从北淮阳构造带的多期变形透视大别山构造演化

大别山北部的北淮阳构造带主体由佛子岭群和庐镇关群构成. 北淮阳构造带没有经历超高压变质作用, 但却具有与大别山其他地区相同的构造变形形式. 通过几何学、运动学及多期构造变形的研究, 论证了北淮阳构造带具有与其他地质单元相同的动力学背景. 同大别山中部穹隆及南部超高压变质地体相比, 由于北淮阳构造带的俯冲深度较浅, 从而保留了超高压变质作用之前的构造变形形迹. 结合同位素年代学的测量结果, 把北淮阳构造带的岩石变形划分为五期, 分别代表了早期板块会聚的变形痕迹(D1), 早期的构造折返(D2), 表示主变形期的晚三叠世的伸展作用(D3), 晚三叠世的重力滑脱伸展作用(D4)和白垩纪的伸展作用(D5). 结合大别山的岩石变形, 可以认为华南与华北板块碰撞造山过程大致经历了陆壳俯冲阶段, 同俯冲期的折返作用, 穹窿及其边缘的重力滑脱变形和混合岩化及岩浆侵入作用.     

俯冲大陆岩石圈重熔：大别-苏鲁造山带中生代岩浆岩成因

大别-苏鲁造山带是华南-华北陆块在三叠纪经过大陆碰撞形成的,其中含有大量中生代岩浆岩,形成时代上主要属于晚三叠世、晚侏罗世和早白垩世.晚三叠世碱性岩和晚侏罗世花岗岩仅出露在苏鲁造山带东部,而早白垩世岩浆岩则遍布整个大别-苏鲁造山带（包括大面积的花岗岩、零星的中基性侵入岩和火山岩）.虽然时代不同,但是它们均富集轻稀土元素和大离子亲石元素,亏损高场强元素,具有高的初始Sr同位素比值、低的εNd（t）值和低的放射成因Pb同位素组成.晚侏罗世和早白垩世花岗岩锆石中含有新元古代和三叠纪U-Pb年龄的继承核,大多数早白垩世基性岩中锆石具有比正常地幔锆石低的氧同位素比值,全岩具有比正常地幔低的碳同位素比值.系统的元素和同位素对比研究发现,大别-苏鲁造山带中生代花岗岩和基性岩分别与经过超高压变质的花岗片麻岩和榴辉岩具有相似性.尤其是若干鉴定性特征的地球化学指标证明,它们都是华南岩石圈北缘的组成部分.由于中生代大陆深俯冲,这些具有类似地球化学性质的岩石分别在不同时间和层位发生超高压变质和碰撞后深熔作用.因此,这些中生代岩浆岩的形成与华南陆块俯冲/折返之后的碰撞后造山带构造跨塌有关,是俯冲大陆岩石圈在碰撞造山带加厚背景下部分熔融的产物.     

大陆俯冲碰撞带高温超高压变质岩的多阶段折返与部分熔融

大陆碰撞造山带根部岩石经受高温(850℃)变质作用,特别是俯冲带超高压变质岩受到高温叠加变质,对超高压岩片折返期间的元素和同位素行为、部分熔融作用及其地球动力学效应等具有重要意义.本文简要介绍了世界上5个典型的发育高温超高压变质岩的大陆碰撞带,包括中国大别山、哈萨克斯坦Kokchetav地块、格陵兰东加里东造山带、希腊罗多彼山以及德国厄尔士山,分析了它们的高温超高压变质作用及演化特点,讨论了高温超高压岩石的变质P-T-t轨迹和多阶段折返过程以及折返期间的部分熔融作用、超高压指示性矿物的保存和退变质作用等及其可能的机制.在此基础之上,提出了大陆俯冲隧道内高温超高压变质岩的未来研究方向和重点.     

大别山南麓中生代盆地充填记录对造山作用属性的反映

大别山南麓暨江汉盆地北部中生代充填序列显示5个演化阶段: ①早三叠世-晚三叠世早期: 为陆缘海相碳酸盐岩(T₁)-海陆交互相细碎屑岩沉积(T₂-T₃¹); ②晚三叠世中晚期: 抬升剥蚀, 反映挤压构造背景; ③晚三叠世晚期到早-中侏罗世: 为准平原化陆相含铁质结核细碎屑岩沉积(T₃³)、辫状河流相碎屑岩及含煤沉积(J_1-2); ④晚侏罗世至早白垩世: 酸性火山岩与火山碎屑岩的旋回充填, 区域构造背景转换为陆内伸展; ⑤晚白垩世: 粗碎屑类磨拉石堆积. 砂岩碎屑和砾石组成特征并结合沉积相研究表明, 第1至第3演化阶段的陆源碎屑主要来自扬子大陆, 其物源具有“再旋回造山带”属性; 第5阶段碎屑岩矿组合反映物源具有“弧造山带”类型特征, 其源区为大别山. 研究区没有与大别山“晚三叠世同碰撞造山作用”直接相关的沉积记录, 而上白垩统类磨拉石建造显然是大别山碰撞后造山作用(陆内造山作用)和伸展体制下强烈剥露作用的反映. 此外讨论并指出了大别山南、北麓盆地沉积记录与造山带差异隆升模式存在的不协调关系及其核心问题.     

大别山超高压变质杂岩的折返

作为世界上规模最大的一个超高压变质带,大别山超高压变质杂岩是扬子板块与中朝板块在三叠纪碰撞造山的产物,表现为扬子板块 呈北北东向斜向俯冲到中朝板块之下。超高压变质杂岩的折返机制是个复杂的动力学过程,折返速度也胡时间推移而变慢。早期阶段同碰撞期浮力驱动下高压－超高压变质杂岩在俯部带内沿逆冲－韧性剪切断裂快速到地位位,折返速率高达４ｍｍ／年;中期伴随着巨厚造山带根的拆沉。上部发生拉张塌陷,使超高压变质     

秦岭-大别造山带根部超高压变质岩隆升的岩石学证迹

岩相学证据表明大别山区超高压榴辉岩是绿帘角闪岩相岩石经超高压变质而成;碰撞造山峰期超高压变质之后,由于造山带的演化,地体隆升,超高压榴辉岩普遍表现近等温减压退变质,经高压榴辉岩相至角闪岩相,然后降温降压为绿帘角闪岩相及绿片岩相,有些超高压岩石则通过等压冷却过程达绿帘蓝片岩相而后降压降温为绿片岩相,随着退变质作用的进行,岩石经历多期变形可识别出6个世代,从塑性到脆性。减压P-T轨迹亦见于流体包裹体的演化,捕获压力可从2.05GPa近等温减压至<1.0GPa,含盐度显著降低,流体的Br/Cl和I/Cl比高于海水和全球平均值,说明流体来源是深部变质水。     

伸展构造与华北克拉通破坏——花岗岩磁组构和变质核杂岩的构造分析

中生代以来,华北克拉通岩石圈发生大规模减薄,岩石圈地幔的物理、化学性质发生显著改变,这一过程通常被称为华北克拉通破坏.目前在华北克拉通东部大规模发育的岩浆岩是岩石圈深部减薄过程在浅部的重要响应,也是克拉通破坏在浅部的直接表现.岩体侵位机制和侵位过程与大地构造背景密切相关,并记录同期区域大地构造信息. 15年来,通过对华北克拉通东部不同岩浆发育阶段(晚三叠世、早侏罗世、晚侏罗世、早白垩世早期及早白垩世晚期) 22个花岗岩体开展磁化率各向异性(AMS)的研究,反演岩体的就位过程;结合早白垩世早期广泛发育的变质核杂岩,探讨岩体侵位的构造背景,进一步约束华北克拉通在不同阶段的构造背景及其与克拉通破坏的相关性.其中,晚三叠世、早侏罗世和晚侏罗世岩体均具有一致的N(E)-S(W)向的磁线理,早白垩世早期岩体和变质核杂岩以NW-SE向(磁)线理为主,早白垩世晚期岩体的磁线理则比较分散.结合区域构造,我们推断晚三叠世、早侏罗世和晚侏罗世岩体侵位受区域N(E)-S(W)向弱伸展构造体系的控制,早白垩世早期岩体侵位则受区域NW-SE向伸展构造体系的控制,而早白垩世晚期岩体就位与先期浅表弱伸展已经产生空间相关.总而言之,华北克拉通中生代伸展构造经历了从N(E)-S(W)向NW-SE的转变,并体现出阶段性由弱渐强的表现.上述伸展构造发育方向的转变可能代表蒙古-鄂霍茨克带和古太平洋板块与欧亚大陆东部相互作用过程.     

燕山地区中生代盆地演化及构造体制

燕山地区中生代盆地经历了重要的构造变革, 由前晚三叠世台缘克拉通盆地转变为晚三叠世至晚侏罗世挠曲盆地, 进而再次转变为晚侏罗世晚期至早白垩世裂谷盆地. 晚三叠世和晚侏罗世响应两次板内强变形作用, 分别沿逆冲带边缘沉积了杏石口组和土城子组粗碎屑冲积体系; 早白垩世受转换伸展断层控制, 盆地充填以扇三角洲-湖泊体系为主. 晚三叠世挠曲盆地的沉积碎屑成分反映了源区元古界和太古界地层的剥露过程; 而晚侏罗世挠曲盆地则反映了源区受早期沉积覆盖的火山碎屑岩的剥蚀及其基底岩石的剥露过程. 原型盆地再造结果显示, 早侏罗世至晚侏罗世早期盆地展布具有向近北东东向和近东西向迁移的趋势; 早白垩世盆地呈北北东向横跨于前期盆地之上. 两期盆地分别受控于不同的构造体制.     

西藏雅鲁藏布江缝合带中段中生代放射虫硅质岩成因及其大地构造意义

雅鲁藏布江缝合带中段硅质岩中发现三个放射虫动物群组合, 其地质时代分别为中、晚三叠世, 晚侏罗世-早白垩世和早白垩世. 硅质岩为生物成因. 中、晚三叠世硅质岩和晚侏罗世-早白垩世硅质岩SiO₂平均含量分别为90.24%和92.58%, Al/(Al+Fe+Mn)平均值分别为0.75和0.74, MnO/TiO₂平均值分别为0.36和1.24, Ce/ Ce*平均值分别为1.15和1.03, LaN/ CeN平均值均为0.85和0.93, 为生物成因大陆边缘型硅质岩. 早白垩世硅质岩SiO2含量为94.12 %, Al/(Al+Fe+Mn)比值0.59, MnO/TiO₂比值4.30, Ce/ Ce*为0.60, LaN/ CeN平均值1.59, 为生物成因远洋型硅质岩. 中、晚三叠世放射虫硅质岩、浊积岩组合及硅质岩地球化学特征, 表明雅鲁藏布江地区中、晚三叠世存在强烈裂陷海盆构造环境; 晚侏罗世-早白垩世放射虫硅质岩和层状玄武岩组合代表藏南特提斯初始洋盆环境; 早白垩世放射虫硅质岩及共生的枕状玄武岩代表藏南特提斯成熟洋盆.     

大别杂岩减压变质过程与造山带深部区域性快速构造折返

大别杂岩的变质岩岩石可分出麻粒岩相带和角闪岩相带.麻粒岩相中石榴石内带的生长成分环带保存完好,角闪岩相石榴石内带无成分变化,但近外带为生长环带,反映两个变质相带早期具有不同的变质历史.但是,两个变质相带普遍发育反映减压的反应结构和成分演化趋势.矿物温度计压力计估算麻粒岩相带减压△P≈-0.70GPa;角闪岩相带减压△P≈-0.85GPa.变质P-T轨迹具碰撞和俯冲变质的双重特点,表明大别杂岩经受了快速下沉和快速构造折返.区内高压超高压榴辉岩折返可能与之同期.     

大别山俯冲陆壳的再循环——地球化学证据

大别山超高压榴辉岩与邻区新生代大陆玄武岩的地球化学对比研究表明,碰撞造山带俯冲陆壳可以再循环进入软流圈地幔,并形成上地幔的EM Ⅰ富集端元它与交代富集不相容元素的岩石圈地幔不同,具有低Rb/Ba和La/Yb的特征.位于大别山和苏-鲁超高压变质带之间的嘉山具有EM Ⅰ特征的新生代大陆玄武岩可能就与大别造山带俯冲陆壳再循环有关.     

大别山双河超高压变质岩及北部片麻岩的U-Pb同位素组成

大别山超高压变质岩及各种片麻岩的U-Pb同位素地球化学研究表明, 出露于大别山南部的超高压变质岩具有较低的Pb含量(多数<4 mg/g)和较高的U/Pb比(多数>0.1), 以及较大的Pb同位素变化范围和较高的放射成因Pb(206Pb/204Pb = 16.535～ 20.405). 它们表现出在俯冲过程中经历了脱水、析出流体和Pb丢失过程及地幔Pb与上地壳岩石Pb混合的Pb同位素特征. 然而出露于大别山北部的片麻岩具有较高的Pb含量(多数 > 4 mg/g)和较低的U/Pb(<0.07)以及较低的Pb同位素比值(206Pb/204Pb = 15.781～16.647), 并与侵入南、北大别山的中生代花岗岩的Pb同位素特征相同. 它们表现出在俯冲过程中仅有少量流体析出和Pb丢失以及地幔Pb与下地壳Pb混合的同位素特征. 这些样品在230 Ma前的初始Pb同位素组成还表明南大别带超高压岩石的U/Pb比在大陆俯冲前很长一段时期内比北大别带片麻岩高. 这些观测表明南大别带出露的超高压岩石主要是深俯冲的上地壳岩石, 而北大别带具有中、下地壳的性质. 据此, 本文提出了在大陆深俯冲过程中, 俯冲陆壳拆离成若干岩片, 深俯冲的超高压上地壳岩片有可能沿断层逆冲到较浅部位的超高压岩石折返机制模型.     

桐柏-红安造山带的构造演化:从大洋俯冲/增生到陆陆碰撞

桐柏-红安造山带位于秦岭与大别-苏鲁造山带之间,因其完好地保存了古生代增生造山体系和古生代末-中生代碰撞造山体系而成为了解华北-华南陆块之间构造演化的关键地区.近20年来的可利用研究资料表明,桐柏-红安造山带显生宙的总体构造演化框架包括以下4个主要阶段:(1)早古生代(490~420 Ma)大洋俯冲、岛弧增生与弧陆碰撞,从而于早古生代末在华北陆块南缘形成一个新的安第斯型大陆边缘;(2)晚古生代(340~310 Ma)大洋俯冲与增生,进而在商丹-松扒断裂南侧形成变质时代相同,但变质作用类型不同的"双变质带",即被分割的武关-龟山中级变质杂岩带和熊店高压榴辉岩带;(3)晚古生代末-早中生代(255~200 Ma)大陆俯冲与陆陆碰撞,通过华南大陆岩板东深西浅的俯冲和多层次拆离/折返形成桐柏高压变质地体和红安高压/超高压变质地体;(4)晚中生代(140~120 Ma)伸展、大规模岩浆侵位与构造挤出,造成桐柏-红安-大别高压/超高压变质地体最终出露地表及东宽西窄的构造格局.然而,对每一构造演化阶段的具体细节以及早期地质历史的认识方面还存在着诸多争议和(或)难以解释的问题.未来的研究除在桐柏-红安造山带继续开展深入细致的工作外,还需与西部"软碰撞"的秦岭造山带和东部"硬碰撞"的大别-苏鲁造山带的研究紧密结合,以期建立适合于整个秦岭-桐柏-红安-大别-苏鲁造山带从古生代到中生代的经典构造演化模型.     

苏鲁-大别山变质带岩石大地构造学

大别山变质带分隔了华北和扬子两个陆块,它们可以分为3个主要的岩石构造单元、分别相当于安第斯岩浆弧根部变质杂岩,碰撞带根部变质杂岩和扬子陆块边缘的变质沉积杂岩,3个岩石构造单元在空间分布上是有规律的,即在大别山区是由北向南逐个排列,在被郊庐断裂破坏的较为严重的苏鲁地区,也大致是从西北到东南依次排列,此外,中生代碰撞型花岗岩和碱性岩墙群在空间上有规律地分布,出露于北大别和南大别变质杂岩中,尤其在北大别更发育,含超高压变质岩的南大别变质杂岩是陆陆碰撞带的根部带,它们代表了两个大陆的缝合线.超高压变质岩石或岩片构造侵位于非高压变质的围岩片麻岩中,是俯冲到深部的岩石在碰撞之后抬升和就位于中、上地壳中的,现在出露于地表的超高压变质岩及其有关的岩石至少经历了两个主要阶段的抬升和折返过程.     

四川旺苍早三叠世古地磁学结果及其大地构造学意义

对四川北部旺苍地区(32.14°106.17°)早三叠世地层进行了古地磁学和岩石磁学研究,其结果表明剩磁载磁矿物主要为磁铁矿,另有少量赤铁矿.采样地层岩石高温剩磁分量(D=45.1°,I=18.0°,a_(95)5. 9°),通过褶皱及倒转检验,表明认岩石中获得的高温分量为原生分量.由原生分量求得扬子地块早三叠世虚地磁极为:42.5°N,214.6°E(d_(p)=3.2,d_m=6.1),古纬度为9.2°.认为,华北与扬子地块在自早三叠世期间已基本拼合,现有古地磁结果支持秦岭造山带为陆内造山作用的结果     

大别造山带地壳速度结构与动力学

1994年完成的大别造山带深地震测深剖面（全长420km）穿越了华北地块,大别造山带和扬子地块三个构造单元．获得了垂向成层、横向分块的地壳纵、横波速度结构．结合地质、地球化学研究成果,大别山地壳可分为三层：上地壳是多重叠覆的构造岩石层,中地壳为韧性变形层,下地壳整体成分偏酸性．大别山地表及浅部的超高压变质岩石具有典型的薄皮构造特征．本文提出大别山不同期双向俯冲造山模式和超高压变质岩石的反向加楔退拔折返机制;大别山腹地至今仍保留6-8km厚的山根．     

古太平洋板块在欧亚大陆下的俯冲历史:东北亚陆缘中生代-古近纪岩浆记录

系统总结了东北亚陆缘中生代-古近纪火成岩的岩石组合、地球化学特征及其空间变异,讨论了中生代多构造体系影响的时空范围以及古太平洋板块向欧亚大陆下俯冲作用的起始时间及其俯冲历史.东北亚陆缘中生代-古近纪火成岩可划分为九期:早-中三叠世、晚三叠世、早侏罗世、中侏罗世、晚侏罗世、早白垩世早期、早白垩世晚期、晚白垩世和古近纪.东北亚陆缘三叠纪埃达克质岩石、双峰式火山岩、碱性岩、A-型花岗岩和A-型流纹岩的形成主要与古亚洲洋闭合及闭合后的伸展作用有关,而额尔古纳-兴安地块上三叠纪钙碱性火成岩组合揭示了蒙古-鄂霍茨克大洋板块南向俯冲作用的发生.三叠纪期间,东北亚陆缘处于被动陆缘背景;东北亚陆缘早侏罗世钙碱性火成岩具有弧型火成岩的地球化学特征,陆内为双峰式火成岩和A-型花岗岩组合,自陆缘向陆内火成岩成分极性变化与早侏罗世陆缘增生杂岩一起,揭示了古太平洋板块向欧亚大陆下的俯冲作用始于早侏罗世;东北亚陆缘普遍缺少中侏罗世-早白垩世早期(主要为晚侏罗世)岩浆作用,结合早白垩世陆缘增生杂岩低纬度的生物组合与碎屑锆石年龄组合,暗示该阶段东北亚陆缘与古太平洋板块之间主要处于走滑的构造属性;东北亚陆缘广泛分布的早白垩世晚期钙碱性火山岩、I-型花岗岩和埃达克质岩石指示古太平洋板块向东北亚开启大范围低角度俯冲作用;东北亚陆缘晚白垩世-古近纪火成岩分布范围向东明显缩小,并且由陆内向沿海地区迁移,指示欧亚大陆向东漂移和古太平洋俯冲板块逐渐回撤的构造过程.     

大兴安岭中南段中生代的构造热演化

通过对大兴安岭中南段中生代火山 深成岩同位素年龄的测定 ,对不同阶段岩浆活动的构造背景进行分析 ,从而确立了该区构造岩浆演化的序列 :晚三叠世以含幔源包体的基性 超基性岩侵位为标志的初始幔隆 ,早 中侏罗世以辉绿岩岩墙群侵入为标志的中、上部地壳伸展 ,晚侏罗世强烈的粗面质火山岩喷发 ,早白垩世板内非造山性质的碱性 亚碱性花岗岩侵位 ,同时还形成了基性岩墙和玄武岩 .据此 ,可以认为中生代大兴安岭的隆升与幔隆背景下深部岩浆上涌密切相关 .这一研究为进一步探讨大兴安岭造山模式奠定了基础 .     

华北盆地南缘早古生代岩石的重磁化——Ⅱ.岩石磁学结果

华北盆地南缘早古生代岩石系统的岩石磁学研究表明,其岩石中的磁性矿物组合相当复杂,重磁化时代可分为晚二叠/早三叠世和早、晚白垩世2个大的阶段.焦作剖面具有原生剩磁和次生剩磁岩石共生的特征,以及细致的岩石磁学分析表明,未重磁化和重磁化岩石两者间磁铁矿颗粒度大小存在明显区别,这暗示了热粘滞剩磁是重磁化的重要原因之一,而济源和登封剖面不仅岩石遭受完全的重磁化,而且广泛发育早白垩时期形成的磁黄铁矿,磁黄铁矿形成则暗示着造山热液的渗透作用.     

西南天山洋壳高压-超高压变质岩石的俯冲隧道折返机制

出露于造山带的高压-超高压榴辉岩记录了地壳俯冲到地幔深度而后又折返回地表的过程,其俯冲过程与折返机制的研究对理解俯冲带性质、演化、地球动力学过程乃至板块构造理论都有着非常重要的作用.相对于较轻的陆壳长英质高压-超高压岩石,基性洋壳榴辉岩密度大,其折返难度大且过程复杂.折返过程除了受内在浮力的影响,还受外在构造力(如隧道流)的制约,另外板片构造环境(如板片后撤和板片断离)的作用也不可忽视.中国西南天山高压-超高压变质带是典型的经历过深俯冲变质作用的增生混杂岩带,主要由高压-超高压变质沉积岩及夹杂其中的变基性岩透镜体组成,但长期以来其折返模式一直不太清楚.根据其野外产状、岩相学特征、峰期变质温压条件和峰期变质年龄等多方面的综合分析,可以采用沉积岩型"俯冲隧道折返模式"来概括西南天山高压-超高压变质带的形成和演化.部分经历多期变质作用的榴辉岩岩块记录了多期俯冲-折返循环,反映了俯冲隧道内的上下环流运动,有力证明了俯冲隧道的存在.最后,本文对目前研究存在的问题和未来的探索方向进行了展望.