大洋俯冲和大陆碰撞沿走向的转换动力学及流体-熔体活动的作用

为了深入探讨大洋俯冲和大陆碰撞沿走向的转换及其动力学特征,同时更好的理解俯冲-碰撞带的流体-熔体活动及其效应,我们建立了一系列三维空间的大尺度、高分辨率的动力学数值模型。模拟结果显示,在板块会聚过程中,流体-熔体活动可以降低周围岩石的流变强度及两个板块之间的耦合作用,并能够促进大陆碰撞带俯冲板块的断离。同时,俯冲-碰撞带的空间转换模型揭示其深部结构存在巨大的沿走向的差异性,大陆碰撞带发生俯冲板块断离,而大洋俯冲板块持续下插。并且上覆板块的地壳物质发生从陆-陆碰撞带向洋-陆俯冲带的侧向逃逸。这种三维空间中沿走向的差异性俯冲-碰撞模式与中-东特提斯构造带相吻合,并揭示其动力学机制。     

扬子板块北缘的大型深层滑脱构造及动力学分析

从印支期开始,扬子板块相对中朝板块发生向北的大规模陆内俯冲作用。扬子板块北部的大型深层韧性滑脱剪切带便是这一作用的产物。该滑脱构造为我国目前发现的最大的深层滑脱构造。郯庐断裂形成于滑脱构造之后,为“陆内俯冲型”左行平移转换韧性剪切带。     

东亚原特提斯洋(Ⅰ):南北边界和俯冲极性

原特提斯洋是从新元古代Rodinia裂解到早古生代发育于滇缅泰/保山微陆块以北、塔里木-华北陆块以南的一个复杂成因的洋盆。长期以来对原特提斯洋的南、北边界及其早古生代末俯冲极性还存在争论,而这是恢复重建Pangea超大陆聚合前构造背景的关键。本文综合利用野外地质、构造、岩浆、沉积学、地球化学、构造年代学和层析成像等最新成果,以期界定原特提斯域的南、北边界位置,确定原特提斯洋边界俯冲极性。集成分析结果表明,北界为古洛南-栾川缝合线(或宽坪缝合线)及其直至西昆仑的西延部分;南界为龙木措-双湖-昌宁-孟连缝合线。原特提斯洋北部在华北-阿拉善-塔里木陆块泥盆纪向南俯冲并与冈瓦纳大陆北缘拼合过程中,形成了一个巨型弯山构造,现保存在祁连-阿尔金-柴达木地区的中国中央造山带内。原特提斯洋南部分支也可能在泥盆纪闭合,使得包括羌北、若尔盖、扬子、华夏、布列亚-佳木斯等在内的大华南陆块、印支陆块等也向南俯冲与冈瓦纳北缘发生了聚合。     

从地壳上地幔构造看洋陆转换作用

根据近年来全球地壳上地幔探测的成果,分析了洋陆转换、地壳和岩石圈加厚的作用过程。洋陆转换作用可分为以下五个演化阶段:①同大洋扩张期的地壳增厚;②海沟发生与早期俯冲;③俯冲带成熟与沟弧盆体系形成;④俯冲带汇聚和位移;⑤陆—岛碰撞和陆壳连接。同大洋扩张期的地壳增厚作用指发生在被动大陆边缘的地质作用。包括沉积作用,岩浆底侵作用,下地壳和岩石圈地幔压裂,形成海沟等。海沟形成后陆缘转变为主动大陆边缘,大地构造机制转换为板块俯冲作用。成熟期的洋—陆转换作用特征是海盆扩张和板块俯冲造成的洋壳缩短取得平衡。弧后盆地和弧后边缘海的打开,表明俯冲带进入完全成熟的阶段。洋脊俯冲之后过成熟期的洋—陆转换作用,其特征是海盆逐渐缩小而且板块俯冲带汇聚。这里既有密集的俯冲带又有短期打开的边缘海岭;俯冲带不断位移,既可后撤也可前冲;俯冲板块经常发生断裂和拆沉。过成熟期的板块俯冲结果是边缘海微板块的萎缩。经过陆—岛碰撞,岛弧地壳增厚,与大陆板块连为一体,成为大陆内部的一个构造单元,即显生宙的"古洋—陆转换带"。     

从地壳上地幔构造看洋陆转换作用

根据近年来全球地壳上地幔探测的成果,分析了洋陆转换、地壳和岩石圈加厚的作用过程。洋陆转换作用可分为以下五个演化阶段：① 同大洋扩张期的地壳增厚;② 海沟发生与早期俯冲;③ 俯冲带成熟与沟弧盆体系形成;④ 俯冲带汇聚和位移;⑤ 陆—岛碰撞和陆壳连接。同大洋扩张期的地壳增厚作用指发生在被动大陆边缘的地质作用。包括沉积作用,岩浆底侵作用,下地壳和岩石圈地幔压裂,形成海沟等。海沟形成后陆缘转变为主动大陆边缘,大地构造机制转换为板块俯冲作用。成熟期的洋—陆转换作用特征是海盆扩张和板块俯冲造成的洋壳缩短取得平衡。弧后盆地和弧后边缘海的打开,表明俯冲带进入完全成熟的阶段。洋脊俯冲之后过成熟期的洋—陆转换作用,其特征是海盆逐渐缩小而且板块俯冲带汇聚。这里既有密集的俯冲带又有短期打开的边缘海岭;俯冲带不断位移,既可后撤也可前冲;俯冲板块经常发生断裂和拆沉。过成熟期的板块俯冲结果是边缘海微板块的萎缩。经过陆—岛碰撞,岛弧地壳增厚,与大陆板块连为一体,成为大陆内部的一个构造单元,即显生宙的“古洋—陆转换带”。     

恩格尔乌苏冲断带特征及大地构造意义

研究表明恩格尔乌苏冲断带是华北板块和塔里木板块的缝合线,北东东向断续延长800km以上。该冲断带连同南北陆缘地带构造构成典型的陆-弧-陆碰撞造山带,与碰撞造山作用同时,形成区域性透入性劈理。地层学和同位素地质年代学资料表明,碰撞造山作用发生于海西末期或印支早期。碰撞造山作用的动力学过程主要表现为向南的洋壳俯冲和向北的陆壳仰冲,并伴随右旋剪切滑移运动。恩格尔乌苏混杂岩带为韧性-韧脆性冲断推覆构造,其北侧的前陆褶皱冲断带为脆性-脆韧性冲断推覆及褶皱构造。     

西藏阿里札达盆地的“翘板式”形成机制

西藏阿里札达地区基本构造格架是由-系列褶皱、断裂、岩浆岩带和动力变质带组成的一套北西向构造系统，起源于晚侏罗世以来印度-欧亚板块俯冲-碰撞和陆内会聚作用。按照板块运动时间顺序，可区分出早、晚两阶段构造组合。早阶段构造组合与板块俯冲-碰撞有关，形成缝合带-陆缘弧系统；晚阶段构造组合与陆内会聚有关，形成基底断块系统。札达盆地与高喜马拉雅断块隆起存在盆-山耦合关系，藏南谷地基底断块的翘板式运动是形成盆地的主要控制因素。     

秦岭地区硅质岩的地质地球化学特征及研究展望

在全球板块构造格局中,中国大陆位于欧亚板块的东南部,东邻俯冲的太平洋板块及其俯冲带,南接印度板块及与欧亚板块的碰撞造山带,处于欧亚板块、印度板块和太平洋板块三大板块交汇的特殊区域,构成了中国独特的地球动力学背景,制约着中国大陆中新生代以来的板块运动和板内构造作用.中国大陆中东部地区可划分为三大基本构造单元:华北陆块、扬子陆块及其之间的秦岭一大别造山带.地史上,受加里东-海西期俯冲-碰撞作用,致使扬子大陆被动陆缘在地幔热流上涌时引发南秦岭陆缘裂谷作用,继而在古特提斯扩张叠加下勉略洋扩张打开,并直接造成南秦岭陆内地壳伸展及断陷盆地形成.除在古生代沉积建造中酿造多种类型的含矿岩系外,重要的是在断陷盆地中形成一大批超大、大、中小型热水沉积型层控铅锌矿床.硅质岩是造山带中分布较为广泛的岩石类型之一,在秦岭地区也同样广泛发育,并且与矿床有着非常密切的关系.     

陆-陆碰撞造山带双前陆盆地模式——来自大别山、喜马拉雅和乌拉尔造山带的证据

大陆碰撞造山带不同的构造演化阶段往往形成不同成因类型的周缘前陆盆地 (系统 )。根据对几个典型大陆造山带的研究 ,我们把大陆碰撞造山带的构造演化过程分为陆 -陆拼接和大规模陆内逆冲推覆 (陆内俯冲 )两个阶段 ;早期陆 -陆拼接阶段直接在俯冲板块被动大陆边缘基础上形成的前陆盆地称为“原前陆盆地” ,后期大规模陆内逆冲 -推覆 (或陆内俯冲 )阶段在俯冲板块内部形成的前陆盆地称为“远前陆盆地”(它比原前陆盆地距主缝合带远 )。原前陆盆地和远前陆盆地是同一大陆碰撞造山带不同构造演化阶段的产物 ,是两种不同成因类型的周缘前陆盆地 ,它们构成了同一大陆造山带的双前陆盆地 ,而不是传统概念的单一成因类型前陆盆地。     

罗迪尼亚超大陆聚合在华南陆块北缘的镁铁质岩浆岩记录

超大陆的聚合必然伴随着从大洋俯冲、弧陆碰撞到陆陆碰撞等一系列板块汇聚和造山过程,这些不同阶段的俯冲和汇聚过程会产生不同特征的岩浆岩记录.华南陆块是新元古代罗迪尼亚超大陆的重要组成部分,在这个超大陆聚合过程中有格林维尔期洋壳俯冲及其伴随的壳幔相互作用.总结了华南陆块北缘记录的罗迪尼亚超大陆聚合不同阶段发生的岩浆活动,比较了其产物的地球化学特征,探讨了它们对应的构造环境.华南陆块北缘900~950 Ma的岩浆活动产物以镁铁质岩浆岩为主,伴随有少量斜长花岗岩,为洋壳俯冲作用的产物.当洋壳俯冲到大陆边缘之下形成安第斯型俯冲带,古老陆源沉积物也被携带进入俯冲带,由此部分熔融产生的含水熔体交代上覆地幔楔形成极度富集的造山带岩石圈地幔,其在新元古代中期发生部分熔融形成具有极负锆石ε_Hf（t）值的镁铁质岩浆岩.因此,在罗迪尼亚超大陆聚合过程中地幔楔被交代形成镁铁质-超镁铁质交代岩,其中一部分在俯冲阶段就发生部分熔融形成大洋弧或大陆弧镁铁质岩浆岩,另一部分在俯冲之后由于大陆裂断引起造山带岩石圈拉张使其与上覆地壳一起部分熔融形成双峰式岩浆岩.      

柴达木东缘碰撞系统划分

基于前人对于柴达木东南缘北北西向鄂拉山岩浆带的研究成果,结合研究区火山-岩浆岩、蛇绿岩和沉积地层的形成时代、环境、分布规律、构造发育以及热力学环境和重磁地球物理异常等因素,认为鄂拉山岩浆弧是松潘—甘孜板块以阿尼玛卿蛇绿岩带为缝合线向北俯冲的产物.在整个闭合过程中,深部发生了滑脱,浅部碰撞前为半岛+拗拉槽+洋岛+海槽的基本格局,构造运动经历了洋壳俯冲中消减、陆内碰撞造山和地壳伸展3个阶段,区内花岗岩的起因,始于洋壳俯冲,发展于陆内碰撞,因而,所发育的岩浆岩具有Ⅰ-S过渡型花岗岩的特征,是海西晚期—燕山早期构造运动的地质记录.通过演绎这一发展过程,划分了柴达木东南缘岩浆岩带的碰撞体系.     

大别山区（安徽部分）的构造格局和演化过程

大别山区是扬子和中朝大陆板块之间的碰撞造山带,由扬子大陆板块中的前陆褶冲带、俯冲盖层和俯冲基底、包含在俯冲基底中的含柯石英和金刚石的超高压变质帝、变质蛇绿混杂岩带、中朝大陆板块南缘的弧前复理石推覆体以及其北缘的反向褶冲带、北部边缘为磨拉斯的后继盆地组成。古大别海洋板块于早古生代向北俯冲时,中朝大陆板块南缘可能出现过火山弧和弧后盆地。卷入前陆褶冲带的地层以及榴辉岩的Sm/Nd同位素定时表明,两个大陆板块的强烈碰撞发生在中生代早期。     

东亚陆缘带构造扩张的深部热力学机制

近年来,我国地球科学家提出“陆缘构造扩张”观点,较好的解释了亚洲东部大陆边缘于新生代发生扩张离散运动的原因。本文基于“陆缘构造扩张”观点,探讨东亚陆缘带构造扩张的深部热力学机制。东亚陆缘带是具有强烈岩浆活动和构造变形的扩张带,此构造带的主要地球物理特征是频繁的地震活动和明显的地热异常。东亚陆缘扩张带地震层析成像显示,太平洋板块低角度俯冲到欧亚板块之下并平卧于670km相变界面之上。这种图像可能是俯冲后撤导致陆缘扩张的结果。热模拟及地球动力学计算表明:俯冲后撤时间距今约76Ma,海沟带后撤为陆缘壳体的生长留下空间,并形成东亚陆缘壳体增生扩展的前沿带,陆缘扩张量约700km。     

准噶尔盆地乌夏前陆冲断带沉降史与沉积响应研究

针对前陆冲断带的特殊构造位置及沉积特征的复杂性,本文在地层剥蚀厚度恢复和层序划分的基础上,通过对准噶尔盆地西缘乌夏前陆冲断带沉降史分析,在海西运动晚期准噶尔地块与西伯利亚板块发生碰撞挤压,形成一系列冲断推覆构造,前缘岩石圈挠曲下陷发育周缘前陆盆地,并夹杂大规模的短暂伸展火山喷发活动,接受了巨厚的二叠系沉积层序;随着板块俯冲在二叠纪末的逐渐消亡,三叠纪进入印支期陆内坳陷继承性挤压活动阶段,周边受南北向挤压和左旋构造应力场影响,前陆冲断带古断裂再次逆冲,哈拉阿拉特山急剧抬升,后缘和什托洛盖盆地形成;进入侏罗纪—白垩纪(燕山运动早中期),为陆内坳陷的填充消亡阶段,但有继承性活动,构造活动强度较二叠纪大为减弱,在燕山运动Ⅲ幕晚期最终被覆盖定型。整个过程受地体碰撞和板内挤压影响,冲断带发生幕式构造活动,从而导致盆地沉降也发生幕式变化,而且冲断带每次挤压逆冲均导致相应的沉降和沉积物充填,并直接控制前陆盆地和陆内坳陷的沉积充填特征。     

从洋-陆俯冲到陆-陆碰撞:回眸与展望

大陆造山带的经典含义是指由于大陆地壳岩石在板块俯冲-碰撞的巨大挤压应力下,遭受强烈变形、变质和熔融作用,地壳发生大规模缩短、加厚和隆升而形成的地带.分布在大陆边缘和内部的造山带,经历从洋壳扩张、洋-陆俯冲到陆-陆碰撞的造山过程,形成"俯冲增生型"、"陆陆碰撞型"和远离板块边界的"陆内型"造山带.造山带类型的分析是识别地...     

冈底斯-喜马拉雅碰撞造山带前陆盆地系统及构造演化

碰撞带前陆盆地的建立是大陆碰撞的直接标志和随后造山带构造变形的忠实记录。本文对欧亚板块与印度板块碰撞前后发育在拉萨地块上的冈底斯弧背前陆盆地,同碰撞产生的雅鲁藏布江周缘前陆盆地,以及碰撞后陆内变形产生的喜马拉雅前陆盆地的沉积地层演化以及碎屑锆石物源特征等进行了系统分析,结合前人及我们近些年的研究成果,认为冈底斯岛弧北侧发育一个典型的弧背前陆盆地系统而不是以前普遍接受的伸展盆地。除传统认为的喜马拉雅前陆盆地系统外,在碰撞造山带中还发育一个雅鲁藏布江前陆盆地系统,它是欧亚板块与印度板块碰撞以后,欧亚板块加载到印度被动大陆边缘产生的典型周缘前陆盆地。上述2个造山带前陆盆地系统的识别,大大提高了对新特提斯洋俯冲、碰撞过程的认识。造山带前陆盆地证据指示,新特提斯洋至少于140 Ma以前就已开始俯冲, 110 Ma俯冲速度开始提高,在65 Ma前后印度大陆与欧亚大陆发生碰撞,喜马拉雅山于40 Ma开始隆升,其剥蚀物质大量堆积在喜马拉雅前陆盆地中。     

中、上扬子北部盆-山系统演化与动力学机制

中国南方中生代经历了中国大陆最终主体拼合的陆缘及其之后的陆内构造演化。晚古生代末期,在秦岭—大别山微板块与扬子板块之间存在向西张口的洋盆,即勉略古洋盆。中三叠世末期开始,扬子板块相对于华北板块发生自南东向北西的斜向俯冲碰撞作用,扬子北缘晚三叠世至中侏罗世发育陆缘前陆褶皱逆冲带与前陆盆地系统。晚侏罗世至早白垩世,中国东部的大地构造背景发生了重要的构造转变,中、上扬子地区处于三面围限会聚的大地构造背景。在这种大地构造格局下,中、上扬子地区晚侏罗世至早白垩世发育陆内联合、复合构造与具前渊沉降的克拉通内盆地系统。自中侏罗世末期开始,扬子北缘前陆带与雪峰山—幕阜山褶皱逆冲带经历了自东向西的会聚变形过程及盆地的自东向西的迁移过程和收缩过程。扬子北缘相对华北板块的斜向俯冲导致在中扬子北缘的深俯冲及超高压变质岩的形成。俯冲之后以郯庐断裂—襄广断裂围限的大别山超高压变质地块在晚侏罗世向南强逆冲,致使扬子北缘晚三叠世至中侏罗世前陆盆地被掩覆和改造。     

南海北部陆缘盆地形成的构造动力学背景

摘要：南海北部陆缘盆地处于印度板块与太平洋及菲律宾海板块之间,但三大板块对南海北部陆缘盆地的影响是不同的。通过对三大板块及古南海演化的研究,可知南海北部陆缘地区应力环境于晚白垩世发生改变。早白垩世处于挤压环境,晚白垩世以来转变为伸展环境并且不同时期的成因不同。晚白垩世-始新世,华南陆缘早期造山带的应力松弛、古南海向南俯冲及太平洋俯冲板块的滚动后退导致其处于张应力环境。始新世时南海北部陆缘裂陷盆地开始产生,伸展环境没有变,但因其是由太平洋板块向西俯冲速率的持续降低及古南海向南俯冲引起的,南海北部陆缘盆地继续裂陷。渐新世-早中新世,地幔物质向南运动及古南海向南俯冲导致南海北部陆缘地区处于持续的张应力环境;渐新世早期南海海底扩张;中中新世开始,三大板块开始共同影响着南海北部陆缘盆地的发展演化。     

柴达木北缘超高压变质带形成与折返的时限及机制

位于青藏高原北缘的祁连山加里东造山带的形成是阿拉善板块、祁连微板块及柴达木一东昆仑板块在加里东期间汇聚和碰撞的结果。祁连微板块和柴达木一东昆仑板块之间的柴(达木)北缘超高压变质带形成于495～440Ma,是继南祁连洋壳向北俯冲于祁连微板块下形成增生的柴北缘火山岛弧带之后,陆壳深俯冲的产物。柴北缘超高压变质带是在祁连微板块及柴达木一东昆仑板块之间的“正向陆内俯冲”向“斜向陆内俯冲”转化过程中“斜向挤出”机制下折返的,开始折返年龄为470～460Ma,最后的折返时间为400～406Ma。折返构造很好地保存在超高压变质岩石中,并且记录了广泛的退变质作用。     

俯冲带结构演变解剖与研究展望

俯冲带作为板块构造最为重要的标志之一,是地球最大的物质循环系统,被称为“俯冲工厂”.俯冲作用是驱动和维持板块运动的重要动力引擎.一个完整的俯冲带发育海沟、增生楔、弧前盆地、岩浆弧、弧后盆地（或弧背前陆盆地）等基本构造单元.在一些特殊情况下（如洋脊俯冲、年轻洋壳俯冲、海山俯冲）,则可形成一些特殊的俯冲带结构（如平板俯冲、俯冲侵蚀）,导致岩浆弧、增生楔、弧前盆地等不发育甚至缺失.俯冲大洋板片可滞留于或穿越地幔过渡带进入下地幔甚至到达核幔边界,把地壳物质带入到地球深部,并通过地幔柱活动上升到浅部.俯冲带是构造活动强烈的区域,存在走滑、挤压、伸展等变形及其构造叠加.俯冲带海沟可向大洋或大陆方向迁移,岛弧及增生楔等也随之发生迁移,使俯冲带上盘发生周期性挤压和伸展,形成复杂的古地理格局.微陆块、岛弧、海山/洋底高原等地质体在俯冲带发生增生时,可阻塞先存的俯冲带,造成俯冲带跃迁或俯冲极性反转,在其外侧形成新的俯冲带.俯冲带深部精细结构、俯冲起始如何发生、板块俯冲与地幔柱的深部关联机制等是当前俯冲带研究中值得关注的前沿问题.开展俯冲带地球物理深部探测、古缝合带与现今俯冲带对比研究、俯冲带动力学数值模拟...