辽南变质核杂岩饮马湾山和赵房岩体锆石SHRIMP U-Pb年龄及其地质意义

辽南变质核杂岩形成于晚中生代华北岩石圈伸展和减薄背景下,其演化过程分为三个阶段：第一阶段（约130Ma）,在伸展作用下辽南地区发育拆离断层及其下伏韧性剪切带;第二阶段（130~120Ma）,同构造花岗质岩体的主动侵位影响了拆离断层的演化;同时在124Ma变质核杂岩的构造-岩浆活动达到峰值;第三阶段（113Ma之后）花岗质岩体在较浅层次侵位于停止活动的拆离断层带。辽南变质核杂岩发育与演化过程在年代学意义上揭示了华北板块晚中生代时期的区域性岩石圈伸展与减薄过程。本文认为由伸展后期侵位的赵房岩体所记录的拆离断层停止的时限（113Ma）可以作为华北岩石圈强烈构造岩浆活动的转捩点,113Ma之前华北板块广泛发育变质核杂岩、拉分盆地等一系列伸展构造,之后则以平稳的隆升和冷却过程为主。     

华北克拉通及邻区晚中生代伸展构造及其动力学背景的讨论

欧亚大陆东部晚中生代伸展构造十分显著,表现为大量发育的变质核杂岩、同构造岩浆岩、韧性拆离断层带等伸展成因的穹隆和地堑-半地堑盆地.通过对这些伸展构造进行系统分析、归纳和总结,将欧亚大陆东部晚中生代伸展构造发育区划分为:泛贝加尔-鄂霍次克带、华北西部带、华北东部带、华北南缘及秦岭-大别带和华南内陆带.这些伸展构造记录了大区域上的NW-SE方向伸展,构成了全球最大的陆壳伸展地区.这些伸展构造使地壳深部的岩石沿拆离断层折返至地表,从而使中下地壳结构发生了强烈的改造.除华北东部带给出了一个较为宽泛的伸展时段外,各个研究区所涉及的伸展穹隆及其相关的拆离断层所表现的伸展峰期时间均十分相近:位于130 ～ 126Ma之间.岩石圈根部的拆沉可能是这个巨型伸展构造带形成的动力学机制.这个模型为探讨华北克拉通破坏和减薄的时限、机制、模式及深部动力学背景提供直接的构造证据.     

庐山变质核杂岩伸展拆离和岩浆作用的年代学约束

庐山变质核杂岩是华南中生代岩石圈减薄事件的浅层响应。研究伸展拆离和岩浆作用在其形成过程中的相互关系,对于认识地壳浅层的伸展减薄过程和变质核杂岩的形成机制具有重要的意义。在宏观和显微构造研究的基础上,分别对基底拆离断层和玉京山岩体进行了40Ar/39Ar年代学和锆石U-Pb年代学研究,为伸展拆离和岩浆作用提供了年代学约束,主要获得了以下认识:(1)变质核杂岩核部玉京山花岗岩体的锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄为(133.0±2.1)Ma,代表了变质核杂岩核部岩浆活动的启动时间。(2)基底拆离断层下盘韧性剪切带内的白云母40Ar/39Ar年龄(140.4±1.7)Ma代表了庐山变质核杂岩的形成时间,也代表了庐山地区岩石圈伸展减薄的时间,即岩石圈伸展减薄始于早白垩世。(3)庐山变质核杂岩是中生代不同尺度的伸展拆离和岩浆活动共同作用的结果,在地壳浅层的具体形成过程中伸展拆离早于岩浆侵位,基底拆离断层的减压效应为深部岩浆的上升侵位创造了条件,岩浆侵位造成山体的隆升,又引发了盖层的重力滑脱。     

华北克拉通晚中生代壳-幔拆离作用: 岩石流变学约束

大陆岩石圈的流变学结构对于岩石圈深部过程(壳/幔过程)有着深刻的影响,直接表现在岩石圈壳-幔结构与浅部构造上.本文注意到华北克拉通晚中生代岩石圈减薄期间地壳的伸展、拆离与减薄在不同地区的宏观、微观构造及地壳岩石流变学等方面的差异表现与区域变化,以及现今和晚中生代时期岩石圈厚度的不均匀性.讨论了以水为主体的地质流体的存在对于岩石圈流变性的影响.综合克拉通东部与西部地壳/地幔厚度变化特点以及下地壳和上地幔含水性特点,阐述了晚中生代时期华北克拉通岩石圈内部壳幔耦合与解耦的规律,提出了华北岩石圈壳-幔拆离作用模型以解释华北克拉通晚中生代岩石圈减薄的基本现象与深部过程.提出区域性伸展作用是岩石圈减薄的主要动力学因素,东部地区在晚中生代伸展作用过程中壳-幔具有典型的解耦性,上部地壳、下部地壳和岩石圈地幔的变形具有显著差异性.而西部区壳幔总体具有耦合性,下地壳与岩石圈地幔共同构成流变学强度很高且难以变形的岩石圈根.     

沧县隆起献县变质核杂岩的发育特征及成因模式

渤海湾盆地周缘发育的多个变质核杂岩,很好地记录了华北克拉通东部晚中生代以来的地壳伸展过程。文中以渤海湾盆地西部献县凸起和饶阳凹陷为研究区,试图揭示盆地内部变质核杂岩的发育特征。根据井、震结合的方法,通过精细的构造解释,厘定了献县断层及其上盘的构造变形特征;利用凹陷内的钻井资料对献县凸起上发育地层的时代和岩性进行限定;结合区域上变质核杂岩的发育特征和形成背景,讨论了献县变质核杂岩的发育时间和成因演化模式。结果表明:在研究区内呈弧形展布的献县断层具有主拆离断层的特征,断层上盘的饶阳凹陷南部残留有中元古界和下古生界,且凹陷内发育有数量众多、不同倾向的次级断层;献县凸起上发育的地层为太古宇-古元古界,岩性包括角闪片麻岩、黑云二长片麻岩,局部发育有花岗片麻岩。研究认为,献县变质核杂岩具有典型变质核杂岩的基本特征,其形成时间为晚中生代(K1?),发育于华北克拉通东部岩石圈大规模减薄的背景下,并以滚动枢纽模式发展演化。     

辽南变质核杂岩的结构与演化

辽南变质核杂岩具有3层结构,由5部分构成,包括上盘异地岩块与半地堑状伸展盆地、下盘深成变质杂岩与同构造侵入岩体、介于上下盘之间的主拆离断层带共同构成。上盘异地岩块主要为新元古宙与古生界弱变形沉积岩系,岩层经历过印支期前伸展变形作用的改造。伸展盆地在辽南地区规模很小,仅局限于变质核杂岩的局部地段,其中发育了晚白垩世火山-沉积岩系。下盘变质杂岩由太古宙TTG片麻岩系为主,并有少量变质上壳岩系,它们被晚中生代时期同构造就位的二长花岗岩-花岗岩系侵入。拆离断层内发育了记录地壳不同层次拆离作用历史的各种不同类型的构造…     

辽南庄河地区栗子房变质核杂岩的发现及意义

在区域地质调查资料基础上,根据宏观与微观构造测量,通过分析区域岩浆活动性及其测年资料等,揭示了在辽南庄河栗子房地区存在另一个变质核杂岩构造,即栗子房变质核杂岩。该核杂岩具有3层结构和5个部分,即由新太古代变质深成岩及中生代花岗岩侵入体构成的下盘、由不同层次的构造岩组成的中部拆离断层带以及由前寒武纪沉积盖层和白垩纪伸展盆地构成的上盘。栗子房变质核杂岩形成于早白垩世,运动方向为上盘相对下盘由NWW向SEE方向运动,与辽南金州变质核杂岩和万福变质核杂岩在几何学、运动学极性和形成时间等方面具有很多相似性,形成于同一动力学背景。该变质核杂岩的厘定可为阐明华北克拉通东部晚中生代岩石圈减薄过程及岩石圈的力学和流变学属性提供依据。同时,变质核杂岩与金矿床成矿关系密切,栗子房变质核杂岩的拆离断层带附近可作为下一步金矿勘查的重点工作区,成矿潜力较大。     

华北克拉通中生代伸展构造研究的几个问题及其在岩石圈减薄研究中的意义

总结了华北克拉通及周边以变质核杂岩和穹隆为代表的伸展构造研究的进展和存在的问题,提出了值得进一步研究的几个重要问题及其在华北克拉通破坏和岩石圈减薄研究中的意义。以变质核杂岩和穹隆为窗口,开展推覆向伸展的转化机制、区域性伸展运动学特征、剪切应变类型、伸展构造发育的时间和过程的研究,有助于深入探讨增厚地壳向伸展减薄转化的起因和过程,确定减薄的区域运动学方式及时限,查明伸展构造变形对地壳及岩石圈减薄的贡献。这方面的研究将提升华北伸展构造研究的水平,有助于查明岩石圈减薄的地壳响应,为探讨华北克拉通破坏和减薄的时限、机制、模式及深部动力学问题提供直接的构造证据。     

松辽盆地变质核杂岩和伸展断陷的构造特征及成因

文中讨论了松辽盆地北部中央基底隆起变质核杂岩和徐家围子伸展断陷的构造特征、成因和演化 ,重点讨论了下列问题 :( 1)中央基底隆起变质核杂岩具有科迪勒拉变质核杂岩的许多特征 ;( 2 )识别出组成中央基底隆起变质核杂岩的多层次、低角度韧性拆离体系 ,它们是使中地壳的中深变质岩层抽拉至上地壳的主要原因 ;( 3)穹窿状火山岩台地于晚侏罗世 ( 145.7±6.2 )Ma形成 ,受顶部拆离断层控制的伸展断陷于早白垩世 ( 133～ 12 0Ma)形成 ,而邻近顶部拆离断层的糜棱岩年龄为 ( 12 6.7± 1.54)Ma。这表明变质核杂岩的形成始于晚侏罗世。早白垩世递进的伸展构造与变质核杂岩较深部的部分上拱至地表相伴生 ,推测该变质核杂岩的上拱和剥露、火山岩台地和伸展断陷盆地的形成可能是由伊泽奈奇和亚洲板块陆陆碰撞后的地幔拆沉作用、地幔的岩浆底侵作用以及伸展垮塌作用联合造成的。     

华北克拉通东部早白垩世伸展盆地的发育过程及其对克拉通的破坏

在晚侏罗世华北克拉通东部破坏之初出现了区域性隆起,全区缺失上侏罗统沉积。在早白垩世早期,出现了区域性的伸展活动,断陷盆地形成,克拉通南、北缘伸展活动最强,北部燕山构造带以出现变质核杂岩为特征,南部出现宽裂谷型盆地。早白垩世中期华北克拉通东部普遍出现了火山活动与岩浆侵入。早白垩世晚期克拉通上以出现窄裂谷型盆地为特征,沿北北东走向的郯庐断裂带断陷活动最强。这些断陷盆地的演化过程揭示,经历地表抬升后,克拉通破坏之初的岩石圈热而弱,从而形成变质核杂岩或宽裂谷型盆地。这期间的破坏强度在空间上具有不均匀分布的特征,受控于早期岩石圈地幔的结构。经过早白垩世中期的大量岩浆活动之后,早白垩世晚期克拉通岩石圈温度降低、强度变大,从而利用早期大型断裂构造形成窄裂谷型盆地。这现象支持华北克拉通东部晚中生代的岩石圈减薄是以逐渐拆沉机制为主。     

Late Mesozoic extensional tectonics in the North China Craton and its adjacent regions: a review and synthesis

ABSTRACT

The late Mesozoic tectonics of the North China Craton (NCC) and its adjacent regions were characterized by a general lithospheric extension and remarked by extensional dome structures, such as the metamorphic core complexes, syn-tectonic plutons, rolling-hinge structures, and widespreadgraben/half graben basins. According to our own field observations, laboratory work, and previous results of other groups, from north to south, five extensional domains have been delineated, namely Transbaikalia–Mongol–Okhotsk, western part of NCC, eastern part of NCC and Korea, Qinling–Dabie and its neighbouring, and the interior of South China Block, respectively. As the largest crustal scale extensional tectonic realm in the world, these domains are featured by a NW–SE extensional direction with strong extensional exhumation of middle to lower crust rocks to the surface along detachment faults. Geochronological work on these ductile detachment faults constrain a narrow activity period around 130 Ma except several extensive structures along the Tan–Lu fault, which documents a relative longer extensional period. The foundering of the lower part of the lithosphere could be a possible mechanism of this continent-scale extensional tectonics. This geodynamic model could help us to enhance the knowledge of the time, scale, and mechanism of the NCC destruction from the view of structural analysis.     

华北东部晚中生代区域伸展背景下同构造花岗岩体的起源与就位

花岗质岩浆的起源、迁移及就位是研究大陆岩石圈流变学特性的重要方面。然而,板内伸展背景下同构造花岗岩体的岩浆来源、就位机制和岩浆流动与区域应力场的关系等问题缺乏系统性的总结。晚中生代期间华北板块东部逐渐变为区域伸展体制,同时中浅部地壳形成一系列的韧性剪切带、变质核杂岩和拆离断层,这些伸展构造往往伴有同剪切变形的花岗岩体。因此,华北东部是系统研究板内伸展背景下同构造花岗岩体的最佳区域。本文选取多个典型的同构造花岗岩体,进行综合分析。通过归纳总结这些同构造岩体的岩石地球化学和年代学资料,发现多数同构造岩体具有多个岩浆源区,且较早就位的中性岩席(单元)往往来自壳幔混合岩浆或新生下地壳的部分熔融,而较晚的酸性岩席(单元)则主要来源于古老下地壳的部分熔融。这一特点反映了同伸展岩体岩浆源区由深至浅的演化规律,也揭示了区域伸展背景下源自地幔的流体和热量是触发地壳部分熔融的重要因素。通过分析岩浆就位过程中围岩和岩体中形成的定向及变形组构,发现华北东部同伸展岩体的就位模式可分为三大类:以扁平岩床或岩基形式就位于中部地壳的水平韧性剪切带内;岩浆以近直立运移的方式形成长轴平行拆离断层的岩基,就位于变质核杂岩核部或拆离断层下盘;岩浆就位于再活化的先存断裂,通过膨胀作用、挤压围岩获得就位空间并使围岩变形,形成类似底辟作用的就位方式。剪切应力和浮力是影响岩浆运移方向的重要力学参数。岩浆自源区上升的过程中浮力起着主要控制作用,就位于韧性剪切带时剪切应力起着控制作用,就位于浅部地壳的脆-韧性过渡带时浮力的作用再次凸显。     

华北克拉通东部南北缘中生代火山沉积格局及其构造转折过程

通过华北克拉通东部北缘和南缘盆地充填序列和盆地分布演化对比研究，解析了该区中生代构造转折过程。研究发现两侧盆地均大致从早侏罗世开始发育，约以晚侏罗世为界，之前盆地充填记录反映以挤压作用、岩石圈增厚为主，之后以陆内伸展、岩石圈减薄为主，显示晚侏罗世明显的构造转折，并且地壳浅部的构造体制转变均滞后于岩石圈深部构造环境的变化。然而，两侧盆地演化也有明显差别：①北缘燕辽地区从早侏罗世到白垩纪，发育了多层系的从基性、中基性到中酸性的火山岩及火山碎屑岩组合，而南缘合肥盆地仅在晚侏罗世早白垩世产出钙碱性火山岩及火山碎屑岩组合，反映出不同的深部构造过程和源区特征；②北缘的岩石圈减薄可能始于约163 Ma，南缘明显的岩石圈减薄则始于约149 Ma，而反映在盆地构造与充填尺度上的伸展作用分别对应于大约145 Ma和132 Ma；③晚侏罗世构造转折期，北缘燕辽地区粗碎屑沉积以河流体系为主，反映盆山地势高差较小；而南缘该期发育冲积扇体系，盆山地势高差较大；④北缘盆地沉积中心迁移规律复杂，而南缘总体呈现由南向北的迁移趋势。显然，大别山碰撞造山和后造山期强烈的隆升和剥露对南缘盆地演化具有极大的主导和制约作用，而北缘则显示出强烈的壳幔相互作用并伴有区域性的陆内挤压推覆（转折前）和张裂 伸展（转折后）交替的特点。华北克拉通晚中生代构造转折的时限北缘较南缘早，说明诱发这一转折事件的区域构造动力可能首先与华北北部壳幔相互作用密切关联。     

大别山造山带与安徽沿江中新生代盆地的盆山耦合关系

安徽沿江中新生代盆地位于大别山造山带南缘，为先挤压、后伸展形成的叠合盆地，是探讨扬子板块陆内深俯冲—大别山造山带隆起与中、下扬子盆地沉降的耦合关系的理想场所。在早中生代，大别山为华南和华北大陆碰撞造山带，华南地壳向深处俯冲并承受超高压变质作用，超高压变质岩不断向上折返，沿江坳陷具有前陆盆地性质，盆地充填有晚三叠世—中侏罗世磨拉石层序；在晚中生代，在中国东部整体的拉张背景下，大别山变质带完全折返上隆，处于变质核杂岩隆升状态，而沿江坳陷具有裂陷盆地性质，充填有晚侏罗世—早白垩世、晚白垩世—古近纪两个红色碎屑构造层序，起因于地壳拆沉而产生的均衡隆升和伸展断陷的构造耦合。     

Mesozoic lithospheric deformation in the North China block: Numerical simulation of evolution from orogenic belt to extensional basin system

Horizontal extension of a previously thickened crust could be the principal mechanism that caused the development of widespread extensional basins throughout the North China block (Hua-Bei region) during the Mesozoic. We develop here a regional tectonic model for the evolution of the lithosphere in the North China block, based on thin sheet models of lithospheric deformation, with numerical solutions obtained using the finite element method. The tectonic evolution of this region is defined conceptually by two stages in our simplified tectonic model: the first stage is dominated by N–S shortening, and the second by E–W extension. We associate the N–S shortening with the Triassic continental collision between the North and South China blocks, assuming that the Tan-Lu Fault system defines the eastern boundary of the North China block. The late Mesozoic E–W extension that created the Mesozoic basin systems requires a change in the regional stress state that could have been triggered by either or both of the following factors: First, gravitational instability of the lithosphere triggered by crustal convergence might have removed the lower layers of the thickened mantle lithosphere and thus caused a rapid increase in the local gravitational potential energy of the lithosphere. Secondly, a change to the constraining stress on the eastern boundary of the North China block, that might have been caused by roll-back of the subducting Pacific slab, could have reduced the E–W horizontal stress enough to activate extension. Our simulations show that widespread thickening of the North China block by as much as 50% can be explained by the collision with South China in the Triassic and Jurassic. If convergence then ceases, E–W extension can occur in the model if the eastern boundary of the region can move outwards. We find that such extension may occur, restoring crustal thickness of order 30 km within a period of 50 Myr or less, if the depth-averaged constitutive relation of the lithosphere is Newtonian, and if the Argand number (the ratio of buoyancy-derived stress to viscous stress) is greater than about 4. Widespread convective thinning of the lithosphere is not required in order to drive the extension with these parameters. If, however, the lithospheric viscosity is non-Newtonian (with strain-rate proportional to the third power of stress) the extensional phase would not occur in a geologically plausible time unless the Argand number were significantly increased by a lithospheric thinning event that was triggered by crustal thickening ratios as low as 1.5.