苏鲁—大别超高压变质带地壳速度结构及其俯冲、折返机制

三维P波速度解析研究结果表明，苏鲁-大别超高压变质带岩石圈地壳速度结构均具有上地壳明显高速且上凸、中地壳增厚、下地壳埋藏较深且莫霍面下凹等基本特征。与大别地区相比较，苏鲁超高压变质带存在着上地壳波速更高，且地表高速区面积与上地壳高速体体积大于大别；而莫霍面下凹程度不如大别地区，地壳山根已逐步趋向消失等独特的区域特征。显示了苏鲁地区曾发生过更激烈的俯冲与折返构造运动，与大别地区相比，有更多高速、高密度的超高压变质岩折返到上地壳与地表；然而在造山运动过程中比大别更早进入了造山运动后期等特征。对比研究结果表明，苏鲁-大别地段的造山、演化过程中，在构造运动基本相似的背景下，存在着区域性特征。苏鲁地区的造山运动以及超高压变质作用，有起始略晚、发生时期较短但相对激烈、结束早、比大别更早进入了造山运动的后期等特征。笔者分析了苏鲁区域性特征形成的主要构造原因是，郯庐断裂带的大规模左旋走滑运动以及通过中国华北区域的大范围NXV—SE向扩张应力场的影响。其中，中生代以来大华北地区的大区域扩张应力场的影响可能是该区俯冲到地幔内的超高压变质岩能够大量折返回地表或上地壳的重要构造原因。     

苏鲁造山带区域地壳山根结构特征

本利用苏鲁大别造山带及其邻区的三维P波速度资料，详细对比研究了苏鲁与大别超高压变质带莫霍面深度和深部P波速度结构分布特征。结果表明，尽管苏鲁、大别超高压变质带都具有上地壳明显高速且上凸；中地壳增厚；下地壳埋藏较深且下凹等共同的P波速度结构特征，与大别地区相比较，苏鲁超高压变质带还存在着独特的区域性特征。从地貌上看，苏鲁地区山脉已经基本消失。苏鲁超高压变质带的地壳厚度为32～33公里，深于其周围地区2～3公里，但是莫霍面下凹程度远不如大别地区，造山带地壳山根已逐步趋向消失。苏鲁地区上地壳P波速度高于大别，比其周围地区约快1～1．2km/s，有可能显示了该区有更多高速、高密度的超高压变质岩折返到上地壳与地表的岩石物性效果。大别造山带山脉依然存在，莫霍面下凹更明显，沿NWW向串状残留地壳山根最深为37～38公里，深于其周围地区3～4公里。对比研究结果表明，由于区域构造运动的作用，苏鲁大别造山带中的不同地段，在其造山、演化过程中也存在着差别。苏鲁的造山运动起始虽略晚于大别，但结束的更快，比大别更早进入了造山运动的后期。分析促使苏鲁造山运动进程加速的主要构造原因可能有两点，郯庐断裂带的左旋走滑运动以及通过中国华北区域的大范围NW-SE向扩张应力场的影响。大区域构造背景加速了苏鲁造山带地表高山侵蚀过程的同时，随着山根浮力的不断减弱，地壳深部山根逐渐趋向消失。地壳速度结构特征有可能反映了苏鲁造山带的地壳山根随着地表山脉的侵蚀而减弱，趋向消失的过程。     

苏鲁大别及其周围地区深部P波速度结构特征的初步分析

本文分析了苏鲁大别及其周围地区200km深的地震波速度结构。对上地幔50至200km不同深度的水平切面的速度结构特征进行了详细研究。结果表明,位于大别山地区下的西南侧存在着一个呈西北-东南延展的带状高速区;在苏鲁东海地区的下方,及东北方面也有高速度区域存在。这两个高速度区不相连。在大别山区东北端区与苏鲁超高压变质带的南端地区深部的两个高速区之间,即郯庐断裂的中部存在一个西北-东南延展的低速度区。大别山区下方深部呈现明显的速度梯度变化带。大别山区东端边界也是速度梯度变化带。郯庐断裂的北段,即与苏鲁超高压变质带为邻的部分下方,似乎是一个速度分界带或者速度不连续带。郯庐断裂的北段下方的速度结构与其两侧地区的速度结构明显不同。该段的两侧速度结构常常存在着明显差异。     

郯庐断裂带中生代构造演化史： 进展与新认识

总结出郯庐断裂带中生代运动学演化的过程与历史,概括为“两大运动时期、五个发展阶段”。第一运动时期对应于三叠纪—早侏罗世早期的“印支运动”,以扬子陆块与华北地块之间的拼合和碰撞造山为主导,郯庐断裂带经历了：①转换走滑阶段（240-220Ma）,其走滑活动局限在大别和苏鲁超高压变质带之间。这个阶段的陆-陆深俯冲作用使苏鲁超高压变质带向西韧性挤出,导致徐淮弧形构造带的形成和发育。②左旋平移走滑阶段（220-190Ma）,徐淮弧形构造带向南错移了约145km,并被大别山以北地区的东西向逆冲系统所吸收。左旋走滑扩展使郯庐断裂带贯穿整个华北和东北地区。第二运动时期对应于中、晚侏罗世至古新世时期的＂燕山运动＂,郯庐断裂带的演化与东亚活动陆缘的演化紧密联系在一起,经历了③中、晚侏罗世至早白垩世早期挤压走滑活动,伴随着华北东部地区岩石圈、地壳增厚和郯庐左旋走滑断裂系的发育。④早白垩世以地壳伸展和陆内裂谷断陷作用为主,使早期增厚的华北克拉通岩石圈发生垮塌和减薄。⑤晚白垩世—古新世以右旋走滑为主,沿断裂带及其两侧发育一系列拉分盆地。系统地阐述了郯庐断裂带中生代发育过程与地质特征,及其在东亚大陆演化历史中独特的作用。     

与时俱进,发展中国大地构造学

郯庐断裂带的起源时间与型式仍然存在着很大的分歧。最近在大别山东缘早白垩世左旋走滑韧性剪切带中 ,发现了早期左旋走滑韧性剪切带。其中三处早期糜棱岩中白云母分别给出了( 188.7± 0 .7)Ma、( 189.7± 0 .6 )Ma、( 192 .5± 0 .7)Ma的40 Ar/ 3 9Ar坪年龄 ,指示了同造山走滑热事件。前陆沉积与变形构造也表明该断裂带在华北与华南板块碰撞中就发生了活动。郯庐断裂带内的造山期构造及旁侧的前陆沉积与变形构造特征 ,指示断裂带同造山运动为转换断层型式 ,并将大别—苏鲁造山带左行错移了约 35 0km ,同时苏鲁造山带发生逆时针旋转。在早白垩世滨太平洋构造活动中 ,该断裂进一步向北延伸 ,发生了约 2 0 0km的左行平移。因而 ,该断裂带起源于华北与华南板块的碰撞之中 ,其同造山运动与这两大板块的碰撞过程相伴生     

肥东花岗质岩脉的变形及年代学特征对郯庐断裂带早白垩世构造活动的指示

郯庐断裂带肥东段位于大别造山带与苏鲁造山带之间。在肥东段西韦采石场内发育了大规模的北北东向左行走滑韧性剪切带和一条低角度的韧性滑脱正断层。走滑韧性剪切带为郯庐断裂带走滑活动的产物,低角度滑脱正断层则代表了伸展背景下的构造活动。低角度滑脱正断层上、下盘发育未变形和变形的岩脉,走滑韧性剪切带内外也发育有受剪切带活动而变形的岩脉。对采石场内岩脉的构造和同位素年代学研究表明,低角度韧性滑脱正断层在129~126Ma之间发生过剪切活动,走滑韧性剪切带的活动时间在125Ma之后。综合研究认为,郯庐断裂带的伸展活动可能开始于早白垩世早期(130Ma),但在早白垩世并非一直处于伸展活动之中,125Ma之后的左行走滑活动很可能发生在早白垩世的晚期。     

上地幔三维S波速度结构与大别苏鲁超高压变质带俯冲折返机制探讨

本文分析了中国东部的上地幔剪切波速度结构及其与超高压变质岩带之间关系的构造意义。结果表明,在华北块体下面150km深处的速度高于扬子块体的速度值。大别-苏鲁造山构造带下面存在着一条地震波速度变化带。苏鲁、山东半岛下面的速度分布与大别造山带下面的速度分布处于同一个速度等值区域上。横跨大别造山带的南北走向速度结构剖面上,在100km以上的地壳和上地幔区域,华北块体下与扬子块体下面的速度均略低平均值。100km以下,大别造山带南北两侧的扬子与华北块体下面的速度结构分布形态大相径庭。华北下面的波速高于扬子块体下面的波速。大别造山带下呈现速度异常,界线的南侧,有一个略低于零速度的负波速异常区,呈现由南向华北块体的下方斜冲形态,下冲角度大约为30°,其先端部位下冲深达300多公里,其外围零速度等值线的分布区,斜向下延伸超过400km。在速度结构变化分界线的北侧,一个零速度值的分布区带,呈现出从由100多公里深处从北向南朝地表面斜上冲形态。这些速度结构成像的几何形态可能意味着200Ma前大别超高压变质岩带的形成与演化的俯冲、折返的构造运动在上地幔和岩石圈中留下的“痕迹”。     

郯庐断裂带山东段深孔地应力测量及其现今活动性分析

已有的地表调查和GPS位移测量、深部震源机制等研究结果表明,郯庐断裂山东段现今活动性表现为顺时针压扭性活动特征。为揭示郯庐（郯城－庐江）断裂带山东段地表和深部之间地壳浅表层日本大地震发生后的现今地应力状态和活动特征,在鲁东北部花岗岩地区开展了600 m的钻探工程与地应力测量工作。钻探岩芯编录初步揭示地壳浅表层岩体结构特征,随深度系统的地应力测量结果表明,现今水平主应力起主导作用,易于断层走滑作用发生,且现今最大水平主应力方向为近东西向,反映出郯庐断裂带山东段现今活动特征为压性兼右旋走滑,与地表和深部已有研究成果相吻合。研究成果为郯庐断裂带山东段现今活动性研究补充了新的资料。     

北山构造带南部上地壳二维初至波层析成像

花海盆地—北山构造带南部位于青藏高原东北缘以北地区,是特提斯洋和古亚洲洋两大构造域的交接部位,自新元古代晚期以来经历了多期次、多阶段的板块裂解-俯冲-碰撞-拼合的演化历史,尤其是中生代以来的逆冲推覆和走滑作用,以及受新生代以来印度板块和欧亚板块碰撞的远程效应影响,导致青藏高原东北缘的向北扩展,形成了现今复杂的地质地貌结构。其地壳结构记录了多期构造作用的叠加,上地壳结构更是促进我们理解青藏高原东北缘向外的扩展机制及其对周缘块体的改造作用的天然记录本。本文利用2018年中国地质科学院在北山构造带南部完成的180 km深反射地震剖面的初至波(Pg震相)数据,通过层析成像反演方法,获得了花海盆地—北山构造带4 km深度范围内的上地壳P波速度结构。其主要特征为:花海盆地、总口子盆地和扎格高脑盆地均表现为较低的速度和较小的垂向速度梯度;研究区内的晚古生代花岗岩体具有明显的高速异常和较大的垂向速度梯度特征;左行走滑的阿尔金断裂带在花海盆地内表现为向北倾的高角度走滑性质,深度至少切穿花海盆地基底;北山南缘断裂带的推测隐伏区呈现速度等值线下凹的低速异常特征。同时,反演揭示的多处低速异常区指示了北山构造带南部的多处断层发育情况。     

长江中下游成矿带磁异常揭示的深部构造与成矿关系

长江中下游成矿带是我国最主要的铁铜金多金属成矿带之一。本文通过高精度航磁异常数据分析成矿带内磁异常的分布特征,研究表明,火山岩盆地和郯庐断裂带沿线的正磁异常呈团块状分布,而大别造山带和九华山的正磁异常呈宽缓分布,前者与成矿带内以铁矿化为主的多金属矿床密切相关。航磁异常边界识别结果清晰揭示了郯庐断裂带、晓天-磨子潭断裂和襄樊-广济断裂等区内重要的深大断裂,九江附近的边界可能是郯庐断裂带的南延。长江中下游及邻域的居里等温面深度变化范围约为23.5~31.5km,沉积盆地下方居里等温面总体呈现拗陷,火山岩盆地下方居里等温面总体呈现隆起,郯庐断裂带沿线的居里等温面呈带状分布的隆起。大别造山带和九华山下方居里等温面呈现拗陷,有别于火山岩盆地和郯庐断裂带沿线的居里等温面隆起。长江中下游成矿带内主要的铁铜多金属矿床点集中分布在居里等温面隆起或隆起边缘部位,指示了长江中下游早白垩世剧烈的岩浆活动使区域大地热流值相对较高,地壳深部的构造格局和岩浆活动制约了浅部的成矿。     

苏鲁造山带地壳上地幔结构层析成像研究

扬子与华北板块在三叠纪的俯冲碰撞形成了著名的苏鲁超高压造山带,其板块碰撞接触关系一直是热点问题.利用国家台网中心64个省台记录的1 079个近震事件的10 922个P波到时和251个远震事件的11 931个P波到时数据,采用远近震联合反演的层析成像方法对苏鲁地区进行了地壳上地幔速度结构反演.结果显示,研究区内两个低速异常区分别对应山东半岛西部的华北板块地幔上隆区和壳幔相互作用强烈的长江中下游成矿带地区.在地幔300 km深度之下出现的高速异常体可能代表了早中生代扬子与华北板块碰撞之前俯冲拆沉的古特提斯洋板块.传统观点的扬子板块岩石圈向北俯冲不明显,华北板块表现为向东南俯冲的高速特征.华北板块俯冲以苏鲁造山带中部的北纬35°为界,分为南北两种俯冲样式.北部俯冲不明显,华北板块停滞在郯庐断裂带以西;南部则表现华北板块向东南陡倾俯冲到苏鲁造山带之下.      

The crust and upper mantle of the Sulu UHPM belt

All results from integrated geophysical investigations in the Sulu region are summarized in this paper, trying to reconstruct the Sulu UHPM processes. New seismic S-wave tomographic results suggest a velocity-abnormal zone occurs beneath the Sulu crust, revealing detailed upper mantle structures that high-velocity lumps within the abnormal zone are sequentially distributed beneath the bottom of the asthenosphere. These high-velocity lumps might represent delaminated eclogites or residuals of the subducted oceanic plate. Based on integrated interpretation of the geophysical data, we propose a working model for tectonic reconstruction of the Sulu UHPM processes, which can explain the crust and upper mantle structures of the area. The involved tectonic processes are related to north-eastward escaping of the Sulu terrane, subduction and delamination cycles of the Dabie-Sulu oceanic plate, and post-orogenic lithospheric thinning and magma underplating. The UHPM rocks are believed to have syn-subduction delaminated down to the bottom of the asthenosphere during 245-180 Ma, and the delamination process seemed smooth and nearly continuous without extensive violence.     

郯庐断裂带的最大左行走滑断距及其形成时期

作者采用断裂带两盘地壳变形速度的估算方法,求得郯庐断裂带最大左行走滑断距为３９０ｋｍ;根据中朝地块南缘断裂被错断的现象来判断,最大左行走滑断距为４３０ｋｍ;采用古地磁学方法求得最大左行走滑断距约为３００－４００ｋｍ。最大左行走滑活动时期当在中晚三叠世。侏罗纪时期郯断裂带为逆断层,白垩纪时期的走滑活动量不大于１００ｋｍ,早第三纪的走滑断距不明显,晚第三纪－早更新世可能有５０ｋｍ左右的左行走滑断距,新构造期（<0.73Ma以来)的右行走滑断距小于lOOm。     

大别-郯庐-苏鲁造山带复合旋转拼贴作用

郯庐断裂带的成生演化与含超高压变质带(UHP)的大别及苏鲁造山带存在较密切的时空关系。郯庐断裂带所在的构造位置应是晚二叠世华北与扬子地块碰撞时的根带。UHP岩石的折返过程可能发生于华北、扬子地块的大角度旋转、拼合过程中。在华北与扬子地块的造山后期或者造山期后的构造变形中所记录的构造形迹经晚中生代以来的中国东部构造变形叠加而逐渐呈现复杂的构造组合,所谓“郯庐断裂带”的走滑平移即其中的一种运动方式。华北与扬子地块碰撞造山作用与陆内变形最终造就了大别—郯庐—苏鲁复合造山带。     

RELATIONSHIP BETWEEN P-T CONTITIONS OF TWO PHASES OF TAN-LU STRIKE-SLIP SHEAR ZONES AND DELAMINATION OF OROGENIC BELTS ON THE EASTERN MARGIN OF THE DABIE MOUNTAINS

The Tan-Lu fault zone joins the Dabie Mountains on its eastern margin, and offsets the Dabie and Sulu orogenic belts sinistrally for about 500 kin. On the basis of calculation of temperature and pressure experienced by the two phases of the fault zone as well as the thermo-chronological information on mylonite from the earlier and later Tan-Lu fault zones on the eastern margin of the Dabie Mountains, this paper discusses the delamination history and uplifting magnitudes of the Dabie Mountains from earlier Jurassic to earlier Cretaceous. From mineral assemblages, mineral deformation and muscovite-chlorite geothermometry calculation, it is known that the temperature experienced by the two phases of Tan-Lu fault zones are between 40℃ and 450℃, and the confining pressures are between 0.25Gpa and 0.36GPa for the earlier shear zones and 0.24-0.39GPa for the late shear zones. According to the geobarometry of Si-in-phengite and by considering shear heating and tectonic over-pressure, it is concluded that the maximum formation depths for the two phases of the ductile shear zones are not more than 12 kin. Differential formation depths for the two phases of shear zones are 1-2 km at most. At about 190 Ma and 128 Ma, the Tan-Lu fault zone experienced two phases of cooling events. During this period, the eastem margin of the Dabie Mountains experienced a tectonic calm period and no uplifting. According to information from the Tan-Lu fault zone, the uplifting magnitudes of the Dabie orogenic belts are not more than 12 km during the earlier Cretaceous.     

Is the HP–UHP Hong’an–Dabie–Sulu orogen a piercing point for offset on the Tan–Lu fault?

The Tan–Lu fault is a major strike-slip fault in eastern China that appears to offset the high-grade rocks of the Hong’an–Dabie–Sulu orogen left-laterally ∼540 km. We evaluate models for the collision between the South and North China blocks, published radiometric dates recording HP–UHP metamorphism and exhumation in the Hong’an–Dabie and Sulu terranes, and the timing of sinistral motion on the Tan–Lu fault to evaluate whether UHP rocks provide a piercing point for offset on the Tan–Lu fault. UHP metamorphism in Hong’an–Dabie was concurrent with Sulu based on U–Pb dating of coesite-bearing domains of zircon at 244 ± 5–226 ± 2 Ma for Hong’an–Dabie and 243 ± 4–225 ± 2 Ma for Sulu. Retrograde metamorphism began c. 220 Ma for both Hong’an–Dabie and Sulu, but retrograde zircon growth ended c. 214 Ma in Hong’an–Dabie and continued until c. 202 Ma in Sulu based on U–Pb dating of zircon domains external to coesite-bearing domains. Structures in Sulu are rotated 25° counter-clockwise from, but are broadly similar to, Hong’an–Dabie suggesting the two areas have a common Triassic orogenic history that pre-dates motion on the Tan–Lu fault, and that is consistent with paleomagnetic studies. We constructed a pre-Cretaceous restoration of the Hong’an–Dabie–Sulu belt that moves the Sulu terrane south, aligning the suture and the eclogite-facies isograd, and rotates Sulu c. 25° clockwise to re-align structures with Hong’an–Dabie. Our restoration is supported by published data and shows that the Hong’an–Dabie–Sulu orogen is a piercing point for post-collisional offset on the Tan–Lu fault and that these regions shared a common subduction–exhumation history. The Tan–Lu fault did not play a significant role in the Hong’an–Dabie–Sulu collision and likely developed later, in the Early Cretaceous.     

大洋板块拖曳窄条陆壳俯冲——大规模超高压变质形成的构造条件

超高压变质岩生成问题中解决低密度大陆地壳深俯冲力学机制是一个关键问题。虽然俯冲地幔岩石可以裹携十几千米乃至几十千米尺度的陆壳块体到超高压变质深度，大规模的陆壳深俯冲需要特殊的构造条件。新西兰南岛北端研究表明，俯冲大洋板块能携带宽度达150km左右的窄条陆壳克服浮力达到超高压变质深度，而大陆板块碰撞的主体则浮在岩石圈上形成走滑断层。苏鲁-大别可能曾存在类似的构造条件：苏鲁西侧俯冲海洋板片首先拖曳苏鲁陆壳俯冲到超高压变质深度；随后大别以西俯冲大洋板片拖曳大别至超高压变质深度，而陆壳浮力导致苏鲁陆壳停止俯冲，飘浮的陆壳被北推而形成郯庐断裂；秦岭陆陆碰撞造山后大别超高压陆壳也折返；秦岭作为典型造山带，虽然不排除零星超高压变质的可能，但不具备大规模超高压变质的条件。     

郯庐断裂带张八岭隆起段晚中生代岩浆岩继承锆石U-Pb年代学:源区属性及构造意义

大别与苏鲁造山带之间的郯庐断裂带张八岭隆起段,构成了华北与扬子板块之间的断裂边界。该边界带的深部结构状态长期以来存在着不同的认识。本文利用张八岭隆起带沿线出露的晚中生代岩浆岩中继承锆石U-Pb年代学信息,结合地球物理资料及Nd、Pb、Hf同位素资料,分析了其深部的岩浆源区属性及结构状态。张八岭隆起带北段晚中生代岩浆岩继承锆石年龄以1.9~2.7Ga为主,最大峰值年龄为2.5Ga;南段继承锆石年龄以2.2~2.6Ga为主,峰值年龄也为2.5Ga;郯庐断裂带庐江段则以含大量新元古代锆石为特征,在0.7Ga形成显著的分布峰值,并有早元古和少量太古代年龄信息。分析结果表明,张八岭隆起带北段的晚中生代岩浆岩源区为华北下地壳,南段的源区兼有华北和扬子陆壳的信息,而更南部庐江段则以扬子地壳源区为特征。电法剖面揭示,郯庐断裂主边界在张八岭隆起带下向南东倾斜,从而深部存在华北地壳;而南部庐江段转变为向北西陡倾,从而深部皆为扬子地壳。郯庐断裂深部产状特征支持其印支期应为斜向汇聚边界。而其中三叠纪继承锆石的缺失指示隆起带上变质岩应为原地岩石,而非来自大别造山带。     

大别山北缘商城岩体SHRIMP锆石U-Pb年龄、地球化学及地质意义

商城岩体位于大别造山带北淮阳火山岩带中段,被早白垩世金刚台组火山岩不整合覆盖,厘定其侵位时间和成因对于揭示大别造山带晚中生代构造演化具有重要意义.对岩体进行SHRIMP锆石U-Pb测年和岩石地球化学研究,岩体中心相肆顾墩单元巨斑状二长花岗岩15个锆石测点中有13个测点的206Pb/238U年龄加权平均值为130.2±1.7 Ma,代表商城岩体最终就位的时间.商城岩体具有高含量的Al₂O₃、Sr,高Sr/Y值和低含量的Y、Yb,轻重稀土分馏显著,无Eu异常（δEu=0.90~1.05）,发育Nb、Ta负异常,具有埃达克质岩石的地球化学特征.商城岩体3个岩相单元从早到晚长英质矿物结晶压力降低,侵位深度显著变浅,为挤压作用下主动侵位的结果.商城岩体是大别造山带早白垩世岩浆爆发的产物,岩浆起源于加厚下地壳的部分熔融,从商城岩体开始侵位至金刚台组火山岩喷发,该区地壳经历快速的隆升和剥蚀,而这一过程正是两者地球化学属性所反映的加厚下地壳减薄的浅表响应,130 Ma是大别造山带晚中生代构造体制转换的时间.      

利用遥感、重力多源信息研究郯-庐断裂带苏-鲁段构造特征

本文利用遥感与重力多源信息对郯庐断裂带苏鲁段构造特征进行了研究.应用构造地貌学方法分析了断裂带晚第四纪构造活动及地貌特征;基于Parker界面反演法,利用变密度模型计算了莫霍面深度;随后采用小波多尺度分析方法对局部重力场进行分离,进而分析研究了苏鲁段地壳密度非均匀性及深部地壳结构.沿苏鲁段断裂带发育的水系错断、断层陡坎...