华南造山带上泛非期岩浆活动证据的发现及地质意义

由于华南造山带缺乏早古生代初岩浆活动的直接证据而导致华南造山带与扬子地块碰撞拼合完成时间、早古生代初的大地构造背景、是否属于冈瓦纳一部分等科学问题的研究争议不断,因此寻找泛非期岩浆岩成为解决以上问题的关键。本次研究主要通过岩相学、锆石U-Pb年代学、全岩地球化学及Lu-Hf同位素等手段来分析诸广山复式岩基中北部的梧桐岩体的年代学、岩石地球化学等方面的特征。研究表明,梧桐岩体主体由黑云母二长花岗岩构成,黑云母二长花岗岩的成岩年龄为494.4 Ma,具有高硅铝(SiO_(2)=59.93%~71.31%,Al_(2)O_(3)=13.43%~19.20%)、高碱(K_(2)O=3.35%~5.93%,Na_(2)O=2.33%~6.21%)、高铁(TFe_(2)O_(3)=2.09%~6.20%)、低镁(MgO=0.44%~2.18%),富集Rb、Th、U、Nb和轻稀土元素,亏损Ba、Sr、P、Ti等特征,其岩浆物质主要来源于下地壳物质的重熔或多次重熔,岩浆侵入过程中可能存在少量地幔物质加入。梧桐岩体的发现暗示华南造山带与扬子地块中部可能在早古生代(520~480 Ma)完成碰撞拼合,且与冈瓦纳大陆关系密切,极有可能是冈瓦纳大陆的一部分,它为进一步厘清泛非造山运动作用于华南造山带乃至华南地区的时限、作用范围、岩浆成因、大地构造背景特征等科学问题提供了典型研究对象。

中国东部中生代上叠造山系

印支运动和燕山运动是中国东部中生代时期两次十分重要的造山运动。由这两次造山运动形成的构造带,既不是陈国达所说的地壳演化第三阶段的产物,也不是一些学者所谓的由板块内部动力产生的陆内(或板内)造山带。它们是在古太平洋动力体系作用下,在中国东部先成大陆地壳之上形成的上叠造山系,过去我们曾称其为中国东部滨太平洋大陆边缘活动(活化)带。中生代时期,在古太平洋动力体系作用下,于俄罗斯东北部—锡霍特阿林—日本—琉球—中国台湾—巴拉望一带形成亚洲东缘造山系,在邻接亚洲东部陆缘的中国东部大陆地壳之上形成中国东部上叠造山系。二者在同一动力体系作用下,同步发展,共同组成亚洲东部太平洋构造域规模宏大的巨型中生代造山系,彻底改变了亚洲东部印支造山前的构造面貌。

黄汲清与中国大地构造研究

本文概述了黄汲清的中国大地构造经典著作——《中国主要地质构造单位》的基本内容和写作基础;阐述了黄汲清及其科学集体的治学风格和工作方法,强调野外地质调查的重要性,突出用新的科学理念和事实,与时俱进不断发展大地构造学。指出大地构造学已从研究地球表层地壳构造、岩石圈构造,进入用地球系统观研究地球整体多圈层构造的新阶段。

序

今年是为我国地质事业做出重要贡献的著名地质学家李春昱先生诞辰120周年,作为他的学生和晚辈,我们深怀敬意出版此专辑以资纪念。李先生1904年出生于河南汲县(今卫辉市)。青少年时期,先生目睹中华民族民穷国弱,被拥有坚船利舰的帝国主义列强欺凌,本着“开发矿业可以富民强国的科学救国”的理念,违背父愿,于1924年考取北京大学地质系,1928年毕业,获学士学位。

1:500万国际亚洲地质图

1:500万国际亚洲地质图(IGMA5000)是由世界地质图委员会(CGMW)的4个分会、亚欧20个国家的100余名地质学家合作完成的。这是CGMW旗下,第一份IGMA5000;第一份以亚洲为主体,又包括邻区,既表示大陆地质,又表示海底地质的IGMA5000;第一份按国际标准,在ArcGIS平台上编制的数字化IGMA5000。图幅西起阿尔卑斯,东到马里亚纳海沟,北起北冰洋,南到爪哇海沟。从这张图上,不仅可以解读亚洲地质,而且可以研究亚洲与相邻大陆和海洋的地质构造关系。IGMA5000的完成,为亚洲大地构造、成矿规律和资源环境研究建立了一个坚实的基础。

中国的全球构造位置和地球动力系统

现今之中国位于亚洲大陆东南部,西太平洋活动带中段;在全球板块构造图上,中国位于欧亚板块的东南部,南为印度板块,东为太平洋板块和菲律宾海板块。地质历史上,以中朝、扬子、塔里木等小克拉通为标志的中国主体属于冈瓦纳和西伯利亚两个大陆之间的转换(互换)构造域:古生代时期,位于古亚洲洋之南,属冈瓦纳结构复杂的大陆边缘;中生代阶段,位于特提斯之北,属劳亚大陆的一部分。显生宙中国大地构造演化依次受古亚洲洋、特提斯-古太平洋、太平洋-印度洋三大动力体系之控制,形成古亚洲洋、特提斯和太平洋三大构造域。不论古亚洲洋,还是特提斯,都不是结构简单的大洋盆地,而是由一系列海底裂谷带(小洋盆带)和众多微陆块组合而成的结构复杂的洋盆体系。加之中、新生代的太平洋构造域和特提斯构造域叠加在古生代的古亚洲洋构造域之上,使中国地质构造图像在二维平面上呈现镶嵌构造,在三维空间上呈现立交桥式结构,使中国不仅是亚洲,也是全球构造最复杂的一个区域。不同阶段的地球动力体系在中国的叠加、复合,使多旋回构造-岩浆和成矿作用成为中国地质最突出的特征。因而中国的造山带大多是多旋回复合造山带,成矿(区)带大多是多旋回复合成矿(区)带,大型含油气盆地大多是多旋回叠合盆地。

中国与世界主要含油气区大地构造比较分析

中国与世界主要含油气区比较,区别十分明显。世界主要为海相,特别是中新生代海相含油气层系,一般经历了单旋回的演化过程;中国主要为中新生代陆相含油气层系,经历了多旋回的演化过程。世界主要含油气区,大多位于南(冈瓦纳)、北(劳亚)大陆的本部或被动边缘,大陆被大洋环绕,形成洋环陆的古构造-古地理景观,各时代海相沉积发育良好,构造动力体系单一,地质结构比较简单,含油气层系保存条件比较优越。而中国所在的东亚大陆,则属南(冈瓦纳)、北(劳亚)两个巨型大陆之间的转换构造域,它是由众多微陆和造山带组合而成的复合大陆,古构造-古地理环境为洋含陆,即微陆散布在浩瀚的海洋之中;古亚洲洋、特提斯-古太平洋、大西洋/印度洋-太平洋三大动力体系的叠加、复合,使东亚成为全球构造最复杂的地区。因此,在中国,只有在构造上相对稳定,又被中新生代沉积覆盖的塔里木、四川、鄂尔多斯等多旋回叠合盆地,海相油气层系才得以保存,在海相地层直接暴露地表的地区,至今尚未发现具有工业价值的油气藏。

软碰撞、叠覆造山和多旋回缝合作用

软碰撞是指陆块间，主要是微陆块间的弱碰撞。软碰撞后，陆块间尚未焊合，处于"联而不合"的状态。在新的构造阶段，这些陆块间又可再一次挤压和地壳缩短，发生大陆壳的消减造山作用，使一个大陆的大陆壳叠覆在另一个大陆的大陆壳之上，这就是陆一陆叠覆造山作用。东亚诸陆块在古生代软碰撞后，曾长期处于"联而不合"的状态，只有再经过华为西、印支、燕山多旋回的陆-陆叠覆和走滑-挤压造山作用之后，它们才在动力学上最终焊合为一体，即经历了多旋回的缝合作用才合为一体。

寻找消失的大陆

已发表的大量海洋地质、地球物理调查和海底钻探文献资料表明,现今大西洋、印度洋、太平洋的不同部位——海底高原、深海平原、海沟、转换断层以至大洋中脊都可以找到大陆残块或大陆壳的痕迹。值得注意的是,大洋盆地中已经发现的大陆残块,在全球磁异常图上,大多位于南美洲、非洲、欧洲、南极洲、大洋洲的大陆磁异常带向相邻大洋盆地延伸部分,二者互相印证。这说明,具有大陆磁异常特征的这部分大洋盆地的基底具有大陆壳的性质,这是否意味着现代大洋的相当一部分深海盆地并不是以典型的大洋地壳,而是以大陆属性的地壳为基底的。然而,在世界地质图上,这些深海盆地的底多被以海底磁异常条带为基础的海底扩张模型解释为白垩纪的大洋地壳。这就不得不使我们对根据Vine—Matthews假说建立的海底扩张模型产生质疑。基于上述事实,我们认为,在大地构造研究中,不仅要在各时代的造山带中寻找消失的大洋,而且要在各个时期的海洋中寻找消失的大陆,才能更准确地进行古构造一古地理再造,还原各地史时期大地构造的真实面貌。我们认为,大陆经裂谷作用转化为大洋,大洋经造山作用转化为大陆的过程中,必然存在着地球各层圈之间,特别是壳幔之间的物理、化学作用。因此,大地构造研究必须从全球整体出发,注意物质水平运动的同时,还要更加注意研究壳与幔、幔与核,以及壳、幔、核的不同层次之间能量的转换和物质转化过程,才能对大陆与大洋的形成和演化过程作出正确的判断。

中国大地构造研究之思考——中国地质学家的责任与担当

19世纪中叶到20世纪中叶盛行的地槽-地台学说,起源于西方学者对大西洋半球的欧洲和北美东部地质的研究。20世纪中叶提出的板块构造学说,虽然起源于对现代海洋的地质、地球物理调查,但用板块学说解释大陆构造的尝试,也是从解剖北美和欧洲大西洋两岸的古生代造山带开始的。二者均缺少太平洋半球的亚洲,特别是中国及邻区的资料基础,因此,其立论基础是不全面的。这就给亚洲,特别是给中国学者提供了很大的发展空间。通过1∶500万国际亚洲地质图的编制和全球构造的对比研究,笔者发现,处于亚洲核心地带的中国及邻区不仅是亚洲也是全球显生宙地质结构和发展历史最复杂的地区。古亚洲洋构造域的乌拉尔—蒙古—兴安巨型造山带是全球规模最大、发育历史最长、地质结构最复杂的古生代造山带;中国西南部,特别是青藏高原是全球特提斯巨型造山带出露宽度最大、地质纪录保存最完整的地段;中国东部的太平洋构造域,既有亚洲东缘的巨型中生代造山带和新生代的沟弧盆体系,又有宽阔的滨太平洋陆缘活化带。这就使中国及邻区成为研究全球显生宙构造不可缺少的重要地段。我们一定要抓住中国在全球构造研究中的区位优势,以地球系统多层圈构造观为指导,用地质、地球物理、地球化学多学科结合的方法,立足实际,抓住特色,构建中国大地构造的新理论、新模型,为国际地球科学,为发展、完善现代大地构造学理论做出应有的贡献!

1∶25万地质填图进一步揭开了青藏高原大地构造的神秘面纱

1∶25万地质填图进一步揭开了青藏高原地区大地构造的奥秘:阿尔金山是昆仑、祁连-秦岭造山系的一部分;阿尔金断裂确是一条大型转换断层;木孜塔格-玛沁缝合带和金沙江缝合带均是华力西缝合带;松潘甘孜三叠系沉积盆地是劳亚大陆南部边缘的浊积岩盆地;冈底斯带曾经历了重要的印支造山运动;不存在从古生代延续到三叠纪的大洋盆地,即不存在所谓古特提斯或永久特提斯;古生代时期,在青藏高原地区亦不存在具古生物、古地理分隔意义的大洋盆地,当时,包括中朝、扬子、塔里木以及青藏高原地区在内的中国大部分均位于古亚洲洋主洋盆———中亚-蒙古带之南,属冈瓦纳大陆结构复杂的北部边缘;雅鲁藏布江和班公湖-怒江带是特提斯洋中的孪生姊妹,它们均是从三叠纪起就发展成大洋裂谷带的;以雅鲁藏布江带为主洋盆带的特提斯洋,从三叠纪晚期开始消减,经历了印支、燕山、喜马拉雅3个阶段脉动式板块汇聚造山过程。

回顾与展望:中国大地构造学

中国大地构造学的发展可分为5个阶段:1926年前,以外国人为主的研究时期;1926～1949年,开创和奠基时期;1949～1966年,大发展和百家争鸣时期;1966～1976年,“文化大革命”10年浩劫时期;1976年至今,板块构造盛行时期。主要成就有:多年的调查研究已为大地构造研究准备了丰富的资料;中国造山旋回和构造阶段划分已取得基本共识;已经查明中国的主要地质构造单元;基本确定了中国的主要断裂系统和主要缝合带;初步查明了中国深部构造轮廓;青藏高原研究及一些重要问题研究已获重要进展;。笔者认为百家争鸣和从中国实际出发的创造性思维是中国大地构造发展的必要条件,而单纯跟踪模仿则是最大的弊端。中国大地构造学正在地球系统科学认识的指导下,向着共同发展和融合的道路前进,大地构造理论创新体系正在酝酿形成中。为了对中国以至亚洲大地构造的认识有一个质的飞跃,需要:①大地质科学多学科高水平结合加计算机仿真实验方法;②从全球构造出发,把微观、宏观、宇观的研究结合起来;③从中国和亚洲的实际出发,深入研究,力求突破;④建立经典研究地区和野外实验基地;⑤实现东亚大地构造研究的大跨越,建立东亚地质创新体系。

地球系统多圈层构造观的基本内涵

地球系统多圈层构造观的基本点是,把地球作为一个活的天体放在宇宙系统之中,更多地考虑地球深部壳-幔-核之间的相互作用,考虑地外天体对地球运动的作用和影响。这一构造观认为:构造运动并不仅仅是岩石圈板块之间的相互作用,而是地球系统的全球动力作用过程;陆与洋是对立统一相互转化的,单纯的大陆增生说是不正确的;地幔对流说至今未被证实,陆块是活动的,但不能大规模漂移;大陆地壳不是单纯地侧向或垂向增生,而是多旋回构造-岩浆作用叠合的产物;地球的构造不是均变式向前发展,而是非均变、非线性、旋回式向前演化的;地球表层在不同地史阶段,均有其受相应深断裂体系控制的不同的构造格局,大西洋—印度洋—太平洋式大洋盆体制,只是在中生代晚期以来才出现的。

构造旋回与大地构造年表

构造旋回的划分是大地构造研究的基础之一。但板块学说兴起以来,一些学者基于均变论的哲学思想,却试图抛弃构造旋回的概念。然而,随着时间的推移,地球系统科学的提出,大规模、多学科地学观测,人们已认识到突变与灾变的重要性,认识到渐变与突变相结合的螺旋式向前发展的旋回演化论,才是更全面、更深刻地认识地质规律的有力武器。在大地构造研究中,一些学者常用地层年表,而不用构造旋回。然而,以生物地层学为主要依据的显生宙地层年表与构造旋回和构造岩浆事件并不完全耦合。这是因为,地层年表是在研究地球表生作用,即岩石圈、水圈、大气圈、生物圈之间相互作用的基础上建立的;而构造旋回则是地球内生作用,即壳、幔、核以及壳、幔、核不同层次间多层圈相互作用的历史记录。一些学者在研究大地构造时,只用同位素年龄表示的构造事件,不使用构造旋回。然而,"事件"只是单个现象的呈现,只是构造发展的片段,旋回则阐明过程,反映事物发展中各"事件"(片段)之间的内在联系,反映事物演化的本质。事实上,威尔逊旋回的建立,已为构造旋回和构造事件之间的联系赋予了全新的科学内涵,这也是地质科学发展过程中,正确处理继承与创新关系的一个光辉范例。一些学者由于对全球造山运动是否是同时性的质疑,认为建立全球统一构造年表是不可能的,也是不必要的。可是,地球作为一个整体,其动态活动应该基本上同时的,在受同一地球动力系统控制的一个大区域内,构造运动在各地虽然不是完全同时,但却大致是同时的。北美、欧洲、亚洲加里东、华力西旋回的各次构造运动基本上可以互相对比,就是证明。既然如此,我们就可以按照优先原则,将早古生代的构造旋回称为加里东旋回,将晚古生代的构造旋回称为华力西(海西)旋回。超大陆和超大陆旋回的提出,深化了构造旋回的研究,同时也为建立构造年表开辟了道路。目前已初步提出古元古代哥伦比亚、中元古代罗丁尼亚、新元古代冈瓦纳和显生宙潘吉亚等几个超大陆旋回,这样,我们便可以用超大陆旋回作为构造年表中最大一级的时间单位,每个超大陆旋回又可进一步分为几个旋回,如潘吉亚旋回可分为加里东、华力西两个旋回。我们相信,随着地质学、地球化学、地球物理学研究的深入,随着对固体地球系统和全球地质构造更加深入、全面、系统的观测研究,不久的将来我们将会像建立显生宙地层年表一样,建立起大区域以至全球的构造年表。

与时俱进,发展中国大地构造学

论述了黄汲清经典著作《中国主要地质构造单位》的深远影响。它是中国大地构造研究的奠基之作和经典著作 ,其基本内容和主要论点已为实践所证实 ,并为国内外地质界所认同。这部著作不仅全面系统地总结了过去 ,而且对一些重大地质问题进行了科学预测 ,为后人指出了研究的方向。它是一部你什么时候读都有味道 ,都会受到新的启发的著作。黄汲清的学术思想是民主的、开放的 ,与时俱进的。在《中国主要地质构造单位》中 ,他运用阿尔冈活动论的思想 ,阐述了中国大地构造的动力演化过程。之后 ,他又吸收了裴伟深断裂的思想 ,深入研究了中国的深断裂。 2 0世纪 70年代 ,他指导他的学生将多旋回思想与板块构造结合 ,在中国大地构造图上首次详细标绘了中国境内的板块缝合带 ,从全球动力学角度 ,将他 1 94 5年提出的亚洲三种构造型式发展为古亚洲、特提斯和滨太平洋三大构造域。黄汲清的研究始终是从东亚地质的实际情况出发 ,他曾多次指出 :中国是全球构造研究中的一块宝地 。

从地槽—地台说、板块构造说到地球系统多圈层构造观

从19世纪中叶开始,大地构造理论经历了从地槽—地台说到板块构造说的发展过程。目前,板块构造说虽然仍在盛行,但一个新的大地构造理论——地球系统多圈层构造观(简称多圈层构造观)已在形成中。地槽—地台说,19世纪中叶提出,盛行于20世纪上半叶,是地质学家从理论上研究地壳构造及其演化的开始。地槽—地台说使用的方法是传统的地质学方法;研究领域是大陆地壳,褶皱带(造山带)和克拉通是其研究的核心内容。地槽—地台说大大推动了地质科学的发展,并为地球科学的进一步发展,奠定了良好的基础。板块构造说,起始于20世纪60年代。板块构造使用的方法,除地质学外,加上了地球物理学和地球化学等现代科学和技术手段;研究领域是全球大陆和海洋的岩石圈。板块构造说使大地构造学的研究范围从地球表层扩展到地球内部,从大陆扩展到海洋,极大地推动了地球科学向更高的层次发展。目前,板块构造说虽然仍在盛行,但是不足和缺陷已日益显露出来。地球系统多圈层构造观,孕育于20世纪80年代晚期,目前正在发展中。地球系统多圈层构造观使用的方法更现代化,包括地质学、地球物理学、地球化学以及一切探测地球深部和外层空间的方法、手段;研究领域,已不仅仅是地球表层的地壳或岩石圈,而是地球整体,地球各圈层的相互作用。我们相信,21世纪必将是地球系统多圈层构造观不断发展、不断完善的时代。中国及邻区中、新生代构造演化是全球研究多圈层构造的最理想的切入点之一。我们期待中国地学工作者在新一轮大地构造理论创新中发挥应有的作用。

华夏古陆及相关问题——中国南部前泥盆纪大地构造

数十年的地质填图和反复的专题研究已经充分证明：1中国东南部角度不整合于泥盆纪沉积之下的变质岩系含笔石、三叶虫和腕足类化石,时代是新元古代-早古生代,武夷-云开带的高级变质岩系,陈蔡、迪口等杂岩原岩主要为新元古界,变质年龄为460-440Ma,它们并不是前震旦纪的变质岩系,而是加里东造山作用的产物,所以华南不是前震旦纪的华夏古陆或华夏地块,而是一加里东造山带;武夷-云开带是华南造山带构造-岩浆作用最强烈的地带,那里的高级变质岩系曾深埋地壳深部,是造山带根部的岩石。2中国南部,泥盆纪前可分为南海地台（或印支-南海地台）、华南造山带和扬子准地台三个构造单元。华南造山带新元古代发育火山岩和火山碎屑岩,早古生代主要为陆源碎屑沉积,至今尚未发现可靠的代表洋壳残片的早古生代蛇绿岩套;广泛分布的花岗岩Nd模式年龄和继承锆石年龄为太古代-元古代,说明华南造山带是奠基于古老大陆地壳之上的造山带;岩相古地理研究表明,华南下古生界陆源碎屑物质来自于南海地台,生物地层学和构造地质学研究均表明,扬子与华南之间呈构造过渡关系,扬子、华南、南海三个构造单元应属于一个大陆板块,即南中国板块。3最新的同位素年代测定表明,双桥山群、四堡群、冷家溪群等不是中元古代,而是新元古代的变质岩系,不是1300-1000Ma格林威尔造山作用,而是820Ma完成的武陵或四堡造山的产物。因此,中国南部不是Rodinia的一部分,而极可能是新元古代形成的冈瓦纳大陆的一部分。

红河断裂的新观察

据越南马江下游地质观察,确定越南境内马江古生代地层特征和构造位置与中国云南东南部马关相一致,红河断裂的左行滑动最少达400km。如将红河断裂两侧地质体位置复原,则右江三叠纪复理石将通过黑水河带与松潘-甘孜的巨型浊积岩盆地沟通,共同构成扬子陆块的被动边缘,黑水河带并不是板块缝合带,而是一个三叠纪的裂陷带。

地球系统多圈层构造观

地球系统多圈层构造观的基本理论框架是:(1)把大地构造学从研究地球表层的地壳构造、岩石圈构造推进到研究地球整体多圈层构造的新阶段。(2)地球系统和宇宙天体系统共同作用下形成的全球动力学,太阳能、地球系统多圈层相互作用以及宇宙天体运行的联合作用是各种地质作用的动力来源。(3)洋陆转化论:陆与洋是对立统一、相互转化的。陆与洋都不会永存,不存在只有大洋消亡,大陆增生的单向发展过程,单纯的大陆增生论是不正确的。(4)大陆的地壳和地幔是多层次的,不同层次可以沿其间的界面适度滑移,但大陆整体却难以移动,更不能随意漂移。(5)旋回演化论:地球表层构造不是均变论式,而是非均变、非线性、渐变与突变相结合的,螺旋式向前发展演化的。地球演化的不同阶段,即不同的构造旋回均各有其特有的、不同于其他旋回的全球构造格局和构造特点,不能用一种构造模型套用于地史发展的各个构造旋回和各个阶段。(6)地球结构和演化是不对称、不均匀的,不能用一种构造模型套用于全球不同地区。(7)大陆地壳的多旋回演化:大陆地壳并不是单纯的侧向或垂向增生,而是多旋回构造岩浆作用叠合的产物。(8)深断裂的控制作用。切穿壳-幔不同层次的深断裂带,在大地构造演化中具有十分重要的作用。现今的大洋中脊断裂带、转换断层和贝尼奥夫带,勾画了当今全球的构造格局。地球发展的不同构造旋回和阶段,均各有其所特有的深断裂体系,它们决定了不同阶段和不同构造旋回之全球大地构造格局和演化过程。以Jason(太平洋)和Tuzo(非洲)两个超级地幔沟为支点,研究中国以至亚洲中、新生代构造格局大转换、大改组过程中壳-幔组成和结构的演化过程,是用地球系统多圈层构造观研究大地构造的一个良好的切入点。

论中国南部的大地构造

显生宙期间,中国南部的构造属性曾几经转化。加里东旋回,那里有扬子准地台、华南加里东褶皱带、印支—南海准地台3个单元,其中华南加里东褶皱系并不是一个碰撞造山带,而是一个向滇越呈剪刀状张开的拗拉槽型冒地槽褶皱系;印支旋回,华南处于特提斯构造域的范畴,但那里并不存在深海洋盆;晚三叠世以来,特别是燕山造山阶段,华南属亚洲东部滨太平洋大陆边缘活化带的一部分。中国南部大陆内部并不存在阿尔卑斯式造山带。