摘要:

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摘要:太阳系固体星球都有类似的核-幔-壳结构，但唯独人类居住的地球具有长英质组成的大陆壳。太古宙大陆克拉通主要由英云闪长岩(Tonalite)-奥长花岗岩(Trondhjemite)-花岗闪长岩(Granodiorite)为主的TTG深成侵入体变质而成的正片麻岩和由基性-超基性酸性火山岩及少量沉积岩变质的表壳岩(绿岩)组成。已有的资料显示这些太古宙大陆岩石组合起源于大洋壳的部分熔融。大洋壳分为大洋盆地、洋中脊、岛弧和洋底高原(大洋岛)。前两者地壳的平均厚度只有5~10km，不可能成为形成太古宙TTG深成侵入体的场所。因此，长英质大陆或起源于板块构造体制下的岛弧，或起源于地幔柱体制下的洋底高原。板块构造体制下的岛弧模式能够很好地解释太古宙克拉通TTG深成岩的成因，即俯冲大洋板片部分熔融所形成的埃达克岩相当于太古宙高压(高Al2O2)型TTG，而俯冲板片脱水导致地幔楔部分熔融形成的玄武质地壳再次熔融所形成的钙碱性花岗质岩石相当于太古宙低压(低Al2O2)型TTG。然而，板块构造体制下的岛弧模式不能令人满意地解释太古宙绿岩带火山岩组合中缺少大量的安山岩、科马提岩~1600℃高温形成环境、克拉通规模近于同时侵位的TTG岩套、大规模卵形构造样式、代表性的逆时针P-T轨迹变质作用演化等诸多特征。相反，地幔柱洋底高原模式能够合理地解释太古宙绿岩双峰式火山岩组合的成因，即基性的拉斑玄武岩和超基性的科马提岩分别来自地幔柱头部部分熔融和尾柱熔浆，而酸性的英安岩、流纹质英安岩和流纹岩是地幔柱热异常导致的洋底高原底部的部分熔融物。按照地幔柱洋底高原模式，太古宙TTG岩浆是由洋底高原底部玄武质地壳的部分熔融而成，这样能够合理地解释为什么太古宙TTG能够在短时间内巨量产出并在形成时间上没有任何系统变化。地幔柱洋底高原模式还能合理地解释太古宙克拉通穹隆构造(dome-and-keel structure)样式、近等压冷却型(IBC)逆时针P-T轨迹，缺少蓝片岩和双变质带的等典型岛弧俯冲带的标志的特征。本文在对大陆起源的岛弧模式和地幔柱洋底高原模式综合评述的基础上，提出一个大陆起源于洋底高原的两阶段模式。

摘要: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。

摘要:组成大陆地壳的物质主要来自两个地质过程：地幔柱活动和板块俯冲。目前大多数研究认为板块俯冲起始于30多亿年前。在板块俯冲起始之前，基性的初始地壳物质受热重熔是大陆地壳生长的主要方式，其中，地幔柱活动是关键。地幔柱不仅向地壳输送玄武质岩浆，同时导致已有玄武质岩石和沉积岩通过部分熔融向中酸性岩石转化。当原始岩石圈强度足够大时，地幔柱会导致岩石圈倾斜、破裂，产生下滑力，诱发板块俯冲。板块俯冲引发岩浆活动，产生大量的岩浆岩，如岛弧安山岩、弧后盆玄武岩等。这些岩浆岩通过喷发、侵位，再经由块体拼贴、增生等过程加入到大陆地壳，是大陆地壳生长的主要途径。同时，板内岩浆活动乃至地幔柱活动等也与板块俯冲有直接或者间接的联系。俯冲再循环物质促进地幔柱发育，也为大陆地壳的生长提供物源和热能。与此同时，大陆地壳不断风化剥蚀，其中一部分沉积物随俯冲板块再循环到地幔，而板块俯冲过程也通过俯冲剥蚀等过程，将仰冲盘岩石圈物质刮削带入地幔。这些是大陆地壳消减的主要途径。目前大陆地壳增生和消减基本处于动态平衡。

摘要:地球上发生的各种地壳运动，大规模的火山喷发，不同深度不同规模的地震活动，规模宏大的山脉和高原的形成，以及地球历史上发生的大陆漂移运动，都被认为与板块构造活动密切相关。但这些运动的动力源究竟来自何方？如何去发现和证明它们的存在以及从理论上去认识和解释，是当今地球科学面临的巨大挑战，也是今后很长一段时间内地球科学的前沿和热点问题。近些年，人们通过各种方法，试图从更深部寻找板块作用动力学的证据。首先是地震层析研究取得了很大进展，获得了许多区域性和全球的高分辨率3D地震地幔波速结构，使得我们得以认识地球深部的结构，探讨地幔的物质组成，流体的作用和动力学过程。证据显示，板块俯冲不仅可以到达地幔过渡带深度，而且可达到下地幔底部，堆积在核幔边界的上部，成为核幔边界产生的地幔柱的重要物质组成。其次是开展了大量的实验岩石学研究，模拟了一系列地球深部的高温高压矿物组合，被认为可能代表了地幔过渡带和下地幔的矿物组合，甚至核幔边界的含水矿物组合。另一方面，计算机模拟实验揭示了冷的大洋岩石圈发生深俯冲是可行的。尤为重要的是，许多来自地幔过渡带甚至下地幔深度的高压矿物已经在自然界陆续被发现，证明其中一些矿物是源自深俯冲的洋壳物质，记录了俯冲洋壳再循环的历史，如产在巴西、南非和加拿大等金伯利岩中的超深金刚石矿物包裹体。此外，洋岛玄武岩和大陆板内玄武岩的研究，也找到了早期俯冲下去的壳源岩石的同位素证据。近些年发现的蛇绿岩型金刚石是另一实证，其金刚石碳同位素和包裹体研究表明它们源自早期俯冲下去的壳源物质，被认为是研究俯冲物质深部再循环的一个新窗口。这些俯冲再循环的物质，被认为是通过地幔柱的活动从深部带至浅表。本文综述了地球深部物质循环的研究现状，强调了该研究的重要性，并认为俯冲物质深部循环是地球动力学研究的一个新方向。

摘要:地磁场源于地核流体的运动，至少已有约35亿年历史。地磁场的起源及演化一直是地球科学研究的前沿领域之一，这是因为它既是地球宜居环境的重要保障，也是探究地球系统各圈层联系的重要途径。本文重点围绕保留在岩石中的“深时”古地磁场记录，分析在地球内部磁场的形成与维持、地磁场极性倒转、以及地磁场强度变化等古地磁场研究三个方面的主要进展及面临的挑战。同时，结合古地磁测试技术的革新，磁发电机实验和超算模拟的应用，生物磁学的发展，阐述古地磁与地质学多学科交叉研究有望在揭示古地磁场变化及其对生物演化方面的贡献。对古地磁场变化的研究不仅有助于理解地磁场的起源与演化规律，也对认识地球的早期演化，甚至其它行星的演化有重要意义。

摘要:大陆造山带的经典含义是指由于大陆地壳岩石在板块俯冲-碰撞的巨大挤压应力下，遭受强烈变形、变质和熔融作用，地壳发生大规模缩短、加厚和隆升而形成的地带。分布在大陆边缘和内部的造山带，经历从洋壳扩张、洋-陆俯冲到陆-陆碰撞的造山过程，形成“俯冲增生型”、“陆陆碰撞型”和远离板块边界的“陆内型”造山带。造山带类型的分析是识别地球上造山带机制的钥匙。本文在阐述经典造山带分类的基础上，根据造山带的几何学、热历史、构造样式等特征，讨论了弧形造山带、特殊几何学造山带和走滑造山带的结构、运动学和动力学，以及从洋-陆俯冲到陆-陆碰撞造山在时空上的转化和演化。在回顾造山带研究的基础上，突出在板块汇聚边界的大洋和大陆俯冲带研究的重大进展，提出俯冲带和地幔柱提供了穿越地球层圈物质和能量交换的通道，它们的结合研究是探索全球单层壳-幔大循环假说与板块驱动力的新方向，是统领造山带研究的大思路。对于大陆动力学研究的一些前瞻性问题的思考，强调了造山过程的热扩散模式和变形-变质-深熔-成矿作用的自组织行为，以及地壳熔融在造山中的重要性；强调了流变学在大陆造山带形成和演化中的基础地位，并认为这是造山带研究中亟待解决的问题。作者认为板块水平运动是致使地壳挤压缩短和加厚、形成造山带的主要驱动力；而在板块离散边界(包括大洋中脊)垂直上升流所形成“地貌”上的山链，被称为“伸展造山带”，不应属于经典“造山带”的范畴。

摘要:板块构造理论上陆后遇到了难解之谜。陆内宽广的造山带、频繁的陆内地震、陆内普遍发育的透入性变形构造及其巨量的过铝质花岗岩，是大陆构造的普遍现象，陆内(或板内)构造已经成为板块构造理论的重要组成部分。本文简要回顾了大陆变形与陆内造山带的研究历程，总结了陆内造山带的基本特征，包括定义、位置、规模、地质特征、地壳结构、岩浆活动、应变分布、山根、热能、动力源等，结合自己的研究，对世界上几个典型陆内造山带的地质特征进行了介绍，展示了华南早古生代陆内造山带与板缘造山带地质特性的对比，对其动力学进行了讨论，提出了现今面临的挑战及其研究展望。

摘要:大陆弧岩浆带位于汇聚板块的前缘，记录了洋陆俯冲过程和大陆地壳生长过程，是研究壳幔相互作用的天然实验室。越来越多的研究发现，大陆弧岩浆的生长与侵位并不是均一的、连续的过程，而是呈现阶段性、峰期性特征，即幕式岩浆作用。弧岩浆峰期与岩浆平静期相比，岩浆增生速率显著增强，易于发生岩浆聚集，继而形成大的岩基，如北美西部科迪勒拉造山带内华达岩基、半岛岩基等。藏南冈底斯岩浆带位于拉萨地体南缘，属于印度- 亚洲碰撞带的上盘，其南侧与喜马拉雅地体以雅鲁藏布蛇绿岩带为界。冈底斯弧岩浆形成时代集中在240~50 Ma期间，其形成与演化与新特提斯洋壳岩石圈板片俯冲到拉萨地体之下密切相关。因此，对冈底斯弧型岩浆作用的研究，将很好地揭示大陆型弧岩浆的演化过程，继而反演洋- 陆俯冲过程，以及壳幔相互作用过程。通过对冈底斯岩浆带岩浆岩锆石U-Pb及Lu-Hf同位素，以及弧前和前陆盆地碎屑锆石U-Pb和Lu-Hf同位素的收集和整理，结合已经发表的区域地质资料的总结，我们发现冈底斯弧型岩浆演化具有如下特点：1幕式侵位，岩浆峰期为100~80 Ma和65~40 Ma，中间为岩浆平静期；2峰期阶段岩浆聚集，形成巨大岩基；岩石同位素非常亏损，预示着地幔物质的显著参与；3在弧岩浆的峰期阶段，冈底斯地壳厚度有显著增加，说明弧岩浆的峰期侵位对地壳加厚有重大贡献。

摘要:地体构造是对板块构造理论的发展和补充，它受控于全球板块动力学体系，因此不能将地体与板块割裂开来去研究。其相对于刚性板块的小规模、多样性和广泛性，对了解全球板块的离散和大陆的拼贴增生过程具有十分重要意义。地体构造无处不在，它不仅存在于中、新生代陆缘造山带中，也存在于古老造山带中，一些古老的克拉通实际上也是由不同的地体拼合而成的。地体的运动包括聚合、离散和走滑三种方式，地体的增生作用是聚合的主要表现形式，并导致大陆的生长扩大，而地体的离散作用联合增生作用，决定了现代大陆的轮廓。分析地体聚合和离散的过程，可以发现有两种不同的模式，即单向聚合-离散和多向聚合-离散，它们对应了不同的地球动力学过程。地体的单向聚合- 离散可以由大洋的俯冲增生或大陆汇聚碰撞而导致，但在这个过程中，大洋向大陆的单向俯冲起到了主导作用。地体的多向离散和聚合与岩石圈的裂解与汇聚有密切联系，从全球构造演化的格局来看，岩石圈裂解与汇聚的方向本身具有多向性，这就导致了一些微陆块地体与具洋壳性质的地体一同发生多向离散和聚合。地体的单向离散和聚合会因构造变动而转变为多向离散和聚合，俯冲板片回转与海沟后撤会导致俯冲带弯曲和俯冲方向的改变，这是引起上述转变的原因。

摘要:造山带原型盆地恢复是地质学研究的重要内容，是板块构造研究的难点与前沿，对于理解造山带演化及其大陆动力学具有重要意义。本文从原型盆地恢复的方法出发，评述了前人根据碎屑组成、元素地球化学和碎屑单矿物年代学来进行原型盆地恢复的原理、方法和效果。基于喜马拉雅造山带沉积盆地的实践，提出造山带原型盆地恢复的五个要素：盆地顶底界面、古地理环境、物源分析、构造分析和盆地外围研究。详细介绍了新特提斯洋俯冲、印度-亚洲大陆碰撞以及后碰撞阶段的沉积盆地的地质特征，包括印度北缘被动大陆边缘盆地、日喀则弧前盆地、雅鲁藏布海沟盆地、林周弧后-弧背叠合盆地、桑单林同碰撞盆地，以及后碰撞阶段的冈仁波齐盆地、柳区盆地和札达- 吉隆裂谷盆地。基于沉积盆地研究反演了喜马拉雅大洋俯冲-大陆碰撞的演化过程，探讨了沉积盆地与大陆动力学之间的耦合关系。

摘要:地球是一动态系统，其各层圈的构造运动归根究底就是多矿物复合岩石及其中各主要造岩矿物在变化的物理条件(例如，温度、围压、差应力、应变速率、应变方式等)下和化学环境(例如，氧逸度和水含量)中的形变。岩石流变学是一门研究岩石力学性质和变形行为的科学，现已成为定量大陆动力学和构造地质学发展的一个瓶颈，超越这个瓶颈，学科才能大踏步前进。本文对过去四十年来岩石流变学的实验和韧性变形域内古应力研究成果做了简明扼要的总结，特别关注尚存的问题与急需克服的困难。强调运用现代材料学、地球物理学和地球化学的新理论和新方法，改进与完善高温高压实验设备，提高其力学测量的灵敏度和准确度。而且必须采用大应变的实验途径解决稳态蠕变与稳态显微构造的问题，保证实验所获流动律外延至自然界的合理性与稳定性。鼓励那些有坚实积累、开阔视野和科学思维的青年学者，开拓进取，在岩石圈流变学与大陆动力学领域做出经得起时间淘洗、实践检验的原创性成果来。

摘要:花岗岩是大陆地壳的主要组成，是陆壳的特征性物质。花岗岩的形成及演化往往伴随着金属元素的不断富集和广泛的成矿作用，进而形成与之相关的大陆成矿体系。稀有金属成矿是大陆成矿体系的重要内容，毫无疑问，与花岗岩有关的稀有金属成矿作用是大陆演化的直接产物，因此，稀有金属成矿学是大陆动力学的研究内容之一。花岗伟晶岩是锂、铍、钽最重要的成矿母岩，碱性岩(花岗岩、伟晶岩和碳酸岩)与铌、锆等成矿作用有关。全球稀有金属成矿时代集中在太古代3.0~2.6Ga、古元古代1.8Ga、新元古代1.0~0.9Ga、古生代450~400Ma、早中生代250~200Ma、晚中生代160~130Ma和新生代中新世35~10Ma，直接反映了稀有金属成矿与超大陆演化重大事件具有密切的成因关系。最古老的稀有金属成矿作用始于乌尔-诺基兰超大陆，形成了现今分布于北美、非洲南部、西澳等地的重要钽成矿带，其它时期成矿作用相继对应于哥伦比亚超大陆、罗迪尼亚超大陆、冈瓦纳超大陆和潘吉亚超大陆聚合、裂解作用，并终结于新生代发生的印度板块与亚洲板块的碰撞作用。值得关注的是，稀有金属矿物与稀有金属成矿总是共演化，锂辉石、锂电气石、绿柱石和铌铁矿-钽铁矿等几种重要的稀有金属矿物最早出现的时代都在太古代3.0~2.6Ga。

摘要:大陆内部构造变形和地震活动往往突显出复杂的、区域性的特征，很难用板块构造理论来解释。青藏高原是大陆构造变形的典型实例，具有不同构造变形的分区特征，不仅表现在物质组成、地形地貌和断裂组合等方面的不同，而且还表现出不同的地震活动特征。东昆仑断裂带以北的青藏高原北部地块，主要发育一系列挤压环境下的盆岭构造，表现为以连续变形为特征的上地壳挤压缩短变形；高原中北部巴颜喀拉地块，具有整体向东运动的特点，变形主要集中在其边缘，表现为刚性块体运动特征。在东部，由于稳定的四川盆地（扬子地块）的阻挡，位于龙日坝和龙门山断裂带之间相对坚硬的龙门山地区受到东西向强烈挤压，西部边界为伸展变形；在高原中央腹地羌塘地块西部，由于上地壳物质在向东挤出的驱动下不断变形，沿一系列小型正断层和走滑断层以伸展变形为主，表现为弥散型变形特征。相比之下，羌塘地块的东部向东南东方向挤出，在大型走滑断层之间形成一个刚性块体；高原南部地块以东西向伸展的南北向裂谷系为主要变形特征，高原南缘以南北向挤压的大型逆冲断裂系为特征。历史地震和仪器记录的大地震（M≥8）只发生在高原东北和东南部的大型走滑带，以及东部和南部边缘的大型逆冲断裂上，沿后者更为频发。到目前为止，高原其他地区只发生了8级以下地震。青藏高原这种分区域的地壳变形形式和地震活动分布是大陆构造变形的重要特征。

摘要:构造地貌主要是结合地球深部构造活动与地表过程来研究地质地貌塑造和演化过程，探究地球各圈层的相互作用关系。本文简述了构造地貌研究中的几个关键问题:如地幔对流的动力地形效应，定量研究古高程方法，气候、侵蚀和构造之间的相互反馈作用，侵蚀作用与岩石强度、地应力等定量研究问题等。同时，介绍构造地貌演化研究中主要测年方法之一的低温热年代学方法原理和进展，讨论了低温热年代学方法在构造地貌应用中的地形效应和热冷却对侵蚀速率的影响以及低温热年代学数据限定下的构造地貌演化数值模拟。

摘要:大陆动力学研究需要物质随空间和时间的变化的信息。三维密度和地震波速度扰动图像反映岩石圈物质的空间分布，要和大地构造学中的时间尺度信息综合起来，才能恢复动力学作用的过程。本文通过对比不同构造期的构造图和地壳不同深度的地球物理性质图像，研究中国大陆密度以及地震波速度扰动和构造事件的相关度。研究表明，岩石圈地幔的密度和波速扰动和现今板块构造的相关度是高的，说明岩石圈地幔的密度大黏度高，不仅地震波速快得多，物质蠕动的速度也比下地壳慢得多，板块运动产生的变形保存时间比较久。中国大陆中地壳的密度扰动和白垩纪以来的构造事件的相关度是高的，说明中地壳的密度扰动主要反映了白垩纪以来的构造事件。中国大陆上地壳结晶基底的密度扰动和侏罗纪以来的构造事件的相关度是高的，说明上地壳的密度扰动可以反映燕山期的构造事件。对于中国大陆而言，下地壳的波速变化和板块构造没有明显的相关性；不过下地壳深层的密度扰动也反映新构造期的构造事件。其原因可能是因为下地壳的物质黏度比较低，物质蠕动的速度比岩石圈地幔快得多，板块运动产生的变形不容易保存。总之，应用不同深度的密度扰动图像分别推测不同地质时期的地壳构造运动发生的地点和范围是可行的，地壳深层的三维密度扰动成像有可能提供180Ma以来中国大陆地质作用事件的有关信息。

摘要:大陆动力学是地球动力学的基本组成部分，是板块构造理论的重要拓展，是固体地球科学的核心命题之一。在系统的地质、地球物理和地球化学观测的基础上，数值模拟是探讨大陆动力学过程和机制的有效手段。本文主要基于大陆动力学数值模拟，围绕大陆形成和演化过程的四个关键科学问题进行总结和探讨。①大陆起源与早期地球动力学演化。现今观测到的最早的大陆地壳岩石来自冥古宙，说明地球早期就已经开始大陆地壳的形成；关于当时的构造体制，存在多种不同的模式及其过渡和转换(岩浆洋、热管、滞盖等)，该问题的约束甚少，是一个地球动力学的前沿科学问题。②大陆岩石圈的稳定性与破坏。大陆岩石圈形成之后经历几十亿年尺度的长时间演化，有些克拉通可以保持大致的稳定性直至现今，而有的克拉通却在显生宙期间经历显著的改造和破坏，无论其稳定存在还是改造破坏，都是值得深入探讨的科学问题。③大陆深俯冲与极限折返。超高压岩石折返代表了地球表层物质由浅入深而又由深及浅的物质循环，系统的观测和模拟对该过程和机制已有比较清晰的理解；而近年来观测到的200~350 km的超深折返岩石又提出新的挑战，其模式和机制有待进一步探索。④大陆碰撞造山差异性。造山带解析是大陆动力学研究的核心内容，伴随日益精细化的地学观测，也对动力学模拟提出了新的挑战，多地体的复合造山动力学值得进一步探究；同时，青藏高原作为最重要的碰撞造山带，其一级动力学驱动力仍不明确。本文在系统探讨这些科学问题的基础上，进一步提出大陆动力学数值模拟的未来研究方向:一方面是问题导向型，针对上述仍未解决的重要科学问题，尤其是一级控制机制问题，通过创新思路和精细模拟，并与观测进行系统对比分析，最终给出答案；另一方面是技术导向型，极力发展新的数值模拟方法和技术(例如双相流乃至多相流)，以适应复杂地质演化中的相变、流体、熔体、地表过程等的模拟需求，这两个研究方向的发展将共同提高大陆动力学过程和机制的认知水平，促进大陆动力学理论的发展。

摘要:地质构造是记录地球内、外动力地质作用过程的标志。和地球相似，太阳系其他天体上也发育丰富的地质构造。以研究天体表面的地质构造及其动力学机制为目的的“行星构造学”是建立在构造地质学、遥感地质学和地球物理学等学科基础上的一门新兴前沿学科。由于天体的大小、组分和轨道位置不同，表面构造特征及其形成机制各异。对比研究地球和其他天体上的构造特征，是完善地球动力学的重要途径。水星和月球的热演化轨迹大致相同，内部持续冷却造成全球收缩，表面形成大量的挤压构造，而伸展构造仅局部发育。火星的岩石圈主要通过热传导散热，表面发育大量的挤压构造，且其形成时间可能呈单峰式分布。同时，火星表面的伸展和挤压构造和大火山群紧密相关，表明深部动力过程影响了火星上的区域构造。金星和地球的大小相似，但金星表面的最大年龄远小于地球大陆地壳的平均年龄，～80%的早期地质记录完全被后期的岩浆- 构造活动抹去，表面发育大量的火山-深大裂谷系，说明“幔柱”活动对金星的构造演化至关重要，因此热传导可能也是当前金星岩石圈的主要散热方式。以上天体的岩石圈形变均以垂直运动为主。在外太阳系，一些卫星的表壳主要由冰水和其他挥发分组成，有些卫星存在下伏的液态水圈，潮汐作用可能是驱动其构造演化的主要动力。在特殊的应力来源和物质特性的共同作用下，在这些卫星上发育大量的走滑断层和疑似俯冲消减带。行星地质构造从能量和物质属性的角度探究构造运动的物理和化学过程，与地球动力学研究相辅相成，对揭示地球早期动力学过程的关键科学问题具有重要的指示意义。