近年来构造岩学分类研究的新进展

近年来构造岩学分类研究的新进展

构造地质学是地质学的基本科学科和骨干学科。它是基于其他地质学分支的技术和成就。知识体系高度整合、完整。在发展之初，它与其他地质学分支相结合，反映了结构的学科特征。也被称为“地质学哲学”。众所周知,构造地质学可分为“狭义”构造地质学和大地构造学。前者以小到中等尺度的局部构造形变和区域地质构造为主要研究对象,岩石力学和岩石学、沉积地层学是其基础理论;而大地构造学研究是以全球和大陆空间尺度和长周期时间尺度为特点,其基础理论是行星学。构造地质学的发展不仅依赖于自身的学科特点,基础理论的进展、相关学科、观测技术的进步以及社会科学经济环境的影响也对构造地质学的学科发展有着重要的推动和制约。近年来,随着全球地学研究发生重大的变化,气候环境和能源资源受到重视,构造地质学在新的地学知识体系、技术方法和研究领域的带动下已进入重要的发展时期,学科的发展正面临着新的机遇和挑战,学科的推进在项目经费、发表成果,乃至杰出科学家的产生中都有清晰的反映。自20世纪60年代以来,针对地球岩石圈和地幔动力学、大陆演化以及大陆岩石圈结构构造、大洋岩石圈、大陆与大洋环境、岩石圈构造与矿产、全球变化等提出了地球系统科学、地球动力学、岩石圈动力学、大陆动力学、大陆流变学、洋底动力学等一系列分层次的研究命题,并分别开展了欧洲地学断面计划(EGT)、欧洲地球探测计划(EuroProbe)、加拿大岩石圈探测计划(LithoProbe)、美国大陆反射地震探测计划(COCORP)、美国地球透镜计划(EarthScope)、澳大利亚四维地球动力学计划(AGCRC)、澳大利亚玻璃地球计划(Glass-Earth)、中国地球深部探测计划(SinoProbe)、全球地学断面计划(GGT)、国际综合大洋钻探计划(IODP)、国际大陆科学钻探(ICDP)、国际岩石圈计划(ILP)等研究项目。这当中,构造地质学科的理论和知识体系在机遇与挑战并存的条件下正不断地发展和创新,并产生相应的影响,推动着固体地球科学和地球系统科学体系的新进展和新认识。1成机制研究在地质基础理论研究的重要信息中小尺度的构造地质学研究能够提供关于地壳岩石的应变环境、各种岩石的力学行为、各种构造之间的内在联系、分布规律及其形成机制等方面的重要信息,是构造地质基础理论研究的重要方面(宋鸿林,2001)。近年来的进展非常醒目,研究已不局限于分析单个构造的几何学、运动学及动力学,与年代学、三维反射地震、GPS测量等技术相结合,定量化、数字化、多参数、多时空维度和多层次体系的区域构造地质研究,岩石与地质体形变分析和高温压条件下的流变学机理研究正在开展。1.1区域构造地质调查1.1.1大量定量年龄数据的应用时间和空间是构造地质分析必不可少的两方面重要内容。对地质事件(时间)和地质过程的有效约束依赖于定年技术。随着古地磁年代学、同位素年代学、热年代学等定年技术的进步和质谱仪精度的提高,各级时间和热尺度的定年方法(如:Re-Os、U-Th-Pb、Ar-Ar、FT、U—Th/He、宇宙成因核素等)被广泛用于构造事件和构造过程的厘定。近20年来,大量定量年龄数据的获得,极大地丰富了古板块重建、古碰撞造山事件和旋回、盆地物源分析、构造地貌演化等研究内容。抬升速率、剥蚀速率、盆地沉降速率等构造参数也逐步精细化。构造地质学与定年技术的广泛结合已使得盆山构造及盆山关系的研究进入半定量—定量化,使得研究者对构造事件、过程和动力学的认识从相对尺度逐步跨越到了绝对尺度。1.1.2盆地地震地质及地质解释20世纪90年代以来,随着勘探地震采集、处理、解释技术的发展,以及三维高分辨率地震、三维叠前深度偏移、三维可视化解释、高密度地震、多波地震、四维地震监测等一大批新技术在工业领域的涌现和应用,为构造地质学科的技术发展注入了新的活力。三维反射地震技术的进步和大面积使用使得含油气沉积盆地分析走向数字盆地,盆地构造沉积研究实现全盆地定量化、数字化描述和建模,从点参数描述进入场参数描述阶段。三维反射地震技术是当前广泛应用于能源、环境、固体矿产等领域的主要勘探技术。具有大动态、多记录、多分量、全方位、小面元数据体、以及高覆盖、高精度、高密度采集的技术特点。与二维地震勘探相比,三维空间的体数据提高了地震剖面纵横向分辨率,可实现精细的地层构造形态、断层识别和刻画等。目前,三维反射地震资料的应用已在断层系统几何学、运动学以及盐构造研究等中取得了巨大进展(Daviesetal.,2004)。断面的三维成图可搭建起构造的空间格架,使得构造地质学家可以重新审视特定三维构造的应变问题。利用这一区域调查手段,可研究裂谷体系中的大型基底断裂,正断裂、逆冲断裂、扭性断裂系统以及盆地尺度构造层序的演化过程(Dawersetal.,2000;MacLeodetal.,2002)。除此之外,通过确定生长地层的几何学和三维恢复过程,可实现构造模型三维结构的应变分析,揭示次级应变的分布状况(Muronetal.,2005;管树巍等,2010,2011),厘定小的断层和裂缝。1.1.3区域构造的gps分析全球定位系统(GPS)观测结果能够提供高精度、大范围和准实时的定量地壳运动数据(张培震等,2002)。构造变形的速度场反映构造变形的现今和暂态的活动水平,是认识地壳运动和探索活动构造动力学驱动机制的重要依据之一。近年来,GPS正在成为观测地壳运动、大陆形变、研究地球动力学、地震预测与大气监测等一系列地球科学相关研究不可缺少、有发展前途的新技术。GPS系统应用于现代应力场、应变场研究,推动了现代活动断层及地壳形变描述,使现代区域构造研究从过去定性为主、少量点线地面地质观察为主的研究走向全空间、长期、实时的定量化描述和建模。基于GPS的研究,中国大陆的活动构造研究已进入定量化阶段(邓起东等,2002)。中国大陆岩石圈新生代和现代构造变形的最显著特征之一是晚第四纪活动断裂十分发育。它将中国大陆切割成为不同级别的活动地块(邓起东等,2002),活动地块边界构造活动强烈,内部相对稳定,绝大多数强烈地震都发生在地块边界的活动构造带上。GPS揭示的运动场清晰地表现了现今中国大陆以活动地块为单元的分块运动特征(张培震等,2005)。中国大陆的现今构造变形既有刚性地块的运动,如塔里木、鄂尔多斯、华南等地块;又有非刚性的连续变形,如青藏高原和天山(张培震等,2005),可能与大陆岩石圈的结构和性质有关,可以用耦合的地块运动和连续变形模式来描述(张培震等,2005)。张培震等(2013)的研究表明,活动地块的运动和变形是“陆内变形”的重要方式之一。而受活动地块的运动和变形制约的地震活动表现为西强东弱、动静交替和分块成带的特征。1.2岩石与地质形态的研究1.2.1物理和物理模拟相结合的构造变形模拟构造建模是构造地质研究中的重要内容。建模主要依赖于两种方法:物理模拟和数值模拟。而地层的力学模型是物理模拟和数值模拟的基础(Nieuwland,2003)。力学模型的完善、计算机技术快速发展、物理模拟装置改进及先进三维监测技术的广泛采用,推动着物理模拟与数值模拟从简单构造到复杂构造,从层状均质到盐等流变物质,从二维到三维、四维的应用方向发展。模拟技术可通过现今测量到的地质信息和参数来推演和恢复构造变形的形成和发展过程,分析构造变形过程中的动力学和流变学特征,从而达到深入理解构造变形的机理。物理模拟的力学模型基于相似性(Twissetal.,2007)。它是在实验室条件下,利用满足相似强度比例的实验材料和动力参数,再现构造变形。近年来,国内外在构造物理模拟研究中已取得了长足的进步,地质模型已从简单的单层或双层模型发展到复杂的多层模型(Buiteretal.,2006;Graveleauetal.,2012),从二维剖面的构造分析发展到三维模型的盐构造、盐流动变形(Dooleyetal.,2009;谢会文等,2012)以及盐下构造分析。并结合三维激光扫描、立体摄像、粒子图像速度场(PIV)、X射线断层扫描(CT)等技术的应用(Graveleauetal.,2012),朝动态的构造形变监测、构造应变分析和四维构造变形模拟的方向发展。数值模拟的力学模型来自岩石和地层结构的力学参数(Buiteretal.,2006)。它基于数学关系模型和有限元、差分元、边界元、离散元等网格单元的计算,利用高性能计算机完成。理论上,它可以模拟各种背景条件下褶皱、断裂、裂缝形成过程中的应力应变场以及塑性变形过程中的微观扩散过程,但这需要严格的数学、地质、岩石力学、材料力学等边界参数限制。相较于物理模拟,它可实现从微尺度(矿物结构变形)到大构造尺度(岩石圈构造变形)的模拟,也在三维应力和应变结构的可视化分析中具有突出的优势。目前,国内对结合三维地震构造解释的数值建模和构造恢复(管树巍等,2010,2011)已在逐步开展。三维盆地动力的数值模拟(Nieuwland,2003)是一个发展方向。1.2.2复杂山地三维地震勘探技术随着三维反射地震数据品质的大幅度提高,对地震数据的解释已不再专属于地球物理学家和地震学家。在传统的野外构造变形研究的基础上,地震数据已成为构造地质学家开展构造分析的标准资料。三维反射地震与地面雷达等实际调查技术快速发展,极大地丰富了野外构造变形研究的实例。更多构造变形新认识的源泉从地表转到了地下、从浅构造层拓展到了深构造层、从陆上转向海洋。在墨西哥湾,三维勘探已占陆上和海洋地震勘探的95%,同时也促进了该地区盐构造研究及相关油气圈闭的识别和发现,盐构造的油气勘探越来越受到重视(贾承造等,2003)。中国的油气勘探对象复杂,地下地质体识别难度大。针对中国中西部前陆盆地冲断带复杂的山地地貌和地下地质条件,高密度全三维地震技术、宽方位高覆盖三维地震技术、复杂山地三维地震技术等一系列技术的发展,使得塔里木库车、准噶尔南缘与西北缘、酒泉祁连山前、川西等前陆盆地冲断带获得了一批重要成果。塔里木盆地库车地区深部的断块结构可以得到清晰刻画,盐丘轮廓清楚;克拉苏地区盐下深层构造带识别出“鳞片状”冲断片组合结构(李本亮等,2013)。三维反射地震技术的提高带动了一批构造圈闭的发现,库车地区油气勘探继2000年发现克拉2大气田之后,又分别发现迪那、大北1、大北3三个储量规模在千亿方以上的大气田(贾承造等,2008),大北—克拉苏万亿方级大气区已形成。此外,三维地面激光雷达的应用已在野外露头剖面上沉积体系三维储层建模、岩性分类、构造断裂精细解译等方面发挥作用(朱如凯等,2013)。可以实现露头地质剖面所有地质学信息的数字化记录。1.3地球物理与构造动力学大陆岩石圈具有流变学分层是其在垂向上区别于大洋岩石圈的主要特征。岩石圈的流变学特性与岩石圈的物质组分、结构、高温压物理化学行为、时间等因素密切相关。这使得构造地质学家们在关注构造变形的动力学问题时不仅要在宏观上关注岩石圈尺度的流变特征,也要深入到微观的岩石矿物世界来探寻构造变形的流变学机理。流变学研究在若干研究点上解释了韧性变形带的存在、深部地层的隆升历史、古老造山带和板块碰撞带的存在、及深部地壳的构成。宏观尺度的岩石圈流变研究揭示了岩石圈结构和物质组成的横向非均质性和纵向分层性(王良书等,2004;刘绍文等,2007),岩石圈应变局部化和应变弱化是导致全球板块构造边界和大陆构造流变分层的主因(金振民等,2004;Plattetal.,2011),控制着大陆地震活动带的深度分布、地壳缩短、增厚、减薄、造山、下地壳及岩石圈地幔的拆沉、地壳物质横向流动、重力失稳滑塌、大陆构造变形的弥散性等一系列相互关联的地球动力学过程(Meissneretal.,1998;Brownetal.,2000;Clarketal.,2000;Wattsetal.,2003;ChenWangpingetal.,2004)。微观尺度的岩石流变学以高温压变形岩石实验或超细粒构造岩的优选方位和组构分析(电子背散射法,EBSD)为条件,研究地球组成岩石和矿物的力学性质和变形行为(嵇少丞等,2008)。基础研究表明,岩石流变强度的变化存在多种影响因素,如:含水岩石的液化减弱、具不同能干组分岩石的构造层理流变弱化、因应变差异而造成的应变弱化、因剪切带矿物重结晶导致的重结晶弱化以及因晶体或晶格定向导致的几何流变弱化等(嵇少丞等,2008)。苏鲁高压超高压变质带的研究表明(许志琴等,2009),陆壳在深俯冲/折返过程中,岩体经历强烈高温条件下的塑性变形、流体参与、动态重结晶等复杂变质作用,并在超高压—高压的榴辉岩中形成尺度不一的应变局部化带,指示大陆的俯冲/折返是受一系列韧性透入性剪切变形制约的动力学过程。应该指出,地球物理理论技术的发展极大地推动了构造地质学的发展,包括深部构造和中浅部构造,也包括“狭义”构造地质学和大地构造学领域。未来“狭义”构造地质学将在精细地面地质研究、高分辨率三维反射地震和先进的数学物理模拟的基础上,逐步实现中—小尺度区域地质构造和局部构造“真实的”、全定量化、全数字化、多参数的三维描述和建模。2中国板块构造学说的研究现状与展望20世纪70年代兴起的板块构造学说,被誉为构造地质学的一次全新的革命。它从全球化的演化史观,首次提出并同时解释了大陆/大洋构造的全球模式,提出完整的深部/浅部统一的地球动力学模式,首先使用全球规模的地球物理资料,实现地质/地球物理模型的统一和资料的相互解释。由于其鲜明的先进性与完整性,至今仍在构造地质学科中占据统治地位。笔者之一贾承造曾经说过,作为构造地质学家,我们可能终生生活在板块构造学说的影子下,我们既是幸运的,又是不幸的。尽管板块构造学说已经取得了巨大的成功,但它仍是一门发展中的学说。在对大陆演化以及大陆与岩石圈和地幔动力学的关系,大陆的生长过程、厚度及其与下伏地幔耦合的动力学等研究中仍有许多问题有待解决。20世纪90年代以前,国内李春昱等(1975)、郭令智等(1981,1983)、施央申等(1988)先后运用板块学说开始探索中国大地构造演化中的问题。20世纪90年代以来,随着大陆构造的多样性、复杂性、分层性和岩石圈的流变性等问题被提出,板块构造学说开始面临新的挑战。近年来,大地构造学科取得的进展主要表现在岩石圈地幔动力学以及大陆构造领域。随着大陆构造、大陆动力学、大陆流变学和大地构造物理学等研究的兴起(许志琴等,2008;张国伟等,2011;杨文采,2014),以及岩石圈地幔研究、深部地震反射、地震层析成像技术及大陆科学钻探工程等取得的一系列成果,一些研究正在成为构造地质学和固体地球科学发展的新起点(许志琴等,2008;张国伟等,2011)。2.1岩石圈地幔动力学与地幔物质循环的研究2.1.1对上地潭的新构造观板块构造描述了岩石圈块体在近球形的地球表面如何运动及相互作用。板块运动是指位于对流地幔圈层之上的岩石圈的水平运动,主要由岩石圈在俯冲带的下沉作用所致(Stern,2007)。传统的观点认为,板块运动的一种重要的驱动力是软流圈对流施加于板块底部的牵引力。但最近的研究认为,是板片俯冲的牵引力和吸引力驱动着的板块运动(Conradetal.,2004;Stern,2007),岩石圈板片在俯冲带发生下沉进入地幔,并控制着地幔对流。地震层析图像指示,一些岩石圈板片可能俯冲至1100~1300km(Grandetal.,1997;VanderHilstetal.,1997;VanderVooetal.,1999),有些大洋板块可以俯冲到过去难以想象的核—幔边界(即2900km深度)(Grandetal.,1997)。地幔深度、洋脊推力的贡献约占板块运动总驱动力的10%,而俯冲带岩石圈的俯冲提供了总驱动力的90%(Stern,2007)。在超大陆的旋回中,板块构造过程,包括环超大陆的俯冲,驱动了超级地幔柱的形成,且反过来也影响超级大陆的裂解(LiZhengxiangetal.,2009)。目前,基于高分辨的全球地震层析资料已经证实,深部高热、低速异常体可以从核—幔边界上涌,并跨越660km的不连续面,直达地表热点(许志琴等,2008)。在相对运动的岩石圈之下,发现了相对固定,可能深入至下地幔的地幔柱。如非洲和太平洋超级地幔柱(ZhaoDapeng,2001;Romanowiczetal.,2002;Romanowicz,2008)。为此,有研究者在全球岩石圈超深俯冲和超地幔柱的新模型基础上,提出全球新构造观(Maruyamaetal.,2007)。许志琴等(2010)提出研究板块运动必须考虑整个地幔的动力学背景。近年来,随着地震建模技术和密集地震网的发展,对全球和区域尺度的地幔结构和变形的高精度(<100km)成图已成为可能。基于探测技术的实现,在欧洲中部已证实上地幔中存在一些小规模、近柱体和低速地幔物质的上涌体(直径约100~150km)(Granetetal.,1995;Ritteretal.,2001),它们被称为“新生地幔柱(baby-plumes)”。但对于这类地幔柱的来源仍在探索中。2.1.2战性课题研究近十年来,研究板块俯冲带的俯冲与折返动力学过程是比较热门且极具挑战性的课题,它对于认识板块构造作用下壳幔物质的循环过程,了解板块俯冲与碰撞造山过程、造山带的缩短与加厚等具有重要的意义。目前,大陆地壳的深俯冲/折返和洋壳的深俯冲/折返过程均得到了认识和重视。2.1.2.大陆深冲刷和壳电作用的认识对于大陆地壳,传统的板块构造理论认为,由于其组成以长英质成分为主,密度较低,很难俯冲进入到深部地幔中,因而停留在地表,并被挤压褶皱形成一个复杂的拼贴构造带(许志琴等,2010)。然而,根据现今的地震层析资料揭示,大洋和大陆板片的深俯冲可以达到1000km以上,甚至核—幔边界的深度。当然,如果仅仅至此的话,大部分俯冲到地幔中的板片有可能被拆沉至更深的部位而难以再循环进入地幔(许志琴等,2010),也就难以被剥露出地表,无以形成板块构造作用下大陆深俯冲和壳幔物质循环过程的认识。早在上世纪80年代,已有研究者在与大陆碰撞相关的高压/超高压变质岩石中发现10~80μm的微金刚石和柯石英,认为它们可以指示大陆地壳物质曾被俯冲到大于150km的深度,并在构造剥露的过程中被纳入到造山带中。当前,随着技术的快速发展,对于微金刚石甚至可以实现更细微地探测,分析其内部纳米级的多相包裹体以及具有“地壳”指示意义的碳稳定同位素成分(Cloetinghetal.,2010)。造山带中超高压矿物柯石英和金刚石的发现,被认为与碰撞带的岩片深俯冲(>100km)有关(杨经绥等,2009),这已开始激发大地构造学家修正对板块深部俯冲过程的一些认识,从而提出物质从地壳下沉至地幔,再折返的新模型,地壳物质循环扩大至下地幔。目前,世界上已有二十多条大陆俯冲/碰撞带的变质表壳岩石中发现并确认存在柯石英和金刚石(杨经绥等,2009)。中国境内含榴辉岩的高压—超高压变质带有11条,先后在大别山超高压变质带、苏鲁超高压变质带、柴达木盆地北缘超高压变质带、秦岭超高压变质带、新疆西南天山超高压变质带等地发现了柯石英和金刚石(杨经绥等,2009)。对于俯冲陆壳的折返机制的认识,有研究者认为,陆壳密度较低,即使俯冲到200km的深度其密度仍小于周围地幔,因而它可以由浮力作用自行折返到地壳(Ernst,2006)。许志琴等(2009)和杨经绥等(2009)的研究表明,大陆深俯冲的物质可以沿板块汇聚边界的多层隧道呈多重、分片样式“挤出”折返,而扬子板片上部和下部的透入性韧性剪切是苏鲁—大别高压—超高压变质带俯冲岩片挤出的重要机制。2.1.2.断裂构造的“越界”洋壳在俯冲过程中经历高压—超高压变质而转变为蓝片岩和榴辉岩。以往的研究者普遍认为,俯冲洋壳以大洋中脊玄武岩成分为主,密度较大,转变为榴辉岩后其密度大于周围地幔,从而可俯冲到过渡地幔、下地幔,甚至核—幔边界(Litasovetal.,2005;Perrillatetal.,2006),但很难由自身浮力而折返回地表。然而,在现今的一些大洋俯冲带中,出露的含柯石英的洋壳榴辉岩研究表明,它们俯冲到90km以下的深部地幔并经历了超高压变质作用(Groppoetal.,2009;Angiboustetal.,2012)。近30年来,众多研究学者提出了多种俯冲洋壳的折返模式,如:增生楔低密度变沉积岩携带折返(Shreveetal.,1986),陆壳岩石携带洋壳榴辉岩折返(Chopin,2003),蛇纹岩俯冲通道携带洋壳榴辉岩折返(Hermannetal.,2000)等。而分析表明,现今折返到地表的洋壳榴辉岩和变沉积岩的形成深度普遍小于120km(陈意等,2013)。需要指出,当前对大陆深俯冲/折返的认识尚存争议。如:有研究者认为柯石英和金刚石的发现证明它们所赋存的岩石曾经俯冲到80~120km的大陆岩石圈地幔深度而发生了超高压变质作用和快速折返(Chopin,1984,2003;郑永飞,2003,2008;郑永飞等,2009)。对此,一些高压物理学研究者则持不同观点,认为这一认识回避了板块驱动的原动力问题(池顺良,2011),是以石英—柯石英的高压高温平衡态相变为条件,但在不均匀固体地球高压高温非平衡态体系中,地表柯石英超高压变质的非平衡态形成模式比平衡态具有更大的普遍性、多样性(苏文辉,2011;苏文辉等,2012)。争鸣是学术进步的动力,只有商榷、争鸣,才能将问题搞得更清楚,才能使科学得到发展(任纪舜等,2004)。科学研究不排斥“大胆假设,小心验证”。随着地球物理学、物理学、岩石学、地球化学等多学科研究者广泛参与到地球构造问题的讨论中,对一系列岩石圈结构、动力等问题的认识将会更深入、更清晰。2.2“rodi系统”的超陆大陆构造研究主要进展集中体现在古老陆壳的形成及大陆复杂历史的演化方面。已经形成了数种古陆演化的模型(Golonkaetal.,2000;Powelletal.,2001;Stampflietal.,2002;Scotese,2004;ZhaoGuochunetal.,2004;LiZhengxiangetal.,2008;Cocksetal.,2011;李江海等,2013a),古陆分裂与拼合演化历史被追溯至2.0Ga之前。古老地壳和大陆再造的研究是以构造地质学的观点和思维对全球构造发展史进行追溯和高度地概括。板块构造的大陆漂移学说最早提出了存在联合古陆的思想,魏格纳将它称为“Pangea”超大陆(泛大陆)。但这一认识直到半个世纪以后才被接受,并认为300~250Ma是该大陆的主要拼合期(Rogersetal.,1995)。20世纪80年代以来,随着古地磁和年代学研究的深入,研究者们开始认识到在“Pangea”大陆形成之前存在更古老陆壳拼合的历史(Hoffman,1989),而大陆的拼合和裂解是板块会聚和分离的结果。随之提出一个命名为“Rodinia”的超大陆,而这一超大陆完成碰撞造山的拼合作用普遍认为大致发生在1.0Ga之前(Hoffman,1989;Powelletal.,1993,2001;Dalzieletal.,2000;Nast,2002)。然而,随着重建“Rodinia”超大陆研究的开展和一些古老陆壳演化数据的获得,大量证据表明,在“Rodinia”超大陆内存在更早的碰撞拼合事件记录,时间约为2.1~1.8Ga。随后,存在一个更古老的“Columbia”超大陆的认识被提出(Rogersetal.,2002;ZhaoGuochunetal.,2002,2004)。这一认识将大陆构造分裂与拼合的演化历史追溯到了2.0Ga之前。中国大陆构造的发展史是一个微大陆(陆块)漂移、聚合和拼贴、裂解的历史。元古宙-早中生代时期,以华北、塔里木、扬子克拉通为核心,联合其它20多个微陆块经历了多期的大陆解体和拼合过程(贾承造等,2005;李江海等,2013b)。目前,在中国的北方,华北陆块发现的最古老的岩石年龄≥3.8Ga(LiuDunyietal.,1992),2.5Ga之前太古宙末期的小陆块构造拼贴事件奠定了稳定的华北克拉通,并在古元古代经历了裂谷—岛弧—碰撞构造事件和大氧化事件、在中—新元古代经历了裂谷事件,发展为具有地台属性的演化史(翟明国,2013)。塔里木盆地具有太古宙和古元古代变质岩系以及新元古代地层组成的基底,但由于其沉积覆盖较强,古老基底的演化历史研究较薄弱。在中国的南方,华南古陆是由扬子和华夏克拉通在新元古代拼接而成的,并曾为“Rodinia”超大陆的组成部分(翟明国,2013)。扬子克拉通经历了早前寒武纪的陆壳生长和1.0~0.9Ga、0.8~0.6Ga的两期变质与岩浆事件,华夏古陆存在1.8Ga的古老基底(翟明国,2013)。中国大陆的主体基本形成于三叠纪全球“Pangea”超大陆的造山期(翟明国,2013)。中国大陆显生宙以来的构造演化主体受制于古亚洲、古特提斯和环太平洋三大构造域(RenJishunetal.,2002)。在大陆演化过程中经历了长期、多期、复杂的构造过程,其中以华南古陆的大陆构造相对复杂(许志琴等,2013b)。张国伟等(2013)提出,华南的大陆构造经历了新元古代古板块的拼合和裂解、早古生代与中生代初两期陆内造山作用、克拉通的多期逐次迁移活化和陆内造山、中新生代的板块构造与陆内构造复合差异演化四个不同阶段。以行星地球系统科学观展现出中国大陆构造的特殊性和研究的重要地位。综上所述,未来大地构造学的进展可能在两个方面对板块构造学说构成重大挑战或形成重大发展。一个是在建立新的岩石圈—地幔一体的深部动力学模式;一个是建立新太古—古生代“板块”运动模式,从而解释古陆的形成、运动、增生。但目前还有漫长的道路要走。因为大陆岩石圈不断增生、不断聚合、裂解的演化模式显然比大洋岩石圈演化模式要复杂得多(杨文采,2014)。区域大地构造作用从洋陆转换作用体制到大陆碰撞作用体制的转变也呈多阶段的演化(杨文采等,2014a,2014b)。而且,行星学的实际研究是极为困难的,地球至今是唯一的样本,而地球板块分裂、漂移、汇聚的动力和深部机制始终缺少一个完善的假说。2.3羌塘地区地质构造研究客观地说,近年来,国内大地构造学研究与20世纪70~80年代相比,进入低潮,但仍在古老大陆构造和青藏高原构造领域取得一批成果。青藏高原丰富地质资料的获得离不开基础地质调查和多学科综合研究的贡献。1999~2003年先后开展的青藏高原空白区1∶25万区域地质调查,共涉及1∶25万图幅110幅(面积145×104km2)(潘桂棠等,2004)。发现数万件古生物化石、15条反映板块俯冲的构造蛇绿混杂岩带和3条高压超高压变质带、一大批重要的地质体及其接触关系,获得了大量的岩石年代学数据,重新厘定了高原地层和构造划分,并对阿尔金带、木孜塔格—玛沁带、金沙江带、龙木错—澜沧江带、班公湖—怒江带、冈底斯带、雅鲁藏布江带、喜马拉雅带提出了新认识(任纪舜等,2004;潘桂棠等,2004)。2003年以来,中国地质调查局在羌塘地区部署了30多个1∶25万图幅和少量1∶5万图幅的地质填图工作,进一步对羌塘地区的基底组成、时代和性质展开研究,认识到羌塘地区南、北分属不同的大陆边缘体系,龙木错—双湖—澜沧江缝合带在古陆边界的划分中具有重要地位(李才,2003,2008;李才等,2009)。青藏高原是中国陆上最为壮观的构造现象。许志琴等(2006)将其称为“造山的高原”。它是东特提斯构造域长期演化的结果,具有多地体、多洋盆、多俯冲、多岛弧、多碰撞和多造山的总体地体构架(许志琴等,2013a)。地体的多期拼合、碰撞使得东特提斯体系最终终结于印度与亚洲板块的碰撞过程,导致青藏高原快速崛起、周缘造山带再活化以及大量物质侧向逃逸。一些研究进展表明,高原在形成过程中,存在特提斯洋盆的俯冲增生造山作用,造成多期的造山系拼贴、叠置并总体向南扩展(YinAnetal.,2000;许志琴等,2006,2013a)。高原内的大型走滑断裂在地体间的多期斜向碰撞过程中形成,并伴随挤压/转换型褶皱造山、挤压转换型盆—山体系、物质逃逸和地体侧向挤出等构造的形成(许志琴等,2010)。除关注高原自身的构造研究外,与高原隆升和构造向北、向东扩展的相关研究也取得了一定认识。高原的隆升和扩展作用导致了以小克拉通拼贴基底、复活造山带和前陆盆地(冲断带)群为主要构造单元的巨型环青藏高原盆山体系形成(贾承造等,2013),并在此集中体现了全球最显著的弥散型陆内变形。环青藏高原盆山体系内蕴藏着丰富的能源、矿产资源。由古生界克拉通古隆起和中—新生代前陆盆地(冲断带)构成的含油气盆地群决定了中国中西部天然气大气区的分布,蕴藏着我国60%以上的天然气资源;而多期复活的造山带则是多金属矿产资源的主要勘探领域。因此,环青藏高原盆山体系是构造地质学科应当重视的研究基地。3与经济产业发展相关纵观构造地质学取得的进展,我们看到,构造地质学科的发展明显地依赖于观测技术进步和新观测手段的出现;依赖于经济产业发展与国计民生;依赖于坚实的地质基础,扎实的调查工作,勤奋和一个聪明的大脑。综合体现了地球科学以技术、产业需求和社会服务、人才培养为导向的战略发展方向。3.1新观测手段和新认识的不断深化自20世纪60年代以来,随着观测技术的进步和新观测手段的不断涌现,以及全球和地区范围内地学相关计划(董树文等,2010)的开展,地学各学科之间的相互交叉和渗透呈现出明显的技术导向性。依赖于观测技术的进步和新观测手段的出现,包括地球物理、空间、地球化学、力学等领域的相关技术和数据已被广泛应用于构造地质学的研究成果中。技术与学科产生互动,卫星对地观测、地震观测、地下深部钻探观测等一系列新技术正逐渐成为新时代构造地质研究和认识的强有力支撑。卫星对地观测技术(包括遥感卫星、重力卫星、GPS、InSAR等)具有全天候、全球性、周期短、效率高、动态性强等优点。这类技术从提供全球尺度、区域尺度、精细尺度的观测和构造制图数据,到构造形变场和物理特性场分析,大大丰富了构造地质学的研究内容。当前,卫星观测已被广泛应用于地震监测、灾害预测、地壳构造运动和形变、油气微渗漏和油膜监测等研究领域,推动着活动构造、构造地貌、大地测量、资源勘探等方向的数字化研究进程。陆地地震观测具有从固定台站、流动台站向大动态、宽频带、数字化、可移动地震台网和台阵发展的趋势(滕吉文等,2009)。高精度地震宽角反射和折射、深地震反射、地震三维速度结构和高分辨层析成像等一系列新技术已成为研究地球内部圈层结构、耦合关系、物质和能量交换、深部过程和力源机制、盆—山结构等的强有力手段(滕吉文等,2009),对全球和区域尺度的岩石圈—地幔结构、地幔对流模型、壳—幔介质的非均匀性和各向异性、深部物质流变机制等认知水平的深化正在带动大陆动力学取得空前的突破。盆地尺度的三维高分辨率地震、反射地震、宽频地震、高密度地震、多波地震等勘探技术和盆地结构、构造的精细刻画及定量数字建模相结合,极大地丰富着构造变形研究的实例,并推动着能源、矿产工业部门的勘探认识和未来勘探方向;在海洋地震观测中,随着深水多缆地震、多方位角地震、广角反射地震等勘探技术和海底地震仪探测技术的日益成熟,深水盆地演化、资源分布、深海地壳和岩石圈结构、深部动力学过程等也为构造地质学提供了巨大的研究空间。地下深部钻探观测是对地壳深部物质组分的直接取证及其结构、构造应力、地球物理状态等的直接探测。随着国内外相继开展的大洋科学钻探和大陆科学钻探计划取得成功(苏德辰等,2010),一些新的观测数据在检验和丰富板块构造学说的同时,也开始挑战板块构造和地质过程的一些传统认识。如:陆—陆碰撞过程地壳物质的高压—超高压深俯冲/折返和流变、壳—幔物质交换和岩石圈物质分异、深部矿液向下流动聚集(杨文采,2002)等。当前,观测技术的进步和新观测手段的出现正以前所未有的力度推动着构造地质学多方位的发展进程和认知水平,因此我们需要学习掌握观测技术,特别是地球物理技术,主动与技术相结合。利用新技术、新资料,发现新的生长点和交叉点,敏锐地产生新概念、新理论。3.2能源和矿产资源供应充足科技的进步离不开经济社会发展的需