华北和扬子陆块及秦岭—大别造山带地表和深部太古宙基底的新信息

本文根据华北和扬子陆块及秦岭-大别造山带地表和深部出露的各种岩石中发现的继承性锆石的测年数据,报道了太古宙基底和岩浆事件的新信息,并简要地论述其地质意义。华北陆块东北缘、东南缘、北缘、西北缘共6个地区的深部都存在新太古代和中、古太古代岩浆事件的新信息;南缘深部也存在古太古代岩浆事件的新信息。在华北陆块早前寒武纪同位素年龄直方图(以太古宙岩浆事件为主)上,最高峰值位于2.45-2.6 Ga区间,而以2.5-2.55 Ga最为突出,显示该区间岩浆事件最为强烈,可能代表一次重要的碰撞事件。此外还见有2.7 Ga,2.8 -2.85 Ga,2.95-3.0 Ga,3.1-3.15 Ga,3.3-3.4 Ga,3.45-3.5 Ga,3.6 Ga和3.8 Ga等较高峰值,反映了岩浆事件不同活动阶段的演化趋势。扬子陆块北缘地表和深部有与华北陆块相似的太古宙古老基底信息。扬子陆块中部的长江中下游地区、东南缘相当于江南古陆的地区以及扬子陆块西南缘地区在地壳深部均保留有新太古代和/或古太古代岩浆锆石的年龄信息。秦岭-大别造山带从东到西,多处(主要是深部)也发现有新-中太古代残余岩浆锆石的年龄信息。

秦岭—大别造山带北部中新生代逆冲推覆构造期次及时空迁移规律

秦岭—大别造山带北部中 新生代逆冲推覆作用可分出 5个期次 :印支期 (T2 T3)、燕山早期 (J2 末 J3)、燕山晚期 (K1 末 )、燕山末期 (K2 末 )和喜马拉雅早期 (E末 )。本区中 新生代逆冲推覆构造具有明显的时空迁移特征 ,主要体现在同一期次断裂在不同区域内规模和强度明显不同 ,并具有穿时迁移演化特征 ;不同期次断裂在规模和强度及其地球动力学机制上也明显不同。印支期逆冲推覆构造具有东强西弱、东断西褶的构造迁移规律 ;燕山早期具有由东向西由早到晚穿时迁移演化特征 ;燕山晚期和燕山末期具有东弱西强的构造特征。前 4期逆冲推覆构造规模和强度大 ,而古近纪末期规模和强度相对较小。前 3期具有从南向北规模和强度递减的趋势 ,后 2期表现出北强南弱特征。反映出中生代造山作用由早到晚、由东向西、由南向北的时空变化规律。中生代逆冲推覆构造是在扬子、华北两板块由东向西呈剪刀差式穿时碰撞、陆内俯冲断离和山脉隆升与伸展坍塌的地球动力学背景下形成的。古近纪末期逆冲构造形成机制与印度板块向欧亚板块之下俯冲的远程效应有关。

秦岭-大别造山带中几条重要构造带的特征及其意义

目的研究秦岭—大别造山带内几条重要构造带的构造变形特征,以探讨其动力学过程。方法通过该造山带中各构造带的几何学、运动学特征研究,分析板块构造体系向陆内构造体系转换和大陆动力学体系演化等地质过程。结果①洛栾构造带是二郎坪弧后盆地与华北板块南缘的陆内构造拼合带,形成于365 Ma±,挤压方向为240→60°;②商丹断裂带在260 Ma±形成,挤压方向为220→40,°以压扁作用为主,正花状构造,显示出板块碰撞带的构造特征;③襄广断裂带是扬子板块在220 Ma±,由185→5°方向与大别造山带斜向汇聚的结果;④殷马断裂带为一条右行平移的韧性剪切带;⑤武穴构造对接带是大别造山带南缘与扬子板块北缘的构造复合带,是在140 Ma±扬子板块总体由S→N挤压所致;⑥宜鲁构造带是东秦岭造山带北界,为S→N逆冲的叠瓦状推覆构造,上地壳缩短率为52%;⑦郯庐断裂带是秦岭—大别造山带东端的一条多期活动的剪切带。结论秦岭—大别造山带经历了不同构造体制转换、板块构造系统发展、板块构造体系向陆内构造体系转换以及大陆动力学体系发展演化等地质过程;显示出古生代以来逆时针"转动挤压"到"三面围限"的动力学过程。

秦岭-大别造山带北部逆冲推覆构造与合肥盆地、周口坳陷控盆断裂

秦岭 -大别造山带北部中 -新生代逆冲推覆作用可划分出 5个期次 :即印支期 (T2 —T3 )、燕山早期 (J2 末—J3 )、燕山晚期 (K1末期 )、燕山末期 (K2 末期 )和喜马拉雅早期 (E末期 )。合肥盆地、周口坳陷控盆断裂是秦岭 -大别造山带北部逆冲推覆构造在盆地内的延伸 ,造山带与盆地逆冲推覆构造在时间序列上具有同步耦合性 ,在空间上具有密切相关性。逆冲推覆作用不仅控制了盆地的分布轮廓、构造格局、地层发育和沉积建造 ,而且还控制了盆地的形成与演化 ,决定了盆地的性质和类型。中生代盆山构造耦合是扬子、华北两板块碰撞、陆内俯冲断离和山脉隆升与伸展坍塌的地球动力学背景下形成的。古近纪末期逆冲构造形成机制与印度板块向欧亚板块之下俯冲的远程效应有关。

秦岭—大别造山带与江南造山带的差异隆升过程:来自江汉盆地中新生代沉积记录的证据

江汉叠合盆地地处扬子地区中部,夹持于秦岭—大别造山带与江南造山带中段之间,是中生代中期以来在扬子浅海台地基础上发育起来的典型海陆交互相陆相叠合盆地,其中充填了厚逾10 000m的中三叠世新近纪陆源碎屑岩系。据印支期以来的造山活动历程与成盆演化特点,将盆山耦合过程划分为造山前期、主造山期、造山后期与非造山期4个阶段,将盆地充填层序划分为陆架边缘、前陆、断陷和坳陷4个(盆地世代)超层序。依据盆内沉积物碎屑组份分析,发现中三叠世江南造山带进入强造山活动期,白垩纪末进入造山带坍塌后的活动平静期;秦岭—大别造山带的主造山活动阶段为晚三叠早侏罗世,古近纪末处于非造山活动相对平静阶段。盆区整体呈现东部造山活动早,山带隆升早,持续时间长,剥露地层较快较早进入变质岩层段;西部造山活动时间晚,隆升时间相对较晚,剥露地层在早侏罗世初期才依次切入变质岩层段;盆地南、北缘山带总体呈现多幕式差异隆升过程。

东秦岭-大别造山带北缘逆冲推覆构造特征及油气前景

东秦岭-大别山北缘逆冲推覆构造由南、北两支逆冲断裂组成,是联系东秦岭-大别造山带和南华北盆地的构造纽带。该逆冲推覆构造在走向上具有分段性,在倾向上具有分带性;即沿倾向分为前锋带、逆冲岩席带和根带;在走向上分为豫西逆冲推覆区段、周口南缘逆冲推覆区段和淮南-合肥逆冲推覆区段。构造演化分为3个阶段:印支期碰撞造山阶段、燕山晚期陆内造山阶段和燕山末期-喜马拉雅早期走滑拉张阶段。北缘逆冲推覆构造各区带烃源岩保存条件差异较大,油气显示集中分布在前锋带附近。评价前锋逆断带及前渊区(盆地/凹陷)为油气勘探最有利区带,南、北两支逆断带之间的逆冲岩席区(盆地/凹陷)为较有利区带。

秦岭—大别造山带南侧兴山地区中上寒武统白云岩储层特征

秦岭—大别造山带南侧兴山地区中上寒武统白云岩储层较为发育。在野外露头剖面测量的基础上,结合常规薄片鉴定、扫描电镜、图像分析、物性分析等测试手段,认为该区中上寒武统白云岩有效储层主要为泥粉晶云岩、颗粒云岩和细晶—中晶云岩等。泥粉晶云岩的有效储集空间以晶间孔为主;颗粒云岩主要包括鲕粒云岩、砂屑云岩和砾屑云岩等,有效储集空间主要包括粒间孔和粒内溶孔;细晶—中晶云岩非选择性溶孔和晶间孔较为发育。储层的形成与演化主要受到沉积作用和成岩作用的共同影响。其中沉积作用是储层形成的基础,决定了储层的空间展布特征。尽管平坦的沉积底形以及频繁的相对海平面变化导致储层多呈薄层状,但储层厚度较大,而且白云石化和埋藏阶段的选择性溶蚀使得颗粒云岩以及细晶—中晶云岩孔隙度变高,连通性变好,成为中上寒武统较好储层。

东秦岭—大别造山带南、北缘晚白垩世以来构造演化的石英ESR年代学研究

运用α石英热活化ESR定年法对东秦岭—大别造山带南、北缘58件样品进行了研究。结果显示,东秦岭—大别造山带南、北缘ESR年龄范围主要集中在晚白垩世以来(99.2～3.4 Ma)。结合区域地质事实分析,晚白垩世以来,东秦岭—大别造山带南缘的构造演化可划分为73.1～52.3 Ma伸展断陷期、39.1～27.2 Ma伸展-挤压的转换期和22.8～3.4 Ma挤压期;东秦岭—大别造山带北缘的构造演化可划分为89～70.1 Ma挤压隆升期、61.6～43.2 Ma伸展断陷期、37.2～22.6 Ma伸展-挤压的转换期和15.6～3.9 Ma挤压期。东秦岭—大别造山带南缘和北缘新生代构造演化特征基本相同,但是受多种因素控制,东秦岭—大别造山带南、北缘晚白垩世的构造演化存在较大差异。ESR测年结果与东秦岭—大别造山带南、北缘已有的地质事实相吻合,验证了ESR测年的可靠性。

“秦岭-大别-苏鲁”造山带中“古特提斯缝合带”的连接

中国大陆西北部的＂古特提斯缝合带＂如何与东面的＂秦岭-大别-苏鲁＂造山带连接,是涉及中国大陆中部构造格架的关键问题之一。南秦岭造山带中的古特提斯蛇绿岩带和东秦岭-桐柏-大别-苏鲁造山带中三叠纪高压-超高压变质带的对比,以及一条位于两者之间的220~204 Ma的大型左行走滑剪切带的存在,提供了它们之间关系的新的视角,为此,我们提出南秦岭的勉略蛇绿岩带向东通过宁陕-湘河大型左行走滑剪切带,和大陆俯冲与深俯冲造成的＂耀岭河-桐柏-大别-苏鲁＂高压—超高压变质带北缘连接,构成＂秦岭-大别-苏鲁＂造山带中的古特提斯缝合带新模式。沿着这条边界,南秦岭构造单元可以分为南部的南秦岭被动陆缘单元和北部的南秦岭主动陆缘单元,后者向东的延伸由于南、北板块之间三叠纪的剪切碰撞而尖灭。

东秦岭—大别造山带及两侧晚古生代构造环境与油气意义

通过对秦岭—大别造山带及两侧火山岩地球化学分析认为,略阳庄科和大西洋中脊的岩石可归为一类,其特征是K2O/SiO2比值低,TiO2/SiO2比值高,其∑REE值低,稀土模式平缓,不富集轻稀土,介于大陆和大洋拉斑玄武岩之间;略阳三岔子、石泉两河和日本岛弧地区的岩石其特征是K2O/SiO2比值高,TiO2/SiO2比值低,其∑REE值高,稀土模式为陡右倾,富轻稀土。综合研究认为晚古生代西秦岭(勉略—阿尼玛卿—索托湖—麻扎)为古特提斯大洋环境,往东经镇巴—城口—青峰—襄樊—周家湾—广济为坳拉槽特征。同时期造山带南侧主要受古特提斯洋的影响处于海相沉积的伸展环境;北侧处于隆起状态下的陆内坳陷沉积。南侧二叠系碳酸盐岩、泥页岩及煤系是主要烃源岩,以生气为主;北侧石炭—二叠系煤系地层是主力烃源岩,晚燕山—喜山期二次生烃具有重要的油气意义。

秦岭—大别造山带北侧盆地序列及油气前景

秦岭—大别造山带北侧存在多个盆地,其中有些盆地中已有一定的油气显示。近年来地质、地球化学研究成果表明,秦岭—大别造山带北侧主要发育6个世代的盆地序列,分别是:1)被动大陆边缘盆地(-C1—O2);2)弧后盆地(O2—C1);3)残余盆地(C2—T2),其中可分为残余盆地第1阶段(C2—P12)和残余盆地第2阶段(P12—T2);4)陆内前陆盆地(T3—J2);5)张扭性盆地(J3—K1);6)断—拗盆地(K2—E)。秦岭—大别造山带北侧盆地发育6套烃源岩层系,分别是古近系、下白垩统、下侏罗统、上三叠统、石炭—二叠系和下古生界,并进行了相关烃源岩层系的成藏特征分析。东秦岭—大别山北侧主要勘探层系第一位的是石炭—二叠系,第二位是下白垩统,第三位是上三叠统,第四位是古近系,而中—下侏罗统及下古生界可列为第五位。建议勘探选区是一类盆地为周口盆地、济源盆地和洛—伊盆地。有利区带是谭庄—沈丘凹陷、倪丘集凹陷、襄城凹陷、舞阳凹陷、孟县—温县凹陷和洛阳凹陷。

秦岭—大别造山带的盆—山体系演化及其区域环境效应

造山带和盆地,作为在时—空演化和构造动力学系统中有关联的构造体,不仅在空间上相互依存,而且在深部结构、物质迁移及动力学机制上密切相关。首先利用磷灰石裂变径迹实验手段,分析了秦岭—大别造山带的隆升与剥露速率,运用构造变形组合分析和构造—热模拟相结合得出主要地质事件,并着重揭示出中新生代秦岭—大别造山带存在多阶段的差异隆升与剥露现象,得出一个定性和定量后造山剥露过程的区域演化模式。然后,在综述中新生代秦岭—大别造山带演化过程及其区域环境效应的基础上,以长江三峡的形成和长江水系变迁的关系,以及三峡工程的兴建及其导致洞庭的变迁为例,探讨了盆—山体系演化过程对地貌景观的变化、水系变迁、生态环境演替以及流域系统演变的影响。

东秦岭-大别造山带北侧中新生代差异构造变形

受多期非均衡造山作用以及多构造体制的叠加,东秦岭-大别造山带北侧中新生代发生差异构造变形。基于区域构造动力学机制,将中新生代构造变形分为4个期次:印支期(T2-T3)、早燕山期(J1)、中燕山期(J2-K1)和晚燕山-早喜马拉雅期(K2-E)。通过野外地质剖面和地震剖面的构造解析,认为印支期-中燕山期主体变形方式为逆冲推覆作用,变形强度自东向西发生时空迁移;晚燕山-早喜马拉雅期为关键构造变革期,发生区域伸展变形,且以信阳-合肥盆地和灵宝-鲁山-确山-固始-肥东断裂一带伸展作用最强。平衡剖面恢复显示,印支期和中燕山期为东秦岭-大别造山带北侧两期主要逆冲推覆构造发育期,其中印支期强烈的逆冲推覆作用发生于商城-潢川一带以东,而中燕山期则发生于商城-潢川一带以西。中燕山晚期(K1),受差异造山作用,研究区东西构造变形分异,东秦岭北侧发生强烈收缩变形,而大别北侧则在热隆作用下发生滑覆。

东秦岭—大别造山带南侧加里东期古隆起特征及油气地质意义

加里东期在东秦岭—大别造山带南侧江汉平原地区存在一个继承性古隆起,前人所称的"鄂中古陆"是其具体的表现。"鄂中古陆"在时间上存在于晚震旦世末—中寒武世,在平面上主要展布于江汉平原北部神农架—保康—荆门—京山及以北地区,向北东越过现今的青峰—襄樊—广济断裂带,其后古隆起继承性发展,控制了中扬子地区加里东期北高南低的古地貌特征。加里东期古构造可划分为东秦岭堑垒带、中扬子北部隆起带、中扬子中部斜坡带、中扬子南部坳陷带等4个单元。东秦岭—大别造山带南侧加里东期古隆起对油气成藏条件具有明显的控制作用,古隆起是早期液态烃运移聚集的有利指向区,是目前江汉平原地区震旦系—下古生界油气勘探突破的有利地区。

东秦岭-大别造山带区域成矿规律研究

对该区的矿床时空分布、矿床类型、成矿系列、成矿物化条件、矿源等进行了系统的研究总结。指出区内总体成矿地质背景为具有过渡型地壳特色的大陆复合型造山带 ,可划分为中元古代-古生代海盆同生沉积成矿、中生代大规模陆内俯冲造山体制后生热液成矿两个成矿阶段 ,具有盆地边缘控矿、动力学转换带成矿。

东秦岭——大别造山带南侧中生代砂岩碎屑组分及其构造意义

利用Dickinson、Suczek等人建立的砂岩碎屑模型,对东秦岭大别造山带南侧中生代盆地碎屑岩的组分特征进行研究,分析碎屑岩的物源区类型,认为中生代砂岩物源主要来自东秦岭大别造山带、龙门山、江南逆冲带,具有明显的再旋回造山带属性,碎屑组分变化序列是盆缘造山带3期逆冲活动的沉积响应。通过分析中生代砂岩碎屑组分的构造意义,探讨了东秦岭大别造山带中生代的构造演化及其盆山耦合关系。

西大别西北部浒湾变质带榴辉岩的年龄和性质及其对秦岭-大别-苏鲁造山带多期演化的制约

浒湾高压变质带位于大别造山带的西北部,是研究秦岭-大别-苏鲁造山带演化过程和时间的关键地区。我们对产于该高压变质带的三个榴辉岩样品进行了LA-ICPMS锆石U-Pb定年、微量元素和Hf同位素组成分析,以限定榴辉岩相变质作用及原岩形成的时间和原岩性质。苏家河榴辉岩中的变质锆石颗粒具低Th/U值、弱的Eu负异常、较平坦的重稀土(HREE)配分模式,以及低的176Lu/177Hf值。表明这些锆石形成过程中有石榴子石的存在而缺乏斜长石,因此形成于榴辉岩相变质条件。Ti含量温度计计算表明,这些变质锆石的形成温度约为655°C和638°C,与在榴辉岩相变质作用温度条件下形成一致,206Pb/238U年龄加权平均结果为309±4Ma(2σ),代表了榴辉岩相变质作用时间的最佳估计值。胡家湾变质锆石可能形成于前进变质作用阶段,206Pb/238U年龄加权平均值为312±11Ma(2σ),这一结果在误差范围内与苏家河的年龄结果一致。锆石U-Pb年龄和微量元素分析结果表明,榴辉岩核部的锆石属岩浆型,年龄为406±5～420±7Ma(2σ),表明原岩晚于中古生代华北与秦岭地体的碰撞时间。三个榴辉岩样品的锆石颗粒εHf(t)值的变化范围较大(-4.9～21.3)。变质锆石与岩浆锆石的Hf同位素的变化范围相近,少数变质增生边部锆石与核部残留岩浆锆石给出较一致的Hf同位素组成,表明变质增生锆石可能是原岩岩浆锆石溶解再结晶作用的结果,因此保留了原岩的初始Hf同位素组成。高的εHf(t)值表明它们的原岩来自亏损的地幔源区,可能是古特提斯洋壳;而低εHf(t)值则归因于地壳混染作用。少量继承核锆石的出现表明榴辉岩的原岩形成过程中有古老地壳物质的加入。浒湾地区一些榴辉岩具明显的来自扬子板块大陆地壳的年代学和地球化学特征。该区古生代的洋壳和新元古代的陆壳在石炭纪共同经历了榴辉岩相变质作用,表明古生代古特提斯洋壳形成于扬子板块北缘边缘盆地的环境。高压变质作用的陆壳岩石可能在洋壳岩石的折返和保存过程中起到了浮力牵引的作用。扬子和华北克拉通的聚合可能经历了超过200Ma的多阶段过程。

秦岭-大别造山带地壳化学结构研究

大陆地壳不同结构层之间化学组成(含元素和同位素组成)的系统性差异可以称为地壳化学结构,地球化学参考模型(GERM)能够作为参照标准进行地壳化学结构(元素组成)的对比分析,据此提出了反映地壳演化特征的蛛网图标准化方法。对秦岭-大别造山带的尝试发现,造山带总体上具有物质组成分异较弱的特点;造山带及邻区太古宙结晶基底太华群、崆岭群的化学组成都不能代表全部的下地壳,可能仅代表了下地壳上部,而大别群可能经历了复杂的构造熟化过程。通过对造山带地壳化学结构的分析,指出铕负异常可能并非为地壳拆沉作用所造成。

秦岭—大别造山带两侧中新生代构造变格与成盆作用

印支期以来,中国大陆在三面受挤的缩合构造环境下,经历了4期构造变格作用(T3—J2,J3—K1,K2—E,E3/N—Q),秦岭—大别两侧发育了相应的陆相盆地原型,并形成了复杂的原型并列叠加关系。在第一构造变格期,以发育压性陆内前陆盆地原型为主;在第二构造变格期,以发育压性陆内前陆盆地和走滑盆地原型为主;在第三构造变格期,以发育伸展断陷盆地原型为主;在第四构造变格期,以发育坳陷盆地原型为主。

东秦岭—大别造山带两侧盆地深部过程及古生界油气前景——以川东北盆地和合肥盆地为例

运用东秦岭—大别造山带深部地球物理测深成果资料,简述了岩石圈的深部地质结构与构造特征,讨论了岩石圈大地构造对与造山带有关的不同类型盆地深部过程的控制作用,以及岩石圈介质的构造成层和构造-热结构对盆地形成的控制作用,认为涉及这一地区的盆地深部过程及古生界油气前景的关键是:岩石圈具侧向分块、垂向解耦特征;盆地相对造山带而言,软流圈浅埋和“薄幔薄壳”;盆地深部过程以岩石圈塑性形变和大陆深俯冲-构造解耦为主;深部热流上涌对古生界油气生运聚起一定的控制作用。