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前板块构造与大陆起源研究进展及关键科学问题

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科学通报 2024年第12期69卷 1572-1585页

作者：龙晓平赵国春翟明国郭敬辉初航彭澎张少兵尹常青西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室西安710069 香港大学地球科学系中国香港中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈国家重点实验室北京100029 中国地质调查局天津地质调查中心天津300170 中国科学技术大学地球和空间科学学院中国科学院壳幔物质与环境重点实验室合肥230026 中山大学地球科学与工程学院珠海510275

本文总结了现阶段前板块构造与大陆起源研究的三大重要进展:(1)提出了地幔柱构造、重力凹沉构造和热管构造的前板块构造模式;(2)揭示了非板块构造与板块构造的标志;(3)发现了地球早期层圈演化地质记录.但是,现有的前板块构造并不能完美... 详细信息

本文总结了现阶段前板块构造与大陆起源研究的三大重要进展:(1)提出了地幔柱构造、重力凹沉构造和热管构造的前板块构造模式;(2)揭示了非板块构造与板块构造的标志;(3)发现了地球早期层圈演化地质记录.但是,现有的前板块构造并不能完美解释太古宙大陆的起源,板块构造在解释大陆起源与演化方面也遇到重大挑战.此外,阐述了我国开展前板块构造与大陆起源研究的必要性、研究优势及风险,并凝练了目前前板块构造与大陆起源研究的关键科学问题:(1)地球是先有陆还是先有板块构造;(2)海陆的形成是否同步;(3)冥古宙陆壳和英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(tonalite-trondhjemite-granodiorite,TTG)的起源.基于学科发展,提出动力学热模拟和比较行星学在前板块构造与大陆起源研究中的重要性.在此基础上,认为未来5~10年前板块构造与大陆起源的研究重点领域为:(1)大陆的起源及其对早期地球环境和生命的影响;(2)前板块构造样式及其形成机制;(3)太古宙的构造热体制及热演化;(4)前板块构造与类地行星演化.

关键词：大陆起源板块构造前板块构造比较行星学动力学热模拟

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早期地球的热管构造:来自木卫一的启示

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岩石学报 2020年第12期36卷 3853-3870页

作者：章清文刘耘中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室贵阳550081 中国科学院比较行星学卓越创新中心合肥230026

构造体制极大地制约着地球和其他太阳系类地天体(类地行星、岩石质卫星和小行星等)的地表散热、内部温度和物质演化。现有的少量地质记录表明,地球在板块构造启动之前就存在非常活跃的"前板块构造"运动并可能对其早期壳幔分异产生了重... 详细信息

构造体制极大地制约着地球和其他太阳系类地天体(类地行星、岩石质卫星和小行星等)的地表散热、内部温度和物质演化。现有的少量地质记录表明,地球在板块构造启动之前就存在非常活跃的"前板块构造"运动并可能对其早期壳幔分异产生了重要的影响,在这些构造体制下,物质和能量循环的规模和速率可能是后续的板块运动无法比拟的。但受限于早期地质记录的稀缺以及研究手段不成熟等因素,对前板块构造运动的研究一直被学界所忽视,人们对其的认识主要局限于停滞盖层(stagnant-lid tectonics)等。长期以来的空间探测和地基观测表明,木星系统的木卫一存在大规模的火山活动,随之形成了极高的地表热流和地表更新速率以及活跃的造山作用。这些观测事实不同寻常,颠覆了人们对类地天体构造演化模式的一些固有认识,需要新的构造模式——"热管构造"(heat-pipe tectonics)予以解释,其涵义为:类似木卫一上的大规模火山作用可使类地天体的软流圈-岩石圈-地表之间发生快速的物质和能量循环,该循环以岩浆的形成-上升-喷发-冷却和沉降-折返为主要形式,可将天体内部的热散快速散发到外太空。上述过程涉及类地天体内、外部之间物质的大规模、快速迁移和相变,其导热原理与热管相同,因而被称为"热管构造",其散热效率远高于现今大多数类地天体单纯依赖岩石圈进行内外热传导的停滞盖层构造,以及地球上以板块的形成和俯冲过程主导内部散热的板块构造体制。尽管早期地球与木卫一在内生热机制等方面存在显著差异,但二者的内部温度和内生热率较高,导致其岩浆作用总体均较为活跃,这些关键动力学特征的相似性暗示其构造体制可能类似。因此,研究木卫一的热管构造体制对揭示地球的前板块构造的性质和演化有重要的启示意义。本文综述了近40年来人类对木卫一的主要探测成果,论述了热管构造提出的必要性和依据,总结了该构造体制的特征和发生条件,讨论了早期地球发生热管构造的可能性。早期地球可能经历了热管构造阶段,期间地球通过大规模火山作用散发了内部热量、促进了壳幔分异,并在地球内生热作用减弱、热管构造不能继续维持时被板块构造等取代。由于热管构造的垂向物质循环较为强烈,不利于保留TTG等低密度的壳幔分异产物,我们依据TTG大规模形成的时间上限推测:地球发生热管构造时间可能限于冥古宙-始太古代时期(约38亿年以前)。由于前板块构造时期地球自身的地质记录十分有限,对其热管构造体制的性质和确切的形成条件等很大程度上需要从木卫一获得答案。

关键词：热管效应热管构造停滞盖层构造前板块构造早期地球早期地球动力学木卫一

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微板块与大板块:基本原理与范式转换

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地质学报 2022年第10期96卷 3541-3558页

作者：李三忠索艳慧周洁钟世华孙国正刘洁王光增朱俊江姜素华李玺瑶郭晓玉刘丽军刘永江曹现志郭玲莉赵淑娟王鹏程关庆彬陈龙刘勃然周建平姜兆霞刘琳曹花花戴黎明于胜尧刘博王秀娟王程程王玺刘泽管红香李晓辉胡军段威于雷刘晓光王誉桦钟源刘鹏张文超李洛阳赵彦彦许淑梅中国海洋大学海洋地球科学学院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山东青岛266100 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266100 中山大学地球科学与工程学院广东珠海519082 南方海洋与工程广东省实验室广东珠海519082 伊利诺伊大学香槟分校美国厄尔巴那伊利诺伊州61820

传统板块构造理论50多年来一直是占统治地位的地学理论,是理解固体地球运行的基本范式,但遇到三大难题:板块起源、板内变形和板块驱动力。针对这三大难题,微板块构造理论试图开拓一个全球构造研究的新范式。本文通过与传统板块构造理论... 详细信息

传统板块构造理论50多年来一直是占统治地位的地学理论,是理解固体地球运行的基本范式,但遇到三大难题:板块起源、板内变形和板块驱动力。针对这三大难题,微板块构造理论试图开拓一个全球构造研究的新范式。本文通过与传统板块构造理论中基本原理的逐条对比,阐明了微板块构造理论的基本原理和优势及其对传统板块构造理论的拓展。微板块构造范式既不同于传统板块构造范式,又不同于地幔柱范式,是两者的重要补充与拓展。文中着重从几何学、运动学、动力学、适用范围、理论出发点、理论假设与预测的角度,阐明了大板块与微板块的异同,并探讨了两者的转换关系及其转换机制的多样性,介绍了微板块生长成为大板块的4种途径、大板块破碎为微板块的3种转换模式,探索了前板块构造体制下微地块在非线性地球系统中通过自组织、自生长等方式,进化为板块体制下微板块的自然选择过程。本文还提出陆壳型微地块是密度选择的结果,其密度决定了其保存机制,这是陆壳起源的根本;微地块向微板块的转变是刚性选择的结果,其刚性是初始板块构造体制起始的必要条件;微板块不对称俯冲或对流型式的转变是热选择的结果,其热不对称性是现代板块构造体制起始的必要条件。

关键词：微板块大板块板块构造前板块构造造山带地幔柱范式

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