大别山碰撞造山带基本结构

碰撞造山带理论和模式已成为大陆动力学研究的热点, 大别山造山带是我国南北地块的接合带,以其诸多特色,尤其暴露造山带根带极难得的剖面,吸引了众多的国内外地质学家,然而,目前对大别造山带的碰撞过程,造山带结构及深部地质了解甚少,1991年由地质矿产部第一综合物探大队实测的安徽六安-江西瑞昌大地电磁测深剖面,成为第一条横穿大别造山带的地球物理剖面,提供许多深部信息,对已有造山带地质模型予以检验。     

大别造山带周缘盆地发育及其对碰撞造山过程的指示

大别造山带中生代构造演化是国内外高度关注的热点问题之一, 尤其是周缘中生代沉积盆地如何记录这一经历了强烈俯冲消减和巨量剥蚀的造山带构造演化更为引人瞩目. 近年来, 通过周缘盆地沉积学分析, 并结合构造变形研究, 认为大别造山带南北边缘从晚三叠世至早白垩世遭受挤压逆冲, 从而控制外缘前陆盆地发育, 而其核部自侏罗纪至早白垩世逐步发生伸展变形、穹隆和裂陷, 直至在晚白垩世之后造山带全面塌陷, 总体上造山带呈现出长时期的挤压逆冲, 伸展自核部向边缘不断扩展、增强, 挤压与伸展在地壳尺度上并存(J-K₁)的构造演化特征; 大别造山带核部超高压变质岩揭顶年代自东向西依次为早侏罗世至晚侏罗世, 其剥露深度从西至东不断加大; 造山带剥露的深层次轴部变质杂岩为北侧合肥盆地提供主要物源, 而南侧中扬子盆地的物源可能主要来自于造山带南部盖层岩石及现已被逆冲掩盖的、并与勉略缝合带相关的地层. 动力学分析表明, 华北与华南板块之间受沿商丹和勉略缝合带拼合碰撞作用及其之后的江南褶皱逆冲带自南东向北西推进、华北板块南缘沿秦岭北界断裂向南的陆内俯冲的叠加影响, 导致大别造山带逆冲增厚及之后的核部重力扩展、均衡隆升, 从而导致高压/超高压变质岩多期剥露. 未来从周缘沉积盆地揭示大别造山带造山过程方面的研究应强调进一步探索勉略缝合带的东延、大别造山带高压/超高压变质地体对华南北缘不同地质单元和盆地的掩盖及盆地同沉积期源区构造面貌及其东西延展、大别造山带盖层和基底岩石的巨量剥蚀及其流向、恢复大别造山带内部俯冲消减和被剥蚀的构造单元等.     

扬子板块俯冲、断离的地震层析成象证据

根据三维Ｐ波速度层析成象结果，在大别－苏鲁造山带的莫霍面之下发现了古俯冲板块的踪迹。综合地质学和年代学研究成果推测，扬子板块向北俯冲于华北板块之下，并在１７０－２００ｋｍ的深度上发生了板块断离，年代大约为２００－１９０Ｍａ，这是板块断离是控制大别－苏鲁造山带超高压变质岩折返的主导动力学机制。     

北秦岭含柯石英榴辉岩的发现及其意义

近年来,在秦岭-大别造山带的东部相继发现了多处含柯石英榴辉岩,这些超高压变质岩均产在南秦岭造山带.1993年在陕豫交界的秦岭群中发现了榴辉岩等高压变质岩,最近又在榴辉岩中发现了柯石英,现予报道.     

大陆造山过程的多期演化: 以西大别为例

大陆碰撞造山带的形成和演化是汇聚板块边缘的重要特征, 其形成和演化大多经历了复杂的过程. 以西大别为例, 利用锆石成因矿物学、U-Pb年龄和Hf同位素组成特点等, 结合区域地质情况, 对造山带的多期演化提供了较为重要的制约. 结果得到, 浒湾地区洋壳的形成时间约为400~430 Ma, 稍晚于北秦岭与华北的碰撞时间, 可能是碰撞后扬子板块北缘伸展作用形成的边缘盆地. 浒湾地区榴辉岩相变质作用峰期发生在约310 Ma的石炭纪, 浒湾地区洋壳初始抬升时间约为270 Ma. 新县和红安地区榴辉岩的原岩时代和性质与大别-苏鲁其他地体一致, 超高压变质作用也发生在中三叠纪, 并经历了多阶段的抬升作用过程, 应该是大别-苏鲁造山带的西延部分. 因此, 秦岭-大别-苏鲁地区是一个典型的多阶段复合型造山带, 其聚合过程可能持续了200 Ma以上.     

郯庐断裂带同造山走滑运动的40Ar/39Ar年代学证据

大别造山带东缘的郯庐断裂带, 具有两期左旋走滑韧性剪切带. 最近从3处早期韧性剪切带糜棱岩中, 获得了3个白云母的⁴⁰Ar/³⁹Ar坪年龄, 分别为192.5±0.7, 189.7±0.6, 188.7±0.7 Ma, 认为代表了早期左旋走滑变形的冷却年龄. 这表明郯庐断裂带的左行平移起源于华北、华南板块沿大别-苏鲁造山带碰撞造山过程的后期, 属于同造山走滑构造. 而其在早白垩世滨太平洋构造活动时又被利用而再次发生左行平移. 认为该断裂带在造山期可能是以转换断层型式出现的.     

北大别榴辉岩的确定及其地质意义

近年来很多学者把大别造山带分成南北两部分,南部为碰撞杂岩,以出现榴辉岩和副片麻岩系为特征,北部为岛弧杂岩,以长英质片麻岩为主,不含有榴辉岩块体;其间的分界线为华北     

发展板块构造: 从洋壳俯冲到大陆碰撞

大陆地壳深俯冲与超高压变质的研究不仅带动了中国固体地球科学的发展, 而且为发展板块构造理论提供了契机. 根据俯冲地壳的性质, 已经认识到俯冲和碰撞分别以两种类型出现. 就地壳俯冲来说, 存在洋壳俯冲型(例如太平洋周边)和陆壳俯冲型(例如阿尔卑斯造山带). 就大陆碰撞来说, 则存在弧-陆碰撞型(例如喜马拉雅和青藏造山带)和陆-陆碰撞型(例如大别-苏鲁造山带). 大陆俯冲带深部化学变化与差异折返、洋壳俯冲与陆壳俯冲之间的时空转换, 将是今后一个时期大陆动力学研究的重点.     

大陆俯冲带壳幔相互作用的碰撞后镁铁质岩浆岩记录

对大别-苏鲁造山带和华北陆块东南缘中生代碰撞后镁铁质岩浆岩进行详细的同位素年代学和地球化学研究,结果显示出弧型微量元素分布特征、富集的Sr-Nd-Pb-Hf同位素组成和异常的锆石18O值.尤其特别的是,大别造山带部分镁铁质岩浆岩具有低的锆石18O值并含有新元古代和三叠纪U-Pb年龄的残留锆石,这是区分俯冲华南陆块与上覆华北陆块的鉴定性特征.这些特征指示它们来源于造山带岩石圈地幔的部分熔融.在三叠纪大陆碰撞过程中,来源于俯冲华南陆壳的长英质熔体与上覆华北岩石圈地幔橄榄岩反应,形成了富集的造山带岩石圈地幔.根据某些特定的微量元素比值如Ba/Th,Sr/Rb和(La/Yb)N等,可以厘定出卷入大陆俯冲隧道壳幔相互作用的陆壳物质既有俯冲陆壳基底,也有上覆沉积盖层.因此,碰撞造山带以及上覆陆块边缘的碰撞后镁铁质岩浆岩为大陆俯冲带壳幔相互作用提供了岩石学和地球化学记录.     

大陆俯冲带流体活动和元素迁移:大别-苏鲁超高压变质岩和变质脉的研究

大别-苏鲁超高压变质岩和变质脉的岩石学及地球化学研究表明,在大陆俯冲带流体-岩石反应过程中,伴随着显著的元素迁移和同位素分馏.大别-苏鲁造山带高压脉中单矿物(如金红石和多硅白云母)具有明显的生长环带,指示变质脉是流体-岩石相互作用的结果.较高的流体/岩石比和强烈的二者相互作用是导致Nb-Ta迁移和分异的主导因素.对中国大陆科学钻探主孔石榴橄榄岩、榴辉岩和变质脉的Li和B同位素地球化学研究,表明在陆壳深俯冲和折返过程中Li和B发生了明显的分馏且表现出不同的地球化学行为.富集Si,Al,Na,LILE(如Rb,Ba和Sr)和HFSE(如Nb,Ta和Ti)的高压变质脉的存在以及不同岩性接触带高度变化的地球化学特征指示,在峰期超高压变质条件下可能形成了超临界流体,它对微量元素的迁移起到了非常重要的作用.     

大别-苏鲁造山带碰撞后的岩石圈拆离

应用地质、各市地球化学及地球物理3个方面已有的研究结果，探讨大别-苏鲁造山带碰撞后岩石圈撤拆离发生的可能性及发生时代，大别山超高压变质（UHPM）岩第1次快速冷却时代（226～219Ma）与秦岭-苏鲁地区同碰撞花岗岩年龄（220～205Ma）的一致性，说明UHPM岩石第1次快速抬升与俯冲板块断离有关，因此它们的第2次快速抬升（180～170Ma）需要碰撞后的岩石圈拆离，同时导致大别山170Ma左右的岩浆事件，此外，早白垩世（130～110Ma）大别山穹隆的迅速隆升及相对应的大规模岩浆事件也需要另外一次岩石圈拆离，碰撞后幔源镁铁-超镁铁岩侵入体的同位素年代学及相互关系的研究表明，大别-苏鲁造山带碰撞后的早白垩世大规模岩浆事件源于深部软流圈地幔上涌，辉石-辉长岩随MgO降低，SiO2也下降的分离结晶演化趋势，及典型的下地壳地球化学特征表明，这一幔源岩浆在侵入地壳之前曾经历过岩浆的板底垫托（underplating）过程及与下地壳相互作用，岩石圈拆离可能是引发造山带碰撞后地幔上涌及岩浆板底垫托事件的原因，大别-苏鲁造山带的地震层析结果显示，大别山南北两侧岩石圈均已显著减薄，除合肥盆地靠近郯庐断裂部分的岩石圈减薄可能与新生代玄武岩事件有关系外，因为大别山缺乏新生代玄武岩事件，大别山区的岩石圈减薄可能主要是岩石圈拆离造成的，此外，在40km处该带普遍存在一薄的低速层，以及该带白垩纪存在盆地 穹隆 盆地的耦合关系，均显示了该造山带两侧曾发生了岩石圈拆离和岩浆板底垫托作用。     

采用地震背景噪音成像技术反演天山及周边区域地壳剪切波速度结构

采用地震背景噪声成像技术获得了天山及周边区域的地壳剪切波速度结构, 数据取自中亚地区50个宽频带数字地震台站的连续噪音记录, 通过互相关计算共获取了约748个高信噪比瑞雷面波经验格林函数: 利用可视化方法测量了周期为6~50 s的瑞雷面波相速度频散, 据此反演了相速度分布模型和剪切波速度结构. 结果表明, 短周期(6~20 s)相速度分布与地质构造存在一定的相关性, 高速区域对应于山脉, 低速区域对应于沉积盆地, 天山造山带下部存在双向俯冲高速异常, 其中天山南部的高速异常从塔里木中上地壳向北俯冲, 天山北部的高速异常则从中地壳向南俯冲; 另外天山造山带中下地壳存在低速通道, 该通道为地幔热流的上涌或侵入提供了途径. 研究表明, 塔里木盆地地壳的向北俯冲和哈萨克地台地壳的向南俯冲作用, 以及天山下方的地幔热流上涌共同为天山造山带的活化提供了主要动力.     

大别造山带深部地缝合线与地表地缝合线的解耦及大陆碰撞岩石圈楔入模型: 中生代幔源岩浆岩Sr-Nd-Pb同位素证据

中国东部华北和华南陆块的中生代镁铁质岩浆岩的Nd-Pb同位素存在显著差异 华北陆块中生代幔源岩浆岩的εNd值可低至-15～-21, 206Pb/204Pb<17.9, 而华南陆块的εNd值>-10, 206Pb/204Pb>18.3. 大别造山带北部发育的中生代辉石-辉长岩的εNd值可低至-19, 206Pb/204Pb<17.3. 这说明北大别带深部岩石圈的地球化学特征与华北陆块岩石圈类似, 而不同于华南陆块. 因此, 虽然大别造山带华北与华南陆块地表地缝合线位于北大别带北侧, 但是切割中国东部的中生代深部岩石圈Nd同位素剖面显示其深部地缝合线应位于北大别带以南. 这与前人建议的郯庐断裂以东深部地缝合线南移现象是一致的, 但与华南陆块地壳向北俯冲相矛盾. 这一深部地缝合线与地表地缝合线的解耦现象可以用大陆碰撞岩石圈楔入模型来解释. 俯冲板片断离后, 两陆块的持续会聚可形成缝合带的强挤压环境, 从而导致已折返的俯冲陆壳与未折返的镁铁质下地壳及岩石圈地幔分离, 并使华北陆块下地壳及岩石圈楔入扬子陆块北缘俯冲陆壳和岩石圈地幔之间. 这一构造作用导致华南陆块原俯冲陆壳向北仰冲, 而华南陆块深部岩石圈向华北陆块下俯冲. 它是导致大别山侏罗纪超高压变质岩的第2次快速抬升和岩石圈拆离(delamination)及相应岩浆作用的重要构造机制. 大别-苏鲁造山带深部地缝合线南移也为早白垩纪沿长江中下游一带发生的大规模中生代岩浆-成矿作用创造了深部构造条件.     

地壳的第三基本構造單元——地窪区

过去我们所認識的地壳基本構造單元,只有兩个,即地槽区和地台区,前者屬活动区,后者屬“稳定”区。任何地台区都有一个由地槽型沉积經过复杂的構造变动和岩漿作用,并且深受变質作用的影响而構成的褶皺基底(下構造层),其上鋪着由受構造变动和岩漿作用較少。且变質不显的地台型沉积构成的沉积盖层(上構造层)。     

喜玛拉雅平行于造山带伸展——是垮塌的标志还是挤压隆升过程的产物?

喜玛拉雅造山带内普遍发育垂直于造山带的伸展构造，曲松、普兰、洛扎、聂拉木和亚东等地的研究表明它们代表平行于造山带的伸展，伸展形成的盆地内发育与伸展同期的垂直于造山带的挤压构造，伸展构造的形成时代为１６～１３Ｍａ，与整个东南亚强烈挤压期一致，所以它们是造山期同收缩伸展，伸展期的主导构造运动为挤压和隆升，伸展构造是造山带应变分解所致，而不是高原下降的标志。     

通化地区印支期花岗岩锆石U-Pb年龄及其与大别-苏鲁超高压带碰撞造山作用之间的关系

应用颗粒锆石U-Pb法, 对出露于吉林省南部通化地区的岔信子岩体、小苇沙河岩体和龙头岩体进行了侵位年代测定, 确认它们形成于印支期, 年龄为203~217 Ma. 地质与地球化学研究显示, 该时期形成的岩体主要包括石英闪长岩和花岗岩两大岩石类型, 前者来自于基性下地壳或者岩石圈地幔的部分熔融; 而后者来源于加厚地壳的部分熔融, 且岩浆源区存在石榴石残留相. 尽管上述两类岩石的源区不同, 但它们具有完全一致的形成年龄. 由于这些花岗岩与北侧兴蒙-吉黑造山带中的同期岩石性质差别较大, 而其年代仅比大别-苏鲁超高压变质作用的年代晚10~20 Ma左右, 与超高压变质岩的第1次快速折返和碰撞后花岗岩的年代一致, 推测其形成应与大别-苏鲁超高压碰撞造山带作用有关.     

地窪区的第三構造层——地窪沉积层

地窪区是由地台区活化轉变而成的、地壳的第三基本構造單元。它的主要特征之一,是具有无論比地槽区或地台区都较复杂的結構,表現出较高级的形式;它除继承了它的前身即地台区的褶皺基底和沉积盖层作为自己的第一、二主要構造层外,还在它们上面增添了具有独特性質的第三个主要構造层(图1)。作为一个活动区,它在产生这个“第三構造层”的同时,还表現出强烈的構造运动和岩漿作用。     

武当地块基性岩墙群初步研究及其地质意义

武当地块是指出露于武当山和郧西-郧县地区、卷入南秦岭构造带中的前震旦纪浅变质过渡基底地块(图1)。基性岩墙群在该地块中广泛发育,并在南秦岭区域的同类地块(如其东延的随-枣地块)中普遍存在,成为南秦岭地质的一大特色,在秦岭-大别造山带早期形成演化研究中具重要意义。我们首次对基性岩墙群进行了系统研究,本文提供的地质信息对重新认识本区有关基础地质问题、深入探讨秦岭带早期地质特征具有重要意义。     

广角反射地震探测得到的中国东部地壳三维P波速度结构

利用人工地震探查所取得的广角反射及折射地震资料, 探讨研究了中国东部区域地壳三维P波速度结构的区域特征. 结果表明, 研究地域的西部地区Moho面埋深较深, 深度为35~48 km, 反映了西部厚地壳特征. 中部的苏鲁-大别造山带地区, 20 km以上的上地壳波速明显呈高速异常分布; 而下地壳30 km处的速度结构却显示为低速度异常特征. 苏鲁-大别山区的Moho面深于其周围邻区, 苏鲁地区达到32~33 km; 大别地区其Moho面深达36~38 km. 苏鲁-大别地区上地壳P波高速异常结构特征, 可能与这些地区存在的高压、超高压变质带构造演化有关. 大别-苏鲁地区在下地壳深处存在地壳山根, 因此与周围邻区相比P波速度呈现为低速结构. 这些P波速度高速和低速区带在大别地区都位于郯庐断裂的南端西侧, 在苏鲁地区异常区则都位于郯庐断裂的北段东侧, 似乎是被郯庐断裂错断所致. 且错动从地表延伸到30 km深处. 上述结果, 可为岩石圈地壳构造与郯庐断裂演化分析提供地震学新证据.     

大别山造山带与合肥盆地的构造耦合

对大别山造山带和合肥盆地的地质、地球物理、地球化学综合研究表明，大别山造山带是中生代碰撞造山作用的产物，合舅地是这一造山带隆起时开始形成的，经历了凹陷－断陷－构造反转３个阶段，造山带的“去根”过程与地幔上涌控制着大别山的隆起和合肥盆地的发育。