华夏造山系元古宙-早古生代洋板块地层分布与演化

本文按洋板块地层理论与方法,系统收集和梳理了华夏造山系元古宙-早古生代与洋壳生成扩张和俯冲消亡遗存的洋壳残块和洋盆建造(称之为洋板块地层)共96处,均有测年和岩石地球化学分析数据控制,主要包括洋脊、洋岛和洋内弧3类洋壳的火成岩建造,以及海山、远洋深海和海沟3类洋盆内的沉积建造。本文还对洋盆汇聚俯冲的直接产物-陆缘弧和叠加在裂离地块上的火山弧建造(非洋板块地层)系统收集梳理了85处,其中59处有测年和岩石地球化学分析数据控制,26处无测年与地球化学分析,但有实测剖面控制。笔者对上述181处中的39处进行了野外实地考察和相关样品采集与分析。在上述所获大量资料的基础上,本文主要以图解形式展示了华夏造山系元古宙-早古生代主要洋板块地层分布与构造演化历程。横向上将华夏造山系划分为江绍-郴州-钦防对接带(主要含陈蔡-龙游、神政桥-神山、鹰扬关和糯垌4个含蛇绿岩残块增生楔,以及绍兴-兰溪增生弧和钦防残余洋盆)、武夷-赣州多岛弧盆系(主要含罗霄弧、赣州弧间盆地、北武夷弧和南武夷弧以及南平-宁化构造混杂岩带)和东南沿海多岛弧盆系(主要含龙泉-政和-大埔、贵子-石窝2个含蛇绿岩残块增生楔,以及伴生的云开地块-弧、粤南弧-弧背盆地和东南沿海地块);纵向上据洋板块地层和相关火山弧时空分布,从老至新划分出华夏造山系(华南洋)的7个构造演化阶段:(1)约1800~1200 Ma,洋盆拉张形成期;(2)约1200~820 Ma,洋盆扩张与汇聚转换期;(3)约820~635 Ma洋盆汇聚俯冲、弧-弧和弧-陆增生峰期;(4)约635~541 Ma洋盆汇聚与扩张转换期;(5)约541~458 Ma洋盆扩张期;(6)约458~443 Ma洋盆汇聚俯冲、弧-陆增生峰期;(7)约443~420 Ma洋盆关闭与陆-陆碰撞、残留洋(海)期。

中国洋板块地层分布及构造演化

以大地构造相研究为主导,以《中国沉积大地构造图(1∶2 500 000)》编图为研究平台,对洋板块地层类型进行了初步划分,简述了中国新元古代以来洋板块地层分布及其构造演化规律。本文阐述了北方的古亚洲洋的洋-陆转换从西往东具穿时现象,西部主要在早、晚石炭世之间,东部主要在中、晚二叠世之间;宽坪—佛子岭混杂岩带是华北与扬子之间大洋消亡的产物;中央造山带从北部的祁连—阿尔金到南部的昆仑—秦岭,洋陆转换从北向南依次完成:西昆仑北—阿尔金—祁连—祁曼塔格为晚奥陶世末,西昆仑南—东昆仑—秦岭为早三叠世末;青藏高原中部的龙木错—双湖、班公湖—怒江、昌宁—孟连蛇绿混杂岩带一起构成了原—古特提斯大洋连续演化、分阶段增生至最终消亡的对接带,洋壳持续时代自寒武纪—早白垩世;江绍—郴州—钦防混杂岩带是扬子陆块与华夏增生造山系之间华南洋最终消亡的对接带,主碰撞期是晚奥陶世—早志留世。

论从俯冲增生杂岩带重建洋板块地层主要类型与序列: 以青藏特提斯二叠系为例

洋板块地层学是对具洋壳的盆地(大洋盆地、弧后和弧间盆地)在各种构造环境中形成的火成-沉积原生建造序列重建的地层学分支学科。洋板块地层(简称OPS)是指洋壳从洋中脊一直到海沟俯冲带之间形成的火成岩基底序列,以及沉淀在洋底基底序列之上的沉积岩和火山岩的盖层序列。OPS生成后在洋盆关闭历程中被传送进入海沟。在海沟中,部分被俯冲消减进入地幔,部分通过刮削拼贴、底劈拼贴和构造折返等方式堆积在海沟与弧前之间,形成俯冲增生杂岩(楔)带(简称SAC)。因此,如何从SAC中重建OPS序列是当前国际地学研究热点。OPS序列重建的关键是从SAC中划分出属于不同构造环境的亚类,在精细划分亚类的基础上,按不同的亚类分别进行OPS序列重建。本文以青藏特提斯二叠纪OPS为例,提出并论述了从SAC中划分OPS亚类的方案和各亚类的OPS序列模型。

西南三江地区洋板块地层特征及构造演化

以大地构造研究为主导,初步梳理了三江地区洋板块地层系统的分布及其构造演化规律。本文阐述了三江地区经历原-古特提斯大洋连续演化、分阶段拼贴增生至最终俯冲消亡的地质演化历程。甘孜-理塘弧后洋盆于早石炭世打开,二叠纪—中三叠世进入顶峰扩张期,晚三叠世洋盆萎缩引起向西俯冲,最终在晚三叠世末局部地区保留残留海。哀牢山弧后洋盆不晚于早石炭世形成,早石炭世—早二叠世整体扩张发育,早二叠世末或晚二叠世初开始向西俯冲,晚三叠世最终完全关闭。金沙江洋盆早石炭世时已扩张成洋,到早二叠世晚期开始俯冲,石炭纪—早二叠世早期是金沙江洋盆扩张的主体时期,早二叠世晚期至早、中三叠世俯冲消亡。澜沧江弧后洋盆中晚泥盆世开始扩张,在石炭纪—早二叠世发育为成熟洋盆,早二叠世晚期洋内俯冲形成洋内弧,晚二叠世—早、中三叠世双向俯冲消亡。昌宁-孟连洋为特提斯洋主带,具有原-古特提斯洋连续演化的地质记录,晚奥陶世开始向东俯冲消减,二叠纪末、早三叠世发生弧-陆碰撞作用,昌宁-孟连洋盆闭合。

洋板块地层学的概念、模式、组成及失序变化

着重介绍了洋板块地层的概念、模式、组成及失序变化特征。造山带混杂岩和大陆边缘增生复合体是经历俯冲碰撞消亡后的古洋沉积记录,利用微体古生物地层学和同位素年代学方法可以重建造山带混杂岩和大陆边缘增生复合体的原始地层。洋板块地层(学)是用来描述沉淀在洋壳基底之上的沉积岩和火成岩序列的术语,其开始于洋中脊形成,终止于该洋中脊被移入到汇聚边缘增生楔。从造山带混杂岩中重建的古大洋地层的基本组成大体相似,但因大洋岩石圈的岩浆背景不同,造成不同时期和不同类型的洋板块地层组成也会有差异。在前人研究成果的基础上,笔者通过对不同类型洋板块地层进行分类,介绍了如何从经历碰撞造山过程的增生造山带进行洋板块地层的重建。引入“洋板块地层学”概念的主要目的在于通过对因俯冲增生而消亡的具有洋壳基底的构造洋盆和边缘海盆地的地层单元进行重建,恢复已消失洋的地层组成单元,这对造山带地层解析、造山带构造古地理恢复、重大构造变革期古地理学研究和板块重建等都将起到积极的促进作用。

年轻造山带洋板块地层

重点分析和总结了由显生宙增生复合体和造山带混杂岩重建的年轻造山带洋板块地层——太平洋洋板块地层,也简要介绍了东古印度洋(东新特提斯洋)和古亚洲洋洋板块地层的重建情况。通过对阿拉斯加南部中生代增生地体、俄罗斯远东和中国东北侏罗纪—早白垩世增生复合体、日本二叠纪—侏罗纪—白垩纪等不同时期的增生复合体、菲律宾侏罗纪增生复合体和美国加州海岸山脉中侏罗世—古新世弗朗西斯卡杂岩体等不同单元的岩石学特征、古生物地层学、年代地层学、因逆冲导致的构造叠置和混杂失序特征及演化阶段的分析,重建了太平洋洋板块地层。其中加州海岸山脉中侏罗世—古新世弗朗西斯卡杂岩体的研究比较深入,对该区俯冲带上叠蛇绿岩(大峡谷群弧前盆地蛇绿岩)和弗朗西斯卡北部马林海岬杂岩体(原岩为洋中脊玄武岩)进行了有效区分,不仅还原了太平洋板块的俯冲碰撞过程,还厘清了与之伴生的弧前盆地裂陷和扩张过程。另外,板块俯冲的滞留和幕式增生在活动时间较短的板块俯冲体系中可能不容易识别。

古老造山带洋板块地层

重点分析和总结了由前寒武纪增生复合体和造山带混杂岩重建的古老造山带洋板块地层,包括由英国威尔士安格尔西岛新元古代莫纳超群混杂岩重建的太平洋洋板块地层、由澳大利亚西北部皮尔巴拉早太古代克里夫维尔绿岩带重建的古印度洋洋板块地层。澳大利亚东皮尔巴拉地块大理石坝地区早太古代玄武岩—硅质岩—碎屑岩序列与日本二叠纪—三叠纪洋板块地层在岩石组成和地球化学特征方面具有高度的相似性,这一认识将为早太古代洋板块地层的沉积环境从高热流洋脊扩张区经过热点向低热流海沟陆源碎屑沉积区转变这一过程提供有力支持。从增生造山带洋板块地层保存的岩石记录看,不同年代洋板块地层的主要物质组成和岩石类型相似,因此在地球38亿年的演化进程中,洋壳扩张、海洋沉积、俯冲及增生的过程并没有显著变化;但随着时间推移,年轻造山带洋板块性质和洋板块地层组成与古老造山带相比,可能会发生一些变化。就古老造山带洋板块地层而言,前寒武纪的地幔温度略高,太古代局部熔融显著,熔融量大大超过洋壳扩张速率,因而没有形成席状岩墙群。

硅质岩的成因与沉积环境及其在重建洋板块地层中的应用

硅质岩广泛分布于前寒武纪到新生代的造山带和沉积盆地中,对其成因和沉积环境进行研究对于了解区域的古地理、古构造、古海洋和古气候演化等信息具有重要作用。通过归纳总结已有的判别硅质岩成因和沉积环境的地球化学指标,认为硅质岩成因的判别应重点关注自生硅质矿物,并以外来混入物质作为参考,其有效的判别指标包括Al、Ti、Fe、Th、Ge/Si值、Si同位素和稀土元素等;硅质岩沉积环境的判别关键在于区分陆源物质和海底热液物质对硅质沉积的相对贡献比例,以往的沉积环境判别图解虽然有一定的实用性,但误差较大,需要谨慎使用。对于造山带中出露的硅质岩,考虑到其与洋板块地层关系密切,尝试建立了二者之间的关联模型。依据此关联模型,造山带中的硅质岩可分为洋脊—海岭亚型、远洋深海平原亚型Ⅰ、远洋深海平原亚型Ⅱ、洋岛—海山亚型、洋内弧亚型以及弧前海沟亚型。硅质岩—洋板块地层关联模型不仅为利用硅质岩恢复造山带增生杂岩原始序列提供了依据,同时将硅质岩作为区分大洋主洋盆和弧后、弧间洋盆的重要证据。以大洋钻探在太平洋获得的部分始新世硅质沉积为例,认为大洋主洋盆以发育几乎不受陆源和热液物质影响的深海平原硅质岩为特征,这类硅质岩具有Fe/Ti值接近20、Eu/Eu^(*)值接近1.1以及负的Ce/Ce^(*)值等地球化学特征。上述认识将为后续造山带中的硅质岩研究提供新的思路和参考依据。

洋板块地层在造山带构造-地层区划中的应用

自元古宙以来地球表面洋陆位置不断变化,洋的面积总比陆地面积大.分布于大陆造山带区的古缝合带是古大洋或古大陆边缘小洋盆消亡的残迹,是洋板块地层研究的主要对象.针对占中国陆域3/5面积的造山带洋板块地层分布区,提出一级(称"构造-地层大区")和二级(称"构造-地层区")构造-地层的区划准则.将洋板块地层分为对接带型和叠接带型两大类,分别对应于构造-地层大区和构造地层区.对接带型以含N-MORB型蛇绿岩为标志,是古大洋消亡的残迹;叠接带型以含SSZ型蛇绿岩为标志,是古大陆边缘小洋盆消亡的残迹.对接带内的洋脊(蛇绿岩)、洋岛海山、洋内弧等亚型建造因卷入俯冲带内被肢解,多数呈残缺不全的岩块包裹在强烈构造剪切形变的远洋细碎屑和海沟浊积岩建造(称为基质)之中,呈俯冲增生杂岩带展布,对应于构造-地层区;对某些形体巨大的亚类(巨大的洋岛海山、裂离地块、大面积的深海平原硅质岩等建造),进入海沟俯冲带内很难被完全肢解,呈逆(仰)冲地质体大面积分布,可归为构造-地层区.叠接带型可进一步划分出与弧前盆地、火山弧(含弧间和弧背盆地建造)和弧后盆地等二级构造-地层区划单元.

滇东南石炭系坝达组对比和南盘江晚古生代大洋板块演化

右江盆地上世纪末发现了桂西晚古生代海相(洋岛)玄武岩,近期亦有报道。洋盆、洋脊玄武岩是判断洋岛存在的先行条件。滇东南坝达、里呼一带下石炭统的坝达组(C1b)主要为灰黑、灰白色薄层硅质岩、放射虫硅质岩、海绵骨针硅质岩、玄武岩夹凝灰岩、泥晶灰岩、泥岩,具有典型的硅质岩—玄武岩—灰岩—泥岩组合的洋盆沉积建造,含牙形石、三叶虫等。该组喷发于他披组之上的基性—超基性熔岩,具有显著的大洋拉斑玄武岩特征。因此,坝达组的划分和对比为研究右江盆地晚古生代—中三叠世的多岛洋盆环境提供了重要的依据,对研究华夏造山带与扬子陆块的拼贴过程具有十分重要的科学意义。

对雅鲁藏布江缝合带嘎学组和泽当组的新认识

在1∶5万区域地质调查的基础上,对雅鲁藏布江缝合带北带与蛇绿岩相伴产出的嘎学组和泽当组进行了综合研究,并就其岩石地球化学参数及构造环境与蛇绿岩进行了对比。结合相关古生物及同位素年龄资料,初步认为嘎学组和泽当组火山岩与蛇绿岩是不同时代、不同成因类型的产物,嘎学组和泽当组形成于晚侏罗世—早白垩世与洋内俯冲相关的洋内弧构造环境,为洋板块地层序列的前弧玄武岩类(FAB型);在后期俯冲碰撞过程中,嘎学组和泽当组主体被改造成混杂岩,或呈断夹片(块)状残存于混杂岩带中,表现为俯冲增生杂岩带的构造组合样式。该认识对合理恢复并建立雅鲁藏布江缝合带北带洋板块地层序列具有重要的地质构造意义。