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   数年来,在大陆科学钻探研究、超高压变质带、青藏高原大陆动力学、中央造山带以及深地幔矿物的发现以及大陆地壳和地幔等方面获得的丰硕成果,得到国内外地学界的高度关注。代表性成果简要介绍如下。

1 中国大陆科学钻探工程(CCSD)科学研究的重大进展

国家重大科学工程中国大陆科学钻探(CCSD)工程是我国地学领域一项具有里程碑意义的重大科学工程。主持负责中国大陆科学钻探工程科学研究的主要为本实验室的许志琴院士(首席科学家)、杨文采院士(副首席科学家)、杨经绥研究员(地质总工程师)、张泽明(地质副总工程师)及刘福来(实验室主任)等。

首次在世界超高压变质带上实施5km 的大陆科学深井,是中国第一科学井,也是目前国际上正在实施的国际大陆科学钻探最深井,首次建立了5000深度的60余条地下系列金柱子(剖面),取得如下创新性研究成果:

①三大发现:通过三维空间数千件岩石锆石的拉曼光谱研究,发现巨量物质深俯冲证据,榴辉岩和超基性岩岩心中发现金刚石和特殊地幔矿物,毛北金红石榴辉岩(钛铁矿床)下部发现第二空间的钛铁矿层(16002000m),揭示金红石的富集成矿过程与成矿机制。

揭示了扬子板片的深俯冲和折返过程中的代表性地幔和地壳矿物的组构特征和流变学状态;揭示扬子板片的深俯冲过程中流体效应以及壳幔作用; 

建立了CCSD主孔重大构造事件年代谱,确定UHP变质岩原岩形成时代、建立“深俯冲-折返-隆升-去顶”全过程动态演化的时限;

④对地球物理VSP剖面进行验证和重新解释,建立精细的CCSD孔区6000 m 深度的三维结构剖面;

⑤建立了苏鲁高压-超高压变质地体的折返构造格架,揭示了其为一个无根的拱形挤出纳布(推覆)板片,提出新的板块汇聚边界大陆地壳分片、多重的深俯冲/折返的新模式。

中国大陆科学深钻工程得到国内外地学界高度瞩目和社会各界的广泛关注,2002年和2005年两次被评为公众关注的中国十大科技新闻,中国大陆科学深钻的成果作为科技部重点在2006年科技大会展出,得到中央地方领导、科学家和广大群众的称赞。CCSD所取得的重要科技成果也得到共和国总理的关注,并亲笔批示,表示祝贺。2008年获国家科技进步二等奖和国土资源部科技一等奖,国际大陆科学钻探委员会执委会主席Emmermann主席在国际大陆科学钻探会议上高度称赞CCSD工程,是当前搞的最好的科钻工程。

2 超高压变质带研究进展

近年来,国土资源部大陆动力学重点实验室杨经绥研究员、张建新研究员等在青藏高原北部发现和厘定了350km长的柴北缘早古生代超高压变质带。张建新等确定了南阿尔金榴辉岩的早古生代超高压变质证据,证明柴北缘和南阿尔金超高压变质带原为同一条超高压带,后被阿尔金断裂切割。继后杨经绥等又在东秦岭的片麻岩和榴辉岩的锆石中发现金刚石包裹体,厘定了东秦岭早古生代超高压变质带的性质。柴北缘和东秦岭两条超高压变质带已被国际超高压权威专家Chopin2003)标注在全球超高压变质图上,成为国内外关注重点及国际会议多次考察路线。

在此基础上提出中国中央造山带存在巨型超高压变质带(阿尔金-柴北缘-东秦岭-大别-苏鲁)和两期超高压变质事件的重要认识。对解决中国大陆南/北板块汇聚关键问题有重要意义。20余篇论文发表在JMGLithos等重要国际刊物,引用800余次;Goldschmidt国际会议做特邀报告。

在拉萨地体中部发现近100km长含柯石英假象的高压/超高压榴辉岩带(T750P2.7GPa),榴辉岩原岩为典型的MOR型大洋玄武岩,岩石化学和NdSr同位素组成表明榴辉岩的原岩来源于亏损地幔。锆石SHRIMP U-Pb测年获得超高压变质时代为261 Ma。此项发现和研究的重要意义在于揭示了拉萨地体的解体、提供了古特提斯洋盆俯冲和深俯冲的新信息,以及示踪了古特提斯洋盆演化和多地体存在的新证据。洋壳深俯冲年龄约260Ma。提出拉萨地块中存在新的地体边界,深化了古特提斯洋盆的发育与演化认识。在LithosJAES等期刊发表,AOGS等国际会议上做特邀报告。

最近,张泽明等又在南迦巴瓦发现高压石榴石辉石岩。杨经绥、许志琴等系统总结中国诸多高压/超高压变质带的大地构造背景,提出洋壳深俯冲主要发生在始-古特提斯多岛弧、多洋盆的洋内环境;大陆深俯冲发生在大型陆块碰撞的特殊部位,提出“剪切碰撞”及“舌形岩石圈撕裂板片深俯冲”的新模式,发表在岩石学报上,并在国际榴辉岩会议上做特邀报告。 

3 青藏高原大陆动力学研究进展

确立青藏高原基本地体构架、变形构造体制以及地体相对运动;重塑印度/亚洲碰撞前和碰撞后的地体拼合、碰撞造山、大型走滑、高原的隆升及周缘造山带的崛起,揭示青藏高原地壳和地幔结构及深部驱动力,阐明青藏高原是一个特殊的“造山的高原”。在此基础上,对青藏高原进行综合、集成,建立了青藏高原地体构架、青藏高原大型断裂体系和亚洲/印度碰撞大地构造单元框架。青藏高原4条高压/超高压变质带的发现和厘定,以及罗布莎深地幔特殊矿物发现和地幔柱假设的提出,成为青藏高原大陆构造与动力学研究的两大亮点。

国土资源部大陆动力学重点实验室与法国科学家合作开展青藏高原天然地震探测工作,完成大于10000km地震层析剖面,揭示了青藏高原400km深度范围内的地壳和陆下地幔结构,提出青藏高原周缘造山带崛起的机制;提出南部印度岩石圈板片的超深俯冲、北缘及东缘克拉通的陆内浅俯冲、腹地深地幔热结构以及岩石圈范围的“右旋隆升”物质向东挤出的新模式。

4 地幔矿物及地幔动力学研究进展

经过10年的艰难探索,在西藏雅鲁藏布江流域的蛇绿岩地幔橄榄岩中发现一个由100余种地幔矿物组成的地幔矿物群。白文吉研究员等和中国地质大学X-射线实验室合作,共同厘定出四种新矿物,经国际矿物委员会新矿物、矿物命名委员会批准,命名为罗布莎矿(Fe0.83Si2)、曲松矿(WC)、雅鲁矿(Cr4Fe4Ni9C4、藏布矿(TiFeSi2。这四种矿物均经国际矿物委员会高票通过为新矿物。

杨经绥等在西藏罗布莎铬铁矿中发现多晶柯石英柱状体,证实为斯石英(压力>10GPa>300km深度)假象;在铬铁矿围岩中发现金刚石和碳硅石等超高压矿物,在极地乌拉尔铬铁矿中发现千余微粒金刚石及异常矿物,并发现乌拉尔和罗布莎铬铁矿中的原位金刚石。提出铬铁矿和蛇绿岩深部成因及寻找深成铬铁矿的新理念提出地幔柱从深部向上运移中减压退变的新模式,对地幔矿物学和地幔动力学领域的开拓做出重要贡献。美国斯坦福大学的罗布莎会议上,国际专家给予该成果高度评价。该成果已在国际重要期刊Geology等发表论文20余篇,引用100余次。

5 汶川大地震的快速回应

2008年“5.12汶川大地震震撼全世界、全中国,也震撼了中国地质科学家的良心和责任心,大陆动力学重点实验室于513成立汶川地震小组,515召开汶川地震学术讨论会,516及时向上级报告“汶川地震背景及震情分析”:提出主断裂是北川-映秀断裂,其为右行逆冲走滑断裂向NE扩展,为印度板块推挤青藏高原物质向东运动的响应,应注意青川断裂。组织队伍赴汶川地震灾区科学考察;组织编制“汶川地震图集”(620)送中央和各部门,提出实施中国第一口汶川地震科学钻探,为世界上回应大地震最快的科学钻探。

汶川地震科学钻探现已完成2口钻井(WFSD-1WFSD-3),在WFSD-1580m 深度发现北川-映秀地震断裂主断面,发现罕见的7m厚断层泥,以及汶川地震造成的2cm断层泥,发现10余条古地震断裂带,发现气体异常与余震的相关关系,为研究地震机制提供了重要的基础资料。目前项目正在进行之中。

6 大陆深部探测及地球物理学与地震学的研究进展

1992年以来,已完成深地震反射剖面超过4000km,约占我国深地震反射剖面探测总量的2/3;完成地震层析剖面10000km,完成覆盖青藏高原及邻区的地震波层析成像、航磁异常多尺度分析和横过青藏高原的重磁剖面测量;在青藏高原腹地及北缘、东南沿海开展了宽频地震观测;完成跨越青藏高原两条地学断面地球物理调查与研究,全长3500km。建立了我国首个泛盖7个深部地球物理方法的探测数据库和中国岩石圈三维结构数据库,数据总量达308Gb,并公开提供使用,推动了我国深部探测数据共享工作。

通过不断的研究,揭示出横过青藏高原、塔里木、天山的岩石圈横断面结构,揭示了中国大陆不同构造域地壳上地幔精细结构,发现中国大陆地壳普遍存在拆离断层、在碰撞造山带中的陆内俯冲构造及下地壳叠置构造,发现地壳熔融层、地幔中的反射记录以及地幔被错开等,揭示大巴山盆-山深部结构以及盆地中15km深的大型滑脱层。在青藏高原的深地幔结构探测中,发现一些大型断裂具有岩石圈和地幔深度, 发现青藏腹地的地幔底辟结构与可可西里火山岩有关,揭示印度岩石圈板片的俯冲前缘抵达班公湖怒江,西昆仑造山带之下印度板块与塔里木块体对接的地球物理证据。揭示出华北北缘-兴蒙造山带地壳变形的样式和古板块俯冲的极性;在松辽盆地及东部邻区的地幔中发现了太平洋板块俯冲的遗迹,揭示出中国东北大陆边缘地体拼接、大陆增生的深部过程。

在大地构造物理学方面,杨文采等在大别苏鲁地区开展了以深反射地震为主导的综合地球物理探测,查清了苏鲁与大别等地区的地壳上地幔精细构造,为选准中国大陆科学钻探孔位提供了坚实依据。提出了扬子克拉通向北俯冲的几何产状模式,计算了深俯冲造成的地壳缩短,和大陆地壳进入地幔造成的浮力和元素的回收量,得出了陆—陆深俯冲的规模和造成壳幔相互作用的定量概念。设计和负责实施了中国大陆科学钻探三维和三分量反射地震调查,创建了我国深反射地震资料处理中心,提交了高质量的深反射地震剖面和三维数据体,并对大陆科学钻探主孔岩性构造进行了预测,为后续的岩心钻探基本证实,取得了预测的成功。发现中国东部岩石圈地幔内部存在全球罕见的多层反射体,改变了前人认为拉张区岩石圈地幔因缺乏反射相对透明(无反射)的看法,并提出相应的模型,说明地幔多层反射体源于中生代地幔减薄作用。总结了应用地震组构判识来研究地壳演化和壳—幔相互作用的方法和依据,定义了新的地震组构—地震岩浆拱弧构造,指出了这种组构的地幔岩浆侵位成因和分类。

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(一)近5年来重要学术专著

 

作者

出版时间

出版社

1

许志琴,杨经绥,李海兵,张建新,吴才来等

造山的高原青藏高原的地体拼合、碰撞造山及隆升机制

2007

地质出版社

2

许志琴

青藏高原大陆动力学

2006

地质出版社

3

杨文采

东亚古特提斯域大地构造物理学

2009

石油工业出版社

4

侯增谦,王二七等.

青藏高原碰撞造山与成矿作用

2008

地质出版社

5

嵇少丞

地震与中国大陆形影相随

2009

科学出版社

(二)主要代表性论文10

1        Yang Jingsui, Larissa Dobrzhinetskaya, Bai Wenji, Fang Qingsong, Paul T Robinson, Zhang Junfeng, Green Harry W, 2007. Diamond- and coesite-bearing chromitites from the Luobusa ophiolite, Tibet. Geology, 35 (10), 875-878.

2        Xu Zhiqin, Yang Wencai, Ji Shaocheng, Zhang Zeming, Yang Jingsui, Wang Q, Tang Zhemin, 2009. Deep root of a continent–continent collision belt: Evidence from the Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) deep borehole in the Sulu ultrahigh-pressure (HPUHP) metamorphic terrane, China. Tectonophysics, 475, 202-217.

3        Liu Fulai, Liou Juhn G, Xu Zhiqin, 2005. U-Pb SHRIMP ages recorded in the coesite-bearing zircon domains of paragneisses in the southwestern Sulu terrane, eastern China: New interpretation. American Mineralogist, 90, 790-800.

4        Yang Jingsui, Liu Fulai, Wu Cailai, Xu Zhiqin, Chen Songyong, 2005. Two Ultrahigh-Pressure Metamorphic Events Recognized in the Central Orogenic Belt of ChinaEvidence from the U-Pb Dating of Coesite-Bearing Zircons. International Geology Review, 47, 327-343.

5        Zhang Zeming, Xiao Yilin, Hoefs Jochen, Liou Juhn G, Simon Klaus, 2006. Ultrahigh pressure metamorphic rocks from the Chinese Continental Scientific Drilling Project: I. Petrology. Contributions to Mineralogy and Petrology, 81 (2), 204-225.

6        Zhang Zeming, Zhao Guochun, Santosh M, Wang Jinli, Dong XinShen Kun, 2010. Late Cretaceous charnockite with adakitic affinities from the Gangdese batholith, Southeastern Tibet: Evidence for Neo-Tethyan mid-oceanic ridge subduction?  Gondwana Research, 17, 615–631.

7        Yang Wencai, 2009. The crust and upper mantle of the Sulu UHPM belt. Tectonophysics, 475, 226-234.

8        Zhang Jianxin, Meng Fanchong, Wan Yusheng, 2007. A cold Early Palaeozoic subduction zone in the North Qilian Mountains, NW China: petrological and U-Pb geochronological constraints. Journal of Metamorphic Geology, 25, 285-304.

9        Li Haibing, Jérôme Van der Woerdb, Paul Tapponnier, Yann Klinger, Qi Xuexiang, Yang Jingsui, Zhu Yintang, 2005. Slip rate on Kunlun fault at Hongshui gou, and recurrence time of great events comparable to the 14/11/2001, Mw~7.9 Kokoxili earthquake. Earth and Planetary Science Letters, 237, 285-299.

10    许志琴, 杨经绥, 张建新, 张泽明, 刘福来, 吴才来, 2010. 中国大陆构造及动力学若干问题的认识. 地质学报, 84 (1), 449-456.

国土资源部大陆动力学重点实验室
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更新: 2011年01月18日 星期二
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