大陆造山带碰撞-俯冲-折返-垮塌过程的岩浆作用及大陆地壳净生长

地球上的造山带可以划分为增生型造山带和碰撞型造山带,造山带岩浆作用发生在从大洋俯冲、大陆碰撞到造山带垮塌的每一个阶段.陆-陆碰撞的必要条件是大陆俯冲带的存在.一般假设,大陆岩石圈深俯冲的前提是大洋岩石圈俯冲及其在陆-陆碰撞时对紧随被动大陆边缘岩石圈的重力拖曳.大陆俯冲和碰撞的结果是地壳加厚和隆升,但是所产生的造山带岩浆作用发生在什么时间则取决于岩石圈加热机制.增生型造山带没有发生大陆之间强烈碰撞和深俯冲,一般缺少大规模的地壳叠置加厚和隆升,缺少与大陆深俯冲有关的超高压榴辉岩相变质岩,虽然大洋俯冲阶段可以形成巨厚的陆弧地壳,但同碰撞和碰撞后岩浆作用是否存在值得怀疑.碰撞型造山带由于大陆深俯冲和地壳强烈加厚,超高压变质的洋壳和大陆地壳在折返过程中减压熔融,形成同碰撞岩浆作用,在造山旋回晚期去根和垮塌过程中,由于岩石圈伸展和软流圈地幔上涌,形成碰撞后岩浆作用,并标志造山旋回的结束.因此,碰撞造山带的岩浆作用可以发生在大陆深俯冲的同时、俯冲洋壳与陆壳断离后的折返和隆升、造山带的去根和垮塌过程,从大陆碰撞到造山带垮塌和剥蚀(造山旋回结束)的时间跨度为50~90百万年.大陆碰撞造山带是深入了解大陆深俯冲、折返隆升及其造山带垮塌过程的重要场所,而碰撞造山过程中的岩浆作用对大陆地壳生长和再造有重要意义.     

秦岭造山带花岗质岩浆作用与造山带演化

秦岭复合造山带是探讨多期岩浆与造山作用关系的典型地区,已进行了不少研究和总结,但一些认识仍然不同.本文试图在前人研究的基础上,再做一些总结和讨论.依据最新的锆石年龄分期、相应的岩石组合和变形特征等,秦岭造山带花岗质岩浆作用主要可以分为新元古代(979~711 Ma)、古生代(507~400 Ma)、早中生代(250~185 Ma)和晚中生代(160~100 Ma).其中,新元古代花岗质岩浆作用分为979~911,894~815和759~711 Ma三个阶段,分别对应强变形S型(花岗质片麻岩)、弱变形I型到无变形A型花岗岩,显示同碰撞(979~911 Ma)到后碰撞(894~815Ma)和碰撞后(759~711 Ma)伸展裂解的花岗岩浆演化特点,可能是扬子-塔里木克拉通等中国古老陆块新元古代构造岩浆事件在秦岭古老地块的反映,该地块卷入到显生宙秦岭造山带中,故新元古代岩浆事件并非为秦岭造山作用的产物.古生代花岗质岩浆作用也可划分为507~470,460~422和415~400 Ma三个演化阶段,早期阶段伴随超高压变质作用;三个阶段分别解释为俯冲、同碰撞和后碰撞环境.早中生代花岗质岩浆作用可分为两个阶段:早期(250~235 Ma)以石英闪长岩、花岗闪长岩等I型为主;晚期(235~185 Ma)以花岗闪长岩、二长花岗岩为主,显示I,I-A和A型花岗岩的演化特点,并出现环斑结构花岗岩.秦岭早中生代花岗质岩石的年龄和主要地球化学指标(如A/CNK、K2O/Na2O和εNd(t))显示,垂直俯冲-碰撞带方向没有极性变化,因此,不宜用俯冲解释全部花岗岩,而解释为形成于勉略洋俯冲到闭合—扬子克拉通与秦岭地块碰撞环境.晚中生代花岗质岩浆作用也可分为160~130和120~100 Ma两个阶段,显示从I型—I-A过渡型—A型的演变趋势,与中国东部侏罗纪与白垩纪之交的挤压向伸展转变的花岗质岩浆演化趋势一致,可能属于同一环太平洋岩浆带,与古太平洋俯冲的远程陆缘或陆内效应有关.     

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.     

内蒙古北部华北板块与西伯利亚板块之间中古生代造山带的结构及演化

论证了发育在内蒙古北部锡林浩特-苏尼特左旗南-二道井一带的中古生代俯冲-碰撞造山带,划分出5个二级构造单元.它们是:混杂岩带、前陆变形带、磨拉斯盆地、岛弧闪长岩带和同碰撞花岗岩带.造山带的演化可分为俯冲时期(500～400Ma)和碰撞时期(400～320Ma).造山带的形成使华北板块与西伯利亚板块在晚泥盆世拼合,磁撞缝合线位于二道井-查干乌拉-红格尔一线.     

皖南中生代早期成矿和晚期非成矿花岗岩成因对比

皖南地区燕山期岩浆作用强烈,可划分为早阶段(152~137Ma)和晚阶段(136~122Ma).野外调查发现,屯溪地区沿青山-长陔发育一条燕山期花岗岩带,与钼多金属矿床具有密切的成因关系.黄山岩体是皖南地区代表性的正长花岗岩体,目前尚未发现与成矿有关.锆石LA-ICP-MS定年结果表明,青山-长陔带4个花岗岩体的形成时代一致,介于(140±4)~(141±2)Ma,属于燕山期早阶段岩浆作用.黄山花岗岩体的形成时代为(129±2)Ma,属于晚阶段岩浆作用,青山-长陔带花岗岩具有较高的SiO_2含量,相对富K_2O、低P_2O_5以及中等程度的Al_2O_3含量,属于高钾钙碱性系列准铝质Ⅰ型花岗岩.这些岩石均表现出富集大离子亲石元素和轻稀土元素,亏损高场强元素,中等程度的Eu负异常,为岛弧或大陆壳源岩浆地球化学特征.样品的~(87)Sr/~(86)Sr(t)介于0.7120~0.7125,ε_(Nd)(t)值为-7.24~-4.38,锆石ε_(Hf)(t)值为-4.4~6.7,类似于同时期皖南成矿花岗闪长岩.综合地球化学研究表明,皖南燕山期成矿花岗闪长岩为中-新元古代增生加厚下地壳部分熔融的产物,而青山-长陔带花岗岩为这种岩浆经过斜长石+角闪石+上溪群的结晶分异同化混染(AFC)过程形成.黄山花岗岩富SiO_2和K_2O,Al_2O_3含量中等,具有海鸥式稀土元素配分型式和显著的Eu负异常.相比青山-长陔带花岗岩,黄山岩体具有更加显著的Ba、Sr、P和Ti的负异常,没有Nb和Ta的亏损,为高钾钙碱性准铝质A型花岗岩,其ε_(Hf)(t)值介于-6.6~-1.2,类似于早阶段成矿花岗闪长岩.黄山花岗岩同样起源于中-新元古代增生地壳的深熔作用,但岩浆源区为经过了燕山期早阶段Ⅰ型中酸性岩浆抽取后的残留麻粒岩质地壳.两期花岗岩的比较研究表明,早阶段花岗岩形成于相对厚的下地壳环境,温度较低,源区为中-新元古代增生地壳,富含成矿物质,岩浆AFC演化过程进一步加强了成矿物质的富集;而晚阶段A型花岗岩起源深度较浅,形成温度更高,源区由于早期的岩浆抽取作用而亏损成矿物质,从而成矿能力较弱,指示从早至晚,岩浆作用阶段从后造山转变为非造山.后者对应着古太平洋板块俯冲角度加大背景下的弧后拉张环境.     

造山带内微陆块地壳的增生与再造过程:以额尔古纳地块为例

系统总结并分析了近年来获得的额尔古纳地块中生代花岗岩的年代学、地球化学和Hf同位素数据,以便从Hf同位素时空变异角度揭示额尔古纳地块陆壳增生及再造过程,为造山带地壳演化提供证据.基于花岗岩锆石U-Pb定年结果,额尔古纳地块中生代花岗质岩浆作用至少可划分五个阶段:早-中三叠世(249~237Ma)、晚三叠世(229~201Ma)、早-中侏罗世(199~171Ma)、晚侏罗世(155~149Ma)和早白垩世(145~125Ma).其中,前三个侵入阶段的花岗岩主要为I型花岗岩,而后两个阶段为A型花岗岩,反映中生代蒙古-鄂霍茨克大洋板块俯冲-碰撞-伸展过程导致额尔古纳地块陆壳由加厚向减薄变化的特征.中生代花岗岩中锆石Hf同位素分析结果表明,额尔古纳地块陆壳增生主要发生于中元古代及新元古代,并且这些中生代花岗岩具有随时代变新εHf(t)值逐渐升高、二阶段模式年龄(TDM2)逐渐下降的变化趋势,揭示额尔古纳地块中生代不同期次花岗质岩浆的产生经历了从古老陆壳物质熔融至新增生陆壳物质熔融的变化过程.此外,锆石Hf同位素组成在空间上还具有随纬度增加εHf(t)值逐渐下降、二阶段模式年龄(TDM2)逐渐升高的变化特征,显示出研究区深部陆壳物质组成中古老陆壳成分由南向北增多的趋势.而在同一纬度范围内,锆石Hf同位素组成也存在差异.这些结果表明额尔古纳地块深部陆壳在横向和垂向上均存在明显的不均一性.综合上述特征,本文提出了额尔古纳地块下部陆壳的结构模型.     

中亚增生造山过程与成矿作用研究进展

中亚造山带作为全球最大的显生宙增生型造山带,是大陆动力学和成矿作用研究的天然实验室.文章简要概述中国新中国成立以来中亚造山带研究发展情况,并对未来研究提出展望. 20世纪50～70年代是中亚造山带研究的奠基时期,各地质研究学派理论相继运用于解释中亚地区的地质演化.改革开放初期,李春昱先生等开创性地运用板块构造理论解析北疆及兴蒙地区大地构造演化,提出了西伯利亚、哈萨克斯坦、中朝-塔里木三大板块俯冲-碰撞的认识,并提出了索伦山至延边缝合线的观点. 20世纪90年代,中亚造山带研究进入快速发展期,前苏联学者提出了多陆块碰撞模型;土耳其学者提出了单一岛弧增生模型,指出中亚造山带是一种特殊类型的碰撞造山带.中国学者对中国北方地区的蛇绿岩、高压变质岩等进行了大量开拓性研究,划分了主要缝合带. 1999年,"中亚成矿域"概念被提出,并与环太平洋成矿域和特提斯成矿域并称全球三大成矿域.进入21世纪,鉴于中亚在大陆增生理论和成矿机制研究领域的重要性,中亚造山带研究成为国际学术前沿.中国在中亚地区布局了一系列科研项目,催生了一大批重要科研成果,包括微陆块属性、蛇绿岩时代和构造背景、岩浆弧性质、增生楔识别和解剖、区域变质-变形作用、俯冲带(超)高压变质作用、洋中脊俯冲、地幔柱与板块相互作用、多岛海构造古地理与复式增生造山时空格架、大陆增生、增生成矿、构造叠加改造等.这些成果产生了重要的国际影响.展望未来,中亚造山带主要有以下几方面的内容需要进一步深入研究:(1)古亚洲洋早期演化历史及起始俯冲机制;(2)古亚洲洋外部造山带(Extroversion)的增生机制;(3)古亚洲洋地幔属性及其时空分布;(4)古亚洲洋与特提斯洋相互作用过程;(5)显生宙大陆增生机制及其全球对比;(6)中亚成矿域增生成矿机制;(7)大陆改造机制.     

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.     

秭归盆地下侏罗统火山碎屑沉积物源分析及其对东秦岭造山带晚三叠世地壳增厚的启示

秦岭造山带在晚三叠世经历了强烈的碰撞造山作用,伴随岩浆底侵和构造变形,造山带可能发生了显著的地壳增厚和隆升,但对缺少同时期岩浆岩记录的造山带东段,其造山过程的地壳厚度变化还未有明确约束.在东秦岭造山带的南麓发育一系列的早中生代前陆盆地,保存有大量源自造山带隆升剥蚀的碎屑沉积记录,是重建造山带演化的重要信息载体.为进一步厘定秦岭造山带的碰撞造山过程,本文对秭归盆地下侏罗统桐竹园组的砂岩开展了火山岩岩屑地球化学、碎屑锆石U-Pb年代学和微量元素组成分析.结果显示,含有大量火山岩岩屑的砂岩具有250～200Ma的特征性碎屑锆石年龄组成,指示了其主要物源为三叠纪的火山岩.下侏罗统碎屑锆石U-Pb年龄谱的区域对比和古水流分析表明,该火山岩物源区应位于盆地北部的秦岭造山带,可与造山带西部出露的三叠纪花岗质岩体进行对比,同属于秦岭三叠纪碰撞造山的岩浆作用.依据花岗质岩和锆石化学组成与地壳厚度的相关关系,桐竹园组的火山岩岩屑La/Yb比值和三叠纪年龄碎屑锆石Eu/Eu^*比值指示,秦岭造山带在晚三叠世发生了显著的地壳增厚,最大厚度可达60～70km,与秦岭造山带三叠纪花岗质岩石记录...     

西伯利亚板块与华北克拉通碰撞带地电结构及对深部缝合边界的讨论

西伯利亚板块与华北克拉通碰撞导致古亚洲洋闭合,形成了幅员辽阔的中亚造山带,该带内记录了丰富的板块碰撞信息,揭示深部缝合边界对于研究洋-陆俯冲到陆-陆碰撞的深部动力学过程具有重要的科学意义.本文对查干敖包—化德410km大地电磁测深(MT)剖面数据进行反演,获得二维电性结构,为研究西伯利亚板块与华北克拉通碰撞带深部构造形迹、碰撞边界问题提供地电结构的依据.结合人工反射地震及地质资料获得以下认识:(1)西伯利亚板块与华北克拉通碰撞带地壳存在多组"U"型低阻异常,多对应弧型、倾斜或"鳄鱼嘴"状反射界面.莫霍面存在两处错断现象,并与深部电性梯度带对应.岩石圈地幔除白乃庙岛弧呈低阻块体外,均为高阻块体,这些电性结构特征反映了南北汇聚所形成的构造形迹.(2)碰撞带可分为二连—贺根山和索伦—西拉木伦河两个不同时期的汇聚体系,晚泥盆世—晚石炭世早期形成的二连—贺根山汇聚体系由二连—贺根山增生杂岩带、宝力岛弧地体及断裂带组成,深部缝合边界位于二连浩特.而晚二叠—早三叠的索伦—西拉木伦河汇聚体系由二道井子增生杂岩带和温都尔庙增生杂岩带及断裂带组成,深部缝合边界位于苏尼特右旗.(3)在锡林浩特地区软流圈内部存在高阻异常,可能为俯冲消失的洋壳或碰撞造山后拆离的岩石圈残片.     

西太平洋板片俯冲与后撤引起华北东部地幔置换并导致陆内盆-山耦合

华北中生代构造-岩浆活动频繁,深部岩石圈地幔性质发生变化,即克拉通发生活化作用.活化作用大致可分为三个阶段:(1)晚古生代至早侏罗世(至~170Ma),(2)中侏罗世至早白垩世早期(160~140Ma),(3)早白垩世至新生代(~140Ma以来).其中后两个阶段与古太平洋板片俯冲及后撤导致华北东部深部的岩石圈地幔置换并引起陆内浅部的盆山耦合过程是本文讨论的重点.在第一阶段,古亚洲洋俯冲和关闭引起华北北缘经历弧后拉张、碰撞挤压及碰撞后伸展等构造-岩浆活动,而且造成陆块边缘完整性的机械破坏和地幔性质的化学改造,成为后续软流圈物质上涌的通道和岩浆活动的优先发生区;受华南陆块俯冲的影响,华北南缘也发生了类似的过程.在第二阶段,蒙古鄂霍次克洋闭合及古太平洋板片俯冲剪切,引起华北北缘的两次近S-N向的挤压作用(燕山运动的A、B幕),近E-W向分布的陆缘盆地被晚中生代岩体和NE-SW断裂肢解为零星分布的盆岭省,岩浆作用由东北角向西迁移进入地块内部,同时郯庐断裂的性质由左行走滑转换为正断层,华北由早期的近S-N向的压扭性背景进入NW-SE向的弧后拉张阶段.第三阶段是华北克拉通破坏和岩石圈地幔增生的关键时期,深部难熔的克拉通型地幔被饱满的大洋型地幔置换,实现岩石圈大幅度减薄后的小幅增生增厚过程;浅部的表现是岩浆作用持续向东南迁移,陆内岩石圈薄弱带优先发生伸展变形,包括在早白垩世(140~110Ma)中部带侏罗纪逆冲断层反转为正断层、郯庐断裂的持续拉张引起中地壳拆离和大渤海湾盆地的沉降;晚白垩世至今(110Ma~),中部山带发生断陷作用形成汾渭盆地和沁水盆地,大渤海盆地内部断陷形成盆-山相间的地貌特征,苏鲁造山带则发育莱阳盆地等.华北克拉通规模小并发育陆内薄弱带,是克拉通容易破坏的内因.具这种特性的克拉通容易受周边多个俯冲构造域和上涌软流圈物质的共同影响.晚中生代(~160Ma)以来,华北克拉通破坏主要表现为周边块体的俯冲导致软流圈物质上涌、岩石圈减薄和浅部地壳滑脱,岩石圈薄弱带处(如中部山带)出现褶皱和逆冲,实现伸展背景下的局部挤压;俯冲板块后撤(~140Ma)则使上涌的软流圈回落形成岩石圈并实现地幔小幅增生置换(~125Ma)与伸展背景下浅部地壳断陷和成盆过程.因此,西太平洋板片俯冲和后撤是引起华北东部深部岩石圈地幔置换并导致陆内浅部盆-山耦合的外在动力来源,表明华北克拉通破坏是地块内部与地块边缘、深部过程与浅部盆-山耦合响应的综合地质记录,我们认为这也是燕山运动的本质.     

北秦岭古生代花岗岩组合、岩浆时空演变及其对造山作用的启示

对北秦岭2个最大的S, I型花岗岩进行了锆石年代学和相关地球化学研究. 漂池S型花岗岩锆石SIMS年龄为(495 ± 6) Ma, e_Nd(t)= -8.2~-8.8, 锆石ε_Hf(t)=-6~-39. 灰池子I型花岗岩锆石LA-ICPMS, SIMS年龄分别为(421±27)和(434±7) Ma, e_Nd(t)=-0.9~0.9, 锆石e_Hf(t) = -11~8.4. 结合收集的28个锆石年代学资料的统计, 将北秦岭古生代花岗岩浆的演化分为3个阶段. 第一阶段(505~470 Ma)主要发育于北秦岭东段, 具有I型弧岩浆的特点, 伴生有漂池等S型花岗岩. 它们与榴辉岩等(超)高压变质岩石的时空关系密切, 揭示了完整的陆缘俯冲造山作用. 第二阶段(450~422 Ma)广布全区, 以灰池子岩体为代表的I型花岗岩为主, 解释为有地幔物质混入的下地壳的部分熔融, 形成于块体碰撞过程及略后的抬升环境; 第三阶段(415~400 Ma)仅发育于北秦岭中段, 以I型花岗岩为主, 形成于碰撞晚期阶段. 北秦岭古生代花岗岩带的时空演变揭示, 秦岭古生代俯冲碰状造山作用具有长期连续性、阶段性的特点; 俯冲首先从北秦岭东段开始起动, 早于祁连-柴达木北缘、大别山北麓, 说明中国中央造山系古生代俯冲增生直到碰撞具有多块体、不等时的拼合特点.     

喜马拉雅汇聚带结构-属性解剖及印度-欧亚大陆最终拼贴格局

针对印度与欧亚大陆的碰撞方式与时限存在争议的现状,为探讨学术界关于喜马拉雅造山作用观点分歧的原因,本文首先综述了汇聚带结构-属性解剖方法论与基本原则,指出大陆碰撞造山带实际上包括了多种类型,但常见的大陆碰撞造山带往往包括了被动大陆边缘和活动大陆边缘的诸多块体拼贴的格局,其最终的碰撞格局及缝合带产出位置由增生楔底部界面控制,可能在拼贴后呈起伏状或者Z字形等复杂产状.厘定最终碰撞缝合带的可行思路,就是解剖活动大陆边缘结构,确定其作为俯冲上盘的岩石类型属性,特别是增生楔、高压-超高压和巴洛(Barrovian)变质带以及上叠弧前盆地.同时,找寻被动大陆边缘与活动大陆边缘接触的最外、最远边界及其趋近界面,就能厘定缝合面在地表的出露线.根据地球物理资料和高压变质岩等产出位置,限定其深部的产出状态,就可以限定缝合带的产出状态.结合汇聚带结构-属性解剖方法论与基本原则讨论,本文指出喜马拉雅南部汇聚带成分、结构复杂,急需重新开展结构-属性解剖.在综合前人研究资料的基础上,结合我们自己的最新研究结果,进一步总结探讨喜马拉雅造山带结构-属性的新认识,其中雅江蛇绿岩带包含多种构造组分,并非代表单一缝合带,可能是位于弧前后盾(backstop)的多地质单元组合.特提斯喜马拉雅(THS)包含混杂岩结构组成,具有"基质+块体"的结构特征;统一的南向古水流物源、单一的欧亚大陆特征碎屑锆石年龄谱,均表明特提斯喜马拉雅(THS)应该是冈底斯弧前体系,在最终碰撞前具有欧亚大陆属性.高喜马拉雅(GHS)和低喜马拉雅(LHS)组成复杂,由俯冲碰撞作用产生的榴辉岩等高压变质岩就位于高喜马拉雅(GHS)和低喜马拉雅(LHS)的顶部.根据造山带内的高压变质岩石折返都就位于俯冲上盘的产出特征,高喜马拉雅(GHS)和低喜马拉雅(LHS)的顶部含高压变质岩部分应属于俯冲上盘单元,俯冲带必须位于其下(南)部.因此,印度大陆最主要也是最终的俯冲作用是沿该俯冲带结构面发生.低喜马拉雅(LHS)和锡瓦里克的岩石组合表明其主体不发育混杂带,很可能属于印度的前陆体系.通过对喜马拉雅造山带内不同单元的结构-属性解剖,结合俯冲拼贴相关的构造变形年龄,本文认为印度与欧亚大陆最终的碰撞拼贴发生在14Ma之后.青藏地区南北向裂谷的发育、藏东地区哀牢山等剪切带左行-右行的转换等构造事件的发生,均可以协调地反映在俯冲带的影响范围和动力学控制之中.通过对喜马拉雅造山带的研究,提出喜马拉雅造山带最终碰撞拼贴新模式,表明造山带的结构-属性解剖是正确认识造山带的关键,其分析方法可以应用到全球造山带的研究.同时,本文也提出一些关于喜马拉雅造山带结构-属性研究未来需要关注的重要科学问题.     

桐柏造山带几何学、运动学和演化

桐柏造山带由6个次级构造单元组成, 由南到北依次为桐柏片麻岩隆起带(TGR)、鸿仪河-罗庄榴辉岩带(HLE)、毛坡-胡家寨火山岩单元(MHI)、周家湾复理石单元(ZFB)、杨庄绿片岩单元(YGB)和董家庄大理岩单元(DMB). 桐柏造山带的几何学和运动学图像包括: 由后期隆升过程形成的穹隆构造、超高压岩石折返形成的顶部向北(top-to-north)的韧性剪切构造、与南北向挤压有关的顶部向南(top-to-south)的韧性剪切构造、左行平移剪切构造以及地壳较浅层次的东西向褶皱构造等几部分. 根据桐柏-大别地区已有的和本次获得的构造年代学数据, 可将研究区变形构造划归4个变形阶段. 从多期俯冲-碰撞造山带的观点出发, 根据各构造单元的岩石学特征及其展布, 结合几何学、运动学和构造年代学特征, 桐柏造山带构造演化可分为4个阶段即: 约400~300 Ma的洋壳俯冲阶段、 270~250 Ma的大陆碰撞阶段、250~205 Ma的大陆深俯冲和折返阶段以及200~185 Ma的隆升阶段.     

西准噶尔克拉玛依增生楔形成机制

增生楔是板块俯冲过程中的特征性产物.确定增生楔的产出部位、物质组成及形成机制,对揭示与板块俯冲有关的构造过程具有重要指示意义.中亚造山带是世界上最大的增生型造山带之一,它记录了古亚洲洋从产生到闭合的整个演化历程,伴随着多期次、多类型的壳幔相互作用.地处中亚造山带腹地的西准噶尔地区在古生代处于洋内弧演化阶段,是研究中亚造山带的关键地区.西准噶尔东部地区发育泥盆-石炭纪海相沉积岩、达尔布特及克拉玛依蛇绿混杂岩、碱性洋岛玄武岩、岛弧火山岩及逆冲推覆构造,具有典型的增生楔特征.本文在详细的岩石岩相学、构造地质学和火山岩地球化学研究基础上,结合大洋俯冲隧道过程,深入剖析克拉玛依增生楔的形成机制,发现西准噶尔克拉玛依增生楔是多阶段、多成因混杂堆积体.大洋俯冲隧道模型在西准噶尔克拉玛依增生楔的应用将为中亚造山带的陆壳增生及造山作用研究提供新的思路.     

岩浆岩定量限定陆-陆碰撞时间和过程的方法和实例

基于板块运动的主要驱动力(俯冲带大洋板片下沉引起的板片拖拉力)和岩浆产生的三种主要机制(加流体、升温和减压),将陆-陆碰撞过程定义为初始碰撞、正在进行的碰撞和构造转换三个阶段,分别以正常钙碱性安山质岩浆(洋壳脱水释放流体)、向海沟方向迁移的钙碱性岩浆(洋壳脱水释放流体或升温)或小规模壳源过铝质岩浆(壳内剪切热)、板片断离诱导的大规模成分多样性岩浆作用(升温和减压)为特征.在准确限定板片断离时间的基础上,结合汇聚速率、板片断离深度和俯冲角度,就可以反推陆-陆初始碰撞的时间.拉萨地体南部冈底斯岩基岩浆活动的时空迁移规律,及其与林子宗帕那组火山岩记录到的52~51Ma岩浆大爆发和岩浆温度增高的现象,很可能是雅鲁藏布新特提斯大洋板片在约53Ma开始断离的结果,由此限定的印度-亚洲初始碰撞时间为约55~54Ma,接近于各种地质现象限定的印度-亚洲初始碰撞时间(60~55Ma).将这一方法应用于阿拉伯-欧亚大陆碰撞带的土耳其南部Bitlis造山带,获得的阿拉伯-欧洲大陆初始碰撞时间为约29~22Ma,与最近根据磷灰石裂变径迹年龄(约20Ma)和区域构造缩短量(约27Ma)提出的初始碰撞时间接近.南部拉萨地体上白垩统强烈褶皱及其与上覆林子宗火山岩之间的角度不整合事件(90~69Ma),可能是新特提斯扩张脊南侧热且年轻的俯冲洋壳与上覆岩石圈强烈耦合或新特提斯洋底高原或海山俯冲作用的结果,与印度-亚洲大陆的初始碰撞无关.林子宗典中组和年波组之间的角度不整合事件持续了约3Ma,很可能标志了印度-亚洲大陆的初始碰撞.雅鲁藏布新特提斯大洋板片断离引起的俯冲带拖拉力消失可能是导致印度大陆在约51Ma明显减速的主要原因,现今的印度大陆北向漂移的驱动力主要来自榴辉岩化印度大陆下地壳的下沉.印度-亚洲大陆初始碰撞后与雅鲁藏布新特提斯大洋岩石圈回转有关的高角度俯冲、拉萨地体南缘大的地壳厚度和高的海拔以及印度大陆中上地壳与下地壳、下地壳与岩石圈地幔的解耦,可能是造成印度-亚洲碰撞带上盘岩石圈板块在60~40Ma期间发生弱变形的主要原因.     

东秦岭商丹构造带陆壳俯冲碰撞——花岗质岩浆源区同位素示踪证据

根据东秦岭商丹构造带两侧晚古生代～早中古生代碰撞型花岗岩类Pb,Nd和Sr同位素地球化学特征,对岩浆源区进行了分析,论证了北秦岭碰撞型花岗岩类的岩浆源区并不主要来自于原北秦岭的基底岩层,而其源区物质主要来自于商丹构造带南侧的南秦岭中、下地壳,这为东秦岭造山带在陆-陆相互作用阶段.南秦岭地壳滑脱俯冲于北秦岭陆块之下提供了直接的证据.     

秦岭造山带的造山过程及其动力学特征

秦岭是经过3个不同构造演化阶段,以不同构造体制发展演化而形成的复合型造山带.其主造山作用板块构造演化阶段(Pt_3-T_2)是3个板块沿两个消减带俯冲碰撞,经历了漫长复杂的造山过程.从裂谷构造体制转换为板块构造体制,从扩张、俯冲到碰撞.尤其从点接触初始碰撞经面接触碰撞到全面碰撞成山等造山的细节过程,反映了秦岭长期在特提斯构造域众多陆壳块体群分离、拼合、增生的过程中发展演化而形成,也显示出是在古今地幔动力学和圈层耦合关系变动过程中发展演化的,具有重要大陆地质与大陆动力学意义.     

发展板块构造理论:从洋壳俯冲带到碰撞造山带

地壳俯冲和大陆碰撞是板块构造理论的核心,而认识大陆碰撞造山带的形成和演化,是发展板块构造理论的关键.根据俯冲地壳的性质,业已认识到不同类型的板块俯冲带.根据碰撞块体的性质及其衍生岩石的成分,已经认识到大陆碰撞形成了两种类型的造山带.弧陆碰撞造山带既含有古老地壳物质,也含有新生地壳物质,它们在碰撞后阶段的再造就能够产生不同地球化学成分的岩浆岩.而对于两个相对古老大陆之间的碰撞所形成的造山带来说,碰撞后岩浆作用只是俯冲带古老地壳的再造.碰撞造山带在岩石圈拉张作用下发生活化再造,不仅再造作用在构造体制上具有继承性,而且再造产物岩浆岩在地球化学成分上也具有继承性.因此,研究碰撞后体制下的造山带再造,认识大陆碰撞造山带深部物理化学差异、俯冲地壳性质与碰撞后岩浆岩之间的成因联系,建立碰撞后阶段大陆构造演化的基本规律,是构建大陆动力学体系、发展板块构造理论的关键.     

华北克拉通北缘(怀来-苏尼特右旗)地壳结构

2009年,中国地质科学院地质研究所与美国俄克拉荷马大学合作实施了一条长453 km的深地震反射、宽角反射与折射、三分量反射地震联合探测剖面. 剖面南起怀来盆地,向北依次穿过燕山造山带西缘、内蒙地轴、白乃庙弧带、温都尔庙杂岩带,到达索伦缝合带. 其中,宽角反射与折射剖面采用8个0.5~1.5 t炸药震源激发,使用300套Texan单分量数字检波器接收,获得了高质量的地震资料. 通过资料分析和处理,识别出沉积层及结晶基底的折射波（Pg）、来自上地壳底界面的反射波（Pcp）,中地壳底界面的反射波（Plp）,莫霍界面的反射波（Pmp）及上地幔顶部的折射波（Pn）等5个震相. 分别采用Hole有限差分层析成像和Rayinvr算法对华北克拉通北缘及中亚造山带南部进行了上地壳P波速度结构成像和全地壳二维射线追踪反演成像. 结果显示：（1）中亚造山带地壳厚度~40 km,变化平缓,低于全球平均造山带地壳平均厚度,可能为造山后区域伸展的结果. 阴山-燕山带附近莫霍明显加深,推测其为燕山期造山过程形成的山根,但该山根很可能在后期被改造. （2）测线中部地壳上部速度较高,对应地表大面积花岗岩出露,而下地壳速度较低,速度梯度低,呈通道状,推测其可能曾为古亚洲洋向南俯冲消亡的主动陆缘,并在碰撞后演变为伸展环境下岩浆侵入的通道. （3）华北克拉通北缘与中亚造山带显示出不同速度变化特征,前者变化相对缓而后者则变化剧烈,二者的分界出现在赤峰-白云鄂博断裂附近.