造山带的伸展构造与软流圈隆起——以兴蒙造山带为例

本文选择了兴蒙造山带为例,探讨软流圈隆起与大陆岩石圈构造演变间的关系.兴蒙造山带展布范围大体相当于内蒙—大兴安岭褶皱系的范围(图1).它是在华北板块与西伯利亚板块对接基础上形成的.早古生代末(S_3-D_1)是该区最主要的一次碰撞造山事件,以早古生代地层(∈-S_2)普遍的变质和变形作用以及发育的深成岩和磨拉石建造为标志.中古生代(D_2-3)大陆岩石圈发生暂短的裂解,形成陆间洋盆.法门阶底部不整合标志古亚洲洋最后封闭与造山,造山作用相对比较弱,没有广泛分布的磨拉石建造,上志留-下泥盆统的地层组成宽缓对称的褶皱,岩层基本不变质或弱变质.中石炭-早二叠世全区广泛处于陆表海环境,二叠纪陆内裂谷阶段,形成双峰式火山岩和晚古生代末的碱性花岗岩带,晚二叠世-三叠纪全     

封面说明

正索伦山蛇绿岩是古生代存在于西伯利亚板块与华北板块之间的古亚洲洋闭合之后形成的索伦山缝合带的重要组成部分,对研究中亚造山带古亚洲洋演化具有重要的科学意义.一些学者对索伦山蛇绿岩中镁铁质-超镁铁质岩组成部分做了同位素测年和岩石地球化学研究,但是对其共生的深海远洋沉积盖层中的放射虫动物群组成及其时代研究还很薄弱,对索伦山蛇绿岩的形成时代还     

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.     

二连浩特艾力格庙地区蓝片岩相岩石的发现及其构造意义简

在二连浩特艾力格庙地区的古生代混杂岩带内发现了蓝片岩相岩石. 矿物化学成分分析表明,岩石中的角闪石有钠-钙质和钠质两类: 前者为镁红闪石、蓝透闪石和冻蓝闪石,后者为镁-钠闪石. 蓝片岩相变质作用的温度约为400~450℃,压力约为0.7~1.0 GPa. 研究区蓝片岩相岩石的发现表明内蒙古中部双冲碰撞造山带的北带可向西延伸约200 km,也表明华北板块与南蒙微大陆之间的缝合带位于艾力格庙到苏尼特左旗南一线.     

二连浩特艾力格庙地区蓝片岩相岩石的发现及其构造意义

在二连浩特艾力格庙地区的古生代混杂岩带内发现了蓝片岩相岩石.矿物化学成分分析表明,岩石中的角闪石有钠-钙质和钠质两类:前者为镁红闪石、蓝透闪石和冻蓝闪石,后者为镁-钠闪石.蓝片岩相变质作用的温度约为400～450℃,压力约为0.7～1.0 GPa.研究区蓝片岩相岩石的发现表明内蒙古中部双冲碰撞造山带的北带可向西延伸约200 km,也表明华北板块与南蒙微大陆之间的缝合带位于艾力格庙到苏尼特左旗南一线.     

北京十三陵长城系常州沟组碎屑锆石SHRIMP年龄: 华北克拉通盖层物源区及最大沉积年龄的限定

华北克拉通中元古代长城系盖层广泛分布, 其沉积时代和物质来源对于华北克拉通前寒武纪地壳演化研究具有重要意义. 本文报道了北京十三陵地区华北克拉通长城系盖层碎屑沉积岩碎屑锆石年龄分布模式. 样品为长城系下部常州沟组含长石石英砂岩(CHc-2)和石英砂岩(CHc-9). 碎屑锆石年龄主要分布在2.35~2.60 Ga之间, 靠上部层位(CHc-9)还有一定数量1.9~1.8 Ga和2.1~2.3 Ga碎屑锆石存在. 研究表明, 碎屑沉积物来自以约2.5 Ga陆壳物质为主的华北克拉通物源区, 1.9~1.8 Ga为华北克拉通古元古代哥伦比亚超大陆陆-陆碰撞构造热事件响应的年龄, 长城系盖层最大沉积年龄小于1.8 Ga.     

下扬子砂岩物源分析提供东南沿海晚古生代大陆弧新证据

运用碎屑组分统计、锆石U-Pb年代学、锆石Hf同位素分析等方法,对下扬子巢湖-南京地区古生代碎屑岩进行沉积岩石学和物源分析.下扬子地区志留系坟头组砂岩为长石石英砂岩,岩屑以火成岩岩屑和低级变质岩岩屑为主;泥盆系五通组砂岩为石英砂岩,岩屑含量少,以变石英岩岩屑为主.五通组和坟头组具有相似的碎屑锆石年龄分布模式,主峰为465~420和838~812 Ma,表明泥盆纪沉积继承了志留纪沉积的物源特征.早古生代下扬子巢湖-南京地区的碎屑来自其南侧的华夏地块武夷地体.巢湖-南京地区二叠系龙潭组砂岩分别为岩屑石英砂岩和长石石英砂岩,成熟度低,岩屑均以中酸性喷出岩岩屑为主,巢湖地区龙潭组具有指示武夷地体古元古代基底的1866 Ma峰值年龄,南京地区龙潭组具有与早古生代砂岩相似的445和970 Ma峰值年龄.结合前人岩相古地理和地球物理资料,认为下扬子地区龙潭组物源区仍位于南侧的华夏地块武夷地体.此外,下扬子地区龙潭组具有341~254 Ma(石炭纪-二叠纪)碎屑锆石,其e_(Hf)(t)值分布在-19.80~+14.90之间,代表碎屑物源区一次新的岩浆事件,该事件具有影响范围大、活动持续频繁、中酸性火成岩为主、岩浆来自古老地壳与新生地壳混合熔融等特征.结合区域地质资料,推测华南板块武夷地体在石炭纪-二叠纪(341~254 Ma)的构造背景为大陆弧.     

孔兹岩系——贺兰山中段赵池沟岩组碎屑锆石LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、Hf同位素组成及其地质意义

对贺兰山中段古元古代赵池沟岩组剖2两块变质沉积岩样品中的碎屑锆石进行了U-Pb定年和Hf同位素研究.研究认为:赵池沟岩组为华北克拉通孔兹岩系的一部分,其成岩时间为1.96 Ga;碎屑锆石年龄谱显示赵池沟岩组具有和孔兹岩带东缘相同的物源属性,孔兹岩带内部古老岩浆活动是孔兹岩系沉积的主要物源基础;变质锆石数据支持华北克拉通孔兹岩带发生过两期变质作用,早期变质作用发生在约1.96~1.95 Ga,晚期变质作用发生在约1.87 Ga;Hf同位素数据表明西部陆块在2.5~2.3 Ga有地壳增生.     

华南晚古生代岩浆活动的新发现:岛弧还是陆内造山?

在福建省周宁县五凤楼村发现了一个形成于313±4Ma的片麻状花岗岩.该岩石具有高的K2O和Al2O3含量和低的SiO2和Na2O含量,其A/CNK比值高达1.22,指示其源区为经过化学风化的沉积岩,因此属于S型花岗岩.所含锆石为柱状自形形态,其U-Pb年龄变化于326～301Ma(加权平均年龄为313±4Ma),具有负的?Hf(t)值(?8.35～?1.74)和1.43～1.84Ga的二阶段Hf模式年龄.这是首次在华南发现有确凿同位素年代学证据的晚石炭世S型花岗质岩浆活动.该S型花岗岩最可能形成于陆内造山阶段,源岩主要为古元古代晚期生长的地壳.结合前人对岩相古地理、古生代盆地性质、早二叠世火山作用以及晚古生代-早中生代沉积岩中碎屑锆石的U-Pb-Hf同位素资料,本文推断华夏东部可能曾经存在一个晚古生代造山带.从晚石炭世(340～310Ma)的挤压造山阶段演化到早二叠世(285～270Ma)的后造山或板内伸展阶段,华南东部经历了一个较为完整的晚古生代造山旋回,所形成的晚古生代岩浆岩是陆内造山作用的产物,而不是岛弧岩浆作用产物.     

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.     

青岛榴辉岩相蛇绿混杂岩——俯冲“洋壳”推覆体的发现及其意义

长期以来,人们观察到的蛇绿岩均被解释为是在板块聚敛边界仰冲侵位于陆壳内的“洋壳”残片;而俯冲消减到深部的洋壳,根据现代碰撞造山模型,只能在陆壳俯冲时,作为碰撞混杂岩被推覆上来。例如造山带碰撞混杂岩中的榴辉岩和超镁铁岩就被解释为是早期俯冲     

华夏南部可能存在Grenville期造山作用: 来自基底变质岩中锆石U-Pb定年及Lu-Hf同位素信息

对华夏地块南部粤中增城和赣南鹤仔3个基底变质岩的地球化学和碎屑锆石年代学研究表明, 它们的原岩都是形成于晚新元古代的沉积岩. 3个变质沉积岩都主要由新元古代早期(1.0~0.9 Ga)的碎屑物质组成, 并混有少量中元古代和新元古代中晚期(0.8~0.6 Ga)的碎屑物, 说明沉积物主要来源于一个遭受过Gondwana大陆聚合事件影响的Grenville期造山带. 碎屑锆石的Hf同位素成分显示这些Grenville期锆石可能是造山旋回早期形成的弧与古老大陆碰撞产生的岩浆结晶的. 结合华夏地块其他地区~1.0 Ga年龄锆石的分布及形态学特征, 本文认为华夏地块的南缘很可能曾经存在或者极其靠近一个Grenville期的造山带. 而这期造山作用的时代与东印度以及东南极的Grenville造山带一致, 且同样受到Gondwana大陆聚合事件的影响. 因此, 从Rodinia超大陆裂解到Gondwana超大陆聚合期间, 华南地块很可能位于澳大利亚西部而与东印度和东南极相邻.     

大陆俯冲隧道过程:大陆碰撞过程中的板块界面相互作用

研究俯冲带过程是发展板块构造理论的关键.板块界面相互作用是实现地球表层与内部之间物质和能量交换的基本机制.将俯冲隧道模型拓展到大陆碰撞造山带,能够透视大陆俯冲带构造过程及其产物.由长英质到镁铁质岩石组成的大陆地壳于不同深度从大陆岩石圈上部拆离并迁移进入大陆俯冲隧道,由橄榄岩组成的大陆岩石圈地幔楔底部也受到俯冲板片刮削进入俯冲隧道.大小不同的地壳和地幔碎块在俯冲隧道中受到角力流作用向上或向下运动,导致它们经历不同程度的变质作用,并伴有不同程度的变形乃至局部深熔.在俯冲隧道中壳源岩石与幔源岩石之间发生机械混合,结果形成了超高压变质混杂岩.它们在折返到地壳层位时与低级变质岩拼合到一起,形成构造混杂岩,结果在同一造山带出露有不同变质程度的岩石.俯冲陆壳基底花岗岩和上覆沉积物衍生的熔/流体与上覆大陆岩石圈地幔楔橄榄岩之间发生化学反应,实现了大陆俯冲隧道中的壳幔相互作用.超高压变质岩原岩性质支配了碰撞造山带的类型、超高压变质地体的大小和折返速率.     

内蒙古锡林郭勒杂岩Sm-Nd,Rb-Sr同位素年代研究

内蒙古锡林浩特市东北约100km的巴音高勒地区分布着一套变质岩,前人曾命名为锡林郭勒杂岩.这套岩系具复杂变形和角闪岩相变质,长期以来时代归属不明且缺乏详细工作.邵济安认为其属古生代褶皱带内的古地体,唐克东等则将其划归古生代花岗-变质岩带的一部分.在《内蒙古自治区区域地质志》中,这套岩系被归入早元古代,但同时报道其U-Pb年龄为1060Ma.由于锡林郭勒杂岩是华北板块北缘古生代褶皱带内出露面积最大的变形变质地层单位,故查明其形成年龄、变质年龄对于解释华北板块北缘前古生代构造演化具有重要意义.     

大别造山带的去山根过程与机制:碰撞后岩浆岩的年代学和地球化学制约

系统的大别山碰撞后岩浆岩年代学和地球化学研究表明,大别山加厚镁铁质下地壳在143-131 Ma时发生部分熔融,生成低镁埃达克质岩;130 Ma左右加厚下地壳拆沉,引起了地幔上涌,产生了130 Ma以后的大规模镁铁质和花岗质岩浆作用.在大别山低镁埃达克岩形成同时,已折返至中地壳的北大别岩片也发生部分熔融,产生北大别混合岩.本文论证了在山根垮塌前,诱发大别山中、下地壳发生部分熔融需要造山带加厚岩石圈地幔根先期发生了减薄.根据克拉通岩石圈地幔的地温梯度(6.6℃/km)和玄武质地壳熔融温度(1000℃),可估计在发生造山带加厚下地壳部分熔融时,其下的岩石圈地幔厚度应减薄到小于45 km.据此,提出大别山两阶段去山根过程模型.岩石圈冷山根诱发的地幔对流导致在-145 Ma时岩石圈地幔突出部位被先减薄.它导致加厚镁铁质下地壳温度和地壳中下部地热增温率升高,并使其发生部分熔融.加厚下地壳的部分熔融导致了造山带下地壳弱化,加大其重力不平衡,从而引发加厚镁铁质下地壳的拆沉和山根垮塌.因此,软流圈对流侵蚀和加厚下地壳拆沉这两种岩石圈减薄机制具有因果关系.     

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.     

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.     

华北地块南缘钼矿床黄铁矿流体包裹体氦、氩同位素体系及其对成矿动力学背景的示踪

以华北地块南缘东秦岭钼矿带的金堆城、东沟、石家湾和三道庄等钼矿床为例, 报道了东秦岭钼矿带成矿流体氦和氩同位素组成, 通过氦、氩和铅同位素的综合研究, 探讨了成矿流体来源、演化及其与秦岭造山带中-新生代陆内碰撞造山过程的耦合关系. 华北地块南缘东秦岭钼矿带钼矿床黄铁矿流体包裹体的3He/4He比值在1.38~3.64 Ra之 间, 40Ar/36Ar比值为295.68~346.39, 指示成矿流体系由不同性质和组成的两个端元流体混合而成, 即与壳幔混合成因斑岩体同源的高温深源流体和富含地壳放射成因氦但具有空气氩同位素组成特征的低温大气降水. 东秦岭钼矿带矿床铅同位素组成、斑岩体和区域地层岩石含矿性资料共同揭示, 矿床成岩成矿物质来自深部, 为下地壳和上地幔混合源.华北地块南缘钼矿床的形成可能与秦岭造山带碰撞造山后的陆内造山和伸展过程相伴的壳幔相互作用有关, 与钼矿化有关的斑岩属同熔型花岗岩类, 而非简单的陆壳重熔型花岗岩类或S型花岗岩, 因此具有深刻的深部和区域地球动力学背景.     

云南哀牢山金矿带镇沅超大型金矿载金黄铁矿Re-Os定年及其地质意义

镇沅金矿是哀牢山金矿带最大的超大型金矿床,但一直缺少同位素直接定年数据.从镇沅金矿田冬瓜林矿段变石英杂砂岩金矿石中,选取4个黄铁矿样品,采用Carius管溶样,蒸馏分离Os,丙酮萃取Re,高分辨率电感耦合等离子体质谱(HR-ICP-MS)测定法,对其进行了Re-Os同位素定年,获得其等时线年龄为229±38Ma(MSWD=2.0,置信度95%),187Os/188Os初始值0.68±0.24,Os为442±91,黄铁矿Re/Os比值为40.8～100.5.结果显示:镇沅超大型金矿至少在印支期存在一次重要的成矿事件,该期成矿物质来源属壳-幔混合来源,但以幔源为主.构造-岩浆演化历史表明,哀牢山复合造山作用经历了前寒武纪-早古生代基底的形成、晚古生代俯冲造山作用、海西期末-印支期强烈碰撞造山、燕山期-喜马拉雅期伸展(走滑)造山等复杂的演化过程.多旋回的构造-岩浆-成矿作用使得镇沅金矿具有多期次成矿特征,成矿作用可能主要发生于印支期碰撞造山过程,而矿床中占次要地位的蚀变花岗斑岩型和蚀变煌斑岩型金矿可能是后期改造叠加所致.     

北方造山带内蒙古中、东部地区二叠纪放射虫的发现及意义

华北北部边缘区的二叠纪地层过去多认为是海相浅水沉积. 从内蒙古中部哲斯地区和东部锡林浩特地区二叠纪哲斯组泥岩中发现的放射虫化石等证据表明, 该区中二叠统主体应为深水海相沉积. 北方造山带内蒙古中、东部地区中二叠世深水海相地层的确定, 进一步证实华北板块与西伯利亚板块的最终拼合至少发生在瓜德鲁普世末之后, 同时根据含放射虫地层的分布和相关生物群的古地理分区推断拼合的位置应位于贺根山蛇绿岩带以南的林西地区.