中央造山系及其邻区岩石圈三维结构与动力学意义

论文摘要

大陆岩石圈结构与组成的非均匀性和动力学机制是国内外大陆动力学研究的主攻前沿领域之一。利用国际最新的地球重力场模型（UTCSR GRACE/GFZ EIGEN-GRACE）和GTOPO 30数字高程模型，笔者首先计算了中国大陆不同球谐阶次大地水准面异常、岩石圈均衡剩余大地水准面异常和水平应力场分布，从岩石圈内多层次均衡角度进行了解释推断；其次，结合地表地质和其它综合地球物理资料，分区段对中央造山系及邻区分析与解释了岩石圈细结构；然后，通过东亚地区地震层析、大地水准面异常和卫星岩石圈磁场、全国重力与航空磁力对比分析，建立了中国大陆及其邻区岩石圈，特别是中央造山系的初步结构框架。最后，探索中国大陆现今应力状态、变形与可能的动力学机制。取得以下新的认识与进展：1．基于岩石圈大地水准面异常、水平应力场和地震层析等地球物理资料综合分析可知，中国大陆及其毗邻地区在特提斯构造基础上，处于西太平洋板块、印度板块和古亚洲洋及其闭合之后环西伯利亚弧形等三大全球构造体系域相互作用、相互影响和相互制约的地幔动力学控制之下，总体大地构造格局是浅部地壳分别沿主要构造边界向外仰冲，深部岩石圈地幔则从西南、东南和北部向中国大陆俯冲会聚，使之整体处于地幔会聚挤压的大地构造背景。2．岩石圈大地水准面异常、水平应力场和P波地震层析等显示，中国东部岩石圈浅层次向东（南）运动，处于相对伸展状态，而深层次高、低速板片向西（北西）叠瓦式俯冲形成挤压构造背景，以部分脱耦（拆离）形式实现不同深度层次之间的调节。中国南方大陆总体上表现为印支—燕山期多岩石圈块体拼合特征。3．中国西部青藏高原及其邻区深部岩石圈地幔处于多块体叠瓦向北俯冲、物质与能量会聚，冷岩石圈下沉的区域。大地水准面异常和P/S速度层析成像显示，印度大陆岩石圈向欧亚大陆的俯冲作用，不只是引起地壳的强烈加厚、隆升和南北向缩短变形，纵向上影响到600km深度，横向上波及到了中国东部和西伯利亚南部。欧亚巨型的大地水准面低正是这一大规模构造过程在全球卫星重力场中的表现。4．扬子克拉通和鄂尔多斯克拉通厚岩石圈根构成了中国东部和西部之间的交接转换带，成为阻挡东/西部物质交换迁移的中流砥柱。现今的扬子克拉通不仅受大区域挤压应力场背景制约，同时其冷而致密的巨厚岩石圈根正在向深部地幔下拽，从而进一步加剧了四周造山带向盆地的逆冲作用，龙门山、华蓥山和八面山分别向川西盆地和川东逆冲就是例证。5．西秦岭—松潘构造结是前述三大构造动力学体系背景上，以勉略—阿尼玛卿古缝合带、龙门山构造带和甘孜—理塘缝合带为边界，华北、扬子地块与青藏高原以不同时代、不同方向、不同性质三向叠加复合与会聚并同时伴随着岩石圈拆沉的三菱柱物质下降区域。地质、地球化学与地球物理研究表明，松潘—甘孜地块具有冈瓦纳大陆的构造属性，在上、下地壳之间（18～21km）深度存在地壳规模的滑脱界面，沿这一地壳规模的拆离界面，西秦岭造山带沿地表的阿尼玛卿—勉略缝合带向南逆冲推覆在松潘—甘孜地块之上，而松潘—甘孜地块沿丹巴弧形断裂又向南逆冲推覆，剖面上构成了地壳规模的双重逆冲推覆构造系统。这一基本格架由印支—早燕山期所奠定。6．最新大地水准面异常、卫星岩石圈磁场和地震层析等显示，欧亚大陆，特别是，中国大陆地壳乃至岩石圈地幔主要被EW、NW、NE和SN向构造所交织分割，形成棋盘格式构造格局。NW、NE两组跨越地表构造单元，形成类共轭剪切构造，表明它们是中国大陆主体拼合之后的陆内变形构造，主要源于上地幔。源于印支期及其以前的南北板块碰撞拼合的EW向构造，中新生代以来持续的陆内俯冲作用继承、新生叠加、并复合（活）前期构造方向，以次级动力学体系受控于深层次的区域性三大构造体系，并逐渐从深部地幔被改造、分解以至于消失。SN向构造是在地壳或岩石圈中被保留下来的古生代构造基础上，后期可能源于深层次甚至下地幔动力学过程的表现。7．中央造山系的岩石圈结构沿走向明显分段。桐柏—大别造山带受SN和NW-SE两个正交方向挤压应力场控制，深部受NNE向构造改造比东秦岭彻底，但地壳内及其底面（Moho）仍显示印支期板块俯冲拼合及其之后陆内俯冲的EW向构造形迹。超高压变质地体的剥露与岩石圈挤压相关。东秦岭造山带受具有高速岩石圈根的扬子和鄂尔多斯两个克拉通SN向强烈会聚作用影响，因而EW向构造特征显著。西秦岭造山带尽管受NW、NE和SN不同深度层次构造的叠加与改造，地壳—岩石圈结构非常复杂，但通过地球物理资料仍能追踪到勉略古缝合带在地壳乃至岩石圈内的构造遗迹，并发现它与阿尼玛卿缝合带相连接。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 一、选题依据及其科学意
• 二、岩石圈结构研究现状与存在的关键科学问题
• 三、主要研究内容
• 四、研究思路、方法和技术路线
• 五、主要进展
• 六、完成的工作量
• 七、一点说明
• 第一章 区域大地构造背景
• 第一节 中央造山系基本结构构造特点
• 第二节 中央造山系的形成演化
• 第三节 中央造山系及其邻区区域构造单元划分
• 第二章 地球重力场模型、均衡模型与岩石圈挠曲
• 第一节 地球重力场模型
• 第二节 岩石圈均衡剩余大地水准面异常计算原理
• 第三节 地球重力场与岩石圈应力计算原理
• 第三章 中国大陆及邻区大地水准面异常基本特征
• 第一节 中国大陆在全球重力场中的位置及其特征
• 第二节 小波多分辨提取局部大地水准面异常
• 第四章 中国大陆岩石圈均衡剩余大地水准面异常
• 第一节 中国大陆地形的波长分析
• 第二节 岩石圈均衡剩余大地水准面异常
• 第三节 中央造山系及其邻区岩石圈水平应力分布
• 第五章 中央造山系及其邻区岩石圈细结构
• 第一节 桐柏—大别造山带
• 第二节 东秦岭造山带
• 第三节 西秦岭—松潘构造结
• 第四节 昆仑造山带及其邻区
• 第六章 中央造山系及其邻区岩石圈三维结构及其动力学探讨
• 第一节 欧亚岩石圈大地水准面异常与中国大陆重力场
• 第二节 欧亚地区卫星磁场与中国大陆航磁异常结构
• 第三节 中国大陆及其邻区地壳/上地幔三维速度结构
• 第四节 中央造山系及其邻区岩石圈框架结构与动力学探讨
• 第七章 结论、需要深入探索的问题与体会
• 一、结论与认识
• 二、需要进一步深入探索的科学问题
• 三、个人体会
• 参考文献
• 鸣谢