克拉通演化的超大陆背景与克拉通盆地的成因机制

研究表明克拉通的形成与超大陆的汇聚和裂解有着重要关系。本文对近年来超大陆重建的研究进行了分析对比,对克拉通发展与超大陆事件的关系做出了总结。前人对超大陆的研究表明,其形成与地幔动力有直接联系,地幔柱重组的旋回导致了超大陆的旋回。Phillips and Bunge(2007)在前人三维球体地幔对流模型的基础上加入大陆进行了模拟实验,结果显示周期性的超大陆旋回只发生在理想模型中,而Senshu et al.(2009)对代表陆壳的英云闪长岩一奥长花岗岩—花岗岩(TTG)地壳进行了研究,提出随着俯冲的TTG地壳产热速率的下降,超大陆旋回的周期随之变长;更有许多学者指出,历史上哥伦比亚超大陆存在时间明显较长,因此超大陆的旋回并不具有周期性。对近年来不同学者提出的哥伦比亚、罗迪尼亚、冈瓦纳、潘基亚4个超大陆新的重建证据进行分析,大致确定出上述4个超大陆的形成时间、格局及演化过程。此外,对华北、东欧、西伯利亚、亚马孙、刚果、西非6个克拉通各自的演化进行分析,也显示出克拉通演化与超大陆汇聚及裂解在时间与空间上有对应关系。通过分析得出克拉通演化与超大陆旋回有关,且确定出克拉通演化的4个超大陆旋回。本文最后讨论了克拉通盆地的成因机制以及3种端元类型,并将盆地的发育与超大陆演化的巨旋回相联系。

超大陆裂解的主要驱动力——地幔柱或深俯冲?

晚太古代以来全球的主要大陆经历了多次聚合形成超大陆、随后裂解成多个大陆/陆块,构成了地球历史最大时-空尺度的"超大陆旋回"周期性变化。超大陆聚合主要是通过全球性板块汇聚和造山运动而形成已成为共识,但导致超大陆裂解的动力机制则是学术界广泛关注和争论的重要科学问题,目前主要存在地幔柱上升(Bottom-up)和板块深俯冲(Top-down)两个主要学派。本文回顾了这两种学派的主要地质观察证据、地球动力学数值模拟结果和模型预测,结合类地行星早期大规模岩脉分布特征和地球变质作用特征随时间的演化,探讨了Bottom-up和Top-down之间的内在关系,以及今后的进一步研究方向。

全球原型盆地演化与油气分布

在全球古板块重建基础上,对全球4091个地质单元不同地质历史时期的大地构造特征和原型盆地性质进行厘定,并以468个重点盆地为关键标定,恢复了全球前寒武纪、寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪、早白垩世、晚白垩世、古近纪和新近纪13个地质时期的原型盆地类型及其古、今位置分布,探讨了全球原型盆地演化规律及其与烃源岩发育和油气富集的关系。全球原型盆地的形成与板块构造演化密切相关:(1)罗迪尼亚超大陆裂解、分离阶段,主要形成克拉通盆地和被动陆缘盆地;(2)冈瓦纳大陆漂移与潘基亚超大陆的形成控制古生代被动陆缘盆地、弧后盆地和前陆盆地的共同发育;(3)潘基亚超大陆的裂解主要控制了裂谷盆地和被动陆缘盆地的发育。全球烃源岩发育与大陆裂解、海平面上升和海侵广泛有关,主要发育于拉张环境下形成的被动陆缘盆地和裂谷盆地,以侏罗纪和白垩纪最为发育。针对多期叠加型盆地,通过分别恢复不同期次的盆地原型,预测其生-储-盖组合分布与油气富集有利区,对中国石油公司开展海外战略选区和油气勘探具有重要的指导意义。

欧-亚-非大陆季风:超级大陆与超级季风的雏形

欧洲-亚洲-非洲大陆聚集在一起,占地球陆地面积的一半以上(约56%),整体上可以近似看作是超级大陆的"雏形";相应地,广泛分布的亚洲-非洲季风-干旱气候系统也可以近似为超级季风-干旱系统的"雏形"。对这一巨大气候体系的研究不仅本身有十分重要的理论和实际意义,同时也能够为研究潘基亚超级大陆-超级季风系统及其演化提供现代或第四纪的"相似型"。晚更新世-全新世地质记录和气候模拟结果表明亚洲-非洲夏季风气候变化主要响应北半球夏季太阳辐射变化;南北半球季风变化在岁差尺度上的相位关系近于相反;西风环流影响下的中亚干旱-半干旱区气候变化在岁差尺度上与亚洲季风也接近同相位变化;亚洲-非洲季风-干旱气候系统的这些变化在岁差尺度上领先于全球冰量的变化。总体上,似乎可以提出这样一种假说:受到地球轨道偏心率幅度调谐的太阳辐射在岁差尺度的周期波动可能是季风-干旱气候在轨道尺度上的主导"韵律",包括潘基亚超级大陆季风气候在轨道尺度上的变化。第四纪欧洲-亚洲-非洲"超级大陆"及其季风-干旱系统本质上与潘基亚超级大陆的季风-干旱系统有着一定程度的相似性,因此研究前者是理解后者(所谓将今论古)的重要途径之一,对解译深时"碎片"化的地质记录有实际意义。