地学大断面

1）概况

全球地学大断面（GGT）是国际岩石圈计划的重要组成部分，也是研究大陆动力学的重要课题。其研究目的是将一个宽100km的走廊域内的地质、地球物理和地球化学等资料反映到一条断面上，用以表示地壳及其下部的现今状态和可能演化的过程。以地学断面的形式揭示岩石圈三维结构与物质组成、构造活动及其演变过程，阐明构造运动学和动力学机制，反映长期以来大陆增生和裂解，盆地和造山带的成因与演化，从而建立较为合理的全球构造体制。

全球地学大断面研究始于80年代中期，列入规划的地学大断面约171条，其分布遍及全球各大洲，大多数断面已经完成。通过地学大断面研究，促进了多学科的交叉和渗透。其中欧洲地学大断面成果最为卓著，14个国家联合操办，历时7年，结合包括深钻在内的多种手段，对岩石圈进行了一次大规模多学科的联合探测，取得了较为丰硕的成果。北美几条大断面有详实的反射地震资料作基础，地壳结构较为清晰，尤其是魁北克-缅因-海湾地学大断面，采用高新技术处理进行综合解释，较有依据地推断出该区的地壳结构和成生过程，并试图重塑早期阿巴拉契亚造山带演化细节。亚洲地区以孟加拉湾-喜马拉雅-青藏高原-蒙古戈壁-西伯利亚和班加罗尔（印度）-塔什干（塔吉克）两条纵贯南北的地学大断面最为引人注目，它们包容了最宽的时间跨度，穿越了复杂的构造单元，是研究岩石圈内部结构构造、物质组成、高原隆升、造山带的形成与演化、大陆动力学机制的重要剖面。日本在西太平洋大陆边缘布置了5条地学大断面，用来研究现代活动大陆边缘的俯冲和增生作用。此外，在南美洲、大洋洲和非洲也有若干地学大断面，但大多只有地质和重磁资料。

2）地学大断面研究进展现状

（1）在地体和大陆的演变方面

80年代以来，对古构造背景和古地理环境研究，从而进行古板块再造，曾是国际地学界研究的重要内容之一，全球地学断面对这方面进行了更为深入系统的研究，各断面流程图中均划分了不同性质的地体，通过这些地体的漂移、俯冲、碰撞、拼合、固结的过程，进一步了解大陆的形成与演化。认识到太古宙与元古宙的构造形式具有明显的不同。推断认为古生代期间不存在大规模板块活动，而中生代则出现像联合古陆解体那样的大规模的板块运动。大陆裂开成陆内裂谷或小洋盆，地壳减薄，当拉张停止转为挤压，壳源物质充填和幔源物质贯入，以及地幔底侵作用导致地壳加厚，使增生的大陆块体形成更为复杂的变质和变形构造。

（2）在碰撞造山带研究方面

以往的研究表明，碰撞造山带既可为弧-弧、弧-陆，也可为陆-陆碰撞的产物。其组合形式可分为简单型和复合型。构造变形和地球化学活动对了解碰撞作用过程至关重要。研究显示在同一地区和同一时间内，构造形式往往是多种多样的。挤压、伸展、走滑变形常同时并存，在主应力的作用下，不同方向上和不同的部位，可产生不同性质的分应力，相应地会出现不同的构造形迹。对造山带内的挤压作用形成的推覆和褶皱构造，一直被视为碰撞的重要标志，但对走滑和伸展作用的重要性，只是近十几年来才被人们重视。

通过亚东-格尔木-额济纳旗地学大断面的研究，对青藏高原碰撞造山带有了更深入的了解，认为它是由不同时期和不同地区的弧-陆、陆-陆碰撞造成的复合造山带。从该断面内碰撞造山带的构造变形、盆地性质、岩浆活动、热变质事件以及深部地球物理特征所作的主构造应力分析得知，碰撞造山带成生过程从挤压作用开始，转为挤压与伸展两种作用并列，最终以伸展作用结束。欧洲地学大断面探讨了碰撞造山带的地球动力学模型，推断早先俯冲残留岩石圈根与较新的下插不太深的根组成了复杂的岩石圈结构，正是阿尔卑斯碰撞造山带岩石圈下部与周边岩石圈根的差异，造成向下的力，出现幔内俯冲，其上方则派生出横向剪切挤压应力，使下地壳破碎并与上地幔呈叠瓦状，地壳与岩石圈整体加厚，排开较高密度的上地幔，上地壳内除形成推覆构造外，派生的上浮力还诱发其上升和伸展。无论是青藏高原还是阿尔卑斯造山带，都显示了它的主要动力来自其下的地幔。

（3）在伸展作用和裂谷活动方面

美国加利福尼亚-亚利桑那地学大断面充分揭示了盆地的特征。可解释为在张应力作用下地壳破裂，形成以高角度正断层为边界，并呈雁行排列或零星分布的地堑-半地堑，其规模、沉降幅度、岩相变化和岩浆活动均与断层的生长活动密切相关。沉积物以快速堆积粗碎屑为主，其后并有早期岩浆活动。在持续的拉张作用下，形成起伏相间的垒-堑构造，在断层引起重力下滑的同时，还产生了侧向伸展，导致在浅部地壳内出现拆离面，伴随发育张性剪切以及其后的岩浆活动。由于地幔物质上涌，不断传送热能，岩浆对流与传导呈现出不均一的热状态，反映出拉伸作用的不均一性。隆起的上地幔形态复杂，顶面呈波状凹凸起伏，断隆对应着幔坳，断坳对应着幔隆，地幔隆起的幅度与热流量似呈明显的对应关系，表明热作用不仅控制了地幔隆起，也控制了盆地的断陷深度和沉积厚度，而且是造成地壳减薄的主要因素。

（4）在下地壳与莫霍面研究方面

反射地震揭示，陆壳的结构存在多种形式，在横向上或纵向上都是不均一的，总体上由一些逆冲岩片或双重构造形态的岩片构成，经历了多期挤压和伸展的交替变化，这些岩片以不同的方式相互叠置，显示出多个内部低速带和众多层状形态。不同构造背景的下地壳和莫霍面结构其反射特征是不同的。在稳定的克拉通地区，莫霍面相对较为稳定，在构造活动区，莫霍面要复杂得多，常呈现出不稳定的动态变化，而且往往是年轻的新生构造。

10年来的大规模全球地学断面的多学科综合研究，在克拉通、大陆边缘、裂谷带、造山带的构造演化，地壳结构、物质组成以及物理化学状态等诸多方面获得了丰富的资料，对岩石圈的总体面貌有了较客观的认识，对大陆的生长机制和成因有了较深入的了解。但由于断面控制的范围有限，深部资料相对贫乏，从地学大断面的研究成果而言，大多还是建立在原有理论和认识水平之上，只有区域性的或局部意义，尚不能概括出全球岩石圈的总体特征与大陆动力学的演化模式。

3）我国的地学大断面

我国已完成穿过不同构造类型的地学大断面共13条。在地学大断面的编制和研究中，运用了地质学、地球物理学、地球化学和大地测量学等多学科综合研究手段，对地体的演变、大陆的裂解和拼合、古地理的重建、古板块再造、岩石圈的结构构造、物质组分以及壳幔结构等进行了较深入的研究，取得了较丰富的成果。研究结果表明，中国大陆不均一性十分明显，呈现纵向分层、横向分块现象。其中亚东-格尔木大断面获得国际上高度好评，被岩石圈委员会作为样板并推荐进行了特展。尽管我国完成的地学大断面遍及全国数量较多，但尚未能提出中国岩石圈的三维结构综合模式，是今后亟待解决的问题。

展望未来，新开展的准噶尔-天山-塔里木地学大断面对开发新疆、发展我国中西部经济有重大作用，可用以促进新疆寻找油气、矿产资源及减轻地震灾害和改善环保工作；中国地学大断面在球面上编制出篱笆墙，从立体上进行对比研究，是一项很有特色的研究工作，此项研究在刘光鼎院士领导下进行，即将完成；各地学大断面都对所穿越的地区做了若干重大、关键地质构造问题的探讨，利用这些资料，编出我国大陆及邻近海域岩石圈的基本格架已初具条件，并已开始工作，有望在近年内提出我国岩石圈模式的新成果。