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华北地块中部中新生代构造地貌演变过程与机制

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华北地块中部中新生代构造地貌演变过程与机制

作者：曹现志中国海洋大学

学位级别：硕士

中新生代期间，华北地块中部经历了复杂的构造变革，经历了近17亿年稳定地质时期的原“华北克拉通”遭受严重破坏。华北地块中部经历了多次构造体制与区域构造属性的重大转变，主要包括中侏罗世末-晚侏罗世初期构造方向由E-W向NE-NNE的... 详细信息

中新生代期间，华北地块中部经历了复杂的构造变革，经历了近17亿年稳定地质时期的原“华北克拉通”遭受严重破坏。华北地块中部经历了多次构造体制与区域构造属性的重大转变，主要包括中侏罗世末-晚侏罗世初期构造方向由E-W向NE-NNE的转变;早白垩世晚期太行山以东挤压构造向伸展构造的转变;新生代初期太行山东部强烈的构造伸展以及渤海湾盆地的快速形成;古近纪末渤海湾盆地由断陷盆地向坳陷盆地的转变;中新世末-上新世初构造活动中心由渤海湾盆地向山西地堑系的跃迁等。为了详细理解华北地块中部中新生代构造地貌的演变，本文首先探讨区域大地构造背景基础上，通过磷灰石裂变径迹年龄分析及古地形恢复，重点研究中生代晚期-新生代构造地貌演变过程。通过研究，获得以下几点认识：(1)晚侏罗世，研究区处于多向汇聚的构造体制下，在板块边缘形成了多个方向逆冲推覆构造，研究区主体构造方向为NNE-NE向，表明研究区主要受古太平洋板块俯冲的影响。岩体的变形以及年代学研究表明，太行山地区主要逆冲推覆构造和褶皱构造形成于135Ma以前。太行山地区磷灰石裂变径迹年龄数据表明，165-135Ma期间，太行山西侧经历了快速的隆升剥露事件，表明受到了强烈的构造挤压，应该处于中生代高原的内部。早白垩世晚期，研究区东部经历了挤压体制向伸展体制的转变，在太行山东部地区形成了大量的断陷盆地，而太行山西部仍保持处于挤压构造应力场下，太行山隆起处于两者之间，磷灰石裂变径迹研究表明，忻州一带对这一期构造事件没有明显的响应，表明这期断陷作用对忻州地区影响较小。(2)新生代以来的伸展构造作用使华北高原彻底垮塌，形成了低于周边地区的渤海湾盆地。渤海湾盆地的形成主要由两个阶段组成：古近纪裂陷阶段和新近纪以来的拗陷阶段，而古近纪的强烈裂陷使高原面强烈解体，在山地区成为山地的山顶面，盆地区成为盆地的基底面，山体由于相对快速隆升而遭受强烈的剥蚀，华北中东部新生代盆-山格局开始形成。古近纪末，渤海湾盆地遭受挤压变形，形成与新近纪之间的不整合面，在中新世以后渤海湾盆地进入拗陷阶段。磷灰石裂变径迹揭示了65-55Ma和25-15Ma的两期快速隆升事件，其中前一期构造事件在太行山南部和北部都有揭示，且时间相同，表明渤海湾盆地的形成具有南北等时性特点，表明动力来自东侧或者西侧，而不是南北侧，受太平洋构造域的影响可能性较大;后一期构造事件在太行山北部相对较早，在太行山南部相对较晚。(3)中新世末-上新世初，研究区进入新构造运动阶段，山西地堑系、太行山南北缘以及太行山内部山间盆地开始形成，且具有向北，向东迁移的特点，而在渤海湾盆地地区没有明显响应，表明动力来自西侧，也标志着华北地区构造活动中心由渤海湾盆地向西跃迁至山西地堑系一带。现今地形分析表明，太行山地区上新世以来剥蚀主要集中于河流地区，剥蚀厚度约400m，剥蚀速率约0.08km/Ma。

关键词：华北地块浅部格局深部结构构造地貌磷灰石裂变径迹

华北地块中部活动构造特征及汾渭地堑成因探讨

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地学前缘 2013年第4期20卷 104-114页

作者：吴奇许立青李三忠刘鑫王鹏程曹现志索艳慧海底科学与探测技术教育部重点实验室山东青岛266100 中国海洋大学海洋地球科学学院山东青岛266100 中化地质矿山总局山东地质勘查院山东济南250013

研究区位处华北克拉通中部,受太平洋构造域和特提斯构造域的影响,新生代开始裂解,先后形成了渤海湾盆地和汾渭地堑。第四纪以来,华北地块中部活动日趋活跃,不同走向的断裂和盆地也表现出不同的活动性。NW向和近EW向断裂主要表现为左旋... 详细信息

研究区位处华北克拉通中部,受太平洋构造域和特提斯构造域的影响,新生代开始裂解,先后形成了渤海湾盆地和汾渭地堑。第四纪以来,华北地块中部活动日趋活跃,不同走向的断裂和盆地也表现出不同的活动性。NW向和近EW向断裂主要表现为左旋走滑性质,而NE向断裂则主要表现为正断性质。NNE向断裂虽也表现出正断性质,但右旋走滑性质正逐渐占主导地位。汾渭地堑中,NE向盆地与NNE向的盆地也因此表现出一定的活动差异。盆地形成初期,两种走向的盆地沉降速率差别不大,但第四纪以来,NE向盆地的沉降速率已大大超过NNE盆地。对于第四纪以来这种构造运动的表现,同时结合GPS观测数据及青藏高原的大规模隆升与华北地块中部山地相对隆升和盆地沉降事件在时间上的高度一致性,推测华北地块中部中新世以来的构造活动主要受印度与欧亚板块碰撞的挤出作用影响,在NWW和NE向剪切应力的作用下,华北地块中部自南北两端受NWW SEE向拉张的合力作用下开始裂解。随着青藏高原隆升速度的加快,两种剪切应力也随之增强,其合力的影响范围逐渐向中心向东不断扩展,形成了一系列的NNE和NEE向盆地。同时,NE向剪切应力增幅明显强于NWW向剪切,导致其合力由NW向拉张逐渐转变为NNW向拉张,引起不同走向断层活动性的差异与不同走向盆地沉降速率的相应改变。

关键词：华北克拉通活动构造盆地沉降速率阶地

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长江中下游南部逆冲变形样式及其机制

岩石学报 2015年第1期31卷 230-244页

作者：王鹏程赵淑娟李三忠余珊刘鑫许立青曹现志刘博海底科学与探测技术教育部重点实验室青岛266100 中国海洋大学海洋地球科学学院青岛266100

长江中下游长江以南地区发育燕山早期(J1-J2)逆冲推覆事件,形成的断裂-褶皱构造在纵向和横向上都表现出了鲜明的特征。纵向上,逆冲变形具有分带性,本文将长江以南的中下扬子逆冲变形划分成根部带、中部带、前锋带三个次级分带,它们的运... 详细信息

长江中下游长江以南地区发育燕山早期(J1-J2)逆冲推覆事件,形成的断裂-褶皱构造在纵向和横向上都表现出了鲜明的特征。纵向上,逆冲变形具有分带性,本文将长江以南的中下扬子逆冲变形划分成根部带、中部带、前锋带三个次级分带,它们的运动学特征是由南向北的逆冲,变形从根部带的厚皮构造变为中部带、前锋带的薄皮构造。野外考察和地球物理资料揭示,根部带断裂陡,叠瓦式逆断层为主,向下收敛于基底和盖层之间的深部滑脱层;中部带逆冲断裂具叠瓦式和双冲式特征,断裂产状相对较缓,深部滑脱层较根部带变浅,浅部的志留系滑脱层也十分发育,带内构造不对称性不明显,褶皱样式Ω为""和"Ω"型为主;前锋带断裂组合为叠瓦状,发育大量反冲断层及倒转褶皱,其滑脱层主要是志留系或三叠系内部的软弱层。横向上,逆冲变形具有不均一性,体现在中下扬子的差异变形上:中扬子逆冲构造在中部带、前锋带卷入变形主体地层为志留系-三叠系,而下扬子中部带和前锋带却大量出露震旦-寒武系;中扬子在前锋带主要为向北倒转的不对称褶皱,前锋带Ω到根部带都是隔槽式褶皱组合,而下扬子逆冲构造前锋带为""和"Ω"式褶皱,前锋带、中部带、根部带分别为上古生界-三叠系体现的隔档式、下古生界体现的隔档式、隔槽式褶皱组合。另外,中、下扬子深部滑脱层的深度也有显著差别。在变形的动力学上,中、下扬子燕山早期逆冲作用同古太平洋板块向东亚大陆下俯冲有关。中、下扬子逆冲变形的差异性表现可能是由于J3-K1后期赣江断裂走滑逆冲造成的不均一的隆升导致的。赣江断裂以东的下扬子逆冲抬升剥蚀严重,导致深部层次构造剥露,而中扬子保留了J1-J2时期逆冲构造的浅部构造原始样式。这种模式也符合在J3-K1东亚属于安第斯型大陆边缘的观点。

关键词：逆冲隔槽式褶皱隔档式褶皱变形样式机制长江中下游南部

郯庐断裂带对鲁西隆升过程的影响:磷灰石裂变径迹证据

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岩石学报 2016年第4期32卷 1153-1170页

作者：许立青李三忠郭玲莉索艳慧曹现志戴黎明王鹏程惠格格海底科学与探测技术教育部重点实验室青岛266100 中国海洋大学海洋地球科学学院青岛266100

郯庐断裂带(TLFZ)是一条贯穿华北的NNE向巨型断裂带。新生代以来,在郯庐断裂带的两侧及其内部发生了显著的伸展构造变形,形成了泰安-莱芜-蒙阴NW向断陷盆地群,并使鲁西块体发生了急剧的陆内伸展隆升。本文在前人研究的基础上,分别在鲁... 详细信息

郯庐断裂带(TLFZ)是一条贯穿华北的NNE向巨型断裂带。新生代以来,在郯庐断裂带的两侧及其内部发生了显著的伸展构造变形,形成了泰安-莱芜-蒙阴NW向断陷盆地群,并使鲁西块体发生了急剧的陆内伸展隆升。本文在前人研究的基础上,分别在鲁西沂山、徂徕山和蒙山三处进行了大量的样品采集,总计完成了25个样品的测试,获得了一系列新的磷灰石裂变径迹(AFT)年代学结果。结合前人已发表的裂变径迹结果,对鲁西地区新生代与伸展变形有关的剥露-隆升作用的时空分布特征、隆升剥露模式及隆升幅度进行分析,并揭示郯庐断裂带在鲁西新生代热隆升过程中的影响。主要认识有:1)新生代以来,鲁西主要经历了始新世-早渐新世和新近纪以来两期快速剥露-隆升阶段。2)始新世-早渐新世主要表现为幕式差异性快速剥露-隆升,鲁西南受NW向断层控制形成向北、向东的掀斜抬升作用,鲁西北受NE向断裂控制,形成向北、向西的掀斜抬升作用。新近纪以来,进入相对低速区域性剥露-隆升阶段。3)AFT模拟显示,与始新世-早渐新世的幕式快速剥露-隆升相比,中新世以来,鲁西剥露-隆升速率相对减小,但剥蚀量剥露-抬升量较大。故鲁西整体抬升于中新世以来。4)结合前人研究成果,新生代以来,鲁西宏观上受郯庐断裂带伸展活动影响,越靠近郯庐断裂带剥蚀量越大,局部受NW或NE向断裂控制。

关键词：磷灰石裂变径迹新生代剥露-隆升鲁西地块郯庐断裂带

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太行山东麓断裂带板内构造地貌反转与机制

地学前缘 2013年第4期20卷 88-103页

作者：曹现志李三忠刘鑫索艳慧赵淑娟许立青戴黎明王鹏程余珊海底科学与探测技术教育部重点实验室山东青岛266100 中国海洋大学海洋地球科学学院山东青岛266100

华北克拉通前寒武纪基底可划分为东部地块、中部带和西部地块。中生代以来,华北克拉通发生减薄破坏,其破坏中心位于东部地块,而西部地块与中部带基本保持完整,其过渡带就是太行山东侧。太行山地区近乎平行发育着两条重要的断裂:太行山... 详细信息

华北克拉通前寒武纪基底可划分为东部地块、中部带和西部地块。中生代以来,华北克拉通发生减薄破坏,其破坏中心位于东部地块,而西部地块与中部带基本保持完整,其过渡带就是太行山东侧。太行山地区近乎平行发育着两条重要的断裂:太行山大断裂和太行山山前断裂,统称为太行山东麓断裂带。通过研究发现,太行山山前断裂是继承早前寒武纪构造带形成的断裂,控制着太行山与东部地块前寒武纪基底的差异,古新世以来发生板内构造地貌的负反转,构成渤海湾盆地的西界断裂。太行山大断裂则在燕山期时为重要的逆冲断裂,对太行山的隆起起着重要作用;中新世以来,伴随着山西地堑系的形成,太行山大断裂发生构造负反转,控制着一系列山间地堑的发育。新生代以来,该区构造演化特征整体表现为向西构造迁移的特点,是区域走滑伸展背景下的一种新的板内盆山关系。

关键词：太行山山前断裂太行山大断裂深部构造浅部格局新生代

中国东部中新生代反转构造及其记录的大洋板块俯冲过程

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地学前缘 2017年第4期24卷 249-267页

作者：索艳慧李三忠曹现志李玺瑶刘鑫曹花花海底科学与探测技术教育部重点实验室中国海洋大学海洋地球科学学院山东青岛266100 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋地质功能实验室山东青岛266237

中新生代期间,中国东部可以划分西部沉降带(包括东北、华北和中下扬子盆地群)和东部沉降带(包括东海和南海盆地群)。各盆地内部反转构造表现为东强西弱、自东向西迁移的规律,反映了构造反转的动力来自东部,证实了反转构造是古太平洋或... 详细信息

中新生代期间,中国东部可以划分西部沉降带(包括东北、华北和中下扬子盆地群)和东部沉降带(包括东海和南海盆地群)。各盆地内部反转构造表现为东强西弱、自东向西迁移的规律,反映了构造反转的动力来自东部,证实了反转构造是古太平洋或太平洋板块的俯冲效应。但反转构造总体又具有自西部沉降带向东部沉降带迁移的特征:西部沉降带以中生代末期的挤压反转为主,而东部沉降带以渐新世末和中新世末的新生代反转最为典型。可见,虽然在同一俯冲板块作用下,仰冲板块的反转时间和迁移规律却存在差异性,这可能与反转构造所隶属的仰冲板内背景或俯冲板块自身行为在不同地区存在时空差异有关。为确定哪一种反转机制,本文搜集了古地磁条带和最新的板块重建方案、太平洋海山K-Ar年龄等数据,初步厘定出中新生代期间太平洋板块运动学行为;也对中新生代期间中国东部的东北、华北和华南的地质特征等开展对比研究。本文认为,伊泽奈崎板块早期为平板式俯冲,160Ma左右板块拆沉并折返及岩石圈减薄,是西部沉降带的成盆机制;80 Ma左右伊泽奈崎板块向西的运动速度达到极值,对中国东部造成统一向西的挤压应力,是西部沉降带中生代的反转机制;大洋板块上发育的NW向破碎带的俯冲,可能加剧了这一期反转强度。60Ma左右伊泽奈崎板块俯冲潜没于欧亚大陆之下及太平洋板块俯冲启动并后撤,这是东部沉降带的成盆机制;中新世中晚期,菲律宾海板块向欧亚板块的俯冲挤压导致了中国东部大陆左旋压扭的应力场,这是东部沉降带新生代构造的反转机制。

关键词：中国东部反转构造平板俯冲拆沉俯冲后撤

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微板块与深部地幔LLSVP的遥相关作用

岩石学报 2023年第3期39卷 659-669页

作者：曹现志李三忠索艳慧戴黎明杨安王鹏程刘金平深海圈层与地球系统教育部前沿科学中心海底科学与探测技术教育部重点实验室中国海洋大学海洋地球科学学院青岛266100 崂山实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室青岛266237 中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室青岛266071

基于海洋地质地球物理观测建立的板块构造理论意味着板块和浅部地幔共同演化,然而地幔底部尤其是大型横波低速异常区(LLSVP)与板块(尤其微板块)运动和演化之间是否存在关联仍有争议。一些研究认为LLSVP长期保持稳定,而另一些模型则认为... 详细信息

基于海洋地质地球物理观测建立的板块构造理论意味着板块和浅部地幔共同演化,然而地幔底部尤其是大型横波低速异常区(LLSVP)与板块(尤其微板块)运动和演化之间是否存在关联仍有争议。一些研究认为LLSVP长期保持稳定,而另一些模型则认为它与各级板块存在相互作用。为此,本文通过总结前人成果,并基于近期发表的板块重建和地幔对流模型进行进一步分析,探讨微板块运动和LLSVP的演化关系。模拟结果表明,微板块与大板块类似,俯冲后通常会下沉至核幔边界。微幔块会推动地幔底部热的物质聚集并形成大的热化学结构。该热化学结构与层析成像揭示的LLSVP基本吻合。下地幔径向流速场和温度场的二阶结构与地表速度场散度的二阶结构随时间的移动轨迹相似,表明深浅部圈层的耦合演化,但是下地幔结构演化一般会滞后于浅表。在微幔块推挤之下,地幔柱优先沿着地幔底部热化学结构的边缘形成,且有时会被推至热化学结构的内部。地幔柱上升至浅部后,能够导致岩石圈弱化甚至裂解或板块边界跃迁,形成微板块。因此,地幔底部LLSVP不是稳定或静止的,而是与微板块动态协同演化,并通过地幔柱与浅表板块边界发生遥相关,从而控制微板块生成场所。

关键词：微板块构造地幔对流大型横波低速异常区深浅耦合地球动力学

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华南东部陆缘新生代隆升历史及其动力学机制

岩石学报 2020年第6期36卷 1803-1820页

作者：王新毓索艳慧李三忠曹现志李玺瑶周洁王鹏程金宠海底科学与探测技术教育部重点实验室中国海洋大学海洋地球科学学院青岛266100 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋地质功能实验室青岛266237 浙江地质矿产研究所杭州310012

华南陆缘在新生代期间经历了千米量级的上覆盖层剥蚀和山脉隆升;同时,其东侧的东海陆架盆地经历多次构造应力场的反转并发育多期反转构造。东海陆架盆地内的构造反转与华南陆缘隆升的发生时间和触发机制是否一致有待研究。为此,本文对... 详细信息

华南陆缘在新生代期间经历了千米量级的上覆盖层剥蚀和山脉隆升;同时,其东侧的东海陆架盆地经历多次构造应力场的反转并发育多期反转构造。东海陆架盆地内的构造反转与华南陆缘隆升的发生时间和触发机制是否一致有待研究。为此,本文对浙江地区的岩石样品进行磷灰石裂变径迹测试和热演化史反演分析其隆升历史,并通过地震剖面分析东海陆架盆地的反转时间及其反转所导致的地层剥蚀量;最后,将二者进行对比分析并研究其动力学机制。结果发现,华南东部陆缘地区至少存在晚始新世(34.5~33.5Ma)、中中新世(16~11.5Ma)、上新世以来(5~0Ma)三期明显的快速隆升事件,三期隆升导致的地层剥蚀量分别为227m、593m和865m;东海陆架盆地经历了古新世末-始新世初(~56Ma)、始新世末-渐新世初(~32Ma)和晚中新世(~10Ma)三期构造反转,三期反转导致的局部地层最大剥蚀量分别可达1200m、1300m和2000m。在时间上,东海陆架盆地的始新世末-渐新世初(~32Ma)和晚中新世(~10Ma)的构造反转分别滞后于浙江的晚始新世(34.5~33.5Ma)和中中新世(16~11.5Ma)的隆升时间,说明这两期挤压-剥蚀事件分别具有自西向东的迁移性,即印度-欧亚板块碰撞的远程效应可能是导致该迁移特征的原因;在强度上,东海陆架盆地的反转剥蚀量大于浙江境内的地层隆升量、挤压强度东强西弱,中新世晚期菲律宾海板块向西俯冲导致冲绳海槽弧后伸展产生向西的挤压力、这种挤压应力向陆内传递且强度变弱可能是导致该特征的原因。

关键词：华南东部陆缘东海陆架盆地新生代磷灰石裂变径迹反转构造

渤海湾盆地大歧口凹陷断裂系统与陆内拉分断陷

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地质科学 2015年第2期50卷 489-502页

作者：许立青李三忠索艳慧郭伶俐曹现志王鹏程周立宏楼达海底科学与探测技术教育部重点实验室山东青岛266100 中国海洋大学海洋地球科学学院山东青岛266100 中国石油大港油田公司天津300280

大歧口凹陷位于渤海湾盆地中部,是在中生代构造基础上形成的新生代构造单元,是我国最具勘探价值的大型富油气凹陷。前人对大歧口凹陷盆地结构、断裂构造、演化特征方面有了较为深入的研究,但对凹陷内主要断裂的分段活动特征、构造迁移,... 详细信息

大歧口凹陷位于渤海湾盆地中部,是在中生代构造基础上形成的新生代构造单元,是我国最具勘探价值的大型富油气凹陷。前人对大歧口凹陷盆地结构、断裂构造、演化特征方面有了较为深入的研究,但对凹陷内主要断裂的分段活动特征、构造迁移,以及新生代基底走滑-盖层伸展构造体系的深浅部耦合关系并未进行全面细致的研究,这在一定程度上限制了对凹陷内断裂活动特征、构造成因机制、断裂拓展演化规律详细的构造分析。本文在精细解释、深入分析地球物理资料的基础上,开展了详细的构造研究。研究表明,歧口凹陷充填格局主控断裂为东西走向,近南北向的沿岸变换带是主变换带;新生代的构造体系受北东向右行基底走滑断裂和东西向的盖层伸展构造的双重控制,并形成三级断阶带。基底-盖层断裂的耦合方式主要有两种:一是在盖层中形成强制性褶皱传递基底走滑,二是在盖层中形成一系列雁列式正断层。欧亚板块下的地幔物质在印度板块和太平洋板块两大构造系统的共同作用下,自南向北迁移并上涌,导致歧口凹陷主要断裂的规模、活动期以及断裂活动由南西向北东迁移、演化。

关键词：大歧口凹陷基底走滑-盖层伸展构造三级断阶深浅部耦合走滑拉分

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