被断在西侧红层之下的判断;罗河断裂是一条切穿MOHO的深断裂,倾向南东,是引导地幔流体和岩浆上涌和喷发的通道;鉴别出多层界面,火山岩-侏罗系砂岩厚约4-5km(其中火山岩厚度约3km),三叠系-震旦系变形层底界深度大致18-20km,变质基底组成中下地壳,MOHO平缓向西北倾,深度33-31km;追踪郯-庐断裂带的深部产状,陡立延伸到MOHO,宽约10km。

我国深部探测技术与实验研究与国际同步

深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe,2008—2012)是我国历史上实施的规模最大的地球深部探测计划。专项成功实现了技术创新与重大科学发现的并举,完成了6000km深地震反射剖面,使我国进入国际深部探测大国的行列。专项建立了全国大地电磁参数网和地球化学基准网,实施的6口科学钻探获得重要发现,实现矿集区立体探测,关键地区地应力监测、岩石圈动力学模拟、大陆地壳结构与演化研究取得长足进展,探测仪器装备研制取得重要突破。专项被认为是我国由地质大国向地质强国转变的标志性重大地学计划,在世界地球科学领域具有很强的影响力,具有经济社会意义巨大创新价值,在大科学计划组织实施方面做了有益的探索,为实施"地壳探测工程"重大科技专项奠定了坚实基础。专项被两院院士评为"2011年度中国十大科技进展新闻"。"深部探测技术与实验研究专项与国际同步",获得中国地质科学院2012年度十大科技进展的特别进展。

地球深部探测国际发展与我国现状综述

探测人类居住的地球内部的结构和组成是地质学家和地球物理学家共同的奋斗目标。本文介绍了上世纪70年代以来世界主要国家的国际地球探测计划的主要内容,包括美国大陆反射地震探测计划(COCORP)、地球透镜计划(EarthScope),欧洲地球探测计划(EUROPROBE)、德国大陆反射地震计划(DEKORP)、英国反射地震计划(BIRPS)、意大利地壳探测计划(CROP)、瑞士地壳探测计划(NRP20),俄罗斯深部探测计划,加拿大岩石圈探测计划(LITHOPROBE),澳大利亚四维地球动力学计划(AGCRC)、澳大利亚玻璃地球计划(Glass-Earth)和澳大利亚地球探测计划(AuScope),简要概括了国际地球探测计划的成果,回顾了我国地球深部探测的历史与工作基础,简要论述了我国开展地壳探测计划的必要性,并介绍了近期启动的国家科学专项"深部探测技术与实验研究"的目标与"两网、两区、四带、多点"的工作部署,展望了我国地球深部探测发展的未来。

赣北庐山地区新元古代细碧-角斑岩系枕状熔岩的发现及其地质意义

江西庐山地区位于江南造山带的东段北侧,出露前震旦纪星子群和双桥群变质岩,最近在双桥山群地层中发现了一套枕状构造发育的细碧岩-角斑岩组合。通过对细碧岩-角斑岩组合和与其紧密共生的英安岩的元素地球化学研究发现该组合具有洋岛型玄武岩的特点,形成环境为陆壳基础上的弧后小洋盆;英安岩中SHRIMP锆石U-Pb测年得到表面年龄介于830～850Ma,其206Pb-238U加权平均年龄为(840±7)Ma。因此,皖南(歙县)缝合带有可能呈近东西向一直延伸到赣北的庐山地区,而江南造山带至少在830～850Ma期间仍未关闭;同时也证明双桥山群是中、下扬子地块"一盖多底"中基底的一部分。

大别造山带地壳速度结构与动力学

1994年完成的大别造山带深地震测深剖面（全长420km）穿越了华北地块，大别造山带和扬子地块三个构造单元．获得了垂向成层、横向分块的地壳纵、横波速度结构．结合地质、地球化学研究成果，大别山地壳可分为三层：上地壳是多重叠覆的构造岩石层，中地壳为韧性变形层，下地壳整体成分偏酸性．大别山地表及浅部的超高压变质岩石具有典型的薄皮构造特征．本文提出大别山不同期双向俯冲造山模式和超高压变质岩石的反向加楔退拔折返机制；大别山腹地至今仍保留6-8km厚的山根．

四川汶川Ms8.0地震地表破裂构造初步调查与发震背景分析

5月16-24日对川西汶川大地震震中区的发震断裂地带进行的实地考察和初步测量，获得了宝贵的地表变形和同震位移量数据资料，证实汶川地震属于逆冲断裂型地震，主破裂沿映秀-北川断裂带发育，前山地区沿灌县-安县断裂也有地表破裂，同震位移量在3-5m。汶川地震产生的地表破裂构造和运动性质显示明显分段特性，映秀-北川段以挤压逆冲为主，而北川以北段则伴有显著的右旋走滑分量。

大别山侏罗纪变形及其构造意义

大别山造山带作为三叠纪华北与扬子大陆碰撞成因并形成超高压变质岩石已经没有异议。然而,对侏罗纪的变形性质和大地构造背景的认识还未取得一致意见。通过前陆早侏罗世地层褶皱,前陆深部反射地震探测,造山带内 SE 角闪岩相线理变形以及160～120Ma 岩浆岩记录和同位素年代学研究等新的研究成果,证实中侏罗世大别山曾发生强烈的造山运动。这次造山运动相当于“燕山运动”,由于扬子与华北陆块在三叠纪已经拼合成一个大陆,所以侏罗纪变形属于陆内造山性质。将侏罗纪变形事件从大别山碰撞造山过程中分离出来可以合理地解释大别山超高压岩石第二次折返(从壳幔边界到地壳浅部)机理,150Ma 的混合岩化作用和广泛的130～120Ma 花岗岩-火山岩成因,以及大别山前陆 MOHO 错断等现象。