地球系统多圈层构造观的基本内涵

地球系统多圈层构造观的基本点是,把地球作为一个活的天体放在宇宙系统之中,更多地考虑地球深部壳-幔-核之间的相互作用,考虑地外天体对地球运动的作用和影响。这一构造观认为:构造运动并不仅仅是岩石圈板块之间的相互作用,而是地球系统的全球动力作用过程;陆与洋是对立统一相互转化的,单纯的大陆增生说是不正确的;地幔对流说至今未被证实,陆块是活动的,但不能大规模漂移;大陆地壳不是单纯地侧向或垂向增生,而是多旋回构造-岩浆作用叠合的产物;地球的构造不是均变式向前发展,而是非均变、非线性、旋回式向前演化的;地球表层在不同地史阶段,均有其受相应深断裂体系控制的不同的构造格局,大西洋—印度洋—太平洋式大洋盆体制,只是在中生代晚期以来才出现的。

从地槽—地台说、板块构造说到地球系统多圈层构造观

从19世纪中叶开始,大地构造理论经历了从地槽—地台说到板块构造说的发展过程。目前,板块构造说虽然仍在盛行,但一个新的大地构造理论——地球系统多圈层构造观(简称多圈层构造观)已在形成中。地槽—地台说,19世纪中叶提出,盛行于20世纪上半叶,是地质学家从理论上研究地壳构造及其演化的开始。地槽—地台说使用的方法是传统的地质学方法;研究领域是大陆地壳,褶皱带(造山带)和克拉通是其研究的核心内容。地槽—地台说大大推动了地质科学的发展,并为地球科学的进一步发展,奠定了良好的基础。板块构造说,起始于20世纪60年代。板块构造使用的方法,除地质学外,加上了地球物理学和地球化学等现代科学和技术手段;研究领域是全球大陆和海洋的岩石圈。板块构造说使大地构造学的研究范围从地球表层扩展到地球内部,从大陆扩展到海洋,极大地推动了地球科学向更高的层次发展。目前,板块构造说虽然仍在盛行,但是不足和缺陷已日益显露出来。地球系统多圈层构造观,孕育于20世纪80年代晚期,目前正在发展中。地球系统多圈层构造观使用的方法更现代化,包括地质学、地球物理学、地球化学以及一切探测地球深部和外层空间的方法、手段;研究领域,已不仅仅是地球表层的地壳或岩石圈,而是地球整体,地球各圈层的相互作用。我们相信,21世纪必将是地球系统多圈层构造观不断发展、不断完善的时代。中国及邻区中、新生代构造演化是全球研究多圈层构造的最理想的切入点之一。我们期待中国地学工作者在新一轮大地构造理论创新中发挥应有的作用。

地球中的流体和穿越层圈构造

地球中的流体是当前科学研究的重点。从地球科学的角度来说,流体应包括气体、液体(水和石油)、熔体和地球中受应力作用而移动的物体。在半经为6378 km的固体地球中可分为7个层圈。目前对地球内部流体的了解很少,为探索流体在各层圈中的成分,物理化学性质和分布,以现阶段对地球层圈和流体研究程度来看,其重点应放在地球中穿越层圈的构造部分和地壳。地球中穿越层圈的构造主要有三个:板块构造的俯冲带是由上到下的穿越层圈构造,向下俯冲的大洋岩石圈可以抵达地幔过渡带;大洋中脊的扩张引起的由下而上的穿越层圈构造,使岩石圈和地幔的熔流体从下向上运移;地幔柱引起的由下而上的穿越层圈构造,使地幔的熔流体从下向上迁移。通过对三个穿越层圈构造和地壳中流体的研究,可以得出地壳、岩石圈、上地幔、过渡带、下地幔和核幔边界层流体的种类和成分、流动和演化。这是至今为至能鉴定到地球中深部流体的方法。这四个方面的研究是当前地球中流体科学研究的重点,并对开展深部找矿有实际意义。

试论穿越层圈构造——三论板块俯冲与地幔热柱的相互制约

自提出板块超深俯冲和超地幔柱的新全球新构造模型,与传统板块构造提出的地幔对流观念大相径庭。这一研究地球动力学的新思路,体现了地球内部物质的重新分异、调整、运移与能量的交换,对全球深部过程和大陆构造的成山、成盆、成岩、成矿、成藏和成灾等极其复杂的地质现象,将起到迎刃而解的作用。研究俯冲带和地幔柱的活动轨迹,不仅是提供了穿越层圈的物质和能量交换的通道,也是驱动了对地球宜居性至关重要的水循环和碳循环,是研究地球深部物质组成和动力学演化的重要窗口,对当今新时代实施地质"攻深找盲"的深部找矿方针和区域预测远景成矿提供坚实的理论基础。亦是华北克拉通中、新生代岩石圈减薄与破坏的主要控制因素。诚然,核幔边界(即D″层)既是高速深俯冲异常板片的"墓地",又是低速异常体(超地幔柱)的发源地,这一新论点揭示了板块下的地幔运动是研究岩石圈板块运动之根本。研究板块下的构造必将从岩石圈动力学拓展到地幔动力学,无疑对发展板块构造理论、区域成矿学、流变学、大陆构造学和高温高压试验等新型地球科学将赋予新的内涵。

川东北宣汉-达县地区断裂系统及构造演化

断裂构造及相关褶皱是川东北宣汉—达县地区最重要和最典型的构造特征,对油气的早期运聚成藏和晚期调整改造均具有决定性意义。通过对约500 km2三维地震资料的精细解释,构建了宣汉—达县地区3套断裂系统,即志留系底部断裂系统、中构造层断裂系统和上构造层断裂系统,尤其后两者在本区意义重大。志留系底部断裂系统比较杂乱,可能与印支期构造运动有关;中构造层断裂系统发育强、规模大、继承性好,形成了该区主要目的层构造圈闭,该北东向断裂系统定型于燕山晚期并控制原生油藏的形成与保存;上构造层断裂系统形成于喜山早、晚2期,主体呈北西向并垂直叠加和改造中构造层断裂系统,对普光、毛坝场等地区的次生油气藏的形成、保存及后期改造具有重要作用。

大陆构造、大洋构造和地球构造研究构想

大陆动力学和大洋动力学是当前固体地球科学的前沿领域 ,反映处于中期阶段的板块理论正向更加深入、全面、完善的方向发展 ,并走向统一的地球构造学的趋势。中、新生代造山带构造 ,全球高原构造的比较 ,周边洋底构造对欧亚大陆的动力作用 ,应是大陆动力学中优先研究的问题。对全球洋底构造的继续探测 ,用地震各向异性研究地幔的流动或变形 ,布设海底宽频带地震台阵探测地幔细结构 ,将会提供更多的地球内部过程信息。“地球大系统科学”概念的提出 ,将能推进固、液、气三态地球多球层相互作用的研究 ,例如固体地球微动态、固液气三态球层运动的可比较性、不同球层分区性的比较等 ,都是需要深入探讨的问题 。

东海盆地西湖凹陷平北区断陷层断裂特征及其对圈闭的控制

以基底古隆精细刻画为基础,分析东海陆架盆地西湖凹陷平北区断陷层系断裂发育特征,并探讨断裂对圈闭发育的控制作用,以指导区内构造圈闭搜索与评价。根据古隆起和骨干断裂展布特征,将平北区划分为北部同向多阶断阶区、中部反向多阶断阶区和南部同向单断断阶区等3个次级区带。综合区域应力背景和火山活动期次,厘定出平北区断陷期早、晚两期断裂系统。早期断裂以NE走向为主,控制古隆起发育。晚期断裂数量多、分布广,以NNE走向为主。在南强北弱的区域伸展背景下,断陷晚期断裂发育受早期断裂及古隆起影响,局部应力场发生扭动调整,在平湖组沉积时期表现为南部强伸展、中部张扭和北部弱伸展夹扭动3种不同应力场。在此基础上,明确了张扭性断裂组合及古隆起边缘受断层影响的牵引背斜是决定有利圈闭发育的主要因素,最终提出通过平北区古隆起周边断裂精细梳理是圈闭搜索与评价的重要方向。

研究构造层的现状与问题

对15年前提出的、在乌克兰对构造层进行综合地球物理-地球化学研究的计划执行情况进行了总结.该计划研究了地幔和地壳结合体的结构及其演化.肯定了构造层是多层结构.其变形性质及构造面都随深度而变化.软流圈在构造起源中起明显的作用.发现了构造层是一个层次性有序自组织非均匀系统,该系统趋向于重力均衡及能量极小。

中国大地构造研究之思考——中国地质学家的责任与担当

19世纪中叶到20世纪中叶盛行的地槽-地台学说,起源于西方学者对大西洋半球的欧洲和北美东部地质的研究。20世纪中叶提出的板块构造学说,虽然起源于对现代海洋的地质、地球物理调查,但用板块学说解释大陆构造的尝试,也是从解剖北美和欧洲大西洋两岸的古生代造山带开始的。二者均缺少太平洋半球的亚洲,特别是中国及邻区的资料基础,因此,其立论基础是不全面的。这就给亚洲,特别是给中国学者提供了很大的发展空间。通过1∶500万国际亚洲地质图的编制和全球构造的对比研究,笔者发现,处于亚洲核心地带的中国及邻区不仅是亚洲也是全球显生宙地质结构和发展历史最复杂的地区。古亚洲洋构造域的乌拉尔—蒙古—兴安巨型造山带是全球规模最大、发育历史最长、地质结构最复杂的古生代造山带;中国西南部,特别是青藏高原是全球特提斯巨型造山带出露宽度最大、地质纪录保存最完整的地段;中国东部的太平洋构造域,既有亚洲东缘的巨型中生代造山带和新生代的沟弧盆体系,又有宽阔的滨太平洋陆缘活化带。这就使中国及邻区成为研究全球显生宙构造不可缺少的重要地段。我们一定要抓住中国在全球构造研究中的区位优势,以地球系统多层圈构造观为指导,用地质、地球物理、地球化学多学科结合的方法,立足实际,抓住特色,构建中国大地构造的新理论、新模型,为国际地球科学,为发展、完善现代大地构造学理论做出应有的贡献!

中朝板块旋回层序、事件和形成演化的探索

通过 10余年来对中朝板块旋回层序、事件及构造演化的调查研究和综合分析 ,笔者编制了中朝板块旋回层序、事件和形成演化综合图 ,深刻地认识到地质科学是复杂性的科学体系。复杂系统研究要求重组现有的科学划分 ,实现跨越岩石矿物学、古生物学、层序地层学、地质地球化学、磁性地层学、古地理学、古构造学、天文学、海洋学及矿床学等不同学科的协同 ,从而促进学科的交叉和融合 ,以求学科体系理论和方法论的深刻变革 ,以推动地质科学的发展。这就是笔者提出以宇地系统观来综合研究地球、层序、事件和演化的基本思路。依据宇地系统作用原理 ,研究了中朝板块从元古宙至中新生代的旋回层序、事件和演化历史。从 180 0Ma至第四纪共划分出 2 0个超旋回或巨旋回周期和百余个奥尔特周期 ;还研究了海泛事件、隆升间断事件、跷跷板运动事件、臼齿碳酸盐事件、热事件、反极性事件、岩溶事件、火山喷发事件、风暴事件、物源区类型及古构造演化等一系列重大事件。应用宇地系统周期等时原理对中朝板块拗拉谷、鲕滩台地建造、前陆盆地演化和陆相裂谷盆地 ,按长偏心率周期进行了古地理演化的精细研究 ,再现了中朝板块构造、古地理和地层格架的演变 ,并对具全球性意义的大气圈、水圈、生物圈。

同沉积构造对油气成藏的作用——以济阳坳陷为例

从构造、沉积、成藏相互关系分析的角度,系统论述了济阳坳陷同沉积构造对沉积和油气成藏的控制作用,揭示了同沉积构造有利于油气生成、运移、聚集、保存的基本条件。分析认为,在大中型油气藏相继被发现之后,当前济阳坳陷应该充分运用层序地层学理论、含油气系统理论及成藏动力学理论,研究同沉积构造的发育演化过程对沉积过程、圈闭形成过程以及成藏过程的控制作用和空匹配关系,以提高勘探效果。同沉积构造的研究日趋由定性向定时和定量方面发展,不但更加重视动力机制研究,也开始逐步完善定量化过程模拟。

现代地学系统思维:从地学哲学的理论创新来看

现代地学系统思维模式是以系统思维的背景对待、研究地球和地球科学的研究模式,是当代科学家以系统思维的方法认识、理解和把握地球客体本质和规律,并形成系统地球科学理论的基本思维模式[1].它的出现标志着地球科学在更加广泛的领域与其它现代科学技术,以及与社会科学和哲学的广泛结合,也是当代人们了解和研究地球客体的重要的思维背景.从理论创新的角度看,现代地学系统思维在当代地学哲学的角度提出了新的问题.

济阳坳陷同沉积构造控藏作用探讨

文章从构造、沉积、成藏相互关系的角度,系统论述了济阳坳陷同沉积构造对沉积和油气成藏的控制作用,揭示了同沉积构造有利于油气生成、运移、聚集、保存的基本条件。分析认为,在大中型油气藏相继被发现之后,当前济阳坳陷应该充分运用层序地层学理论、含油气系统理论及成藏动力学理论,研究同沉积构造的发育演化过程对沉积过程、圈闭形成过程以及成藏过程的控制作用和时空匹配关系,以提高勘探效果。同沉积构造的研究日趋由定性向定时和定量方面发展,不但更加重视动力机制研究,也开始逐步完善定量化过程模拟。

通南巴构造带嘉二段油气勘探目标选择及开发意义

在前人近30年的勘探和科研成果的基础上,依托河坝1井油气跟踪研究项目的阶段成果,系统研究了岩性岩相、含气组合、储层类型,圈闭气区等资料,结合物探圈闭的异常分布范围及钻井油气显示、测试成果最终认定,嘉二气层是一个层状砂屑滩型气藏。将圈闭面积、有效储层厚度、埋深三项资料进行评估,表明河坝场、新场坝、母家梁、黑池梁、南阳场等5个圈闭高点,均可将嘉二作为勘探目的层。预测飞仙关组鲕粒滩储层,长兴组生物礁储层等可持续勘探10年以上。整个构造具备大中型气田的含气勘探面积、横向稳定的产层厚度、中小型气田的储量和产量,钻探深度约4500m。通南巴构造带河坝场高点,是近期深层油气勘探最有利的选择目标,展示了勘探开发嘉二段砂屑滩型气藏的良好前景。

地球物理资料地质解释的最新研究方向

地球物理勘探包括野外资料采集、资料处理及资料解释三大环节。本文提出资料地质解释的一种最新研究方向——地震地层学、地震韵律学和构造-层序解释以及研究目的、任务和研究对象；着重阐述了构造-层序解释的建立、研究对象、解释原理及综合地球物理解释方法。提出了构造-层序解释基础上的综合研究发展方向。对寻找各种大小和不同成因的非背斜油储，进行油气预测具有显著优势。

地球宜居性的深部驱动机制

除与太阳之间的距离和行星的大小有关外,地球之所以宜居的一个重要因素是其拥有动力十足的地球内部.与地球宜居性是地球表生作用结果的传统认识不同,本文认为地球深部驱动着对宜居环境至关重要的外部层圈,并提出地球内外层圈间的联动机制是地球系统科学研究的突破口.在调研和评述的基础上,本文建议未来研究需要关注早期地球、地磁场、深地挥发分循环、超级火山、深地新化学反应和地质空调器等方向,围绕地球宜居性的深部驱动机制这一主题,开展地球固体层圈与流体层圈的整合研究,助力我国地球科学研究从单一学科研究向多学科交叉融合研究的转变,推动我国固体地球科学从跟踪前沿向开拓前沿的跨越式发展.

核-幔物质晶体化学、矿物学及矿床学初探

大量的高温、高压实验表明随着温度和压力的增加 ,地幔氧化物及硅酸盐的晶体结构会发生与其温度和压力相适应的多型转变 ,并导致元素金属性的增加 ,即氧离子半径的缩小以及硅和其他阳离子半径的增大。来自地核部分物质的晶体化学及晶体物理目前还很少涉及 ,根据其物质组成 ,可能具有金属及金属互化物的性质 ,即原子呈等大球最紧密堆积 ,具有高熔点、难溶性等特征。在地球形成时作为地核物质是最先凝聚的 ,并由于重力分异沉入地核 ,上升至浅部时不与其他元素化合 ,保持了零价状态 ;等大球最紧密堆积使其在地球各层圈中晶体结构保持恒定。地幔热柱使核、幔物质上升至地球浅部成为可能 ,并形成矿物及矿床。以西藏罗布莎铬铁矿床为例 ,已经发现了多达 5 0种的铂族元素矿物、铁族元素矿物及其金属互化物 ,包括成分复杂多变的Os Ir ,Os Ir Ru ,Pt Fe ,Ir Fe Ni,Fe Ni Cr及Fe Co等矿物 ,它们还与来自核幔边界的Si,Fe ,FexSiy,FeO和SiO2 矿物共生 ,其中铂属矿物及其金属互化物矿物应视为来自E层的地核矿物 ;探讨了该区矿物与陨石矿物在共生组合方面的相似性 。

现代油气勘探的理论体系及其应用综述

现代油气勘探理论的形成经历了本能的感觉、直观的认识、理性的思维三个重要发展阶段，它形成的重要标志就是“立足盆地找油”观念的提出。现代油气勘探的理论体系包括４个方面：（１）以板块构造学说为基础的盆地评价理论；（２）以有机地球化学为基础烃源岩评价理论；（３）以油气系统为基础的区带及圈闭评价理论；（４）以层序地层学为基础的勘探综合评价理论。在不同油气勘探阶段，必须以不同的油气勘探理论为指导，才能达到快速、经济、高效地发现和探明油气田的目的。同时，必须针对中国具体地质实际，提出富有创新性的勘探理论，这是中国油气勘探工作摆脱困境必须首先解决的重要问题。

气候—构造—剥蚀相互作用研究进展与展望

气候—构造—剥蚀相互作用是地表层圈相互作用过程的重要方面,近年来相关的研究已逐渐成为地球科学界的热点。主要从数理分析、数值模拟和野外实证3个方面对近30年来气候—构造—剥蚀相互作用的研究进行了回顾和总结,认为以往因果效应的研究思路在一定程度上限制了地表层圈相互作用研究的发展,造山带更适合作为一个在内、外动力能量驱动下不断演化的开放系统来进行研究。总是趋向于平衡状态演化的造山系统会响应内、外动力条件的变化,同时也会反作用于内、外动力因素,但内、外动力因素之间保持相对独立。造山演化的系统观跳出了以往因果效应的思维局限,从而可以很好地解决气候—构造—剥蚀相互作用研究中存在的争议问题。

半世勤劳传嘉风一腔热血岂徒流——缅怀中国地震局地质研究所研究员高庆华

正"人,最宝贵的是生命,生命对于每个人只有一次。这仅有的一次生命应该怎样度过呢?每当回首往事的时候,不会因为虚度年华而悔恨,也不因碌碌无为而羞愧。"——保尔.柯察金《钢铁是怎样炼成的》如果时间可以倒流。