侯章帥，樊雋軒，張琳娜，沈樹忠

1.中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所，南京210008；2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，合肥230026；3.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京210023

關(guān)鍵字：深時(shí)數(shù)字地球；古地理；重建模型；古氣候；應(yīng)用

古地理（Paleogeography）這一名詞首先出現(xiàn)在一篇名為“The Paleogeography of the North-American Continent”的論文中（Hunt，1873），含義為根據(jù)古生物化石研究地質(zhì)歷史時(shí)期的地理環(huán)境變遷。隨著地質(zhì)學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，近200年來涌現(xiàn)了多種古地理重建方法，這些方法基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的側(cè)重點(diǎn)各有不同，如沉積物的分布特征、動(dòng)植物化石群的組合、古氣候信號(hào)、古地磁測(cè)量、海底的磁異常和斷裂帶的分析等。由于處理的數(shù)據(jù)量和應(yīng)用的技術(shù)不同，古地理學(xué)可能是目前最復(fù)雜的地球科學(xué)學(xué)科之一（Meinhold and ?eng?r，2019）。

古地理學(xué)探索深時(shí)地球表面各種地理特征之間的關(guān)系，如深海盆地、淺海、濱岸帶、河流系統(tǒng)、湖泊和山區(qū)等。重建的結(jié)果往往需要恢復(fù)到以板塊構(gòu)造為基礎(chǔ)的地質(zhì)歷史時(shí)期的海陸位置之上，這會(huì)很大程度地影響對(duì)深時(shí)海洋環(huán)流模式、海洋化學(xué)條件、氣候、生物演化以及礦產(chǎn)資源的形成和分布等諸多問題的認(rèn)識(shí)（Müller et al.，2013；Goddéris et al.， 2014； Butterworth et al.， 2016；TorsvikandCocks，2016；Bruneetal.，2017；I’Anson et al.，2018）。因此，古地理研究對(duì)于更好地了解地球的演變、生命的演化以及探索自然資源的分布規(guī)律至關(guān)重要。

從大陸漂移到板塊構(gòu)造再到地幔對(duì)流，從固定論到活動(dòng)論，古地理學(xué)研究正跨入深時(shí)數(shù)字建模的階段。自20世紀(jì)70年代以來，一系列不同時(shí)間段的全球（Ziegler et al.,1977；Scotese and McKerrow,1990；Golonka and Ford,2000；Stampfli and Borel,2002；Gurnis et al.，2012；Seton et al.,2012； Müller et al.,2016； Merdith et al.,2017；Young et al.,2019） 或區(qū)域 （Belasky et al.,2002；Metcalfe,2002， 2013； Cocks and Torsvik,2006；Scotese and Schettino,2017；Blakey and Ranney,2018）的古地理重建模型逐漸涌現(xiàn)（圖1）。這些模型將現(xiàn)有的地學(xué)數(shù)據(jù)恢復(fù)到其深時(shí)古地理位置（古板塊、古經(jīng)度和古緯度）。通過重建過去的全球海陸格局、地形差異，可以更好地了解地球在整個(gè)地質(zhì)時(shí)期的演變。全球古地理模型的構(gòu)建涉及到地球科學(xué)不同領(lǐng)域的許多概念，如古生物學(xué)，沉積學(xué)，地球物理學(xué)的地震層析成像、重力異常、古地磁，地球化學(xué)的測(cè)年、源匯分析和大數(shù)據(jù)匯編等，相應(yīng)的重建結(jié)果必須與各學(xué)科的基礎(chǔ)證據(jù)一致，實(shí)現(xiàn)自洽性。此外，重建模型的時(shí)間跨度應(yīng)當(dāng)足夠長（一般跨越數(shù)十到數(shù)百個(gè)百萬年）以探討重大地質(zhì)事件的規(guī)律，如超大陸旋回、大氣CO2濃度的波動(dòng)、氣候的冷暖交替等（Mitchell et al.,2012；Meer et al.,2014；Li et al.,2019；Macdonald et al.,2019）。

近年來，數(shù)字化古地理模型的建立與研究極大的促進(jìn)了地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域的重要發(fā)現(xiàn)（如俯沖帶的時(shí)空分布及其對(duì)板塊運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)作用）（Ulvrova et al.,2019）。然而，目前中國科學(xué)家在這方面參與較少。本文首先介紹古地理重建模型的一般化構(gòu)建方法，然后對(duì)比目前幾種主流的古地理模型，并簡(jiǎn)要介紹一些基于數(shù)字化古地理模型的知識(shí)發(fā)現(xiàn)，以期為國內(nèi)地球科學(xué)家提供一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)和參考，并服務(wù)于由中國科學(xué)家發(fā)起和引導(dǎo)的深時(shí)數(shù)字地球（Deep-time Digital Earth,DDE）國際大科學(xué)計(jì)劃（Wang et al.,2019）。

圖1 全球古地理重建模型的派系與沿革歷史（Scotese，2017①據(jù)Scotese2017年在倫敦地質(zhì)學(xué)會(huì)舉辦的“Plate Tectonics at 50”會(huì)議上的報(bào)告修改。）Fig.1 History of global paleogeographic reconstruction models(from Scotese,2017)

1 全球古地理重建模型的構(gòu)建

全球古地理包括地質(zhì)歷史上板塊的位置、邊界、板塊的運(yùn)動(dòng)過程以及地表特征的重建。數(shù)字化的古地理重建模型不僅指數(shù)字化的重建圖，還包括數(shù)字化、易修改、可重現(xiàn)、時(shí)間連續(xù)等特征。數(shù)字重建模型由刻畫板塊形狀的多邊形文件和表征其隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)特征的旋轉(zhuǎn)文件（由一系列隨時(shí)間變化的板塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)的歐拉旋轉(zhuǎn)極組成的格式化純文本文件）組成（Müller et al.,2019），這兩種重要的基礎(chǔ)構(gòu)件代表了板塊運(yùn)動(dòng)的重建與復(fù)原，但仍欠缺對(duì)地表形態(tài)的描述，如古高程、地形起伏、河流系統(tǒng)、盆地演變等?；謴?fù)古陸或地塊在深時(shí)的全球位置往往是古地理重建的首要環(huán)節(jié)，古地磁、古生物、沉積物分布、地幔柱、海洋地球物理等資料提供重要的依據(jù)。

1.1 古地磁學(xué)的應(yīng)用

古地磁是重建深時(shí)板塊位置的唯一定量工具，通過對(duì)古地磁場(chǎng)的重建可以獲得板塊的古緯度、方向和旋轉(zhuǎn)等信息。地磁場(chǎng)源于自轉(zhuǎn)影響下地球核幔間可導(dǎo)電物質(zhì)的交換，其中的物質(zhì)均受到一定程度的磁化作用，記錄地磁場(chǎng)的相關(guān)信息。地球磁場(chǎng)通常用磁傾角、磁偏角和磁場(chǎng)強(qiáng)度來表述。磁傾角與地表緯度位置相關(guān)，赤道地區(qū)為0，兩極地區(qū)近于90°，這一規(guī)律對(duì)于古地理重建具有重要意義（Torsvik et al.,2016）。地磁南北極與地理南北極不同，現(xiàn)代地磁軸與地理軸之間有11.5°的交角。觀測(cè)結(jié)果表明地質(zhì)歷史時(shí)期地磁軸一直繞地理軸做周期性旋轉(zhuǎn)，且磁場(chǎng)方向經(jīng)常倒轉(zhuǎn)，這也是磁性年代學(xué)和地磁場(chǎng)軸向偶極子假說的前提（Geocentric Axial Dipole,GAD；Domeier et al.,2012； Huang et al.,2018； Torsvik and Cocks,2019）。

理想情況下，巖石中的鐵磁性物質(zhì)在形成之初受地磁場(chǎng)的作用記錄了當(dāng)時(shí)古地磁場(chǎng)的磁性信息，巖石中保存的磁傾角和磁偏角隨其所在位置不同而發(fā)生改變。假設(shè)深時(shí)古地磁場(chǎng)的方向保持南北向不變（地磁場(chǎng)軸向偶極子假說），在之后的板塊運(yùn)動(dòng)過程中，巖石隨板塊漂移，其相應(yīng)地保存了不同時(shí)間的地磁極信息（圖2）。但需要注意的是地質(zhì)歷史中某些時(shí)間段（如晚古生代—早中生代）地磁場(chǎng)具有非常明顯的非偶極性（即某些時(shí)段地磁極軸不穿過地心，甚至表現(xiàn)為彎曲的狀態(tài)；Voo and Torsvik,2001；Domeier et al.,2011；Domeier et al.,2012）。以運(yùn)動(dòng)的大陸為參考點(diǎn)，獲得巖石中保存的古地磁極隨時(shí)間的變化，并可視化這些古地磁極的運(yùn)動(dòng)路徑，這就是視極移路徑的重建原理（Apparent Polar Wander,APW；Torsvik and Cocks,2004,2016,2019）。如果某兩個(gè)塊體在一段時(shí)間內(nèi)的視極移路徑重合，則說明它們?cè)谠摃r(shí)間段內(nèi)作為一個(gè)整體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；從相似的視極移路徑到顯示一定的差異性，則表明兩者在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)開始進(jìn)行不同方向和角度的離散漂移。

利用古地磁信息可以確定地塊的古緯度以及地塊隨時(shí)間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但古經(jīng)度位置難以確定。頻繁倒轉(zhuǎn)的古地磁極難以確定南北半球的歸屬。例如，Cocks和Torsvik（2002）在重建早古生代（500～400 Ma）的全球板塊位置時(shí)，通過視極移路徑定義了主要地體的位置（如波羅的海和勞倫），然而對(duì)于華北、華南和滇緬泰馬等缺乏完整的視極移路徑的地塊則將其表述為面向北方或南方。

1.2 古生物學(xué)的應(yīng)用

圖2 大陸漂移與視極移路徑的關(guān)系（據(jù)Torsvik et al.,2012修改）Fig.2 The relationship between continental drift and apparent polar wander path(from Torsvik et al.,2012)

定性的古生物學(xué)方法對(duì)于指示古地理環(huán)境和地塊相對(duì)位置有重要作用（Cao et al.，2017）。現(xiàn)代動(dòng)、植物區(qū)系的形成主要是由氣候和緯度的不同所引起的，但也與生物群能否穿過主要的陸地（對(duì)海洋生物而言）和海洋（對(duì)陸生植物和動(dòng)物而言）阻隔有關(guān)。古地理研究，尤其是古生代的古地理重建更依賴古生物區(qū)系的證據(jù)（基于海底磁異常條帶的證據(jù)只存在于200 Ma以來，更古老的洋殼均已俯沖無法保存在大洋中）。

同一緯度的兩個(gè)地塊，如果彼此之間的距離很近，它們的底棲生物類型很可能具有一定的相似性。然而，如果這兩個(gè)地塊相互分離，原來相似的底棲生物的幼體往往不能穿過兩個(gè)塊體之間新形成的大洋（1000 km寬度的大洋就可能造成地理隔離）（Cocks and Torsvik,2002），它們的底棲生物類型會(huì)在相對(duì)獨(dú)立的兩個(gè)地理環(huán)境內(nèi)各自演化，形成不同的生物組合，進(jìn)而演變?yōu)閮蓚€(gè)不同的動(dòng)物區(qū)系（根據(jù)不同的屬種差異劃分為省、區(qū)等）（Cecca,2014）。同樣的，如果擁有不同底棲生物類型的兩個(gè)地體不斷靠近，在一段時(shí)間之后兩者便可能會(huì)融合為同一個(gè)動(dòng)物區(qū)系。但是，塊體是否發(fā)生碰撞并不能僅僅根據(jù)生物區(qū)系的融合來定義，需要更多的證據(jù)。此外，深時(shí)的一些古陸（如岡瓦那、勞亞、盤古等）面積太大跨越多個(gè)緯度帶，其南北邊緣可能會(huì)發(fā)育差異顯著的底棲生物類群，從而反映古氣候帶的變化。

多門類化石在特定地質(zhì)時(shí)間內(nèi)的分布特征和生態(tài)習(xí)性可以反映古地理特征。但是，在使用任何古生物開展古地理研究之前，必須正確評(píng)估其生存時(shí)代和個(gè)體生態(tài)。營浮游、遠(yuǎn)洋或游泳生活的生物（在早古生代，以筆石為代表，另外包括少數(shù)的三葉蟲、頭足類、幾丁蟲、疑源類和牙形刺等）的分布受洋流和溫度的控制，這些生物往往擴(kuò)散速度快，其化石記錄對(duì)評(píng)估地塊間親緣性的重要程度相對(duì)較弱（Cocks and Verniers,1998）。相反，營底棲生活的動(dòng)物，其生活環(huán)境受限于海底并受溫度的控制，如腕足動(dòng)物，大多數(shù)的三葉蟲、雙殼類、腹足動(dòng)物和大多數(shù)介形類等，在古地理重建中，規(guī)模較大的底棲生物群（如有鉸腕足類、底棲有孔蟲、珊瑚等）通常扮演重要的角色（Shen et al.,2013；Zhang et al.,2019）。

1.3 巖石學(xué)的應(yīng)用

基于古地磁與古生物的板塊位置的重建還應(yīng)當(dāng)受沉積記錄（如冰川沉積、蒸發(fā)巖、煤等）和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)（如大洋的關(guān)閉、造山運(yùn)動(dòng)等）的約束。半定量或定性的巖石記錄（如受緯度控制和氣候敏感的巖石類型的分布）（Ziegler et al.,1985；Golonka,2007b；Boucot et al.,2009） 在解釋古地理時(shí)表現(xiàn)出了很大的作用。相較于古地磁，巖石學(xué)數(shù)據(jù)更為可靠和穩(wěn)定（構(gòu)造運(yùn)動(dòng)帶來的高溫、高壓環(huán)境可能會(huì)使得巖石中的古地磁信息改變或消磁后獲得新的古地磁信息）。

從Wegener（1966）的原始工作開始，冰川沉積物在確定古大陸的位置方面一直扮演著重要的角色。地質(zhì)歷史中，除個(gè)別全球性大冰期外（如雪球地球，Hoffman et al.,1998），冰川沉積物一般形成于高緯度地區(qū)。雖然冰川活動(dòng)的原位沉積現(xiàn)象（如蛇形丘、鼓丘等）很少保存下來，但巖石中記錄了大量的冰川擦痕，如前寒武紀(jì)的若干次冰川事件（Hoffman and Li,2009），晚奧陶世北非發(fā)現(xiàn)的冰川沉積物（Ghienne et al.,2007），澳大利亞及其他地區(qū)發(fā)現(xiàn)的中石炭世—早二疊世的冰川擦 痕 （Jones and Fielding， 2004； Monta?ez and Poulsen,2013；Chen et al.,2018）等。除此之外，很多冰磧巖以及冰山攜帶的落石在各年代的巖石中也有發(fā)現(xiàn)。但在古地理重建時(shí)，必須確定這些特征沉積物是否原位保存。例如，洋流可將冰山及其攜帶的沉積物質(zhì)搬運(yùn)到很遠(yuǎn)的距離（Boucot et al.,2013）。

除上述對(duì)氣候和緯度敏感的沉積物之外，具有年代信息的巖性數(shù)據(jù)在反映古環(huán)境方面也具有重要價(jià)值。傳統(tǒng)的區(qū)域性巖相古地理圖通常是基于此類信息解釋和編制的。自20世紀(jì)70、80年代以來，涌現(xiàn)了一系列的巖性和古環(huán)境沉積記錄數(shù)據(jù) 庫 （Ziegler et al.， 1985； Rees et al.,2002；Kiessling et al.,2003；Boucot et al.,2013）。大規(guī)模數(shù)據(jù)庫的助力可以精細(xì)地重建地質(zhì)時(shí)期全球的巖相分布和地表特征。

1.4 海洋地球物理的應(yīng)用

自20世紀(jì)60年代以來，海洋地球物理勘探的快速發(fā)展（Dietz,1961；Vine and Matthews,1963）不僅促進(jìn)了板塊構(gòu)造學(xué)說的發(fā)展，也為古地理重建提供了新的工具。海底磁異常條帶以及海底擴(kuò)張和洋中脊的運(yùn)動(dòng)，是解讀中生代至新生代大陸和地塊位置的重要工具。

二戰(zhàn)后的海底軍備競(jìng)賽激起了海洋探測(cè)的熱潮，科學(xué)家們分析了多航次的磁異常報(bào)告后注意到貫穿洋底的磁異常條帶現(xiàn)象，并認(rèn)識(shí)到這些磁異常條帶近似對(duì)稱地分布于洋中脊兩側(cè)。新的洋底在洋中脊兩側(cè)對(duì)稱生成，其中的巖漿冷卻形成洋殼時(shí)，磁性礦物得到與地球磁場(chǎng)一致的磁性。在侏羅紀(jì)以來（200 Ma以前形成的洋殼已全部俯沖消失在大洋中）的全球板塊構(gòu)造重建中，磁異常條帶是一個(gè)重要的重建工具，控制了旋轉(zhuǎn)文件中板塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

基于海底磁異常條帶和斷裂帶的識(shí)別，建立全球海底擴(kuò)張等時(shí)線（Müller et al.,2008）是中、新生代以來全球古地理重建的一種重要方法。對(duì)于保留了擴(kuò)張系統(tǒng)（如洋中脊、裂谷）兩個(gè)側(cè)面的區(qū)域，有限階段旋轉(zhuǎn)（一段時(shí)間內(nèi)某個(gè)板塊相對(duì)于另一個(gè)板塊的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用時(shí)間、旋轉(zhuǎn)極的經(jīng)緯度位置和旋轉(zhuǎn)角度來表達(dá)）的計(jì)算和海底擴(kuò)展等時(shí)線（根據(jù)海底磁異常條帶計(jì)算的洋殼等時(shí)線）的構(gòu)建相對(duì)簡(jiǎn)單；但當(dāng)僅保留了擴(kuò)張系統(tǒng)的單個(gè)側(cè)面（例如，俯沖作用導(dǎo)致洋中脊的某一側(cè)洋殼完全消失）時(shí)，通常計(jì)算半階段旋轉(zhuǎn)（單一側(cè)面的相鄰等時(shí)線之間的階段旋轉(zhuǎn)），并將其翻倍（即假設(shè)該擴(kuò)張是對(duì)稱的）以產(chǎn)生完整的階段旋轉(zhuǎn)；當(dāng)擴(kuò)張系統(tǒng)的兩側(cè)均已被俯沖消失時(shí)，只能依賴陸上的地質(zhì)記錄（如大斷裂、地體邊界、活動(dòng)的和消失的巖漿弧等）來重建消失的海底等時(shí)線（Matthews et al.,2016；Müller et al.,2016；Young et al.,2019）。

1.5 地幔柱方法

地幔對(duì)流導(dǎo)致地幔內(nèi)熱的物質(zhì)上涌形成地幔柱，通常假設(shè)地幔柱在一定時(shí)間內(nèi)的位置不變（Wilson，1963）。由地幔柱引發(fā)的熱點(diǎn)跟隨板塊運(yùn)動(dòng)不斷遷移，形成一系列的熱點(diǎn)軌跡，即海山和火山的鏈狀分布，因此移動(dòng)的熱點(diǎn)軌跡反映了其所在板塊的運(yùn)動(dòng)（Müller et al.,1993）?；谌蛩臈l主要的熱點(diǎn)軌跡（Hawaiian、Louisville、Tristan和Réunion），定義了130百萬年以來的板塊的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)，這也就是所謂的全球移動(dòng)熱點(diǎn)參考體系（Steinberger et al.,2004；Torsvik and Cocks,2016）。

大火成巖?。↙arge Igneous Province,LIP）是上地幔熔化的結(jié)果，過去300百萬年形成的大火成巖省噴發(fā)點(diǎn)和金伯利巖的報(bào)道都位于核幔邊界慢1%的剪切波速度（Vs）輪廓線之上（Burke and Torsvik,2004；Torsvik et al.,2010a），該輪廓線勾畫出了位于非洲和太平洋之下的核幔邊界上的兩個(gè)大低速剪切波速度省（large low shear-wave velocity provinces,LLSVPs）（Garnero and McNamara,2008）。產(chǎn)生大火成巖省和主要熱點(diǎn)火山的地幔柱大多位于這兩個(gè)低速剪切波速度省的極窄邊緣上，從而可以定義地幔柱生成區(qū)（Plume Generation Zone,PGZ） 的位置（Burke et al.,2008；Torsvik et al.,2008c）。

300百萬年以來地幔柱生成區(qū)的穩(wěn)定位置指示一種新型的重建古地理方法。該方法利用地表和地幔深部過程之間的基本聯(lián)系確定板塊的古經(jīng)度。例如，根據(jù)古地磁和生物面貌證據(jù)（二疊紀(jì)華南發(fā)育獨(dú)特的華夏植物群，與盤古超大陸主體的差異巨大），學(xué)者認(rèn)為華南板塊在晚二疊世位于遠(yuǎn)離盤古超大陸的赤道地區(qū)，但其距盤古大陸的距離一直沒有很好的限制，因此在之前的全球古地理重建中被賦予了完全不同的古經(jīng)度位置（如Scotese and McKerrow,1990；Golonka and Ford,2000；Blakey,2003）。258百萬年在華南板塊上發(fā)生的峨眉山大火成巖省提供解決爭(zhēng)議的線索。其古地磁數(shù)據(jù)顯示古緯度位置為南緯4°，如果峨眉山大火成巖省形成于地幔柱生成區(qū)之上，就會(huì)有幾種可能的古經(jīng)度位置（晚二疊世南緯4°線與地幔柱生成區(qū)的交點(diǎn)），其中盤古大陸占據(jù)了2個(gè)交點(diǎn)，只剩下與太平洋之下的地幔柱生成區(qū)有關(guān)的位置（圖3）。鑒于對(duì)后續(xù)板塊運(yùn)動(dòng)速度的限制（板塊在地史時(shí)期中的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度一般小于15厘米/年），東經(jīng)134°（太平洋下地幔柱生成區(qū)的西部邊緣）是一種可行的解釋（Torsvik et al.,2008c）。

1.6 地表古高程重建

全球古地理重建模型不僅包含前述的對(duì)大陸、地塊位置和運(yùn)動(dòng)特征的確定，還要恢復(fù)深時(shí)地表特征的演變。全球板塊構(gòu)造框架（Scotese and McKerrow,1990；Golonka,2007a；Seton et al.,2012；Matthews et al.,2016；Müller et al.,2016；Young et al.,2019）建立后，往往需要重建深時(shí)地表特征的高程信息（Paleodigital Elevation Models,PaleoDEM；Scotese and Wright,2018）并繪制包含高山、低地、淺海和深海盆地等環(huán)境分布的全球古地理圖。

圖3 晚二疊世（258 Ma）華南板塊的古經(jīng)度重建（據(jù)Torsvik and Cocks，2016修改）Fig.3 Paleomagnetic reconstruction of the South China Plate in the Late Permian(258 Ma,from Torsvik and Cocks,2016)

數(shù)字古高程的建立通常分幾個(gè)步驟完成，首先是繪制反映各時(shí)代沉積環(huán)境的巖相圖。例如，厚層的純灰?guī)r序列可能代表溫暖的淺海環(huán)境；由安山巖和花崗閃長巖組成的地層可能代表曾經(jīng)的大陸火山弧或安第斯型造山帶的產(chǎn)物。Scotese和Schettino（2017）總結(jié)了與沉積環(huán)境對(duì)應(yīng)的巖相和巖石類型，這些典型沉積物的出現(xiàn)可用來恢復(fù)相應(yīng)的沉積環(huán)境，并對(duì)應(yīng)一定的高程關(guān)系（表1）。巖相只能用于繪制巖石記錄相對(duì)完整的古地理環(huán)境，但許多地方的巖石記錄不完整，如已被侵蝕、受構(gòu)造作用破壞或被年輕的地層所覆蓋。因此通常需要根據(jù)區(qū)域的構(gòu)造歷史反演，推斷構(gòu)造作用發(fā)生前的古環(huán)境和古地理特征。通過類似的方式，基于洋殼下沉的深度與時(shí)間的關(guān)系（Stein and Stein,1992），可以獲取地質(zhì)歷史時(shí)期海底水深的信息。

表1 用于古數(shù)字高程重建的地質(zhì)記錄（Scotese and Schettino，2017）Table 1 Geological information used for reconstructions of PaleoDEM(Scotese and Schettino,2017)

繪制完各個(gè)時(shí)間段的古地理圖并獲得相對(duì)地形和水深后，下一步的工作是對(duì)這些信息進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)。通常根據(jù)各個(gè)時(shí)代重建的巖相和古環(huán)境信息對(duì)現(xiàn)代數(shù)字高程信息進(jìn)行修改（Scotese and Schettino,2017；Scotese and Wright,2018），并根據(jù)全球板塊構(gòu)造模型恢復(fù)到當(dāng)時(shí)的古地理位置，獲得古數(shù)字高程模型。基于每個(gè)時(shí)代的獨(dú)特的重建數(shù)字高程模型獲得古海平面的位置，進(jìn)而檢驗(yàn)地質(zhì)歷史時(shí)期海平面重建的結(jié)果（Miller et al.,2005；Haq and Schutter,2008），并可以作為古氣候模擬的輸入條件（Baatsen et al.,2016）。

除上述各種構(gòu)建全球古地理重建模型的方法外，還有一些對(duì)重建模型的校正方法，如真極移路徑（true polar wander,TPW）（Torsvik et al.,2002；SteinbergerandTorsvik,2008）、俯沖板片（subduction slabs）（Meer et al.,2009,2018；Butterworth et al.,2014）、巖石圈凈旋轉(zhuǎn) （net lithosphere rotation）（Evans,2003；Funiciello et al.,2008；Torsvik et al.,2010b）等，限于文章篇幅此處不做贅述。

2 現(xiàn)有的古地理重建模型的比較

近半個(gè)世紀(jì)涌現(xiàn)了大量定量或定性的全球古地理重建模型，幾種主流的全球模型見表2，但還有很多優(yōu)秀的全球古地理重建模型（McElhinny et al.,2003；Smithetal.,2004），限于本文的篇幅并未論及。

表2 全球古地理模型對(duì)比表Table 2 Comparison of global paleogeographic reconstruction models

2.1 PaleoMap模型

PaleoMap項(xiàng)目重建的全球古地理模型是最具有國際聲譽(yù)的。早在20世紀(jì)70年代，Scotese就開始借助計(jì)算機(jī)，依據(jù)古地磁和巖石記錄等數(shù)據(jù)進(jìn)行全球古地理重建（Scotese and Baker,1975），并引發(fā)了后續(xù)一系列基于古地磁學(xué)（Voo and Torsvik,2001）、巖石地層指標(biāo)（Ziegler et al.,1985；Boucot et al.,2013）、古生物地理學(xué)（Cocks and Fortey,1982；Cocks and Verniers,1998）及古氣候（Rees et al.,2002）等學(xué)科的古地理重建方法。

PaleoMap模型以5～10 Ma的時(shí)間間隔重建了750 Ma以來的全球古地理圖，并可以開放獲取。相關(guān)重建資料都可以通過PaleoMap網(wǎng)站（http://www.scotese.com/）聯(lián)系獲?。ǚ情_放下載），包括數(shù)十張高精度的全球古地理重建圖和3張預(yù)測(cè)的未來地理圖（+50 Ma，+100 Ma和+250 Ma）。此外，Scotese開發(fā)了多個(gè)版本的古地理圖以適配不同的重建軟件 （如ArcGIS和GPlates）（Scotese and Moore,2013；Scotese,2016），并制作和公布了相應(yīng)的模擬動(dòng)畫 （https://youtube.com/user/cscotese/）。除了全球古地理重建圖外，PaleoMap模型還包括一系列的深時(shí)全球板塊構(gòu)造重建圖、古氣候帶重建圖、古溫度重建圖、古降雨量重建圖、海水古鹽度和氧含量重建圖、古上涌流重建圖等。通過古高程信息的重建（PaleoDEM）反映地表特征是PaleoMap模型獨(dú)有的一大特點(diǎn)。

需要注意的是，由Ronald Blakey制作的Deep Time Maps系列全球古地理圖（Blakey,2003；Blakey and Ranney,2018）的基礎(chǔ)模型也是源于PaleoMap，其古地理特征通過Photoshop軟件采用現(xiàn)代地形紋理進(jìn)行描繪，色彩渲染美觀，是學(xué)術(shù)界廣泛使用的古地理圖之一，但現(xiàn)已商業(yè)化，需要購買使用（http://deeptimemaps.com/）。

2.2 PLATES模型

PLATES項(xiàng)目（http://ig.utexas.edu/marine-andtectonics/plates-project/）是由德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校地球物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的，其主要目標(biāo)是：（1）對(duì)過去和現(xiàn)在的板塊運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模，構(gòu)建高精度的全球、區(qū)域板塊運(yùn)動(dòng)；（2）建立綜合性數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用地理、地球物理和巖石資料進(jìn)行板塊建模；（3）開發(fā)計(jì)算機(jī)軟件，用于處理數(shù)據(jù)、重建板塊位置和展示板塊模型等；（4）基于板塊重建模型討論全球或區(qū)域的地質(zhì)現(xiàn)象，發(fā)掘地質(zhì)規(guī)律。該項(xiàng)目在Sclater，Scotese和Lawver的領(lǐng)導(dǎo)下建立了第一個(gè)全球海底磁異常條帶和等時(shí)線數(shù)據(jù)庫，并提供了一系列PowerPoint格式的重建圖和重建模擬及相關(guān)的支撐資料（如數(shù)據(jù)格式描述文檔、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件、板塊邊界、大火成巖省數(shù)據(jù)庫、蛇綠巖數(shù)據(jù)庫、磁異常條帶數(shù)據(jù)庫、旋轉(zhuǎn)文件等），可開放獲取。

PLATES模型使用Rothwell公司開發(fā)的Paleo-GIS軟件（https://www.paleogis.com/）重建了750 Ma以來的全球古地理演變模型，并將其成果表示為10 Ma間隔的全球和極地視角的古地理圖（包括170 Ma以來的海底構(gòu)造重建）（Dalziel,1997；Lawver et al.,2015）。值得注意的是，其早期成員之一Dietmar Müller后來成立了EarthByte項(xiàng)目。近年來PLATES項(xiàng)目不再進(jìn)行全球古地理重建的更新，而是著重于南極洲、印度洋、太平洋的深時(shí)高精度區(qū)域重建。

2.3 UNIL模型

UNIL項(xiàng)目是在瑞士洛桑大學(xué)Gérard Stampfli教授的指導(dǎo)下開展的，該項(xiàng)目在2004～2010年間取得很大進(jìn)展，重建了600 Ma以來覆蓋完整地表的古地理圖（包括46張古地理重建圖）。2010年該重建模型全部產(chǎn)權(quán)出售給了Neftex石油顧問有限公司，作為其地球系統(tǒng)軟件包的一個(gè)組件，不再為學(xué)術(shù)界所獲取。但仍可從2010年之前零散發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)（Stampfli and Borel,2002；Stampfli and Borel,2004；Vérard et al.,2015）中獲得，且可通過網(wǎng)站（https://www.unil.ch/iste/en/home/menuinst/recherche/geology-and-geodynamics-of-mountain-belts/gerard-stampfli.html）獲得部分該模型的高清重建圖。

UNIL模型的后續(xù)改進(jìn)是Panalesis模型（Vérard,2019），該模型使用UNIL開發(fā)的方法和技術(shù)，但是重新開發(fā)了新的框架以適應(yīng)未來的發(fā)展，試圖通過多種模型的結(jié)合（如地球動(dòng)力學(xué)模型、地層和巖相古地理模型、沉積剝蝕模型、氣候模型、板塊應(yīng)力模型、地幔動(dòng)力學(xué)模型以及地球旋轉(zhuǎn)模型等）以全面重建深時(shí)的古地理面貌。

2.4 Golonka模型

Golonka的全球古地理重建模型側(cè)重于巖相和古環(huán)境恢復(fù)（Golonka and Ford,2000；Golonka,2007a,b；Cao et al.,2017），包括544 Ma以來的32張全球古地理重建圖，其板塊劃分方案和旋轉(zhuǎn)文件主要基于PLATES和PaleoMap項(xiàng)目，但對(duì)特提斯域進(jìn)行了修改和完善。

值得注意的是，Golonka重建模型的數(shù)字化文件已由Cao等（2017）發(fā)表，該模型包括了402～2 Ma期間的全球古地理動(dòng)態(tài)重建（包括冰川、山區(qū)、陸地和淺海的時(shí)空演變），原始旋轉(zhuǎn)文件來源于Golonka（2007a）。

2.5 GMAP模型

挪威奧斯陸大學(xué)的Torsvik團(tuán)隊(duì)開發(fā)了GMAP軟件，用于處理古地磁數(shù)據(jù)和重建深時(shí)古陸的位置，并據(jù)此開發(fā)了一系列全球古地理重建模型（Torsvik et al.,1996,2008a； Cocks and Torsvik,2002；Torsvik and Cocks,2004,2019）（側(cè)重于定位古陸位置和板塊構(gòu)造重建）。GMAP模型首次通過組合基于地幔和古地磁的絕對(duì)板塊運(yùn)動(dòng)模型獲得了全球古地理重建模型的長尺度時(shí)間聯(lián)系：將120 Ma以來的移動(dòng)熱點(diǎn)絕對(duì)參考體系（Doubrovine et al.,2012）和120 Ma之前的經(jīng)真極移（由于地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的地球旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于地幔的運(yùn)動(dòng)）校正的古地磁絕對(duì)參考體系（Torsvik et al.,2012）結(jié)合，并假設(shè)盤古大陸解體以來南非板塊的經(jīng)度變化非常小，將其作為錨定板塊來構(gòu)建板塊運(yùn)動(dòng)環(huán)路，從而在絕對(duì)參考體系下重建板塊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。以往的絕對(duì)古經(jīng)度重建只能實(shí)現(xiàn)在200 Ma以來，Torsvik等基于地幔層析成像和300 Ma以來大火成巖省和金伯利巖產(chǎn)出位置的關(guān)系提出重建古生代以來板塊絕對(duì)古經(jīng)度的方法（PGZ方法；Burke and Torsvik,2004；Burke et al.,2008；Torsvik et al.,2008b,2010a），從而可以在更老的時(shí)間確定板塊絕對(duì)位置。

GMAP模型的相關(guān)資料都可公開獲取，包括一系列板塊重建的旋轉(zhuǎn)文件、板塊多邊形文件、大火成巖省數(shù)據(jù)庫、PGZ位置、微地塊、熱點(diǎn)軌跡數(shù)據(jù)庫 等 （http://www.earthdynamics.org/earthmodel/）。需注意的是，GMAP的許多功能已經(jīng)整合到新的板塊構(gòu)造重建軟件GPlates中，且其大部分重建數(shù)據(jù)也均發(fā)布為GPlates兼容的格式，可方便的使用和修改，甚至據(jù)此建設(shè)自己的數(shù)據(jù)集。GMAP模型的最新發(fā)展是前侏羅紀(jì)全板塊重建方面的探討（Domeier and Torsvik,2019），雖然相關(guān)的模型數(shù)據(jù)集尚未發(fā)表，但重建古海洋的洋底構(gòu)造（如洋中脊、轉(zhuǎn)換斷層、俯沖帶等）和古陸的絕對(duì)經(jīng)度位置是其中最重要的工作。

2.6 EarthByte模型

EarthByte團(tuán)隊(duì) （https://www.earthbyte.org/） 由一大批板塊構(gòu)造、古地理重建和軟件開發(fā)方面的科學(xué)家組成，團(tuán)隊(duì)成員大多就職于悉尼大學(xué)。自GPlates軟件發(fā)布以來（Boyden et al.,2011；Müller et al.,2018），該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一系列板塊重建模型，覆蓋了地質(zhì)歷史的各個(gè)階段。Gurnis等（2012）發(fā)表了該團(tuán)隊(duì)第一個(gè)板塊構(gòu)造重建模型，開創(chuàng)了連續(xù)閉合板塊重建方法，以板塊邊界的不斷變化界定各個(gè)時(shí)期板塊位置，獲取形狀的改變，從而奠定了整個(gè)EarthByte模型的基礎(chǔ)構(gòu)建方法。該團(tuán)隊(duì)聚焦多個(gè)前沿的熱點(diǎn)科學(xué)問題（如地幔對(duì)流、板塊邊緣變形、古氣候模擬、深時(shí)碳循環(huán)模擬等），發(fā)表了大量新穎的研究成果。

Seton等（2012）發(fā)表了200 Ma以來的全球板塊運(yùn)動(dòng)模型，以20 Ma的時(shí)間間隔繪制了古地理重建圖，同時(shí)重建了海底等時(shí)線的演變。Müller等（2016）提出了230 Ma以來的連續(xù)閉合板塊的全球重建模型，并分析了板塊運(yùn)動(dòng)速度的限制以及對(duì)全球構(gòu)造事件的審查。Matthews等（2016）結(jié)合之前發(fā)表的400～250 Ma（Torsvik and Cocks，2004）和 230 Ma以來 （Müller et al.，2016） 的重建結(jié)果，提出了第一個(gè)晚古生代以來的連續(xù)全球板塊運(yùn)動(dòng)模型。Merdith等（2017）基于地質(zhì)記錄和古地磁數(shù)據(jù)提出了第一個(gè)新元古代（1000～520 Ma）的完整板塊拓?fù)淠Ｐ停⒂懻摿嗽撊蛑亟Ｐ妥鳛楣艢夂蚪：偷厍騽?dòng)力學(xué)模型輸入條件的可行性，發(fā)表了對(duì)新元古代全球俯沖作用強(qiáng)度和緯度分布的重新認(rèn)識(shí)。Müller等（2019）發(fā)表了加入了板塊變形修正的240 Ma以來的全球板塊運(yùn)動(dòng)模型，為建立詳細(xì)的板塊區(qū)域變形網(wǎng)絡(luò)提供了框架，并為盆地演化和板塊—地幔模型提供了約束。Young等（2019）基于Matthews等（2016）的重建模型進(jìn)行了深入探討，通過降低整體板塊運(yùn)動(dòng)速度的方法提出了新的410 Ma以來的全球板塊重建，擬合了板塊和俯沖帶運(yùn)動(dòng)學(xué)在內(nèi)的地球動(dòng)力學(xué)，并重建了早古生代以來的地幔流變化。

EarthByte模型的已發(fā)表數(shù)據(jù)都可開放獲取，包括一系列板塊多邊形文件、旋轉(zhuǎn)文件、拓?fù)浒鍓K邊界文件，及用于重建的相關(guān)支持?jǐn)?shù)據(jù)（如海岸線、年齡等時(shí)線、洋中脊、洋陸邊界、熱點(diǎn)、古地磁、重力異常數(shù)據(jù)、海底磁異常數(shù)據(jù)、動(dòng)力地形、海底斷裂帶、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、用于賦值板塊ID的靜態(tài)多邊形文件等），所有文件可通過相關(guān)文獻(xiàn)的補(bǔ)充材料或EarthByte網(wǎng)站（https://www.earthbyte.org/category/resources/data-models/）獲得。

3 基于古地理重建模型的知識(shí)發(fā)現(xiàn)

數(shù)字全球古地理重建模型的出現(xiàn)深化和改進(jìn)了學(xué)界對(duì)許多地質(zhì)事件（如超大陸旋回、板塊俯沖機(jī)制、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力）的認(rèn)識(shí)，并出現(xiàn)了許多新的重要發(fā)現(xiàn)。基于數(shù)字化的重建模型，多學(xué)科交叉與數(shù)值模擬結(jié)果激發(fā)了對(duì)深時(shí)地球演化規(guī)律的探討，并在諸如古氣候演變及其控制因素、俯沖帶的形成背景與時(shí)空分布，以及盆地演化與油氣勘探等方面涌現(xiàn)了大量的知識(shí)發(fā)現(xiàn)。

3.1 古氣候研究

氣候變暖日益得到人們的關(guān)注，重建深時(shí)古氣候的演變規(guī)律對(duì)于如何面對(duì)和解決當(dāng)代氣候變暖問題具有重要的指示意義。大氣中的二氧化碳濃度是影響地球氣候的關(guān)鍵因素。盡管板塊運(yùn)動(dòng)對(duì)碳循環(huán)具有重要的影響，但如何量化和證實(shí)這種機(jī)制一直是個(gè)難以解決的問題（Brune et al.,2017）。俯沖帶長度與全球板塊邊界的火山二氧化碳脫氣量成正比，Meer等（2014）通過從板塊重建模型中提取各時(shí)代的俯沖帶總長度，并將其作為古氣候模擬的輸入條件（Baatsen et al.,2016），重建了250 Ma以來的大氣二氧化碳濃度曲線，這一結(jié)果與地球化學(xué)指標(biāo)獲得的結(jié)果較為一致，從而通過板塊運(yùn)動(dòng)建立了固體地球與大氣圈、生物圈之間的聯(lián)系。

不同古地理位置的陸地及其主要物質(zhì)組成反映不同的硅酸鹽風(fēng)化速率，這是控制大氣二氧化碳濃度的關(guān)鍵因素（Goddéris et al.,2014）。一般認(rèn)為，當(dāng)大量陸地板塊位于赤道附近時(shí)，全球具有較高的風(fēng)化速率，對(duì)應(yīng)于氣候較冷的時(shí)期。最近的一項(xiàng)研究表明，深時(shí)低緯地區(qū)的大規(guī)模弧-陸碰撞是全球冰期的主要誘發(fā)機(jī)制（Macdonald et al.,2019）。研究認(rèn)為在弧-陸碰撞中，火山弧仰沖到大陸上，形成蛇綠巖?；鹕交『蜕呔G巖主要由易風(fēng)化的富含鈣和鎂的玄武巖和超鎂鐵質(zhì)巖石組成，高效的硅酸鹽風(fēng)化能夠吸收大量二氧化碳。熱帶地區(qū)化學(xué)風(fēng)化效率高及仰沖期間產(chǎn)生的地形起伏，提高全球風(fēng)化強(qiáng)度并促進(jìn)全球降溫?；贛üller等（2016）的全球板塊重建模型恢復(fù)了各個(gè)時(shí)間段的熱帶區(qū)域蛇綠巖縫合帶的長度，并對(duì)比顯生宙的冰期事件，獲得很好的相關(guān)性（圖4）。重建獲得的熱帶地區(qū)縫合線長度記錄的主要峰值（赤道兩側(cè)20°范圍內(nèi)的活動(dòng)縫合帶總長度大于10000 m）在奧陶紀(jì)晚期、石炭紀(jì)—二疊紀(jì)和新生代，與顯生宙三次主要冰期的紀(jì)錄對(duì)應(yīng)；且在非冰室氣候的較長時(shí)期（如250～50 Ma期間），沒有主要的熱帶縫合線長度峰值。該研究首次定量地證明了顯生宙氣候調(diào)節(jié)的關(guān)鍵機(jī)制就是赤道區(qū)域發(fā)生的弧-陸碰撞及之后引發(fā)全球風(fēng)化強(qiáng)度加強(qiáng)，但與此同時(shí)的俯沖作用停止所導(dǎo)致的火山二氧化碳脫氣減少也加快了全球的氣候變冷。

3.2 俯沖帶的重建

剛性板塊的俯沖是行星內(nèi)部與表面物質(zhì)交換的基本機(jī)制，控制了地球地幔的熱演化。與俯沖作用有關(guān)的火山作用、地震、造山等過程強(qiáng)烈地塑造了地表形態(tài)。但地質(zhì)歷史中的俯沖從何處開始，在哪里結(jié)束？俯沖板片的面積和進(jìn)入地幔的通量如何變化，其對(duì)地表的響應(yīng)又如何表達(dá)？這些問題在深時(shí)全球古地理重建模型下得到了解答。

圖4 顯生宙熱帶地區(qū)縫合線長度與大陸冰川的緯度范圍對(duì)比（Macdonald et al.，2019）Fig.4 Phanerozoic suture length in the tropics compared to the latitudinal extent of continental glaciation(from Macdonald et al.,2019)

研究表明，俯沖板片在板塊運(yùn)動(dòng)作用中表現(xiàn)為巨大的拉力（Meer et al.，2009，2018；Steinberger et al.,2012；Butterworth et al.,2014；Mallard et al.,2016），甚至可能是板塊運(yùn)動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力，了解俯沖作用的樣式與機(jī)制是揭秘板塊構(gòu)造作用機(jī)制的重要一環(huán)。Ulvrova等（2019）通過地幔對(duì)流數(shù)值模擬，與通過全球古地理重建模型（Müller et al.,2016）和地幔層析成像（Meer et al.,2018）中恢復(fù)的板片俯沖歷史進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)歷史時(shí)期俯沖帶的開始與終止并不是隨機(jī)分布的。其數(shù)值模型表明，俯沖的啟動(dòng)主要受巖石圈強(qiáng)度和大陸邊緣長度的控制。強(qiáng)度較大的巖石圈有利于引發(fā)大陸附近的俯沖開始，而對(duì)于強(qiáng)度較弱的巖石圈，俯沖的開始位置則遵從隨機(jī)分布。在大陸邊緣形成的俯沖帶往往留在原位，而在大洋內(nèi)部形成的俯沖帶則往往遷移并與其他大洋內(nèi)部俯沖帶合并，或到達(dá)大陸邊緣終止。

基于不斷變化的拓?fù)浒鍓K邊界重建模型，East等（2020）提取了隨時(shí)間變化的海溝收斂速率，并計(jì)算了不同時(shí)代的俯沖板塊面積，結(jié)合海底年齡格網(wǎng)計(jì)算俯沖巖石圈的厚度，從而獲得隨時(shí)間變化的俯沖板片通量。該研究重建了230 Ma以來的全球俯沖板片通量（圖5）。結(jié)果表明板片通量在180 Ma到130 Ma之間相較之前翻了一倍，超過了500 km3/yr，隨后又朝著白堊紀(jì)—古近紀(jì)邊界再次減半，這主要是由于太平洋洋盆邊緣的俯沖帶的驅(qū)動(dòng)。130 Ma（白堊紀(jì)中期）的峰值可歸因于盤古超大陸破裂后洋中脊長度增加了兩倍，板塊俯沖速度也同時(shí)增加，平均速度超過10 cm/yr。在短短的50個(gè)Ma期間，大約三分之一的俯沖板片通量進(jìn)入了地幔，這種俯沖板片超通量現(xiàn)象使得地幔中物質(zhì)激增，從而反饋為地幔上涌物質(zhì)的增加。這一白堊紀(jì)中期事件可能是達(dá)爾文地幔超隆起事件和南非高原的動(dòng)力地形隆起的起因，并伴隨著大量地幔深處金伯利巖在地表的形成。該研究成果對(duì)于理解俯沖所消耗的物質(zhì)隨時(shí)間變化的通量非常重要，俯沖板片的超通量事件可能是超大陸裂解后大陸擴(kuò)散的普遍特征。

3.3 盆地演化與油氣勘探

在傳統(tǒng)的油氣勘探中，古地理被用于描繪關(guān)鍵層位（烴源巖、儲(chǔ)層、蓋層）的堆疊、分布與質(zhì)量評(píng)價(jià)。通過對(duì)全球巖相和古地理環(huán)境的編圖（Golonka and Ford,2000；Golonka,2007a），結(jié)合已知的鉆井、地震、油田的古地理位置可推測(cè)潛在的油氣富集區(qū)，這種油氣勘探價(jià)值相較于地震剖面和鉆探而言精度不高，但相當(dāng)廉價(jià)、便捷，具有重要的宏觀指導(dǎo)意義。除了對(duì)關(guān)鍵層位的預(yù)測(cè)，古地理模型在盆地演化方面還可以提供重要的指導(dǎo)（I’Anson et al.,2018）。

圖5 全球俯沖板片通量隨時(shí)間的演變重建Fig.5 Reconstruction of global slab volume flux in deep time

I’Anson等（2018）最近基于全球重建模型（Müller et al.,2016）中的動(dòng)力地形演變重建了澳大利亞加利利盆地（the Galilee Basin）的埋藏和暴露剝蝕歷史。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)刂饕臒N源巖層系是二疊紀(jì)沉積的煤系地層，其在晚白堊紀(jì)達(dá)到了最大埋深（約1.5～2 km），同時(shí)處于超過100°C的地溫中，在該階段生成了大量的天然氣（約45 m3/t）。但由于原太平洋板塊俯沖的停止（約100 Ma前），該盆地所處區(qū)域的重力地形負(fù)荷突然降低（約95 Ma前），從而導(dǎo)致了一段時(shí)間的隆升和剝蝕，逸散了大量的天然氣，殘余氣體經(jīng)過后期的再次沉降保存最終構(gòu)成了現(xiàn)今當(dāng)?shù)氐奶烊粴赓Y源。該研究表明由俯沖作用驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力地形對(duì)盆地的沉降、隆升和資源潛力的保存可產(chǎn)生重要影響。

4 總結(jié)與展望

古地理重建經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)邁入了基于模型重建的階段，無論是區(qū)域覆蓋度、時(shí)間跨度還是技術(shù)手段都有了巨大的進(jìn)步，眾多基于不同重建理論和方法的全球古地理重建模型為我們提供了更多的手段解讀深時(shí)地球的演化?，F(xiàn)存的主流的全球古地理重建模型主要包括Paleo-Map、 PLATES、 UNIL、 GOLONKA、 GMAP 和EarthByte等，這些模型在時(shí)間跨度、模型構(gòu)成、重建方法和公開性方面有很大的區(qū)別。基于數(shù)字化古地理重建模型的許多應(yīng)用已有重要理論突破，如熱帶地區(qū)的弧-陸碰撞調(diào)節(jié)古氣候模式（Macdonald et al.,2019）、俯沖通量的激增反饋為地表高原的隆起和金伯利巖的形成（East et al.,2020）、受動(dòng)力地形控制的沉積盆地的沉降與抬升與烴源巖勘探的關(guān)系（I’Anson et al..2018）等。這些基于古地理重建模型的二次開發(fā)和模擬為我們提供了大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下地球科學(xué)創(chuàng)新和突破的參考案例。

但是現(xiàn)存的各種古地理重建模型有或多或少的不足之處，如PaleoMAP模型的古地理重建圖修訂代價(jià)高、UNIL模型已商用，不可開放獲取、GMAP和EarthByte模型缺少地表特征的重建等。隨著深時(shí)數(shù)字地球（DDE）項(xiàng)目的不斷開展，作為底層框架的深時(shí)全球古地理、古構(gòu)造重建模型呈現(xiàn)了新的發(fā)展機(jī)遇。整合國內(nèi)外頂尖資源和科研團(tuán)隊(duì)共同開發(fā)新一代的綜合性全球古地理重建框架，服務(wù)整個(gè)大科學(xué)計(jì)劃的目標(biāo)和愿景，是目前的重要任務(wù)之一。未來的全球重建模型應(yīng)當(dāng)是涵蓋完整的地質(zhì)歷史時(shí)期板塊運(yùn)動(dòng)、地表特征和深部過程的四維數(shù)字模型，并可便于修改和調(diào)試，從而構(gòu)建真正的深時(shí)“數(shù)字地球”。