作者：王根厚

提綱

第一部分 大陸動力學(xué)及成礦理論進展

第二部分 造山帶—典型造山帶形成實例

第三部分 俯沖增生造山帶研究

第四部分 造山帶區(qū)域地質(zhì)調(diào)查技術(shù)思考

大陸形成演化與地球動力學(xué)重要研究方向:

• 殼-幔的結(jié)構(gòu)、組成及相互作用；

• 大陸的形成、演化與陸內(nèi)陸質(zhì)過程；

• 大陸碰撞過程與造山帶動力學(xué)；

• 大洋板塊與大陸邊緣的相互作用；

• 地球深部過程與表層過程的耦合關(guān)系。

板塊邊界的相互作用是地震、火山爆發(fā)、山脈形成及大陸地表緩慢漂移的原動力。

1.“大陸動力學(xué)”研究領(lǐng)域主要進展

對我國華北、華南、塔里木等主要組成陸塊進行了較為深入的研究。

• 對我國秦嶺、興蒙和祁連山、青藏高原等主要造山帶（古板塊縫合帶）的特征和演化歷史進行了深入研究。

• 大別山、蘇魯、阿爾金、天山、羌塘等地的超高壓變質(zhì)研究取得重大進展，為地球動力學(xué)理論的發(fā)展做出了重要貢獻，在國際上確立地位。

• 對現(xiàn)今活動的大陸俯沖-碰撞造山帶——青藏高原及其周邊地區(qū)進行了研究，取得了舉世矚目的成就。

• 對現(xiàn)今活動構(gòu)造、地震和火山孕育機理及其災(zāi)害效應(yīng)開展了深入研究，為防災(zāi)、減災(zāi)提供了基礎(chǔ)理論支持。

• 對地質(zhì)歷史時期中國大陸發(fā)生的峨嵋山玄武巖、東南沿?；◢弾r省等大規(guī)模巖漿活動開展了研究，探討了其形成機制及成礦、環(huán)境效應(yīng)。

2.大陸的形成與演化

二十世紀地球科學(xué)最偉大的成就－板塊構(gòu)造理論成功解釋了洋殼的生長與消亡過程，但不能合理解釋大陸是如何形成和演化的。

大陸主要是由穩(wěn)定的克拉通和造山帶構(gòu)成，是人類賴以生存的主要空間（全球能源和資源約90％來自大陸）。因此，占陸地面積50%克拉通的形成和演化成為當(dāng)前地球科學(xué)的前沿和熱點，華北是研究克拉通破壞的最佳場所。

3.重大研究計劃   “華北克拉通破壞”

中國科學(xué)家針對華北克拉通破壞這一重大科學(xué)問題，開展了大規(guī)模流動地震臺陣探測，發(fā)現(xiàn)了華北克拉通破壞的空間分布規(guī)律，揭示華北克拉通地幔流動不穩(wěn)定的特征；對殘存巖石圈地幔樣品做了系統(tǒng)的實驗研究,發(fā)現(xiàn)橄欖巖－軟流圈熔體相互作用是華北克拉通破壞的直接原因；通過對比研究，論證了橄欖巖－軟流圈熔體相互作用是全球克拉通演化的普遍性質(zhì)這一創(chuàng)新理論；提出了太平洋板塊快速俯沖與富水過程導(dǎo)致了華北克拉通破壞的新觀點，在克拉通破壞研究領(lǐng)域做出了原創(chuàng)性貢獻，起到了國際引領(lǐng)作用。

在理論研究的基礎(chǔ)上，揭示了華北克拉通破壞的資源效應(yīng)，即華北東部強烈伸展、斷陷、熱沉降有利于新生代形成大型含油氣盆地；華北克拉通西部有利于前中生代油氣資源的富集、保存；克拉通破壞的時代與成礦峰期密切相關(guān)，為能源和資源的形成背景、保存條件和遠景評價提供了科學(xué)依據(jù)。

4.國際影響

華北克拉通破壞這一科學(xué)問題，迅速提升為全球研究熱點；比如，華北克拉通破壞在ISI統(tǒng)計的國際地學(xué)研究前沿，排名第3位；培養(yǎng)了跨入國際前沿的研究團隊和人才（中國科學(xué)家有23人進入ISI全球地球科學(xué)家引用率排名前500名，其中有15人從事華北克拉通研究），提升了中國科學(xué)家的全球視野和開展大科學(xué)研究的能力；帶動了測試觀測平臺國際化，特別是在微量原位同位素分析和測年領(lǐng)域起到了引領(lǐng)學(xué)科發(fā)展的作用，開啟了西方人用“中國方法”的先河。

礦產(chǎn)資源、化石能源的形成機制與探測理論重要研究方向：

• 大陸地質(zhì)與成礦作用；

• 成礦模型、成礦系統(tǒng)與成礦機理；

• 盆地動力學(xué)與成藏作用；

• 區(qū)域地下水循環(huán)和環(huán)境地質(zhì)演化；

• 深部大型礦床（藏）含礦信息探測與提取。

油氣、礦產(chǎn)和水等資源是經(jīng)濟社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，直接關(guān)系國計民生和國家安全。隨著我國經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，對資源需求越來越大，油氣和礦產(chǎn)資源供需矛盾突出，對外依存度逐年攀升急需成礦/成藏理論的支撐。如：陸相成油理論。

有專家認為，如果一個國家的石油對外依存度超過50%，其外交、軍事等政策都會因此而發(fā)生變化。

未來10-15年我國礦產(chǎn)資源需求將達到高峰

據(jù)預(yù)測，2020年我國石油供需缺口達4億噸，對外依存度高達67%；天然氣供需缺口700億立方米，對外依存度達23％。

礦床學(xué)研究趨向：

近30年來國際礦床學(xué)界的研究呈現(xiàn)出3個明顯的特點和趨向：

（一）、鑒于經(jīng)典板塊構(gòu)造及其成礦理論的局限性，礦床學(xué)家引入 “超大陸旋回”概念研究區(qū)域成礦，揭示超大陸裂解與聚合過程中的成礦作用及其成礦系統(tǒng)的發(fā)育機制，從而更為科學(xué)地闡明大型礦床在時間上的形成分布規(guī)律（Kerrich et al., 2005; Grove et al., 2005；Goldfarb et al., 2005）；

（二）、更加關(guān)注殼幔相互作用與成礦地質(zhì)過程以及物質(zhì)-能量交換與成礦物質(zhì)聚散問題，從更深層次上揭示成礦系統(tǒng)和大型礦床的發(fā)育機制；

（三）、建立于經(jīng)典板塊構(gòu)造理論基礎(chǔ)上的成礦理論日臻成熟，較好地闡釋了增生造山帶和板塊邊緣的成礦系統(tǒng)和成礦機制，但在大陸內(nèi)部及碰撞造山帶成礦方面遇到了一系列重大難題和嚴峻挑戰(zhàn)（Groves and Bierlein, 2007；Hou et al., 2009a），因此，構(gòu)建大陸碰撞成礦理論體系已成為當(dāng)今成礦學(xué)的一項重大研究任務(wù)。

大陸碰撞成礦論

“大陸碰撞能否成大礦”是成礦學(xué)的一個重大理論問題。成礦學(xué)界一直爭議頗大，國際主流觀點認為大陸碰撞難以成大礦。

針對這一重大科學(xué)問題,以全球最典型的大陸碰撞帶—青藏高原為突破口, 結(jié)合Zagros碰撞造山帶對比研究，取得重大進展：

1. 查明青藏高原眾多大型礦床形成晚于65Ma，證實成礦作用貫穿于大陸碰撞的全過程；

2. 揭示印-亞大陸碰撞經(jīng)歷了主碰撞陸陸匯聚、晚碰撞構(gòu)造轉(zhuǎn)換和后碰撞地殼伸展等過程，分別對應(yīng)發(fā)育以鎢錫鉬礦為主的主碰撞成礦作用、以鉛鋅銅金礦為主的晚碰撞成礦作用、以銅鉬金礦為主的后碰撞成礦作用，證實不同碰撞階段及不同深部過程造就了不同成礦系統(tǒng)；

3. 發(fā)現(xiàn)大陸碰撞不僅導(dǎo)致地殼縮短加厚，產(chǎn)生殼源富鉛鋅鎢錫的低fO2巖漿，而且引起地殼垂向增生，產(chǎn)生幔源富稀土和殼?；煸锤汇~鉬金的高fO2巖漿，引發(fā)了大規(guī)模成礦；

4. 發(fā)現(xiàn)連續(xù)碰撞過程出現(xiàn)多幕次張-壓交替轉(zhuǎn)換，擠壓環(huán)境導(dǎo)致大型巖漿房長壽命穩(wěn)定發(fā)育和地殼流體長距離遷移集聚，應(yīng)力釋放促使成礦巖漿流體快速出溶和含礦地殼流體突發(fā)排泄，導(dǎo)致金屬淀積成礦。

在此基礎(chǔ)上提出了“大陸碰撞成礦論”，闡明了大陸碰撞為何成礦和如何成礦的理論問題。

A.M.C. Sengor（1993）—阿爾泰型（突厥型）造山帶

由寬闊的消減一增生雜巖組成，周期性向洋躍遷的巖漿弧把這些增生楔體連同洋殼碎片焊接起來。如中亞、圖瓦一蒙古、我國新疆和東北，阿拉斯加和日本等。

許志琴（1994 ）

北祁連走廊南山加里東火山島弧帶前緣為弧前俯沖雜巖增生地體，由多重的增生火山島弧、復(fù)理石增生楔、高壓變質(zhì)滑脫帶及蛇綠巖殘片組成，提出了中祁連地塊向北俯沖、阿拉善地塊向南增生的海溝后退的動力學(xué)模式。

馬文璞（1999）

     阿爾泰型碰撞造山帶由寬闊消減-增生雜巖組成的造山帶，其地球動力學(xué)環(huán)境可能類似于今天的東南亞，與毗鄰長命大洋盆地的復(fù)雜邊緣海體系有關(guān)。

Cawood (2003、2007) 增生造山帶的定義

形成在大洋巖石圈俯沖的位置，由巖漿弧體系和下行板塊增生物質(zhì)以及上部板塊侵蝕物質(zhì)組成，是大陸巖石圈通過新生巖漿的增加而增生，是陸殼消減和改造的主要場所，包括太古宙綠巖帶、古元宙的Birimian 造山帶(西非) 、阿拉伯-奴比亞地盾（泛非）和亞洲顯生宙的造山帶。

李繼亮（2004）增生型造山帶的基本特征：

1. 有很寬的增生楔，增生楔中的復(fù)理石基質(zhì)向著海溝后退方向時代逐漸變新。

2. 有多條蛇綠巖帶，是海溝后退到適宜的構(gòu)造位置時沿滑脫斷層就位形成的。

3. 有多條鈣堿性火山巖和花崗巖帶，其生成時代也向著海溝后退方向變新。

4. 含有海山、大洋島和大洋臺地的構(gòu)造碎塊，使增生型造山帶復(fù)雜化。

5. 具有多條韌性剪切帶，可能是蛇綠巖構(gòu)造就位的滑脫帶。

6. 含有大型、超大型銅、金和多金屬礦床。

 潘桂棠（2009） 增生造山—大陸增生的重要方式

多島弧盆系演化過程中的弧-弧和弧-陸碰撞，弧前和弧后洋盆的消減沖雜巖的增生，洋底高原、洋島（海山）、外來地塊（體） 拼貼，形成大陸邊緣增生造山系。大洋巖石圈最終消亡形成對接消減帶，并疊加后期的陸-陸碰撞造山作用、陸內(nèi)匯聚（伸展）作用。

海洋地球物理勘探和深海鉆探已經(jīng)表明：

下沖板塊沉積物在增生楔變形前緣增生的復(fù)雜構(gòu)造地質(zhì)作用主要是“前緣增生（frontal accretion）”、“刮削作用（offscraping）”、“底侵作用（underplating）”和“前緣構(gòu)造剝蝕作用（frontal tectonic erosion）”。

前緣增生和刮削作用實現(xiàn)增生楔側(cè)向增長，底侵作用同時實現(xiàn)增生楔發(fā)生垂向和側(cè)向生長。前緣構(gòu)造剝蝕作用為前端新逆沖巖片的形成及其這些活動逆沖巖片頂部沉積盆地形成提供物源（von Huene and Lallemand, 1990）。由此可見，增生楔形成過程是引起陸殼側(cè)向和垂向生長過程(Moore et al.,1991; von Huence and Scholl, 1993; Ye et al., 1997)，也是山脈的初始形成過程(Ohmori et al., 1997)。增生楔及其頂部盆地的形成可為消減帶處陸殼生長以及造山帶演化提供重要信息（Sengor, 1991）。

大量研究表明，增生型造山帶有以下基本地質(zhì)特征：

（Seng?r, 1991, 1993；李繼亮，1999，2004；Cawood, 2007, 2009；袁四化與潘桂棠，2009；王根厚等，2009，Xiao et al.，2010；李光明等，2012; Liang and Wang et al., 2012）：

1. 發(fā)育很寬的增生雜巖帶，寬度幾十—幾百公里，主要成分為形成于大陸邊緣半深?！詈Ｏ嗟膹?fù)理石細碎屑巖建造與大洋表殼沉積物，以及規(guī)模不等的外來巖塊，這些強烈面理化的碎屑巖以基質(zhì)的形式存在，包裹蛇綠巖殘塊及高壓變質(zhì)巖。

2. 增生雜巖帶中包括規(guī)模不等、成分復(fù)雜的（剛性）巖塊，這些巖塊往往具有迥異大地構(gòu)造相，島弧、洋殼、洋島、弧前盆地等及陸塊殘片（包括蓋層與變質(zhì)基底）均有可能卷入主動大陸邊緣的巨型增生系統(tǒng)（潘桂棠等，2008；袁四化與潘桂棠等，2009；王根厚等，2009）。

3. 增生造山帶可以分為后退和推進類型。后退的造山帶（如現(xiàn)代西太平洋）響應(yīng)下盤俯沖區(qū)的上沖板塊，進行著長期的擴展并具有弧后盆地的特征。推進造山帶（如安第斯山脈）發(fā)展的環(huán)境中，上沖板塊朝著下行板塊發(fā)展，導(dǎo)致前陸褶皺，沖斷帶和地殼增厚。

4. 增生雜巖帶變質(zhì)、變形作用強烈，但洋殼俯沖期塑性流變構(gòu)造常作為其主體構(gòu)造樣式，發(fā)育巨型的韌性剪切帶，并且可能主導(dǎo)了巖塊的混雜就位過程（Liang and Wang et al., 2012）。

5. 增生雜巖帶中發(fā)育有鈣堿性火山巖和花崗巖帶，也可能發(fā)育有同碰撞花崗巖帶。造山帶中增生的火成巖組合的可分為三種類型，這取決于他們是否來自海山、洋脊、或者是否與俯沖蛇綠巖有關(guān)（Costas Xenophontos,2004）。

6.  遍布時空的加積造山作用代表著形成及保存各種各樣礦床類型極端優(yōu)越的背景。從大陸邊緣或者洋內(nèi)盆地背景下活躍的巖漿弧，到發(fā)展成各種各樣的弧殼環(huán)境，例如大陸邊緣變形和剝落作用的前弧和后弧。

近年來，有關(guān)“俯沖－增生造山作用”正成為造山帶研究的前沿或熱點，尤其是海山、島弧、海底高原和外來地質(zhì)體（allochthones）等的俯沖、增生作為造山帶形成的重要機制已深受地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注和研究。

俯沖-增生雜巖特征

變質(zhì)雜巖系形成過程明顯的“集成性”?！凹尚浴敝饕憩F(xiàn)為：

1. 巖系內(nèi)部的等時介面往往受到復(fù)雜的構(gòu)造置換，難以在宏觀填圖尺度上加以追索；

2. 雜巖系所涉及的整體時空范疇往往是“單向有限”的，類似數(shù)學(xué)上的“半序空間”，也就是說，雜巖系通常有比較確切的時代上限，而其時代下限往往是不確切的，它取決于雜巖系組構(gòu)所“集入”的原始成巖空間。雜巖系時空范疇類似一個“奇異吸引子”，其內(nèi)部信息必然是“混沌有序”，并具有“分形”的特點。

俯沖－增生雜巖帶的填圖

俯沖－增生雜巖石無論在平面上還是剖面上都為“透鏡狀”，變形分解的作用明顯，可劃分為三個區(qū)域：核部無應(yīng)變區(qū)，托尾共軸收縮變形區(qū)，邊緣單剪變形的強面理化帶。

物性填圖意義：俯沖－增生雜巖填圖為構(gòu)造與巖性雙重填圖法，不但要根據(jù)物質(zhì)組成差異圈定不同地質(zhì)體，而且對圈定的地質(zhì)體賦予不同的屬性，這對物質(zhì)組成相同而屬性不同的單元尤其重要。

構(gòu)造填圖意義：物質(zhì)變形樣式（幾何學(xué)）是俯沖－增生雜巖形成溫壓條件的指示，運動學(xué)組合是巖塊就位過程的反映。

俯沖－增生雜巖填圖的理想：物性與構(gòu)造變形的有機結(jié)合！

（一）收集已有資料和充分利用遙感資料

（二）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的程序和組織

1. 先填圖后測剖面；

2. 先填圖后在進行關(guān)鍵區(qū)段重點研究，建立研究區(qū)總體構(gòu)造樣式；

填圖工作的組織。

就復(fù)雜地層區(qū)填圖地質(zhì)填圖而言，組織形式主要突出兩個方面：

1. 系統(tǒng)學(xué)習(xí)、對填圖區(qū)地質(zhì)現(xiàn)象的統(tǒng)一認識；

2. 分組、分片填圖為主，交流討論隨時進行。

（三）地質(zhì)路線調(diào)查工作

1.地質(zhì)路線的布置

根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度和露頭發(fā)育情況，合理布置觀察路線。衡量地質(zhì)路線布置是否合理，主要根據(jù)是否能達到填圖比例尺所規(guī)定的研究精度，能否有效的控制和不遺漏按照填圖比例尺應(yīng)填出的構(gòu)造地質(zhì)現(xiàn)象和地質(zhì)體。

1. 對于線狀展布的構(gòu)造以穿越為主；

2. 對于重要的構(gòu)造現(xiàn)象應(yīng)輔以追索。

2.地質(zhì)路線調(diào)查的主要內(nèi)容

路線地質(zhì)調(diào)查涉及到巖石學(xué)、地層古生物學(xué)、構(gòu)造變形、變質(zhì)作用特征、接觸關(guān)系和層序等方面。因此，扎實的地質(zhì)基礎(chǔ)知識是野外地質(zhì)測量的關(guān)鍵。

3.地質(zhì)剖面的測量

剖面工作涉及到剖面工作階段、選擇剖面位置、解決重要的地質(zhì)問題、收集各種原始資料、采集各種樣品。

1. 確立了填圖單位和第一階段填圖基礎(chǔ)上進行；

2. 剖面位置選擇在地質(zhì)內(nèi)容齊全、露頭較好，盡可能解決重點問題的地段；

3. 剖面測制既可以分段，也可以局部追索測制；

4. 比例尺一般1：2000——1：5000。

   
   

4.地質(zhì)記錄工作（建議：用傳統(tǒng)的填圖方法與數(shù)字填圖結(jié)合進行野外描述、記錄，加強素描）

地質(zhì)記錄要保證其客觀性，同時還要注意完整性、連續(xù)性、統(tǒng)一性和直觀性。

1. 客觀性：對地質(zhì)現(xiàn)象進行具體的如實描述和測量準確；

2. 完整性：一是總體記錄完整性、二是單項記錄完整性；

3. 連續(xù)性：點、線、面有機結(jié)合；

4. 統(tǒng)一性：理論和指導(dǎo)思想統(tǒng)一，概念、術(shù)語和格式統(tǒng)一；花紋、符號、代號統(tǒng)一；

5. 直觀性：地質(zhì)編錄要圖文并茂，照片和素描必須具備。特別是構(gòu)造變形要以素描為主。

特別推薦：

12月1日，國家會議中心三層306

分論壇33-34

《城市地質(zhì)與雄安新區(qū)論壇》