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研究方向和内容

实验室以大陆动力学为主要研究方向。

大陆动力学一词最早出现在1989年美国地质文献中,用以延伸和取代“大陆岩石圈动力学”概念。之后,美国国家科学基金会、地质调查所(USGS)和能源部(DOE)共同发起召开了“大陆动力学未来研究方向”专题讨论会,并形成“美国大陆动力学研究的国家计划”的研究报告。美国国家科学基金会制定了1990-2020年为期30年的大陆动力学计划,提出了大陆动力学的8项主要研究内容:

①大陆的结构、成因和演化;

②大陆下地壳性质及壳幔相互作用;

③地震的性质及板块边界的相互作用;

④大陆地壳中岩浆岩的成因和动力学;

⑤大陆岩石圈流变与造山作用;

⑥大地构造、气候和地表系统的动态相互作用;

⑦大型盆地的成因和演化;

⑧地球与生命的共同演化。

由此可见,大陆动力学是一个研究内容广泛的领域,本实验室将集中围绕其中的山盆动力学及其资源、生物和环境效应开展研究。在研究中,将立足我国大陆在全球共性中的特异性,尤其是我国西部大陆地质与盆山的特色和优势,为满足国家对地学的重大需求和人类科学技术进步与我国社会和经济可持续发展以及实施西部大开发战略提供理论依据。本实验室通过长期研究和凝练,形成了以下4个研究方向。这4个研究方向围绕大陆的结构、成因和演化;大陆下地壳性质及壳幔相互作用;大陆岩石圈流变与造山作用;大地构造、气候和地表系统的动态相互作用;大型盆地的成因和演化;地球与生命的共同演化等大陆动力学前沿领域开展,以中国中西部造山带和盆地为重点研究和解剖对象。

1. 造山带与盆地动力学

(涉及上述大陆动力学第1,2,4,5方面的问题,主要研究内容包括:大陆地壳结构、组成、演化与动力学;壳幔交换作用和山盆动力学演化与相互关系)

中国西部一直是本实验室所依托的西北大学地质学科重点研究地区,具有长期的科研积累和研究基础。我国西部造山带纵横交错,盆地间杂其间。造山作用之复杂多样,构造现象之典型,研究内容之丰富为世界所罕见,吸引了大批国内外著名科学家来此开展研究,成为世界瞩目的大陆动力学天然实验室和研究基地。实验室以中国西部,尤其是中国西北地区为重点,以板块构造、大陆动力学以及化学地球动力学的最新研究进展为新的起点,利用现代技术开展新一轮山盆动力学研究。

主要研究内容包括:

(1)大陆地壳组成、结构与构造演化:以中央造山带大别-秦岭-昆仑-祁连-天山造山带-中国南北构造带及两侧盆地为野外研究基地,以秦岭和中国南北构造带为解剖重点,在实际观察研究和资料、数据积累的基础上,查明中国及东亚大陆地壳现今地壳结构和物质组成,研究不同地质历史发展阶段中国大陆地壳结构与物质组成特点及其演化规律,研究不同时期中国大陆的构造体制和转化。

(2)大陆地幔组成与深部作用过程和动力学:通过对我国中西部不同时期地幔岩和幔源包体成分与组构研究,了解地幔动力学过程及其对浅部地质作用的控制以及壳幔等圈层相互作用,探索大陆动力学深部作用特点及过程。具体内容包括地幔岩时代和相应的同位素年代学测定方法;地幔岩类型、成分、变形及其机制;地幔流体性质、壳幔交换作用;地幔结构状态和动力学及不同类型幔源岩石大地构造意义。

(3)沉积盆地的形成、演化及其与造山作用之间的关系:通过沉积盆地形成和演化历史及其与造山作用过程的对比研究,了解造山作用与盆地演化的耦合关系。具体内容包括:造山带相关盆地的时代、类型和沉积作用;盆地沉降、抬升和热演化历史及盆地动力学分析;不同类型沉积盆地的形成和发展及与造山带形成和演化之间的关系,探索山盆耦合关系、成因机制及规律;沉积矿产形成的构造背景。

2. 重大构造事件与生命演化

(涉及上述大陆动力学第6,8方面的问题,主要研究内容包括:寒武纪生命大爆发与早期生命演化;Rodinia 超大陆裂解、雪球事件及其与寒武纪生命大爆发之间的关系和末前寒武纪生物面貌及环境研究)

生物与地球的共同演化是大陆动力学的重要研究方向,生物演化反映地球演化特定阶段相关圈层相互作用的特征和结果。生物演化不是孤立事件,受到地球系统演化不同阶段具体环境条件的制约,地球生物演化与大陆演化有着必然的内在联系。探讨生物演化与大陆演化之间的关系是当今地球科学的重要新生长点。古生物及生物区系研究曾经为大陆漂移假说提供了重要证据,对板块构造理论的形成做出了重要贡献。重大构造事件与地球生物演化及其相互关系的研究也必将为大陆动力学和地球系统科学做出重要贡献。

该方向的具体研究内容包括:寒武纪生命大爆发与早期生命演化,包括寒武纪生命大爆发全貌揭示、绝灭无脊椎动物门类和绝灭脊索/脊椎动物门类的研究;寒武纪生命大爆发机制;Rodinia 超大陆裂解、雪球事件、构造运动及其与寒武纪生命大爆发之间的关系。

3. 中国西部含油气盆地与油气资源评价

(涉及上述大陆动力学第6,7方面的问题,主要研究内容包括:改造型含油气盆地的成因、演化与成藏动力学;多种能源同盆共存的成因与动力学背景)

我国的能源和固体矿产资源形势极为严峻,已危及到国家安全。西部是我国今后能源资源勘探开发的关键地区和主要接替地。对西部大陆动力学的研究将为西部能源资源开发,满足国家重大需求提供最基本的科学理论、依据和支撑。进一步加强中国西北资源和能源的基础地质、油气成藏和油气勘探的理论与技术方法的研究,对于丰富和发展我国陆相地层油气勘探理论,开展海相地层油气勘探,提供国民经济建设和西部大开发对能源资源的需求,以及保证国家经济安全都具有重要的战略意义。

实验室以50年来的研究积累为基础,进一步加强对中国西部盆地的研究,同时对中国南方海相碳酸盐岩地层油气运移、成藏以及勘探开发的基础理论和若干关键技术进行攻关。

主要研究内容包括:中国大陆地质与大陆构造和海相油气潜力评价;中国南方海相沉积盆地和西部改造型含油气盆地构造演化、成藏动力学和油气运移规律;多种能源同盆共存机理、动力学背景及资源评价等。

4. 西北地区新构造与环境变迁和地质灾害
(涉及上述大陆动力学第5,6方面的问题,主要研究内容包括:西北地区新生代构造体制,山脉隆升机制及其气候环境效应)

全球变化具有自然与人为的多因素复杂非线性多重耦合系统的控制作用,其中地学,特别是构造作用是其基本控制因素。中国大陆特有的地表系统和活跃的构造作用,是研究全球变化的关键地区,所以开展现代构造作用与全球变化关系的研究是我国地学优先主要研究领域。本实验室以中新生代,尤其新构造运动研究为主线,重点了解第四纪以来在全球变化背景中,中国西部构造变动、地壳结构、盆山关系和演变及其效应,探索研究新构造运动对我国西部气候、环境、生态、灾害的影响和发展趋势,为西部大开发重大基础建设提供科学依据、可行性对策与防治措施,为我国和西部社会可持续发展做出应有的贡献。

主要研究内容包括:秦岭造山带及邻区新生代构造体制,山脉隆升机制及其效应;中国西北地区第四纪以来气候变化和环境变迁;中国西北地区新近纪地质事件的年代制约等。