北大别造山后伸展期中-下地壳流动形式数值模拟研究

造山后伸展过程中,深部地壳的变形形式反映深部岩石圈的构造活动方式,是造山后伸展深部动力学研究的主要内容。本次工作以大别造山带造山后伸展变形构造为研究对象,在详细的构造观察和组构分析基础上,以实际变形组构为约束开展数值模拟,系统地研究伸展变形构造在垂向剖面上岩石变形机制的空间分布,进而揭示大别造山带造山后伸展过程中深部地壳的变形形式。野外观察表明,北大别穹隆边缘区域拉伸线理优选方位显著,而到穹隆中部拉伸线理定向性减弱,再到穹隆核部线理定向性有所增强。运动学上,北大别穹隆内呈现了一致的上盘向NW的剪切指向。以此为约束的数值模拟研究表明,大别造山带造山后伸展期中-下地壳流动方式总体上是介于透入性简单剪切形式与纯剪切形式之间的组合形式;垂直剖面上呈现为由上、下边界向中心简单剪切分量显著降低,中-下地壳流变带中部以纯剪切变形为主。我们用造山带加厚地壳的韧性垮塌和深俯冲的太平洋板块"后撤"来解释其动力学来源。     

晓天-磨子潭剪切带的早白垩世活动及其对北大别穹隆演化的制约

晓天-磨子潭剪切带是大别造山带内北大别杂岩带与北淮阳浅变质岩带的地表分界线,其构造演化特征可以为北大别穹窿的形成演化提供重要制约.本次由此韧性剪切带内4个未变形岩体的锆石样品进行LA-ICP MS U-Pb年龄测定得知,该韧性剪切带形成于早白垩世130～120 Ma期间,为后造山伸展断层.构造分析表明,这条剪切带形成于北大别穹窿深处,为一条平缓韧性拆离剪切带.其形成指示北大别单元在早白垩世初的造山带重力垮塌中发生了深部地壳物质的韧性侧向流动,而该剪切带则是地壳物质韧性侧向流动的上部运动边界.在随后的大规模岩浆上升与浮力增加中,该剪切带与北大别穹窿一起发生隆升而变陡,并随着不均匀隆升而使剪切带出现现今的几何学特征.晓天-磨子潭剪切带的演化显示北大别穹窿是由大别造山带晚造山伸展过程中形成的变质核杂岩组成的.     

晓天-磨子潭剪切带的早白垩世活动及其对北大别穹窿演化的制约

晓天-磨子潭剪切带是大别造山带内北大别杂岩带与北淮阳浅变质岩带的地表分界线,其构造演化特征可以为北大别穹窿的形成演化提供重要制约。本次由此韧性剪切带内4个未变形岩体的锆石样品进行LA-ICPMSU-Pb年龄测定得知,该韧性剪切带形成于早白垩世130～120Ma期间,为后造山伸展断层。构造分析表明,这条剪切带形成于北大别穹窿深处,为一条平缓韧性拆离剪切带。其形成指示北大别单元在早白垩世初的造山带重力垮塌中发生了深部地壳物质的韧性侧向流动,而该剪切带则是地壳物质韧性侧向流动的上部运动边界。在随后的大规模岩浆上升与浮力增加中,该剪切带与北大别穹窿一起发生隆升而变陡,并随着不均匀隆升而使剪切带出现现今的几何学特征。晓天-磨子潭剪切带的演化显示北大别穹窿是由大别造山带晚造山伸展过程中形成的变质核杂岩组成的。     

秦岭造山带岩石圈结构、演化及其成矿背景

造山带研究一直是地质科学的中心课题,数百年来建立了许多造山理论与研究方法,从地槽回返造山到板块俯冲碰撞造山。随着深部地质和大陆岩石圈研究的进展,80年代发现了陆内强烈变形和水平位移,提出了薄皮拆离滑脱构造、逆冲推覆构造、鳄鱼构造、韧性剪切带、多种伸展构造等等,表明大陆岩石圈并非简单刚性块体,而是纵横向极不均一,具有     

北祁连加里东造山带从挤压到伸展造山机制的转换

早古生代早期，北祁连造山带发生强烈的挤压变形作用形成加里东期的俯冲－增生杂岩，高压变质岩，并使造山带岩石圈地壳加厚缩短，志留纪末期，加厚的造山带岩石圈由于垮塌作用及根部的拆沉作用，使造山带从挤压造山机制转换为伸展造山机制，并进入后造山伸展作用阶段，增厚的岩石圈开始减薄，发生不同层次的伸展作用，同时伴随花岗岩及Ａｎ∈变质岩的穹隆以及泥盆纪磨拉石盆地上叠盆地的形成。石炭纪末，北祁连造山带岩石圈地层已基     

板内造山作用与成矿

中国大陆广泛分布强烈的板内变形和造山作用,传统的板块构造理论常常将其解释为板块边缘汇聚力的远程效应。然而,中国大陆的板内造山作用与汇聚板块边界之间缺乏可预期的动力学联系,不能简单地解释为大陆碰撞或板块俯冲的远程效应。本文提出另一种可供选择的解释,认为板内变形主要取决于岩石圈不均一性。相邻的板块拼合在一起形成统一板块之后,区域地质演化进入板内阶段。板块碰撞导致的岩石圈不均一性和重力不稳定性可以触发强烈的板内变形甚至造山作用,其延迟时间的长短取决于岩石圈不稳定性的程度和地球深部的热扰动。与板缘造山带相比,板内造山作用缺少板块俯冲-碰撞过程,板内造山带的演化历史相对简单,通常是以岩石圈拆沉作用开始,以地壳的垂向增生为特征,最后以岩石圈拆沉作用结束或形成重力不稳定岩石圈。因此,板内造山作用一般沿着古造山带发育。古造山带岩石圈结构低成熟度的特点不仅是岩石圈不稳定性的主要原因之一,而且由于挥发分和含矿元素的富集在活化过程中具有很强的成矿潜力。板内造山带的成矿作用依赖于深埋在岩石圈-软流圈系统不同深度水平上含矿流体的突然释放,主要发生在造山作用初始阶段和造山后伸展阶段。     

北大别的多期深熔作用及山根垮塌的新证据

大别山是由华南板块在245～210 Ma向华北板块之下俯冲并发生陆陆碰撞形成的。随着南、北板块的汇聚继续,地壳持续加厚。然而,加厚的下地壳岩石（特别是镁铁质下地壳岩石）在重力作用下密度增大、稳定性降低,在145～130 Ma 时发生深熔作用;130 Ma 左右加厚下地壳拆沉,引发软流圈上涌,产生了130～110 Ma的大规模镁铁质和花岗质岩浆作用以及北大别发生强烈的混合岩化作用。其中,北大别混合岩中不同类型浅色体（至少可以分为4种）和碰撞后变质闪长岩的甄别及其岩石地球化学和同位素年代学方面系统研究为大别山印支期深俯冲陆壳的折返以及燕山期镁铁质下地壳岩石拆沉和山根垮塌所引发的多期深熔作用提供了新的关键证据。山根垮塌诱发的地幔对流导致～145 Ma时岩石圈开始减薄,进而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造山带下地壳持续弱化,加剧其重力不平衡,从而引发深部俯冲的镁铁质下地壳岩石的大规模拆沉和山根垮塌。     

华南晚中生代大陆变形、深部过程及动力学

受控古太平洋板块俯冲及后撤作用,华南晚中生代经历了强烈大陆再造,并伴随幕式岩浆活动,是研究活动大陆边缘构造- 岩浆作用、壳幔过程和板块俯冲动力学的天然实验室。本文系统综述了近年来发表的构造变形、岩浆作用和深部结构等多学科成果,以构造解析为主线,深- 浅结合,在华南识别出与古太平洋板块俯冲相关的中晚侏罗世弧背缩短和白垩纪弧后伸展系统,厘定了二者的时空格架和叠加改造关系。弧背缩短系统以扬子中部的隔档- 隔槽式褶皱、深部多层滑脱和双重逆冲推覆构造为特征,具SE向NW的逆冲扩展变形规律,与古太平洋板块的前进式俯冲有关。白垩纪主体以大陆伸展为主,经历了伸展和挤压变形交替,并伴随着岩浆活动的爆发、迁移和停止,其可能与板片俯冲动力学变化有关。在此基础上,我们分析了白垩纪岩石圈长距离伸展的深部过程及浅表响应,提出了岩石圈随深度变化的分层差异伸展模式。自下而上,从岩石圈地幔到上地壳,应变近一致地表现为(W)NW- (E)SE伸展,反映了垂向变形一致性。可能的垂向应力传播过程：板片后撤诱发长距离地幔流,其在岩石圈底部形成剪切牵引应力,促进下岩石圈地幔被动拉伸;上岩石圈地幔局部发育强应变剪切带,作为应力传播构造,其可有效加强壳- 幔间剪切,促进下地壳韧性拉伸,将下地壳和岩石圈地幔的变形关联。我们认为岩石圈伸展、板片后撤和地幔流形成了三位一体的动力学耦合系统,将华南岩石圈长距离伸展的驱动力归结为：① 古太平洋俯冲带海沟后撤和板片回卷诱发的远程效应,和② 地幔流在岩石圈底部施加的剪切牵引应力。     

大别造山带现今构造格局的形成——来自石英C轴组构的证据

石英C轴组构常常记录递进变形过程中晚期增量变形的构造特征,因而可以通过对大别造山带内岩石中石英C轴组构的分析来确定造山带构造变形历史中的晚期变形事件的运动学特征。本次工作在大别造山带各单元中采集了一系列样品,对其进行石英C轴组构分析。石英C轴组构结果表明,北淮阳带就位于同造山折返第一阶段,其运动型式为上盘向NW的剪切变形;南大别高压—超高压榴辉岩带与宿松杂岩带就位于同造山折返第二阶段,运动型式表现为上盘向SE的剪切变形;北大别带就位于早白垩世穹状隆升过程中。北大别带在穹状隆升过程中表现为上盘向NW的运动型式,在深部可能存在向NW方向的下地壳物质的塑性流动。     

内蒙古大青山高级变质岩韧性剪切带及其流变机制

大青山高级变质岩不仅记录华北克拉通早期大陆形成演化历史,也保留了中下部地壳岩石流变信息,它们经历了下部地壳构造层次高角闪岩相-麻粒岩相条件变质变形、深熔作用改造,形成了复杂构造样式和构造要素组合.韧性剪切带是高级变质岩中主要构造形迹,控制着早前寒武纪高级变质岩主体构造格架.依据野外地质产状、变形特征与构造要素叠加改造关系,韧性剪切带划分为早期近水平顺层伸展型和晚期陡倾韧性剪切带.近水平顺层伸展韧性剪切带呈残留状保留在后期变形改造较弱部位上,主要沿着不同地质单元或者岩性层界面上发育,是在伸展变形体制下形成的.晚期陡倾韧性剪切带呈近东西方向展布,规模较大,叠加和改造早期构造形迹,形成于晚期造山挤压构造环境中,以左行滑移为主.这两种韧性剪切带都形成于地壳中深部构造层次高角闪岩相-麻粒岩相条件下,变形机制主要为熔体增强颗粒边界扩散和颗粒流动,使岩石发生大规模的塑性流动.在宏观上形成了不对称流动组构、条纹条带构造、熔融线理、层内流动褶皱等构造形迹,在微观上矿物晶体没有发生明显塑性变形,均匀消光,晶体为三边平衡结构,与静态变质结构相似,形成了地壳深部构造层次上变质构造岩-构造片麻岩.      

北大别造山后穹隆构造的形成过程与变形模拟

北大别穹隆是在早白垩世造山后伸展活动中形成的。其北界为北西西走向、倾向北北东、正左行平移的晓天-磨子潭韧性剪切带,南界为北西走向、倾向南东、右行“逆冲”的五河-水吼韧性剪切带。通过对这两条剪切带的构造观测、运动学分析、石英C轴组构测量、变形温度分析及变形模拟,表明剪切带原先为中地壳同一近水平的韧性拆离剪切带。该拆离剪切带在原始近水平状态时的活动为上盘向280°方位的伸展运动。随后在大规模岩浆活动与北大别穹隆的隆升中,这一剪切带被动地抬升与剥露,而出露于现今的穹隆边界上。变形模拟显示,北大别穹隆构造现今为近EW轴向的背形,其上隆幅度西强东弱。北大别穹隆的形成过程表明为典型的造山带变质核杂岩。     

河淮地幔亚热柱的演化及其对华北地区成矿的控制作用

本文依据华北地台东部的地球物理测深资料、火山－岩浆活动、沉积建造特征及构造演化历史，提出河滩地区是中生代以来强烈隆升的地幔亚热柱。亚热柱的强烈上升使岩石圈下部发生热减薄，上地壳发生裂陷，新生界堆积厚达５－９ｋｍ。岩石圈热减薄仅至６０－８０ｋｍ。金、银等成矿元素除部分来自赋矿围岩之外，其主要部分来自地核，并以气态随地幔热柱向上运移，当其进入亚热柱阶段时，部分转变为液态．呈气－液混合相随亚热柱运移，当伞状外展亚热柱被造山带陡倾韧性剪切带切割时，气－液相全、银随深熔岩浆或沿韧性剪切带向上迁移，并在幔枝（变质核杂岩）构造的有利扩容带富集成矿。     

桐柏-大别造山带的剪切带阵列

桐柏－大别造山带在长期的韧性再造和脆性改造过程中，形成了有规律的剪切带阵列，包括韧性剪切带阵列和脆性剪切带阵列。它们是多期碰撞造山和造山期后伸展塌陷的产物，并在造山带的流变学和构造演化过程中起着重要的调整作用。造山带内的镁铁、超镁铁质及榴辉岩岩带则是涉及下地壳及上地幔流变的韧性剪切带阵列的代表。这些剪切带阵列经历了长期的演化历史，具正向的、反向的、螺旋形或旋回式的流变学演化轨迹。     

长江中下游地区中生代陆内构造作用与成因分析

长江中下游地区多期构造叠加、复合联合作用明显,中生代以来地壳运动频繁、构造活动强烈,地表为桐柏-大别造山带,九岭-江南隆起带,其间为对冲样式构造组合的长江复合构造带。大别造山带前陆深地震反射剖面揭示长江中下游深部为“双鳄鱼构造”状态,大量前陆断褶带的物质被掩盖在大别造山带之下,岩片叠置、断裂交错的镶嵌构造极为发育,下地壳切过莫霍面向北俯冲,是后期岩浆的活动通道和就位空间。综合地球物理剖面揭示下扬子地区南北岩石圈结构差异明显,上地壳南北对冲构造发育;下地壳为向北倾斜的构造带,北部仍向南逆冲,南部切过莫霍面向北俯冲。长江中下游地区上述构造的形成受控于长江陆内异化带的作用,该带是一条陆内岩石圈规模的向北倾斜的破裂带,发生在中国大陆形成之后,不受早期板块界线的控制,是岩石圈规模的大陆异化、物质重建、结构重组的产物;主要结构特征为上地壳对冲式逆断层组合,中地壳为水平流变层,下地壳切过莫霍面由南向北俯冲;形成过程是印支晚期-燕山早期中国陆内近南北向挤压,地壳破碎,岩石圈加厚;燕山晚期大规模伸展拉张,岩浆活动,壳幔混熔。特殊成因机制和演化过程的综合效应是长江陆内异化带的地质内涵。深部物质沿长江陆内异化带上升,在上部地壳内多期叠加构成的构造格架中就位,岩体形态在深部近东西向呈带状,中部状态复杂,浅表受控于多种构造组合形式,见空即灌。     

滇西新构造运动时期陆内伸展作用

上新世一第四纪为滇西的新构造运动时期,代表了本区喜马拉雅造山期后的伸展作用时间,除形成区域性的角度不整合外,还形成了一系列小规模的转换拉张盆地,并产生大规模玄武岩浆喷发。洱源—遮放地震深度-速度剖面的P波速度,显示本区岩石圈具4层结构,即上部壳层、韧性壳层、下部固态壳层和地幔岩石圈。各层对比表明,地幔隆起导致热隆伸展作用及热流上涌,并在壳幔界面产生局部混熔,下部壳层发生区域深变质作用;韧性壳层产生强烈纯剪流动,上部壳层则以脆性—脆韧性走滑断层及层圈式滑脱被动地调整;地壳均衡作用不断地调整地幔隆起与地壳厚度的关系。     

甘肃华家岭-葫芦河一带韧性剪切带的发现及其地质意义

华家岭—葫芦河韧性剪切带呈NWW走向，属北祁连造山带与中祁连地块分界断裂，通过对其几何学、运动学、动力学等分析研究，认为峰期变形系加里东末期南北两大板块汇聚碰撞，拼合于华北板块南缘的软质陆壳(北祁连)向南侧刚性的中祁连地块斜向逆冲叠覆，从而产生自NEE向SWW兼右行走滑的逆冲式韧性剪切活动。