苏鲁-大别造山带及其周围现代地壳应力场与构造运动区域特征

苏鲁-大别造山带是中国东部华北、华南地块之间的大地构造交界带.本文分析研究了我国东部的地震活动性,并根据1918～2005年间苏鲁-大别及其周围地区发生的1000余个地震的震源机制解,系统研究了应力场的区域特征以及华北、华南地壳应力场构造分区,探讨了其动力学来源以及构造运动特征.结果表明,中国东部大陆华北、华南地块地壳现代应力场和构造运动可以归结为太平洋板块和菲律宾海板块与欧亚板块之间相对运动,以及大陆板内区域块体之间相互作用的结果.华北地区受到太平洋板块向欧亚板块俯冲挤压的同时,受到从贝加尔湖经过大华北直到琉球海沟的广阔地域里存在着的统一的、方位为170°的引张应力场的控制.华北地区大地震的震源机制解均反映出震源应力场为ENE向挤压应力和NNW向张应力的共同作用.郯庐断裂带等华北地区的北北东走向的断裂带,表现为右旋走滑的现代构造运动特征.来自台湾纵谷的北西西向挤压应力控制了华南块体直至南北地震带南段东部地域的地壳应力场.本文研究结果表明,将中国东部大陆划分成华北、华南两部分的现代地壳应力场分界线,其西部大致与秦岭带相同,然而在大别及其以东地区则逐渐偏离大地构造带,到北纬30°后向东南偏转,在温州附近的北纬27°左右转为向东延伸,最终穿过东海直至琉球海沟.     

苏鲁大别造山带岩石圈三维P波速度结构特征

本文全面收集整理并解析了地学断面、地震测深、体波和面波层析成像资料,得到了苏鲁大别造山带及其邻区岩石圈1°×1°三维P波速度数据体。研究结果表明,苏鲁与大别造山带高压、超高压变质带的岩石圈速度结构具有上地壳明显高速且上凸;中地壳增厚;下地壳埋藏较深且下凹等相似的基本特征。苏鲁和大别超高压变质带下的莫霍面比其周围深2～4 km,深度分别达到32～33 km和34～38 km。在大别造山带,有地壳低速体从南向北俯冲到上地幔的迹象,可能显示了扬子地块地壳物质向华北地块俯冲,坠入上地幔的残留体。超高压变质带岩石圈底部的地幔,往往有明显高速层或高速体存在。苏鲁与大别地区的岩石圈速度结构不同特征及其成因在于苏鲁地区上地壳P波速度更高,但是,下地壳下凹没有大别地区明显,而且区域构造较为均一。这可能是受到郯庐断层左行平移的主控影响所致。郯庐断裂带的上、中地壳和上地幔表现为相对低速异常,郯庐断裂及其地下延伸部分将岩石圈地幔浅部低速层和深部高速层切为两段,其影响深达岩石圈底部约90 km处。     

大别造山带地壳的元素丰度

大别造山带具板片叠覆式构造形态。区域地壳具3个结构层,中地壳存在地震低速层和电性低阻层。地壳总体成分为花岗闪长岩质,深部地壳成分为中性。地壳稀土总量偏高、轻重稀土分馏程度高,铁族元素偏低、亲石元素富集。造山带内部横向不均一性明显,而地壳纵向演化分异程度低于一般大陆地壳。     

苏鲁造山带地壳上地幔结构层析成像研究

扬子与华北板块在三叠纪的俯冲碰撞形成了著名的苏鲁超高压造山带,其板块碰撞接触关系一直是热点问题.利用国家台网中心64个省台记录的1 079个近震事件的10 922个P波到时和251个远震事件的11 931个P波到时数据,采用远近震联合反演的层析成像方法对苏鲁地区进行了地壳上地幔速度结构反演.结果显示,研究区内两个低速异常区分别对应山东半岛西部的华北板块地幔上隆区和壳幔相互作用强烈的长江中下游成矿带地区.在地幔300 km深度之下出现的高速异常体可能代表了早中生代扬子与华北板块碰撞之前俯冲拆沉的古特提斯洋板块.传统观点的扬子板块岩石圈向北俯冲不明显,华北板块表现为向东南俯冲的高速特征.华北板块俯冲以苏鲁造山带中部的北纬35°为界,分为南北两种俯冲样式.北部俯冲不明显,华北板块停滞在郯庐断裂带以西;南部则表现华北板块向东南陡倾俯冲到苏鲁造山带之下.      

大别-苏鲁造山带榴辉岩的碳同位素地球化学研究

应用EA-MS连线技术，对大别山东部和苏鲁地体南部超高压变质榴辉岩及其中的磷灰石进行了碳的含量和同位素分析。结果得到，榴辉岩全岩的81^13C值变化较大(-30．7‰至 2．5‰)。而所含磷灰石中结构碳酸根的8^13C值变化较小并显著亏损”C(-28．1‰至-20．8700)。部分榴辉岩具有高的全岩8^13C值，指示其形成后受到过含CO2，流体的退化蚀变。低的磷灰石8^13C值指示，榴辉岩中含有地表有机碳，因此证明这些榴辉岩的原岩曾出露过地表，在超高压变质阶段存在以亏损”13C为特征的含C02。流体。     

大别造山带在大陆裂解、地壳的俯冲-折返及山根垮塌期间的多期部分熔融作用

大别造山带发育了与大陆俯冲-折返和碰撞造山等相关的不同构造岩石单位.针对存在的问题,本项研究开展了宿松变质带、中大别超高压带和北大别杂岩带等不同俯冲岩片花岗质岩石的野外地质调查以及岩石学、元素-同位素地球化学和锆石年代学等方面系统研究.研究结果表明:（1）宿松变质带花岗片麻岩的原岩时代包括晚太古代（2.5~2.7 Ga）和新元古代（770~830 Ma）两大类,其中新元古代花岗片麻岩的原岩是由经历了~2.0 Ga变质作用的晚太古代岩石在新元古代大陆裂解过程中发生重熔作用形成的;（2）首次揭示中大别花岗片麻岩至少包含两种不同的原岩时代（~750 Ma和780~800 Ma）与岩石成因,并在三叠纪俯冲-折返期间经历了~230 Ma和~220 Ma两期部分熔融作用;（3）北大别混合岩中发育折返早期（209±2 Ma）因高温减压而引起的黑云母脱水熔融以及山根垮塌期间（110~145 Ma）有水加入的加热熔融（水致熔融）形成的多种浅色体;（4）发现并限定了北大别变质闪长岩是在燕山期山根垮塌期间,由三叠纪深俯冲的新元古代镁铁质下地壳岩石发生部分熔融作用而形成的.因此,这为大别造山带在新元古代大陆裂解、印支期地壳的俯冲-折返及燕山期山根垮塌期间发生的多种部分熔融作用提供了新的制约.      

大别-苏鲁造山带、华南晚中生代花岗岩时空分布及应力场对比

花岗岩原地重熔学说为解释华南晚中生代(晚侏罗世-早白垩世)花岗岩时空分布的大地构造成因提供了一种新的视角.而通过对比可以发现,大别-苏鲁造山带及其以北附近区域(尤其是苏鲁造山带及其以北附近区域)与华南晚中生代花岗岩时空分布规律及应力场具有高度的相似性和一致性,即花岗岩展布方向以北东向为主,从北西到南东方向由老变新;而且...     

大别-苏鲁造山带在朝鲜半岛可能的构造表现

在晚二叠世—早三叠世期间,中国的华北与扬子板块俯冲碰撞形成了大别-苏鲁造山带。针对这次碰撞作用向东在朝鲜半岛的延伸方式,近些年来不同学者提出了多种模式,但都有其局限性。通过比较临津江带、沃川带与大别造山带之间的构造活动关系,结合已有的变质地质学和地质年代学数据,建立了大别-苏鲁造山带在朝鲜半岛的东延模式。推测自临津江带至沃川带构成了一条较完整的中生代造山带,即大别-苏鲁造山带在朝鲜的东部延伸,原来意义上的“京畿地块”已不复存在。而岭南地块上与华北板块相似的信息可能是造山作用后期伸展拆离作用下来自朝鲜半岛北部的外来构造岩片所致。     

大别-苏鲁造山带橄榄岩记录的碰撞造山过程中地幔楔的地壳交代作用

地壳交代作用是洋壳俯冲带板片-地幔界面的普遍现象,由于地幔楔样品的缺乏,其识别存在困难。而碰撞造山带广泛出露的地幔楔来源的造山带橄榄岩则是理想的研究对象。本文对大别-苏鲁造山带橄榄岩的已有研究成果进行了系统总结。这些成果表明这些橄榄岩在大洋俯冲向大陆碰撞转换的不同阶段经历了多期地壳来源流体的交代作用。地壳交代作用不仅改变了地幔楔橄榄岩的地球化学成分,而且导致了交代矿物的生长以及超镁铁质交代体的形成。这些交代体或作为同碰撞和碰撞后镁铁质火成岩的地幔源区,或将地壳组分传输到深部地幔,或释放流体交代大陆俯冲隧道中的俯冲陆壳。本文对地壳交代作用研究中存在的重要问题和解决思路提出了建议。     

大别山造山带地壳结构和岩石组成模型的研究

大别山造山带地壳具有三个结构层，中地壳以存在地震低速层和电性低阻高导层为特征。大别山区的下地壳由扬子地块基底岩石组成，它呈楔形俯冲于大别板片之下，大别板片的基底又作为俯冲壳楔的前沿构成北淮阳区的中下地壳，形成造山带现代地壳板片叠置式构造形态。     

苏鲁-大别造山带岩石圈应力场、构造运动特征以及超高压变质带折返机制的研究

苏鲁-大别造山带是华北、华南地块之间的大地构造交界带.本文分析研究了我国东部地区的3000余年的地震活动性,并根据1918～2006年问苏鲁-大别及其周围地区发生的1000余个地震的震源机制解,系统研究了地壳应力场和构造运动的区域特征,探讨了超高压变质带的折返机制.结果表明,苏鲁带以及华北地区受到太平洋板块向欧亚板块俯冲挤压的同时,受到从贝加尔湖经过大华北直到琉球海沟的广阔地域里存在着的统一的、方位为170°的引张应力场的控制.右旋走滑运动是苏鲁地区和郯庐断裂带的现代构造运动的主要特征.地震发生类型多为右旋走滑型或右旋走滑正断层型地震.华南地区构造应力场主要表现为,受北西西向运动的菲律宾板块向欧亚板块碰撞挤压运动所产生的方位为110～120°挤压应力的控制.华北、华南地块之间现代地壳应力场的分界线,西部与秦岭带大致相符,在大别东开始则逐渐偏离大地构造,到黄山附近向东南偏转,在温州附近转为向东延伸,最终穿过东海直至琉球海沟.研究结果还表明,苏鲁-大别超高压变质带的折返运动机制,即致使大量超高压变质岩折返到上地壳或地表的岩石圈应力场背景原因为,中生代以来大华北地区存在着较强扩张应力场的主控作用.此外,岩石圈地幔的蘑菇云构造增强了华北地区扩张应力场及扩张构造运动,导致形成大量深裂谷、裂隙,深部物质上涌.苏鲁及东大别地带处于或接近蘑菇云构造运动发育地区的中心,深部地幔物质的上涌导致并加剧了超高压变质岩折返到上地壳或地表,形成了世界著名的苏鲁-别超高压变质带.     

苏鲁大别及其周围地区深部P波速度结构特征的初步分析

本分析了苏鲁大别及其周围地区200km深的地震波速度结构。对上地幔50至200km不同深度的水平切面的速度结构特征进行了详细研究。结果表明,位于大别山地区下的西南侧存在着一个呈西北一东南延展的带状高速区;在苏鲁东海地区的下方,及东北方面也有高速度区域存在。这两个高速度区不相连。在大别山区东北端区与苏鲁超高压变质带的南端地区深部的两个高速区之间,即郯庐断裂的中部存在一个西北-东南延展的低速度区。大别山区下方深部呈现明显的速度梯度变化带。大别山区东端边界也是速度梯度变化带。郯庐断裂的北段,即与苏鲁超高压变质带为邻的部分下方,似乎是一个速度分界带或速度不连续带。郯庐断裂的北段下方的速度结构与其两侧地区的速度结构明显不同。该段的两侧速度结构常常存在着明显差异。     

苏鲁—大别超高压变质带地壳速度结构及其俯冲、折返机制

三维P波速度解析研究结果表明，苏鲁-大别超高压变质带岩石圈地壳速度结构均具有上地壳明显高速且上凸、中地壳增厚、下地壳埋藏较深且莫霍面下凹等基本特征。与大别地区相比较，苏鲁超高压变质带存在着上地壳波速更高，且地表高速区面积与上地壳高速体体积大于大别；而莫霍面下凹程度不如大别地区，地壳山根已逐步趋向消失等独特的区域特征。显示了苏鲁地区曾发生过更激烈的俯冲与折返构造运动，与大别地区相比，有更多高速、高密度的超高压变质岩折返到上地壳与地表；然而在造山运动过程中比大别更早进入了造山运动后期等特征。对比研究结果表明，苏鲁-大别地段的造山、演化过程中，在构造运动基本相似的背景下，存在着区域性特征。苏鲁地区的造山运动以及超高压变质作用，有起始略晚、发生时期较短但相对激烈、结束早、比大别更早进入了造山运动的后期等特征。笔者分析了苏鲁区域性特征形成的主要构造原因是，郯庐断裂带的大规模左旋走滑运动以及通过中国华北区域的大范围NXV—SE向扩张应力场的影响。其中，中生代以来大华北地区的大区域扩张应力场的影响可能是该区俯冲到地幔内的超高压变质岩能够大量折返回地表或上地壳的重要构造原因。     

Seismically constrained two-dimensional crustal thermal structure of the cambay basin

The temperature field within the crust is closely related to tectonic history as well as many other geological processes inside the earth. Therefore, knowledge of the crustal thermal structure of a region is of great importance for its tectonophysical studies. This work deals with the two-dimensional thermal modelling to delineate the crustal thermal structure along a 230 km long Deep Seismic Sounding (DSS) profile in the north Cambay basin. In this work P-wave velocities obtained from the DSS studies have been converted into heat generation values for the computation of temperature distribution. The model result reveals the Curie isotherm at a depth of ≈22 km and Moho temperature at around 900‡C.     

榴辉岩的地震波性质：对苏鲁超高压变质带地壳成分和折返机制的探讨

本总结了榴辉岩的高温高压弹性波速测量结果,并将其应用于苏鲁超高压变质带地震资料的解释。由于榴辉岩具有高密度和高波速,它们和长英质片麻岩、大理岩、石英岩、角闪岩、麻粒岩、蛇纹石化橄榄岩的界面可以产生强反射。如果俯冲的陆壳物质以榴辉岩与围岩互层的形式在上地幔保留下来,就可能在造山带的上地幔产生地震反射。根据CCSD孔区地震剖面所建立的地壳成分模型表明：苏鲁超高压带地壳浅部的高速层可归因于夹在花岗质片麻岩、副片麻岩、角闪岩等岩石中的榴辉岩和超基性岩;中地壳主要由中酸性片麻岩、斜长角闪岩和副片麻岩组成;下地壳以中基性麻粒岩为主。在该超高压变质带现今的深部地壳,榴辉岩含量很少或几乎没有。因此,折返的超高压变质岩是以构造岩片的形式沿一系列剪切带逆冲并覆盖在正常的中下地壳之上,深部榴辉岩的缺乏可能与下地壳拆沉作用无关。     

新疆博格达造山带西段石炭纪双峰式火山岩地球化学特征及成因

新疆博格达造山带博格达峰南侧柳树沟组出露大量双峰式火山岩组合.本文对博格达造山带西段石炭纪双峰式火山岩地球化学特征研究结果表明:①玄武岩具有贫K富Na、富Ti富Al和富Mg的特征,w(K2O)/w(TiO2)、w(K2O)/w(P2O5)值较低且范围较小,总体上玄武岩有轻度的地壳物质混染作用;HREE相对富集,轻重稀土...     

大瑶山西侧桐木铜多金属成矿亚带综合异常特征及成矿规律研究

通过分析桐木铜多金属成矿亚带地质-地球物理特征可知,研究区磁场特征较为简单,为平稳的弱磁场区,放射性场则呈现出明显的平行条带状特征,与断裂及地层走向相同。对重点异常开展了地物化综合研究,并以此为基础建立了该成矿亚带地质-地球物理-地球化学找矿标志,区内HF35等重点放射性局部异常具较大寻找铜多金属矿的潜力。成矿亚带受构造和围岩双重控制作用明显,但主要受桐木区域性大断裂控制,大断裂及次级构造所形成的构造破碎带对成矿最为有利。     

Deep root of a continent-continent collision belt: Evidence from the Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) deep borehole in the Sulu ultrahigh-pressure (HP-UHP) metamorphic terrane, China

The Chinese Continental Scientific Drilling (CCSD) deep borehole, which reached a depth of 5158 m in the Sulu ultrahigh-pressure (UHP) metamorphic terrane, provides a new window into the deep root of a continent-continent collision belt, and the tectonic processes by which supracrustal material is recycled into the mantle by subduction and then uplifted to the surface. Major research themes of the CCSD project were to: (1) determine the three-dimensional composition, structure and geophysical character of the deep root of this orogenic belt; (2) investigate the nature and timing of the UHP metamorphism; (3) investigate the processes of crust-mantle interaction involved in the formation and exhumation of the UHP rocks; (4) study the process of fluid circulation and mineralization during subduction and exhumation; (5) study the rheological properties of the various rocks during subduction and exhumation; (6) develop and refine dynamic models for deep subduction and exhumation of crustal rocks, and (7) establish a long-term, natural laboratory for the study of present-day crustal dynamics (e.g., stress, strain, fluid activity). The CCSD has developed precise oriented profiles of the main borehole in terms of lithology, geochemistry, oxygen isotopes, zircon SHRIMP U-Pb ages, ⁴⁰Ar-³⁹Ar ages, deformation, rheology, mineralization, physical properties of the rocks, petrophysical logs, seismic reflections and underground fluids. The present paper summarizes the integrated research results of this project, especially the new findings concerning the deep root of a continent-continent collision.     

Pb and Nd isotopic composition of the Jigongshan granite: constraints on crustal structure of Tongbaishan in the middle part of the Qinling–Tongbai–Dabie orogenic belt, Central China

The Qinling–Dabie–Sulu belt is the world's largest ultrahigh pressure (UHP) metamorphic belt. The UHP metamorphism is well dated at 220–245 Ma in the Dabie–Sulu belt but at 507 Ma in the Qinling belt. The Tongbaishan is located between the Qinling orogenic belt to the west and the Dabie–Sulu UHP metamorphic belt to the east. It is the key area for studying the tectonic relation between the Qinling and Dabie–Sulu belts and the diachronous UHP metamorphism. The Jigongshan granitic pluton (t=128 Ma) with a total area of 1200 km², composed of monzogranite, was mostly emplaced into the Tongbai complex, an exposed basement in the Tongbaishan. The Jigongshan granites have SiO₂=69.85–72.35%, K₂O/Na₂O=0.87–1.13, A/CNK=0.91–1.03, Rb/Sr=0.14–0.25 and Th/U=3.3–12. Their REE compositions show strongly fractionated patterns with (La/Yb)_N=14–58 and Eu*/Eu=0.79–1.05. The granites are characterized by low radiogenic Pb isotopic composition. The present-day whole-rock Pb isotopic ratios are ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb=16.707–17.055, ²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb=15.239–15.326 and ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb=37.587–37.853, which are similar to that of the continental lower crust. Their _Nd(t) values range from −16 to −20, and depleted-mantle Nd model ages (T_DM) from 1.8 to 2.2 Ga. The above evidence indicates that the magma of the Jigongshan granites was derived from the partial melting of the continental crust. The Pb and Nd isotopic compositions of the Jigongshan granites resemble those of the Dabie core complex in the Dabieshan but are distinct from those of the Tongbai complex in the Tongbaishan. Thus, the Dabie core complex would be the magma source of the Jigongshan granites. The result implies that the Dabie core complex is extended to the west and constitutes the unexposed basement underlaying the Tongbai complex in the Tongbaishan.