S波接收函数揭示的华南陆块岩石圈结构及构造启示

本研究利用华南陆块固定地震台站记录到的远震地震波资料,构建适合研究LAB的S波接收函数,基于接收函数波形分析和偏移成像结果对华南陆块岩石圈性质进行了研究。结果显示华南陆块下方70 km深度存在最明显且连续性相对较好的低速界面,结合其他地球物理研究成果,我们认为70 km深度低速界面反映了和软流圈上涌相关的构造事件导致的华南岩石圈大规模减薄;在华夏地块的东部较大范围探测到100~150 km深度内存在南倾的低速界面,结合区域岩石学、地球化学和地质学等研究成果,推测该现象可能表明扬子地块的岩石圈楔入到了华夏地块,是新元古代早‒中期以来,华南陆块俯冲聚合、陆内造山以及陆内构造变形等地球动力学事件留下的重要痕迹;在华夏地块中东部和江南造山带局部发现了LAB缺失区带,该现象可能与岩石圈拆沉导致的热物质上涌密切相关,可能对应了地块拼贴薄弱带。

壳幔三维速度参考模型构建方法研究——以华南陆块中部为例

壳幔速度结构是研究深部构造与动力学机制的重要依据,地震层析成像是获取壳幔速度结构的主要手段,而高质量、精细的速度参考模型可为地震层析成像提供有效的初始模型和参考约束。但现有的壳幔速度参考模型构建方法还存在一些不足之处,特别是在表层模型缺乏精细构建和壳幔模型采用垂向全局修正而造成部分失真等方面。为解决这些问题,本文提出改进的壳幔三维速度参考模型构建方法。首先,对莫霍面和沉积基底面模型进行优选与构建;然后,利用界面模型分别对地壳和上地幔模型进行垂向约束与调整,包括局部“压缩和拉伸”式的线性修正与加权融合,从而构建壳幔介质模型;接着,结合地质资料等先验信息对表层模型进行构建;最后,将各个部分模型进行组合,完成壳幔三维速度参考模型的构建。在收集华南陆块中部前人壳幔结构模型和地质资料的基础上,应用本方法构建了该区域壳幔三维S波速度参考模型,并与前人模型做了对比分析,本文模型较前人模型具有更高的分辨率,对区域莫霍面的刻画也更准确,由此验证了本文方法的有效性,同时也为华南陆块提供了可靠的三维速度参考模型。

华南陆块陆内成矿作用的一些科学问题

华南陆块由扬子地块和华夏地块组成,是全球罕见的世界级多金属成矿省,成矿潜力巨大。华南陆块的形成和演化,受到了很有特色的陆内大陆动力学过程的影响,其中的晚古生代地幔柱成矿系统、中生代大面积低温成矿系统、中生代大花岗岩省成矿系统等陆内成矿系统,在全球背景中很有特色,是全球研究陆内成矿作用的理想基地。对华南陆块地质历史时期的大陆动力学过程如何制约上述成矿作用的发生,以往已开展不同程度的研究并取得重要成果。笔者在论述这些研究进展的基础上,提出了三大成矿系统需要进一步研究的一些科学问题。

华南陆块液体钾、锂资源的区域成矿背景与成矿作用初探

中国华南陆块江汉盆地的江陵凹陷和潜江凹陷以及江西吉泰盆地等裂谷盆地,在白垩纪—古近纪时期,发育了大量的蒸发岩,并形成了富含钾、锂、铷、铯、溴、碘、硼元素的卤水,这些高价值元素的含量多达到工业利用品位或综合利用品位,资源潜力巨大。这些资源的富集区域分布于华南陆块与新华夏裂谷构造的交汇处,同时也是华南花岗岩省与新华夏裂谷玄武岩的分布区。通过对该区域大地构造、火成岩、古气候、古地理特征与全球海侵事件等综合分析,同时结合盆地卤水化学成分的研究,作者提出华南陆块(地区)的中生代—新生代盆地(群)可能是液体钾、锂、铷、铯、溴、碘、硼资源的成矿区;成矿物质受到白垩纪—古近纪火山活动带来的深部物质及海侵事件带来的海水等多源补给,前者主要带来锂、钾、铷、铯等,后者带来钾及溴、碘等。华南盆地卤水中钾、锂等元素的富集是内生与外生地质动力作用的结果,即构造-火成岩-海侵-干旱气候耦合作用的结果,成矿作用过程可以归结为裂谷沉积成矿,主要形成富钾、锂卤水;埋藏阶段这些卤水通常转移到孔隙发育的碎屑岩、玄武岩及断裂带内保存,形成盆地深层卤水矿床。

华南陆块钨和锡的地球化学时空分布

以1∶20万区域化探全国扫面计划水系沉积物和中国东部地壳与岩石元素丰度研究W、Sn分析数据为基础,探讨了华南陆块W、Sn的时空分布特征。从空间分布上看,华南陆块W、Sn的高含量主要分布在华南陆块东南部,即岳阳—怀化—桂林—梧州—茂名以东、长江以南广大地区的华夏地块华南造山带和东南沿海火山岩带与扬子地块下扬子台褶带和江南地轴;而南岭地区则是华南造山带W、Sn高含量的集中分布区,与华南中生代大花岗岩省成矿域产出的中国乃至世界重要的W、Sn矿产地相一致。从岩性上看,华南陆块东南部基底碱(正)长花岗岩、板岩、千枚岩、片岩以W、Sn背景含量高为特点。从时间分布上看,华南陆块东南部自中元古代以来形成的基底和盖层中砂岩和泥岩富含W、Sn,在地壳演化后期以富含W、Sn的碱(正)长花岗岩为主体的印支—燕山期大面积花岗质岩浆火山-侵入活动达到高峰,造成华南陆块东南部W、Sn高背景含量的分布,形成巨大的W、Sn地球化学域。加之,华南陆块东部W、Sn成矿作用强烈,与W、Sn有关的中大型矿床密集分布,从而导致大量W、Sn区域地球化学异常和局部地球化学异常的形成。

华南陆块成矿元素巨量聚集与分布

以中国的区域化探全国扫面计划1﹕20万水系沉积物数据为基础,系统制作了华南陆块6个主要成矿元素(W、Sn、Au、Cu、Pb、Zn)1﹕250万地球化学空间分布图,并研究了这些元素巨量聚集的空间分布及其产出的地质背景。研究发现,华南三大成矿域成矿元素的聚集各有特色,高温成矿元素W、Sn主要分布于华夏地块,与中生代大花岗岩省成矿系统密切相关,两元素有很好的套合关系,异常的核心部分包含全球最主要的南岭W、Sn金属成矿省;巨量Au主要分布于扬子地块周边,有6处大规模聚集区,分别位于西秦岭、松潘、长江中下游、滇黔桂交界区、湘东-湘西、粤桂交界区;巨量Cu聚集区共5处,主要分布于长江中下游、西秦岭、三江、扬子陆块西南缘(以峨眉山玄武岩地幔柱区域为主体)和湘粤桂交界区;巨量Pb主要分布于华南陆块西南缘和华夏地块中东部(粤桂湘交界区和东南沿海成矿带);巨量Zn主要分布于华南陆块西南缘和粤桂湘交界区。这些成矿物质的最基本单元——元素的空间分布对于了解地质作用过程产生的巨量成矿物质聚集和就位机制,厘定分布范围和边界,聚焦找矿靶区具有重要意义。

华南陆块铜的地球化学块体与成矿省的关系

在区域化探全国扫面计划1∶20万水系沉积物样品Cu含量的基础上,描述了华南陆块铜地球化学块体的空间分布特征,并分析了它们与地质体、已知的铜成矿省(矿集区)在空间上的对应关系。发现华南陆块的铜地球化学块体主要分布于扬子地块西南缘,长江中下游、西秦岭、三江地区和湘粤桂交界区。其中扬子地块西南缘铜地球化学块体主要与峨眉山玄武岩的铜高背景值有关,其他异常与海西期镁铁质-超镁铁质岩有关的铜矿和层控型铜矿有关;长江中下游地球化学块体与长江中下游成矿带吻合;西秦岭铜地球化学块体与岩体、铜矿和以铜为伴生元素的矿床有关;三江、湘粤桂交界区的铜地球化学块体也有与之对应的铜矿床或铜为伴生元素的矿床。通过这些地球化学块体与已知的地质体、成矿省(矿集区)的对比得出如下结论,铜地球化学块体的形成可能与岩石的高背景值、铜成矿省(矿集区)或铜为伴生元素的矿床有关。巨量的成矿物质的供应只是形成大型、超大型矿床的必要条件,如长江中下游铜地球化学块体为铜成矿省提供物质来源;但每个地球化学块体并不一定都有与之对应的矿集区,如峨眉山玄武岩铜地球化学块体与玄武岩高背景值有关,并没有形成大型的铜矿床。

初论华南陆块东南缘在罗迪尼亚(Rodinia)超大陆旋回时的成矿作用

超大陆旋回与成矿作用关系密切。华南陆块东南缘在新元古代罗迪尼亚(Rodinia)超大陆旋回中经历了增生碰撞汇聚和裂解离散2个阶段。在增生碰撞会聚阶段主要形成与岛孤海相火山环境有关的金、铜等矿床,在裂解离散阶段主要是产在裂谷盆地边缘相浅海环境的铁、锰、磷等矿床。

华南陆块东部晚中生代岩浆作用的深部动力学过程

本文总结和回顾了过去几年来本研究团队在华南陆块东部(主要是东南沿海地区)开展的火成岩岩石地球化学研究进展,并重点探讨了晚中生代(白垩纪)岩浆作用的深部动力学过程,取得了以下主要认识:①华南晚中生代镁铁质岩浆作用记录了古太平洋板块从俯冲到后撤‒撕裂的深部动力学过程,其地幔源区的富集组分从进俯冲时期的板片上覆沉积物逐渐过渡到后撤‒撕裂阶段的下部镁铁质洋壳;②长英质火山岩的地壳源区从俯冲阶段的低温(700~810℃)含水下地壳转变为后撤‒撕裂阶段的高温(790~860℃)贫水陆壳;③东南沿海地区晚中生代经历了强烈的弧地壳增生和置换作用,形成了具有“等同位素效应”的双峰式侵入杂岩体。我们提出的板片俯冲‒后撤‒撕裂模式同样适用于解释华南陆块东部早中生代构造‒岩浆演化的深部的动力学机制。

浅议华南陆块群的沉积大地构造学问题

华南陆块群指我国南方一系列大大小小的古陆块,包括扬子陆块、武夷陆块、云开陆块等在内,它们连同所在海域构成多岛海。这些古陆块在古生代早期曾位于冈瓦纳大陆边缘,在晚古生代至中生代早期不断拼合,成为亚洲大陆的一部分。华南陆块群的大地构造演化特征可概括为12个字:"小陆块、晚拼合、弱张裂、强挤压",而其陆内变形则以"多动力、广分布"为特征。华南陆块群演化中有几个悬而未决的沉积大地构造学问题:(1)华夏陆块与扬子陆块是否存在过华南洋?早古生代时华南陆块群的沉积作用有何特征?(2)伴随晚古生代张裂活动和岩浆活动,华南陆块群晚古生代沉积环境和古地理发生了哪些重要变化?(3)华南陆块群中生代陆内变形有哪些沉积响应?相信对这些问题的逐步解决将会有助于深入认识华南地质,并丰富大陆动力学的知识宝库。

华南陆块均衡重力状态及其地质意义

重力均衡是一普遍的地球物理现象,可为区域深部构造、岩石圈形变、地壳结构以及应力场状态研究提供参考信息,是研究地壳内部结构和划分大地构造单元的重要方法之一。华南陆块是欧亚板块重要组成部分,也是我国矿产资源“大粮仓”,虽然对华南陆块的研究已持续近百年,但在构造、成矿等诸多地质问题上仍存在较大争议。为了解华南陆块均衡程度及其对构造、成矿的影响,本文尝试从均衡重力异常和均衡深度异常两个方面来探索。首先利用卫星布格重力计算得到了均衡剩余重力异常,然后利用高程和壳幔密度差计算了均衡深度异常。结果表明华南陆块大部分区域地壳处于均衡状态,相对正均衡异常主要位于东部沿海地区和武陵山一带,相对负均衡异常反映了秦岭—大别造山带、江南造山带及华南陆块西缘造山活动。地震多沿正、负均衡深度异常的转换带或梯度带发生,认为这些地带通常为深部构造转换部位,应当成为地震活动研究关注的重点区域。均衡剩余重力异常也间接约束了不同类型金属矿床分布,正均衡剩余重力异常区多分布地幔来源金属矿床,而负均衡异常区则多产出壳源相关金属矿床。

湖南中生代造山过程——华南陆块周缘造山带之影响

湖南地区中生代造山作用强烈，其演化过程与华南陆块各周缘造山带一样，经历了T3-J1的陆内碰撞造山、J2-K1陆内碰撞后造山及K2后的伸展造山阶段。湘潭-祁东以西的扬子区域，发育一系列NE向展布向NW逆冲的逆冲推覆构造带，而其东部华夏区域则发育热隆伸展构造与走滑盆山构造带。研究表明，湖南地区的造山过程与周缘造山带的形成演化休戚相关。一方面，周缘造山带对湖南地区构成了楔入构造的运动学-动力学边界条件；另一方面，华南周缘古特提斯洋的消减和周缘陆块对华南陆块的会聚、碰撞造山激活了软流层地幔的上涌和东向迁移，这是湖南地区中生代活化和造山过程的主要机制。

华南陆块富钾锂多元素卤水资源的发现

我国华南陆块江汉盆地的江陵凹陷和潜江凹陷以及江西吉泰盆地等,在白垩纪至古近纪时期发育了大量的蒸发岩沉积,并形成富钾、锂、铷、铯、锶、溴、碘、硼等多元素卤水矿资源,有的已达工业利用品位或综合利用品位。华南陆块的富钾锂多元素卤水复合矿是我国战略性潜在资源,也是一种"裂谷盆地成钾"找矿新方向,拓展了钾盐等找矿的新途径。

华南陆块东北部构造特征、成矿作用与动力学机制——来自大地电磁测深的认识

通常认为,华南陆块在新元古代由扬子克拉通和华夏地块沿江南造山带碰撞拼合而成,之后经历了陆内造山、洋壳俯冲等多期岩浆—构造活动。但因华南陆块所处的特殊地质构造环境,就目前华南陆块各块体之间的接触关系、江南造山带深部构造特征及区域动力学意义等诸多地质问题争议颇多。本文依托地质调查项目和“深部探测技术与实验研究(SinoProbe)”项目完成的8d和12g两条大地电磁测深剖面,经过精细的数据处理,使用非线性共轭梯度(NLCG)算法对TE+TM模式数据联合反演得到华南陆块东北部岩石圈尺度的二维电性剖面,并用ModEM三维反演代码对全阻抗张量数据反演获得了三维电性模型。对研究区内扬子地块东部、江南造山带以及华夏地块进行电性结构研究,发现研究区内的江南造山带西南段存在扬子地块和华夏地块碰撞镶嵌的构造表现,扬子地块已越过江南造山带,在江山—绍兴断裂位置与华夏地块挤压,形成江绍断裂等逆冲型深大断裂,从电性结构推测其现今仍然为活动断裂,但东北段块体之间的接触关系被上侵的地幔物质破坏,江绍、赣东北等断裂的深部结构已被剧烈改造,推测这种深部成矿热物质上涌是形成赣东北以金银矿种为主的岩浆热液型矿床的深部动力原因;研究区东部华夏地块电性特征为高阻的上地壳以及被岩浆底侵而破坏的中下地壳,发育其中的屯溪—鹰潭—安远和上虞—大浦—政和断裂切割深度超过了50 km,为深大断裂构造。结合前人地表侵入岩填图结果,认为由于中生代以来古太平洋板块向欧亚大陆的俯冲,华南陆块东部上地壳被严重破坏,从电性特征推断可能发生过大面积的板片重融,华夏地块东北部地壳相较于西南部厚度明显更小、后期改造严重,受到的太平洋板块俯冲导致的热扰动更剧烈。

华南陆块岩石圈有效弹性厚度及其构造意义

华南陆块受多阶段超大陆聚合、裂解,碰撞、陆内造山,及伸展等作用影响,造成其深部结构和构造极其复杂。岩石圈有效弹性厚度(Te)是表征地质时间尺度上岩石圈力学强度的定量指标,可为深入认识岩石圈力学结构及演化提供有效约束。本文基于导纳和相关函数联合方法对地壳布格重力异常和地形数据进行计算,获得华南陆块Te的空间分布。Te高值(>20 km)区域主要分布于扬子地块的四川盆地周边区域,而Te低值(<20 km)区域集中于华夏地块和江南造山带区域。由于Te分布特征与地热场、地震关系密切。通过分析研究区Te与地热场(地表热流、居里面深度)、地震之间的关系,本文得到如下认识:(1)Te与地热场参数具有较好的相关性,但受浅部地壳被破坏,深部仍为克拉通地壳影响,导致龙门山断裂带和江南造山带区域的Te与地表热流或居里面深度之间的部分对应关系相反。(2)Te与地震关系复杂,Te较薄区域并不代表着地震频发区域,地震活动性与其所处的深部环境相关。龙门山断裂带强震频发的原因是受周边两块体中上地壳刚性地层长期相互作用,致使应力和能量积累较强;华夏地块区域地震较少是因为深部热物质上涌对华夏地块的壳幔进行强烈改造,且地壳中存在横向不均匀分布的软弱地层对应力吸收,造成能量和应力不易积累;扬子地块的岩石圈力学强度较强是该区较少发生地震的重要原因。

华南陆块东部中生代基性岩浆活动及其构造启示

华南陆块东部在中生代时期主要受古特提斯和古太平洋两大构造域的影响,发育多期岩浆活动和大规模成矿作用,但两大构造域的转换时间及过程存在较大争议.基性岩是研究软流圈、岩石圈地幔和俯冲板片相互作用的理想对象,本文系统厘定了华南陆块东部中生代基性岩(228~69 Ma)的时空格架及元素-同位素时空演变规律,取得了以下主要认识:(1)侏罗纪和白垩纪基性岩按照岩相学和元素-同位素地球化学特征均可分为OIB、类OIB和“岛弧”/岛弧型三类,它们来源于不同的地幔源区;(2)侏罗纪“岛弧”型基性岩的时空分布和元素-同位素地球化学性质明显有别于晚三叠世基性岩和白垩纪岛弧型基性岩,说明它们并非是与古太平洋板块俯冲相关的岛弧岩浆,其“岛弧”性质很可能是继承了源区的特征;(3)两大构造域转换的起始时间为早侏罗世早期(约200 Ma),完成转换的最终时间为中-晚侏罗世之交(约170 Ma);(4)古太平洋构造域自晚侏罗世以来对华南陆块东部的影响越来越明显,白垩纪时期的板片交代影响范围仅局限于赣江断裂以东地区;(5)白垩纪基性岩主要形成于两个峰期(约125和90 Ma),与古太平洋板块的两期俯冲-回撤作用有关.

华南中生代陆内成矿作用

陆内成矿机制是全球性科学难题。华南陆块中生代成矿大爆发,成矿作用远离活动大陆边缘,形成西部金锑铅锌低温成矿省和东部钨锡多金属高温成矿省,是研究陆内成矿的理想场所。因为空间上的分离,两个成矿省长期被认为是互为独立的体系。研究发现,西部低温成矿(230~200 Ma、160~130 Ma)与东部高温成矿时代一致并显示类似的地球化学指纹,印支期陆内造山和燕山期软流圈上涌是其共有成矿驱动机制,两个成矿省是具有成因联系的整体,共同构成面状展布的巨型多金属陆内成矿区;成矿后华南从西向东剥蚀程度的增强控制了目前近地表矿西部低温、东部高温的空间分布格局,低温成矿省东部区域的深部可能存在高温钨锡多金属矿床。在此基础上,建立了定位于陆内岩石圈先存薄弱区、陆壳供给矿源、高低温矿并重、成矿面状展布从而明显区别于板块边缘成矿机制的华南陆内成矿新理论。

华北、华南、塔里木三大陆块中-新元古代岩浆岩的特征及其地质对比意义

我国三个主要的古老陆块(华北、华南和塔里木陆块)都发育中-新元古代岩浆岩。根据大量的同位素年代学资料,华北陆块中-新元古代岩浆事件可以分为7个阶段,其中1.78Ga和1.32Ga两期影响范围较大,可以构成大火成岩省。华北陆块中-新元古代的岩浆岩均形成于大陆地壳伸展的构造背景,意味着华北并未介入Rodinia超大陆的聚合过程。华南陆块中-新元古代岩浆事件可以分为8个阶段,从1.78Ga到1.5Ga的四期岩浆事件形成于大陆地壳伸展的构造背景,1.4Ga左右的一期岩浆-构造事件分布局限,可能形成于局部的构造拼合背景。1.0Ga左右的岩浆事件,在华南陆块的不同部位表现形式不同,意味着发生过不同地块的拼合。从0.95Ga到0.82Ga的岩浆事件主要分布在江南造山带和扬子地块北缘,这一阶段的岩浆事件导致扬子地块和华夏地块拼接成一体,形成华南陆块。之后从0.78Ga到0.72Ga的岩浆事件几乎遍布华南陆块,反映了陆块形成后的伸展过程。塔里木陆块中-新元古代的岩浆事件可以分为8个阶段,1.78Ga和1.5Ga的岩浆事件仅在局部有反映,它们形成于拉伸的构造背景。1.4Ga的岩浆事件在塔里木陆块的北缘和西南缘表现形式不同,北缘钙碱性岩浆岩形成于大陆弧构造背景,而西南缘A2型花岗岩则形成于拉伸的构造背景。0.96~0.88Ga期间,塔里木东南缘和北缘的花岗岩以I型和S型为特点,形成于活动大陆边缘,而在塔里木陆块的西南缘该时期则形成了塞拉加兹塔格群中双峰式火山岩,形成于陆内裂谷环境。0.88~0.82Ga期间,在北缘的库鲁克塔格地区形成了与俯冲增生相关的岩浆岩组合,而在东南缘则形成了与拉张构造环境有关的双峰式火山岩。塔里木陆块不同部位,不同阶段岩浆岩组合的差异意味着塔里木陆块原来并不是一个统一的陆块,很可能是在不同时期由不同块体拼合而成的。华北、华南和塔里木三个陆块中-新元古代岩浆岩的差异演化,揭示了它们各自形成陆块的过程和方式及相互关系。

中国华北、华南陆块碰撞时代的钐-钕同位素年龄证据

本文报道了秦岭-大别山造山带的C型榴辉岩Sm-Nd同位素年龄(243.9±5.6Ma),和镁铁-超镁铁岩Sm-Nd同位素年龄(230.6±30.7Ma和40.62±17.4Ma)。这些年龄表明中国华北、华南地块在三叠纪初期就沿秦岭-大别山碰撞带连接在一起了。在两地块最后碰撞以前,在古生代,有一系列蛇绿岩套仰冲事件沿华北地块南缘向外逐次发生。

罗迪尼亚超大陆聚合在华南陆块北缘的镁铁质岩浆岩记录

超大陆的聚合必然伴随着从大洋俯冲、弧陆碰撞到陆陆碰撞等一系列板块汇聚和造山过程,这些不同阶段的俯冲和汇聚过程会产生不同特征的岩浆岩记录.华南陆块是新元古代罗迪尼亚超大陆的重要组成部分,在这个超大陆聚合过程中有格林维尔期洋壳俯冲及其伴随的壳幔相互作用.总结了华南陆块北缘记录的罗迪尼亚超大陆聚合不同阶段发生的岩浆活动,比较了其产物的地球化学特征,探讨了它们对应的构造环境.华南陆块北缘900~950 Ma的岩浆活动产物以镁铁质岩浆岩为主,伴随有少量斜长花岗岩,为洋壳俯冲作用的产物.当洋壳俯冲到大陆边缘之下形成安第斯型俯冲带,古老陆源沉积物也被携带进入俯冲带,由此部分熔融产生的含水熔体交代上覆地幔楔形成极度富集的造山带岩石圈地幔,其在新元古代中期发生部分熔融形成具有极负锆石εHf(t)值的镁铁质岩浆岩.因此,在罗迪尼亚超大陆聚合过程中地幔楔被交代形成镁铁质-超镁铁质交代岩,其中一部分在俯冲阶段就发生部分熔融形成大洋弧或大陆弧镁铁质岩浆岩,另一部分在俯冲之后由于大陆裂断引起造山带岩石圈拉张使其与上覆地壳一起部分熔融形成双峰式岩浆岩.