PBDB数据库在古地理重建中的重要应用进展

大数据时代的信息技术革命带来了科学研究的数字化变革,作为地球科学领域开展数字化科研重要里程碑的古生物数据库Paleobiology Database(PBDB),为古地理研究提供了重要的数据支撑。通过调研PBDB数据库平台内容及其在古地理重建中的应用实例,总结PBDB数据库目前在古地理重建中存在的问题,展望其未来的发展方向。结果表明:(1)古生物数据库包含大量的可溯源数据,是古生物领域研究的重要信息来源和成果交流平台,其中PBDB数据库具有可视化特点,能提供多种数据检索和下载方式,是古地理重建工作的首选古生物数据库;(2)PBDB数据库的分类学和采集记录数据,在约束古地理位置、修订古气候带划分方案、定量古高程古水深、校正古海岸线等古地理重建领域具有明显优势;(3)古生物数据库偏向于古生物研究领域,且古生物记录的历史可能存在偏差和不完整性,其在古地理重建中起辅助约束作用,而非绝对途径;(4)如何实现古生物数据库中数据的自动分类、筛选,如何精确约束古板块位置的相对经度,如何提升古气候、古高程、古水深等研究的精确性,是应用PBDB数据库进行古地理重建的重要发展方向。

鄂尔多斯盆地下古生界构造-沉积演化、古地理重建及有利成藏区带划分

鄂尔多斯盆地下古生界是重要的天然气勘探层位,相继发现了奥陶系顶部风化壳、古隆起周缘中组合和马家沟组盐下等多套含气层系,证明了盆地下古生界具有良好的勘探开发潜力,也揭示出深化古地理重建工作的急迫性。在分析鄂尔多斯盆地构造-沉积演化过程的基础上,对早古生代重点时期的古地理进行了重建,进而提出了成藏区带划分的新思路。研究表明,鄂尔多斯盆地经历了太古宙—元古宙裂陷沉积、寒武纪—奥陶纪沉积-剥蚀、石炭纪—三叠纪拗陷稳定沉积、侏罗纪—白垩纪挤压成藏和晚白垩纪—现今调整定型等5大阶段。盆地下古生界古地理格局经历了早-中寒武世的古陆消减、沉积增长、边缘裂陷阶段和早奥陶世的隆-坳相间阶段,并控制了优质成藏区带的分布。结合近期勘探研究进展,依据源-储组合和空间分布,划分出了基于主控因素的4类成藏区带:潮缘滩白云岩成藏区、奥陶系盐下台内丘滩成藏区、西部双滩带白云岩和页岩成藏区以及岩溶-滩相白云岩成藏区。不同区带显示出了不同的成藏条件和主控因素,需要选择针对性的勘探策略。

华北克拉通北缘凉城基性岩墙成因及古地理的重建意义

为揭示华北克拉通北缘凉城基性岩墙的形成时代、岩石成因、构造背景及对罗迪尼亚超大陆重建的意义,本研究借助激光烧蚀多接收器等离子质谱(LA-MC-ICP-MS)锆石U-Pb定年、Hf同位素及全岩地球化学研究手段,对凉城桃花沟岩墙开展了系统研究。研究结果显示,凉城桃花沟岩墙为新元古代早期(903±15 Ma)基性岩浆活动的产物,归属拉斑岩石系列,具有较高的TFeO(12.78%~16.30%)及TiO2(2.59%~3.31%)含量、较低的MgO(2.87%~3.83%)、Cr(32.7×10^(-6)~42.0×10^(-6))、Ni(11.6×10^(-6)~14.5×10^(-6))含量及Mg^(#)值(29~38),富集轻稀土元素(LREE)、Rb、Pb、Zr及Hf元素,亏损Ba、Sr、Nb、Ta、Ti及Eu(Eu/Eu*=0.74~0.83)元素。锆石原位εHf(t)范围为2.4~13.4,单阶段Hf模式年龄(tDM1)范围为1357~892 Ma。综合研究显示,凉城桃花沟岩墙形成于陆内裂谷构造背景,母岩浆来源于较深(~80 km)的软流圈地幔,并且源区有辉石岩组分参与;岩浆经历了橄榄石、单斜辉石、斜长石、铁钛氧化物及磷灰石的分离结晶并遭受了地壳混染作用的影响。地球化学数据表明华北克拉通新元古代早期基性岩浆作用记录了从陆内裂谷向大陆裂解的转换过程。地质及古地磁资料支持新元古代早期华北克拉通与劳伦古陆相邻,其是否与圣弗朗西斯科-刚果克拉通相邻需要更多古地磁证据来检验。

中亚造山带北山下—中二叠统物源分析及古地理意义

甘蒙北山地区位于中亚造山带中段南端,该区广泛出露的海相二叠系是中亚造山带最年轻的海相沉积之一,是解析古亚洲洋晚期演化的理想载体。然而,北山地区的物源学数据分布不均衡、缺少统计对比,直接限制了学界对古亚洲洋古地理结构的探讨。本文在贯穿北山地区中部至南部的8条剖面中获得了681个碎屑锆石U-Pb年龄和192个Hf同位素数据;在等时地层对比的基础上,统计计算了北山地区已发表的下—中二叠统碎屑锆石数据,重建了区域古地理面貌。早—中二叠世,红石山洋向南俯冲至旱山地块之下,形成了黑鹰山弧和弧后裂谷盆地。该盆地北侧的物源分别来自于旱山地块的前寒武纪基底(926~775 Ma)和奥陶纪—志留纪岩体(485~421 Ma),而南侧的物源主要来自于马鬃山隆起。马鬃山隆起是早古生代红柳河—洗肠井洋闭合的产物,主要由奥陶纪—泥盆纪岩体(470~367 Ma)组成,包括早古生代马鬃山岛弧和双鹰山地块的大部分地区。北山南部发育柳园裂谷盆地,盆地南北两侧的碎屑物质分别主要来自于石炭纪—二叠纪火山岩(322~270 Ma)和马鬃山隆起的早古生代岩体,这两种碎屑物质在盆地中心交汇。本文古地理重建结果表明:红石山洋可代表早—中二叠世古亚洲洋在北山地区的分支,弧后位置发育多个裂谷盆地。

活动古地理重建的实践与思考——以青藏特提斯为例

由于石油工业的推动,特提斯构造域一直作为活动古地理重建的重点研究地区,并取得大量研究成果,直接推动了全球古地理研究工作的深入。近年来对位于该构造域东部的青藏高原地区进行了活动古地理重建的研究工作实践,其主要思路是:在古地理重建数据库和古地理重建模拟系统开发的基础上,依据古地磁学运动轨迹研究古大陆位置,结合古构造和古生物对青藏高原喜马拉雅(印度北缘)、拉萨、东和西羌塘地体的古大陆位置进行复位;利用深部地球物理、地表地质断裂证据,借助生物古地理资料,对古大陆和盆地的边界、规模予以限制;利用变形缩短率、构造平衡剖面恢复技术等对原型盆地进行复原;在沉积和生物环境识别划分基础上,编绘基于古大陆重建的岩相和生物古地理图;进一步通过沉积学、沉积地球化学、古生物有关方法和技术,对古海洋海水参数特征、海洋气候参数进行分析研究,探讨古地理和古构造格局控制下的古海洋、古气候条件与盆地、储集岩和烃源岩的形成环境。通过活动古地理重建的研究趋势分析和青藏特提斯的实践认为,古地理重建是现代地质科学的集成,是一项复杂的系统工程。它的研究不仅具有从过去走向未来,从固定走向活动,从古大陆再造到古地理重建,从示意性的小比例尺到大比例尺,以及模拟技术、信息技术、全球定位技术(GPS)等特点;而且具有从单一沉积学要素到古环境、古气候、古海洋等多种要素,可以表现地质历史中各种地质作用及其结果(如古构造和地貌、岩浆和变质作用与各种岩体的剥露)的优势。我们相信,活动古地理重建研究将会成为未来我国沉积地质学重点研究领域之一。

深时源-汇系统古地理重建方法评述

源-汇系统根据侵蚀、搬运及沉积作用的显著程度可划分为物源区、过渡区和沉积区,根据研究的时间尺度可划分为现代系统、第四纪系统和深时系统。洋陆边缘源-汇系统根据地貌单元的空间配置可划分为"陡—短—深"、"宽—深"及"宽—浅"3种空间分布类型,这3种类型在沉积体积分布及沉积记录保存潜力上存在差异。完整的源-汇系统古地理重建包括沉积区古地理重建和物源区古地理重建。深时尺度下沉积区古地理重建方法随着岩相古地理、构造古地理、生物古地理及层序地层学的发展已趋完善,而物源区古地理重建则更具挑战性,尤其是在物源区遭受侵蚀而不复存在的情况下更具难度。在源-汇分析方法体系中,物源区古流域水系形态、面积范围、地貌地势等古地理要素可通过构造要素分析、碎屑矿物分析、沉积体积回填、地貌学参数比例关系、古水力学参数比例关系和河流沉积通量模型等方法获得。总之,深时源-汇系统古地理重建能够通过盆地沉积记录揭示出物源区古地理演化特征,为沉积盆地充填过程提供沉积供给的信息,对能源矿产勘探和深时古环境研究具有重要意义。

喜马拉雅运动:对川滇交界区古地理重建的制约和楚雄盆地的改造

简述了喜马拉雅运动三大变形幕的运动学特征并分析了其在楚雄地区的反映。在剥去喜马拉雅运动的改造 ,把攀西地堑系和滇中海槽复原到建造时的位置后 (楚雄盆地视作相对原地的 ) ,按“盆”、“山”耦合的思路重塑了古特提斯分支洋盆的演化及这些盆地的发育。川滇交界区尽管发生燕山运动 ,印支期建立起来的“盆”、“山”耦合关系直至喜马拉雅运动才脱耦。分析了脱耦的各种表现及第四纪内继承的新构造运动对盆地保存和油气成藏的不利因素。

嘉陵江古河曲发育的古地理环境重建

嘉陵江古河道的遥感影像轮廓反映了自由河曲的河流形态信息,分析嘉陵江古河曲的发育条件对其区域古地理环境的重建和恢复具有重要的地貌学研究意义。本文在综合前人关于自由河曲的理论与实际案例研究成果的基础上,总结了自由河曲的发育条件。据此,结合野外调查资料,认为嘉陵江古河曲形成时,该区应为平坦开阔的冲积平原,河流纵比降较比现在更小;河流两岸为具有"二元结构"的松散沉积物。与长江下荆江河段的地理环境类似。且"三水汇流"(嘉陵江与渠江、涪江)格局已经存在。嘉陵江由自由河曲转为深切河曲是由于区域地质环境(或地质事件)的改变所引起的。

构造古地理重建与动力地形

构造古地理是研究地质历史时期的构造过程和自然地理演化的科学。大数据时代的计算能力和效率的迅速提高及地球动力学模拟技术的发展,要求古地理研究应建立在全球板块构造背景下,重建"深时"、原位、原型的活动古地理。本文在综合分析国际、国内关于GPlates和CitcomS的地球动力学模拟软件平台的研究成果基础上,系统阐述了板块构造-古地理重建思路、内容和方法,残余地形(动力地形)的分离技术、动力地形与板块俯冲、深部地幔流动的动力成因关系;介绍了利用地表动力地形等古地理资料进行约束,揭示板块运动过程、地幔动力学过程研究思路、方法;提出了古地理重建和地球动力学研究中应遵循的"定时、定位、定向和定型"的原则。将全球板块构造-古地理模型(GPlates)与基于物理特性的地幔和岩石圈有限元模型(CitcomS)相结合,将动力地形与地幔活动过程研究相结合,对揭示4-D地球动力学具有重要理论意义。

全球三维古地理重建及其地质意义

地史时期全球古地理重建长期以来一直是地质学家们研究的兴趣所在,自A Wegener大陆漂移学说催生第一代古地理图至今,从古大陆再造到古地理重建,从固定论到活动论再到计算机三维可视化成图,从单一因素制图到多因素综合编图,古地理重建方法日渐成熟。提出"古地理系统"概念,即利用古地磁、古生物、岩相古地理、构造古地理以及地球化学等多种方法相辅相成定量研究来重建三维立体古地理格局;通过探讨全球尺度古海陆格局、古地貌地理、生物古地理、岩相古地理以及构造古地理等5个方面重建的方法技术,来阐述古地理系统重建的可能性,并重在定量重建古地理系统;全球古地理系统的建立,不仅对于石油、天然气、天然气水合物等矿产资源的预测、勘探以及开发具有十分重要的指导意义,而且对探讨超大陆、超大洋的形成机制也可提供重要科学依据。

扬子台地西缘早、中三叠世古地理重建

扬子台地西缘由于构造的逆冲推覆与平移走滑而受到严重破坏，因此，对其古地理重建就不能简单地依据现今露头岩相分布原封不动地来拟定古地理格架。为此，本文尝试采用“构造岩块分析法”，对这些位移了的岩块（断块）进行构造复位后，再编制早、中三叠世古地理复原图，重建其古地理演化格架。扬子台地西部边缘在早三叠世发育了进积的碳酸盐鲕粒浅滩，滩后为海湾或局限台地，滩前为碳酸盐缓坡；中三叠世时，边缘的南、北段有差异，北段滩前由缓坡（早世）演化成末端变陡的碳酸盐缓坡，而南段则发展成镶边陆架。

造山带古地理学——在盆地构造古地理重建中的若干思考

造山带古地理学在盆地构造古地理重建中若干思考的核心,是以活动论的构造观指导盆地分析。本文强调以发展的、动态演化的思路来研究盆地。现存的一个盆地,可能只是地史期间大盆地的残余(或残留)部分;或是原来彼此分开和独立的几个盆地内的沉积记录组成的沉积物拼盘。一个盆地内现存的次级构造单元可能由年轻的造山运动形成;另一种可能性则是原来的次级单元已被后来的构造-热事件模糊或遮蔽了。在盆地的建造过程中,隆起(包括次级隆起)的时起时伏十分常见;相应地,盆地间的时分时合也十分常见。在泛大陆旋回与大盆地发育间有着内在联系,即大盆地发育受邻侧的洋盆演化和造山过程制约,故“盆”“山”间的耦合分析是正确认识盆地动态演化的钥匙。体现在构造古地理重建中,造山带古地理学倡导原地的古地理重建与非原地的古地理重建相结合且以后者为主。非原地的古地理重建可通过定量的(如基于古地磁资料的重建)和定性的两条途径实现。文章讨论了定性重建中的5个要点1)时间上,要结合“反序”的研究,2)空间上,要结合“反转构造”的研究,3)强调构造复位在古地理重建中的意义,4)盆地建造阶段中的改造事件所起的承前启后作用,5)盆地动力学与造山动力学的结合研究。

中国奥陶纪古地理重建及其沉积环境与生物相特征

奥陶纪是我国地史上最大的海侵时期。奥陶纪地层在我国分布广泛、化石丰富,岩相、生物相分异明显。不同地区岩相、生物相特征既受一定构造运动、古地理位置制约,又是说明和再造当时构造运动和古地理环境的主要依据之一。本文试用活动论的观点探讨中国奥陶纪古地理格局及其沉积环境与生物相特征,以便阐明它们之间的相互关系。

造山带古地理学——重建区域构造古地理的若干思考

以活动论构造观为指导,尽可能客观地复原地史期间海陆面貌和盆山格局的关键是在给定时间约束之后,于研究区现存的地质记录中发现业已消失了的和后期才出现的构造古地理单元。文章基于大量实例论述了可能导致构造古地理单元消失和后期出现的各种情况,如大陆地块的解体、沉没、俯冲、剥蚀、冲断—推(滑)覆作用、走滑作用、碎裂和被卷入年轻造山带等,特别提出东亚大陆边缘地区自侏罗纪末开始的移置地体拼贴增生是该区的一大特点。构造古地理单元消失和后期出现的发生大都与巨型断裂带(尤其是作为构造边界的巨型断裂带)发育有关。陆内阶段的断裂带活动对盆山格局的变化、盆地发育、沉积演化及其关键地质事件有明显的控制作用,还应注意断裂带解体阶段出现的新生构造对古地理重建的制约。简言之,造山带古地理学的发展是推动构造古地理学前进的关键之一,在恢复古特提斯多岛洋的构造古地理面貌、重建全球古大陆演化尤其是造山带和经受造山运动改造地区的古大陆演化,有着积极的不可或缺的作用。

四川盆地东部地区早侏罗世湖泊古水深恢复

[目的]川东地区下侏罗统湖泊—三角洲沉积具有较大的勘探潜力,但基础地质研究的滞后制约了勘探进程,古水深恢复对川东地区下侏罗统岩相古地理恢复及页岩油气勘探具有重要指导意义。[方法]根据岩石类型、沉积构造和古生物化石分布特征,结合Fe/Mn比值、(Al+Fe)(/Ca+Mg)比值及干酪根类型对川东地区自流井组和凉高山组古水深变化趋势进行分析,并采用La-Co法、TOC法及Th/U比值法对早侏罗世古水深进行定量恢复。[结果与结论]沉积构造及古生物分布特征表明早侏罗世川东地区中部长期处于湖盆低洼位置,Fe/Mn比值和(Al+Fe)(/Ca+Mg)比值的变化趋势反映研究区东北部和南部为近岸浅水区。La-Co法、TOC法及Th/U比值法古水深恢复结果存在一定差异,La-Co法恢复的古水深与沉积相存在较大矛盾,Th/U比值法对浅湖沉积区古水深恢复较为可靠、但在滨湖及半深湖沉积区可靠度较低,而基于TOC法的古水深恢复结果最为可靠、与沉积相吻合度最高。早侏罗世川东地区湖泊浪基面约15 m,TOC法古水深恢复结果表明川东地区下侏罗统半深湖广泛发育,早侏罗世湖泊最大水深约60 m,广安—万州一带广泛发育半深湖—深湖沉积,有利于有机质的富集和保存,是页岩油气勘探的有利位置。

造山带古地理重建的研究方法综述

本文系统地评述造山带古地理重建的方法，该方法包括古地磁学、沉积学、古生物地理学、构造地质学和地球化学等方法。文中强调了板块构造与古地理重建的重要性。古地磁数据是精确地进行古地理重建的关键。各种方法应当综合分析，同时也指出了各种单一方法的局限性和简介了古地理重建的某些进展。

古生代中国中西部三大陆块古地理位置重建与演变

针对古生代中国中西部华北、华南和塔里木三大陆块在全球洋—陆格局中的古地理位置还存在的争议问题,本论文以国际最新的古地理位置重建研究方法和思路,在对中国三大陆块盆地(鄂尔多斯、四川和塔里木盆地)古生界钻井岩心的古地磁实测研究、全球古生代古地磁数据收集与有效性筛选处理、全球主要地质事件约束等多参数融合分析的基础上,采用最新的GPlates板块重建方法,对中国华北、华南和塔里木三大陆块在全球洋—陆格局中的古地理位置进行了重建和定位。研究结果表明:古生代三大陆块主要在全球±30°之间的南北中低纬度之间迁移;三大陆块在古生代至少发生了3次不同的顺时针旋转和方位角转换;三大陆块运移速率至少经历了3次以上不同高、低速度间的转换与变化过程;响应于古生代全球洋—陆形成与演化,中国三大陆块古构造格局总体上经历了洋盆扩张下的“多岛洋”离散、俯冲碰撞下的离散—汇聚并存、俯冲消减下的差异汇聚隆升、新旧洋盆转换下的差异汇聚—离散、拼合与地幔柱控制下的差异汇聚—离散内部拉张的差异性演变过程。古生代中国三大陆块在全球洋—陆格局中的位置与差异性演变,奠定了中国三大陆块古生代不同性质盆地的形成与演化、不同层系油气烃源、储集原始物质差异性发育的基础。

大数据驱动下的数字古地理重建：现状与展望

古地理学是一门强数据依赖性学科,古地理重建作为古地理学的核心任务之一,着眼于研究地质历史时期地球表面的地理、生物、气候面貌及其演化规律。随着大数据时代的来临,海量古地理数据的不断积累和计算机技术的高速发展使得标准化、智能化的数字古地理重建成为可能。文章通过介绍国内外与古地理相关的代表数据库及团队,总结其优缺点,提出大数据驱动下的数字古地理重建核心思路:(1)建立标准化的古地理学知识体系;(2)建立开放互动、动态更新的古地理数据库,并利用机器阅读技术等拓展数据来源;(3)建立标准化的古地理学数据质量控制体系;(4)利用机器学习技术建立各类型古地理重建模型,深度挖掘数据;(5)以可实时更新的智能数字地图集或多维动画形式输出成果。