何登發(fā) 李德生 王成善 劉少峰 陳槚俊

1 中國地質(zhì)大學(北京)，北京 100083 2 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083

1 概述

古地理學研究地質(zhì)歷史時期地球表面的自然地理，既描述地球過去的大陸輪廓、緯度、地形起伏、氣候、生物等，也對巖石圈、大氣圈、生物圈和水圈歷史面貌進行綜合研究，涉及古生態(tài)、古環(huán)境、古氣候、古海洋以及古生物等方面，是一門綜合性的地球科學(馮增昭，2003，2016；陳洪德等，2017)。構造古地理學是研究地質(zhì)歷史時期地理單元的構造屬性及其演變特征的科學，通過研究地質(zhì)歷史時期的構造作用過程，了解自然地理演化的基本規(guī)律，為古地理學的一個重要分支。

構造古地理學是研究地球系統(tǒng)隨時間演變的重要基礎，是揭示宜居地球、行星之間相互作用的一個重要途徑。同時，構造古地理學是資源、能源勘查的重要依據(jù)，在油氣行業(yè)獲得廣泛應用，例如板塊構造與古地理制圖業(yè)已成為地質(zhì)家、勘探家深入剖析邊遠地區(qū)含油氣系統(tǒng)形成與發(fā)育特點的重要工具(Scotese，2009)。

板塊構造理論建立以來，板塊構造模擬與古地理重建獲得了飛速發(fā)展。反映這些概念演替的是一系列全球或區(qū)域的古地理圖不斷誕生。古地理圖是古板塊構造重建與古氣候重建的基礎，借此可以復原全球的構造演化歷史，了解地球的過去、現(xiàn)在與將來(馮增昭，2016)；古地理圖是古氣候模型的基礎，依據(jù)古氣候模型可以預測烴源巖、儲集巖的時—空分布，從而提高油氣勘探成功率。

但回溯過去，對大陸與大洋盆地的形態(tài)已了解了多少？對長期剝蝕的山鏈與古淺海的解釋精度怎樣？板塊構造革命50年來，對地球究竟了解了什么？真正知道了多少？地學界應該將研究努力聚焦于哪里？

開展古地理重建，可以反演地球表面系統(tǒng)過去的狀態(tài)，為地質(zhì)學、地理學、海洋學和氣候?qū)W等研究提供了一個理想的框架約束，為地球系統(tǒng)的整體演化研究奠定重要基礎；可以更好地認識現(xiàn)代地理環(huán)境的本質(zhì)特征，預測未來地理環(huán)境演變的趨勢，并提出合理利用、改造環(huán)境的科學對策，為宜居行星的發(fā)展趨勢做出預測；對某一地質(zhì)時期全球、某些區(qū)域、某個地區(qū)的古地理研究(如古地貌、古水深、古水溫、古鹽度、古水化學成分、沉積物組成及粗細變化和搬運方向等要素)，有助于揭示油氣、煤礦、鈾礦和有關的殘積風化礦床以及地下水等礦產(chǎn)資源的成礦規(guī)律、形成條件和分布規(guī)律，指導礦產(chǎn)資源、能源分布的預測與勘探開發(fā)(王成善等，2010；陳洪德等，2017;Houetal.， 2018)。

將地球作為一個整體的、復雜運行的系統(tǒng)，是當今地球科學的主要趨勢。在這一背景下，思考構造古地理重建的內(nèi)容、思路與方法乃是一種必然。如何利用大數(shù)據(jù)重建“深時、原位、原型”的活動論古地理，揭示地球動力學機制是目前地球系統(tǒng)科學研究的重要方向。

在回顧、分析構造古地理研究現(xiàn)狀的基礎上，剖析目前研究存在的主要問題；提出了活動論構造古地理研究的基本內(nèi)容、分析思路與方法；探討了活動論構造古地理指導下原型盆地復原與源-匯系統(tǒng)重建的方法。

2 研究現(xiàn)狀

2.1 板塊構造理論之前的構造古地理研究

在板塊構造理論提出之前，占統(tǒng)治地位的大地構造理論是槽-臺理論?；诘夭邸⒌嘏_的研究，也不乏至今仍閃耀光輝的構造古地理重要概念。

Suess(1909)提出了特提斯洋和岡瓦納大陸的概念，是今天地學研究的熱點領域。Haug(1900)編制了標有非洲—巴西古大陸—澳大利亞—印度—馬達加斯加古大陸的世界地圖，可以看作古地理重建的鼻祖。Wegener(1912)提出了大陸漂移學說，誕生了第1張泛大陸古地理再造圖，是活動論構造古地理的開山之作。

中國的地質(zhì)學家根據(jù)中國地質(zhì)構造特點進行研究。在20世紀20年代葛利普(1923—1928)的《中國地質(zhì)史》中出現(xiàn)了中國最早的古地理圖。1945年，黃汲清在《中國主要地質(zhì)構造單位》中，編制出了寒武紀、加里東泥盆紀、華力西二疊紀、燕山白堊紀和喜馬拉雅期的中國構造古地理圖5幅，勾繪出了這些地質(zhì)構造階段的海陸分布輪廓。這些圖是中國構造古地理圖的開端。其中，加里東、燕山運動對古地理面貌的重大影響現(xiàn)今逐漸被揭示出來(趙越等，2004)。謝家榮(1948)的《古地理為探礦工作之指南》是中國第1篇公開指明古地理在礦產(chǎn)資源預測和勘探工作中的指導作用的文章。劉鴻允(1955)以古生物地層學方法編制出了《中國古地理圖》，討論了中國各地質(zhì)時代沉積地層的古地理輪廓，具有開創(chuàng)意義。盧衍豪等(1965)應用古生物學、巖石學方法，編制出以“組”為單位的8幅中國寒武紀巖相古地理圖，對寒武紀構造-沉積環(huán)境的認識迄今仍有重要參考價值。

2.2 板塊構造理論誕生以來的構造古地理研究

2.2.1 巖石圈板塊水平運動框架下的構造古地理研究

2.2.1.1 板塊構造理論與板塊重建

板塊構造理論的誕生史實際上是構造古地理概念的演變史， 或者說活動論構造古地理概念的提出史。 Wegener在1912年出版了《大陸和海洋的形成》， 提出了大陸漂移說； 基于古地磁學研究， Hess和Dietz在20世紀60年代初期提出了海底擴張假說； 1967—1968年， McKenzie和Parker(1967)、 Le(1968)和Morgan(1968)在大陸漂移學說和海底擴張學說的理論基礎上， 根據(jù)大量的海洋地質(zhì)、 地球物理、 海底地貌等資料， 聯(lián)合提出了板塊構造學說， 即探討地球剛性外殼(巖石圈)如何運動和再循環(huán)的理論。 板塊構造學說認為全球大致可分為6大板塊， 這些板塊漂浮于軟流層之上， 板塊交界處地殼運動活躍， 板塊內(nèi)部則較為穩(wěn)定， 從而較好地解釋了火山和地震帶的分布以及不同地形單元的形成。 在過去50年間板塊構造理論得到不斷發(fā)展， 為地球科學提供了一個統(tǒng)一的格架(Zheng and Zhao， 2019)。 20世紀90年代興起的大陸動力學理論正試圖解決板塊構造在大陸地質(zhì)研究中的合理應用和發(fā)展， 30年來， 大陸動力學領域出現(xiàn)了滑移線場、 大陸深俯沖、 變質(zhì)核雜巖、 全球超大陸、 板塊拆離、 陸內(nèi)變形等新的概念， 合理解釋了大陸內(nèi)部諸多復雜的地質(zhì)現(xiàn)象， 彌補了板塊構造學說的不足。

基于精確定位的古地磁學，再現(xiàn)環(huán)境的古氣候?qū)W、古生態(tài)學、巖相學，可以定量揭示板塊的活動特點，如板塊邊界、古海岸線、古陸高程等，據(jù)此涌現(xiàn)出了一批板塊構造的模擬者。代表性人物有：

1)劍橋大學的Alan Smith 自1965年以來開始模擬板塊構造。據(jù)古地磁學、地質(zhì)學研究成果，他認為板塊構造起源于元古代(Smith，1976)。

2)得克薩斯大學的Chris Scotese 自1973年以來開始的PALEOMAP項目，使用整體的、多學科的、地球系統(tǒng)科學方法來模擬板塊構造、古地理與古氣候，從而更好地理解邊遠地區(qū)的地質(zhì)與含油氣系統(tǒng)的發(fā)育。

3)芝加哥大學的David Rowley在1984年開始模擬板塊構造，其古地理圖集項目成果豐富。1985年，他根據(jù)古地磁、植物地理、地層與構造資料復原了石炭紀的板塊格局、古地理與古氣候，指出華南、羌塘、印支等地塊來自岡瓦納大陸北緣；1988年，開展了北大西洋—北極地區(qū)晚侏羅世至今的板塊運動學重建，厘定了北美與歐亞大陸之間的海底擴張始于110iMa(Rowley and Lottes，1988)；1996年，探討了印度板塊與歐亞大陸之間的穿時碰撞(Rowley，1996)。

4)澳大利亞悉尼大學的Müller自1990年以來的GPLATES項目， 研究全球洋盆磁異常條帶的年齡(Mülleretal.， 1997)； 探討泛大陸裂解以來全球尺度的板塊重組與大洋盆地演化(Nickyetal.， 2016)； 依據(jù)地質(zhì)與地球物理約束分析了澳大利亞與南極的分離與海底擴張(Mülleretal.， 2007)。

5)瑞士洛桑大學的 Stamplfi的板塊重建研究組成就斐然。他根據(jù)板塊邊界的動態(tài)變化和復原的綜合大洋磁異常條帶年齡，建立了古生代與中生代的板塊構造模型(Stampfli and Borel，2002)；重建了阿爾卑斯構造域的板塊構造，尤其是華力西—阿爾卑斯旋回的構造演化(Stampfli and Kozur，2006)。據(jù)長期積累，洛桑大學建立了600iMa以來的全球板塊構造模型，揭示了潘吉亞(Pangea)泛大陸的形成過程，尤其是將源自岡瓦納大陸的(微)地塊“放回”其初始位置(Stampflietal.，2011)。Vérard等(2015a)基于構造模式(洋底年齡、洋殼生成與俯沖速率、構造活動性)與化學及古氣候指標(CO2，87Sr/86Sr，冰川證據(jù)、海平面變化)分析，建立了顯生宙的地球動力學演化模式。Vérard 等(2015b)提出了3D古地理重建的系統(tǒng)方法，包括據(jù)沉積物計算海洋深度、大陸高程的方法(包括地表起伏的定量化)。

近20年來，開發(fā)了一系列板塊重建軟件，如GMAP(Torsvik and Smethurst，1999)，PaleoMac(Cogné，2003)，PLACA(Matiasetal.， 2005)，SPlates(Torsviketal.， 2006)，GPlates(Boydenetal.， 2011)，PMTec(Wuetal.， 2015)，可進行數(shù)據(jù)處理與可視化。Matias等(2005)開發(fā)了PLACA程序，適用于剛體板塊構造復原，磁極的最佳擬合，斷裂帶、火山巖分布等的恢復；其“正演”模型可以做常規(guī)的板塊復原，并將大洋中脊作為動態(tài)的段落進行處理；在其“改進”模型中，可以進行磁極擬合，并確定其置信度。Wu等(2015)基于MATLAB工具開發(fā)了PMTec軟件，該軟件面向?qū)W界公開，適合于依據(jù)古地磁數(shù)據(jù)建立視極移曲線(APWP)，從而進行絕對板塊運動學重建。

Scotese和McKerrow(1990)認為，全球板塊模型的質(zhì)量取決于3個方面： (1)輸入的數(shù)據(jù)(可被所有研究人員共享)；(2)應用的軟件技術(ArcGIS)，如PlateTracker(PALEOMAP項目組使用的)，PaleoGIS(Rothwell 研究組使用的)，GIS技術在古地理重建中可以方便地加層，從而建立古地理的3D模型，可進行3D模型分析，如河流流域體系；(3)制圖方法，如板塊輪廓、全球旋轉模型。

2.2.1.2 古地理重建

在全球板塊構造模型的基礎上，開展了全球或區(qū)域的古地理重建。古地理重建是通過解釋巖石記錄對沉積巖相與環(huán)境的時代分布進行制圖。古地理模擬的代表性人物有：

1)Peter Ziegler：使用傳統(tǒng)方法，開展歐洲、北美與北極圈的構造古地理復原。晚年研究歐洲新生代的裂谷體系、成因機制，以阿爾卑斯前陸為例研究板內(nèi)變形的力學機制。

2)Christopher Scotese： Scotese在1975—1976給出了全球古大陸再造圖。他在PALEOMAP項目中應用古高程模型。在數(shù)字高程模型中，古地理圖的水平分辨率為1°×1°，垂直分辨率為40im，時間分辨率為最近的層序邊界與最大洪泛面，巖性數(shù)據(jù)以階為準。Scotese項目組2001年完成了《地史圖集》，2008年完成了從前寒武紀至新生代的48張古地理圖。可以時間切片方式三維動態(tài)顯示1100iMa 以來全球板塊的運動歷史。

3)Cook于1988年完成了《澳大利亞古地理圖(寒武紀)》。

4)Dercour等的環(huán)特提斯項目，1993年出版了《特提斯古環(huán)境圖集》，對從大西洋到帕米爾的特提斯帶的地質(zhì)演化、尤其是對侏羅紀、中新世的古地理、古環(huán)境等進行了系統(tǒng)總結。

5)Cope等(1992): 出版了英國的《古地理和巖相圖集》。

6)Hall(2002)：基于計算機復原，建立了東南亞、西南太平洋新生代的板塊構造演化模型，特別強調(diào)45iMa，25iMa 與5iMa的構造事件。

7)Ron Blakey： 開展數(shù)字化處理，1997年編制出《美國西南部古地理》。

8)Paul Markwick(Getech)： 從等高線中得到PaleoDEM模型。

9)Csontosa(2004)應用古地磁學、古生物地理學、構造地質(zhì)學方法，開展地體(Alcapa，Tisza，Dacia與Adria等)分析，精細地復原了喀爾巴阡山地區(qū)中生代的構造過程。

10)Handy等(2010):利用反映大洋擴張與俯沖的地質(zhì)、地球物理記錄進行了阿爾卑斯特提斯復雜的板塊構造演化重建，包括一系列微地塊(如Adria，Iberia，Alcapia，Alkapecia，Tiszia等)，復原了131～84iMa、84～35iMa、35～0iMa的3個階段的演化過程。

Adamastor(Khomas)洋在580～550iMa穿時閉合，Mawson洋在550～530iMa閉合，分別形成達馬拉和Kuunga造山帶。岡瓦納大陸 最終形成。華北、華南、塔里木、阿拉善、柴達木、中秦嶺等中國大陸(微)地塊介于岡瓦納大陸與西伯利亞—勞倫大陸之間圖 1 580～530iMa 全球板塊構造格局重建(據(jù)Zhao et al.， 2018)Fig.1 Plate tectonic pattern of the Earth during 580～530iMa(after Zhao et al.， 2018)

11)Metcalfe(2013): 對岡瓦納離散與亞洲的增生進行研究，提出了東特提斯構造與古地理的演化路徑。

古地理重建是一項強數(shù)據(jù)依賴型的研究工作，用以約束的數(shù)據(jù)越多，重建的結果越接近真實。隨著地球科學與計算機科學的深度交叉融合，古地理研究的范式已由傳統(tǒng)的地質(zhì)卡通模式圖導向向地質(zhì)大數(shù)據(jù)融合挖掘?qū)蜣D變，研發(fā)數(shù)據(jù)化、標準化和智能化的古地理重建平臺是當前的發(fā)展趨勢。

2.2.1.3 全球構造古地理重建

關于全球板塊構造、古地理演化及其重建已開展了長期研究。近年來，開展了不同地質(zhì)歷史階段的板塊構造古地理復原，較為突出的成果體現(xiàn)在：

1)Zhao等(2018)、Li等(2019)一批學者對全球超大陸的聚散開展了研究，基本建立了哥倫比亞、羅迪尼亞、潘吉亞3個超大陸的聚散模型。哥倫比亞超大陸于2.0～1.8iGa大陸聚合，1.8～1.3iGa邊緣發(fā)生增生，1.6～1.3iGa內(nèi)部發(fā)生拉張，約1.27iGa最終裂解。Zhang等(2012)基于古地磁、巖漿巖等的研究復原了1780～1400iMa的古大陸位置，稱其為Nuna超大陸(即哥倫比亞超大陸)。羅迪尼亞超大陸1.1～0.9iGa大陸聚合，900～750iMa邊緣發(fā)生增生，750～600iMa發(fā)生裂解(圖 1)。潘吉亞超大陸形成于250iMa以來，將于250iMa之后再次聚合。

上行表示重建圖，表示了板塊邊界(藍色=俯沖帶；綠色=轉換邊界；紅色=擴張脊)及一些主要特征；下行給出了單個板塊(以不同顏色表示)及其時間相關的板塊速度場。邊界虛線表示的外部邊界是一任意周長，表示了所用模型的外部范圍。縮寫： AM=Armorican 地塊，CA=Carolinia，CH=Clew 灣-Highland 邊界雜巖，CU=Cuyania，DW=Dashwoods 微陸塊，EA=東Avalonia，F(xiàn)A=Famatina 弧，GA=Ganderia，IB=伊比利亞，LB=Lushs Bight 洋內(nèi)弧，MV=Midland谷—南Mayo地體，MX=Mixteca-Oaxaca 地塊，PA=Penobscot 弧，PI=東 部山前帶，SK=Sunnhordland 和 K?li 推覆雜巖，WA=西Avalonia圖 2 據(jù)現(xiàn)有板塊模型的寒武紀和早奧陶世3個時期的古地理重建(據(jù)Domeier，2016，有修改)Fig.2 The Cambrian and Early Ordovician palaeogeographic reconstructions from the presented plate model for three different times (modified from Domeier，2016)

2)Domeier(2016)根據(jù)構造、古生物地理、巖相學等進行了早古生代亞皮特斯洋與瑞克洋的板塊構造復原，以10iMa為單位再現(xiàn)了早古生代的板塊構造演化歷史(圖 2，圖 3，圖 4)。東亞地區(qū)在早古生代，主要涉及原特提斯洋與古亞洲洋的演化，原特提斯洋于500～420iMa閉合。

3)對于晚古生代的構造古地理復原： Seton 等(2012)開展了400iMa以來全球大陸、大洋盆地重建；Domeier和Torsvik(2014)建立了晚古生代(410～250iMa)的全球板塊構造模型，可以看作全-板塊尺度的構造古地理成果；Young等(2019)基于地表運動學與所預測的下地幔結構，給出了晚古生代410iMa至今板塊邊界閉合的全球板塊構造與俯沖帶的運動學模型(圖 5，圖 6)。東亞地區(qū)，古亞洲洋在晚古生代末期自西向東閉合，西段、中段與東段分別閉合于310～280iMa，280～265iMa和260～245iMa。而東古特提斯洋北支(勉略洋盆)于早泥盆世(420～380iMa)開啟，石炭紀—早二疊世達最大規(guī)模，晚二疊世開始俯沖消減，中晚三疊世閉合，形成中國大陸主體(張國偉，1988；張國偉等，2013)。

PV=Popelogan-Victoria弧.【其他符號說明見圖2】圖 3 據(jù)現(xiàn)有的板塊模型，中晚奧陶世3個時期的古地理重建(據(jù)Domeier，2016，有修改)Fig.3 Middle-Late Ordovician palaeogeographic reconstructions from the presented plate model for three different times(modified from Domeier，2016)

ES=東Svalbard.【其他符號及說明見圖2】圖 4 據(jù)現(xiàn)有的板塊模型，志留紀3個時期的古地理重建(據(jù)Domeier，2016，有修改)Fig.4 Silurian palaeogeographic reconstructions from the presented plate model for three different times (modified from Domeier，2016)

4)Morra等(2013)給出了200iMa以來地表板塊構造演化的鑲嵌圖案(圖 7)。再現(xiàn)了太平洋、非洲、歐亞等板塊每隔20iMa的運動學圖案。

5)李江海和姜洪福(2013)系統(tǒng)地繪制了全球古板塊再造圖、 古地理環(huán)境恢復圖、 沉積巖相圖、 烴源巖分布圖、 主要古生物分布圖等系列圖件。

6)Zhao 等(2018)基于全球超大陸與東亞大陸聚散的研究建立了750iMa以來突顯東亞各組成陸塊位置的板塊構造復原系列圖。這些陸塊基本在220iMa聚合(圖 8)。

7)張光亞等(2019a，2019b)應用全球巖相古地理圖編圖新方法，系統(tǒng)編制全球現(xiàn)今地理位置13個紀或世關鍵時間點的巖相古地理圖，結合古板塊恢復成果實現(xiàn)古構造位置下的原型盆地和巖相古地理恢復。

表示了洋盆與大陸板塊的分布。大陸范圍以綠色陰影區(qū)近似。藍線表示俯沖帶，三角形示仰沖板塊；紫色線表示洋中脊與轉換斷層。縮寫(紅： 洋殼；黑： 大陸)： PAN，Panthalassa 洋；RHE，瑞克洋；PTE，古特提斯(Paleo-Tethys)洋；AAB，Arequipa-Antofalla 洋；MIA，勉略洋；LIZ，Lizard 洋；LAU，勞亞；GON，岡瓦納；VT，華力西地體；SIB，西伯利亞；AMU，Amuria;KAZ，哈薩克斯坦；CTO， 中天山；TRM，塔里木；NCB，華北；SCB，華南；ICB，印支；PAT，Patagonia。a-c為泥盆紀重建圖；d-f為石炭紀重建圖圖 5 410～310iMa間每隔20iMa的全球板塊構造重建(據(jù)Young et al.， 2019)Fig.5 Global plate reconstructions between 410iMa and 310iMa at 20 Ma intervals showing the distribution of major ocean basins and continental plates(after Young et al.， 2019)

深灰代表大板塊。強非均一的鑲嵌格局由大的暗色(太平洋或伊左奈崎)板塊環(huán)繞小的灰色板塊構成(如50iMa)， 均一的鑲嵌格局由均一灰色構成(如110iMa)。綠色邊界線代表匯聚邊界，紅色邊界線代表擴張邊界圖 7 地球表面190iMa以來的鑲嵌格局(據(jù)Morra et al.， 2013)Fig.7 Earth surface tessellation for the last 190 Ma(after Morra et al.， 2013)

圖 8 東亞大陸的構造格架(據(jù)Zhao et al.， 2018)Fig.8 Schematic map of East Asia showing major continental blocks and bounding sutures(after Zhao et al.， 2018)

2.2.1.4 中國古地理重建

基于大地構造觀，中國開始了古地理重建的長期積累與研究。中國大地構造區(qū)劃與大地構造形成演化的研究已有百余年的歷史，不同學派具有不同的觀點和劃分方案。相對而言，以黃汲清先生的多旋回構造觀、李春昱先生的板塊構造觀和王鴻禎先生的歷史大地構造觀為指導思想的大地構造劃分方案，是集中國地質(zhì)構造之大成，影響既廣泛且深遠。尤其是先生們的三大構造域劃分理念、板塊邊界厘定和構造演化階段劃分，奠定了大地構造格架劃分和演化過程認識的基礎。應用板塊構造理論開展中國的構造古地理研究，代表性成果有：

1)王鴻禎系列著作: 1985年出版了《中國古地理圖集》，包括古地理圖、古構造圖、生物地理圖、氣候分帶圖等系列圖件，該圖集以大地構造學的理論為指導、以大量的區(qū)測資料為基礎編制而成，是中國構造古地理學的代表作，為中國古地理學研究奠定了基礎。王鴻禎等(1990)出版了《中國及鄰區(qū)古生代生物古地理及全球古大陸再造》，在理論上體現(xiàn)了構造古地理和生物古地理的研究成果，也包括巖相古地理內(nèi)容，系統(tǒng)地表達了對中國地殼在地質(zhì)歷史中的地理發(fā)展和構造演變基本過程的認識。

圖 9 中國晚三疊世古地理圖(據(jù)王鴻幀，1985；有修改和簡化)Fig.9 Late Triassic palaeogeographic map of China(adapted from Wang， 1985)

以晚三疊世古地理圖為例(圖 9)，該圖是據(jù)35年前的資料編制的，目前仍然是中國最全面的一張古地理圖。如對鄂爾多斯原型盆地的表示，晚三疊世延長期為最大湖泛期，圍繞湖盆周邊發(fā)育4個物源的河流—三角洲沉積體系，在湖盆發(fā)育最大時期形成厚層湖盆中心重力流沉積體系；構造古地理格局決定原盆地分布與源、儲組合關系；截至2017年9月，中石油長慶探區(qū)累計探明石油儲量45.22×108it，資源探明率達46.9%(含延長油礦探明15×108it)；在2019年，在長7烴源巖層段，發(fā)現(xiàn)了10×108it級的慶城頁巖油大油田。又如四川盆地須家河組沉積期，須一段至須三段發(fā)育有海灣相，須四段至須六段逐漸轉為陸相；須家河組氣藏形成和富集主要受須家河組烴源、構造、主河道砂體3個因素控制；已發(fā)現(xiàn)氣田30個，含氣構造8個，三級儲量9865×108im3。再如準噶爾盆地，晚三疊世為統(tǒng)一的大型克拉通內(nèi)坳陷盆地，上三疊統(tǒng)白堿灘組中期是三疊紀湖盆范圍最大的時期，發(fā)育扇三角洲和辮狀河三角洲兩類沉積體系，盆內(nèi)未見邊緣相帶；西北緣、烏倫古局部及南緣發(fā)育扇三角洲平原—前緣—濱淺湖—半深湖沉積體系；東部發(fā)育扇三角洲前緣、辮狀河三角洲前緣—濱淺湖—半深湖沉積體系；截至2017年10月，在瑪湖凹陷已發(fā)現(xiàn)三級石油地質(zhì)儲量12.4×108it，成為世界第一大礫巖油田，目前瑪湖地區(qū)尚具備再發(fā)現(xiàn)10×108t儲量的資源條件；產(chǎn)能建設順利推進，目前已建產(chǎn)能136×104t，已計劃建產(chǎn)能1015×104t。

2)崔克信(1986): 在《中國自然地理》古地理分冊的下冊中以“構造運動為綱”的思路編制了8幅小比例尺不同地殼運動時期的海陸分布圖，斷代的新元古代震旦紀、早古生代和晚古生代古地理圖各1幅。

3)劉寶珺和許效松(1994): 以“構造控制盆地、盆地控制沉積”和構造活動論思想，研究了南方海相盆地的沉積相和古地理，恢復和重建了不同地質(zhì)歷史時期的古地理單元，引領了中國新一代巖相古地理學研究的發(fā)展。

4)潘桂棠等(2001): 基于與東南亞、西太平洋等實際地質(zhì)對比，提出了青藏地區(qū)多島海(洋)構造古地理格局學術思想。

5)萬天豐和朱鴻(2007): 根據(jù)中國大陸及鄰區(qū)的古生代和三疊紀古地磁數(shù)據(jù)，復原了中國各陸塊在全球大陸中的位置，探討了它們的運動學特征。

6)馬永生等(2009): 出版了《中國南方構造—層序巖相古地理圖集(震旦紀—新近紀)》。以層序的動態(tài)充填過程為主線，揭示了盆地的構造—層序巖相古地理演化。

7)鄭和榮和胡宗全(2010): 出版了《中國前中生代構造—巖相古地理圖集》，系統(tǒng)展示了海相地層的分布。

8)肖文交等: 開展了中亞增生型造山帶的長期研究，提出了哈薩克斯坦、蒙古山彎構造的演化模型。中亞造山帶是全球最大的顯生宙增生型造山帶，在古生代至中生代早期經(jīng)歷了多俯沖帶、多方向的復式增生造山作用(Xiao and Santosh，2014；Xiaoetal.， 2015)。綜合蛇綠混雜巖、增生雜巖和島弧巖漿巖時空演變特征，新疆北部古生代存在多島海的構造古地理格局(Wangetal.， 2003)，中亞地區(qū)蘊藏著重要的金屬礦產(chǎn)和油氣資源。

9)張國偉、趙國春、黃寶春等開展了《東亞大陸聚散》研究，如Zhao等(2018)給出了東亞大陸主要地塊在750iMa以來的演化路徑。

2.2.1.5 應用古地理研究

以礦產(chǎn)資源勘探尤其是油氣勘探為目的的古地理研究，應用巖相學、古生態(tài)學、沉積學方法，輔以大地構造背景分析，是中國地質(zhì)界古地理研究的一個主要特色。以資源勘探為導向的應用古地理研究有不斷向更小的空間尺度和時間尺度的精細巖相古地理編圖方向發(fā)展的趨勢(馮增昭等， 1988， 1990； 馮增昭， 2004； 陳洪德等， 2017)。 主要代表有：

1)馮增昭自20世紀70年代后期至今，采用單因素分析多因素綜合作圖法，先后編制了下?lián)P子地區(qū)華北、鄂爾多斯、塔里木等不同地區(qū)及全中國多層位的巖相古地理圖，該方法的核心是定量化，引領了定量古地理編圖的發(fā)展(馮增昭等，1988，1997；馮增昭，2016)。

2)關士聰?shù)?1984)完成并出版了《中國海陸變遷、海域沉積相與油氣》。該書列出了中國中—晚元古代(長城紀—震旦紀)到三疊紀海陸分布及海域沉積相圖20幅，海陸變遷圖5幅，著重論述了海陸變遷、海域沉積相與油氣的關系，并分析了中國海相油氣遠景。

3)李思田(1988)完成的含煤盆地巖相古地理編圖研究，是以服務于某種礦產(chǎn)勘探的應用古地理研究的典范。

4)許效松等(2004)重建了中國各陸塊在顯生宙幾個主要時段的相對位置分布，探討了四川盆地、鄂爾多斯盆地和塔里木盆地的古地理環(huán)境特征和油氣資源效應。

開展國家油氣專項研究20年多來，中國古地理編圖研究在巖相古地理、生物古地理、構造古地理等方面進展很大(湯良杰等，2000；何登發(fā)等，2005，2007；許效松等，2005；林暢松等，2011；李英強等，2013；李皎和何登發(fā)，2014；邵東波等，2019；胡明毅等，2019)，對塔里木、準噶爾、四川、渤海灣、柴達木等盆地的古地理研究進行到以組、段為編圖單元的階段，對有的地層(如前述延長統(tǒng)、須家河組等)達到了四級層序體系域編圖的精度。

2.2.2 地幔垂直運動框架下的構造古地理研究

太平洋板塊內(nèi)部的夏威夷火山島鏈的形成， 被認為是熱點(地幔柱)的作用。 全球大火成巖省非常發(fā)育， 形成包括大陸溢流玄武巖在內(nèi)的非板塊運動形成的火成巖， 超大規(guī)模巖漿涌出， 造成氣候急劇變化， 被認為是恐龍等生物大滅絕的主要原因之一。 這種大火成巖省被認為與地幔柱密切相關(Ernst， 2014)。 俯沖到核幔邊界的洋殼具有均勻的輕重礦物分布， 其礦物顆粒相對較小； 礦物顆粒慢慢長大， 并在黏度低的地方逐漸發(fā)生輕重礦物分離； 礦物發(fā)生分離， 輕礦物部分具有比周圍地幔低的密度， 開始上??； 而重礦物部分將仍停留在核幔邊界(CMB)， 這樣形成了地幔柱。 地幔柱假說認為靠近地核的那部分地幔會形成一個升騰的熱柱， 當其上升到巖石圈底部時， 地幔流向由垂直上升變?yōu)橄蛲鈹U散形成具有火山活動特征的熱區(qū)(孫衛(wèi)東， 2019)。

地幔內(nèi)部熱對流，相對運動的數(shù)個板塊構成其熱邊界層，它們之間將發(fā)生相互作用。這一假說將淺部巖石圈的水平運動和深層地幔的垂直運動結合在了一起。雖這一假說仍未被廣泛接受，但南太平洋和非洲的上涌超級熱柱，中亞存在的下沉超級冷柱，已通過地震層析成像證明。地震層析技術反映深部物質(zhì)的密度差異，從而反映出溫度、化學的非均一性。板塊俯沖至670ikm，甚至到2850ikm；引起地幔柱上升，從而形成全地幔對流。地幔對流系統(tǒng)是表面板塊剪切運動的動力；巖石圈板塊是對流的淺層表現(xiàn)，巖石圈板塊的近地表運動與地幔對流系統(tǒng)是有聯(lián)系的(Anderson，1982)。

全球存在板塊型式和地幔柱型式的2種對流，板塊型式對流即上部冷的熱邊界層驅(qū)動的對流，地幔柱型式對流即下部熱的熱邊界層驅(qū)動的對流。下地幔巨型地幔柱的活動是全球大地水準面起伏的主要原因。浮力分析是討論地幔流動的重要基礎。

地幔對流是驅(qū)動地球各種動力學行為的引擎，直接或間接導致了幾乎所有大尺度的構造和地質(zhì)活動(Davies，1999)。地幔對流也會對巖石圈施加垂向的應力，使地表產(chǎn)生起伏，這一起伏稱為動力地形。動力地形是“響應地幔內(nèi)部流動產(chǎn)生的地表垂直位移”(Richards and Hager，1984)。重力場揭示大地水準面高度的異常。從全球尺度來看，剔除巖石圈的影響之后，動力地形一般在300～500im(Cazenave，1989)。全球大地水準面2°的變化是50im(Hageretal.， 1985)。

地表地形主要受均衡地形—地殼和巖石圈厚度及密度橫向不均勻?qū)е碌牡匦嗡刂疲珓恿Φ匦问歉Q探深部地幔動力學的重要窗口。通常用2種方式來約束它的空間分布和振幅： 一種是通過從觀測地形中去除沉積物、地殼厚度等巖石圈的均衡貢獻來估計，結果稱作殘余地形，它可能只是動力地形的近似；另一種是通過地幔對流模型來預估，也叫預測動力地形。

小尺度動力地形的存在早已被認識到， 例如20世紀70年代討論的夏威夷熱點鏈旁數(shù)百至上千千米的隆起。 但對于大尺度(5000～10000ikm以上波長)動力地形是否存在， 它的振幅和空間分布等問題， 2種方法一直存在顯著差異。 如根據(jù)預測動力地形， 全球最低值在東南亞區(qū)域， 其幅度可達-1ikm甚至更低， 但殘余地形給出的估計為正或接近于0im(Flamentetal.， 2013)。 Yang等(2017)通過對合成地形及觀測重力場的系統(tǒng)分析指出， 動力地形長期存在爭論很大程度上來自于殘余地形估計的不準確性， Hoggard等(2016)使用低精度的殘余地形污染了其獲得的高精度數(shù)據(jù)， 其目前稀疏分布的高精度殘余地形數(shù)據(jù)可以有效地推測出長波長動力地形的分布， 其結果和長期以來預測動力地形在空間分布和振幅上均一致。

Davies 等(2019)對Yang 等(2017)的工作進行了驗證和擴展，認為深部和淺部的地幔對流都對地表地形有重要影響；他們使用基于貝葉斯估計的自動相關性拾取的方法來執(zhí)行正則化反演過程，計算殘余地形功率譜。長波長殘余地形的振幅范圍為0.8±0.1ikm，與Yang 等(2017)使用同樣階數(shù)得到的數(shù)值(-860～900im)基本一致；從I=2階到I=30階，地形功率譜的變化降了一個數(shù)量級，他們認為這證實了短波長、低振幅殘余地形的存在。深部和淺部的地幔對流都對地表地形有重要影響，殘余地形的長波長成分由深部的地幔對流控制，短波長成分主要取決于巖石圈結構和最上層的地幔對流；只有仔細地分離和消除地球巖石圈厚度和密度變化引起的均衡效應，才能從觀測記錄中提取與對流有關的動力地形的短波成分。Davies等(2019)的工作已充分揭示了短波長動力地形的特點。然而，準確約束短波長動力地形需要地幔對流模型預測和殘余地形估計2個方向的共同進步，這取決于建立更為可靠的地幔密度和黏度結構模型以及更精確的地殼及巖石圈的厚度與密度分布。

小規(guī)模對流有關的動力地形，與洋/陸邊界的邊緣—驅(qū)動效應有關；大陸巖石圈之下小尺度對流，這種長度尺度的大陸表面的動力地形波動可以解釋沉積盆地的地層層序特征。

板塊俯沖相關的動力地形，在弧后地區(qū)動力沉降可達300im。動力地形對全球構造古地理有重要影響。地形隆起構成物源區(qū)，負動力地形形成坳陷型克拉通盆地?？死ㄅ璧乜膳c熱點相關，也可能與冷點相關。大陸表面的動力隆起形成穹窿、可產(chǎn)生放射狀水系。動力地形是影響海平面長周期變化歷史與大陸內(nèi)部海侵的一個重要因素。

2.2.3 巖石圈板塊水平運動與地幔柱垂直運動相結合的全球構造模型及構造古地理研究

板塊構造理論較難解釋大陸內(nèi)部的地貌、地震、新構造與沉降史。板內(nèi)環(huán)境巖石圈的整體強度受它的熱—構造年齡與繼承性構造的重要影響。大陸巖石圈具有復雜的流變學特點；巖石圈的力學拆耦/分層特點對地球深部與地表過程之間的相互作用有明顯控制。例如，巖石圈的流變學分層制約著古克拉通塊體的保存，地幔柱—巖石圈相互作用的地表顯示以及對“動力地形”的總體影響；大陸巖石圈俯沖的啟動(連接造山變形與板內(nèi)變形的紐帶)，也可能受到地幔柱—巖石圈相互作用的促進；巖石圈褶皺作用對沉積盆地的形成及相應的差異垂直運動的控制，也受到巖石圈的流變學分層的制約。目前，仍然缺乏將地幔動力學與大陸變形和盆地發(fā)育相結合的完美解釋，例如世界范圍克拉通盆地的地層層序發(fā)育，寒武紀—早奧陶世、晚白堊世的海侵成因。

在全球構造模型中，目前已有將巖石圈板塊運動與地幔柱耦合作用相結合的趨勢，提出了新框架下的威爾遜旋回概念(Wilson，1965;Heron，2019)(圖 10): 階段1，超大陸通過超級下降流聚合；階段2，初始俯沖停止，在超大陸邊緣形成新的俯沖帶；階段3，地幔回流和大陸絕熱引起的上地幔加熱作用產(chǎn)生陸下的深地幔柱；階段4，地幔柱促進超大陸裂解。

圖 10 巖石圈板塊運動與地幔柱耦合作用的威爾遜旋回 (據(jù)Wilson，1965;Heron，2019)Fig.10 A cartoon of coupling between the mantle plumes dynamics and the lithospheric plate movement in the wilson cycle(after Wilson，1965;Heron，2019)

在板塊構造模擬與古地理重建中，新的方法不斷涌現(xiàn)。Stuart等(2012)提出了4D板塊的概念，主要基于高分辨率資料，可以疊加到4～8層數(shù)據(jù)。以前的板塊復原模型不考慮板塊的變形。Gurnis等(2018)提出了剛體板塊連續(xù)變形與演化的全球構造重建的新方法，變形區(qū)鑲嵌于三角網(wǎng)中，從而可以計算變形及其變化，這一模塊放在Gplates交互式平臺上。對北美西部新生代構造、南美大西洋邊緣中生代構造、東南亞新生代構造的復原表明，這一方法是研究大陸變形的有效工具。Peace等(2019)應用GPlates建立了北大西洋南部200～0iMa的多期變形的板塊構造模型。

第1行為三維動力地形，第2行為地幔柱/巖石圈相互作用模型。UC=上地殼；LC=下地殼；ML=巖石圈地幔。 a—普通靜止巖石圈模型的長波長響應；b和c—分層流變學 巖石圈模型，其中b為無遠場作用力的初始響應，c為有遠場作用力時的響應。iiikm圖 11 地?！獛r石圈相互作用與動力地形發(fā)育的三維模擬(據(jù)Burov 和Gerya，2014)Fig.11 3D modelling of mantle-lithosphere interactions and dynamic topography(after Burov and Gerya，2014)

2.3 研究存在的問題

自板塊構造理論創(chuàng)立以來，全球板塊構造模擬和古地理重建一直是國際地學界研究的熱點。在以前寒武系為基底的地球板塊分布及顯生宙以來的板塊漂移歷史，顯生宙以來全球巖相古地理及古板塊位置，新元古代晚期(距今650iMa)以來全球古板塊、古地理和古氣候歷史重建等方面已較為成熟(圖 1至圖 9)。在古生代全球構造演化和古板塊重建、板塊及其邊界屬性、板塊運動分析及其相互作用(圖 2至圖 6)，中新生代以來全球洋、陸分布及其板塊運動學復原方面愈來愈精細(圖 7，圖 8)。特定區(qū)域的古板塊、古地理再造及其對礦產(chǎn)資源的控制研究方面日益深入(圖 9)。探究巖石圈板塊與地幔的相互作用的構造模型越來越多(圖 10)，對動力地形的影響越來越受到關注(圖 11)。

上述研究加深了對地球歷史、現(xiàn)今地球表面海洋、陸地、盆地、山脈形成演化及其礦產(chǎn)、能源、資源意義的認識和理解。雖然知識在逐步增加，但賴以重建的地質(zhì)、地球物理數(shù)據(jù)變化并不大。全球板塊構造與古地理重建的研究組還不多，他們關于板塊位置及古地理隨時間變化的看法有一致性嗎？這些研究組解釋的差異在什么地方？如何定量評判已經(jīng)知道的與不知道的？下列問題日益受到關注：

1)長期演化盆地的復原： 因沉積盆地易保存，沉積記錄反映了地質(zhì)歷史時期的巖相、沉積環(huán)境、古生態(tài)、古氣候、古地理格局。但中國的沉積盆地活動性強，后期改造明顯，沉積記錄間斷，對其進行解釋會有一定的片面性，需開展原型盆地復原。

2)造山帶的古地理恢復： 造山帶(物源區(qū))因隆升剝蝕，難以得到地質(zhì)歷史時期的古地理信息(圖 9中未能復原造山帶的古地形)。如： 高程分布，流域體系，古地貌，古氣候帶，地質(zhì)體分布，古構造屬性等。沉積物源綜合分析法(巖石學、古水流、碎屑鋯石年齡、地化等方法)，古高程計(氫、氧穩(wěn)定同位素法)，低溫熱年代學方法(AFT/ZR裂變徑跡法，ZR U-Th/He法)，多尺度構造平衡法(地殼、巖石圈尺度的構造平衡，復原斷層、地質(zhì)體在不同時期的位置)，地質(zhì)解析法(不同地質(zhì)體的構造屬性)等不同方法解釋的精度與綜合應用需要不斷加強。

3)源-匯體系的流域/搬運體系重建： 這是重建構造古地理格局的紐帶，在以前的重建圖中未見。例如陸—洋體系(控扇)、被動大陸邊緣體系、活動大陸邊緣體系、陸—湖體系(控砂)、斷陷湖盆體系、拗陷湖盆體系等的復原。

4)山(高地)—流域(渠)—盆(低地)完整的構造古地理系統(tǒng)復原： 重建地質(zhì)歷史時期的構造古地理系統(tǒng)，復原其演變過程，是地球科學的首要任務。

5)全球尺度的精細活動論構造古地理重建： 目前已出版的構造巖相古地理圖多局限于某些地區(qū)、國家或區(qū)域，全球范圍的構造巖相古地理研究仍較缺乏；全球尺度的構造巖相古地理恢復、古地理單元劃分較粗略，多為示意性描繪海陸分布，或是針對某些地質(zhì)歷史時期，尚未實現(xiàn)全球無縫化、精細化和系統(tǒng)性的編圖；所編圖件大多局限于現(xiàn)今構造位置，還不是活動論的圖件。

6)應用構造古地理編圖： 目前沒有涵蓋全球所有含油氣盆地等基本構造單元的、系統(tǒng)展現(xiàn)前寒武紀以來各個地質(zhì)時期關鍵節(jié)點的巖相古地理精細編圖(張光亞等，2019a，2019b)；對全球古位置巖相古地理演化認識概念性、探討性多，“活動性”體現(xiàn)不充分；對全球構造巖相古地理演化及其對礦產(chǎn)資源、能源分布控制作用認識欠深入。

3 活動論構造古地理研究內(nèi)容、思路與方法

3.1 活動論構造歷史觀

一個自然系統(tǒng)的基本屬性包括： 為一個沒有清晰邊界的開放系統(tǒng)；不能精確刻畫；初始條件不能同時被測定；能量和物質(zhì)持續(xù)流動，物理和化學特性非常量、非均一；向一個方向運動時引起抗衡運動的“反饋”機制；通常具有“混沌”特性；影響計算和預測的能力。地球是一個動態(tài)復雜系統(tǒng)，表現(xiàn)在： 地球作為一個系統(tǒng)，地球的所有部分都在運動；地球的每一個組成部分都卷入循環(huán)，這些循環(huán)是相互聯(lián)系的，并相互反饋；在短時間尺度，創(chuàng)立一個遠離平衡的穩(wěn)定狀態(tài)。在更長的(數(shù)千萬年)時間尺度上，地球系統(tǒng)在進化；地球既與太陽系有關，也與地質(zhì)和生物系統(tǒng)有關；地球有一個起源的時間，并最終會結束。

從地球這一行星系統(tǒng)出發(fā)來理解其構造性質(zhì)，主要有以下4點：

1)活動論構造觀： 地球為一從內(nèi)核到外層空間多圈層耦合的地球系統(tǒng)，地球不同圈層處于運動之中。地球表層的巖石圈板塊處于運動之中，即板塊構造(觀)；地球深部與淺表之間物質(zhì)不斷交換，存在深俯沖與地幔柱，二者構成全地幔尺度的威爾遜旋回。同時，還需要從宇宙的時、空四維視野觀察理解探索太陽系行星系統(tǒng)中的行星地球的實質(zhì)與規(guī)律。

2)演化論： 太陽的壽命大約100×108ia，年齡約50×108ia；地球的年齡46×108ia，地球誕生后8×108ia才出現(xiàn)最簡單的生命。地球的歷史在不斷遞進發(fā)展。45.5×108ia以來，地球分異演化，形成各個圈層；圈層由低級向高級不斷演替與發(fā)展。

3)階段論： 地球的演化是分階段進行的。演化過程劃分為一系列階段： 太古宙、元古宙、古生代、中生代、新生代；不同階段的“過程”、“實質(zhì)”根本不同，表現(xiàn)為間斷與連續(xù)。

4)轉化論： 不同演化階段之間發(fā)生轉換。不同“質(zhì)”的階段之間實現(xiàn)時—空變換、過程轉換；運動體制的變換、變革是實現(xiàn)轉換的基本方式，“災變”、“突變”與“漸變”相間隔。

新的構造觀的哲學基礎是“活動論構造歷史觀”，即地球是活動的、不斷演變發(fā)展的，發(fā)展是分階段的遞進演變，不同階段之間發(fā)生“變革”轉換，實現(xiàn)“時代”更迭。新的地球構造觀是構建統(tǒng)一整體行星地球系統(tǒng)如何運作的大地構造觀及其理論體系，地球流變學和深部地質(zhì)與深部構造及其動力學是其重要基礎。流變學是時空所有尺度上控制變形運作的地球物質(zhì)基本屬性。

3.2 活動論構造古地理的概念

構造古地理是地球演化史、生物演化史、氣候演化史重建的基礎；是油氣、煤、鹽類、水資源、金屬礦產(chǎn)等勘查的重要依據(jù)。板塊構造理論對地質(zhì)科學的許多領域產(chǎn)生了革命性的影響，也催生了活動論古地理(孫樞，2005b)?；诨顒诱摌嬙臁獨v史觀，活動論構造古地理的涵義在于： (1)地球表層的地貌形態(tài)、地理格局，如山川、江河湖海，是構造、氣候、水動力、生物等因素作用的綜合體現(xiàn)。(2)構造—地貌/地理單元有明顯的時—空屬性，隨著時間，隨著構造、氣候、沉積、深部等的背景(環(huán)境)變化而逐漸演變。(3)盆—山格局、盆內(nèi)隆—坳(凹)格局是構造—地貌(地理)的基本表現(xiàn)形式。(4)沉積盆地的形成、演化最直觀地體現(xiàn)為構造古地理(貌)的演變與發(fā)展。(5)構造古地理格局的繼承、變遷、更迭與改造，控制了沉積盆地的發(fā)生、演化、能源與資源礦產(chǎn)的分布。

活動論構造古地理概念下的沉積盆地(圖 12)，其屬性為： (1)沉積盆地、克拉通、造山帶是巖石圈的基本構造單元。造山帶與沉積盆地相互獨立，存在物質(zhì)、能量交換，在地質(zhì)歷史時期又相互轉換。(2)巖石圈板塊的水平運動、深部地幔的作用是沉積盆地形成的根本因素。(3)隆起區(qū)(造山帶、地盾等)—物源區(qū)的風化剝蝕、(河流、風、冰川等的)搬運、沉積區(qū)的堆積充填等外動力地質(zhì)作用，與盆地區(qū)沉降、隆起區(qū)的均衡隆升等內(nèi)動力地質(zhì)作用構成(軟流圈層之上)巖石圈尺度的循環(huán)(Matenco and Andriessen，2013)，為地球表層的構造圈相互作用的基本機制。(4)構造圈的內(nèi)、外動力的互饋地質(zhì)作用是沉積盆地演化的基本原因。

圖 12 活動論構造古地理的研究內(nèi)容與技術方法Fig.12 Study content and technique methods for mobile tectono-palaeogeography

3.3 活動論構造古地理的研究內(nèi)容

將克拉通與造山帶相結合的早期的古地理研究，是一種區(qū)域古地理研究?；顒诱摴诺乩硌芯渴前殉练e盆地、克拉通與造山帶這3個巖石圈的基本單元相結合，考察它們隨時間的演變，從而是一種演化的構造古地理概念。孫樞(2005b)曾強調(diào)指出中國的活動論古地理研究要進入造山帶，區(qū)域研究要把克拉通和造山帶結合起來。

自然地理特征包括海洋、陸地的分布特征，大陸塊體的輪廓和緯度，地形(隆升剝蝕區(qū)和沉降沉積區(qū))的分布及氣候、生物等信息。常見的地理單元如隆起剝蝕區(qū)、沖積區(qū)、湖泊區(qū)、濱海區(qū)、淺海區(qū)、濱淺海+鹽沼、三角洲、島弧、半深?！詈^(qū)、海底扇等單元。古地理是研究地質(zhì)歷史時期自然地理特征的科學，如洋、陸格局與大陸運動軌跡，盆、山分布及其轉換，以及資源分布特點。主要有3個研究內(nèi)容(圖 12): (1)山脈： 地質(zhì)歷史時期的山脈主要是物源區(qū)，研究的方法包括地勢分析與高程分析。需要注意的是，山脈形成之前可以是不同類型的盆地，如被動大陸邊緣盆地、弧前、弧后、大洋盆地等，甚至可以是陸內(nèi)裂谷盆地或克拉通內(nèi)坳陷盆地。山脈的變形過程及其對盆地的作用也是研究的重要內(nèi)容。(2)盆地： 地質(zhì)歷史時期的盆地主要是沉積區(qū)。研究的方法包括水深分析、沉積物分散方式、沉降分析等，盆地分析的方法較為完善。同樣需要注意的是，盆地形成之前可以是不同類型的造山帶，造山帶的伸展垮塌是形成盆地的一種主要方式，眾多的克拉通盆地位于早期的造山帶之上，沉積蓋層底部的區(qū)域不整合面之下常為高級變質(zhì)巖系或結晶巖系，指示了長期的克拉通化過程。(3)流域： 地質(zhì)歷史時期的流域主要是搬運體系，研究的方法包括巖相、古生態(tài)、沉積體系分析?；跉夂?、剝蝕、沉積、水動力等互饋機制建立了流域體系的演化模型。

構造古地理研究則是在此基礎上揭示古地理單元的構造屬性與演變歷史(圖 12)，包括： (1)古地理構造單元劃分： 依據(jù)地質(zhì)屬性劃分上述地理單元的地質(zhì)結構單元，如依據(jù)斷裂帶、隆起帶、最大海侵邊界、海泛面等，厘定構造單元之間的邊界并對其進行幾何學與運動學解析，考察它們隨時間的變化特點。(2)古地理單元的構造屬性： 依據(jù)構造應力場厘定古地理單元是處于擠壓、拉張、走滑應力環(huán)境，例如造山帶有擠壓、拉張或走滑環(huán)境，這些環(huán)境在不同地質(zhì)時期發(fā)生演化、轉換，如造山后出現(xiàn)伸展垮塌。被動大陸邊緣盆地可以形成重力構造系統(tǒng)，前緣擠壓、后緣伸展、中間出現(xiàn)泥巖或巖鹽層的連鎖。還需厘定它們所處的熱構造環(huán)境，如高、中、低地溫場。地幔柱上升區(qū)常形成熱構造穹窿；下降區(qū)形成冷點，形成坳陷盆地。(3)古地理單元的構造演化： 建立古地理單元的演化序列，如伸展—擠壓、擠壓—拗陷—伸展、擠壓—走滑—伸展等不同動力學演變方式；考察古地理單元物質(zhì)構成上的疊加，或空間界面上的復合與疊加，區(qū)域性不整合面常是不同期古地理單元的疊加界面。建立構造演化模式，提出古地理單元的演化框架、演化模型，如建立造山帶的演化模型、盆地的成因模型；從4D角度建立不同尺度的(板塊、區(qū)域、盆地、構造帶/單元等級次)構造古地理演化模式。

構造古地理圖是表述上述概念的關鍵圖件，不同時間節(jié)點的構造古地理圖是基于活動論構造古地理思想表述古地理演化的最高方式(李思田，2006)。

古地理圖是某個時期某個范圍內(nèi)各種地質(zhì)地理現(xiàn)象特征的具體體現(xiàn)(劉鴻允，1955；劉寶珺和曾允孚，1985；馮增昭，2016)?；诘貙印r相、生物、構造等資料重建古地理圖(板塊構造重建)，探討古地理演化中的構造作用過程、隆升—剝蝕與沉降—沉積過程、古海洋、古氣候與古生態(tài)演變，進而揭示礦產(chǎn)資源分布的控制因素，例如含油氣系統(tǒng)的烴源巖、儲集巖發(fā)育的氣候、地貌、水體等控制因素。

3.4 活動論構造古地理的研究思路與方法

關于活動論構造古地理的研究方法已有大量探索，例如：

1)Sun等(1991)論述了中國的印支造山帶與東特提斯洋的消亡之間的時空關系，是中國早期關于特提斯構造域大地構造演化研究的重要成果；孫樞等(1998)指出盆地動態(tài)演化研究的必要性，并強調(diào)沉積盆地、造山帶古地理研究要緊密結合(孫樞，2005a)；近來強調(diào)“深時”研究的重要性(孫樞和王成善，2009)，“深時”是指地球從46億年前形成之初演化到260萬年前第四紀開始的漫長地質(zhì)歷史時期，深時地球經(jīng)歷了冰室氣候和溫室氣候的交替，深時古地理概念的提出豐富了活動論古地理的內(nèi)涵。

2)吳根耀(2003)提出了造山帶古地理學的研究思路與方法。在吳根耀(2005)提出的盆地分析中“原地的古地理重建與非原地的古地理重建相結合且以后者為主”的原則基礎上，對造山帶地區(qū)或經(jīng)受過造山運動改造的地區(qū)開展古地理研究，盡可能客觀地復原地史期間的海陸面貌和盆、山格局，來重建區(qū)域的構造古地理演化。其關鍵是給定時間約束后，在現(xiàn)存區(qū)域地質(zhì)記錄的蛛絲馬跡中尋找“消失”了的構造古地理單元，發(fā)現(xiàn)后期“出現(xiàn)”的構造古地理單元，厘定斷裂活動對古地理重建的制約。大陸地塊的解體、沉沒、俯沖、剝蝕、沖斷—推(滑)覆作用、地體增生、走滑作用、碎裂和被卷入年輕造山帶等都可能導致古地理單元的變形與變位。

3)王成善等(2010)以青藏特提斯為例提出了活動古地理重建的思路和基本研究內(nèi)容。具體思路是： 在古地理重建數(shù)據(jù)庫和古地理重建模擬系統(tǒng)開發(fā)的基礎上，依據(jù)古地磁學運動軌跡研究古大陸位置，結合古構造和古生物對青藏高原喜馬拉雅(印度北緣)、拉薩、東和西羌塘地體的古大陸位置進行復位；利用深部地球物理、地表地質(zhì)斷裂證據(jù)，借助生物古地理資料，對古大陸和盆地的邊界、規(guī)模予以限制；利用變形縮短率、構造平衡剖面恢復技術等對原型盆地進行復原；在沉積和生物環(huán)境識別劃分基礎上，編繪基于古大陸重建的巖相和生物古地理圖；進一步通過沉積學、沉積地球化學、古生物有關方法和技術，對古海洋海水參數(shù)特征、海洋氣候參數(shù)進行分析研究，探討古地理和古構造格局控制下的古海洋、古氣候條件與盆地、儲集巖和烴源巖的形成環(huán)境。強調(diào)古地理重建是現(xiàn)代地質(zhì)科學的集成，是一項復雜的系統(tǒng)工程。這一學術思路突出表現(xiàn)在他領導的正在世界范圍開展的全球古地理重建項目中。

4)何登發(fā)等(2015a)基于盆、山結合思路提出了活動論古地理重建的技術方法。在古地理研究基礎上，依據(jù)古地磁學運動軌跡恢復古大陸位置，對原型盆地進行復原，編制基于古大陸重建的巖相和生物古地理圖，進一步通過沉積學、沉積地球化學、古生物有關方法和技術，對古海洋海水參數(shù)、氣候參數(shù)進行分析研究，動態(tài)探討古地理演化及其控制下的古海洋、古氣候條件與生、儲、蓋的關系。應用這一方法，復原了四川盆地及周緣不同地質(zhì)時期的構造一古地理環(huán)境，揭示了古地理環(huán)境的巨大變遷。

5)劉少峰和王成善(2016)提出了板塊構造古地理重建思路、內(nèi)容和方法。將全球板塊構造古地理模型與基于物理特性的地幔和巖石圈有限元模型相結合，將動力地形與地?；顒舆^程研究相結合，指出古地理重建和地球動力學研究中應遵循的“定時、定位、定向和定型”的原則。

6)張光亞等(2019a，2019b)探討了全球巖相古地理圖的編制方法?；谌?981個地質(zhì)單元前寒武紀以來各地質(zhì)時期(紀或世)的巖相古地理等地質(zhì)特征分析，系統(tǒng)編制全球現(xiàn)今地理位置13個紀或世關鍵時間點的巖相古地理圖，結合古板塊恢復成果實現(xiàn)古構造位置下的原型盆地和巖相古地理恢復。

基于上述基礎，以及長期在塔里木、四川、鄂爾多斯等盆地及秦嶺、天山等造山帶的研究實踐，我們提出了活動論構造古地理研究的5個基本步驟，簡稱為“五定原則”： 確定構造古地理單元的邊界(定界、定塊)；確定構造古地理單元的屬性(定時、定性)；確定構造古地理單元的組成(定貌、定相)；確定構造古地理單元的結構(定位、定向)；確定構造古地理單元的演變(定帶、定型)。

3.4.1 確定構造古地理單元的邊界

確定構造古地理單元首先需要定界與定塊。構造古地理單元以不同性質(zhì)、不同規(guī)模的構造帶為邊界，具有不同的構造屬性、不同基底物質(zhì)組成、不同構造演化歷史。其邊界與規(guī)模的確定是開展構造古地理重建的基礎。

構造古地理單元具有不同的級次，如板塊、微板塊、地塊及微地塊、地體等。板塊邊界具不同類型，有俯沖帶、縫合帶、洋中脊、轉換斷層、其他類型斷層等。構造邊界具有級次性。板塊、微板塊的邊界為縫合線、韌性剪切帶等(圖 8)；地塊、微地塊的邊界為斷裂帶、地殼變化帶、洋陸過渡帶。

構造古地理單元的邊界具有復合與演化性質(zhì)。在橫向上多條邊界相連與復合(圖 8)；構造古地理單元的邊界發(fā)生隨時間演變，包括斷裂帶的構造反轉，板塊邊界性質(zhì)的轉換，如由拉張演變?yōu)閿D壓。

現(xiàn)代板塊構造重建采用連續(xù)閉合板塊多邊形理論，通過建立全球絕對坐標系統(tǒng)，模擬和表達板塊形態(tài)、大小變化和位置變化。

板塊邊界的位置和演化依據(jù)現(xiàn)今發(fā)育的板塊邊界、島弧、巖漿弧、縫合帶和主要斷層的位置及其隨時間變化的地質(zhì)證據(jù)確定。板塊、陸塊或地塊在地質(zhì)歷史時期以不同的、相互獨立的和不斷運動的構造邊界圍限，它們的形狀、大小乃至邊界的構造屬性均在不斷發(fā)生變化。為了重建和描述板塊或陸塊這種變化，Gurnis等(2012)提出一種構建“連續(xù)閉合的板塊多邊形”的方法揭示板塊的動態(tài)變化，采用一系列板塊邊界構建板塊多邊形，確定不同板塊邊界的歐拉旋轉極，多邊形隨時間演化并保持閉合。描述板塊邊界運動的歐拉極可用GPlates軟件中板塊構造重建模型模擬獲得。每一板塊邊界具有一組特定功能屬性，如俯沖帶邊界包括了俯沖極性、俯沖角度、活動時間等。Seton等(2012)和Müller等(2016)基于板塊運動模型構建了全球200iMa和230iMa以來的動態(tài)的閉合板塊多邊形，從而精細地重建了全球板塊構造演化。

確定連續(xù)閉合的板塊多變形的幾何形態(tài)與規(guī)模，賦以地質(zhì)信息，達到定“塊”的目的。

3.4.2 確定構造古地理單元的屬性

確定構造古地理單元需要明確其存在的時間(定時)與性質(zhì)(定性)。

建立精細的構造古地理單元賦存的時間格架是正確恢復構造古地理單元位置及其演化的關鍵?；谏锏貙訉W、同位素地質(zhì)年代學，對構造古地理單元的邊界及其內(nèi)部的地質(zhì)體進行時代判定與測年，目前已經(jīng)是較為成熟的方法。依據(jù)區(qū)域不整合面的分布、時限等劃分構造旋回，包括巨旋回、超旋回、旋回等，厘定構造古地理單元發(fā)育的時限，具體經(jīng)歷了哪幾個構造演化階段，經(jīng)歷的構造發(fā)展期次，是對構造古地理單元進行“定時”的關鍵。以沉積盆地而言，盆地演化階段、幕次可以根據(jù)盆地內(nèi)部不整合面、巖漿活動、同構造沉積、構造沉降等進行綜合分析確定。

厘定不同時間/階段之下構造古地理單元(板塊、地塊、地體等)的構造性質(zhì)(定性)，是建立地質(zhì)歷史時期相應構造古地理單元演化序列的基礎。確定上述連續(xù)閉合的多邊形“構造板塊”的地質(zhì)屬性需要多種地質(zhì)資料的融合分析。構造體制有擠壓、伸展、走滑等不同；應力環(huán)境多變，構造古地理單元的構造應力場從邊緣到內(nèi)部存在變化，例如從擠壓到走滑到伸展，發(fā)生應力狀態(tài)的變化；熱體制有熱、溫、冷等不同，受巖石圈厚度及大地構造位置制約。大地構造部位有板內(nèi)、板緣、板間等變化，構造背景有裂谷、坳拉槽、海溝、俯沖帶、克拉通內(nèi)、前陸等不同。這一步的難點是確定不同時限的構造古地理單元性質(zhì)，它們以區(qū)域不整合面為界，構造屬性常常發(fā)生轉換，例如被動大陸邊緣轉為前陸環(huán)境，擠壓造山帶轉為造山后伸展等。

由于在地質(zhì)歷史時期構造古地理單元之間可以發(fā)生復合，例如幾個地體聯(lián)合成一個較大的地體，地體增生于地塊或板塊邊緣，地體沿走滑斷層大規(guī)?；疲煌团璧卦跈M向上聯(lián)合形成一個大型盆地等等，這時對構造古地理單元的“定性”也需要及時改變。

3.4.3 確定構造古地理單元的組成

在確定了構造古地理單元的邊界、性質(zhì)之后，需要進一步厘定構造古地理單元的次級組成單元(構造單元劃分)、物質(zhì)組成(巖相、生物相)、各單元的以及整體的外部形態(tài)(古地貌、古地形)等，即定相、定貌。

構造古地理單元的內(nèi)部結構劃分依據(jù)主要斷裂帶、地層尖滅帶、巖相變化帶、最大洪泛面、古隆起等綜合進行劃分。視強調(diào)的重點，有時需要進行取舍。例如盆地的構造單元劃分，需要考慮不同地質(zhì)時期的關鍵事件、地層分布、構造變形分布、巖漿巖的發(fā)育情況等進行厘定。全球海平面變化周期是一重要參考依據(jù)，全球海平面高位期(如Ediacaran階、Stage 4階、Termadocian階、Aeronian階、Givetian階、Tournaisian階、Roadian階、Norian階、Bathonian階、Aptian階、Turonian階、Bartonian階、Langhian階)與低位期的厘定對陸、海分布，盆地層序及體系域分布有參考意義。

構造古地理單元的物質(zhì)組成為巖相及賦存于巖石中的生物相。沉積巖、巖漿巖、變質(zhì)巖的巖相劃分已有成熟方法。巖相組合是常用的表達方式，如張光亞等(2019a，2019b)在全球巖相古地理編圖中，將巖相組合歸并為22種。

構造古地理單元的地形地貌是特定時期內(nèi)、外動力的綜合效應。目前主要依據(jù)中低溫熱年代學、碳氧同位素等古高程分析、地殼厚度分析、沉積環(huán)境分析等確定古地形。

應用中、低溫熱年代學分析，碳團簇同位素，氫、氧同位素分析等古海拔高程校正技術，可探索典型山脈—盆地系統(tǒng)的剝露—埋藏史和典型山脈或區(qū)域的隆升過程及可能的古高程。如對青藏高原的隆升時期、古高程的分析，應用同位素古高程計得到的結果已較為精準。

根據(jù)均衡原理據(jù)地殼厚度變化可以恢復地形。大陸構造的變化主要表現(xiàn)在陸殼的水平運動和垂直運動上，水平運動主要體現(xiàn)在塊體的位移、走滑和旋轉上，垂直運動主要體現(xiàn)在地殼厚度的變化上。地殼厚度與地表地勢之間存在一定的對應關系，按照地殼均衡原理，地殼厚則地勢高，地殼薄則地勢低?，F(xiàn)今的中國地勢，渤海等淺海平臺地殼厚度大多小于30ikm，華北平原地殼厚度在30～40ikm之間，太行山以西地殼厚度大于40ikm，青藏高原地殼厚度大于50ikm。地殼加厚形成的高原和山脈，對氣候、生物、環(huán)境會產(chǎn)生明顯的影響。如晚中生代的中國東部高原對于東亞地區(qū)晚侏羅世—早白堊世的氣候、環(huán)境施加影響(張旗等，2007)；晚侏羅世—早白堊世，中國東部存在南北氣候的分野，北部為溫濕環(huán)境，發(fā)育熱河生物群，盛產(chǎn)煤和石油；南部為干熱環(huán)境，發(fā)育建德生物群，局部出現(xiàn)沙漠化(張旗等，2007)。地勢高低對各種金屬和非金屬礦產(chǎn)的賦存有指示意義，厚地殼和薄地殼產(chǎn)出的礦產(chǎn)不同，厚地殼出現(xiàn)金、銅礦，薄地殼出現(xiàn)鎢錫、鈾、鉛鋅礦及石油和煤等。地勢從高到低為山脈和高原、地脈和山地、平原和丘陵和海臺四級。張旗等(2013)據(jù)此提出了不同地勢單元的判別標志。

古地勢圖主要恢復古代地勢分布，高地指示地殼加厚，而低地表明地殼為正常厚度或減薄區(qū)。張旗等(2013)根據(jù)不同類型花崗巖、金銅鎢錫等礦床及古地理圖資料編制完成了中國三疊紀地勢圖(圖 13)，三疊紀中國可能存在5個高地，即華北高原、北山山脈、羌塘—秦嶺山脈、龍門山山脈和湖南山地；三疊紀的東北、北疆、華北和華南則為低地。上述山脈(地脈、山地)主要發(fā)育在晚三疊世，是陸塊擠壓碰撞的產(chǎn)物。這與目前對三疊紀構造古地理的認識非常吻合，晚三疊世是中國大陸拼合的最重要時期。

地質(zhì)學綜合分析古地形的進展表現(xiàn)在：區(qū)域性或全球性的古地形重建主要還是通過沉積學、古生物學、構造地質(zhì)學等古沉積環(huán)境、構造環(huán)境分析對古地形進行恢復。不同沉積環(huán)境的巖相和巖石類型反映的古地形和古水深不同(Scotese，2009；劉少峰和王成善，2016)。開展前述的巖相地質(zhì)填圖可以約束相應的古高程、古水深(表 1)。在盆地分析中，以地震資料為基礎的古地貌恢復研究，即“地震古地貌學”，已成為沉積地質(zhì)和盆地分析領域的一個新方法。盆地地貌演變是對區(qū)域構造背景、盆地的構造格局及其演化的響應。

表 1 不同古地理環(huán)境的海拔高程范圍 (據(jù)Scotese， 2009； 劉少峰和王成善， 2016)Table1 Elevation ranges of different palaeogeography environments(after Scotese， 2009； Liu and Wang， 2016)

近年來，提出了沉積通量模型恢復物源區(qū)古地勢的方法。在地質(zhì)時間框架下，古流域最大地勢高度R可通過BQART模型進行估計(Syvitski and Milliman，2007)。沉積通量Qs可通過對沉積體積進行等時約束獲得(Whitchurchetal.， 2011)。河水流量Q可通過水力學方法獲得(Bhattacharyaetal.， 2016)，也可根據(jù)地貌學經(jīng)驗公式由流域面積A直接計算(Syvitski and Milliman，2007)。流域面積A可通過古地理重建(Gallowayetal.， 2011)、流域地貌比例關系(Hovius，1996)、古水力學參數(shù)比例關系(Davidson and North，2009)等方法獲得，古溫度T可通過古生物或氧同位素等方法獲得(Chenetal.， 2013)。

根據(jù)上述方法，厘定了構造古地理單元不同部位在相應時間間隔的古地形、古水深，可以建立“古數(shù)字高程模型”，重建后的數(shù)字高程和水深數(shù)據(jù)的每一個高程網(wǎng)格可利用全球板塊模型旋轉回至其在地質(zhì)歷史時期相應的位置。

3.4.4 確定構造古地理單元的結構狀態(tài)

在確定了構造古地理單元的組成之后，可以厘定它們在空間結構上的保存狀態(tài)，即定位與定向。

定位是指構造古地理單元的各個組成單元的空間展布。大的尺度，如造山帶與沉積盆地分布；中等尺度，如地盾、隆起與坳陷的格局；小的尺度，如凸起與凹陷、洼陷的分布狀態(tài)。如在東南亞地區(qū)，島弧、弧后洋盆組成復雜的多島洋(海)格局，表現(xiàn)為一種復雜的鑲嵌圖案；而在西太平洋地區(qū)，弧后盆地因俯沖帶后撤，呈帶狀展布。在中亞增生造山區(qū)(帶)，多島洋格局較為常見，它們在后期被強烈改造。在造山帶，因不同時期作用力方向的變化，各個構造帶可以呈雁列狀、弧形，甚至大角度斜向疊加或正交疊加，背斜、向斜相交分布；如在川東地區(qū)出現(xiàn)“寬向斜、窄背斜”的隔檔式褶皺帶，而在湘鄂西地區(qū)出現(xiàn)“寬背斜、窄向斜”隔槽式褶皺區(qū)，二者以齊耀山為界有序分布。在盆地內(nèi)部，隆—凹格局是構造古地理單元的基本表現(xiàn)形式，可以出現(xiàn)“一列隆起、一列坳陷”相間的帶狀組合，或出現(xiàn)中部“穹窿狀”隆起、四周環(huán)繞坳陷的環(huán)帶狀組合，也可能不同時代隆起疊加形成的“L”型組合(如鄂爾多斯盆地中央古隆起)，還可以出現(xiàn)“棋盤狀”復雜的鑲嵌構造格局(如準噶爾盆地東部隆起)(何登發(fā)等，2005)?！岸ㄎ弧笔且罁?jù)不同次級構造單元的接觸方式(如推覆、沖斷、正斷層、走滑斷層等)、巖相變化等綜合厘定其最終“保存定位”方式。

定向是厘定“各構造和古地理要素的原始走向和傾向”。由于后期構造強烈，這一步驟在保存較好的沉積盆地中容易開展；但在造山帶尺度，由于山系可以大幅度逆沖、旋轉，通常較難確定地質(zhì)時期的構造走向，需要開展精細的構造解析與古地磁學研究。如準噶爾盆地西北緣的扎伊爾山，是在眾多呈NW向的山脈中，唯一1條NE走向的山脈，其成因已有多種模式，但非均一逆沖與大幅度旋轉已經(jīng)被證實(何登發(fā)等，2018)，其與哈薩克斯坦山彎構造的關系有待進一步厘定。對北美西部圣安德列斯走滑斷裂體系，其盆—山面貌與構造走向明顯存在大規(guī)模的旋轉、移位。不同時期盆地原型的方位可以出現(xiàn)較大變化，如酒泉盆地，晚白堊世斷陷呈NNE向，控制了烴源巖的分布；而新近紀—第四紀前陸盆地呈NWW向，前陸斷層相關褶皺背斜帶控制了圈閉發(fā)育；顯然，不同期的構造古地理單元面貌與方位截然不同。精細的盆地分析與構造解析是“定向”分析的關鍵。

3.4.5 確定構造古地理單元的演變過程

復原構造古地理單元的演化過程，厘定其演化的最終狀態(tài)，包括定帶與定型研究。

構造古地理單元的演化過程，大到板塊構造模擬，小到造山帶、沉積盆地的演化，更小到凹陷、背斜與向斜的形成過程。應用平衡地質(zhì)剖面方法可以復原盆地乃至造山帶尺度的演化過程；應用盆地模擬方法可以復原盆地3D空間的演化，包括其體積的變化。

圖 13 中國三疊紀古地勢圖(據(jù)張旗等，2013)Fig.13 Triassic palaeotopographic map of China(after Zhang et al.， 2013)

定帶是確定構造古地理單元的氣候、流域分帶，在烴源巖分布、資源預測中較為實用。在不同層系巖相古地理復原圖上可以疊加古氣候分帶。古氣候帶的界線可以根據(jù)板塊構造復原圖的古緯度、具有氣候指示意義的巖相組合(如冰磧巖指示寒帶、蒸發(fā)巖指示干旱帶)，綜合分析前人研究成果和全球不同地質(zhì)時期古氣候研究成果予以厘定(張光亞等，2019a，2019b)。特殊巖性如微生物巖對地質(zhì)歷史轉折期的古海洋、古氣候恢復常有重要意義。典型盆地的關鍵層段目前已開展了大量的古氣候研究，例如松遼盆地嫩江組沉積過程中的古環(huán)境、古氣候已通過沉積學、古生物學、穩(wěn)定同位素和有機地球化學等方法進行了重建，秦健銘等(2019)利用沉積物元素地球化學特征和τNa-MAT 轉換方程重建古溫度的方法恢復了松遼盆地LD6-7井嫩江組一段和二段沉積時期的陸表古溫度為14.2i℃，為溫室—亞熱帶氣候，表明元素地球化學方法也是一種行之有效的方法。

定型是指構造古地理單元遭受改造后的最終狀態(tài)。對于大型克拉通而言，其沉積末期的狀態(tài)基本就是定型狀態(tài)，后期改造微弱，即使有改造也只發(fā)生在邊界部位，如北美克拉通，內(nèi)陸地區(qū)后期構造影響較小。但對于歐亞大陸南部或東亞地區(qū)，后期改造異常強烈，大陸定型期晚，“定型”分析就顯得非常必要。例如，青藏高原在晚新生代形成，由于其向周緣的逐漸擴展，環(huán)繞其形成了一系列前陸、側陸盆地，構成了環(huán)繞其分布的巨型盆—山系統(tǒng)，這些盆—山系統(tǒng)定型于3iMa以來，現(xiàn)今仍在形成之中。其北緣塔里木、柴達木、河西走廊帶上新世以來急劇沉降，堆積了巨厚沉積物；其東北緣與東南緣的鄂爾多斯、四川盆地則處于隆升剝蝕之中。又如在中亞增生造山帶形成了巨型的哈薩克斯坦、蒙古等山彎構造。

4 討論

4.1 活動論構造古地理框架下原型盆地分析

原型盆地的形成與后期改造研究是在油氣勘探實踐的基礎上提出來的。朱夏(1965，1983，1991)基于“兩種運動體制”的概念提出了原型盆地分析的系統(tǒng)方法(3T-4S-4M)。

原型盆地是相應于盆地發(fā)展的某一個階段(相當于一個構造層的形成時間)，有相對穩(wěn)定的大地構造環(huán)境(如構造背景與深部熱體制)，有某種占主導地位的沉降機制，有一套沉積充填組合，有一個確定的盆地邊界(何登發(fā)等，2004)?；顒诱摌嬙旃诺乩砜蚣芟碌脑团璧胤治鰪娬{(diào)： (1)整體觀： 認識盆地，要從盆地的整體構造-沉積格局出發(fā)，避免局部或片面認識；(2)動態(tài)觀： 不同地質(zhì)歷史時期的盆地，其成因、面貌、充填物質(zhì)等不同，認識不同時期的盆地，是把握盆地發(fā)展過程之必需；(3)過程觀： 不同地質(zhì)歷史時期的盆地，因運動體制(構造體制+熱體制≈邊界條件)變化，發(fā)生復合、疊加，形成了新結構類型的盆地。因此，“原型盆地分析”是以鉆井、地震、巖心、地質(zhì)露頭為資料基礎，以構造動力學分析為主線，結合沉積相、沉積充填史、構造演化史、地層殘留厚度等，應用構造學、沉積學、生態(tài)學、地震—沉積學等方法綜合探索其原始沉積面貌、形成機制及后期剝蝕改造過程。具體需要開展后期構造篩分；厘定古(大地)構造背景；恢復地層厚度(殘余、剝蝕、沉積厚度)，剖析沉積相、充填序列，復原原始的沉積建造；重建古地理、古氣候、古生態(tài)環(huán)境；解析構造變形，研究同構造沉積(生長地層)；揭示巖漿巖的深部背景；復原構造-沉積環(huán)境；分析原型盆地實體、復合與疊加過程。

關于原型盆地分析方法，可以簡化為3個方面： (1)復位： 原型盆地發(fā)育期的大地構造位置，包括板塊所在位置(古地磁法)，大地構造部位(板內(nèi)/板緣；陸內(nèi)/陸緣)；(2)復原： 恢復原型盆地的結構、充填序列，剖析其性質(zhì)；包括： 幾何形態(tài)(邊界，地貌/隆—坳)，充填物質(zhì)(相)，構造變形(斷裂/褶皺，結構變化)，和沉降機制(地溫體制，沉降范圍)；(3)復變: 即原型盆地的疊加、改造過程，包括疊加過程(改變或新生)與疊加結構(分層，分塊，分段，分帶)。

可將多旋回沉積盆地構造古地理與深層原型盆地分析的技術思路總結于 圖 14 中。

圖 14 多旋回沉積盆地構造古地理與 深層原型盆地分析思路Fig.14 Analytical thinking of tectono-palaeogeography and deep prototype basin of multicycle sedimentary basin

4.2 活動論構造古地理框架下源-匯系統(tǒng)分析

“源-匯”系統(tǒng)研究是目前國際研究熱點，是活動論構造古地理研究的一個重要方面，也是原型盆地分析的重要內(nèi)容，它們之間是內(nèi)在統(tǒng)一的。

源-匯系統(tǒng)是沉積物從物源區(qū)經(jīng)地表風化侵蝕形成到最終沉積在相鄰的沖積平原、大陸架和深海平原所經(jīng)過的一組相互聯(lián)系的地貌單元，包括沉積物從造山帶物源區(qū)經(jīng)沖積平原及淺海大陸架最終到達深海盆地的全部過程(MARGINS Office，2003)。源-匯系統(tǒng)古地理要素主要包括完整源-匯系統(tǒng)的分布范圍、沉積環(huán)境、地貌地勢、流域水系形態(tài)及其演化特征(徐長貴，2013；林暢松等，2015；邵龍義等，2019)。源-匯系統(tǒng)受巖石圈板塊運動與深部地幔動力學的聯(lián)合控制(圖 15)，構造地貌、古氣候變化和沉積作用影響其具體發(fā)育。因此，對其研究需要應用地球系統(tǒng)科學的整體分析思想。

圖 15 源-匯系統(tǒng)的深部控制(據(jù) Matenco and Andriessen，2013)Fig.15 Deep-control of source to sink systems (after Matenco and Andriessen，2013)

源-匯系統(tǒng)是從地貌演化角度、活動論古地理角度認識地質(zhì)歷史、破譯沉積記錄中的地貌演化與地史變遷信息(MARGINS Office，2003；Allen，2008)?！霸?匯”系統(tǒng)研究包含了盆—山耦合過程動力學、物源分析、沉積體系分散樣式等多個方面?！霸?匯”系統(tǒng)分析是在同位素年代學方法有效約束下，將物源區(qū)的構造、剝蝕作用和沉積物搬運方式，及最終沉積物堆積樣式作為完整的動力學系統(tǒng)，對控制該系統(tǒng)內(nèi)、外因相互作用及其產(chǎn)生結果開展綜合分析，以闡明“源-匯”系統(tǒng)不同要素相應發(fā)生的地質(zhì)事件。

表 2 洋陸邊緣源-匯系統(tǒng)空間分類與沉積盆地構造分類方案對比(據(jù)邵龍義等，2019)Table2 Spatial classification of source to sink systems and tectonics of sedimentary basins between land and ocean(after Shao et al.， 2019)

目前關注并熱烈開展的“深時”古地理重建的關鍵，就是利用源-匯系統(tǒng)各要素之間的內(nèi)在聯(lián)系恢復未保存下來的源-匯系統(tǒng)要素(邵龍義等，2019)。根據(jù)地球科學中“將今論古”的思想，可認為源-匯系統(tǒng)中各地貌要素、古水力學參數(shù)及沉積物分配等比例關系在不同時空尺度具有普遍適用性，從而能夠根據(jù)保存下來的地層記錄重建古代的流域面貌。

物源區(qū)母巖組成分析與沉積區(qū)物質(zhì)分散及沉積響應分析是源-匯系統(tǒng)研究的2個基礎?，F(xiàn)代先進的實驗技術(如鋯石U-Pb)測年方法的發(fā)展為其精準研究提供了時間約束。目前對大陸內(nèi)部湖泊、大陸邊緣、洋—陸邊緣等初步建立了源-匯系統(tǒng)的分析框架，并將其空間分類與沉積盆地構造分類相聯(lián)系(表 2)。

統(tǒng)一的源-匯系統(tǒng)概念結合了山鏈的剝蝕與剝露、 搬運、過去與現(xiàn)今沉積區(qū)的沉積作用。這些過程受到巖石圈板塊運動及深部地幔動力學的影響?？刂茀?shù)之間的內(nèi)在相互作用只能通過對整個系統(tǒng)的綜合研究得到。

4.3 活動論構造古地理框架下能源與資源分布預測

構造古地理格局控制烴源巖、儲集層、蓋層的發(fā)育及油氣富集(Klemme and Ulmishek,1991;何登發(fā)等，2015b;張光亞等，2019a,2019b)。全球不同層系烴源巖形成的油氣所占比例具有明顯的差異(圖 16)，分別為前寒武系占0.6%、寒武系占1.0%、奧陶系占1.9%、志留系占2.5%、泥盆系占2.0%、石炭系占9.4%、二疊系占2.5%、三疊系占5.0%、侏羅系占15.8%、白堊系占32.8%、古近系占15.8%、新近系占10.7%。白堊系是全球最主要的烴源巖層系，其次是侏羅系和古近系，這與超大陸裂解、海平面上升、廣泛海侵有關。

全球油氣儲集層的沉積相類型有較大變化(圖 16)，淺海相儲集層控制儲量占全球油氣可采儲量的59.9%，河流相占13.4%，三角洲相占11.1%、半深海—深海相占10.3%。淺海相儲集層主要分布于上二疊統(tǒng)、上侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)、上白堊統(tǒng)、漸新統(tǒng)和中新統(tǒng)。河流相儲集層主要分布在下白堊統(tǒng)、中新統(tǒng)。三角洲相儲集層主要分布于中新統(tǒng)、漸新統(tǒng)。半深?！詈Ｏ鄡瘜又饕植加谥行陆y(tǒng)、上侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)。

全球泥頁巖為蓋層的油氣藏數(shù)量及油氣儲量最多，侏羅系、白堊系、古近系和新近系油氣藏絕大多數(shù)為泥頁巖蓋層。碳酸鹽巖蓋層的油氣藏總數(shù)次之，主要分布于上泥盆統(tǒng)—石炭系、白堊系和古近系及新近系；蒸發(fā)巖蓋層分布較少，主要發(fā)育于上二疊統(tǒng)—上侏羅統(tǒng)以及中新統(tǒng)，蒸發(fā)巖特別是鹽巖蓋層控油氣的能力最強，古大陸形成及裂解早期階段蒸發(fā)鹽巖蓋層較發(fā)育(圖 16)。

圖 16 與不同層系生儲蓋層相關的儲量分布圖(地質(zhì)年代據(jù)ISC)(據(jù)張光亞等，2019b)Fig.16 Reserves distribution by the age of the different source，reservoir， and cap rocks(the geologic age is by ISC)(after Zhang et al.，2019b)

非常規(guī)油氣資源沉積富集也是全球性或區(qū)域性構造與海(湖)平面升降、火山活動、氣候突變、水體缺氧、生物滅絕/輻射、重力流等多種地質(zhì)事件沉積耦合的結果(鄒才能，2011；牟傳龍等，2016；賈承造，2017)。全球構造古地理研究也將為非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)奠定基礎。

5 結論

1)古地理學是研究地質(zhì)歷史時期地球表面的自然地理的綜合性科學，構造古地理學是研究地質(zhì)歷史時期地理單元的構造屬性及其演變特征的科學。地球表面的山川、流域與盆地等自然地理單元受巖石圈板塊水平運動與深部地幔動力學的聯(lián)合控制。自然地理單元及其演變是內(nèi)、外動力長期作用的綜合結果。

2)活動論構造古地理思想是在地球系統(tǒng)的活動論、 演化論、 階段論與轉換論概念下的自然延伸。 整體、 動態(tài)、 綜合分析是活動論構造古地理研究的基本方法。 確定構造古地理單元的邊界、 屬性、 組成、 結構與演變的“五定”原則是工作的具體步驟。

3)基于活動論構造古地理思想的原型盆地分析，是對原型盆地進行復位、復原與復變，揭示原型盆地的時—空結構；而活動論的源-匯系統(tǒng)分析是在地球系統(tǒng)觀指導下的深、淺部結合的全鏈條、全過程綜合研究。

4)活動論構造古地理是能源、資源礦產(chǎn)分布預測的重要基礎。

致謝本文在成文過程中，得到張國偉、賈承造、翟明國、楊樹鋒、馬永生、趙文智、鄒才能、趙國春、肖文交等院士的指導與幫助。在與劉樹根、陳洪德、郭安林、李三忠、劉波、袁選俊、樊太亮、侯明才等教授的交流中受益匪淺。在此謹致謝忱。