华北板块南缘的隆升过程对认识秦岭造山带与华北盆地盆山相互作用具有重要意义。文中以华北板块南缘洛南地区二叠系石盒子组为研究对象,在沉积相及其演化分析的基础上,开展碎屑锆石U-Pb年代学及裂变径迹年代学研究,探讨华北板块南缘二叠系石盒子组沉积物源特征及其隆升过程,期望为勉略洋盆的俯冲时限提供沉积学约束,为华北盆地南部三叠系再旋回沉积物提供可能的物源区。研究结果显示,华北板块南缘二叠系石盒子组经历了冲积扇→辫状河→三角洲的沉积演化过程。石盒子组下部碎屑锆石样品形成了3组U-Pb年龄,分别为353—280 Ma、1139—400 Ma和2620—1306 Ma,裂变径迹年龄分解为199 Ma、255 Ma和408 Ma共3个峰值; 而上部样品主要形成2组U-Pb年龄,分别为339—259 Ma和2655—1700 Ma,裂变径迹年龄分解为205 Ma、268 Ma和656 Ma共3个峰值。上述测试结果表明华北板块南缘在石盒子组沉积早期还接受来自秦岭造山带的碎屑物,但在石盒子组沉积后期沉积物主要来自于华北板块北缘,完成了由“南高北低”向“北高南低”的构造转换。推测华北板块南缘的初始隆升发生在中—晚二叠世,这次隆升与勉略洋盆的初始俯冲作用相关,并成为华北盆地南部三叠系的一个潜在物源区。

北非地区古生代位于冈瓦纳大陆北缘,经历古生代冈瓦纳和中新生代特提斯2大裂谷—拗陷—前陆盆地演化旋回,是世界范围内重要的油气富集区之一。基于公开地质资料和油气勘探数据的综合分析,指出北非地区含油气盆地存在克拉通叠加拗陷、裂谷和被动陆缘3种盆地类型,盆地演化经历冈瓦纳期和特提斯期2大成盆旋回,明确了区域构造演化对含油气盆地类型、盆地结构和生储盖发育规律的控制作用。受全球板块构造演化影响,北非地区经历了5期构造演化阶段: (1)晚元古代—早寒武世基底拼合和裂谷发育阶段; (2)寒武纪—早石炭世克拉通内拗陷发育阶段; (3)晚石炭世—早二叠世海西造山阶段; (4)晚二叠世—早白垩世裂谷盆地发育阶段; (5)晚白垩世—现今阿尔卑斯造山阶段。以海西造山作用为标志,形成古生代冈瓦纳期成盆旋回和中新生代特提斯期成盆旋回。北非西部盆地演化以古生代冈瓦纳期旋回占主导,在霍加尔地盾周边形成克拉通拗陷叠加盆地; 东部盆地演化以中新生代特提斯旋回占主导,形成中新生代裂谷盆地和被动陆缘盆地。受盆地发育特征控制,西部克拉通拗陷叠加盆地烃源岩以志留系、泥盆系泥岩为主,储集层包括古生界和三叠系,区域盖层为志留系页岩和上三叠统—下侏罗统蒸发岩; 东部裂谷盆地烃源岩以白垩系、古近系、新近系为主,储集层包括裂谷前古生界和裂谷期中生界、新生界,区域盖层为中新生代裂谷晚期蒸发岩。总的来看,北非地区差异构造演化控制了其含油气盆地形成机制差异和源储盖发育规律。

石炭纪—二叠纪是东疆地区洋-陆转换的关键构造转折期,期间发生了多次洋壳闭合和陆陆碰撞活动。基于东疆地区洋盆性质、沟-弧-盆俯冲事件和陆陆碰撞的复杂性,目前针对东疆地区盆地晚古生代地层格架对比以及沉积充填特征认识不足。文中以活动论构造古地理思想为指导,复原东疆地区盆山构造带的构造-沉积面貌,厘定各构造地层单元的构造-沉积环境,从沉积充填、构造演化复原、周缘构造环境等角度来综合地、动态地开展原型盆地恢复。研究结果表明: 东疆地区经历了早石炭世伸展、早石炭世末期—晚石炭世早期弱伸展、晚石炭世末期挤压、早二叠世早期伸展、早二叠世末期挤压5期伸展聚敛旋回,随后经历了晚二叠世、晚三叠世、晚侏罗世、晚白垩世—古近纪、晚新生代5期构造改造过程。盆山构造复原揭示了石炭纪吐哈盆地南部边界距现今盆山边界向南46~70 km,石炭纪准东盆地北部克拉美丽山距现今向北约30 km,三塘湖盆地北部造山带石炭纪边界距今约55 km。东疆地区沉积环境经历了从石炭纪海相到早二叠世海陆过渡相再到中晚二叠世陆相的沉积演化,石炭纪发育海相的弧相关断陷盆地、裂谷边缘盆地、断陷盆地,早二叠世以发育海相、陆相断陷盆地为主,中二叠世主要发育陆相坳陷盆地,晚二叠世发育挤压型坳陷盆地。解析东疆地区盆山构造格局及石炭纪—二叠纪构造古地理演化,为探究东疆地区主要沉积盆地石炭系—二叠系成藏条件、源-储组合分布奠定良好基础。

加里东早期的怀远运动是早古生代的重要构造运动,它在华北古陆主要表现为区域性不整合。基于野外露头、地质图、钻井与最新的地震资料,研究鄂尔多斯盆地怀远运动期不整合的标志、类型及其时空分布。结果表明: (1)鄂尔多斯盆地怀远运动不整合面附近发育砂砾岩、风化壳, 测井曲线具高声波时差、高伽马、高微量元素(U、Th、K)含量、高钍铀比值及低电阻率、低密度特征,地震响应特征为强相位,表现为不整合面上、下波组振幅强度,频率、连续性存在明显差异,局部可见削截点反射。(2)怀远运动期鄂尔多斯盆地形成平行、低角度削截2种不整合,前者广泛分布于盆地及周缘,后者分布于盆内古隆起附近。(3)鄂尔多斯盆地及周缘受到怀远运动3幕活动影响,依次表现为: 中寒武世张夏组沉积期盆地东南部最先发生抬升,而后向西北部推进; 晚寒武世三山子组沉积末期,盆内古隆起发育并遭受剥蚀; 晚寒武世末期—奥陶纪马家沟组沉积前, 受全球海平面下降的影响,盆内马家沟组底部的碳同位素呈负漂。上述认识可为鄂尔多斯盆地下古生界油气勘探新领域研究提供参考依据。

玛湖凹陷、沙湾凹陷和盆1井西凹陷是准噶尔盆地西部三大富烃凹陷,通过对深钻井、测井和深反射地震剖面资料的分析,揭示出这三大凹陷在早二叠世隶属于同一个坳陷,据此厘定了准噶尔盆地西部坳陷带的范围。在西部坳陷带内的二叠系—上三叠统共识别出3套区域性不整合面,依据不整合面划分了3套构造层,分别是下二叠统构造层、中二叠统构造层和上二叠统—三叠系构造层。在此基础上,运用断层相关褶皱理论和平衡剖面技术进行精细构造解析和构造演化分析,并结合前人对于准噶尔盆地热史和火山岩地球化学特征的分析,重点解析西部坳陷带二叠纪—三叠纪的构造演化过程,认为二叠纪—三叠纪西部坳陷带共经历了3期构造演化,分别是早二叠世伸展裂陷阶段(早二叠世末期挤压)、中二叠世弱伸展拗陷阶段和晚二叠世—三叠纪挤压隆升阶段,且西部坳陷带的构造演化与西准噶尔和准噶尔地块的逆时针旋转在时空上相耦合。该研究成果对于揭示准噶尔盆地二叠纪盆地性质及二叠纪以来的陆内演化过程具有重要的意义。

热水沉积岩相形成于裂谷盆地、洋中脊(有限洋盆)、弧—盆系统、陆缘盆地、陆内湖相盆地等不同的构造古地理单元内。按照成岩成矿方式—岩石组合—地球化学动力学分类原则,热水沉积岩相类型可划分为热水同生沉积岩相、热水准同生交代岩相、热水同生蚀变岩相、热水爆炸—液压致裂角砾岩相、热卤水准同生渗滤交代岩相与热流柱构造有关的热流体隐爆—液压致裂角砾岩相,包括不同成岩方式形成的17种构造岩相学类型,它们是建立构造岩相学独立填图单元的基础。热水流体系统的根部相→喷口相→中心相→过渡相→远端相,具有显著的构造岩相学分带和相体分布规律,但在现今陆内造山带中,它们多经历了碎裂岩相、糜棱岩相和热流体改造—叠加—再造成岩相,需进行构造岩相学变形史研究和构造岩相学变形筛分,才能有效恢复它们形成时的构造古地理,促进提升对深部隐伏构造岩相学探测与资源预测的准确性。

野外调查是大地构造研究的重要基础。古地理及与之相关的沉积岩石学、古生物地层学、构造地质学等在大地构造研究中一直发挥着非常重要的作用,这在著名学者葛利普、黄汲清、王鸿祯等的著作中均有充分的体现。然而,自20世纪90年代以来,在以SCI为导向的评价体系指挥下,这些比较费时、费力的工作往往受到忽视。粉末化、简单化、模式化,新八股式的所谓研究,大行其道,成为一种时尚,形成一股十分有害的逆流。为扭转这种局面,科技界领导必须转变思想,改变政策,创造良好的科研环境,使中国的学术研究走上健康发展的道路。

构造-沉积分异是地球表层的常见地质现象,发生于沉积盆地、造山带与克拉通等岩石圈构造单元,表现为岩石圈的深、中、浅层始终发生着沉积物、流体、能量与力的交换与分异过程。文中从物质组成、时空分布与力学机制等方面阐述构造-沉积分异的基本特征,并以中国沉积盆地为例进行分析。作者首先将构造-沉积分异定义为“由构造应力、热力、重力、地幔动力等因素引起地表地形差异,从而导致沉积物源、搬运体系与沉积作用变化的过程”;认为构造-沉积分异发生在不同尺度的洋-陆系统、盆-山系统、隆-坳系统、凸-凹系统与高-低地貌系统,受基底结构、强度与活动性的明显控制,构造应力、重力、热力、地幔动力等控制了该分异机制; 强调随时间演变出现构造-沉积分异演化旋回,表现为伸展期裂陷向聚敛期隆坳转变,碳酸盐岩分异台地向统一台地转变。上述控制因素与机制在时空上可以发生复合,导致多类构造-沉积分异作用出现。研究构造-沉积分异作用,可以为重建地球历史、加快矿产资源勘查和改善人类宜居环境做出贡献。

鄂尔多斯盆地在地质历史上曾存在中央古隆起、乌兰格尔古隆起、渭河古隆起及乌审旗古隆起4个主要的隆起构造。作者通过沉积地层分布及构造演化过程剖析等方法,系统分析了4大古隆起构造演化的差异性及其对油气成藏控制作用的差异,并首次提出“渭河古隆起”的概念。研究表明,4大古隆起分别形成于不同的地质时代和区域构造环境,并经历了不同的演化过程: 中央古隆起形成于早古生代拉伸构造环境,在印支期发生构造反转而转化为坳陷沉降区; 乌兰格尔古隆起则是自盆地基底形成以来就已存在的长期继承性隆起,但在白垩纪及新生代发生差异隆升—沉降而分化为现今构造的不同单元; 渭河古隆起形成于白垩纪的区域挤压构造环境,也是在新生代发生差异隆升—沉降而分化为今构造的不同单元; 乌审旗古隆起是前寒武纪即已存在的古地形高地,早古生代并无进一步的发展,因而仅是在寒武纪海侵沉积时突显、奥陶纪开始沉积后即快速消隐。古隆起的控藏差异主要表现为: (1)古生代及之前形成的古隆起对盆地油气成藏多具有控相、控储及控制源—储配置等积极作用,且后期“由隆转坳”的古隆起对油气的成藏演化极为有利; (2)白垩纪以来的较晚期隆起对油气成藏总体以破坏性作用为主,尤以对古生界天然气藏的影响最为显著。

加里东期不整合面是早古生代华北板块内一个重要的盆地性质转换界面。鄂尔多斯盆地奥陶系风化壳岩溶型油气藏和二叠系本溪组、太原组铝土质泥岩气藏的发现,促进了地质学家对该地区古生代加里东运动性质的探讨。基于大量的野外露头、钻井和地震资料,对加里东运动形成的不整合面的识别标志、不整合类型及其空间分布、不整合结构和时间变量进行深入解析。研究表明: (1)加里东运动后,鄂尔多斯盆地的古地貌形态大致可分为鄂托克旗—定边一带的高地貌区、神木—靖边—富县以及吴忠地貌过渡区、中东部地势低缓东倾区; (2)奥陶系顶部不整合面相邻地层呈角度各异的接触关系,具有“削截(下)—整一(上)”、“削截(下)—超覆(上)”的结构,整体表现为盆地边缘为具削截和褶皱的高角度不整合、盆缘向盆内过渡地区的低角度不整合及盆内大范围分布的平行不整合; (3)不整合面也是上、下古生界之间形成的主要风化壳界面,长期的沉积间断和风化剥蚀为该区铝土质泥岩发育奠定了环境背景,而铝土岩不仅可作为下古生界风化壳气藏的理想盖层,同时也是陇东勘探新区天然气大规模聚集成藏的有利场所。

大陆最古老的陆壳物质是沉积岩中4.4 Ga的碎屑锆石,最古老的陆壳岩石年龄为4.1-4.0 Ga,出露面积约20 km²。3.9-3.6 Ga的古老陆核出露在不同克拉通中,而大陆的生长峰期是在2.9-2.7 Ga,全球稳定的陆壳圈层形成是在~2.5 Ga,被称为克拉通化。陆壳以英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(TTG)为代表,体积占古老陆壳的~70%以上。古陆表现为高级片麻岩区-花岗绿岩带格局(穹隆-龙骨格局),与显生宙的洋-陆格局不同,暗示构造体制的差异。火山沉积组合即是围绕高级片麻岩地体以层状向斜方式存在的绿岩带,后者相对变质很浅或未变质。早期地球演化中,先有陆还是先有洋、陆核形成和生长的机制、什么时候开始有露出海面的陆地、太古宙时期的洋-陆格局等等都还没有定论。古元古代时期,全球长期处于伸展阶段,巨厚的裂谷型沉积以及伴随的大氧化事件,可能是开启古地理研究的最早地质时期。本文还以华北克拉通为例,作了陆壳演化的简单介绍。