晚中生代东亚多板块汇聚与大陆构造体系的发展

东亚大陆原型形成于三叠纪印支造山运动旋回,其周邻环绕的三大洋(古太平洋、蒙古-鄂霍茨克洋、中特提斯洋)于早侏罗世初期几乎同时向东亚大陆俯冲,开启了东亚多板块汇聚历史。文章通过总结东亚大陆晚中生代构造变形和构造岩浆事件的新近研究成果,简述了东亚多板块汇聚产生的三个陆缘汇聚构造系统(北部蒙古-鄂霍次克碰撞造山带、东部与俯冲有关的增生造山系统、西南部班公湖—怒江缝合构造带)、陆内汇聚构造变形体系和大陆伸展构造体系。在此基础上,重新构建了东亚多板块汇聚大陆构造-岩浆演化的时间框架,将其划分为三个阶段:早侏罗世(200~170Ma)周邻大洋板块初始俯冲阶段和陆缘裂解事件,中晚侏罗世—早白垩世早期(170~135Ma)周邻陆缘碰撞造山或俯冲增生造山作用、陆内再生造山作用和汇聚构造体系的形成;中晚白垩世(135~80Ma)大陆岩石圈的减薄作用和大陆伸展构造体系的发育。研究认为,晚中生代东亚多板块汇聚在时空上的有序演化和深浅构造的复合叠加,不仅产生了东亚大陆复杂的陆缘和陆内构造体系,同时控制了中国东部燕山期爆发式岩浆-成矿作用,也使东亚构造地貌发生东西翘变,早期陆缘汇聚产生的东部高原因晚期大陆岩石圈的减薄和伸展而垮塌。东亚大陆构造体系的形成和演化与联合古大陆的裂解同步,晚中生代东亚多板块汇聚完成了从东亚到欧亚大陆的演替,以东亚大陆为核心的多板块汇聚格局一直延续至新生代,可能成为未来超大陆形成的起点。

郯庐断裂带起源与大陆斜向汇聚

郯庐断裂带起源于华北克拉通与扬子板块的汇聚过程中已被多数学者所认同。该断裂带的起源机制,涉及到这两个大陆板块的汇聚方式。可是,对于这一重要问题却长期存在着不同的认识。本文依据郯庐断裂带内部及其两侧前陆上构造与年代学研究成果,综合分析该断裂带的起源机制。郯庐断裂带内部残留的起源期构造为左行走滑韧性剪切带,所获得的白云母40Ar/39Ar同位素年龄为239~217 Ma。华北克拉通边缘的徐淮弧形逆冲-推覆构造,及九江地区扬子板块上的弧形褶皱带,分别为苏鲁造山带、大别造山带点碰撞的产物。郯庐断裂带西侧的华北克拉通边缘,在汇聚过程中呈现为刚性陆块的特征,没有出现大规模的牵引弯曲现象。而东侧的扬子板块前陆构造,在汇聚过程中却明显出现了大规模的牵引弯曲现象。断裂带东侧的张八岭隆起北段,出露了扬子板块上中地壳韧性拆离带,其中所获得的白云母40Ar/39Ar同位素年龄为245~218 Ma,其滑动方向受控于郯庐断裂带起源期的左行走滑运动。这一系列构造与年代学信息,表明郯庐断裂带起源于华北克拉通与扬子板块的汇聚过程中,代表了这两个大陆的斜向汇聚边界。该断裂带起源期的活动时限,与大别、苏鲁造山带内大陆深俯冲时间相吻合。在大别造山带北部的华北克拉通,原始应存在着向南的突出体(嵌入体),从而导致嵌入式碰撞与嵌入体边界的大陆斜向汇聚(起源期郯庐断裂带),符合嵌入式碰撞导致板片撕裂模式。

藏南昂仁县桑桑地区林子宗群火山岩的形成时代和地球化学特征

桑桑地区林子宗群火山岩Sr、Nd同位素地球化学特征和SHRIMP锆石U-Pb地质年代学数据表明:①林子宗火山岩以高钾流纹岩为主,属于高钾钙碱性系列岩石,形成于49.8Ma±0.92 Ma,属于帕那组火山岩地层;②林子宗火山岩稀土元素配分模式较为一致,相对于HREE,强烈富集LREE;③林子宗火山岩具有相对低的初始Sr同位素值(87Sr/86Sr(i)=0.70488～0.70569)和较高的初始Nd值(εNd(i)=-1.38～-1.58);④总体上富集大离子亲石元素,亏损高场强元素,与岛弧型火山岩的地球化学特征类似。桑桑地区林子宗火山岩在形成过程中明显受到角闪石和斜长石分离结晶作用的影响。可能是俯冲的新特提斯洋板片断离或变陡,进而导致经历过俯冲交代作用的富集岩石圈地幔甚至局部下地壳发生部分熔融,形成的初始岩浆发生混合作用,并在近封闭条件下发生高度分离结晶作用的产物。结合已有的结果,认为冈底斯带南带普遍经历了50Ma左右的岩浆作用。

东北亚南区中—新生代大地构造轮廓

东北亚南区是西太平洋构造带、北美大陆板块(或鄂霍次克板块)与中亚造山带、中朝、扬子板块等交汇部位,在泛大陆(Pangaea)拼合、裂解的宏观背景下中—新生代以来经历了多次构造事件的叠加,构造面貌比较复杂。包括朝鲜半岛在内,许多中—小型陆块的构造归属长期以来一直存在着争议,笔者根据近年来SHRIMP测年信息、生物古地理和相邻构造带的延伸,认为朝鲜半岛、日本飞驒—隐歧地块古生代应该归属于中朝板块;萨哈林岛—日本北海道归属于北美板块;布列亚—佳木斯—兴凯地块古生代归属于西伯利亚板块。20世纪80年代以来绝大多数学者都把本区中生代以来的构造发展同西太平洋壳向东北亚大陆的俯冲联系在一起,然而近年相当多学者从东亚大陆本身的陆-陆碰撞-挤出-扩张来寻求晚中生代以来地壳-岩石圈减薄的地球动力学原因。本区经历了晚海西—印支期古亚洲洋消亡和晚燕山期(晚侏罗—早白垩世)南北大陆的陆-陆碰撞汇聚两个时期,使中亚造山带扩展到中朝板块北缘的阴山—燕山地区,使地壳增厚,形成与现今青藏高原类似的高原地貌;早白垩世晚期—古近纪本区地壳-岩石圈减薄,出现大规模伸展型盆-山结构,郯—庐断裂北延,出现左行走滑错移,东部陆缘俯冲增生、太平洋板块运动转向,引起的挤压变形,以及古近纪晚期大面积准平原化,黑龙江、吉林古近纪隆起边缘断陷盆地中的许多重、贵金属砂矿矿床也多半形成在此期;新近纪本区地壳-岩石圈进一步减薄,大陆裂谷扩展为东亚—西太平洋裂谷带,形成NNE向伸展型盆-山结构,日本海打开,西太平洋岛弧形成,早更新世末初步形成地形阶梯,晚更新世以后才形成了控制着地热与水系分布的现今地貌格架。

新特提斯域演化对波斯湾超级含油气盆地形成的影响

基于新特提斯构造域动力过程及其所诱发的环境变化,并通过构建“单向列车装货”地球动力学模型,研究全球油气资源最富集的波斯湾含油气盆地形成与演化机制。研究表明:(1)单向俯冲动力过程中波斯湾超级含油气盆地自晚古生代以来长期处于被动陆缘,区域上形成优越的油气成藏组合发育空间;(2)波斯湾超级含油气盆地在侏罗纪—白垩纪期间长期在低纬度区慢速漂移,在哈德里环流、赤道上升洋流、侏罗纪真极移等全球性地质事件的共同作用下发育了多套叠置的“源-储-盖”组合;(3)新生代以来的前陆盆地演化阶段碰撞破坏作用弱,有利于油气资源保存。在波斯湾超级含油气盆地实例解剖的基础上,提出陆块慢速漂移及在有利气候带长时间留置是油气富集的关键因素,并对特提斯域内其他陆块的油气资源前景进行了展望。

新生代特提斯海峡关闭过程及其圈层耦合效应

新生代是地球历史上岩石圈、水圈、大气圈、生物圈发生宏观巨变的重要地质时期,包括了冈瓦纳大陆的快速裂解、海峡的开启与闭合、海洋与大气环流的重组、温室到冰室的气候转型以及动植物的快速演替,因而是开展圈层耦合研究的关键地质时期.本文以特提斯海峡为例,从地球系统科学角度,阐述特提斯海峡的闭合过程、时间及其对生物圈、海洋环流、大气圈的链式影响和反馈.核心思想如下:特提斯海峡自渐新世至中-中新世晚期(34∼12.8 Ma)历经了阶段性的演化过程,渐新世时期的特提斯海峡很好地连通了低纬度的印度洋-古地中海-大西洋;早中新世时(21∼19 Ma),伴随着非洲-阿拉伯板块与欧亚大陆的汇聚,海峡的连通能力下降了90%;中-中新世气候适宜期(17∼15 Ma)以海岸潟湖相为主、夹浅海相环境;15∼12.8 Ma期间演化为陆相环境为主、夹短暂的周期性海侵,且具有10万年的准周期;12.8 Ma之后,海峡永久关闭.特提斯海峡的闭合过程对生物圈产生了显著影响,伴随海峡的逐渐闭合,海洋无脊椎动物的腹足类、棘皮类,逐渐从特提斯海向印度洋、西太平洋迁移.对哺乳动物而言,尽管早中新世已经有零星的哺乳动物在非洲-阿拉伯与欧亚大陆之间迁徙,但真正大规模的哺乳动物双向迁徙主要发生在18∼17 Ma之后.此时,以海岸潟湖相为主的海峡已不足以构成善于利用迁徙路径的哺乳动物的地理屏障,表现为非洲的灵长类、长鼻类、蹄兔类等向欧亚大陆迁徙.而欧亚大陆的食肉类、犀类、猪类、反刍类、啮齿类等向非洲-阿拉伯迁徙.特提斯海峡的关闭对海洋环流也有重要影响,主要表现为特提斯海峡的关闭减少了来自低纬的温暖、高盐海水向大西洋及印度洋南部的注入,由此降低了低纬的热量向南半球高纬的径向输送,在一定程度上加强了东南极冰盖的扩张及南极的变冷.特提斯海的退缩以及特提斯海峡在13 Ma左右的永久关闭,也深刻影响到南亚季风环流,表现为索马里急流和南亚季风的加强.

东海到南海晚中生代岩浆弧及陆缘汇聚体制综述

晚中生代是古太平洋板块俯冲汇聚东亚大陆的重要时期,这一构造期促发了华南强烈的岩浆活动和陆内变形,相关俯冲杂岩残留在日本西南、中国台湾到婆罗洲一线。华南大陆特别是岩浆岩研究已取得了丰富的成果认识,但缺乏与典型岩浆弧相关的中性岩浆岩发现。位于海陆结合部的东海到南海区域,将是开展晚中生代岩浆弧和弧前盆地等研究的优选地区,目前已陆续发现了相关岩浆岩和沉积记录。开展东海到南海这一区域性的岩浆弧和弧前盆地等研究,同时结合东部俯冲杂岩和华南大陆岩浆岩等成果资料,将有助于形成和完善晚中生代古太平洋俯冲体制和东亚活动大陆边缘的演变模式,也是深化认识我国海域中生界沉积盆地性质及其油气潜力的重要环节。

东昆仑造山带昆中带的独居石电子探针化学年龄:多期构造变质事件记录

青藏高原北缘东昆仑造山带昆中带的云母片岩发育两个世代独居石.第一世代独居石包裹在环带状石榴石变斑晶的核部,Y2O3含量较高,平均为(1.012±0.088)wt%;第二世代包裹在边部和基质矿物蓝晶石、斜长石和石英中,并分散在基质中与云母矿物共生,Y2O3含量较低,平均为(0.479±0.100)wt%.电子探针Th-U-Pbtotal化学定年法测得第一世代两颗独居石的加权平均年龄分别为(455±18)和(420±20)Ma,第二世代6颗独居石的加权平均年龄为(246.1±3.8)Ma.这些年龄表明石榴石变斑晶的核和边及其相关的矿物组合记录了两期重要构造变质事件:奥陶纪独居石的生长可能与冈瓦纳大陆晚泛非期持续的汇聚过程或原特得斯洋消亡的构造变质事件有关,而三叠纪独居石的生长与古特提斯洋消亡的构造变质事件相联系.

东特提斯构造域变质演化及其构造启示

横亘中国中部的东西向中央造山系,包括西部的早古生代阿尔金-北祁连-柴北缘-东昆仑-北秦岭-北桐柏造山带和东部的晚古生代-早中生代南桐柏-红安-大别-苏鲁造山带,分别是原特提斯洋和古特提斯洋闭合过程中大洋板块俯冲作用和大陆板块俯冲/碰撞作用的产物.已有研究表明,这些造山带内广泛出露有大量的不同时代不同类型的变质岩,变质作用发生在不同的地温梯度下,形成于汇聚大陆边缘构造演化的不同阶段,因此是重建东特提斯构造域时空演化的理想对象.本研究通过对中央造山系变质岩的变质温度(T)-压力(P)-年龄(t)信息进行集成分析,查明不同造山带变质岩的变质T/P比值空间关系及其随时间的变化,进而系统揭示东特提斯构造域的构造演化以及汇聚板块边缘的温压结构演化.结果表明,尽管不同造山带形成于不同的地质历史时期,但是变质岩的记录均揭示了汇聚大陆边缘P-T演化呈现出相似的规律和趋势.相对于板块汇聚过程而言,变质岩主要经历了三个阶段演化的顺时针P-T轨迹:(1)汇聚早期阶段,低T/P比值的阿尔卑斯型蓝片岩相-榴辉岩相高压-超高压前进(峰期)变质作用;(2)汇聚晚期阶段,中T/P比值的巴罗型中压角闪岩相-高压麻粒岩相变质叠加;(3)汇聚之后阶段,高T/P比值的巴肯型低压角闪岩相-麻粒岩相变质叠加.不过,部分造山带变质岩只经历了早期巴罗型高压麻粒岩相前进(峰期)变质作用以及后期巴肯型低压麻粒岩相变质叠加.在现代汇聚板块边缘,阿尔卑斯型变质作用主要形成于大洋地壳俯冲阶段和大陆地壳深俯冲阶段,巴罗型变质作用既可以形成于大陆地壳硬碰撞加厚阶段,也可以形成于大陆俯冲带由挤压变成拉张导致俯冲地壳折返的阶段,而巴肯型变质作用则形成于板块汇聚之后的陆内张裂阶段.因此,将变质T/P比值及其对应的变质相系与变质作用发生的时间相结合,能够可靠地重建汇聚大陆边缘的构造演化.根据已报道的中央造山系各造山带变质岩不同类型变质作用发生的时间可见,西部原特提斯造山系的大陆碰撞/俯冲发生在500~490Ma(阿尔金、北秦岭、北桐柏)和450~430Ma(柴北缘、东昆仑),陆内张裂发生在460~450Ma(阿尔金、北秦岭、北桐柏)和410~400Ma(柴北缘、东昆仑).与此相比,东部古特提斯造山系大陆碰撞/俯冲发生在250~220Ma,而大陆碰撞后的伸展发生在140~120Ma.从大陆碰撞/俯冲时期的低T/P比值进变质经过深俯冲陆壳折返的中T/P比值退变质到碰撞后高T/P比值的叠加变质,在原特提斯造山系只经历了40~60Myr的时间间隔,而在古特提斯造山系则经历了约为110Myr的时间间隔.由此可见,对于不同的造山系,汇聚大陆边缘均经历了从暖碰撞和冷俯冲到热伸展的构造演化,即一般始于构造挤压体制下以形成中压角闪岩-高压麻粒岩的巴罗型变质相系或者高压-超高压榴辉岩的阿尔卑斯变质相系为特征的大陆碰撞/俯冲造山过程,在深俯冲地壳岩石从地幔深度向地壳深度折返之后,终止于构造拉张体制下以形成高温-超高温变质麻粒岩的巴肯型变质相系为特征的陆内张裂造山过程.

新特提斯洋演化与动力过程

新特提斯洋主要存在于中生代,是位于劳亚大陆与冈瓦纳大陆之间的一个向东开口的海湾状大洋.实际上,从二叠纪起,多个微陆块从冈瓦纳大陆北缘裂解,初始新特提斯洋开始形成.随着微陆块群的北向漂移,新特提斯洋逐步扩张,达到最大化.微陆块群在晚三叠世开始与欧亚大陆南缘碰撞拼合,之后,新特提斯洋开始向北俯冲到新形成的欧亚大陆南缘之下.随着冈瓦纳大陆的进一步裂解,非洲-阿拉伯板块、印度板块和澳大利亚板块以不同速度向北漂移.到新生代,这些板块与欧亚大陆碰撞,新特提斯洋消失,形成全球最为显著的阿尔卑斯-扎格罗斯-喜马拉雅造山带.新特提斯洋由西向东表现出不同的大地构造演化特征:地中海地区以多洋盆扩张-双向俯冲和微陆块碰撞为特征,中东地区表现为北向俯冲和沿扎格罗斯缝合带的穿时碰撞,青藏高原南部和东南亚地区以多块体逐渐裂解和多阶段碰撞为特点.我们提出,新特提斯洋岩石圈板块北向漂移的主要驱动力是俯冲板片拖拽力,深部地幔对流与非自由边界条件下冈瓦纳大陆主体围绕欧拉极(西非)的逆时针旋转也是影响特提斯洋演化的重要因素.