再论台湾造山带构造格架与演化过程SCIEI北大核心CSCD

台湾造山带是中新世晚期以来相邻菲律宾海板块往北西方向移动,导致北吕宋岛弧系统及弧前增生楔与欧亚大陆边缘斜碰撞形成的。目前该造山带仍在活动,虽然规模很小,但形成了多数大型碰撞造山带中的所有构造单元,是研究年轻造山系统的理想野外实验室,为理解西太平洋弧-陆碰撞过程和边缘海演化提供了一个独特的窗口。本文总结了二十一世纪以来对台湾造山带的诸多研究进展,讨论了其构造单元划分及演化过程。我们将台湾造山带重新划分为6个构造单元,由西至东分依次为:(1)西部前陆盆地;(2)中央山脉褶皱逆冲带;(3)太鲁阁带;(4)玉里-利吉蛇绿混杂岩带;(5)纵谷磨拉石盆地;(6)海岸山脉岛弧系统。其中,西部前陆盆地为6.5Ma以来伴随台湾造山带的隆升剥蚀形成沉积盆地。中央山脉褶皱逆冲带为新生代(57~5.3Ma)欧亚大陆东缘伸展盆地沉积物由于弧-陆碰撞受褶皱、逆冲及变质作用改造形成的。太鲁阁带是造山带中的古老陆块,主要记录中生代古太平洋俯冲在欧亚大陆活动边缘形成的岩浆、沉积和变质岩作用。玉里-利吉蛇绿混杂岩带和海岸山脉岛弧系统分别为中新世中期(~18Ma)以来南中国海板块向菲律宾海板块之下俯冲形成的岛弧和弧前增生楔,其中玉里混杂岩中有典型低温高压变质作用记录,变质年龄为11~9Ma;岛弧火山作用的主要时限为9.2~4.2Ma。纵谷磨拉石盆地记录1.1Ma以来的山间盆地沉积。台湾造山带的构造演化可划分为4个阶段:(a)古太平洋板块俯冲与欧亚大陆边缘增生阶段(200~60Ma);(b)欧亚大陆东缘伸展和南中国海扩张阶段(60~18Ma);(c)南中国海俯冲阶段(18~4Ma);(d)弧-陆碰撞阶段(<6Ma)。台湾弧-陆碰撞造山带是一个特殊案例,其弧-陆碰撞并不伴随着弧-陆之间的洋盆消亡,而是由于北吕宋岛弧及弧前增生楔伴随菲律宾海板块运动向西北方走滑,仰冲到欧亚大陆边缘,形成现今的台湾造山带。     

台湾东部海岸山脉乐合弧前盆地层序:记录活跃斜向弧陆碰撞之构造演化

台湾东部海岸山脉弧前盆地层序由西侧的利吉混杂岩和东侧的残留弧前浊积层序组成,记录了北吕宋火山岛弧与欧亚大陆边缘碰撞的构造演化。在海岸山脉中段,利吉混杂岩不仅分布于乐合弧前盆地西侧,也出露于残留弧前层序中央。本文通过野外地质调查及微体化石研究,论述乐合弧前盆地内各地层单元的时空展布特征及其构造控制机制。综合浮游有孔虫与钙质超微化石研究结果,利吉混杂岩泥质基质可限定在早上新世4.3~3.4 Ma内,而残留弧前浊积层序沉积在晚上新世3.4~3.0 Ma,说明利吉混杂岩不是与残留弧前浊积层序同时异相的滑塌堆积,出露于盆地中心的利吉混杂岩也不是沉积于向斜轴部的最年轻地层。在乐合弧前盆地,年老的利吉混杂岩总体上分布于年轻的残留弧前层序西侧,该地层展布特征类似于台湾东南海域北吕宋海槽内受向东背冲构造控制的花东海脊–残留弧前盆地。这说明乐合弧前盆地早期沉积层序在不晚于3.4 Ma时同样受到背冲构造的控制,被变形抬升为花东海脊地形高区。而位于东侧的残留弧前盆地在3.4~3.0 Ma间继续沉积正常浊积层序。乐合弧前盆地的地层展布特征不仅记录了初期弧陆碰撞阶段的向东背冲构造,也记录了成熟期弧陆碰撞阶段的向西逆冲构造。在成熟期弧陆碰撞阶段,花东海脊被进一步向西剪切为利吉混杂岩,残留弧前层序及火山岛弧向西逆掩于利吉混杂岩之上,形成海岸山脉。由于河流的侵蚀作用使得部分利吉混杂岩以构造窗的方式出露于盆地中心。     

台湾地区弧-陆碰撞控制的海相前陆盆地

依据现有的地震、钻井和野外地质资料,综合前人关于台湾地区板块相互作用、区域大地构造、岩浆活动、弧-陆碰撞过程、沉积盆地、层序地层等方面的研究成果,本文比较系统地论述了台湾地区弧-陆碰撞过程中的盆地特征及演化规律,认为约15 Ma以吕宋岛弧带为主的弧-陆碰撞对盆地样式和盆地演化产生了重大影响,自东向西,分别形成海沟、沟-坡盆地、弧前盆地、弧内盆地和弧后海相前陆盆地。弧后海相前陆盆地为台湾碰撞带最大的沉积体系,是前陆盆地发育的早期阶段,之前还经历了陆缘断陷盆地阶段和被动大陆边缘盆地阶段。研究区沉积物从源到汇的搬运过程中,盆地的沉积与构造之间的时间存在明显滞后。9~6 Ma期间,吕宋岛弧形成;晚上新世(3 Ma),台湾海相前陆盆地的沉积环境、沉积相、物源等才发生显著变化,沉积物源方向由被动大陆边缘盆地期的向SE倒转为向SW,盆地沉积与构造运动之间滞后时间长达3~6 Ma,远大于一般认为的0.1~1 Ma。沉积物沿年轻造山带走向搬运、基底沉降导致近物源区粗碎屑物质的沉积、整个搬运体系中沉积物的局部保存与释放等因素可能是导致时间滞后的主要原因。     

台湾利吉蛇纹岩角砾碎屑岩地球化学特征及其指示意义

马里亚纳海沟弧前广泛发育来源于深部地幔楔、由泥火山作用形成的碎屑蛇纹岩,并且在泥火山顶部海底有非生物成因甲烷渗漏和无光合作用的自养生物群,是地球科学界的研究热点。在弧陆碰撞形成的台湾利吉混杂岩带发育有蛇纹岩角砾碎屑岩,一直有构造成因、沉积成因与构造沉积复合成因的争议。本次研究对台湾利吉蛇纹岩角砾碎屑岩的岩石学和地球化学进行了研究,蛇纹岩角砾碎屑岩呈层状或巨砾发育于台东利吉村附近的混杂岩泥质基质中,蛇纹岩角砾碎屑岩的角砾和粉砂质-泥质基质均由蛇纹岩组成,角砾呈次棱角状至次圆状,显示沉积成因特征。蛇纹岩角砾碎屑岩的Al2O3-MgO-CaO位于与蛇绿岩套有关的变质橄榄岩范围内,且偏低的Al2O3和CaO含量表明,其来源于活动大陆边缘俯冲带上盘的弧前环境。此外,蛇纹岩角砾富集As、Sb和Pb元素,暗示具有俯冲带上驮板块地幔楔蛇纹岩的特征,并富集来自俯冲板片的中低温流体。因此,利吉蛇纹岩角砾碎屑岩很可能来自俯冲带上盘地幔楔,由北吕宋火山岛弧弧前基底形成的蛇纹岩通过泥火山作用喷出海底,最后经弧陆碰撞进入台湾利吉混杂岩带。     

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。     

台湾岛以南海域新近纪的弧—陆碰撞造山作用

台湾岛以南海域(台南滨海)弧—陆碰撞带位于欧亚板块、菲律宾海板块和南海的结合部位,是新近纪弧—陆碰撞研究的理想场所。本文通过对南海973航次在该区域的多道地震剖面的解释,认为台南滨海弧—陆碰撞带增生的火山—沉积楔由恒春海脊和高屏斜坡两部分组成,前者是菲律宾海板块的增生楔,后者是欧亚板块的增生楔,在增生楔体和火山弧之间是作为弧前盆地的北吕宋海槽。自中新世中期以来,南海洋壳开始沿着马尼拉海沟向菲律宾海板块俯冲,形成活动大陆边缘的增生部分——恒春海脊;与此同时菲律宾海板块开始向北西方向移动,前缘的吕宋岛弧距今6.5Ma以来朝着亚洲陆缘斜向汇聚,形成了被动大陆边缘的增生部分——高屏斜坡。由于菲律宾海板块和欧亚板块之间的斜向汇聚,弧—陆碰撞具有穿时性,造山作用首先发生在台湾岛的北部,然后向南部及台南滨海发展。     

中国东部大陆边缘晚新生代构造演化及板块相互作用过程重建

晚新生代中国东部大陆边缘的构造活动主要集中于东海东缘。中新世以来菲律宾海板块俯冲、冲绳海槽弧后张裂、台湾弧-陆碰撞等一系列重大构造过程,塑造了现今琉球沟-弧-盆体系、台湾碰撞造山带和南海东北部的构造-地貌格局。本文基于对重磁和多道地震资料的解译,并结合前人研究成果,恢复了冲绳海槽构造演化史,阐明了冲绳海槽弧后张裂和台湾弧-陆碰撞之间的关系。在此基础上,重建了中新世以来欧亚板块、菲律宾海板块、南海板块之间的相互作用过程模型。本研究有助于进一步理解板块汇聚背景下东亚大陆边缘深部动力-热力过程对浅部构造格局变迁的制约和影响。     

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。     

闽东南中生代碰撞造山带的确认证据

闽东南地区的大地构造性质屡有争议。本文依据造山带类型划分和碰撞造山带大地构造相模式理论鉴别出了闽东南活化基底、泉州蛇绿混杂岩带、长乐-南澳韧性剪切带、台湾西部前陆磨拉石盆地、闽东南沿海前陆褶冲带活化盖层和壳内低速带等大地构造相和碰撞造山带识别标志，确认闽东南地区为闽台微大陆与闽浙中生代火山弧碰撞形成的陆-弧型碰撞造山带，碰撞事件发生时间为100～120Ma。     

南海后扩张期大陆边缘闭合过程及成因机制

南海是西太平洋海域最大的边缘海,然而南海扩张终结后动力学过程研究仍较为薄弱.通过构造变革界面识别、褶皱冲断带沉积记录等方面的系统研究,揭示南海南部和东部陆缘在南海后扩张期的演化历程.研究表明南海南部和东部边缘经历了多个微板块从俯冲到碰撞的演变历程,形成了陆-陆碰撞、弧-陆碰撞、洋-弧俯冲等多个特征迥异的板块边界.南海南部陆缘属于古南海俯冲拖曳构造区,婆罗洲西北沙捞越-曾母地块率先碰撞,随后经历了婆罗洲东北沙巴-南沙地块碰撞、西南巴拉望-卡加延岛弧碰撞.南部多个微板块碰撞导致古南海呈剪刀式从西向东逐渐关闭和消亡,总体形成了以微地块碰撞、深海槽发育和造山带前缘巨厚沉积充填为特色的碰撞陆缘.东部陆缘属于菲律宾海俯冲-碰撞构造区,南海东部洋壳自中新世开始向菲律宾海板块俯冲,弧-陆碰撞仅局限于东部陆缘南北两端.澳洲-印度板块、菲律宾海板块与欧亚板块相互作用控制了南海边缘海闭合过程,南海正在进行的关闭过程主要集中在东缘和南缘,东缘呈现了以南海洋壳消亡为特征的闭合过程,而南缘则呈现以微陆块碰撞为特征的古南海闭合过程.显然,南部后扩张期陆缘演变可为边缘海闭合过程研究提供极佳的范例,同时对我国海洋权益保护和南海大陆边缘动力学研究具有重要意义.      

辽宁北部早古生代弧－陆碰撞作用的发现及其构造意义

自然资源部中国地质调查局沈阳地质调查中心基础地质室构造研究团队在辽宁北部法库地区地质调查过程中,初步识别出了一次弧－陆碰撞作用.根据地质年代学研究,其主要发生在早古生代.该发现为华北板块北缘东段松辽盆地覆盖区的早古生代的构造演化史研究提供重要依据.     

赣东北-皖南元古代造山带构造格架及演化

赣东北-皖南元古代造山带位于扬子板块南缘江南造山带东段,经历了晋宁早期俯冲和晚期碰撞两个造山阶段,自北而南可划分为九岭褶皱变形区、鄣公山构造混杂岩带、江山-绍兴对接带,其间均以区域性构造带相隔,变形强度依次增强,中元古代变质地层分属于史密斯、有限史密斯、非史密斯地层范畴,难以建立总体地层层序而区别于传统的“史密斯”地层;同时,该套地层又形成于元古代扬子、华夏两板块的张开-闭合过程中的统一大地构造背景下,存在着一定的必然联系而有别于“地体构造”、“构造混杂岩”;依据地层组成结合岩石化学研究,在“构造混杂岩”基础上建立了“双列岛弧”的“沟弧盆体系”模式。     

五台山晚太古代碰撞造山带构造演化

应用构造－岩性－事件法将五台山碰撞造山带划分为３个构造片体;弧前混杂岩带,古岛弧系和弧后混杂岩带。提出该造山带构造演化５个阶段：洋盆扩张阶段（〉２６００Ｍａ）;南部洋盆向微陆块下俯冲－－微陆块转化为岛弧阶段（２６００￣２５００Ｍａ）;弧前碰撞－弧后消减阶段（２５５０￣２５００Ｍａ）;陆一陆碰撞阶段,伸展作用阶段（２５０￣２４００Ｍａ）。     

五台山晚太古代碰撞造山带构造演化

应用构造—岩性—事件法将五台山碰撞造山带划分为３个构造片体：弧前混杂岩带、古岛弧系和弧后混杂岩带。提出该造山带构造演化５个阶段：洋盆扩张阶段（＞２６００Ｍａ）;南部洋盆向微陆块下俯冲—微陆块转化为岛弧阶段（２６００～２５００Ｍａ）;弧前碰撞—弧后消减阶段（２５５０～２５００Ｍａ）;陆—陆碰撞阶段（２５５０～２４５０Ｍａ）;伸展作用阶段（２５００～２４００Ｍａ）。     

于田县幅、伯力克幅地质调查新成果及主要进展

发现其曼于特早古生代蛇绿混杂岩带和二叠纪普鲁-阿羌裂谷型火山岩带.确定苏巴什蛇绿混杂岩带的形成时代为石炭纪-中二叠世.查明阿尔金断裂延入西昆仑表现为转换断层的性质.认为其曼于特蛇绿混杂岩与库地蛇绿岩相当,代表震旦纪-早古生代原特提斯多岛洋内亲塔里木板块的小洋盆;苏巴什蛇绿混杂岩带归属于晚古生代古特提斯沟-弧-盆体系,为弧后陆缘小洋盆消减的产物,该盆地于中二叠世末褶皱,代表晚古生代弧-陆碰撞后的大陆增生;晚二叠世-三叠纪沉积及巴颜喀拉山群奠基于特提斯洋盆之上,在接受大量陆缘碎屑沉积的同时向北侧的古生代增生造山带之下俯冲,形成了昆仑山最南侧、规模最大的晚三叠世-侏罗纪二长花岗岩带,并最终实现洋-陆转化.     

造山带混杂岩及相关术语

中国造山带面积约占全国陆域面积的3/5。造山带区由于经历过复杂的多岛洋演化,陆缘增生与陆-陆碰撞等多期次强烈的构造活动,形成了类型多样的混杂岩。混杂岩的识别与分类是造山带地质编图的重点与难点。本文介绍国际国内对混杂岩概念的理解,对与混杂岩紧密相关的名词术语,如蛇绿岩和蛇绿混杂岩、俯冲增生杂岩、杂岩、岩片和超岩片、非史密斯地层、构造地层、洋板块地层、对接缝合带、叠接缝合带等的含义进行了阐述。针对中国造山带地质特征,中国造山带混杂岩可划分出沉积混杂、构造混杂、沉积-构造复合混杂三大类。沉积混杂主要发生在威尔逊旋回的早期阶段(洋拉张阶段),构造混杂和沉积-构造复合混杂主要发生在威尔逊旋回的晚期阶段(洋俯冲消减-碰撞阶段),俯冲增生杂岩是俯冲带由俯冲消减-碰撞作用形成的构造混杂岩。     

南海东北部台湾浅滩陆坡的浊流沉积物波的发育及其成因的构造控制

南海东北部马尼拉海沟发育有面积达35 000 km2的、壮观的沉积物波波域,水深2 600～4 100 m。基于波域的特征、区域分布、物质组成等,判断其为重力流成因。该波域于1.2 Ma开始起动,从而形成了和下伏平行反射截然不同的波状反射,二者之间为沉积物波的起动面。该波域的发育史受控于台湾造山运动的发育史,吕宋岛弧在北西西向运动的菲律宾海板块的携带下,于6.5 Ma左右和欧亚大陆边缘发生斜向弧—陆碰撞,碰撞焦点持续向南转移,于1.2 Ma左右转移至台湾南部,造成台湾南部的物理剥蚀、乃至向毗邻深水的碎屑供应急剧增加,改变了深水沉积动力学状态,浊流活动的强度和频率极大加强,从而开始了该波域的起动和发育。该沉积物波的发育和台湾造山运动构成了完美的构造活动和沉积响应关系。     

台湾西部前陆盆地和帝汶海前陆盆地的比较学研究

台湾西部前陆盆地和帝汶海前陆盆地均是新生代环太平洋巨型沟-弧-盆体系的一部分。Huang et al.(2000)认为,帝汶海前陆盆地目前相当于台湾南部陆海域所处的弧-陆碰撞的初始阶段。我们认为,该研究中存在着一种潜在的逻辑上的矛盾。在研究单个前陆盆地时,造山过程和板块的挠曲特性均会成为关注的焦点;而一旦进行盆地之间的对比研究,则往往会倾向于关注造山过程、机制以及构造现象的异同等,并由此得出相应结论,却忽视了在现象异同的背后所隐藏着的板块挠曲特性所起的控制性作用。事实上,帝汶海前陆盆地和台湾西部前陆盆地的根本差异并不在其造山作用和过程,而在于其板块挠曲特性的巨大差异。正是这种差异决定了二者具有完全不同的演化特性,构造、层序上的异同只是这种差异的外在体现。忽视这种差异,仅根据构造上的异同以推断前陆的演化过程会导致认识的偏差。     

钦-杭接合带之构造特征

华南大陆壳由扬子地块和华夏地块两个主要的地质构造单元组成,其间发育一条板块碰撞拼接带——钦-杭接合带,依据地层组成、构造变形差异,进一步划分为鄣公山构造混杂岩带、绍兴-江山对接带,前者叠加发育在扬子地块南部陆缘江南古岛弧之上,后者代表两地块间消减了的大洋及边缘海混杂体,经历了晋宁-加里东多期碰撞拼贴：晋宁期华夏陆块向扬子陆块俯冲、碰撞、走滑,形成了透镜-网结状韧性剪切系统争三期褶皱变形;加里东运动,华夏陆块再次与扬子陆块碰撞、仰冲,导致华南加里东造山带逆冲推覆在晋宁期造山带之上。至此,两者最终焊接成一体,形成了统一的晚古生代沉积盖层。     

缅甸含油气盆地群形成演化及其地球动力学背景

基于不同构造单元地质记录的分析,结合板块重建及地球动力学背景,对缅甸含油气盆地群的形成演化及其地球动力学背景进行了探讨。研究表明:缅甸含油气盆地群的基底是晚基梅里期变质杂岩;晚白垩世至始新世,新特提斯洋壳向西缅地块之下NNE向斜向俯冲,在西缅地块西缘发育增生楔,而在西缅地块内形成了火山弧、弧前裂陷盆地和弧后裂陷盆地;渐新世以来,新特提斯关闭,随后印度地块与西缅地块北段陆陆碰撞,西缅地块北部的盆地演化为弧后前陆盆地;印度洋壳向西缅地块中段和南段之下NEE向俯冲,西缅地块西缘先期增生楔逐步隆升为印缅山脉,印缅山脉东侧的西缅地块中南部盆地均演化为弧后挤压盆地,印缅山脉西侧的若开盆地成为弧前盆地。