年代古地理學(xué)：理論與實(shí)踐*

王 瑜 何登發(fā) 劉松楠 周麗云 高山林

1 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）科學(xué)研究院，北京100083

2 中國地質(zhì)大學(xué)（北京）能源學(xué)院，北京100083

3 中國石油化工股份有限公司油田事業(yè)部，北京100728

1 概述

古地理（palaeogeography）指的是“過去地質(zhì)時(shí)代（包含人類歷史時(shí)期）地球表面的自然地理”（地球科學(xué)大辭典，2006）。古地理學(xué)在早期的發(fā)展中主要考量的是古地理環(huán)境，而萊伊爾（1830）的地質(zhì)學(xué)原理中倡導(dǎo)的“均變論”學(xué)說，成為古地理學(xué)的研究原則。古地理學(xué)是研究地質(zhì)歷史時(shí)期自然環(huán)境的形成和發(fā)展演變的學(xué)科，主要研究內(nèi)容是重建地質(zhì)時(shí)期的地理環(huán)境面貌，包括古海洋、古陸地、古氣候、古生物以及古自然地理區(qū)帶的分布與格局，體現(xiàn)的是建造的理念，亦即傳統(tǒng)的古地理學(xué)主要考慮的是地表環(huán)境的建造。隨著古地理學(xué)應(yīng)用的不斷發(fā)展，先后衍生出構(gòu)造古地理學(xué)、巖相古地理學(xué)、生物古地理學(xué)、古地貌學(xué)等（馮增昭，2009）。沉積古地理和巖相古地理學(xué)探討的是大的構(gòu)造格架下的物質(zhì)及其空間變化，如大洋和大陸的劃分及沉積體系的變化。構(gòu)造古地理指的是大的構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景下的古環(huán)境的變遷，但沒有運(yùn)動(dòng)的概念。生物、地貌—古土壤古地理強(qiáng)調(diào)的是地表剝蝕時(shí)的氣候環(huán)境，但很少有同時(shí)期的造山、隆升時(shí)的古地理響應(yīng)的信息，也沒有物質(zhì)搬運(yùn)方向和沉積物來源的信息。

古地理學(xué)在大陸漂移、板塊構(gòu)造研究領(lǐng)域有重要的貢獻(xiàn)。隨著地球科學(xué)多方法、多學(xué)科的交叉，古地理學(xué)的發(fā)展中也融入了新的方法，如沉積古地理學(xué)中也加入了同時(shí)間不同類型盆地的劃分，以及物源環(huán)境的變化等，特別是近年來對于克拉通型盆地、前陸盆地、裂谷盆地的研究等。然而相對來說，其仍然是地質(zhì)歷史時(shí)期“地表環(huán)境”而不是“地表過程”的研究。并沒有將地表環(huán)境與構(gòu)造過程、地表變化與深部過程有機(jī)地結(jié)合起來。以往的研究中板塊構(gòu)造對于沉積和巖相古地理的約束僅限于在已有的板塊構(gòu)造框架下的探討和研究，然而現(xiàn)今研究地表過程，還需要了解地球深部的活動(dòng)，即地?；顒?dòng)的過程與地表環(huán)境和地表構(gòu)造特征及性質(zhì)的關(guān)系。國際上開展了大量地幔活動(dòng)與地表構(gòu)造相關(guān)聯(lián)的研究，表明深層地?；顒?dòng)可能與地表的隆升有關(guān)（Flament，2014；Flamentet al.，2014），如構(gòu)造地貌的形成等。

傳統(tǒng)的古地理學(xué)強(qiáng)調(diào)的是穩(wěn)態(tài)，強(qiáng)調(diào)不整合即為全球性的。例如，關(guān)于早古生代的古地理格局，對于加里東運(yùn)動(dòng)是全球事件還是只在西歐—北美發(fā)育的認(rèn)識，一直存在爭議。其中最大的誤解是泥盆紀(jì)與其下部沉積層間的不整合，在中國認(rèn)為其是槽—臺假說基礎(chǔ)上的產(chǎn)物。實(shí)際上對加拿大東部的New found land等地區(qū)的研究表明，加里東事件是不同板塊的拼貼過程（增生造山），并不是傳統(tǒng)所理解的在地槽關(guān)閉時(shí)的構(gòu)造隆升，形成了老紅砂巖等（Johnson and Harley，2015）。

另一個(gè)無法解決的問題是從大陸邊緣到大陸內(nèi)部的差異性等。海陸轉(zhuǎn)換、建造與改造，并沒有強(qiáng)調(diào)改造過程中的古地理響應(yīng)以及其影響，并沒有強(qiáng)調(diào)同一時(shí)間的海平面變化的差異性。古生物區(qū)系—種群的古地理（生物古地理）強(qiáng)調(diào)了海陸變遷，但不完全與構(gòu)造古地理相關(guān)聯(lián)。生物古地理可以解決海洋環(huán)境的沉積—相序—格局的變化，但在大陸環(huán)境卻無能為力。

傳統(tǒng)的古地理學(xué)關(guān)注的主體是沉積建造，涉及到沉積古地理、生物古地理和古地貌古地理等。構(gòu)造古地理的研究和成圖（小比例尺、概略性的古地理圖）同樣是以沉積建造為依據(jù)，把板塊構(gòu)造的特征和分類加入其中，從而進(jìn)一步劃分了被動(dòng)陸緣、活動(dòng)陸緣以及淺海相、深海相等古地理沉積單元。目前進(jìn)一步的發(fā)展是以盆地類型為依據(jù)編制構(gòu)造古地理圖，但對于大陸上的研究卻較少。即使是與板塊構(gòu)造有關(guān)，也只是更多強(qiáng)調(diào)了板塊（陸）漂移時(shí)的沉積特征，而沒有聚合后以及初始再裂開時(shí)的古地理格局。

板塊構(gòu)造的核心內(nèi)容是從海底擴(kuò)張、大陸漂移到板塊俯沖—碰撞。前二者涉及從大陸裂解到塊體（板塊）漂移的問題，很大程度上需要用古地磁、古地理、地球化學(xué)等資料去分析和對比。板塊的俯沖以及其后可能的碰撞作用是地球上留下最多痕跡的構(gòu)造現(xiàn)象，特別是初始俯沖的塊體邊界特征（Bird，2003），也是多年來中外地質(zhì)學(xué)家持之以恒研究的主要問題（Mueller and Phillips，1991；Conrad and Lithgow-Bertelloni，2002；Mülleret al.，2016）。不同時(shí)期有不同的古地理格局和特征，亦即不同地質(zhì)過程形成了不同的地表過程。國際上，從巖石學(xué)、地球化學(xué)以及地球物理學(xué)方面對俯沖帶以及碰撞帶的恢復(fù)取得了大量的研究成果（Doglioniet al.，2007；Unsworth，2009；Gerya，2011；Gurniset al.，2012；Hall，2012）。特別是在蛇綠巖的類型劃分、成因機(jī)理以及從大洋拉張到俯沖過程的沉積學(xué)等方面取得了一系列的認(rèn)識。然而現(xiàn)有的古地理研究結(jié)果并沒有清楚地表達(dá)初始裂谷、裂解中消失的大陸的格局、板塊俯沖和碰撞過程以及碰撞后的大陸環(huán)境的古地理特征。另外，對于板塊俯沖和碰撞過程的研究，目前總體上把大陸邊緣造山作用過程分為俯沖、碰撞、造山和造山后的垮塌（伸展）4個(gè)階段（van der Haeghe，2012）。對于板塊的俯沖作用所導(dǎo)致的陸緣變形和陸內(nèi)變形的研究已有開展（Govers and Wortel，2005），但是相關(guān)的陸內(nèi)和陸緣古地理學(xué)的研究相對缺乏。

近20年來，中國地質(zhì)學(xué)家相應(yīng)地提出了一些發(fā)展和提升古地理學(xué)的建議（馮增昭，2003；馬宗晉等，2006；蔣維紅等，2007；鄭秀娟等，2013；陳洪德等，2017）。如何有效地適應(yīng)多圈層相互作用和互惠基礎(chǔ)上的古地理學(xué)研究，如大氧化事件、古大陸裂解的周期性以及不同地區(qū)的氣候響應(yīng)，同位素年代學(xué)的發(fā)展為之提供了可能?，F(xiàn)今同位素年代學(xué)的發(fā)展，促進(jìn)了物源分析與年代格架、山體隆升與剝露、地表過程、環(huán)境變遷等的精細(xì)年代學(xué)研究（McDougall and Harrison，1999；Mineralogical Society of America，2017；Reinerset al.，2018），為古地理的形成提供了精細(xì)的時(shí)間格架。需要重新思考古地理的研究范圍以及涉及到的構(gòu)造—環(huán)境—物質(zhì)的相互作用。因此，作者首次提出年代古地理學(xué)的概念，并且給出了近年來在古地理格局研究中，應(yīng)用新的以同位素年代為主線的研究實(shí)例。

2 年代古地理學(xué)

2.1 年代古地理學(xué)的定義

以精細(xì)的時(shí)間（精細(xì)年代學(xué)測定）為主線，將構(gòu)造—巖漿活動(dòng)過程與表生環(huán)境（氣候）—物質(zhì)的變化結(jié)合，建立其相互作用基礎(chǔ)上的地表過程研究，即為年代古地理學(xué)（圖1）。年代古地理學(xué)包含多圈層相互作用（大尺度）和局部構(gòu)造—環(huán)境（氣候）—物質(zhì)相互作用（小尺度），是巖石圈層次的物質(zhì)、空間、時(shí)間、運(yùn)動(dòng)和力學(xué)相結(jié)合的學(xué)科體系。年代古地理學(xué)結(jié)合現(xiàn)代的物質(zhì)、元素遷移和同位素?cái)U(kuò)散理論，是在構(gòu)造年代學(xué)、巖石年代學(xué)和熱年代學(xué)研究基礎(chǔ)上的以動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)為依據(jù)的交叉學(xué)科，亦即在精細(xì)時(shí)間基礎(chǔ)上的傳統(tǒng)古地理學(xué)與構(gòu)造—環(huán)境—物質(zhì)組成研究的交叉學(xué)科。突破了單一的思維方式，體現(xiàn)了活動(dòng)論的思維體系，探尋和理解建造和改造過程的細(xì)微變化，達(dá)到對多圈層相互作用的精細(xì)研究。

圖1 年代古地理學(xué)的概念及學(xué)科領(lǐng)域Fig.1 Definition of chrono-palaeogeography and its scientific fields

2.2 年代古地理學(xué)的設(shè)想

在精細(xì)的同位素年代學(xué)（構(gòu)造年代學(xué)、熱年代學(xué)和巖石年代學(xué)）新思維及年代約束下，建立物質(zhì)形成和改造的地表過程，即速率、時(shí)間、環(huán)境、空間變化的四維過程以及建立相應(yīng)的模式和方程式。

2.3 年代古地理學(xué)的主要研究內(nèi)容

1）以精細(xì)的年代學(xué)為主線約束物源。不同地區(qū)（區(qū)域）不同的物源，盡管有相似的地質(zhì)年代范圍，但可能具有不同的時(shí)間和不同的來源。例如同樣是裂谷環(huán)境，早期可能是近源區(qū)，有角礫巖、火山物質(zhì)等存在。因此，發(fā)育在盆地邊緣以角礫巖等為主的沉積物，以往總是被當(dāng)作底礫巖對待。

2）造山帶基礎(chǔ)上的伸展以及相關(guān)的裂谷環(huán)境，而不僅僅是大陸塊體上的裂谷。

3）山體隆升與剝露相結(jié)合，隆升與環(huán)境和氣候相結(jié)合。局部地質(zhì)體或山體的變化與氣候有關(guān)，也與古地理有關(guān)。

4）從大陸邊緣到大陸內(nèi)部的構(gòu)造—環(huán)境—物質(zhì)相結(jié)合的綜合分析，而不是單純地劃分大陸和大洋。

5）多期次的沉積—海平面變化與環(huán)境和氣候的關(guān)系。

6）洋陸相互作用，盆—山耦合。

7）四維地球演化。從大陸邊緣到大陸內(nèi)部的變化的精細(xì)格架。

8）從現(xiàn)象描述到動(dòng)態(tài)過程的分析。

9）碎屑鋯石所代表的環(huán)境—古地理變化，以及沉積過程和環(huán)境的地球化學(xué)元素示蹤。

2.4 年代學(xué)方法

近年來年代學(xué)的發(fā)展不僅有大量先進(jìn)儀器不斷涌現(xiàn)，使得測年精度不斷提高，如CA-ID-TIMS，而且針對不同的礦物定年，很好地形成了解決具體地質(zhì)問題的有效技術(shù)和手段，如方解石脈定年等（圖2）。物源示蹤及沉積時(shí)間的確定（巖漿鋯石、碎屑鋯石和磷灰石定年以及同沉積過程中形成的新生礦物）結(jié)合重礦物的分析，可有效地分析物源、古氣候及環(huán)境變化的機(jī)理。結(jié)合碎屑沉積物的特征，不僅可以確定沉積的時(shí)間，而且可以分析遠(yuǎn)、近源的沉積作用，同時(shí)可以很好地約束地質(zhì)體是裂谷作用、還是廣海的沉積作用等形成的（圖2），也可以精細(xì)分析洋內(nèi)裂谷和陸內(nèi)裂谷的時(shí)間和成因類型。結(jié)合各類沉積物的地球化學(xué)分析，可以確定環(huán)境，并對真實(shí)的地質(zhì)過程加以約束。利用古環(huán)境的元素判別指標(biāo)，與地球化學(xué)表生環(huán)境沉積和搬運(yùn)過程相結(jié)合，并且與相關(guān)的同位素年代相結(jié)合，可有效地分析物質(zhì)的來源和形成環(huán)境。近年來相關(guān)的利用Nd、Sr同位素以及微量元素變化加之沉積作用時(shí)間的研究不僅可以解決早期地球的形成時(shí)間和性質(zhì)（Gaoet al.，2022），而且對于古生物區(qū)系和生物滅絕等也起到了重要的制約。

圖2 沉積巖層定年的主要方法Fig.2 Main chronologicalmethods of sedimentary layers

火山灰層的高精度定年。通過ID-TIMS、40Ar-39Ar法可有效獲得高精度的火山灰層年代，從而確定沉積作用的時(shí)間以及古生物變化的時(shí)間，比之古生物的區(qū)系變化會得到更精確的時(shí)間。

變形事件的直接定年（Wanget al.，2020）。作為古地理變化的重要一環(huán)，改造的時(shí)間、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和時(shí)間是必不可少的。近年來的研究表明，對于構(gòu)造帶的走滑、正斷層的形成和逆沖擠壓作用，可以通過斷層帶新生礦物或改造礦物的分析直接得到變形的時(shí)間（圖3）。

圖3 構(gòu)造變形定年的主要方法Fig.3 Main chronologicalmethods of deformation

山體隆升與剝露——地質(zhì)體抬升定年。隆升與剝露相結(jié)合，與環(huán)境和氣候相結(jié)合；通過精細(xì)的隆升作用的時(shí)間分析和測定，可獲得區(qū)域性的環(huán)境變化和氣候變化的主因。利用的方法為長石等的40Ar-39Ar冷卻年齡、鋯石和磷灰石裂變徑跡年齡以及（U-Th）／He低溫暴露年齡。國內(nèi)近年來大量的低溫?zé)崮甏挲g解決了不同地帶新生代以來的冷卻和山體抬升作用的時(shí)間（Huet al.，2006；Liuet al.，2013）。

古環(huán)境的精細(xì)時(shí)間測定。古環(huán)境年代學(xué)、C-O同位素與18O同位素和其他同位素相結(jié)合，可確定古環(huán)境變遷的精細(xì)時(shí)間，進(jìn)一步分析和理解環(huán)境的變化以及不同的環(huán)境形成與演化規(guī)律。并結(jié)合天文周期的變化，厘清氣候和環(huán)境變化的精細(xì)化過程。

3 年代古地理學(xué)的意義

年代古地理學(xué)研究和探討的是多元背景下的地表過程，是構(gòu)造—環(huán)境（氣候）—物質(zhì)相互作用、相互耦合的產(chǎn)物。如何真正檢驗(yàn)上述三者的相互作用，必須有時(shí)間為主線的對比和聯(lián)系，才能成為可能，古地理學(xué)也才能真正地具有動(dòng)態(tài)而非靜態(tài)（固定論）的研究意義，也才能使不同尺度條件下的構(gòu)造應(yīng)變（改造）和山體隆升或塊體隆升的時(shí)間、速率，與環(huán)境和氣候的變化、沉積物的變化和改造、搬運(yùn)、沉降的時(shí)間和速率相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)古地理格局的動(dòng)態(tài)化，并與能源開發(fā)和利用、古大陸的重建、地球演化的時(shí)間和速率（EarthRate）相適應(yīng)，而不是單純地以沉積—古生物—沉積相為主要依據(jù)的古地理學(xué)研究。

傳統(tǒng)的古地理學(xué)研究雖然提供了可利用的信息，特別是大陸和大洋或海洋的信息，但掩蓋了對過程的理解，掩蓋了氣候的變化。地質(zhì)上常用到的“穿時(shí)”是不科學(xué)的概念。環(huán)境變遷、氣候變遷，古生物區(qū)系、赤道的變化，所有這些的理論依據(jù)是精細(xì)時(shí)間約束下的多種深部、淺部、物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)和力的相互作用、相互耦合，在現(xiàn)有的精細(xì)測年基礎(chǔ)上將成為可能。而且在宜居地球研究中，更多強(qiáng)調(diào)陸內(nèi)過程、陸緣物質(zhì)的來源變化、環(huán)境指標(biāo)的變化以及?！懙南嗷プ饔?、多圈層的相互作用。因此年代古地理學(xué)是連接深部、淺部、多圈層相互作用的很好的一門學(xué)科，是動(dòng)態(tài)的地質(zhì)演化過程與表生過程相互結(jié)合的產(chǎn)物。

研究和理解古地理格局的變化時(shí)間、速率與古海平面、海洋環(huán)境與大陸的相關(guān)性，洋—陸相互作用的沉積和環(huán)境變化特征，是宜居地球研究所面臨的重要科學(xué)問題。另外，（1）由于精細(xì)的古大陸再造，古地理研究曾在大西洋拉開的兩側(cè)對比中起到了重要的作用；（2）古陸（超大陸）聚合的特征對于古大陸裂解后的塊體的對比有利；（3）板塊漂移、匯聚如存在的大量的裂解時(shí)的礫石層或裂谷沉積組合，精細(xì)的探討裂解時(shí)的古地理特征將成為可能。

綜合來說，古大陸再造、大陸內(nèi)部構(gòu)造的復(fù)原、沉積過程的復(fù)原，消失的大陸的發(fā)現(xiàn)，大陸邊緣和大洋的邊界的發(fā)現(xiàn)，山體抬升的時(shí)間演化、古環(huán)境的約束，均離不開時(shí)間—空間—物質(zhì)—運(yùn)動(dòng)—力學(xué)過程的相互作用，因而年代古地理學(xué)的研究將成為可能，而且勢在必行。

4 研究實(shí)例

中國東部邊緣晚三疊世—白堊紀(jì)的古地理變化（Wanget al.，2018），具有從古亞洲構(gòu)造格局到古太平洋構(gòu)造域的轉(zhuǎn)換，相應(yīng)地形成了不同空間發(fā)育的陸相盆地、火山活動(dòng)。這些陸相沉積在區(qū)域?qū)Ρ葧r(shí)，存在著相互不一致的特征。實(shí)際上，從大陸邊緣到大陸內(nèi)部的變化，并不是穿時(shí)，而是從邊緣到內(nèi)部層圈狀旋轉(zhuǎn)、應(yīng)力傳遞中的沉積—巖漿活動(dòng)響應(yīng)。陸相的古地理特征有時(shí)候不具有可對比性，而只有在精細(xì)的年代格架下才有可能（圖4）。因此，只有陸內(nèi)構(gòu)造特征的識別，才能有效地分析地層的“穿時(shí)”——實(shí)際上并不是穿時(shí)，而是氣候—環(huán)境對構(gòu)造格局變化的響應(yīng)。

圖4 中國東部中生代中晚期盆地形成與區(qū)域構(gòu)造演化的關(guān)系及古地理格局（引自Wang et al.，2018）（上圖為燕山一帶盆地從東到西由老到新的演化趨勢，火山作用與構(gòu)造變形具有相同的變化趨勢。下圖為從中國東部邊緣到鄂爾多斯地塊西緣的變形和巖漿作用的時(shí)間—空間變化。圖中：D-構(gòu)造變形，V-火山活動(dòng)，G-花崗巖侵入體）Fig.4 Diagrams showing relationships of them iddle-late Mesozoic basins and regional tectonic evolution in eastern China，aswell the palaeogeography（from Wang et al.，2018）（Upper：The tendency of the basin formation is from older to younger from east to west in the Yanshan tectonic belt，eastern China；meanwhile，the volcanism and the deformation have similar tendency from east to west.Lower：Time-space changes and evolution of the magmatism and tectonic strain are from eastern margin of eastern China to western margin of the Ordos Basin.In the figure，D-deformation，V-volcanism，G-granitic pluton）

在揚(yáng)子西緣的二疊紀(jì)古地理、古構(gòu)造研究中，發(fā)現(xiàn)二疊紀(jì)—白堊紀(jì)期間的擠壓作用改變了二疊紀(jì)及之前的地層序列與巖層產(chǎn)狀。傳統(tǒng)的古地理圖中，這一地區(qū)為中—晚二疊世的海洋環(huán)境，也包括松潘—甘孜一帶。然而詳細(xì)的年代—構(gòu)造—沉積分析后，發(fā)現(xiàn)并非如此，而是從東向西、從南到北存在著海平面之下復(fù)雜的裂谷系統(tǒng)形成的?！憽５某练e環(huán)境（Wanget al.，2014）（圖5）。

另外，松潘—甘孜南北的前三疊紀(jì)地層和基底巖石具有很好的可對比性，并且與揚(yáng)子地塊上的二疊紀(jì)地層及玄武巖等具有可對比性。很顯然其是在裂谷基礎(chǔ)上的產(chǎn)物，并不是殘留海，也不是弧后的拉張，更不是大洋。該研究同樣用到了大量的碎屑物的年代學(xué)分析（圖5）。

圖5 揚(yáng)子塊體西緣及松潘—甘孜一帶中晚二疊世海平面之下的構(gòu)造格架及火山巖分布特征（上圖為二疊紀(jì)火山巖（峨眉山玄武巖）及裂谷分布，裂谷初始形成及大量火山巖噴發(fā)過程。下圖為從東到西的地表沉積—火山活動(dòng)—構(gòu)造格架，修改自Wang et al.，2014）Fig.5 Diagrams showing M iddle-Late Permian palaeogeographic framework on the western margin of the Yangtze plate and Songpan-Garze Terrane（Upper：Permian volcanic eruptions（Emeishan basalt）and distributions of the rift system，together with the profile showing the initial rifting sedimentation and huge volcanic eruptions.Lower：volcanic-tectonic-sedimentation environment from west to east in the Yangtze plate，modified from Wang et al.，2014））

臺灣東部地區(qū)的沉積古地理、變質(zhì)作用對于大地構(gòu)造環(huán)境的約束具有重要的意義。前人認(rèn)為臺灣東部的玉里帶和大南澳之間是一條縫合帶，并且認(rèn)為東側(cè)是與日本相連的（Yuiet al.，2012）。然而詳細(xì)的沉積巖分析以及大量碎屑鋯石年代學(xué)分析發(fā)現(xiàn)大南澳和玉里帶沉積物的物源相似，并且具有晚侏羅世到早白堊世連續(xù)沉積的特征，而且與福建沿海的長樂—南澳走滑斷裂帶東側(cè)的變質(zhì)巖層的原巖有相關(guān)性（圖6）。這與臺灣海峽西南側(cè)的鉆井資料有相似的特征，也就是說從福建沿海向東到臺灣東部地區(qū)具有大陸邊緣連續(xù)的沉積過程（圖6）。

圖6 福建—廣東沿海一帶—臺灣東部中生代構(gòu)造-沉積分布及沉積—變質(zhì)—構(gòu)造演化圖（引自Wang et al.，2017）（上圖為臺灣海峽及鄰域陸上和臺灣一帶構(gòu)造—巖石分布圖，下圖為地層—變質(zhì)作用及構(gòu)造疊加柱狀圖）Fig.6 Distribution diagram of Mesozoic tectonic-sedimentation and magmatism evolution along Fujian-Guangdong to Taiwan（after Wang et al.，2017）（Upper：Tectonic-petrologic distribution of the Taiwan Strait，Taiwan and connected mainland.Lower：profiles of strata-metamorphism and overprinted structures）

中國西北北山柳園一帶古生代晚期有人認(rèn)為是縫合帶（Maoet al.，2012），有人認(rèn)為是造山后垮蹋（Zhanget al.，2011）。沿此帶發(fā)育有巨厚的二疊紀(jì)玄武巖，以及具有侵入關(guān)系的輝長巖等。詳細(xì)的沉積巖的巖石學(xué)特征、年代學(xué)研究發(fā)現(xiàn)（Wanget al.，2017），其南北兩側(cè)的沉積序列雖然變形作用很強(qiáng)，但具有完好的對稱性，亦即沉積序列由粗到細(xì)，由礫巖、含礫粗砂巖到粉砂巖到泥巖、泥灰?guī)r。同時(shí)碎屑年代測定表明南北兩側(cè)的年齡完全一致，并沒有差異性：時(shí)間一致，物源相同。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，其南北兩側(cè)的奧陶紀(jì)—志留紀(jì)的巖漿巖（即前人把此當(dāng)作是二疊紀(jì)的弧巖漿巖）特征、形成時(shí)間完全一致。因此這是在造山帶基礎(chǔ)上再次裂開形成的裂谷產(chǎn)物（圖7，圖8）。

圖7 中國西北部北山一帶二疊紀(jì)構(gòu)造—火山—沉積分布（Wang et al.，2017）Fig.7 Diagram showing the Permian tectonic-volcanic-sedimentation distribution in Beishan，northwestern China（Wang et al.，2017）

圖8 中國西北部北山一帶二疊紀(jì)沉積作用、火山活動(dòng)和侵入巖形成關(guān)系柱狀圖（Wang et al.，2017）Fig.8 Diagram showing relations of sedimentation，volcanism and gabbro intrusions of the Perm ian in Beishan，northwestern China（Wang et al.，2017）

華北中奧陶世—中石炭世（O2-C2）平行不整合代表著彼時(shí)華北克拉通的演化特征：沒有沉積，還是與周邊構(gòu)造相關(guān)聯(lián)，或者是發(fā)育與北美相似的冰蓋覆蓋？對此并沒有清楚的認(rèn)識。不同地區(qū)細(xì)致的鋁土礦層的鋯石U-Pb年齡測定表明，平行不整合的形成具有不同的時(shí)間，剝蝕深度不同，由此可以約束華北古陸的邊緣和范圍，特別是從東到西、從南到北的海陸環(huán)境變化的時(shí)間，這對于華北南部早石炭世的海相沉積生油等環(huán)境具有重要的意義。另外，陸上不同地帶出現(xiàn)有泥盆紀(jì)的沉積，同樣需要精細(xì)地研究。在洛陽一帶鋁土礦層出現(xiàn)大量的440～445Ma的沉積碎屑鋯石，上部覆蓋有315～320Ma的鋁土層沉積（Wanget al.，2010），表明中間可能有過沉積或者有過長期的覆蓋，而不是隆升。同樣對于找油具有指導(dǎo)意義。還有幾個(gè)問題沒有解決：（1）不同地區(qū)是否曾經(jīng)有過志留—泥盆系沉積？（2）是近水平的古陸，還是有巨大的厚度差異性（凹凸差異性大）的古陸？（3）與周邊構(gòu)造改造的關(guān)系；與其他地區(qū)或者華北邊緣的對比。而實(shí)際上，細(xì)致的分析可以有效地建立華北在石炭紀(jì)的周邊陸架或深水的特征，從而進(jìn)一步分析華北克拉通在奧陶紀(jì)以及石炭紀(jì)的古陸邊界。

除此之外，沉積—物源—造山相關(guān)聯(lián)的研究可以進(jìn)一步約束局部地區(qū)沉積作用的形成時(shí)間與造山的時(shí)間，如青藏高原及大巴山等地的山體剝露、氣候變遷，而這些的主線即為精細(xì)的年代學(xué)約束。另外，局部隆升對環(huán)境的改變，如山體抬升—?jiǎng)兾g—?dú)夂虻南嚓P(guān)性同樣可以解決局部地區(qū)的氣候和環(huán)境的變化。如天山、秦嶺、太行山等地的年代學(xué)研究與環(huán)境的關(guān)系（張?jiān)龋?021）。

5 可預(yù)期的未來發(fā)展

年代古地理學(xué)是優(yōu)于傳統(tǒng)的構(gòu)造古地理學(xué)和沉積古地理學(xué)的，原因在于傳統(tǒng)的研究相對來說沒有變化，是相對穩(wěn)態(tài)的，也沒有氣候環(huán)境的變量在其中，更沒有差異性的信息。因此在用到大陸內(nèi)部時(shí)、用到油氣資源分析時(shí)存在很大的不確定性。地理學(xué)是研究地表過程的學(xué)科，深部過程與氣候和環(huán)境變化相結(jié)合的綜合分析將成為可能，而且現(xiàn)有的高精度的測年、成分和環(huán)境分析手段（王訓(xùn)練和吳懷春，2016），將進(jìn)一步提升古地理學(xué)的深入研究。然而所有這一切只有在精細(xì)的同位素年代學(xué)條件下，才能真正地研究古地理變化的機(jī)理、古地理變化和演化的速率，而不是傳統(tǒng)的以地質(zhì)年代劃分的古地理研究。把地球上的大陸、大洋演化，特別是古大陸或者陸內(nèi)的演化與大洋演化有機(jī)結(jié)合，從而發(fā)現(xiàn)地球演化過程中的構(gòu)造—環(huán)境—物質(zhì)在特定的動(dòng)力學(xué)環(huán)境下的水平運(yùn)動(dòng)、垂直運(yùn)動(dòng)等的四維變化，大陸和大洋的轉(zhuǎn)換，以及同一地球動(dòng)力學(xué)條件下大陸不同部位的演化特征。Gplate的應(yīng)用（劉少峰和王成善，2016）將會更加促進(jìn)年代古地理學(xué)的研究，從而真正意義上做到發(fā)現(xiàn)地球多圈層相互作用的規(guī)律、宜居地球的環(huán)境和條件的變化規(guī)律。

另外，年代古地理學(xué)的研究將進(jìn)一步約束古地理格局變化的速率，而不單單是洋—盆或大陸邊緣沉降速率，也將找尋消失的大陸，劃分真正的大陸邊界，為大陸重建提供有精細(xì)時(shí)間約束的古地理格局。

6 結(jié)論

在深入理解和應(yīng)用古地理學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合高精度的同位素年代學(xué)方法，將構(gòu)造—環(huán)境—物質(zhì)相關(guān)聯(lián)，在認(rèn)識大陸內(nèi)部、大陸邊緣的古地理格局的基礎(chǔ)上，提出建立一個(gè)新的學(xué)科—年代古地理學(xué)。該學(xué)科強(qiáng)調(diào)研究方法和研究理念從傳統(tǒng)古地理的“表生環(huán)境”發(fā)展到表生過程的研究，即地表環(huán)境、構(gòu)造環(huán)境、物質(zhì)和氣候相結(jié)合，研究構(gòu)造—環(huán)境—物質(zhì)相互作用的過程，實(shí)現(xiàn)多圈層相互作用基礎(chǔ)上的古地理學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步。隨著新的年代學(xué)手段的不斷發(fā)展，在精細(xì)的構(gòu)造、環(huán)境、物質(zhì)遷移等研究基礎(chǔ)上，建立表生過程將成為可能。

致謝適逢西北大學(xué)創(chuàng)建120周年，利用《古地理學(xué)報(bào)》給予的機(jī)會，借此文表示祝賀。