大陆中洋壳俯冲增生杂岩带特征与识别的重大科学意义

大洋或弧后洋盆俯冲增生是大陆地壳增长的主导地质作用.重建大陆中消亡的洋地层岩石组合序列是当代大陆动力学和地学研究的重大前沿.洋壳消减杂岩带的厘定是洋板块地质构造重建乃至全球大地构造研究之纲,是理解区域大地构造形成演化及动力学的核心.俯冲增生杂岩带的基本特征:(1)俯冲增生杂岩带物质组成的共性是:以强烈构造变形洋底沉积的硅质岩-硅泥质岩-粉砂岩、凝灰岩;弧-沟浊积岩等为基质;以洋岛-海山灰岩-玄武岩及塌积砾岩,洋内弧残留岩块,超镁铁质蛇绿岩、绿片岩、蓝片岩等为岩块.(2)变形样式:同斜倒转冲断叠瓦构造、增生柱前缘重力滑动构造以及泥质岩的底辟构造;增生楔前缘变形和增生形式受控于大洋或弧后洋盆的规模和洋壳的俯冲速度,也取决于陆缘碎屑供给量及洋底沉积厚度和岩性.(3)宽度和厚度:厚常达几千米,宽达几十公里至数百公里,延长上千公里,是洋壳俯冲消亡过程洋盆地层系统及陆缘沉积物加积的结果.(4)形成机制:是大陆碰撞前大洋(或弧后洋盆)岩石圈俯冲消减的产物.结合带中的早期俯冲增生杂岩带往往卷入晚期的构造混杂作用.     

造山带板内洋岛-海山残片的识别及地质意义

板内洋岛-海山残片是造山带“洋壳残片”的重要组成部分,对恢复造山带所代表的古洋盆的构造演化具有重要意义.然而,如何在造山带中识别板内洋岛-海山残片并通过其恢复古洋盆的构造演化等问题并不清楚.在综述现今板内洋岛-海山的岩石层序、岩浆岩类型、地球化学和同位素特征等的基础上,结合对青藏高原班公湖-怒江缝合带数个板内洋岛-海山残片研究的成果,初步总结了造山带板内洋岛-海山残片的识别标志及其地质意义、时代的确定方法等基础地质问题.板内洋岛-海山记录了丰富的洋盆演化信息,且是大洋俯冲消亡时最易保存的地质体.因此,在古洋盆构造演化的恢复中,对造山带板内洋岛-海山残片的研究至关重要.      

如何判定俯冲增生杂岩中的高度肢解的洋底高原-海山系统

巨型洋底高原或海山系统到达俯冲带发生俯冲以后会在俯冲过程中发生肢解,在增生杂岩带中形成面目全非的小型洋底高原-海山系统的断块或碎片,使得在增生杂岩带中识别古老洋底高原-海山系统变得十分困难。为此,本文提出了基于洋板块地层、岩石学和地球化学联合研究的新方法及其识别标志,重新审定增生杂岩中洋底高原或海山的成因。     

洋板块地层在造山带构造-地层区划中的应用

自元古宙以来地球表面洋陆位置不断变化,洋的面积总比陆地面积大.分布于大陆造山带区的古缝合带是古大洋或古大陆边缘小洋盆消亡的残迹,是洋板块地层研究的主要对象.针对占中国陆域3/5面积的造山带洋板块地层分布区,提出一级（称“构造-地层大区”）和二级（称“构造-地层区”）构造-地层的区划准则.将洋板块地层分为对接带型和叠接带型两大类,分别对应于构造-地层大区和构造地层区.对接带型以含N-MORB型蛇绿岩为标志,是古大洋消亡的残迹;叠接带型以含SSZ型蛇绿岩为标志,是古大陆边缘小洋盆消亡的残迹.对接带内的洋脊（蛇绿岩）、洋岛海山、洋内弧等亚型建造因卷入俯冲带内被肢解,多数呈残缺不全的岩块包裹在强烈构造剪切形变的远洋细碎屑和海沟浊积岩建造（称为基质）之中,呈俯冲增生杂岩带展布,对应于构造-地层区;对某些形体巨大的亚类（巨大的洋岛海山、裂离地块、大面积的深海平原硅质岩等建造）,进入海沟俯冲带内很难被完全肢解,呈逆（仰）冲地质体大面积分布,可归为构造-地层区.叠接带型可进一步划分出与弧前盆地、火山弧（含弧间和弧背盆地建造）和弧后盆地等二级构造-地层区划单元.      

洋板块地层学的概念、模式、组成及失序变化*

着重介绍了洋板块地层的概念、模式、组成及失序变化特征。造山带混杂岩和大陆边缘增生复合体是经历俯冲碰撞消亡后的古洋沉积记录,利用微体古生物地层学和同位素年代学方法可以重建造山带混杂岩和大陆边缘增生复合体的原始地层。洋板块地层(学)是用来描述沉淀在洋壳基底之上的沉积岩和火成岩序列的术语,其开始于洋中脊形成,终止于该洋中脊被移入到汇聚边缘增生楔。从造山带混杂岩中重建的古大洋地层的基本组成大体相似,但因大洋岩石圈的岩浆背景不同,造成不同时期和不同类型的洋板块地层组成也会有差异。在前人研究成果的基础上, 笔者通过对不同类型洋板块地层进行分类,介绍了如何从经历碰撞造山过程的增生造山带进行洋板块地层的重建。引入“洋板块地层学”概念的主要目的在于通过对因俯冲增生而消亡的具有洋壳基底的构造洋盆和边缘海盆地的地层单元进行重建,恢复已消失洋的地层组成单元,这对造山带地层解析、造山带构造古地理恢复、重大构造变革期古地理学研究和板块重建等都将起到积极的促进作用。     

南羌塘印支期增生造山带组成、结构及演化

造山带可分为增生型、碰撞型和板内型3种类型。增生型造山带由于能最大程度保存大洋俯冲过程中的地质信息,对反演古洋盆的俯冲碰撞历史具有重要意义。因此,识别增生型造山带所包含的海沟、增生杂岩、弧前盆地、岩浆弧和弧后盆地等古俯冲带基本单元,是阐明其大地构造意义的关键。其中,增生杂岩作为大洋俯冲增生的主体产物,其内部物质组成、平面和垂向结构,以及所记录的构造变形变质历史等信息,可直接揭示汇聚过程中的动力学演化和增生造山历史。南羌塘增生杂岩是近年来在西藏中部新识别出的地质单元,是解答古特提斯洋形成演化、羌塘中央隆起的成因等科学问题的重要载体,具有重要的资源和能源意义。然而,该套杂岩在大地构造属性、动力学过程、精细的俯冲带结构以及深部地质过程等方面仍存在大量未解决的问题。本文因此开展古俯冲带识别、增生杂岩物质和结构精细研究以及高压变质岩折返机制探讨等研究,以期阐明南羌塘增生杂岩的组成、结构及地质演化,为研究资源、能源成矿背景及勘查布局提供理论基础。本文研究发现,羌塘地体中部保留着相对完整的沟-弧-盆体系,包含陆缘弧、弧前盆地、海沟斜坡盆地、含高压变质岩增生杂岩等构造单元,证实了羌塘中部古俯冲带的存在...     

关于发展洋板块地质学的思考

为揭示造山带物质组成和结构构造,发展洋板块地质学,阐明大陆形成演化过程和动力来源,应用板块构造理论和地质学方法,对造山带俯冲增生杂岩带、蛇绿岩带等大洋岩石圈板块地质建造、结构构造进行系统研究,寻找俯冲带岛弧前弧火成岩组合;研究洋板块初始俯冲过程中,从前弧玄武岩到玻安岩、高镁安山岩,再到弧拉斑玄武岩和钙碱性熔岩的岩浆作用分阶段递进演变历史,以揭示洋盆向大陆转化的原始弧性质和前弧火成岩组合及洋陆转换过程,为建立和发展洋板块地质学奠定科学基础.     

大别山低级变质岩的构造背景

大别山南北两侧的浅变质岩是碰撞造山以前洋壳俯冲造山阶段的重要组成部分。木兰山片岩或张八岭群是俯冲的洋壳;苏家河群、信阳群和佛子岭群是由洋壳俯冲形成的海沟沉积,并因俯冲过程中的前进变形而形成增生楔;杨山煤系和梅山群是石炭纪弧前盆地沉积,并因俯冲过程中的前进变形而被增生楔逆掩。宿松群是扬子大陆被动边缘沉积,不是俯冲造山带的成员。因洋壳俯冲形成的弧和弧后盆地可能已被新生界沉积物掩盖。高压-超高压变质带是碰撞造山后期从深部折返的外来体。高压-超高压变质带正好处于洋壳和增生楔之间,破坏了早期洋壳俯冲造山带的完整性,使得洋壳俯冲造山阶段的特征被破坏,因而不易辨别。俯冲造山阶段应为奥陶纪到泥盆纪,碰撞造山阶段应从二叠纪开始。     

洋板块地质研究进展

中国存在多个时代、多种类型的造山带,发育了多种多样的俯冲增生杂岩带,经历了复杂多变的洋陆转换过程,如何揭示包括洋内演化和洋陆转换等的造山过程一直是一个难题。为此,中国区域地质志项目组提出了洋板块地质研究,试图通过对造山系俯冲增生杂岩带、蛇绿岩带等洋岩石圈地质建造、结构构造进行系统研究,再造洋岩石圈从洋中脊形成到海沟俯冲消亡、转换成陆的地质作用全过程。本文介绍了洋板块地质提出到现今主要的研究进展,包括四个方面。一是,初步建立了洋板块地质格架,洋板块地质的研究包括俯冲增生杂岩的物质组成、蛇绿岩类型及其形成的构造环境、洋板块沉积组合和洋板块地层、岛弧火成岩组合、洋陆转换的过程和机制、洋-陆转换过程与成矿作用等重要内容。二是,识别出北山牛圈子—马鬃山、嘉荫—依兰、陈蔡、东昆仑布青山—阿尼玛卿、鹰扬关、大洪山、甘孜—理塘、新余神山—新干神政桥等中国陆域62条主要的俯冲增生杂岩带/增生杂岩带。俯冲增生杂岩带是认识、理解造山系时空结构、组成和演化的关键。三是,在祁连地区识别出较为完整的洋内弧岩石组合。洋盆演化形成大陆过程中的洋内俯冲带是大陆的诞生地,洋内俯冲作用形成的洋内弧是洋盆演化形成大陆的初始弧。洋内弧火成岩组合序列的发现为研究洋陆转换过程提供了岩石学依据。祁连造山带是洋板块地质研究的经典地区之一。研究显示,当金山出露完整的洋内弧岩石组合,这些岩石记录了洋内弧从初始俯冲到发育成熟的全过程,为探讨祁连造山带原特提斯洋构造演化提供了新的依据。四是,制定了洋板块地质构造图编图方案,编图内容主要包括俯冲增生杂岩带、岩浆弧、高压-超高压带、俯冲期和碰撞期构造形变要素和构造演化等。编图单元分为三级:一级为俯冲增生杂岩带;二级为岩片;三级包括基质和岩块。编图过程中需要明确岩浆弧的性质和归属,明确图面上某一岩浆弧与哪个蛇绿混杂岩或大洋配套。图面上对于构造要素的表达重点是区分俯冲和碰撞阶段。通过构造变形的时态、相态、位态研究,识别俯冲期和碰撞期的构造变形形迹。这是洋板块地质初步的研究成果,以俯冲增生杂岩带的研究为基础,探讨特提斯洋等大洋的演化、中国东部古太平洋/太平洋转换与中新生代成矿关系等重大基础地质问题是洋板块地质研究下一步的工作方向。目前,洋板块地质的研究还处于试点阶段,洋板块地质与成矿的成因联系等重大地质问题尚需今后更深入地研究。     

华南中部中新元古代造山带构造演化探讨

华南中部中新元古代造山带可以划分为5个地质构造单元：乐平-歙县构造混杂岩亚带、万年海相-滨海相沉积-火山沉积建造、赣东北蛇绿混杂岩亚带、怀玉火山-火山碎屑岩系、东乡-龙游混杂岩亚带。通过对不同构造单元形成大地构造环境分析，认为它们分别形成于火山弧-弧后盆地、弧间盆地、大洋岛弧、洋中脊、火山岛弧、弧前盆地等大地构造环境；华南中部中新元古代造山带属陆-弧-弧-陆碰撞造山带，发育在汇聚型板块边缘地带，古洋盆为一个多岛洋体系。中元古代末期(约1024Ma)古华南多岛洋开始关闭，大约在850Ma左右，整个古华南多岛洋最终关闭。     

川西藏东板块构造体系及特提斯地质演化

川西藏东可划分为巴颜喀拉、羌塘和拉萨3个板块构造体系。每个体系由结合带、岛弧褶皱带、弧后盆地褶皱带和盆后隆起组成。它们是在晚二叠世冈瓦纳古陆和劳亚古陆沿巴塘拼合带碰撞拼合的基础上，自ＮＥ而ＳＷ经历了三叠纪巴颜喀拉板块构造体系的形成、株罗纪羌塘板块构造体系的形成和白垩纪拉萨板块构造体系的形成以及新生代以来陆－陆碰撞造山和高原隆升而逐渐形成的。     

Geochemical evidence for the nature of the crust beneath the eastern North Penninic basin of the Mesozoic Tethys ocean

The North Penninic basin was a subbasin in the northern part of the Mesozoic Tethys ocean. Its significance within the framework of this ocean is controversial because it is not clear whether it was underlain by thinned continental or oceanic crust. Remnants of the eastern North Penninic basin are preserved in the Alps of eastern Switzerland (Grisons) as low metamorphic "Bündnerschiefer" sediments and associated basaltic rocks which formed approximately 140–170 Ma ago (Misox Bündnerschiefer zone, Middle Jurassic to Early Cretaceous). Nb/U, Zr/Nb, and Y/Nb ratios, as well as Nd–Sr isotopic and REE data of most of the metabasalts point to a depleted MORB-type mantle origin. They have been contaminated by magmatic assimilation of Bündnerschiefer sediments and by exchange with seawater, but do not prove the existence of a subcontinental lithospheric mantle or continental crust beneath the North Penninic basin. This suggests that the studied part of the North Penninic realm was underlain by oceanic crust. Only the metabasalts from two melange zones (Vals and Grava melanges) show a more important contamination by crustal material. Since this type of contamination cannot be observed in the other tectonic units, we suggest that its occurrence is related to melange formation during the subduction of the North Penninic basin in the Tertiary. The North Penninic basin was probably, despite the occurrence of oceanic crust, smaller than the South Penninic ocean where the presence of oceanic crust is well established. Modern analogues for the North Penninic basin could be the transitional zone of the Red Sea or the pull-apart basins of the southernmost Gulf of California where local patches of oceanic crust with effusive volcanism have been described.     

东天山新元古代—古生代大地构造格架与演化新认识

基于基础地质调查获得的新资料,对涉及东天山新元古代-古生代大地构造演化格局存在争议或认识模糊的准噶尔-吐哈地块、北天山洋盆和康古尔洋盆的属性及相互时空关联进行了重新界定。提出准噶尔-吐哈地块为相对刚性的、深部为0.8~0.55 Ga新生地壳但表层存在>1.0 Ga古老陆壳残片的具有大洋高原性质的统一块体,北界范围随着北部边缘的裂拚演化过程而随时间发生变化。基于对吐哈地块与中天山之间新发现的大草滩蛇绿岩以及其他蛇绿混杂岩带的系统梳理,提出古生代两阶段不同性质的洋盆演化模型。具有显著不同板块分隔意义的北天山洋盆主要出现于寒武-中泥盆世,代表长期分隔准噶尔-吐哈地块与中天山-塔里木板块的主大洋,而康古尔古洋盆是石炭纪-早二叠世早期叠加在已经缝合的北天山洋盆的古大陆边缘体系之上重新打开的持续时间较短的有限小洋盆。结合近年来其他相关研究新成果,重新构建了东天山地区新元古代-古生代构造演化模型。      

大陆的起源

太阳系固体星球都有类似的核-幔-壳结构,但唯独人类居住的地球具有长英质组成的大陆壳。太古宙大陆克拉通主要由英云闪长岩(Tonalite)-奥长花岗岩(Trondhjemite)-花岗闪长岩(Granodiorite)为主的TTG深成侵入体变质而成的正片麻岩和由基性-超基性酸性火山岩及少量沉积岩变质的表壳岩(绿岩)组成。已有的资料显示这些太古宙大陆岩石组合起源于大洋壳的部分熔融。大洋壳分为大洋盆地、洋中脊、岛弧和洋底高原(大洋岛)。前两者地壳的平均厚度只有5~10km,不可能成为形成太古宙TTG深成侵入体的场所。因此,长英质大陆或起源于板块构造体制下的岛弧,或起源于地幔柱体制下的洋底高原。板块构造体制下的岛弧模式能够很好地解释太古宙克拉通TTG深成岩的成因,即俯冲大洋板片部分熔融所形成的埃达克岩相当于太古宙高压(高Al2O2)型TTG,而俯冲板片脱水导致地幔楔部分熔融形成的玄武质地壳再次熔融所形成的钙碱性花岗质岩石相当于太古宙低压(低Al2O2)型TTG。然而,板块构造体制下的岛弧模式不能令人满意地解释太古宙绿岩带火山岩组合中缺少大量的安山岩、科马提岩~1600℃高温形成环境、克拉通规模近于同时侵位的TTG岩套、大规模卵形构造样式、代表性的逆时针P-T轨迹变质作用演化等诸多特征。相反,地幔柱洋底高原模式能够合理地解释太古宙绿岩双峰式火山岩组合的成因,即基性的拉斑玄武岩和超基性的科马提岩分别来自地幔柱头部部分熔融和尾柱熔浆,而酸性的英安岩、流纹质英安岩和流纹岩是地幔柱热异常导致的洋底高原底部的部分熔融物。按照地幔柱洋底高原模式,太古宙TTG岩浆是由洋底高原底部玄武质地壳的部分熔融而成,这样能够合理地解释为什么太古宙TTG能够在短时间内巨量产出并在形成时间上没有任何系统变化。地幔柱洋底高原模式还能合理地解释太古宙克拉通穹隆构造(dome-and-keel structure)样式、近等压冷却型(IBC)逆时针P-T轨迹,缺少蓝片岩和双变质带的等典型岛弧俯冲带的标志的特征。本文在对大陆起源的岛弧模式和地幔柱洋底高原模式综合评述的基础上,提出一个大陆起源于洋底高原的两阶段模式。     

川西甘孜-理塘结合带洋岛型玄武岩地球化学、年代学特征及其地质意义

甘孜-理塘结合带作为三江特提斯造山带与松潘-甘孜造山带的重要组成部分,发育大量的洋岛-海山岩石组合,洋岛玄武岩的存在标志着洋盆已发育成熟的洋壳.木里地区的洋岛-海山岩石组合由"基性火山岩+碳酸盐岩"构成,对基性火山岩的地球化学特征分析表明：基性火山岩SiO₂含量为40.17%~49.19%,TiO₂含量1.77%~4.86%,Al₂O₃含量9.67%~15.39%,MgO含量3.85%~17.75%,全碱含量（K₂O+Na₂O）0.87%~6.33%,属碱性玄武岩系列.稀土总量∑REE值较高,为106.21×10^-6~378.83×10^-6,（La/Yb）_N比值为9.23~39.41,为轻稀土富集型,Eu、Ce无异常,配分模式为右倾型.微量元素表现出大离子亲石元素Rb、Ba、Th、K富集,而亏损高场强元素Nb、Zr.稀土元素及微量元素特征与标准洋岛型玄武岩相近,源区为软流圈地幔石榴石橄榄岩,且部分经历了岩浆结晶分异,形成于洋岛台地环境.玄武岩的锆石U-Pb定年结果为218.96~221.71 Ma,表明洋岛型玄武岩形成于晚三叠世中期.     

青藏高原南部洋板块地质重建及科学意义

在复杂碰撞造山带中发现、识别和重建能够揭示从洋中脊形成到海沟俯冲消亡洋陆转换过程的洋板块地层(OPS)单元及岩石组合序列,是大陆动力学研究的重大课题。本文在冈底斯地块南部与雅鲁藏布江结合带东段地区发现和识别出大量洋岛、海山、洋内弧、楔顶盆地、大洋盆地等洋板块地层。通过对该洋板块地层岩石组合序列、产出状态与变形变质特征与形成时代、构造环境等的初步研究,得出如下新的认识:(1)新发现的洋板块地层单元是雅鲁藏布江结合带东段在特提斯洋演化过程俯冲消减而形成增生杂岩带的重要组成部分;(2)在青藏高原南部古特提斯和新特提斯洋同时存在并连续演化;(3)南冈底斯带在中生代具有新特提斯增生楔和增生弧的地质背景,并且该增生楔是冈底斯南缘加厚新生下地壳的重要物质组成部分,对斑岩铜矿的形成起了促进作用。     

蛇绿岩与大陆缝合线

从六十年代以来,被誉为“地球科学革命”的板块构造学说,引起广泛的地质工作者的重视。因为它能圆满地解释地球的主要面貌之间的动力学关系。板块构造的概念是近二十年来从各海洋区搜集的大量地球物理资料而发展起来的,因而在阐明洋壳(约200兆年)的构造比陆壳获得较大的成功。由于板块构造提供了一个全球动力学体系的框架,使人们对中生代以来的大陆演化的许多作用有所了解。对板块学说有兴趣的地质工作者,想根据均变论的原则,去解释古大陆的形成、演化的历史。