西北大学大陆动力学国家重点实验室

1 发展历史 西北大学大陆动力学国家重点实验室在地质学系原实验室的基础上于1992年成立，1995年获准批准为陕西省重点实验室，

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。

西北大学地质学系一流学科建设暨十三五科研成果总结——献礼西北大学百廿华诞

西北大学地质学科创建于抗战时期。学科创立之初,全体师生即以保家卫国、民族振兴为目标,始终将自己的发展与国家的命运需求紧密联系在一起。为了服务国家能源需求和经济发展,1949年西北大学地质学系创办了新中国的第一个石油地质专业,培养了新中国第一批石油地质专业人才。据统计,在二十世纪八十年代全国14个大油田中,曾有13个油田的局长、总地质师或总工程师均毕业于西北大学地质学系。西北大学地质学系因此被誉为"中华石油英才之母"和"中国石油战线的黄埔军校"。

学科交叉与融合对大学教学实践的新要求——以“构造地质学”课程教学为例

拓宽学生的知识视野、提高学生对课程知识的兴趣并激发学生的发散性思维是大学教学的重要目的之一。在当前新兴学科和新知识点不断涌现的背景下,学科交叉与融合对大学教学提出了新的要求。以“构造地质学”课程为例,以实例分析该课程的教学内容与旅游地质、生命起源、碳循环和大气成分演变、地球系统科学、行星地质学等新兴学科的密切联系,这种联系要求在大学教学过程中加强课程与新兴学科的交叉和融合,可以通过多种途径实现不同学科的交叉与融合。学科交叉与融合不仅可以拓宽学生的知识视野,而且有助于提高学生学习大学课程的兴趣,激发学生的创造性思维,从而提升教学效果,更好地服务于培养创新型和复合型人才的教学目标。

大陆地质与大陆构造和大陆动力学

当代地球科学发展的新需求与板块构造对大陆地质的深化研究,使大陆问题成为21世纪地学发展的前沿研究领域、热点和关键。文中在提出"大陆动力学"研究20多年后的今天,进行关于大陆研究的新思考,从讨论厘定大陆研究的有关争议概念、大陆的基本问题、中国大陆构造的典型实例以及与世界同类范例的简要对比出发,综合概括了大陆地质与大陆构造和大陆动力学研究的关键科学问题与进一步探索研究的思考课题。提出了在大陆研究中,在进一步精确深化板块构造对大陆的研究的同时,应突出加强大陆构造中有无非板块构造动力及其远程效应的大陆内的、在深部动力学与陆块间差异非均衡背景下由陆内陆块间相互作用导致的真正陆内构造及其动力学问题的研究,以便为深化发展板块构造、认知大陆、探索大陆动力学、构建包括板块构造在内新的行星地球构造观作出努力与探索。

秦岭金属矿床成矿系列与大陆造山带构造动力学背景

根据构造单元、构造演化及其矿床组合,将秦岭造山带划分为4个成矿集中区:小秦岭古陆活化区、熊耳山裂谷增生区、南秦岭被动陆缘断陷区和碧口地体古拼合带。分别构成4个成矿系列:花岗-绿岩带型金-铁矿床系列、陆相火山岩型金-钼矿床系列、沉积岩型金-铅锌-汞锑矿床系列、海相火山岩型金-银-多金属矿床系列与超基性岩型镍-金矿床系列。矿床系列表现出同生成矿作用和后生叠加改造成矿作用的演化,同生成矿作用与造山带形成早期(古生代及其以前)广泛的地幔羽或热点活动有关,后生成矿作用是在盆山转化和陆内构造-岩浆活动时期(120～340Ma)完成的。

中国庐山第四纪沉积砾石的显微构造系统及地质环境动力学分析

经过多年的区域地质调查和第四纪环境演变的分析,对庐山芦林盆地大校场谷口剖面松散沉积物中变形砾石进行岩石显微构造学的研究。发现变形砾石内部存在特殊的微裂隙组构,呈现出错裂-横裂-劈裂-爆裂-复裂-应力矿物等的复杂组合,其结构面特征反映出显微构造形迹的力学性质是互为转变的。通过物理模型分析和试验变形比对等综合材料证明,变形砾石是遭受了既密集、又分散、还具有同时发生作用的长时期的多边界外力条件及平衡力系,内部形成破裂其应力传递过程和性质改变与变形形迹转变及其做功连续扩展,是由低于疲劳极限的具有脉动性作用微弱应力造成的。地球陆表过程和地质环境要素及其动力学机制的研究认为,只有第四纪晚期地质事件的低温、低应力及其分散密集的多颗粒平衡力系的缓慢长期及间歇脉动作用的边界条件才能满足、符合及形成这种特殊的岩石变形构造,为中国东部山地可能遭受第四纪冰冻环境及冰川作用提供了新的科学证据。

西北大学地质资源与地质工程学科建设暨十三五科研成果总结--献礼西北大学百廿华诞

1学科发展历程西北大学地质资源与地质工程一级学科现为陕西省优势学科,下设矿产普查与勘探、地球探测与信息技术、地质工程、油气田地质与开发4个二级学科,其中矿产普查与勘探学科为国家重点学科;拥有资源勘查工程与地质工程2个本科一流建设专业,具备本-硕-博-博士后一体化培养体系。

朝鲜半岛构造系统地质环境演化及动力学机制的地球卫星遥感影像解译研究

采用将东亚地区综合资料分析成果与地球卫星遥感影像解译相结合的方法,深入研究了全球构造域中典型的构造地段朝鲜地块。详细识别出朝鲜半岛地区的基本构造形式,其基本类型主要有环形构造(及辐射构造)、追踪构造、共轭构造、菱形构造、多米诺构造等;对其构造地质环境演化过程及地球动力学机制进行了宏观阐述,晚古生代之前朝鲜半岛是由中国东部三个不同板块(华北板块、扬子板块、华南板块)贴拼焊接而成,中生代隆起成陆以后遭受了三期构造运动的影响(松林运动、大宝运动、佛国寺运动),新生代发生了玉岭运动。朝鲜地块基本构造形式的形成受中国边缘海盆地与日本海盆地的侧向水平运动的影响,其构造主应力轨迹线方向为北东—南西向延伸,近代主应力轨迹线方向表现为北西西—南东东向展布,对其引起的现代地质作用及环境效应得到有关部门的充分注意。

下扬子地区汤口断裂带构造特征、期次及动力学探讨

汤口断裂带是下扬子地区一条北东—北北东向的控岩、控矿断裂,该断裂几何学、运动学的研究对认识下扬子地区燕山期以来构造演化具有重要意义。详细的构造解析表明,该断裂带至少经历了4期构造变形,分别是中侏罗世—早白垩世早期的逆冲挤压、早白垩世中期—古新世的伸展拉张、始新世—渐新世的右行平移和中新世—中更新世的左行走滑。根据断层面擦痕的矢量反演以及断裂的野外切割关系,我们认为汤口断裂带多期次构造变形对应的区域应力场分别为北西—南东向挤压、北西—南东向伸展、近东西向挤压和近南北向挤压。燕山期以来汤口断裂带的形成和演化主要与华南陆块多板块汇聚挤压的构造环境有关,包括伊泽奈崎板块和太平洋板块向欧亚板块之下的先俯冲碰撞、后拉张以及新生代印度—澳大利亚板块向北碰撞后产生的多方向应力作用。

南秦岭地块紫阳地区早古生代岩石圈伸展规律、动力学机制及基性岩墙成因

南秦岭地块紫阳地区广泛出露早古生代基性岩墙群,其研究具有重要的地球动力学意义。虽然如此,已有相关研究目前主要集中于志留纪基性岩墙群方面,而对早古生代(如,寒武纪、奥陶纪)基性岩墙群的研究仍相对薄弱。从而制约了对南秦岭早古生代岩石圈伸展过程相关问题(如,时空分布规律、地幔性质、动力学机制和相关成矿作用)的总体把握。鉴于尚存的科学问题,本研究选取康家坪、梨树梁、大竹坪、清明寨、苟家山、庙梁上、曾家山和毛坝村的基性岩墙群为研究对象,开展了矿物学、岩石学、锆石U-Pb年代学、地球化学和Sr-Nd-Hf同位素方面的研究,对其精细时代格局、成因及成岩动力学背景进行了系统探讨。研究结果显示,紫阳早古生代基性岩墙以辉绿岩和辉绿玢岩为主,形成时代为奥陶纪(478.8-486Ma),属碱性系列岩石(K_(2)O+Na_(2)O变化范围为4.10%-5.14%)。另外,基性岩墙群具有富集LREE、Rb、Ba、Sr、Nb、Ta、Zr、Hf和Eu(Eu/Eu*=1.13-1.35),亏损HREE、U、Pb和Ti的典型地球化学特征。(87Sr/86Sr)i=0.7044-0.7050、εNd(t)=3.1-3.6、εHf(t)=4.4-12.1,176Hf/177Hf=0.282634-0.282846,暗示基性岩墙为地幔柱作用过程亏损岩石圈或软流圈地幔部分熔融作用的产物。另外,在辉绿岩成岩过程经历了橄榄石和单斜辉石的分离结晶,但地壳混染的影响不明显。

高分辨率层序地层学在北部湾盆地重点层系选段中的应用

北部湾盆地是南海北部五大含油气盆地之一,油气资源潜力大、有较好的勘探前景,但是北部湾盆地三级构造单元海中凹陷古近系涠洲组地质研究程度较低、地层厚度大,严重制约了海中凹陷的油气勘探。高分辨率层序地层学在低勘探程度区域是一种有效的地层划分手段。依托三维地震资料、测井资料、岩心资料,在地震剖面二、三级层序界面和测井层序界面识别的基础上,采用最大熵谱分析、小波变换分析、岩心分析方法,对海中凹陷涠洲组进行了高分辨率层序识别与划分,研究表明最大熵谱分析对于三、四级层序界面具有较高的分辨性,小波变换可以进行四—六级及更高级别旋回分析,而岩心资料可以进行短期、超短期旋回分析。综合三维地震、测井、最大熵谱分析、小波变换技术和岩心资料将涠洲组划分为1个二级层序,包括6个三级层序、13个四级层序,并且根据13个四级层序含砂率对比,涠三段SQ6-LST四级层序含砂率最高,涠三段SQ6-HST四级层序次之,勘探潜力较大。本研究对低勘探程度凹陷重点层系选段具有一定指导意义。

东秦岭-大别山及邻区盆-山系统演化与动力学

东秦岭-大别造山带受不同块体间的拼合碰撞及其之后陆内变形的控制,在造山带边缘和内部形成了不同的盆山系统造山带北缘响应北秦岭与华北板块的弧陆碰撞及其之后的陆内变形作用,形成了后陆逆冲与弧后前陆盆地系统。三叠纪至白垩纪,造山带南缘随着扬子板块与秦岭-大别微板块沿勉略缝合带自东向西的斜向俯冲和之后的陆内旋转挤压,在扬子北缘形成了前陆逆冲与周缘前陆盆地系统。晚侏罗世末至白垩纪,造山带挤压与伸展并存,伸展自核部向边缘发展,形成造山带伸展塌陷和近东西向裂谷盆地系统。大致在中始新世之后,受中国东部环太平洋构造带东西向伸展作用和深部构造作用的控制,横跨造山带形成近南北向的裂谷盆地。

青藏高原东北缘柳坪新生代苦橄玄武岩地球化学及其大陆动力学意义

柳坪苦橄玄武岩出露在青藏高原东北缘特殊的构造部位,位于青藏、华北和扬子三大构造域的交接转换区域。岩石形成年龄在23-7.1Ma之间,属于新近纪火山岩。岩石SiO2介于41.72%-42.82%之间,Na2O〉K2O,K2O/Na2O平均0.51,为一套典型的幔源钠质碱性玄武岩类。岩石微量及稀土元素具板内火山岩特征,Th、Rb等元素呈较明显的富集状态,而岩石显著的低K2O特征（0.48%-0.90%）明显不同于青藏高原北缘新生代钾质-超钾质火山岩系列。岩石87Sr/86Sr（0.704158-0.704668）、143Nd/144Nd（0.512831-0.513352）、206Pb/204Pb（18.729871-18.779184）、207Pb/204Pb（15.591395-15.602454）和208Pb/204Pb（39.097372-39.181458）等同位素变化特征具有显著的混源属性,投影点位于EMI、EMII、BSE及PREMA等典型地幔储库的过渡部位,并可能存在HIUM地幔源的部分参与,明显不同于单一地幔源局部熔融形成的玄武岩的同位素组成特征。表明新生代期间青藏东缘西秦岭-松潘地区受青藏、扬子及华北三大构造体系域的控制,西秦岭-松潘构造结处于从下部地幔到上部陆壳物质的总体汇聚拼贴阶段,地幔具有显著的混合特征。柳坪苦橄玄武岩正是在这种特定的构造背景下,由于新生代青藏高原软流圈地幔物质向东的流动,诱发西秦岭-松潘构造结多源混合的地幔橄榄岩局部熔融而形成。

北秦岭西部铜峪VHMS型铜矿床地质-地球化学特征与成矿动力学背景

已有研究已充分证明,商丹带是秦岭主造山期板块的俯冲碰撞缝合带,商丹一线曾有一个消失的有限洋盆,商丹带就是其消亡的俯冲碰撞缝合线。华北地块南缘呈现出由南向北依次为从商丹俯冲带、秦岭杂岩为基底的岛弧火山岩与花岗岩带到二郎坪弧后边缘海盆带,构成与活动大陆边缘类似的沟-弧-盆构造体系。早古生代秦岭商丹洋洋壳俯冲导致北秦岭岛弧造山带的发育,岛弧造山过程起始于洋壳的俯冲消减。

四川泸定地区新元古代火山岩地球化学特征及其大陆动力学意义

四川泸定地区火山岩属于扬子地块西缘岩浆岩带,是"康滇地轴"北段的重要组成部分,出露在现今龙门山断裂带与鲜水河断裂带的交汇部位。该火山岩形成年龄为(772.4±5.5)Ma,属于新元古代火山岩。岩石SiO2质量分数介于59.18%~72.44%,为一套典型的岩浆弧成因亚碱性高钾钙碱系列安山岩-英安岩-流纹岩组合。岩石微量及稀土元素具典型的岛弧火山岩特征,Nb和Ta强烈亏损,w(Nb)/w(Th)值为0.72~1.77,w(La)/w(Nb)值为3.12~7.36,w(Ta)/w(Yb)值为0.13~0.29,w(Th)/w(Yb)值为1.06~5.21,明显不同于大陆裂谷型火山岩组合以及与地幔柱相关的火山岩组合。岩石N(^(87)Sr)/N(^(86)Sr)值为0.737 169~0.743 441,N(^(143)Nd)/N(^(144)Nd)值为0.512 091~0.512 549,N(^(206)Pb)/N(^(204)Pb)值为18.670 1~18.882 3,N(^(207)Pb)/N(^(204)Pb)值为15.663 3~15.677 4,N(^(208)Pb)/N(^(204)Pb)值为38.717 2~39.177 4,εNd(t)值为-2.76~6.00,这充分表明在新元古代时期本区的构造背景为岛弧系统。由俯冲作用导致的地幔物质上涌,引起大陆边缘弧地壳熔融,形成了泸定地区这套陆缘弧中酸性火山岩组合。

“科教融合,思政贯穿”的教学模式探索与实践——以西北大学“支挡结构”课程为例

科研与教学是高等院校的两个重要任务,而教学不仅仅是简单的知识灌输,更需要的是培养学生正确的价值观。针对教学目标及教学改革中存在的问题,以西北大学地质工程本科专业“支挡结构”课程教学为例,通过在课程教学环节中引入科研案例、教师科研成果和野外科研实践等方式,尝试教学中培养学生的科学思维和兴趣以及科研创新意识,使科教融合理念促进教学,并充分挖掘地质工程专业的思政教育元素,探索性地将思政教育贯穿到相关教学内容中,最终形成“科教融合,思政贯穿”的教学模式,以期为地质类相关课程的教学提供借鉴。

植被根系对土体水力学特性影响的现状与定量分析

在全球气候变暖和“双碳”战略的背景下,植被护坡成为一种潜在的碳负排放边坡加固和侵蚀控制手段。植被根系的发育可以改变土体结构和水力学特性,进而影响边坡的稳定性。虽然一些试验研究已经探讨了特定条件下植被对土体水力学特性的影响,但是对于植被根系改变土体水力学特性的一般规律尚不清楚。该文从植被蒸腾作用、根系物理作用以及根系生物化学作用3个方面入手,收集并梳理了近年来国内外相关研究,分析并总结了植被根系改变土体水力学特性的作用机理,且对已有试验数据进行了统计分析。指出植被根系对土体水力学特性的改变取决于植被蒸腾、根系物理作用和根系生物化学作用三者的相对贡献,同时受根系类型、土体类型及生长阶段等因素的影响。因此,植被根系对土体水力学特性的影响十分复杂,更全面广泛的研究对于揭示植被护坡机理是亟需的。最后,探讨了植被根系影响土体水力学特性的研究空白和未来趋势。

鄂尔多斯盆地早白垩世构造热事件形成动力学背景及其对油气等多种矿产成藏(矿)期的控制作用

华北克拉通中西部中生代晚期早白垩世是否存在岩石圈减薄是地学界普遍关注的重大地质问题。本文在作者多年来对鄂尔多斯盆地构造热演化史研究的基础上,充分收集了近年来前人研究的成果及进展,对鄂尔多斯盆地现今地温场、地壳结构、构造热事件、深部热岩石圈厚度、早白垩世火成岩活动期次、构造热事件形成机理及构造热事件与多种矿产成藏成矿关系方面进行探讨。鄂尔多斯盆地现今地温梯度及大地热流中等,属中温型盆地,现今地温场受现今地壳、岩石圈厚度较厚控制。通过对构造背景、古地温恢复、火成岩活动及热岩石圈厚度恢复等资料分析发现早白垩世太行山以西的山西地块及鄂尔多斯盆地处于拉张背景,早白垩世地温梯度高,存在古地温异常及热事件。早白垩世鄂尔多斯盆地热岩石圈厚度明显较现今岩石圈厚度薄,表明华北克拉通中生代晚期以来岩石圈减薄的西界可推到鄂尔多斯盆地。华北克拉通中西部鄂尔多斯盆地周缘、华北克拉通中部山西地块、华北克拉通中西部南缘早白垩世火成岩形成时间相同,岩浆侵入和喷出的时代主要集中在138~108Ma,反映在燕山晚期早白垩世华北克拉通中西部存在一期较为强烈的热事件。火成岩地球化学分析表明火成岩来源为地幔,反映岩石圈处于拉张背景。早白垩世热事件发生的时间与华北克拉通岩石圈减薄的峰期年龄相一致,表明华北克拉通岩石圈减薄作用在华北克拉通中西部广泛存在。早白垩世构造热事件发生的根本原因在于鄂尔多斯盆地岩石圈深部热活动增强,深部软流圈物质上涌,岩石圈厚度减薄。通过对油气、煤、铀等金属矿产成矿(藏)时代与热事件的对应关系分析发现鄂尔多斯盆地油气、煤、铀矿产及华北克拉通中西部金属矿产的形成受控于早白垩世构造热事件及岩石圈拉张减薄的深部热背景,主要成藏(矿)期均为早白垩世,成藏、成矿具有爆发式及同时性特点。

鄂尔多斯盆地延长期富烃坳陷形成的动力学环境与构造属性

鄂尔多斯盆地丰富的石油资源来自盆地南部中晚三叠世延长期富烃坳陷,其中贡献最大的长7段页状优质烃源岩以富铀、夹多层凝灰岩为特征。延长期大型富烃坳陷具南深北浅的坳陷型结构,内部接受统一的湖相沉积。在富烃坳陷的深湖-较深湖区,为优质烃源岩发育区;亦为烃源岩中较高铀含量(测井高伽马异常)和凝灰岩夹层较厚分布区,在位置上三位一体、彼此交互叠置。盆地上古生界-中侏罗统多层系高热演化区上下同位,早-中侏罗世多期持续沉降区先后叠置,均位于延长期富烃坳陷范围内。综合调查研究揭示,在延长期,特别是长7段沉积期间,各类深部物质上拱挤入构造(如砂岩墙(脉)、泥岩脊和热液碳酸盐岩结核)、同沉积变形构造(如断裂、褶皱、揉皱、滑塌、滑坡等(软)地层变形)和事件沉积(如浊流沉积、震积岩及湖底扇等)发育,主要分布在富烃坳陷深湖-较深湖区。在烃源岩等地层中,检测出多种指示深部热流体活动的岩石矿物和地球化学异常。深部探测显示,在富烃坳陷深部400km以上壳幔各界面呈上拱的结构特征。这表明延长期富烃坳陷和其中优质烃源岩是在构造活动明显、深部作用活跃的地球动力学环境中形成演化的,从深层次揭示了其形成条件与发育环境。延长期富烃坳陷与印支期秦岭造山带的形成演化及其岩浆活动,在空间上相邻、发育时限相当、演化阶段响应、活动兴衰同步,是在华北-扬子两大陆块汇聚碰撞,进而向板内构造环境转换的动力学环境中进行的。延长期富烃坳陷两次较长距离的沉积-沉降中心迁移,是对秦岭碰撞造山环境重大变革始发的响应和纪录。在南北两大陆汇聚碰撞过程中,在仰冲华北板块后陆地带深部积聚的巨量俯冲物质发生熔融和热量转换,促使该区深部物质过饱和聚集、热能及压力超常骤增,形成较小尺度地幔对流,熔融物质与热能上拱,引发地壳表浅层拱张破裂和侧向扩展,于是发生沉降,形成延长期具热-张性特性的富烃坳陷,称其为后陆盆地。后陆盆地与前陆盆地分别位于碰撞造山带两侧仰冲和俯冲板块临山一侧,但其构造属性有质的不同,油气赋存和成藏特征也差别较大。