地球运转、大陆漂移与中国陆块构造运动论造山运动中的地壳变形变质及岩浆作用更多>>>
雷琼沉降带构造沉积演化概要雷州半岛水文地球化学概况
冰后期全球气温海平面变化及未来变化预测

推论全球气候变化与人类演化

莫 如 波

摘要:通过对地球科学多学科的综合分析,发现了大陆漂移、地壳运动、海平面升降与地球旋转速率之间的变化关系如表1,从这些关系出发,结合近些年地球科学最新的研究成果,进一步分析和论述了中国大地构造的演化过程。

  目   录 (17800字)
1 地壳运动的成因与特征
2 大陆的漂移演化
3 陆块间的"开合"及其地质作用
3.1 陆块间"开合"过程一些沉积学特征
3.2 陆块间"开合"过程中的岩石圈过程
3.3 陆块间的“开合”进程及其地质构造
3.3.1 自转减速期间的晚加里东-海西-印支旋回
3.3.2 自转加速期间的早燕山旋回
3.3.3 自转减速期间的晚燕山-喜马拉雅旋回

3.3.3.1 东亚大陆边缘的裂离与扩张
3.3.3.2 西南部印度板块与青藏地体的拼合碰撞

1 地壳运动的成因与特征

    最近,天文学家通过设置在夏威夷群岛的望远镜,发现了距地球150亿光年的星系,认为宇宙形成于至少150亿年前[1]的一次大爆炸;银河系大约形成于80~100亿年前;46亿年前,银河系中一团低温旋转的星云尘埃,在自重的作用下,向中心"塌陷",形成古太阳,留下1.3‰的尘埃和气体继续旋转,经过碰撞和结合,在数百万年间形成了太阳系的其它星体(包括九大行星及其卫星、众多的小行星、彗星)[1],如示意图1。原始地球还是一个冷的近于均质的球体,随着体积和质量的增大,内部放射性元素的蜕变释热和地球的收缩放热,导致物质熔化,长期的重力分异作用使地球开始分层[1]。密度大的铁镍物质向地心运移,形成了地核;密度小的硅铝、硅镁物质向地球表层运移形成地壳;密度居中的铁硅镁物质组成地幔,其中,深度50~250km地带为软流圈,认为是地壳运动和岩浆活动的发源地;在地壳均衡调节的作用下,密度大一些的硅镁层(玄武质层)分布于地壳下部或地球表层低凹区域,组成下地壳和洋壳,密度最小的硅铝层(花岗质层)分布于硅镁层之上,在漫长的地幔对流作用下,堆隆成厚度较大、刚性较强的陆壳。有的科学家认为,在大约45亿年前地球形成初期,一颗相当于火星大小的天体撞击了地球,冲撞使地球自转,大量碎片被抛掷到围绕地球的轨道,碎片的聚集形成了月球[1]。月球绕地球运转,地心距月地系质心为0.73倍地球半径,从而导致地轴倾斜23.5°,垂直度为0.739。

    太阳系大约以2.8~4亿年的周期绕银河系运转,经过最近银心点的时间是距今-8±4、280、595、937、1300、1678、2067、2462、2860……百万年前,经过远银心点的时间是距今136、437、766、1119、1489、1873、2265、2660、3060……百万年前(Stainer,1973)太阳系的银河年是逐渐变短的[3]。运行过程中,在近银心点运行得最快,远银心点最慢;从远银心点向近银心点运行加速,从近银心点向远银心点运行减速;运行加速时,太阳与地球的距离加大,地球为了赶上太阳,以减少自转角速度来增加前进的速度,结果导致地球在近银心点自转最慢,远银心点最快[3];由于太阳系的银河年趋向变短,导致地球自转速度总体在变慢。如图2所示。有的研究认为9亿年前每天只有18小时,40亿年前每天只有8小时[1],最早期的地球日长仅约5小时[3]。一般认为,地球公转周期变化很小,地球自转的总动量可认为是不变的,自转变慢过程可能是以地球体积的膨胀来维持动量守恒的,若按比例作粗略推算:每年380天(晚石炭世C3)、400天(早石炭世C1)、420天(志留纪S),每天18小时(9亿年前)、8小时(40亿年前)旋转速率的地球平均半径约为现在的96%、91%、87%、75%和33%。

    地幔、地壳质量的分布是不均匀的,地球自转可认为是一个非刚体转动,自转总动能 Wk ½ Δi·ri2·ωi2),整体角动量 =∑Δi·ri2·ωi),其中Δi为质点质量、i为质点到自转轴距离、ωi为质点的绕转角速度。当自转整体角速度发生变化时,可通过质点的迁移、改变转动半径和相对角速度来维持动量不变,大陆漂移、地幔对流是为维持动能守恒而作出的调节反应,地幔对流、地壳运动在强度和方向上就会随着自转角速度的周期性变化而变化。当太阳系向远银心点运行地球自转加快时,整体角速度增大,地球表层凸起的陆块因其距转轴半径较大而向两极漂移,地幔物质也可能向两极对流,以降低赤道半径;同时,在自转向东的加速过程,由于惯性力的作用,地壳表层则产生向西的相对漂移力,来满足降低质点转动相对角速度这种需求。结果造成在自转加速期,陆壳板块向西向两极漂移,期间地幔对流加强,大量地幔柱的快速对流,在地球表层表现为巨大的岩石圈板块的破裂,泛大陆解体向西向极漂移,洋壳板块向陆壳板块强烈俯冲;同时,随着大洋中脊的产生和扩展,洋盆容积减少,海平面上升,海侵发生[4]。同理,在太阳系向近银心点运行地球自转减速时,陆壳板块向东向赤道方向漂移,地幔对流减弱,对流格局简单化,独立活动的岩石圈板块数目减少,大陆地壳聚合增生、海槽关闭,陆块的拼合碰撞形成陆壳造山运动;同时,由于地幔对流的减弱,导致大洋中脊体积缩小,还有一些中脊随大洋关闭而消失,洋盆容积增大,海退发生[4]也有认为,大陆周期性的分裂与合拼现象与地球的黄道倾斜密切相关:在近银心点,黄道倾角最大(23°),自转速率最小,大陆趋向于联合;远银心点黄道倾角最小(10°),自转速率最大,大陆趋向于分裂。此现象表明大陆的分裂与合拼不是由地幔对流引起,而是由于地球旋转速率的变化,内部板块运动受"制动"和"惯性"力作用的结果(Willians,1973)[3]。在自转加速期,陆块向极漂移,在10~7.5亿年前,曾在北半球形成一个超级大陆[1];在石炭纪至二叠纪自转变慢期间,陆壳板块向赤道会聚形成了一个联合古陆[4];中生代晚期至新生代,全球大陆总的漂移方向是向赤道向东的,如欧亚大陆、非洲、澳大利亚等陆块,非洲和印度次大陆新生代穿过赤道后的北向迁移还可能与地轴倾斜有关。

    太阳系在绕银河系运转过程,兼在银道面两侧(也有认为是银河旋臂两侧)作往返摆动,其往返周期为80~90Ma(Bok,1957)[3],半周期为40~45Ma。拟合构造运动全球性加强期“5.8、5.4、4.6、4.2、3.70、3.3、2.95、2.4、2.05、1.70、1.20、0.7、0.26亿年前”[3](如表1),取6亿年前半周期为40Ma,近期为45Ma,每个后面1/4周期比前面1/4周期延长2.5/600,再设定5.8亿年前的“加强期”位于银道面外侧,即可推算得位于银道面(或旋臂)中心的时间为:600.00、559.92、519.49、478.74、437.65、396.21、354.42、312.29、269.80、226.96、183.77、140.21、96.28、51.99、7.34 MaB.P;位于银道面(或旋臂)外侧的时间为:580.00、539.75、499.16、458.24、416.97、375.36、333.40、291.09、248.43、205.41、162.03、118.29、74.19、29.71、-15.31 MaB.P。在往返摆动过程,由于引力发生变化,同样引起地球与太阳距离以致地球自转速率的变化,从而产生了短周期的地幔对流、地壳运动的强弱变化。当在银道面(或旋臂)外侧时,太阳系所受引力减少,运行减慢,而地球旋转加快,地幔对流加强,岩石圈破裂,洋壳对陆壳强烈俯冲,洋面升高发生海侵;当在银道面(或旋臂)中心运行时,由于星云密度大,引力增大而导致太阳系运行加速,地球旋转减慢,大陆岩石圈简单化,陆块发生拼合增生,大洋中脊收缩,海平面下降发生海退。显生宙陆壳在长周期分裂拼合的基础上兼作短周期(35~55Ma)区域性的分裂和拼合,产生短周期的洋盆海槽的开合、洋面升降及相应的造山运动。前面推算的位于银道面外侧的时间与构造运动全球性加强期[3]相一致,而在银道面中心的时间基本与陆间洋盆的关闭、海槽回返、大陆的拼合造山运动及世界洋面降低的主期相一致。地球运转、大陆漂移、地壳运动、海平面升降的对应关系如表1所示。

2 大陆的漂移演化

    据有关资料推测,在10~7.5亿年前,地球曾存在过一个超级大陆。除澳大利亚处于南极外,其他大陆主要在北半球组成一个超级大陆,亚洲位于北极地带,南极洲位于西北部与北美相邻,南美、非洲位于超级大陆南部[1]。震旦纪,我国陆块分布两期冰碛岩:扬子板块的南沱组(鄂冰成岩测年740~700MaB.P)和华北、柴达木、塔里木板块的罗圈组(630~590MaB.P)[8]。它们可能属于大冰期各陆壳板块漂移穿越极地时形成的冰盖产物。后期,由于地球自转速度的变化,超级大陆解体并向南半球漂移。在寒武纪至奥陶纪,中国的部分板块曾位于北纬30~50°并不断向赤道漂移,穿过赤道随着自转的加速向南半球漂移,到志留纪,华北板块约位于北纬20°至南纬15°之间。而扬子、华南、西藏、印支板块约位于南纬20~35°地带,大约位于由非洲、南美、南极洲、澳大利亚、印度、南西欧、部分中国等陆块组成的古冈瓦纳大陆的北部,华北与扬子、华南地块之间曾以大洋相隔[4]。至于志留纪-早泥盆世加里东运动,中国陆块群是否与古冈瓦纳大陆连为整体有待于进一步探讨。

    从晚古生代开始,地球自转减速,中国主要大陆板块在南半球向低纬、赤道方向漂移。大约在4亿年(或3.86亿)年前,首先由中国的三个板块(华北、扬子、南华板块)向北漂离古冈瓦纳大陆,古特提斯洋开始扩张;接着约在3.6亿年前,由印支、西藏、土尔其、伊朗等多个地体与古冈瓦纳大陆分离并向北漂移,中特提斯洋扩张[4];当时俄罗斯、西伯利亚古陆则可能从北半球向低纬、赤道方向漂移,中间的中亚-蒙古洋逐渐收缩,从石炭纪开始逐渐与塔里木板块、华北板块在赤道附近拼合碰撞。

    随着太阳系向近银心点运行,地球自转进一步减慢,陆壳板块向东向赤道漂移,聚合增生。南西欧、南美、非洲向北伸展漂移,并与北美、北西欧、俄罗斯陆块拼合,中国的多个陆壳板块其北部与西伯利亚板块拼合,在晚石炭世至三叠纪期间,全球形成一个联合古陆。中国陆块的拼合主要形成于联合古陆的拼合期间,其由北部的西伯利亚古陆南部及其前冠部分、塔里木板块、东部的西滨太平洋板块系(包括中朝、扬子、华南板块及由中朝、扬子板块裂离出的巴颜喀拉地体、中咱地体)、西南部的特提斯地体系(包括昆仑、羌塘-印支、冈底斯-缅泰马地体)碰撞拼合而成。据古地磁资料:广东连县在泥盆纪至石炭纪位于南纬9~12°[9];海南岛(今北纬19.2°)在石炭纪位于南纬5°[10];华北板块与扬子板块在晚二叠世末期曾经是相互分离的,都位于赤道附近的低纬地区[11];塔里木地块是从南半球中高纬地区漂移到北半球的;青藏昆仑、羌塘、冈底斯三个地体在古生代则位于南半球中低纬地区[12]。在石炭纪至三叠纪近银心点地球自转减慢期间,中国的陆壳板块从南向北漂移,在北部,塔里木、华北板块首先与向南漂移的西伯利亚古陆碰撞拼合,自西往东在早石炭世末(C1)、早二叠世末(P1)、二叠纪末(P)、中三叠世(T2)发生拼合碰撞[13]接着自早至晚,从北到南,二叠纪末(P)至中三叠世末(T2)发生扬子板块与华北板块的拼合碰撞[13];早二叠世末(P1)至中三叠世(T2)发生青藏北部地体(昆仑、巴颜喀拉地体)与塔里木、华北地体的拼合[14]中三叠世(T2)至早侏罗世(J1)发生华南板块与扬子板块的拼合[15];晚三叠世(T3)至早侏罗世(J1)发生印支地体与滇西板块(属扬子板块)的碰撞拼合[16];晚三叠世(T3)至早侏罗世(J1)发生羌塘地体与昆仑-巴颜喀拉地体的拼合;晚侏罗世晚期(J3晚期)至早侏罗世早期(K1早期)发生冈底斯地体与羌塘地体拼合[14]。冈底斯、羌塘地体的北向拼合还与后期的新特提斯洋扩张有关。

    显生宙全球陆块分布变迁如图3(古海洋学概论);晚古生代、中生代亚洲陆块、海盆分布如图4所示(地质年代符号表示该洋盆关闭的时间)。

    在晚三叠世至早白垩世期间,太阳系从近银心点向远银心点运行。地球自转加速,地幔对流加强,巨大的岩石圈板块逐步破裂,联合古陆开始解体漂开,陆块向西向极漂移。

    在此之前,在二叠纪末(2.48亿年前),地球曾遭受过一次陨星撞击事件,有95%的动物种类灭绝,一半以上的海洋动物和哺乳类爬行动物灭亡[11];浙江长兴煤山T/P界线出现铱含量异常,至二叠纪晚期的长兴期末,有85%的菊石、80%的腕足类和84%瓣鳃类灭绝,进入三叠纪后,类整个地消失[4]。美地球科学家迈克·兰皮诺认为这颗陨星直径约20km,撞击于联合古陆的南部腹地,撞击使南美与非洲分开,也使这两陆块与南极洲、澳大利亚、印度次大陆沿撞击所生成的断裂分开。火地岛新发现的两个环形冲击构造,南美及西部南极在距冲击中心1000km距离内的褶皱、上冲岩层向外展开呈波状。支持这种撞击解释的还有如开普褶皱带和法克兰高原的地质构造[1]。这次撞击还可能是西伯利亚始于2.48亿年前,持续了一百万年的火山喷发的诱因。

    晚三叠世东冈瓦纳(包括南极洲、澳大利亚和印度陆块)与西冈瓦纳(包括南美与非洲)之间首先破裂,早侏罗世,南大西洋初始裂谷形成;中、晚侏罗世在赤道地带联合古陆分裂成北部的劳亚古陆与南部的冈瓦纳古陆,新特提斯洋开始扩张,北美向西分裂;早白垩世南大西洋开始扩张,北大西洋、新特提斯洋扩张加剧[4]。期间,中国陆壳遭受太平洋板块的北西向强烈扩张和新特提斯洋北向扩张的影响,边缘地体进一步与大陆拼合。强烈的俯冲挤压,使原先已拼合的亚洲大陆地壳缩短增厚。青藏几个地体拼入欧亚大陆(冈底斯地体与北部羌塘地体最晚拼合于早白垩世初期),东亚边缘地槽系在俯冲作用下自北而南先后封闭回返,日本、台湾、南海古陆、菲律宾、加里曼丹岛、中南半岛等与大陆连成一片,组成一个规模空前的欧亚古大陆[17]。据古地磁资料,到早白垩世,中国曾到达较现在更高的纬度。海南岛(今北纬19.2°)在早白垩世位于北纬29.2±4.9°,晚白垩世位于北纬26.2±7.4°[10];晚侏罗世至早白垩世华南地块沿NNW向运移了近300km,而在晚白垩世以来沿SSE向移动了100km[38]

    晚白垩世以来,太阳系从远银心点向近银心点运行,地球自转减速,地幔对流减弱,陆壳的漂移转向向东及向赤道方向。由于地轴有23.5°的倾斜,南、北半球的应力交合带也可能向北偏移23.5个纬度。欧亚大陆向东南方向漂移兼作顺时针旋转;非洲、印度、澳大利亚等陆块向东北方向漂移,非洲在两千万年以来向北迁移了6个纬度[4];新特提斯洋关闭仅剩下半封闭的地中海。在亚洲东部,由于太平洋板块俯冲减弱,陆壳边缘应力松弛,日本、台湾、菲律宾、加里曼丹岛弧出现,日本海、南海等海盆相继拉开[13]。在亚洲的南部,印度板块在惯性力的作用下继续北向漂移,向亚洲大陆强烈俯冲,碰撞挤压使青藏地壳缩短增厚、强烈隆起。

    显生宙中国各陆块的漂移演化如图5所示。

3 陆块间的"开合"及其地质作用

3.1 陆块间"开合"过程的一些沉积学特征

    中国大陆形成于陆块的多次裂离、增生与拼合过程。北部与西伯利亚板块之间经历了从洋壳相隔→停靠、海槽拼合→碰撞俯冲或仰冲→陆内俯冲的过程;南部中间陆块之间经历了从洋壳相间→拼贴碰撞(加里东运动)→裂陷成陆间海槽(小洋盆)→海槽收缩→碰撞俯冲→陆内俯冲→造山带抬升折返的过程。

    从震旦纪至中奥陶世,华北、塔里木、扬子克拉通地台与超级大陆分离向南半球漂移,由于陆壳的拉薄、裂陷和洋中脊剧烈扩张引起的海平面上升,华北、塔里木、扬子克拉通地台发生了范围最广、历期最长的大海侵。震旦纪,从低水位体系域碎屑沉积开始,在塔里木、扬子地台上广泛发育了高水位体系域碳酸盐岩;寒武纪至中奥陶世,在华北、塔里木、扬子地台上广泛发育了高水位体系域的碳酸盐岩,形成克拉通盆地中的碳酸盐台地,而在克拉通边缘则出现深水、半深水的浊积岩[18]。在此期间,华南、古南海地槽("华夏古陆")呈岛隆、岛链、水下隆起、浅海、海湾格局[19]分布于古冈瓦纳大陆的北部附近,广泛沉积了浅海相细碎屑岩、硅质岩建造[19]。在华北、扬子板块南向漂移过程中,由于华北板块的仰冲和扬子板块的深海前锋(东南边缘深海盆地)的俯冲,华北地台于中奥陶世峰峰期末上升为陆,"华夏古陆"经过多岛隆、微陆块的拼贴后于晚奥陶世上升为陆,期间为扬子碳酸盐岩地台东南深海盆地的巨厚沉积提供了物源。在志留纪晚期至早泥盆世地球自转开始减速期间,可能是古冈瓦纳大陆的北向伸展和华北板块的继续南向推进,板块之间的洋盆关闭,发生了加里东陆块拼合造山运动,但此期造山运动较弱,具有"碰撞不造山或造山不成熟"[20]的特征。随后由于地球自转的进一步减速,拼合的板块向北漂移,沿前期拼合带附近再次拉张裂陷,形成陆间小洋盆(或海槽);条带状的海槽沉积了较深水的泥质岩、硅质岩、浊积岩建造;在扬子、华南板块的内部,晚泥盆世至中三叠世逐步呈现碳酸盐台地与硅泥质台盆相间格局,早二叠世晚期(茅口期)海平面上升至高峰,形成华南宽广的碳酸盐台地,中三叠世转化为蒸发型台地;华北地台在伸展体制下接受了石炭至二叠纪滨海、三角洲及潮汐带沉[18,21]。地球自转减慢,由于西伯利亚板块的南向漂移,从石炭纪至晚三叠世亚洲大陆自北而南完成了西伯利亚、华北、塔里木、巴颜喀拉、扬子、华南、古南海、印支板块的大拼合。晚三叠世至早白垩世地球自转加速,由于新特提斯洋的扩张,昆仑、羌塘、冈底斯、缅泰马地体从早到晚向北拼合碰撞,一个空前规模的欧亚大陆拼合形成。如图6所示。板块、地体之间的缝合线及拼合碰撞年代如图7所示。(一般取地槽封闭回返的年代为拼合碰撞年代)。

3.2 陆块间"开合"过程中的岩石圈过程

    各陆壳板块在海西-印支期碰撞之前,表现为稳定的克拉通块体群,具有巨厚的岩石圈上地幔,岩石圈厚度可达200km以上[1],低热流值(40~50mw/m2),壳内低速高导体(层)不发育,具有冷壳冷幔的稳定的岩石圈结构。

    结合青藏造山带和东部裂谷带的岩石圈特征,对陆块间碰撞、裂离的岩石圈变形过程作推理性分析:

    当两个陆块发生拼合碰撞时,最强烈的构造变形发生在陆块的边缘,形成碰撞构造造山带,碰撞挤压使地壳缩短增厚。上地壳绿片岩相,地温一般小于300℃,以脆性变形、以构造"岩片"的逆冲推覆和叠置方式使地壳增厚;中地壳角闪岩相,地温300~550℃左右,石英、长石具柔性或韧性,主要表现为韧性变形,上地壳多数断裂在此层消失或以铲式断裂形成近于水平的巨大构造滑脱层[22],底界深度在20~35km(约为莫霍面深度的一半);下地壳中性或基性中压麻粒岩相,地温约500~750℃,以塑性变形堆积增厚,底部深度35~50km;在碰撞强烈地带还发育加厚下地壳中性高压麻粒岩相,其地温在700~900℃,由塑性物质流堆积增厚,厚度近陆壳厚度的一半(约35km),底界莫霍面深度60~90km,可形成超高压变质岩。造山带地壳的增厚主要形成于下地壳和加厚下地壳,上、中地壳增厚幅度则较小。由于地壳增厚引起岩石圈同时向下增厚,热平衡的破坏引起局部的地幔对流,岩石圈底部发生拆沉、被消融减薄,碰撞造山带一般具有厚壳薄幔型岩石圈结构,由于地幔岩浆热和地壳花岗质岩石增厚升温的作用,碰撞带岩石圈具有热壳热幔型特殊结构。局部地壳的重熔(温度达到600~900℃)形成花岗岩浆并沿地壳薄弱地带(如断裂带)上侵或喷出地表[23]。如示意图8

    陆块碰撞后的裂离,可能是由于俯冲挤压应力的消失,先前密度较小的俯冲板块进入地幔(可到达下地幔甚至是幔核交界处)后被加热而折返,并引发上升地幔流,缩短增厚后的硅铝层就在混合岩化和岩浆底辟等热力作用下获得了巨大的浮力,使地壳发生强烈的隆升剥蚀和水平方向上的伸展拆离,如示意图9。伸展和剥蚀作用引起了地壳的均衡反应又导致进一步的隆起、伸展和剥蚀,地壳被夷平摊薄,地幔的上隆使原来的造山带再次裂陷成海槽,甚至扩张成洋盆。张裂过程所形成的裂陷盆地或大陆边缘盆地,岩石圈具有薄壳薄幔结构、热壳热幔型特征,构造滑脱层较浅。

    中国的中部、青藏高原及东部地区具有较典型的克拉通陆块、陆内造山带及裂谷带型岩石圈结构,一些特征如下表2。

3.3 陆块间的“开合”进程及其地质构造

3.3.1 自转减速期间的晚加里东-海西-印支旋回

    西伯利亚与华北、塔里木板块的碰撞大致发生于北低纬地带,表现为华北板块向北俯冲,碰撞先从西部开始,在早石炭世末期(海西早期)、早二叠世末期(海西晚期)形成两次碰撞高潮,天山洋、古北亚海域封闭,地槽回返,形成石炭纪二叠纪褶皱变质带,东段的逐渐拼合延续至印支期(三叠纪)[13]。缝合线西拉木伦段两侧石炭-二叠纪生物群分布,北侧主要为冷水型北极动物群和安哥拉植物群,而南侧主要属暖水型太平洋动物群和华夏植物群[2],反映了两古陆的古地理差异。

    华北板块与扬子板块之间,早古生代两板块曾以洋壳相间,并不断向南半球漂移。志留纪地球自转开始减速,可能是古冈瓦纳大陆的北向伸展与华北板块的南向推进,导致加里东晚期各陆块、地体之间发生了拼合碰撞。秦岭洋自东而西关闭,但期间粗碎屑磨拉石不发育,反映碰撞造山作用较弱[20]。到海西早期(泥盆纪D)陆块向北漂移,拉张裂陷形成秦岭海槽,随后海槽收缩,海槽封闭回返东部发生在二叠纪末(P)、西部发生在中三叠世(T2)[11],中三叠世形成了一次碰撞高潮,扬子板块向北俯冲,北秦岭形成推覆造山带,南秦岭形成巨大的滑脱构造,板内发育了强烈的东西向推覆构造(叠瓦逆冲构造带),形成板缘板内造山带[13];多数构造形成于早、中三叠世,通过对秦岭大别俯冲碰撞产物超高压变质岩进行同位素测定,确定其年代为220~245MaB.P[11]。印支期秦岭造山带地壳厚度估计在60~90km;印支期后造山带被抬升折返,地壳伸展和被剥蚀的减薄量达20~30km,使当时中地壳的构造滑脱层出露地表。

    在扬子板块与南华板块之间,震旦纪至奥陶纪曾为大洋相隔。之间发育广阔的深海泥质岩、硅质岩、浊积岩沉积[21]。扬子板块向南半球漂移,到志留纪末期,可能是地球自转减慢迅速,陆块群北向伸展而使两板块拼合、地槽回返,泥盆纪至石炭纪板块向北漂移,拉张裂陷形成海槽,海槽西南部可见晚泥盆世至晚二叠世远海深水沉积物,厚度总共不过二、三百米[25]。早二叠世与晚二叠世之间发生了地壳运动(如钦廉运动),广泛出现海退。赣东北地区部分蛇绿混杂岩带发现深海盆环境的含放射虫硅质岩,与硅、泥质岩相伴生的火山岩和辉长岩40Ar/39Ar同位素地质年龄为434.9~486.7Ma和232.5~266.3Ma,加里东期和海西期曾两度出现具洋壳性质的海盆[24]。在中、晚三叠世,江南地体与南华地体发生了褶皱变形。扬子地体的变形时代来得晚一些,发生于晚三叠世至早白垩世[15],推测地体之间的拼合碰撞东部较早在中、晚三叠世,西部较晚在晚三叠世至早侏罗世。

    在4~2亿年前(泥盆纪至三叠纪),位于古冈瓦纳大陆北部,赤道与南中纬度之间存在一个宽千余公里的古特提斯洋和中特提斯洋,大洋呈多陆块、多洋盆、多岛弧相间格局[11,1],由古冈瓦纳大陆分离出的羌塘、冈底斯、缅泰马地体、印支板块及由华北、扬子板块分离出的巴颜喀拉、中咱地体分布其中。后来,由于来自南部陆块的北向漂移及古冈瓦纳大陆的向北伸展,古特提斯洋、中特提斯洋在石炭纪至中三叠世收缩,居中的地块及岛弧自早到晚、自北而南相继拼合碰撞,地槽封闭回返,地槽回返时间:天山地槽在早石炭世末(C1,测年325MaB.P[18])、阿拉善地槽在早二叠世末(P1)、祁曼塔格-布尔汗布达地槽在早二叠世末(P1)、秦岭地槽在二叠纪末(P)至晚三叠世(T3)、羌塘地体北缘及东缘在晚三叠世末(T3)至早侏罗世(J1)、晚三叠世(T3),冈底斯地体北缘在晚侏罗世(J3)至早白垩世(K1)。[14] 金沙江至红河缝合线是华南陆块与印支陆块的碰撞带,沿缝合线在越南红河出露了古生代至三叠纪的深海沉积和超镁铁质岩石组合,我国德钦、德崇、元江等地出露蛇绿岩套,玉树、邓柯等地有蛇绿混合岩堆积,哀牢山变质岩则发现蓝片岩,大洋完全闭合于晚三叠世[17]

    陆块的北向漂移聚合,古特提斯洋、中特提斯洋的相继关闭,新特提斯洋的扩张,太平洋板块北西向扩张俯冲,使一个北起西伯利亚向南扩大到日本、台湾、菲律宾、中南半岛、加里曼丹岛的古亚洲大陆形成,在其东南和西南边缘则被古太平洋和新特提斯洋联合组成的巨型弧形地槽所环绕[17]。东部边缘晚三叠世至早侏罗世应力较为松弛,陆缘扩张导致东亚大陆边缘形成一个南连古晋、北接琉球的燕山地槽系,靠陆一侧为浅海、滨海相沉积,靠洋一侧则发展为具有洋壳性质的优地槽沉积环境。地槽东部岛弧基底为从石炭至二叠系变褶带分裂出的地槽沉积变质岩[17]

3.3.2 自转加速期间的早燕山旋回

    地球自转加快,地幔对流加强,太平洋、新特提斯洋扩张加剧。尤其从中侏罗世开始,太平洋板块的北西向强烈俯冲,对东亚大陆产生了最深刻的影响,边缘地槽封闭并发展为燕山褶皱系,陆缘地体岩片发生了强烈的逆冲拼贴,并产生大规模的水平压扭性走滑。日本、台湾、菲律宾、南海古陆等重新与大陆拼合[17];侏罗纪以来亚洲东部闽粤沿海地区发生了强烈的地体拼贴,地体断裂东侧向北左行平移了227km[26];郯庐断裂在晚侏罗世至早白垩世期间左行走滑达560km[29];日本北九洲市出土了千余块1.3~1.2亿年前的淡水鱼化石,其与浙江出土的同时代此类鱼化石极其类似,认为当时曾为毗邻[1],早白垩世以来两地沿NNE-SSW向迁移了近千千米;东北松辽地区,晚侏罗世至早白垩世早期,由于太平洋板块北北西向强烈的斜向俯冲,陆块发生了左行走滑迁移,产生了近东西向引张应力场,那丹哈达岭地体自华北板块的东部向北迁移,锡霍特-哈达·阿林洋扩张,陆内早期侏罗纪早中期形成的造山带由于地壳应力的松弛和软流圈热浮力的增强而引发了地壳的拉伸、裂陷和强烈的火山活动。过程如图10所示。

    太平洋板块的强烈扩张导致了东亚边缘陆壳、岛弧、洋壳的拼贴俯冲,左行扭动诱导出NWW-SEE向强烈的挤压,形成了中国东部NNE、NE向新华夏构造体系,产生了一系列逆冲断裂,岩浆活动空前强烈,原先早期形成的EW向、NEE向板缘板内造山带受到了这期构造的切割和改造[13]。在秦岭大别碰撞带,深部结构受太平洋俯冲带的削蚀和改造,形成一系列南北向构造带,而在20~40km深度以上保留了前期东西向构造形态,形成一种"立交桥"式的三维结构[1,11]

    由太平洋板块强烈俯冲引起的断裂作用、地体岩片的逆冲拼贴和岩浆作用,在时间和空间上,有西早东晚、西弱东强、北早南晚的特点,反映太平洋板块俯冲带从早到晚有一个自西(北)向东南的迁移撤退过程[17]

    强大的NW-SE向区域挤压应力场,使地壳缩短增厚(估计厚度为50~60km),由于地幔岩浆热和花岗质岩石的增厚升温,下地壳广泛发生了混合岩化作用,并形成温度达600~800℃的重熔岩浆,沿地壳薄弱地带大规模地上侵,就位于上地壳或喷出地表;中地壳发生了强烈的韧性剪切变形和变质作用,局部在混合岩化作用下形成原地、半原地交代型花岗岩(成岩温度在300~500℃)。由于边缘大陆的仰冲隆起,地表遭受了侵蚀剥蚀,剥蚀作用引起了地壳的均衡反应又导致进一步的隆起-剥蚀,地壳被夷平减薄[17]印支期-燕山早期形成的深部地质体如侵入于上地壳的重熔型花岗岩、中地壳的滑脱构造及韧性剪切带、混合岩、原地半原地交代型花岗岩等分布于中国东部,尤其是重熔型花岗岩的分布最为广泛。过程如图11所示。

3.3.3 自转减速期间的晚燕山-喜马拉雅旋回

3.3.3.1 东亚边缘大陆的裂离与扩张

    从晚白垩世开始,地球自转减速,地幔对流减弱,太平洋板块对欧亚陆块的俯冲作用减弱,相对于日本本州岛从早白垩世的平均约230mm/a减为晚白垩世以来的平均约120mm/a[29],一方面,密度小的欧亚陆块由于自转减速而由北西向漂移转为南东向;另一方面,前期被俯冲、挤压而缩短增厚的东亚边缘大陆此时在深部地幔流体、密度差和热力的作用下产生上浮力,应力释放导致地幔向洋一侧蠕散。陆缘地带应力变得松弛,地幔上隆陆壳再次遭受剥蚀,重新被摊薄拉宽,陆块向洋离散过程形成了陆缘地堑系,进一步导致了海底的多期、多轴扩张[17],如图11所示。由于东亚地幔向东南方向的蠕散扩张,日本、台湾、菲律宾、加里曼丹岛从紧贴大陆的地带向东、东南方向拉开,其基底还包括了侏罗纪至早白垩世平行于俯冲带的东部地槽沉积[17]。松辽地区早期陆内裂谷盆地在晚白垩世由于岩石圈的热冷却而转化为稳定的大陆内坳陷盆地,晚白垩世晚期由于俯冲速率的增加而发生构造反转。

    根据中国和中南半岛侏罗纪和白垩纪红层的若干次独立的古地磁调查,一致表明这一地区自晚中生代以来已向南移动了4~19个纬度,并沿顺时针方向旋转了20度[17];晚白垩世以来华南地块向南南东向移动了100km,始新世沿顺时针方向旋转了8度左右[38]

    早白垩世末期(或118MaB.P)以来,地球自转变慢过程伴随着因在银道面位置变化而产生了次一级快慢变化。推测在74~52、30~7MaB.P为次一级自转减速期;96~74、52~30、7~-15MaB.P为次一级自转加速期。次级自转减速引发了地幔对流减弱,太平洋板块的俯冲减弱,加速东亚陆缘的裂离扩张;次级自转加速,太平洋板块的俯冲有所增强,陆缘的扩张裂离减弱甚至抬升回返。推测,118~40MaB.P为第一次总体裂离扩张期,其中96~74MaB.P局部出现构造反转;30~7MaB.P为第二次裂离扩张期;40~30MaB.P及7MaB.P以来为扩张减弱期或构造反转期。晚白垩世以来太平洋板块相对于日本本州岛的运动速率如表3。综合前面作粗略估算:1.2亿年以来亚洲大陆内部向SE向迁移了3~4个纬度,东南沿海迁移量约6~7个纬度,南沙达12个纬度,晚期迁移速率较早期快;其中,在45MaB.P,现北纬20°的沿海和雅鲁藏布江大约同处于北纬23°;同时,太平洋板块NW向运移速率平均约为14cm/a,早期较快达20~30cm/a、晚期较慢6~10cm/a。

    晚白垩世(K2)至始新世(E2)晚期,古亚洲东南缘发生了第一次裂离,南海北部及边缘大陆发育了基底地堑系,诸多的断陷盆地(如三水、茂名、雷琼、北部湾、珠江口、莺歌海、琼东南等盆地)早期沉积了内陆河流、湖沼相红色碎屑,间含膏盐、油页岩及夹火山熔岩;南海发生了第一次扩张,形成了过度型地堑中央海槽,西南菲律宾与中沙、东沙分离并向东扩散,西太平洋俯冲带退至西南菲律宾东侧,古南海形成。南海西北部主要为陆相沉积,始新世发生了短暂海侵形成海相夹层;东南部为边缘海及大洋沉积环境;南海西北侧边缘的礼乐滩沉积了古新世(E1)三角洲相浊流沉积和下、中始新统浅海相沉积[17]。南海西南海盆磁异常条带年代为42~35MaB.P(姚伯初);中央海盆北部地壳热流值计算年龄出现45Ma和51Ma的高年龄值;中央海盆近陆一侧发育的北东向拗拉裂谷热流值计算年龄为45Ma[17]。这些可认为是南海第一次扩张的产物。

    东南陆缘第一次裂离期间的早期,大约相当于96~74MaB.P的自转加速期,可能是由于太平洋板块的俯冲有所加强,东部边缘地槽褶皱回返,并发生岩浆侵入活动。如台湾中央山脉东侧形成的碧侯断褶带,白垩纪中晚期地槽型沉积形成紧密不对称或倒褶皱构造,并有花岗岩、石英闪长岩侵入活动(约86MaB.P);菲律宾卡拉棉群岛晚燕山优地槽沉积在白垩纪末期的构造运动中形成褶皱;古晋带地槽在白垩纪末期被褶皱隆起,并有大规模花岗岩侵入形成(同位素年龄在76~101Ma之间)。白垩纪末期,一个南连菲律宾、加里曼丹岛,北接琉球和日本的褶皱带镶嵌在大陆边缘[17]

    中生代末期东海发生了首次裂离,形成了系列裂谷凹陷,位于浙、闽沿海以东,沉积了6~8km厚的古新世(E1)海相碎屑建造;第二次裂离主要发生于古新世末,凹陷主要分布于现今的东海陆架中部,南北长1000km,宽100km多的广大地区,条带状裂谷系中沉积了近万米厚的始新世(E2)北陆相南海相碎屑建造[30]

    中始新世(E22)至渐新世(E3)由于太平洋板块向西俯冲有所加强,南海及其邻域发生了构造运动,沿海大陆内部的系列断陷盆地抬升结束了盆地沉积,东部前缘白垩纪末至始新世期间形成的一些地槽(如巴拉望-中科迪勒拉地槽、西布地槽)先后褶皱回返[17]。始新世末期东海发生了玉泉运动,地壳抬升,遭受严重的剥蚀,西部斜坡剥蚀量最大近千米[30]。陆缘岛弧被俯冲,日本和台湾形成褶皱构造。

    晚渐新世(E33)开始,叠加了受印度板块俯冲挤压引起的侧向滑逸,东南陆缘发生了第二次强烈的裂离与扩张。印支板块在35~17MaB.P期间沿哀牢山-红河断裂带相对于扬子板块向东南方向左行走滑达500~750km[32];南海北部、西北部陆架Y型地堑系(包括北部湾、珠江口、莺歌海、琼东南等断陷盆地)进一步裂陷沉降,中新世(N1)至上新世(N2)发生了遍及整个南海北部、西北部的大海侵,沉积了几百至千余米的浅海滨海相碎屑沉积。南海北部地堑带及中央海槽内发生了南海发展史上规模最大的海底南北向剪切扩张,狭义的中央海盆形成,其具洋壳性质,南沙与中沙分离。根据磁异常条带分析,具洋壳性质的中央海盆形成于32~17MaB.P;经热流值计算:南海中央海盆年龄,北部为24.9Ma、南区为15.1Ma,中央海盆边缘拗拉裂谷东西向的形成于27~24.6MaB.P、南西向的形成于13.4~11.9MaB.P[17]。由此推断南海第二次扩张主要形成于30~7MaB.P自转减速太平洋板块俯冲减弱期。南海是东亚陆缘盆地在张应力场作用下形成的边缘海。

    中新世中期(N12)至第四纪(Q),东海发生了第三次裂离,裂谷主要分布于琉球群岛与大陆之间的冲绳海槽一带,在长800km、宽约200km的裂谷系中沉积了总厚约15000m的海槽沉积[30]

    上新世(N2)晚期(或7MaB.P)以来,太平洋板块俯冲有所加强,相对于日本本州岛从前期的94mm/a增加到114mm/a[29],南海东部岛弧向中央海盆仰冲,岛弧地槽回返[17],台东与台西发生碰撞造山运动;南海北部沿海地壳抬升,红河断裂挽近期的活动转为右行正断,海南岛古地磁向北迁移3.2±5个纬度[33],雷琼沉降带从浅滨海相上升为海陆交互相沉积环境。

3.3.3.2 西南部印度板块与青藏地体的拼合碰撞

    在古亚洲的南部,在中侏罗世至早白垩世新特提斯洋扩张,大洋北侧的多个地体与古欧亚大陆拼合,晚白垩世以来地球自转变慢,印度板块与南极洲分离[4],大约以10cm/a的速率向赤道向北漂移,于始新世(50~45MaB.P),约于北纬23°地带,沿雅鲁藏布江一线[14]与欧亚大陆拼合。

    较多的研究认为,最强烈的俯冲挤压及地壳相应的缩短增厚的变形发生于25~14MaB.P,俯冲挤压具双向性,以印度板块为主,西伯利亚、塔里木板块为辅,[23,32] 在青藏地体的南部边缘地带,形成双壳叠置式地壳,在中、北部则形成水平缩短增厚式双倍地壳[31];上地壳和岩石圈上地幔以脆性变形为主,以岩片的断错、叠瓦方式增厚,而中、下地壳尤其是加厚下地壳则以塑性变形为主,以塑性堆积方式增厚。分析推测,拼合碰撞以来,缝合线向北迁移了约500~700km,迁移速率约2.5cm/a;印度陆块楔入欧亚大陆,主体迁移量估计在1000~1300km,主期迁移速率约5cm/a,其前缘可能在缝合线以北150km的当雄-措勤-革吉一线;高原北界南向迁移量约为200km。青藏地区受到的双向俯冲挤压,可能与30~7MaB.P地球自转减速加快,欧亚陆块南向迁移强度加大、印度板块继续的北向推移有关。据高原北部柴达木干柴沟B级古地磁数据,高原隆升前(或前夕)的上新世早期(N21)至晚期(N23),古地磁曾向南迁移了3.2个纬度[23]

    青藏地区挽近期的变形以上地幔的物质东流、地壳(岩石圈)的东西拉张及高原呈整体均匀性隆升为特征。上新世晚期以来,青藏高原由于缩短增厚而发生了强烈的隆升,其平均高程从1500m左右上升到目前的约4500m [1]

    研究认为,青藏地区挽近期的变形,与岩石圈上地幔增厚后的剥离作用及深地幔上升对流有关。在地壳的缩短增厚过程中,岩石圈上地幔也同时发生向下的断错及叠瓦状变形,增厚后的岩石圈上地幔在重力和热对流的作用下失衡,产生了局部的对流,岩石圈底部被消融、剥离(减薄),被轻的软流圈物质取代,使造山带具有了厚壳薄幔型结构和热壳热幔型特征。岩石圈上地幔的消融剥离引起深部热地幔的上升及向东运移,造就了挽近期地幔物质东流、地壳东西拉张及高原呈整体均匀隆起的变形机制[31]。从时间和空间上分析,形成这种变形机制的根本原因可能是7MaB.P以来欧亚板块南向迁移减慢或转向向北迁移,高原所受的双向俯冲作用的减弱及先前洋壳俯冲板块在地幔中的折返。据柴达木干柴沟B级古地磁数据,上新世晚期(N23)以来的高原强烈隆升阶段,古地磁北向迁移量达4.4个纬度[23]

一九九七年十月二十三日于湛江 

  参 考 文 献

[1].科学报、科学时报、中国科学报.1985~1997年:
  源.天文学家发现离地球150亿光年的星系;
  际科.银河系年龄在80亿至100亿岁之间;
  勇.能构成行星的物质在银河系普遍存在;
  源.太阳系形成过程不到百万年;
  宁琳.地球一天时间不是始终不变的;
  王金宝.让我们重新认识地球;
  王鸿祯.研究地球节律建立地球演化动力模式;
  赵富廷.美地质学家认为南极洲曾是北美的一部分;
  原.美科学家提出地球大陆演变新观点;
  木易.阿根廷曾是得克萨斯的一部分;
  木石.美地学家重新解释大陆解体的原因;
  邓晋福.地球构造及其动力学研究的几个重要问题;
  刘平等.滇西成为全球古特提斯研究典型区;
  华.日本出土一亿年前的鱼类化石;
  蒋超.秦岭-大别山造山带研究获得重要进展;
  顾龙友.我地体构造研究引起国际同行关注;
  杨晶峰.美科学家对地幔的研究揭示了地中海的形成奥秘;
  徐建辉编译.在新洋盆诞生的地方;
  刘平.格额地学断面研究获较大进展;
  肖亚平.我国大陆每年东移八毫米.
[2].地质辞典(一).普通地质.构造地质分册.上、下册.北京.地质出版社.1983年;
[3].徐道一,杨正宗等.天文地质学概论.地质出版社.1983年;
[4].同济大学海洋地质系.古海洋学概论.同济大学出版社.1989年;
[5].刘公民.广东省侵入岩概况.广东地质.1990年.第2期;
[6].叶伯丹.两广云开地区同位素地质年龄数据及其地质意义.广东地质.1989年.第4卷.第3期.39-55;
[7].南颐.广东省地层概要.广东地质.1989年.第4卷.第2、3期;
[8].崔新省,蔡文明,周洪瑞.豫西震旦系露头层序地质学初步研究及其意义.地球科学.1996年.第21卷.第3期.249-253;
[9].吴能友.对《闽-粤沿海地体碰撞与活化作用》一文的质疑.广东地质.1992年.第7卷.第2期.80-82;
[10].罗伟新,陈永.海南岛白垩纪地层及第四纪玄武岩的古地磁研究.广东地质.1990年.第5卷.第4期;

[11].中国地质矿产报:
   张焕清.我国古地磁研究取得一批成果;
   赵志庆.鄂尔多斯盆地古地磁研究达到国际先进水平;
   彭德建.华北与扬子两大陆块碰撞于三叠纪;
   张焕清.我国监测青藏高原东部边缘地壳形变取得重要成果.
[12].科技述评.亚东-格尔木地学剖面综合研究的新进展.地质论评.1989年.第35卷.第4期.383-384;
[13].葛肖红.华北板内造山带形成史.地质论评.1989年.第35卷.第3期.254-261;
[14].西藏石油地质专辑.地球科学.1996年.第21卷.第2期;
[15].万天丰.中国东南六省元古代-侏罗纪构造演化.地球科学.1989年.第1期;
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[38].徐行.华南地块晚侏罗世-始新世古地磁特征及其构造意义.南海地质研究.1991年03期.

地壳运动终极补丁(通解式自主创新,颠覆传统动力学假说 ☆☆☆☆☆ 25500字)

    编写《地球运转、大陆漂移与中国陆块构造运动》这篇文章多少有点像建筑工程施工中的“逆作法”,先架构上面部分,再向深部基坑、地基开挖做基础,上面结构部分货真价实的存在,深层成因解释多少有些是附和的成分。由于年代较早,有些观点已不适宜。之前认为,太阳系绕着银心是沿着椭圆形轨迹运行的,向近银心点运行时会越来越快,向远银心点运行时会越来越慢,并推测银河年在逐渐变短。但通过对近年国外天文观测成果作分析,得出太阳系绕银心是在做近似的匀速圆周运动,元古代尤其显生宙以来太阳系运行周期的变化是很小的,银河周期与之前推测的也对不到。同时从月球起潮力刹车机制反推,早期西方学者得出的数亿年前的每年天数存疑,可能是些造假数据。主要是这两方面因素,导致原来编写的地壳运动成因方面的内容需要改进,相当于一辆汽车需要更换动力传输系统。板块运动的动力机制目前还是世界性难题,中国科协也把其列为2021年10个前沿科学问题之一,借这个机会,对板块运动的动力学机制重新分析,作为《地球运转、大陆漂移与中国陆块构造运动》一文的补丁。(2021年8月2日)

    如何揭示板块运动的动力学机制?既然太阳系绕银心运转可看作是匀速圆周运动,就不存在地球为了追赶太阳而降低自转角动量的现象,同时也不存在月球为了追赶地球而缩小公转半径并导致起潮力增大的现象,地月系总动量守恒,起潮力趋势稳定,地球自转速率也就不会随着银河年发生长周期的变化,银河年地质周期并不存在(不存在反过来可证明太阳系绕银心是在做匀速圆周运动)。但这并不等于地球自转仅受月球起潮力影响单纯在变慢,地史上应发生过不同程度的快慢变化。由于洋壳板块的迁移主要受洋中脊扩张所驱动,隆起的洋中脊或卧槽洋盆不能随便漂移另换个位置,而陆壳板块即可在软流圈(或地幔过渡带)上漂移。陆壳密度小,隆起的陆块具有更大的至地心距或至自转轴距离,根据动量守恒原理,当地壳主要陆块向赤道漂移时,地球自转就会变慢,同时起潮力加大对低纬度陆壳的作用又促进自转变慢;反之,主要陆块向两极漂移时,地球自转就会变快,或者说,当地球自转变快时,主要陆块会向两极漂移。陆块迁移是控制地球自转速率变化的最主要因素,陆块漂移与地球自转快慢变化互为因果关系,陆块漂移既是自转变化的原因也是自转变化的结果。自转变快的另一种结果是地幔对流加强,洋中脊扩张,海平面上升,大洋板块俯冲增强,幔源CO2释放增强,期间气候相对温暖;而自转加剧变慢即会导致地幔对流减弱,洋中脊收缩,海盆容积增大,海平面下降,地表总体反射率增加,气候相对寒冷,或形成大冰期。以往机制认为是地幔对流驱动着板块运动、大陆漂移,而这里即认为是大陆漂移首先引起了地球旋转速率的变化,然后才导致地幔对流强弱变化或洋中脊扩张、大洋岩石圈迁移速率的变化。至于地史上什么时候主要陆块向赤道漂移,什么时候自转会变快?是地球板块间惯性作用及应力调整的结果,具有一定的随机性,与天文因素无关。如果Berry、Wells等所做每年天数是些伪造数据,我们对地球自转速率变化所知就甚少了;如果按照起潮力刹车机制,中元古代以来地球自转变慢过程是相当平缓的,5亿年前每年仅为381天左右,比Berry的每年420天要平缓得多,这就为陆块漂移导致地球旋转速率变化腾出了空间,不致于变慢过急,让自转变快有了可能并呈现出来。可从显生宙大陆漂移方向作判断:晚古生代地球自转是在加剧变慢的,导致联合古陆形成;中生代侏罗纪至早白垩世地球自转在变快,导致联合古陆解体并向两极方向漂移,中国主要陆块即向北西方向迁移;晚白垩世以来,地球自转加剧变慢,导致陆块向赤道向东迁移,亚洲东南大陆大幅度向南向东迁移,澳洲及印度板块等急速向赤道漂移。动画:地球自转减速陆块向赤道迁移,自转加速向极迁移,中生代以来南极地区走得正(2021年7月31日)

    陆块迁移对自转速率及板块运动的影响具有主导性 相对于整个地球半径,陆壳的厚度不大,显得很单薄。从原理上,影响到地球自转的是地球质量块的动能,其大小与质量(Δi)成正比,与绕转角速度平方(ωi2)以及至自转轴半径的平方(i2)成正比,很显然绕转角速度与半径的影响更具优势会优先响应,质量块越浅、距自转轴越远影响越显著,可观察到的能探测得到的就是陆壳与洋壳的差异。地幔未知数太多,地幔质量是如何分布的?是如何的不均匀?原则上不同密度质量团的对流、迁移都可以对地球自转速率产生影响,但很难搞清楚这些质量团的存在与分布,目前甚至连地幔是否在对流都还在争论。洋壳扩张是如何引起的?如果是由于内部热源熔浆上拱,应表现为地幔柱式上涌,洋壳呈环状向四周扩张,或在水平方向展现出漩涡状,但实际洋中脊却是呈线状近南北向或近东西向展布,这似乎在表明,洋中脊及洋壳扩张是受东西向或南北向拉应力撕裂造成的,是外源作用力,是陆块间拉扯的结果。从地球陆块板块图上看到,大西洋、印度洋等的洋中脊位于陆块的中间,表明这些大洋及洋中脊是被陆块拉裂的产物,太平洋中脊有些奇怪,非常靠近南美洲,洋中脊的北段直接被北美洲大陆吞没,很显然,更早期太平洋中脊东西两侧的洋壳是对称分布的,只是后来到了新生代,由于南、北美洲陆块拼命地向西漂移,才把中脊东面的洋壳吞没,最后北美大陆干脆把北段洋中脊也吞没了,覆盖在陆块之下。这些现象表明,是陆块漂移在起主导,而不是洋壳扩张。美洲大陆向西漂移过来,太平洋中脊扩张未能顶住拒之门外,是因为其本身就是个假李逵。(2021年8月5日) 

    有没有办法确定地幔对流强弱节律与地球旋转速率变化有关?中国科学家在《科学》杂志上发表论文 >>>>>>,地幔对流呈混合对流模式,即局部上下地幔分层对流、局部穿越上下地幔作全地幔对流。地壳运动及海平面变化有42.5 Ma的全球性节律周期,所对应的很可能是地幔对流的强弱变化,但很难想象是由局部的地幔对流所发动,因为地史时期大陆在不断地漂移,在不断地拼合与分离,洋中脊及洋壳俯冲带也在不断地变更,地幔柱就算存在对地壳的影响也是不固定的。由此判断,地幔对流的强弱节律应与地球自转变速有关,具有全球性,而地球旋转速率变化有42.5 Ma的周期则源自太阳系运行过程在银道面或银河旋臂的摆动。显生宙每年天数的变化范围有多大?是三五天或是十几天?考虑到已有从古生物化石得到的地史时期的每年天数存在巨大的不确定性,觉得要得到真正的每年天数其难度非常大,变化幅度不大的每年天数只能靠想象或存在于地球物理学公式当中。(2021年9月13日)

    全球构造图等分析地壳与地幔的迁移:全球布格重力异常图洋壳区还是比较均匀的,深海盆密度稍大一些,但未见明显的密度异常质量团块,可认为自转速率变化难以产生质量团块驱动;洋中脊在扩张,扩张速率最大是太平洋中脊南段6~15cm/a,其次是澳洲与南极洲之间7~7.5cm/a,其它1.5~3.5cm/a;现今全球各板块运动总体上陆块向东向赤道方向迁移,南北美洲例外向西北方向迁移;220km深度的横波低速与洋中脊扩张具有明显的相关性,但深部790km、1510km、2510km的横波低速与洋中脊及俯冲带均无表现出相关性;纵波低速与俯冲带(或陆块、大陆根仰冲带)相关性很明显,但看不出纵波低速与洋中脊扩张具有相关性;“非洲超级地幔柱”范围与1510km、2510km深的横波低速具有相关性,但与浅部220km、790km的横波低速无明显关联,“太平洋超级地幔柱”范围与不同深度的横波低速有一定相关性。从位置上看不出洋中脊扩张与所圈的两个“超级地幔柱”之间有明显关联,或者是后期洋中脊发生了漂移?如果洋中脊发生了漂移但又没产生新的地幔柱相随,即说明地幔柱上涌并不是驱动洋壳迁移的主要动力。结合上地幔不同深度熔体含量图,可判断(约100~)220km深度为熔体较多的具有低剪切波速的大洋地幔迁移滑脱层;印度板块漂移滑动层估计在200~300km深度,其与亚洲大陆碰撞,在青藏高原东部形成100km深及300km深两个熔体较多层。纵波低速深于1050km与大陆边缘无相关性,在750km深显示与美洲西线稍有相关,450km深时与环太平洋相关性非常明显,在暗示多数大陆的漂移滑动带位于400600km深的地幔过渡带。(2021年8月6日)
    腾讯视频:美国科学家认为
太平洋及非洲至2900km深处两块横波减速带是45亿年前忒伊亚行星撞击原始地球嵌入幔核深处的遗留内核。如果这个观点正确,意味着深部下地幔是不对流的,否则这两块高差有一千多千米、带有一定塑性的忒伊亚遗留内核很难保持相对完整,早已被水平方向的地幔对流扯散。比下地幔密度更大沉于幔核交界>>>,“计算表明,这些区域已经在地球内部稳定存在几十亿年了。”(2021年9月28日)  《自然》封面文章的发表是对该观点的最大认可(2023年11月2日)。

    判释美国地质勘探局白垩纪至今大陆聚散重建GIF南美洲并没向西迁移,南大西洋的形成是由于非洲的北东向迁移;北美洲向西漂移幅度并不大,北大西洋的形成更多的是由于欧亚大陆向东迁移。1.5亿年前非洲位于“非洲超级地幔柱”(地幔底部剪切波低速异常区)的西南侧,按理随着地幔柱的上拱扩张,非洲板块应向西南方向迁移,但非洲板块却向着东北方向横穿了地幔柱所在的位置,此说明“超级地幔柱”对非洲大陆的迁移未起任何作用,也可能是因为地幔柱未发展至790km以浅的缘故。加里曼丹西北部来自东南边缘大陆的裂离,但菲律宾(及台湾?)、部分东加里曼丹及大洋洲岛屿竟是从南极圈“飞”过来的,这个有点夸张。(2021年8月8日)

    陆块的漂移与演变9~8亿年前主体陆块偏于南中高纬度,地球自转加速,地幔对流较强,气候温暖。8~7亿年前大陆主体分布于低纬赤道地带,地球自转减速,地幔对流减弱,后期形成大冰期。7~6亿年前主要大陆处于南中低纬地带,地球自转尚未加快,地幔对流较弱,形成大冰期且一度冰封全球。6~4亿年前寒武纪至泥盆纪,主要大陆向南高纬、南极漂移,或者像劳伦大陆等骑跨在赤道线上,期间地球自转加快,地幔对流加强,洋中脊扩张,大陆解体漂开,全球气候温暖,具有高海平面。石炭纪至二叠纪,位于南高纬地带的主要陆块向赤道伸展迁移,最终形成近南北向的联合古陆;中国的华北板块向南、华南板块及特提斯地体系向北,向赤道迁移会聚。期间地球自转变慢,地幔对流减弱,洋中脊收缩,洋盆容积增大,具有低海平面,陆地面积增大,地表总反射率增大,降水淋滤作用面积增大,森林植被茂盛,多方面造成CO2温室气体被大量消耗,形成大冰期。三叠纪至侏罗纪,陆块发生极向漂移,首先在南中高纬度,东冈瓦纳(南极洲、澳洲、印度)与西冈瓦纳(南美、非洲)开裂,印度洋与南大西洋开始形成;接着在北低纬地带,近东西向的新特提斯洋裂开;到了晚侏罗纪至早白垩世,大西洋从南往北开始扩张。期间反映地球自转加快,洋中脊扩张,海平面上升,气候温暖。早白垩世末,南极洲已进入南极圈。自晚白垩世开始,主体大陆转向赤道向东迁移,欧亚大陆表现为向东向南迁徙,非洲大陆及澳大利亚向东北方向向赤道迁移,印度板块快速北漂最终与欧亚大陆碰撞,期间地球自转减速,地幔对流减弱,海盆容积增大,海平面降低,再加上青藏高原隆升剥蚀消耗了过多的CO2温室气体,形成晚新生代大冰期。气候变化曲线>>>
    二叠纪末陨星撞击影响分析:撞击发生于2.52亿年前,陨星撞击地点可能在联合古陆南美大陆、非洲大陆及南极洲板块的接合部位,这次撞击还可能是持续百万年的西伯利亚超级火山喷发的诱因,联合古陆开始解体的时间要比这次撞击晚7千万年左右,暗示联合古陆解体与陨星撞击没有直接关系。假设陨星撞击造成了地球自转加速,但撞击在南极的位置又难以产生加速效应,若撞击于赤道低纬地区倒还有可能。联合古陆南部的冈瓦纳大陆在整个古生代类似于克拉通基本是整体整块的,而北部的劳亚大陆则是由北美劳伦大陆、欧洲波罗的板块、哈萨克斯坦板块及西伯利亚板块拼合而成(>>>>>>)。超级地幔柱上拱导致联合古陆解体的假设不成立,天体撞击导致冈瓦纳“克拉通”裂解的可能性就大增,冲击产生直径300~500km的陨击坑以及深部岩浆上涌可以把地壳挤破,形成规模深远的超级大断裂。陨星撞击可能在南半球各陆块之间先形成超级断裂带(>>>>>>),后来地球自转加速时各大陆块沿着超级断裂带漂开,而北半球随着地球自转加速则沿着原先劳亚大陆与冈瓦纳大陆(南美、非洲)的拼合带开裂成新特提斯洋、沿着北美劳伦大陆与欧洲波罗的板块的拼合带开裂成北大西洋 >>>(2021年8月15日)
    二叠纪末陨星撞击位置:德雷克海峡东面那个圆环形疙瘩应该不是二叠纪末陨星撞击形成的陨击构造,从另张中脊扩张年代图可看到,德雷克海峡洋壳扩张年代很新(红色,小于3千万年),应形成于大西洋扩张地幔体积亏损,缺乏大陆根阻挡,软流圈向大西洋方向“崩溃”(溃坝”示意图)。在网上搜,南极洲威尔克斯地1.6km厚冰层下面有直径约483km的疑似陨击坑,被认为是二叠纪末陨星撞击的地点。可惜撞击位置不在南极洲、南美洲、非洲、印度、澳大利亚陆块的接合部位,不能简单地用于解释联合古陆的裂解。也许巨大的陨星撞击起着撬动作用,引起地幔岩浆房(地幔柱)在接合部位上拱,既然可以想象影响到西伯利亚火山玄武岩的喷发,在各陆块接合部位引发岩浆房上拱应该也是有可能的,只是机制更为复杂,类似于本人对火星火山喷发、大洪水、水手谷陨击成因的解释威尔克斯地陨击坑还存争议,在百度百科“威尔克斯地陨石坑”中有,探测认为冰层下方有个直径243公里的凹陷地形,最深处达848米,并有重力异常现象。1979年C.R.Bentley根据空气回波声学调查结果,认为该地并没有陨石坑。2006年3月俄亥俄州立大学弗雷泽等人利用NASA的重力恢复及气候实验卫星,宣称发现一个质量瘤,直径约300公里,而一个更大型的地形结构环绕着威尔克斯地质量瘤。质量瘤也可能是由地幔热柱或大规模火山爆发、岩浆侵入形成,弗雷泽等人认为冰原下方有个大型陨石坑,直径达500公里,撞击物体直径可能达到55.60公里(摘自百度百科)。目前尚不清楚冰层下陨坑地层的情况,地层年代能起到一票否决的作用。如果陨击后该地区地壳上升,至少陨坑的浅部会被剥蚀掉,且不能有新地层分布;如果后期发生了地壳沉降,陨击坑则会被新地层覆盖。三叠纪至古近纪(2.5~0.4亿年前)南极洲是没有冰川覆盖的,全球构造图显示三叠纪至古近纪威尔克斯地处于长期遭受剥蚀的陆地环境,足够深度的陨击坑或质量瘤残留于冰层下面或者真有可能;在C.R.Scotese古地理图上,自白垩纪1.2亿年前至冰盖开始发育时的0.4亿年前,威尔克斯地地区主要为低地环境,可能发育湖积相、冲积相沉积,陨击坑或被白垩系、古近系覆盖,圆形的质量瘤也可以是一个巨大的花岗岩体。(2022年3月6日)

    从罗圈组冰碛岩看华北板块的漂移:果说7.15~7.00亿年前“冰封全球”起源于罗迪尼亚超大陆的裂解,对6.50~6.35亿年前的“冰封全球”还能这么解释吗?再如7.00~6.50亿年前出现的“雪球地球”解冻又是如何引起的?新元古代后期出现大冰期、冰封全球,除因超大陆裂解风化作用增强消耗了过多的大气CO2外,还应与地球自转变慢有关。超大陆解体后主要陆块沿赤道、中低纬地带分布并引起地球自转变慢,地幔对流减弱、幔源气体释放减弱,进一步导致了CO2温室气体含量降低。扬子板块沉积了江口组、古城组、南沱组冰碛岩,江口组、南沱组与7.15~7.00亿年前、6.50~6.35亿年前的“冰封全球”相对应,无法判断期间所处的纬度,但可从古城组判断,6.90~6.70亿年前扬子板块应处于北中高纬度,而华北板块在“冰封全球”期间未形成冰碛岩,应与当时处于浅海环境有关。到了大约6.10~5.70亿年前,地球自转加快,全球主要陆块向南半球中高纬度迁移,期间气候转暖,局部如阿瓦隆到达南高纬地区、阿拉伯在南纬50度左右,在距今5.8亿年前后形成Gaskiers冰碛岩;期间扬子板块被主体大陆拽着往南迁移,到了低纬地区,未形成Gaskiers期冰碛岩,而华北板块、柴达木板块、塔里木板块则随着自转加速向北中高纬度漂移,在5.8~5.5亿年前形成罗圈组冰碛岩。罗圈冰碛形成相对偏晚,可能是因为北半球陆地少、主要是海洋,早期纬度尚不够高,不利于冰川形成。5.5~5.4亿年前冰川消退,出现了恰尼虫、陕西迹等埃迪卡拉生物群,同时也说明当时华北、柴达木、塔里木三个板块相距不远。寒武纪至中奥陶世,华北、塔里木板块被海水淹没,发育高水位体系碳酸盐化学沉积,中奥陶世峰峰期末隆升为陆,直至泥盆纪,这几个板块及扬子板块主要处于中低纬度。(2021年8月18日,冰碛岩组划分来源于中科院发表 >>>>>>,相关 >>>>>>

    显生宙全球海平面变化、气候变化相关原因:全球布格重力异常图上看,大洋地壳洋中脊相对于两侧的差异并不明显,说明洋中脊隆起并不是由于其密度明显偏小,而是由于地幔物质上拱,向两侧挤压堆叠所致,假如地幔物质上涌减弱或停止,根据地壳均衡原理,时间久了隆起的洋中脊必定会沉下去,洋中脊收缩造成洋盆容积增大,海平面下降。反过来说明,地史时期高海平面所对应的是大洋中脊强烈扩张期,对应地幔对流加强期、地球自转加速期。对比显生宙全球海平面变化全球气温变化曲线,高海平面期一般对应着气候温暖期,说明气候温暖与幔源CO2温室气体释放有关、与地幔对流加强洋壳俯冲增强有关。但有一个时期比较奇怪,晚二叠世至早侏罗世海平面不高但属于气候温暖期。从地质事件上,P\T界限发生了巨大陨星撞击事件,西伯利亚发生了持续百万年的超级火山喷发,喷出的玄武岩被覆盖面积有整个欧洲那么大,这可能是导致三叠纪早期温室气体含量超高,形成气候温暖期的原因。晚三叠世至早侏罗世,联合古陆开始裂解,岩浆上涌洋壳扩张,洋壳俯冲发生脱水脱气,释放幔源CO2让温室气体含量仍然维持在较高水平,气候较温暖。但随着联合古陆解体,被新产生的大西洋、印度洋、新特提斯洋分割,水汽循环降雨增加,对陆地岩石的淋滤风化消耗了较多的CO2,再加上规模性的洋中脊尚未形成,造成晚侏罗世全球气候变凉,海平面也未能升高。到了白垩纪,随着各大洋中脊的剧烈扩张以及太平洋板块的强烈俯冲,巨量的幔源CO2释放导致了白垩纪及古近纪具有高海平面及温热气候。(2021年9月16日)

    大陆漂移像大鹅带一群小鹅漂游,软流圈是板块迁移过程产生的水平剪切破坏带与拼贴俯冲破坏带:地球自转总动量守恒,当举足轻重的大陆块漂向赤道时,地球自转变慢,自转变慢会导致更多的小陆块漂向赤道,同时原有惯性会使陆块向东漂移,直至陆块相互碰撞引起应力反弹再作重新调整;反过来,当主体陆块向两极漂移时,地球自转加快,小陆块也向两极漂移,原有惯性导致陆块向西漂移。大陆漂移既是地球自转变化的原因也是自转变化的结果。假如陆块漂移与地球自转变速无关,各陆块的漂移方向就必定是杂乱无章的,而现状全球陆块的漂移总体是向赤道向东的。由于陆块漂移总存在惯性,所以大陆漂移永无止境,无法以某种状态稳定或停止下来。大陆漂移源自地球自转动量在陆块绕轴转速与转距之间的调整转换,与地幔对流无关,反过来,大洋开裂、中脊扩张以及大陆软流圈的形成即与大陆漂移有关。联合古陆解体时,沿两个陆块间裂开深达200km的岩石圈大裂缝,岩浆上涌、岩石圈体积亏损逐步裂陷、扩张形成大西洋,欧亚板块的东部前锋即向太平洋板块仰冲,欧亚大陆向东滑移过程在岩石圈下面形成软流圈。软流圈是板块迁移过程产生的水平剪切破坏带与拼贴俯冲破坏带。大陆漂移不需要传统机制中地幔对流的驮载,反而是大陆漂移通过对软流圈的拖拽带动了地幔对流,板块岩石圈的迁移速度要比软流圈或地幔对流更快(注)大洋中脊熔浆上涌源自大洋岩石圈张裂,源自深部压力降低引起的地幔岩的熔化、分异与体积扩充。无论是大洋中脊还是板块俯冲带,到了350km深度就不再出现多熔体带或横波低速带790km、1510km深度横波低速区与俯冲带、洋中脊无明显相关性,再加上所谓的“超级地幔柱”是忒伊亚星核遗留,大洋中脊、地幔柱以及地幔对流到了350km深度也就无根可寻了。初步估计,多数陆壳板块的漂移滑动面位于上地幔下部600km深度附近,也有学者认为欧亚大陆在100~300m深度分布有厚度几十至250千米的软流圈,但220km横波图显示欧亚大陆中西部属蓝色高速区,Debayle et al.深度150~250km三张熔体含量分布图也未显示出欧亚内陆具有高含量(大陆漂移滑动面在哪个深度?目前表示无解);判断洋壳板块迁移滑动面在100~200km深度。大陆漂移速度要比洋壳迁移慢得多,但也有快一些的,比如印度陆块迁移滑动面较浅,在200~300km深度,所以印度板块迁移过程溜得贼快。(2021年11月3日)
    软流圈、俯冲带与地幔过渡带:初步判断,多数陆壳板块的漂移滑动带位于上地幔下部400~600km深度,也就是具有较低粘滞性、地震波速曲线出现拐点的亏损地幔过渡带,其在全球范围普遍存在;洋壳板块的迁移滑动带位于100~200km深度的软流圈。有学者认为,欧亚大陆在100~300km深度分布有厚度几十至250千米的软流圈,但欧亚大陆中部220km横波图属蓝色高速区,100~250km深度熔体很欠缺,可以认为欧亚大陆软流圈的厚度极不均匀甚至是不连续的,靠近陆缘俯冲带厚度很大,内陆中部可以很薄甚至缺失。从原理上,欧亚内陆中部岩石圈更厚更重,由剪切迁移形成的软流圈理应更厚而不是最薄,可见大陆软流圈不太可能是大陆漂移的滑动带。根据这些特点综合判断:大洋软流圈的形成与洋壳板块迁移及洋中脊扩张有关;大陆软流圈的形成与洋壳俯冲以及陆块地体的拼贴碰撞有关;深度400~600km亏损地幔过渡带的形成与大陆根的迁移搅动有关,也是大陆漂移的滑动带,可以从750km、450km深度纵波低速与大陆边缘具有的相关性得到一定程度的验证。(2021年11月18日)

    太平洋中脊是如何形成与演化的?太平洋最古老的洋壳形成于侏罗纪或更早,太平洋中脊的扩张应该还要早,估计在两亿多年前已经开始,当时还处于联合古陆期。按李江海等全球古板块再造图集,太平洋的前身在三叠纪是泛大洋,泛大洋已经有洋中脊扩张,推测泛大洋中脊的扩张形成于地球自转变慢联合古陆形成过程陆块的向东漂移。两亿年前地球自转开始加快,联合古陆转向向西漂移,泛大洋中脊扩张停息,但在泛大洋中脊交叉点的西面新的交叉中脊开始扩张,新中脊的东面是法拉隆板块,西北面是伊泽奈崎板块,西面是库拉板块、太平洋板块。伊泽奈崎板块现在已全部消减于欧亚陆块之下,法拉隆板块仅剩少部分或残片位于美洲大陆以西,现今太平洋板块主体是太平洋板块、库拉板块。推测初始交叉中脊的扩张起源于侏罗纪至早白垩世地球自转加快期西太平洋陆块向西漂移产生的拖拽力,西面太平洋板块、库拉板块得到很好的拓展扩张,而东面的法拉隆板块则相对萎缩,后来更因美洲大陆的向西漂移大部分被吞没,西北面的伊泽奈崎板块也因新生代欧亚大陆东北部向东漂移而被吞没、覆盖在陆壳之下。环太平洋俯冲带主要是由陆壳板块仰冲引起,西太平洋俯冲带源自欧亚大陆向东漂移,东太平洋俯冲带主要由美洲大陆向西漂移造成。环太平洋俯冲带的形成,早期可能与陆块迁徙过程相对于洋壳板块出现时快时慢的变化有关(受银道面或旋臂周期影响),估计现状环太平洋俯冲带主要成形于晚白垩世以来。
    洋中脊持续扩张要靠上地幔对流:全球地幔在350km深度几乎没有熔体存在(据Debayle et al.)、深至350~400km横波波速明显增高(据朱介寿)、所谓的“超级热地幔柱”只是忒伊亚星核遗留。这些表明引起大洋中脊扩张的熔浆并没有来自更深的地幔,板块俯冲带也未能穿越350~400km这个深度。但洋中脊不断地向两侧扩张需要地幔物质补充,所以,在350~400km以浅一定存在地幔对流。至于这种上地幔或浅地幔的对流模式,应该遵循热动力学规则,由于洋中脊没有其它额外的深地幔热源及熔浆补充,给洋中脊地幔减压、提供引张应力场是熔浆形成、中脊扩张的必要条件,在对流循环模式上,离洋中脊越近对流路径越短,循环得越快,沿着洋壳板块迁移方向,地幔对流的强度应该是逐渐变弱的,太平洋板块的岩石圈厚度变化也表明,从洋中脊越往西,厚度越大,暗示地幔对流并不是在做包裹式远程循环。在另一方面,在洋壳-陆壳接触带或过渡带发生的洋壳俯冲,由于未能穿越到下地幔,只能在上地幔深处形成熔浆再折返上侵,并扩张形成洋壳性质的边缘海,如菲律宾海及南海就是这样形成的新生代边缘海(2021年11月13日)

    洋壳板块俯冲到地幔过渡带悬疑地球内部弹性强、密度大、埋深大时地震波速就大(如地球内部圈层地震波速、密度变化图)。温度是通过矿物岩石的结晶或熔化,改变了其弹性特征才导致波速变化。如果大洋岩石圈水平压力很大,为什么不俯冲到密度更小(3.4g/cm3)更软弱的大陆软流圈里,而非要往密度更大(3.8g/cm3)的地幔过渡带深处挤?或者根本就挤不下去。大洋岩石圈密度小(2.8~3.4g/cm3),原本就是低波速体,被挤到地幔深处不管是低温或是升温,只有被压缩到更致密、比地幔过渡带密度更大时才会出现更高的剪切波速(高波速体)。俯冲板块被压缩过程本身就是脱水脱气产生流体的过程,也不可能残留一个冷的高密度弹性板片。相对于岩石圈或软流圈,地幔过渡带本身就是高波速体,去探测证明地幔过渡带中的高波速体是俯冲板块残留体是逻辑混乱。板块俯冲每年才推进大约5~10cm,对俯冲体的加热传导要滞后几千万年这太悬。影响地震波速的因素有多种,仅靠两三个百分点的波速差异来判别“冷的板片”也是很不靠谱的。最大的问题是深入到地幔过渡带的俯冲带位置与大陆根迁移滑动带重合,用地震波物探方法圈出的俯冲带有可能是大陆根滑动剪切破坏带。如果太平洋岩石圈两亿多年来都往欧亚地幔过渡带俯冲,由于俯冲总体积庞大,再加上欧亚南面新特提斯洋岩石圈的俯冲,地幔岩必定被多次替换,欧亚地幔过渡带的年龄也就不会大于2亿年,而上覆大陆根、软流圈、岩石圈即达几十亿年,这匪夷所思的(得找年代依据>>>)。(2021年11月21日)
   
大洋岩石圈俯冲到地幔过渡带地震波速会有多大的增加?俯冲过程埋深增大,如果把下地幔波速增加斜率看成与埋深有关(考虑到下地幔密度也随深度变大,实际斜率会更缓),大洋岩石圈俯冲到地幔过渡带时,横波速度洋壳将从原来的3.6~3.9km/s增大到4.1~4.4km/s,岩石圈地幔将从原来的4.4~4.7km/s增大到4.6~5.0km/s;纵波速度洋壳将从原来的6.5~6.9km/s增大到7.2~7.6km/s,岩石圈地幔将从原来的7.9~8.4km/s增大到8.9~9.5km/s。而实际地幔过渡带横波平均速度是4.9~5.6km/s,最大速度5~6km/s,纵波平均速度为9.1~10.3km/s,最大速度10~11km/s,俯冲岩石圈单靠埋深增大是无法变成相对高波速体的。俯冲往地幔深处由于压力增加密度增大会导致波速增大,同时由于地温上升及脱水熔融,俯冲岩石圈会发生塑变、流变,造成弹性变弱、波速减小。埋深增大的压密过程同时也是升温过程,但靠压密难以超过原位地幔过渡带的密度,仅靠剩余低温来维持俯冲岩石圈的弹性,残留一个相对高波速体几乎是不可能。网络文章评论:俯冲至地幔过渡带深度,俯冲板块内部温度相对于周围过渡带低约600℃,亚稳态橄榄石未向瓦兹利石和林伍德石相变,在相变引发体积塌缩前,应不具备较高的密度及剪切波速,或者说,前期只能形成一种亚稳态相对低波速体。(2022年2月5日)
    自然》:“在俯冲物质扰动的低温区,林伍德石首先分解为秋本石和方镁石,秋本石再在高压(更深处)下转变为布里奇曼石。地震波所观测到的俯冲板块670公里的不连续面正好对应林伍德石的分解(林伍德石—秋本石+方镁石)。以上两个相变导致了670和740公里深度的双重地震不连续面。”郝尚钦:“我们发现在冷的俯冲带环境下,镁铁榴石到秋本石的相变可以导致P波波速、S波波速和密度分别增加”“在低温下600km左右的深度,斜方
辉石高压相向秋本石的相变可使VPVS和密度分别增加10.1%、14.8%和9.9%,这可能可以解释部分俯冲板块在该深度的不连续面”>>>赵亚婕:“横向低温异常可以导致地幔过渡带中出现一定量的秋本石。秋本石相比石榴子石具有更高的波速和密度,地幔岩的波速和密度依赖于秋本石的含量,也即受控于横向温度分布。这意味着不需要引入额外的成分,地幔岩模型也许就可以解释地幔过渡带底部的波速和密度”(未提与俯冲带有关)。如何能证明向秋本石相变与俯冲带有关?从不同深度变质地幔橄榄岩、变质基性岩的矿物组成上看,超基性橄榄石相变为瓦兹利石、林伍德石不能单纯看作是俯冲带的变质作用,非俯冲带随着埋深的增大也能发生;洋壳属基性岩,基性岩的超高压相变可看作是一种俯冲带的变质过程,有洋壳背景的榴辉岩相变(例如超高压相变为超硅石榴岩)才能作为俯冲带的证据。(2022年5月6日)
    地幔过渡带特性具有全球性,与大洋岩石圈俯冲无关:
吴忠庆教授,地幔过渡带的顶面深度(410km)和底面深度(660km)在全球各地变化不大(±20km),造岩矿物中的瓦兹利石和林伍德石是两种含水矿物。判断其形成与地幔压力(深度)有关,主要反映在密度上,与温度关系不明确。在地幔过渡带的顶部与底部,由于密度跳变导致地震波速跳变,具有全球性。由于含水矿物释水,在地幔过渡带的顶部和底部形成相对低波速富水带,经地震波速跳变模型计算,水含量顶部为0.5%、底部为0.2%,整个地幔过渡带水含量约相当于一个海洋,其中欧亚大陆西北部表现为相对低波速富水区,而在菲律宾海即表现为相对高波速贫水区,看不出与洋壳俯冲具有相关性。视频>>> 有研究认为地球上的水或本身存在于地球内部,因地壳活动而冒出地表,形成海洋”。(2022年2月8日)
    洋壳板块能否俯冲到地幔过渡带是存在疑问的,或者板块俯冲并不是上地幔剪切破坏带形成的主要原因。根据全球纵波(P)分布图,450km深度环太平洋带是存在明显的低速带的,是如何形成的?
池顺良先生认为,金刚石包裹体的年龄达到20~33亿年,温压环境处于150~230km深度的软流圈且二三十亿年变化很小。依此可说明,该深度的大陆上地幔是不与更深地幔对流的,因为如果发生了深对流,温压环境就会变化很大;同时意味着大陆漂移的滑动带不在软流圈,因为大陆岩石圈如果是在软流圈上漂移,滑移过后,软流圈就必定转变为洋壳较低的温压环境。推论:大陆岩石圈未与下卧软流圈产生漂移错位,即意味着“大陆根”的存在。以往已有地震波探测表明“大陆根”的存在。但另方面,各大陆的古地磁及古生物化石表明,全球各大陆块总是在不断地漂移的,大陆漂移滑动带的合理位置只剩下地幔过渡带了。可见,450km深度环太平洋纵波低速带应由“大陆根”地幔向洋壳区地幔仰冲破坏所造成,甚至全球的地幔过渡带都是由大陆漂移、被来来往往的“大陆根”给“搅”出来的。(2021年11月27日)
   
地幔过渡带纵波低速带形成过程猜想:大陆根与洋壳区过渡地幔的物质成分相差不大,不存在像洋壳俯冲那样的脱水脱气现象,导致深部地幔岩熔化的原因很可能是大陆根地幔的仰冲及剪切破坏,由于压力降低造成地幔岩熔化,并发生熔浆分异,轻的熔浆上浮、重的下沉,经过几十亿年的累积最终造成地幔过渡带与下地幔之间的较大差异。上地幔(包括地幔过渡带)分异成亏损地幔,亏损了亲石元素、排除了气体,亲石元素(如Si、Al、Ca、K、Na等)、不相容微量元素(Rb、Ba、La、Ce、Sr等)、不相容热产放射性元素(U、Tu等)明显亏损,这些元素向地壳运移最终在地壳富集;而下地幔未亏损,组成上类似于球粒陨石,被认为代表着原始成分;但地球化学定性模型无法精确估计亏损和未亏损地幔的比例,也不能约束未亏损地幔界面的地形和深度,将界面放在660km,是基于地幔岩成分、密度等变化引发了地震波速跳变;大洋中脊、火山岛弧玄武岩和大陆溢流玄武岩来源于亏损上地幔,而大洋热点岛链玄武岩有可能来源于部分未亏损但受过大洋俯冲板片混染的上/下地幔交界(据石耀霖.2001)。450km深度环太平洋纵波低速带是现状活着的熔浆或塑性物质分布带,陆区及其周边450km深度的纵波低速体比其它深度更活跃,欧亚南部等北低中纬陆区出现连片的纵波低速体,预示着成因与大陆根迁移滑动有关的连续低速带(面、层)的存在。(2021年11月28日)

    地幔温度变化对地震波速的影响没理由超过密度,俯冲带中的相对高波速体可能是榴辉岩相变带 Baidu百科“贝尼奥夫带”:在相同深度下,贝尼奥夫带地幔的地震波速度一般要比周围地幔高10~15%左右,这意味着贝尼奥夫带是尚未加热到周围地幔温度的俯冲大洋岩石圈,温度较低的岩石地震波速度和Q值都较高。沿该带连续分布浅源地震(海沟附近,震源深0~70km)、中源地震(岛弧,震源深70~300km)、深源地震(大陆,震源深300~700km)。在地理上,贝尼奥夫带在汤加-克马德克、伊豆-小笠原、马里亚纳、日本、千岛、秘鲁-智利、菲律宾、新赫布里底、新西兰、中美洲、琉球和阿留申最为发育。贝尼奥夫带的厚度较小,有的不超过20公里。江国明、赵大鹏等:日本地区俯冲板块的厚度为85km,日本东北和北海道地区洋壳俯冲深度均为110km,平均厚度分别为7.5km、5km。板块内部地震波速相对周围地幔表现为高速异常,纵波速度比周围介质高4~6%,太平洋板块俯冲到转换带(410~660km)后,发生停滞,但在转换带内继续水平运动,一直延伸到中国大陆东部。俯冲板块温度较周围地幔低,浅部温差更大,越深与周围相差越小,地震波速差异也越小。板块内靠近上边界温度随深度变化比较快,靠近下边界较慢。板块内的温度具有很好的相关性,主要反映在靠近上边界的波速变化。3282个近震数据震源深度均大于40km。日本东北有二重深发地震面,靠近板块上边界的地震基本都发生在洋壳内,而北海道俯冲带没有明显的二重地震面,洋壳内地震较少,可能与含有更多的流体有关。板块洋壳剖面图>>> 阅读链接:上地幔俯冲板块的动力学过程数值模拟截图>>>大洋板块俯冲到多深? “高波速体=低温=俯冲岩石圈”应该是错误的,这太诡异,地壳或岩石圈温度比深部地幔低得多,难道地震波速会更高吗?显然不是!俯冲岩石圈上边界脱水易形成熔浆低波速体,不应该是更为明显的低温区。如果真与俯冲带有关,当中的高波速体应与板块俯冲引发熔融、产生重力分异形成高密度地幔岩有关,贝尼奥夫带厚度较小,其规模相当,要是整个岩石圈俯冲带,宽度得有上百千米;俯冲带中的高波速体也可能形成于俯冲岩石圈上部(含洋壳)基性岩、超基性岩在高压下的榴辉岩相变,榴辉岩在变质岩中密度最大(3.5~3.9g/cm3),相变深度在40~50km以深,按密度可以下沉到地幔过渡带,江国明等论文所用的3282个近震数据震源深度均大于40km,在暗示发震机制与榴辉岩有关。结合中科院地质地球所研究发现俯冲洋壳的折返机制中的内容,认为后种成因可能性更大,即贝尼奥夫带或高波速俯冲板片是热俯冲环境下形成的密度较大、刚性较强的带洋壳榴辉岩相变带。宏观上,100km、150km、200km深的熔体含量分布图表明俯冲带与低剪切波速有关而不是对应高波速区,150km、450km深的纵波层析成像图也摆明,大洋岩石圈俯冲带所对应的是纵波低速带。
    全球地幔纵波层析成像图看,150km深度软流圈俯冲带低波速清晰,450km深度地幔过渡带俯冲带位置低波速更清晰,且规模更大,可能是板块俯冲带与大陆根剪切破坏带的叠加,两种深度的纵波低速带估计是连通的;到了750km深度,美洲西线与东亚俯冲带的低波速还稍有明显,但更深的成像图就看不到了,判断东、西太平洋俯冲带终止于660km左右的地幔过渡带下界。下延最深的是非洲东北低波速带与澳洲东面的西南太平洋低波速带,非洲东北的低波速带从150km深度垂直向下至1050km,往下再向西南方向倾斜,在2250km深还隐约可见;西南太平洋低波速带从浅部稍向东南倾斜,在1650km深度还比较明显。只是目前还搞不明,这两条(组)深入下地幔的低波速带意味着什么?(2022年2月21日)

    大陆漂移过程大陆根下面地幔过渡带的物质流向:当初的联合古陆沿南美大陆与非洲大陆之间掰开,让大西洋扩张,按大陆根深度四百多千米计,如果地幔没有回流补充,意味着将张裂出一个深达四百多千米的大西洋,但事实上大西洋水深只有几千米。这意味着在非洲大陆向东北方向漂移、南美大陆向西漂移过程,大陆根下面地幔过渡带的物质会涌入、补充大西洋地幔。同理,当欧亚大陆及美洲大陆向太平洋板块仰冲时,大陆根下面地幔过渡带的物质会逃离太平洋,沿西南方向涌入印度洋(中生代是新特提斯洋)地幔、向东涌进大西洋地幔,不然的话太平洋地幔就会不断垒高,这也应该是仰冲陆块上地幔形成纵波低速带的原因。可以推论,无论是哪种陆块漂移模式,岩石圈与大陆根一起漂移、岩石圈在软流圈上漂移、深地幔对流驮载岩石圈漂移,均要求漂移陆块下方必须有地幔流作反方向回补,不然的话就会张拉出一个至少有岩石圈厚度约150km深的大西洋。印度板块晚白垩世至古近纪向欧亚板块漂移与俯冲碰撞,像推土机推土,至少得把前面巨厚的新特提斯洋岩石圈、软流圈碾下消化掉,或涌入西太平洋地幔、或从印度陆块底下逆流回印度洋地幔;而非洲东北造就地幔回流的俯冲带更深。大陆根的底面应该是十分凹凸不平的,深度300km~450km不等,其下面地幔过渡带的厚度约200km~400km,受地球自转线速度影响,在赤道低纬度大陆根应更加活跃迁移幅度更大,大陆根应更薄底面更浅,而高纬度地区大陆根应更厚。部分陆块在漂移过程发生旋转应与局部大陆根受阻碍搁浅有关,犹如船底一头搁浅就会发生打转一样。大陆漂移大陆根地幔对流示意图>>> (2022年1月11日)
    大陆漂移力逆天:大陆漂移后方是拖着更早期生成的洋壳一起迁移的,而洋盆继续扩大靠的是最后面洋中脊向两侧扩张,从陆块后缘至洋中脊,洋壳年代是越来越新 >>>。这说明大陆漂移后面洋地幔体积亏损的补充发生于地幔深处而不是软流圈,否则补充上来的地幔物质会从大陆后面涌上来并形成新洋壳及低波速体热尾巴,犹如新生代冒上来的菲律宾海与南海,造成越靠近大陆后面洋壳年代越新、与实际不符的场面。地幔过渡带物质可能是在深部呈弥漫状补充体积亏损,那里压力小那里亏欠多先补充那里,并没有演变成低波速体,也未能直接参与和洋中脊扩张有关的软流圈对流,也就是说,大洋上地幔对流应分两层,浅层低波速体软流圈对流,深部至地幔过渡带还潜伏了一种与陆块迁移方向相反的暗对流。从洋壳玄武质层来源上,绝大部分洋壳基性岩来源于软流圈(亏损地幔),仅有零星的“热点”岛链玄武岩来源于地幔过渡带(部分未亏损但受过大洋俯冲板片混染),说明尽管大洋俯冲岩石圈能进入地幔过渡带,但地幔过渡带物质仅通过零星的薄弱点上侵,与软流圈之间基本是不对流的,未发生大规模未亏损物质上侵;另方面,“热点”熔浆混有俯冲板片的成分,而“热点”岛链又远离俯冲带,说明至地幔过渡带深度是存在水平对流的。地幔过渡带应具有一定的塑性而不是单纯固态 >>>,其较高的地震波速度应与密度较大有关,同时密度更大更有利于大陆根在上面漂移,犹如人游在海水比淡水更不容易沉。大陆漂移都是在逆行,想起来是匪夷所思,前面的预设机制是地球自转变慢为维持总动量守恒陆块向东向赤道漂移,只是没想到这种漂移力能强大到可以逆行的地步。动画:大西洋扩张地幔体积亏损,中美洲加勒比海及南部德雷克海峡缺乏大陆根阻挡,软流圈向大西洋方向“崩溃”(“溃坝”)(2022年1月12日)

    大陆漂移过程洋、陆区地幔的对流补充:太平洋东西两侧俯冲带研究,由于在地幔过渡带探测到高波速俯冲板片(可能是相变榴辉岩 >>>>>>),再考虑到大陆(根)漂移滑动过程原大洋岩石圈的去向,认为太平洋岩石圈俯冲是可以进入到410~660km深的地幔过渡带的,同时从新生代出现的菲律宾海及南海来看,太平洋岩石圈俯冲到达软流圈后有很大部分发生了熔融折返(阅>>>),由于是欧亚大陆根、美洲大陆根向太平洋板块仰冲,太平洋缩小会导致上地幔不断垒高,引发大洋地幔流在深部从大陆根底下逃离,而不是通过垂直环流方式去补充洋中脊扩张所造成的地幔体积亏损。洋中脊拉斑玄武岩来源于软流圈基性熔浆,而不是来自于未亏损地幔,其与地幔过渡带关系不大,推测是因为洋中脊两侧洋壳不断伸展迁移,软流圈摊薄,压力降低导致了软流圈底部更多橄榄岩熔融分异,让软流圈重新获得补充并保持长期稳定,如太平洋洋陆地幔对流示意图(2022年3月9日)

    地球热点岛链的形成可能与忒伊亚残留核有关:约45亿年前行星忒伊亚与原始地球碰撞,忒伊亚残留核嵌入地幔,由于忒伊亚残留核密度大于地幔,不断往地幔/地核交界下沉。有模拟认为,忒伊亚残留核的密度比地幔高出1.5~3.5%,假如温度相同,残留核区的地震波速应大于周边地幔,但实际其表现为低波速区,此表明忒伊亚残留核温度更高更具塑性,或放射性元素含量更高。这就导致忒伊亚残留核与周边地幔的接触带产生密度差与温度差,产生相对运动发生剪切破坏,导致地幔岩熔融产生重力分异,轻的熔浆上侵、重的熔浆随残留核下沉地球热点主要沿残留核区周围分布>>>,美洲西线热点向东偏移可能与熔浆上涌过程上地幔向东对流蠕动、去补充大西洋扩张引起的地幔体积亏损有关,澳洲东南热点向西南偏移可能与太平洋上地幔向西南方向迁移蠕动有关,如1.5亿年前→现今热点分布与大陆迁移图。热点岛链熔浆起源深度目前还是个谜,从洋区热点判断应深于岩石圈底面,可以源自软流圈或更深,从陆区热点判断应深于大陆根底面,可以源自地幔过渡带或更深,如果能确定地球热点与忒伊亚残留核有关,热点熔浆的源头应深于1900km,上侵过程还可以不断地混入围岩熔浆。热点熔浆的源头在下地幔也还存在悬疑,如果大洋板块的软流圈在滑移或存在循环对流、大陆根下的地幔过渡带在滑移或发生循环对流,热点熔浆是如何能上侵穿越而不被扯散或被搅进到上地幔对流层当中的?是熔浆上涌比地幔水平对流快很多吗?或者从侧面验证了对压力降低大洋软流圈底部橄榄岩熔融、垂向上涌模式的猜测。目前比较流行的观点认为,地球热点是深部地幔柱熔浆上拱的露点,如果是这样,热点为什么不集中在“超级地幔柱”(忒伊亚残留核区)的中心地带?倒像是一棵由深往浅发散的“地幔树”,只是洋中脊扩张位置也未能与“超级地幔柱”中心区相对应,难以支持这种树系机制。如果地球热点位置与忒伊亚残留核位置对应相关,说明忒伊亚残留核上方660km~1900km(或更深)深度的下地幔至少在一亿年内是基本不发生水平对流的。(2022年5月18日)

    地幔对流驮载大陆漂移机制百年挂科还有没有得救?1912年魏格纳提出大陆漂移假说,为了说明大陆漂移的动力源,1931年霍姆斯提出了“地幔对流”假说,并同时特别说明“此类纯属臆想的概念,特为适应需要而设。在其取得独立的证据支持之前不可能有什么科学价值。”一百年过去了,解决问题仍然是遥遥无期,首先只有太平洋有中脊扩张同时有俯冲带,而大西洋东西两侧都没有俯冲带,无法构成相应的对流模式,印度洋只有北面有俯冲带,西面及南面都没有,难以想象深部对流系统是什么样的?再拿南大西洋来说,太平洋中脊一侧向东扩张,南美大陆向西漂移,深部对流显然是要向东补充由于南大西洋开裂造成的地幔体积亏损,所以太平洋中脊一侧向东扩张,对流到深部只能向东流入南大西洋地幔,而不能向西回补太平洋中脊扩张造成的地幔体积亏损;又如西太平洋俯冲带,由于浅层洋壳的脱水脱气易形成熔浆并能减弱俯冲摩擦力,而俯冲岩石圈与软流圈之间的粘滞力要更大,俯冲板块在地幔深部应向东弯曲形成对流“内卷”,再说驮载环流机制如果成立,其本身也要求向东回流补充洋中脊扩张所造成的地幔体积亏损,而不会在亚洲大陆东部地幔残留俯冲板片或形成“俯冲板片坟场”。更复杂的问题,在太平洋板块向西、西北方向迁移与俯冲的同时,晚白垩世以来欧亚大陆(东部)却是绝对地向东、东南方向漂移,靠太平洋板块向东亚地幔俯冲肯定是产生不了这个方向的漂移力,按理应该有另一种陆区地幔对流系统驮载驱动,并在大陆边缘地带与太平洋地幔对流系统相汇合,地幔物质再流向深处,然而,没有任何证据能表明这种地幔对流汇合带的存在;侏罗纪至早白垩世,欧亚大陆的漂移方向是西北,晚白垩世180°反转为东南,这得要求起驮载作用的地幔对流也要逆流反转,这太不可能了(完全不可能)。所列现象无法与地幔对流驮载机制相匹配,或顾此失彼。一百年过去,连一个太平洋板块的地幔对流模式都没搞定,有说是上下地幔分层对流、有说是全地幔对流、又有说是混合模式对流(局部分层对流、局部全地幔对流),更不用说更多的其它板块该跟谁对流。(2022年2月14日)

    是大陆漂移引发了洋中脊扩张,如果大陆块前方受阻漂移不动了,洋中脊扩张也就成了秋天的蚂蚱,蹦跶不了多久 例如,印度次大陆和欧亚大陆碰撞后,在50~42MaB.P,中印度洋中脊的半扩张速率从65mm/a降为20mm/a,且从北东向扩张偏转为向东(Briais et al.,2002)。大约53MaB.P,印度陆块东南侧的沃顿(Wharton)洋中脊停止扩张(Singh et al.,2010),澳大利亚与南极洲板块开始裂解,印度洋和澳大利亚逐渐变为一个统一的板块,40MaB.P澳大利亚板块和南极洲板块发生分离,现今的东南印度洋中脊开始扩展形成,20MaB.P新东南印度洋中脊继续扩张(Dupont-Nivet et al.,2010)。从过程判断,中印度洋中脊与沃顿洋中脊扩张是由印度陆块向北漂移撕裂所导致,而东南印度洋中脊扩张是澳大利亚向北漂移撕裂的结果,而不是深部地幔柱的上拱对流驱动了印度陆块及澳大利亚的北向漂移。假如是深部地幔对流驱动了印度陆块的北向漂移,印度次大陆碰撞欧亚大陆后无法继续前进,由于洋中脊的继续扩张,应该会在印度陆块的屁股后面形成俯冲带,但实际并没有形成,而是洋中脊的扩张随着印度陆块的停滞而停止(沃顿洋中脊)或快速减弱(中印度洋中脊)。洋中脊扩张为啥要听大陆漂移指挥,而且时间及力度都还那么到位?相关链接 >>>(2022年2月20日

    板块俯冲带的各种可能,地幔温度是一种蹩脚因素:一、板块俯冲带一般被认为是相对冷的高波速体,剖面图被画成勺状或像高尔夫击球器,但是,单纯因冷而成为高波速缺乏物理学依据,也与板块俯冲带多熔浆上拱多火山喷发现象不相符。洋中脊地幔超基性熔浆分异,轻的基性岩浆形成玄武质洋壳,因玄武岩含气孔含水或辉长岩密度不大(注:自然密度基性辉长岩是2.8~3.1g/cm3、超基性橄榄岩是2.9~3.4g/cm3),剪切波速较低(3.6~3.9km/s),而由下沉重物质形成的岩石圈地幔橄榄岩,密度及地震波速甚至比熔融分异前的原地幔岩还要高。据朱介寿论文,海洋板块的岩石圈地幔具有常高的剪切波速(4.6~4.8km/s),如右图。可判断刚性俯冲板片密度偏高以及进一步相变压密才是出现较高地震波速的原因;另外在40~50km深度以深,洋壳玄武质层在高压下会发生榴辉岩相变,榴辉岩具有较高密度(3.5~3.9g/cm3),可成为相对高波速体,且可以下沉到地幔过渡带(密度3.74.0g/cm3)并发生超硅石榴岩相变。俯冲带上下界面为剪切破坏带,上界面还是脱水脱气熔浆发育区。俯冲板片中心区增压升温发生相变重结晶,密度增大、刚性较强成为高波速区,其周围地带发生塑变或熔融,呈现出低波速。而“冷的俯冲带”假说即解释为板片中心未加热至周围地幔温度,因此出现高波速,还提出了个相变塌陷发震机制。总体上,大洋岩石圈地幔具有稍大的密度,漂浮在软流圈上容易发生倾覆下沉,这也应该是西太平洋岩石圈在东亚边缘发生下沉俯冲的驱动力之一,直至到达深部与周围地幔密度相当或产生正浮力折回。
    二、深部地幔过渡带,近于水平的高波速体也有可能是由大陆根滑动剪切所形成的原地块体,反而是当中的低波速区才有可能是大洋岩石圈俯冲堆积区,100km、150km、200km深的熔体含量分布图150km、450km深的纵波层析成像图均表明俯冲带为低波速区
    、地幔过渡带林伍德石(包括瓦兹利石)含水,很多研究者希望它与板块俯冲有关,好用来证明俯冲可以进入地幔过渡带,但地幔过渡带林伍德石富水可能与原始地球圈层分化时下地幔矿物释水有关,林伍德石埋深全球近于一致,表明林伍德石结构含水与压力有关,由埋深压力控制,若来自于洋壳俯冲,近俯冲带富水林伍德石的埋深应浅些,水量也应更加丰富,但模拟分析却没有这种现象,而是全球深浅相近(±20km),甚至远离俯冲带的欧亚内陆更加富水(据吴忠庆)。随着埋深压力的增加,橄榄石可以相变为林伍德石,但俯冲板块的水份主要赋存于大洋地壳当中,就算能进入地幔过渡带,也首先是发生榴辉岩相变。按照几种相变矿物的分子式,榴辉岩不能通过高温高压的变质作用变成林伍德石,类基性岩富含铝、钙,需通过熔浆分异释放出硅铝质熔浆才能成为超基性岩类,过程连硅铝质都上浮往上跑何况是水份,所以,就算能形成也只能是一种近乎不含水的橄榄岩,而林伍德石含水即与这种俯冲成因的干橄榄岩无关。
    四、地幔过渡带与浅层循环对流问题。假说有板块俯冲不断向地幔过渡带输送大洋岩石圈物质,却没有证据表明地幔过渡带向浅部软流圈等也有较大规模的对流输送,只有些零星的岛链热点熔浆上涌,未发现大规模未亏损地幔物质上侵,那么,不断俯冲的大洋岩石圈都跑到哪里去了?究竟有多大的俯冲份量?是整个大洋岩石圈俯冲还是只有带洋壳榴辉岩相变带俯冲至地幔过渡带,而岩石圈地幔的大部分俯冲至软流圈深度时即发生熔融分异,向上折返并形成诸如南海、菲律宾海等边缘海?目前好像还没有过硬的俯冲至地幔过渡带的证据,都是些地震波物探及数据模拟,比如有学者认为,进入地幔过渡带,亚稳态橄榄石相变成致密的尖晶石相之前可以比周围地幔低温600℃或者只有600℃左右(地幔过渡带正常温度1500~1650℃)。只是不明白,相变前的低密度是如何具有高波速的?大洋软流圈浅,按地温梯度,大洋岩石圈未俯冲前在30~40km深度就能达到600℃,俯冲岩石圈应该不是隔热或绝热的。从网上查到的地幔岩石矿物在相应环境下的热导率:玄武岩热导率低1.3~2.9W/m.k(瓦/米.开),花岗质陆壳热导率要高于洋壳玄武岩达到2.4~3.8W/m.k;高温(400~1300k)高压(4~10GPa)下橄榄岩具有偏低的热导率2.5~4.5W/m.k,但常温下或5GPa以下试验数据为4~6.5W/m.k;橄榄石热导率具有各向异性,平行流动面方向的热流可比垂向高出30%;俯冲洋壳发生榴辉岩相变会变成热的良导体,>>>判断洋壳辉长岩的热导率应居于花岗质岩石与分异前原橄榄岩之间约3~3.5W/m.k,被分异提纯后深部岩石圈地幔橄榄岩具有较低的热导率约2.5~4.5W/m.k,而软流圈橄榄岩的热导率估计在4~6.5W/m.k之间。大洋岩石圈地幔具有异常高的剪切波速意味着其具有低的热导率,不然会被软流圈上升的热流所软化塑变。
    说单纯温度对剪切波速的影响,是指温度变化不影响岩石矿物成分及结构的情况下的影响,可采用实验验证,例如采用同一批干燥的岩石样块,加热到不同温度进行剪切波速测试。波速与岩石的弹性有关,应该与弹性模量成正比,如果加热过程岩石结构未发生变化,很难想象剪切波速会有多大的变化。网上有论文,随着地下岩层埋深的增大、地温大幅度上升,剪切波速变低得很厉害,但是做不扰动的原位测试是否也是这样呢?例如网上这篇文章,得到了造山带变质岩随着压力增加横波波速增大、随着温度上升横波波速减小的结果,实际情况是随着埋深的增大,温度上升的同时压力在增大,同种岩石随着深度增加,波速是增大还是减小呢?还有,在其它条件不变的情况下,剪切波速本身会随着深度的增加而增大。
    现在假设将大洋岩石圈“埋到”地幔过渡带的情形,不考虑温度及岩石结构变化,仅靠埋深增大到达地幔过渡带时不能形成相对更高的剪切波速,之前已有评估分析,因冷而成高波速已先成了个问号。板块俯冲过程,压力增高的同时地温在上升,发生结晶相变密度增大会让剪切波速增大,但地温上升会使岩石软塑化,导致剪切波速减小。在岩石圈范围的俯冲带,因大陆边缘的岩石圈波速比大洋岩石圈低(据朱介寿),可以判断俯冲带相对于两侧地幔呈现高波速状态。当俯冲进入软流圈,由于原本大洋岩石圈波速比软流圈高很多,这时显然也是呈现出相对高波速状态。穿越软流圈过程,俯冲岩石圈可能在不断熔融或发生重结晶相变,橄榄岩相逐步变得与周围地幔相一致,这时来源于洋壳的基性岩相变成榴辉岩就突显出来,带洋壳榴辉岩相变带或者能成为确认俯冲带的标志。再往深部俯冲就分析不到什么了,再分析也是瞎猜,所以才怀疑地幔过渡带的所谓“冷俯冲板片”有可能是由大陆根滑动剪切所形成的相对密度大或弹性强的原地部分。
(2022年7月8日)

    大洋岩石圈地幔、软流圈、板块俯冲带、贝尼奥夫带、幔汁流体挥发份、幔源油气新型关系整合 <一>.较纯橄榄岩可做耐高温隔热材料,相当于一层“棉被”让大洋地幔散热受阻,形成软流圈。橄榄岩提纯形成于原地幔橄榄岩分异出基性熔浆形成玄武质洋壳的过程。当原始大洋开裂时,由于压力降低导致上部超基性地幔岩熔化,熔浆分异产生洋壳基性辉长岩及拉斑玄武岩,原来成分复杂的橄榄岩释出铝质、硅质、钙质等,形成铁、镁含量更高的纯橄榄岩,这种橄榄岩密度更大、耐高温刚性更强,因此,岩石圈地幔就具有更高的剪切波速,同时更容易失稳向软流圈倾覆俯冲,形成相对高波速俯冲带。纯橄榄岩热导率较低,阻碍地幔向外散发热量,其反过来又促进软流圈的形成及熔浆的产生。软流圈是如何形成的?目前未见合理解释。<二>.较纯橄榄岩隔热性能好能否造成俯冲带相对低温?俯冲带上部为洋壳,下部为岩石圈地幔,如果是纯橄榄岩隔热造成俯冲板片低温,由于易熔导热的铝硅钙等成分是从下往上释出,低温板片应位于俯冲岩石圈的下部,但日本等地的贝尼奥夫带却位于俯冲带的上部,与之不符,可认为,由于地幔热传导比板块俯冲速度快得太多,就算纯橄榄岩隔热性能好,也无法“保冷”一个相对低温的俯冲板片。<三>.板块俯冲带上部的贝尼奥夫带应为榴辉岩相变带。由于岩石圈地幔形成过程不断向上释出硅铝质,导致自下往上辉石、斜长石含量逐步增高,当洋壳基性岩及岩石圈地幔上部富含辉石斜长石的橄榄岩俯冲至40~50km以深时发生榴辉岩相变,由于榴辉岩相变带密度更大刚性更强,因此就形成具有更高剪切波速的贝尼奥夫震源带,局部出现二重震源面可能是板块俯冲带向洋一侧退却过程所形成的榴辉岩相变带叠置现象。<四>.评百度“软流层是如何形成的?”:主要观点与我相仿,但当中有认为,软流圈的形成与挥发份流体加入、与放射性元素蜕变释热有关。考虑到幔汁挥发份主要与俯冲板块的脱水脱气有关,对于俯冲带两侧的软流圈来说是合理的,但对于一般大洋软流圈,由于亏损地幔亏损了Si、Al、Ca、K、Na等亲石元素,排除了气体,说特别富含挥发份流体就显得不合理,同时软流圈中不相容产热放射性元素U、Tu等也明显亏损或彻底亏损,强调放射性元素蜕变释热的作用亦不合理。全球火山活动带位于板块俯冲带而不是大洋中脊,说明流体挥发份来源于俯冲洋壳的脱水脱气作用,而一般深部地幔,流体挥发份应该是欠缺的。<五>.全球油气带分布与全球火山带分布高度重合,意味着油气带的形成也与俯冲洋壳的脱水脱气有关,可能是俯冲带流体挥发份上涌渗透、经高压高温加氢及催化作用,促成石油与天然气生成。从分布上具有的相关性判断,油气幔源成因说应该是可行的,相关更多>>>>>>>>>。俯冲破坏带流体富烃源自俯冲洋壳海相沉积层富含碳水碳氢化合物。油气田形成三要素:①.深层俯冲带脱水脱气;②.中层有断裂带之类的上浸通道;③.浅层形成圈闭构造。油气田形成的最有利位置是洋壳俯冲、折返所形成的弧后盆地。地热异常、高热流值、地温梯度高是幔源流体释放强的表现。反之,油气田在浅层的分布反映了洋壳俯冲到地幔过渡带所深入的范围,例如,中生代西太平洋洋壳俯冲深入内陆的影响范围应包括了松辽-渤海湾-南华北-江汉等东部裂谷盆地群。(2022年9月25日)

    俯冲带幔源流体挥发份在油气生成过程中的作用 <一>.林隆栋先生等提出,年轻生油岩系如果没有深部流体上来加氢加温加催化剂等作用,它生不了油。其观点不可置否,现以西北三个内陆盆地为例,再通过对比,证明不在俯冲带流体上浸区新生界生油岩系难以生成石油。西北三个内陆盆地的油气田主要分布于中生界、古生界,新生界油气生成规模小。准噶尔盆地古近系埋深2~5km,湖相烃源岩仅在盆地西南靠近基底凸起区在受热强的部位(Z)达到生油条件;塔里木盆地新生界湖相烃源岩生油主要位于盆地西南基底小凸起的上方(T),埋深4~6km,较浅埋以及较低的地温梯度使烃源岩演化程度不高;柴达木盆地新生界厚度巨大(6~14km),以渐新统、中新统、上新统湖相烃源岩生油为主,第四系富含有机质的湖沼烃源岩主要生气,主体位于盆地西部近基底浅埋区(C),断裂发育,已属于青藏北侧抬升活动带(据何登发2022张功成2014)。准噶尔盆地、塔里木盆地新生界中的少许生油可能来自深部中生界、古生界古油田的上浸运移;柴达木盆地西部油田的形成可能与青藏北侧的地幔流体上浸有关,同时说明只要具备条件内陆湖相是可以生成油气的。但西北三个内陆盆地巨厚的新生代沉积,未能证明在缺乏地幔流体上浸的情况下也能生成石油。而同样是几千米至十几千米厚的新生代湖相沉积,受太平洋俯冲带流体上浸作用,渤海湾断陷坳陷盆地的油气资源就丰富得多(如何登发文中图7与图16)。<二>.幔源流体挥发份上浸区分布在哪里?造成大陆区受热强、地温梯度高的原因应为幔源流体释放强,具体可参考中国及全球大陆热流分布图中的高热流区,多与中生代、新生代板块俯冲(碰撞)有关。假如油气生成仅涉地温因素,埋深10km的烃源岩生成油气就必定会比5km深处多,油井打得越深油气就越多,或者5km深度不够就往10km深度找,但实际显然不是这样,就如花岗质壳源重熔,同样的深度温度,有幔源流体渗入时才容易发生。<三>.板块俯冲带流体挥发份中的气体成分,主要来源于洋壳俯冲,尤其洋壳浅层的海相沉积物。脱水作用在俯冲前期释出结合水,后期俯冲到深部矿物结晶水释出。火山喷出的气体大部分是水H2O,少部分是在高温高压下,从海相碳酸盐岩中裂解出来的CO2从海洋沉积有机质中生成的甲烷。火山喷出的CO2及CO气体部分来自于CH4的燃烧氧化。CO2及CH4气体在地幔岩中上浸渗透、逃逸速度比水更快,更容易消散,其难以聚集成火山主体气体,但这并不意味着它们在地幔流体中含量也会那么少,火山喷发应不是CO2及CH4逃逸、释出的主要途径。苏北发现储量达260亿立方米的CO2大气田(据龚与觐等);松辽盆地、渤海湾盆地、东海盆地、三水盆地、粤南海盆地、珠江口盆地、莺歌海盆地等发现了28个CO2气田(据戴金星);东非大裂谷基伍湖湖底几乎没有沉积物,而底层水却含有大量甲烷,单位体积水中甲烷的含量要比湖水其他部分大1000~10000倍(据王辉云)。这些幔源CO2及CH4气体就不是以火山活动形式上浸到地壳浅表的。而上浸过程进入圈闭构造的甲烷,在高温高压、在催化剂及加氢作用下生成石油。盆地烃源层在深部上浸流体加氢加温加催化剂等的作用下可形成页岩油。但页岩油很难证明是直接由幔源液态上涌形成的,如果能涌得进去,开采就不会那么难了,页岩油也让纯幔源无机成因说难以逾越。板块俯冲所形成的地幔流体挥发份成分复杂,未知数多,像氢、铁、碱金属等在油气形成过程起着化合或催化作用。(2023年1月22日)
   
从板块俯冲带流体挥发份到油气的大致过程:第一步,俯冲洋壳中的海相沉积层发生脱水脱气,在浅部脱出结合水、在深部释出矿物结晶水;海相碳酸盐岩及生物骨骸在高温下释放出CO2,相当于烧制石灰高温下碳酸钙的裂解过程;海相有机质在高温高压下形成碳氢化合物流体。第二步,从俯冲洋壳脱出的水与地幔橄榄石的铁起反应,蛇纹石化过程释放出氢气 >>>,氢气与碳氢流体结合生成更长链的碳氢化合物;氢气与CO2结合生成甲烷。第三步,形成的高温碳氢流体沿着地幔地壳薄弱地带上浸至浅部圈闭构造形成油气藏;另一方面俯冲带上盘过饱和的氢沿着剪切破坏带等薄弱环节继续上浸,窜入盆地中含烃源层的圈闭构造时,氢与有机碳结合经高温催化作用生成石油。CO2气田属地幔起源,甲烷气田有幔源无机成因与生物有机质成因(比如沼气、煤成气)两种,石油有幔源上浸的与浅部圈闭烃源层经幔源加氢催化形成的(比如页岩油)两种。(2023年2月23日)>>>

    碳减排是个馊主意,我国应终止《京都议定书》的执行 是温室效应调整着地球气候,最主要的温室气体是CO2,大气CO2浓度影响着气候的冷暖,它的消耗与回补决定了气温变化。降水淋滤作用对大气CO2的消耗是地球气候变冷的主要原因。以往观点认为是火山喷出CO2气体让大气CO2得到回补。但实际情况是,降水淋滤作用每时每刻都在进行,而火山喷发却是偶然事件,久旱逢甘,是杯水车薪,且火山气体大部分是水汽而不是CO2。真若这么小规模回补,地球早已回到震旦纪那个冰封全球的“雪球”时代。此说明大气CO2回补的主要方式绝不可能是火山喷发,主要回补应源自幔源释放。烧制石灰的裂解过程会释放出CO2,当大洋板块向地幔俯冲时,在高温高压下,洋壳浅层碳酸盐岩会分解出CO2,然后通过剪切破坏带穿透地壳进入大气层,部分漫源CO2窜入圈闭构造形成CO2气田。很显然,没遇到圈闭构造的CO2都直接逃到了大气层中。同样原理,地幔流体中海相有机质成因的甲烷,上浸过程遇到圈闭构造时就生成石油与天然气,而更多的绝大部分CH4直接逃到了大气层,只是由于CH4分子量小容易往太空逃逸,还有部分被氧化成CO2,导致大气CH4浓度甚低。用甲烷生成石油与天然气的规模去反推CO2释出规模,可以得出,人类燃烧化石燃料所释放的CO2与幔源释出CO2相比犹如九牛一毛,碳减排没有意义没有必要。另方面,当今大气CO2浓度已高过80万年来的最高,依古论未来,未来海平面至少应升高三至五米而不是权威预测的几十厘米,这不合理或者是个陷阱;按冰后期气候变化曲线,至未来900年原本就处于升温时段,百年海平面升高几十公分光靠大自然本身就会发生。美国人以CO2等温室气体排放和全球气候变化的关系还不清楚为由,已退出《京都议定书》。基于上述理由我国应立刻终止该议定书的执行。(2023年1月31日)