与陆-陆碰撞作用相关的盆-山构造数值模拟

陆-陆碰撞作用是导致大陆岩石圈各种地质作用发生的最重要的驱动机制,如何识别和标定陆-陆碰撞作用,特别是其四维时空演化,是地学界长期以来关注和研究的重点。陆-陆碰撞作用的主要表现形式为下伏地块沿陆内俯冲带的强烈下插(俯冲)和上覆地块沿陆内俯冲带的不断仰冲(逆冲扩展),在垂直俯冲带方向出现盆-山相间的构造格局和MOHO的弯曲、错断。通过数值模拟计算,详细论述了在仰冲(逆冲扩展)和俯冲作用过程中,盆地坳陷、山体抬升、MOHO上抬和下坳等各种位移量和位移速率之间的耦合关系及盆地中心的迁移规律。说明它们有可能成为判断或标定陆-陆碰撞作用的一种标志或尺度。     

从洋-陆俯冲到陆-陆碰撞:回眸与展望

大陆造山带的经典含义是指由于大陆地壳岩石在板块俯冲-碰撞的巨大挤压应力下,遭受强烈变形、变质和熔融作用,地壳发生大规模缩短、加厚和隆升而形成的地带.分布在大陆边缘和内部的造山带,经历从洋壳扩张、洋-陆俯冲到陆-陆碰撞的造山过程,形成"俯冲增生型"、"陆陆碰撞型"和远离板块边界的"陆内型"造山带.造山带类型的分析是识别地...     

大洋俯冲和大陆碰撞沿走向的转换动力学及流体-熔体活动的作用

为了深入探讨大洋俯冲和大陆碰撞沿走向的转换及其动力学特征,同时更好的理解俯冲-碰撞带的流体-熔体活动及其效应,我们建立了一系列三维空间的大尺度、高分辨率的动力学数值模型。模拟结果显示,在板块会聚过程中,流体-熔体活动可以降低周围岩石的流变强度及两个板块之间的耦合作用,并能够促进大陆碰撞带俯冲板块的断离。同时,俯冲-碰撞带的空间转换模型揭示其深部结构存在巨大的沿走向的差异性,大陆碰撞带发生俯冲板块断离,而大洋俯冲板块持续下插。并且上覆板块的地壳物质发生从陆-陆碰撞带向洋-陆俯冲带的侧向逃逸。这种三维空间中沿走向的差异性俯冲-碰撞模式与中-东特提斯构造带相吻合,并揭示其动力学机制。     

陆-陆碰撞造山带双前陆盆地模式——来自大别山、喜马拉雅和乌拉尔造山带的证据

大陆碰撞造山带不同的构造演化阶段往往形成不同成因类型的周缘前陆盆地 (系统 )。根据对几个典型大陆造山带的研究 ,我们把大陆碰撞造山带的构造演化过程分为陆 -陆拼接和大规模陆内逆冲推覆 (陆内俯冲 )两个阶段 ;早期陆 -陆拼接阶段直接在俯冲板块被动大陆边缘基础上形成的前陆盆地称为“原前陆盆地” ,后期大规模陆内逆冲 -推覆 (或陆内俯冲 )阶段在俯冲板块内部形成的前陆盆地称为“远前陆盆地”(它比原前陆盆地距主缝合带远 )。原前陆盆地和远前陆盆地是同一大陆碰撞造山带不同构造演化阶段的产物 ,是两种不同成因类型的周缘前陆盆地 ,它们构成了同一大陆造山带的双前陆盆地 ,而不是传统概念的单一成因类型前陆盆地。     

地壳对接消减带和叠接消减带与陆-陆碰撞造山和俯冲增生造山:来自侵入岩构造组合的记录

从地壳对接消减带与地壳叠接消减带的概念出发,讨论了板块构造岩浆旋回,俯冲增生造山和陆-陆碰撞造山分别对应于板块会聚构造的第一次和第二次造山作用;讨论了俯冲增生造山的结构样式,主要由俯冲增生杂岩和岩浆弧构成;陆-陆碰撞造山指相意义的S型花岗岩类的鉴别标志,以及指示板块构造岩浆旋回结束的后造山过碱性A型花岗岩类的识别标志。最后主要基于中国侵入岩大地构造图(1∶250万)及其说明书的成果,简要地讨论了中国三个克拉通性质的陆块区以及与西伯利亚克拉通、印度克拉通之间的大洋区的洋陆转换形成的俯冲增生造山和随后的陆-陆碰撞造山,认为:(1)塔里木克拉通西北缘与西伯利亚克拉通西南缘陆-陆碰撞可能发生在石炭纪,早二叠世可能完成;(2)中国三个克拉通的陆-陆碰撞可能分别发生在早—中三叠世,晚三叠世完成拼合,形成中国主体大陆;(3)早白垩世晚期—晚白垩世完成中国主体大陆与西伯利亚大陆的最终拼合;(4)新生代中国大陆与印度大陆拼合,碰撞造山仍在进行。     

从安第斯到冈底斯：从洋- 陆俯冲到陆- 陆碰撞

全球造山系类型主要分为增生型和碰撞型两大类。现今,全球两大巨型造山系的研究表明：环太平洋增生造山系正在经历洋- 陆俯冲过程,新特提斯- 喜马拉雅碰撞造山系经历过洋- 陆俯冲之后又步入陆- 陆碰撞阶段。其中,安第斯造山带是东太平洋Lazaca 大洋板块多阶段向东俯冲在南美大陆之下后形成的以“大洋板块深(陡)- 浅(平)俯冲交替、洋岛- 地体增生拼贴、碰撞和俯冲型高原隆升”为特征的现代“安第斯岛弧带”和“安第斯- 科迪勒拉俯冲型增生造山系”。位于亚洲大陆内部的冈底斯造山系经历了新特提斯洋盆向北俯冲、消减和洋盆闭合以及印度- 亚洲碰撞的两重阶段,具体包括早中生代开始的新特提斯“多洋岛”形成和向拉萨地体的多阶段俯冲汇聚,致使洋岛 地体增生碰撞形成冈底斯岩浆弧,继而铸造了晚白垩世的“安第斯型”俯冲增生造山系;在俯冲和碰撞转换阶段发生了岩浆大爆发并形成冈底斯初始高原;而后才进入印度- 亚洲陆陆碰撞阶段,形成大规模的E- W向逆冲断裂、走滑断裂和S- N向裂谷系。因此,安第斯是冈底斯的前半生,冈底斯的今天是安第斯的未来。研究冈底斯的构造演化,特别是早期的构造岩浆活动,必须与安第斯俯冲增生的历史进行对比。     

从安第斯到冈底斯:从洋-陆俯冲到陆-陆碰撞

全球造山系类型主要分为增生型和碰撞型两大类。现今,全球两大巨型造山系的研究表明:环太平洋增生造山系正在经历洋-陆俯冲过程,新特提斯-喜马拉雅碰撞造山系经历过洋-陆俯冲之后又步入陆-陆碰撞阶段。其中,安第斯造山带是东太平洋Lazaca大洋板块多阶段向东俯冲在南美大陆之下后形成的以"大洋板块深(陡)-浅(平)俯冲交替、洋岛-地体增生拼贴、碰撞和俯冲型高原隆升"为特征的现代"安第斯岛弧带"和"安第斯-科迪勒拉俯冲型增生造山系"。位于亚洲大陆内部的冈底斯造山系经历了新特提斯洋盆向北俯冲、消减和洋盆闭合以及印度-亚洲碰撞的两重阶段,具体包括早中生代开始的新特提斯"多洋岛"形成和向拉萨地体的多阶段俯冲汇聚,致使洋岛-地体增生碰撞形成冈底斯岩浆弧,继而铸造了晚白垩世的"安第斯型"俯冲增生造山系;在俯冲和碰撞转换阶段发生了岩浆大爆发并形成冈底斯初始高原;而后才进入印度-亚洲陆陆碰撞阶段,形成大规模的E-W向逆冲断裂、走滑断裂和S-N向裂谷系。因此,安第斯是冈底斯的前半生,冈底斯的今天是安第斯的未来。研究冈底斯的构造演化,特别是早期的构造岩浆活动,必须与安第斯俯冲增生的历史进行对比。     

从藏南陆-陆碰撞带深部结构构造演化探讨斑岩铜矿的成岩成矿问题

本文以INDEPTH项目对印度大陆与欧亚大陆碰撞带深部成像结果为基础,从构造演化角度探讨藏南陆-陆碰撞带冈底斯斑岩铜矿带的成矿作用问题。深部探测给出的碰撞带深部结构与侯增谦等地质学家提出的深部结构有较大的异同,如何协调起来以深化对藏南陆-陆碰撞条件下成矿作用的认识,这是本文讨论的中心。藏南碰撞带成矿实际上是在新特提斯大洋岩石圈俯冲形成的冈底斯岩浆弧成矿作用的基础上,再经过陆-陆碰撞挤压强烈改造后的再成矿。碰撞带的深部结构构造演化的特点是:(1)新特提斯大洋岩石圈板块向北连续俯冲了约120 Ma,形成的冈底斯陆缘火山岩浆弧带,这导致了陆缘带地壳增厚并含有大量的地幔岩浆流体物质(如南美安第斯成矿带那样);(2)在印度大陆与冈底斯陆缘弧接近碰撞时,在对挤中新特提斯大洋洋壳与大洋岩石圈地幔发生向上挤出与向下拆沉,并使部分洋壳残片和大洋岩石圈物质保存在中上地壳内;(3)两大陆岩石圈碰撞对接后,印度岩石圈地幔加深达70~80 km并沿地壳底部向北推进,并将加厚地壳内大量的成矿物质、钙碱性岩浆,洋壳及新生的下地壳,以及部分地幔物质从地壳底部将其围限起来,成为后期再成矿的物质基础;(4)查明了碰撞带深部壳/幔间产生了一层中间速度层(相当于MASH层),在中上地壳部位出现一层巨大的部分熔融层;(5)在碰撞挤压下冈底斯带内产生多组断裂构造,大型逆冲断裂系与背冲断裂,并引发了含矿岩浆的再活动,并在浮力(下地壳内)和挤压力作用下多次活动上升生成斑岩型铜矿床;(6)成矿后地表遭受过强烈的风化剥蚀作用,使矿床出露地表。     

龙门山陆内俯冲带形成机制探讨

本文分析了龙门山陆内俯冲带两侧岩石圈的强度结构特征及在侧向力作用下所发生的变形过程。盆地岩石圈中高强度层厚而紧凑,显示了较好的整体高强度性;造山带岩石圈上地壳具高强度,其下为低强度层。在侧向挤压力的作用下,变形主要发生于造山带一侧,最可能的变形方式是其脆性上地壳出现倾向后陆的逆冲断层,盆地岩石圈沿此断层俯冲,挤压其下部的低强度层,使之发生韧性增厚变形。     

影响碰撞造山成岩成矿模式的因素及其机制

基于分析陆内俯冲过程物质的活化迁移规律建立了碰撞造山成岩成矿模式,认为仰冲板片上依次出现热液矿床带、花岗岩基带和斑岩带。探讨了陆内俯冲的角度、速度、俯冲板片物质成分、地热梯度等因素对陆内俯冲成岩成矿模式空间分带模型的影响,推导了有关的变异形式,在充分显示碰撞造山成岩成矿模式之科学性和实用性的同时,为在碰撞造山带或陆内俯冲区进行实际找矿提供了理论参考。     

西藏阿里地区北部新生代火山岩—兼论陆内俯冲作用

本文研究了新南藏北昆仑山南侧新生代火山岩的地质学、岩石学和主要元素、痕量元素地球化学特征;划分出以新第三纪喷发为主的碱性火山岩带(南带)和与之伴随的第四纪钙碱性火山岩带(北带);用塔里木大陆岩石圈向青藏高原下面的俯冲机制解释了本区火山岩的成因,并且认为陆内俯冲作用不但可以说明中国西部诸山系的近期上升,而且可以运用于所有地壳厚度异常的碰撞带,因而具有普遍的意义。作者划分出具有不同地质特色的昆仑山型和喜马拉雅型两种陆内俯冲模式。     

深地震反射剖面揭露青藏高原陆-陆碰撞与地壳生长的深部过程

印度板块与亚洲板块的碰撞使喜马拉雅-青藏高原隆升,地壳增厚并生长扩展。探测青藏高原深部结构,揭露两个大陆如何碰撞以及碰撞如何使大陆变形的过程,是对全球关切的科学奥秘的探索。深地震反射剖面探测是打开这个科学奥秘的最有效途径之一。二十多年来,运用这项高技术探测到青藏高原巨厚地壳的精细结构,攻克了难以得到下地壳和Moho面信息的技术瓶颈,揭露了陆-陆碰撞过程。本文在探测研究成果的基础上,从青藏高原南北-东西对比,再到高原腹地,系统地综述了青藏高原之下印度板块与亚洲板块碰撞-俯冲的深部行为。印度地壳在高原南缘俯冲在喜马拉雅造山带之下,亚洲板块的阿拉善地块岩石圈在北缘向祁连山下俯冲,祁连山地壳向外扩展,塔里木地块与高原西缘的西昆仑发生面对面的碰撞,在高原东缘发现龙日坝断裂(而不是龙门山断裂)是扬子板块的西缘边界,高原腹地Moho面厚度薄而平坦,岩石圈伸展垮塌。多条深反射剖面揭露了在雅鲁藏布江缝合带下印度板块与亚洲板块碰撞的行为,不仅沿雅鲁藏布江缝合带走向印度地壳俯冲行为存在东西变化,而且印度地壳向北行进到拉萨地体内部的位置也不同。在缝合带中部,研究显示印度地壳上地壳与下地壳拆离,上地壳向北仰冲,下地壳向北俯冲,并在俯冲过程中发生物质的回返与构造叠置,这导致印度地壳减薄,喜马拉雅地壳加厚。俯冲印度地壳前缘与亚洲地壳碰撞后沉入地幔,处于亚洲板块前缘的冈底斯岩基与特提斯喜马拉雅近于直立碰撞,冈底斯下地壳呈部分熔融状态,近乎透明的弱反射和局部出现的亮点反射以及近于平的Moho面都反映出亚洲板块南缘处于伸展构造环境。     

陆-陆碰撞造山带动力学成因机制的物理模拟实验

报道了利用自行研制的ＧＪ １ 型物理模拟实验装置实施的陆 陆碰撞造山带形成和演化动力学过程的最新实验结果。实验结果表明,陆 陆碰撞是岩石圈或地壳缩短和增厚的主要机制之一。在地幔对流派生的拖曳力和板块相互运动产生的压缩力以及其它附加力的联合作用下,模型长度和厚度分别缩短４５ ％ 和增厚８５ ％ 是可能的。推覆造山作用有可能将下地壳的岩石物质和构造推覆到上地壳或地表,形成在地表可观察到的韧性剪切带构造。推覆体中的逆冲断层系往往沿最为发育的一组剪切面形成和演化,被叠置或双重地层的形成使地壳厚度明显增加。实验结果展示出推覆造山带、俯冲带和混杂岩带三个主要构造单元的形成和演化的动力学过程,以及它们之间的构造动力学和几何学关系。认为：陆 陆碰撞造山带是在地幔对流派生的拖曳力和板块相互运动产生的压缩力以及其它附加力联合作用下形成和演化的,大洋闭合和二个大陆之间的对接与碰撞导致了造山作用的发生,混杂岩带的形成和演化与洋壳俯冲作用密切相关。     

苏鲁高压-超高压变质带深俯冲阶段陆表面、Moho和构造应力场的时空变化

俯冲作用作为高压—超高压变质岩带形成的重要机制之一,俯冲块体的运动速度和强度将是制约其形成和演化的重要构造因素,借助于板块俯冲作用的研究探讨高压—超高压变质岩带的形成过程,对研究苏鲁高压—超高压变质岩带的形成机制和动力学建模,是一种有益的尝试。俯冲作用最显观的构造效应是俯冲地块前缘陆表面和Moho的强烈下插,导致山前坳陷带的形成和陆壳的加积、增厚。数值模拟的初步研究表明,俯冲地块的平移速度与山前坳陷带的坳陷量和坳陷速度及Moho的下弯量和下弯速度大致呈正相关关系,表明两者是俯冲过程中重要的壳内活动性构造界面。俯冲块体作为高压—超高压变质带深俯冲作用的运动载体,俯冲块体内部构造界面的运移,间接反映了高压—超高压变质带的形成过程和运动速度的变化,数值模拟结果似乎表明陆表面和Moho有可能成为探讨高压—超高压变质岩带形成过程和深俯冲作用的重要标志。俯冲块体内部的构造应力场也是制约和影响高压—超高压变质带形成过程的重要构造因素之一,模拟计算表明,俯冲过程中俯冲地块的壳内应力场较为稳定,始终以挤压应力为主导,俯冲作用强度仅影响应力大小,而不改变壳内应力场的应力分布。可见,高压—超高压变质岩带基本形成于挤压构造应力场环境...     

东北亚中生代洋陆过渡带的研究及启示

从中生代起,亚洲大陆作为一个统一的大陆岩石圈板块,开始了大陆边缘的组建和改造。本文采用构造地层-地体观点,依据生物地层学和碰撞造山带的不同特征,将东北亚洋陆过渡带从西到东分成了7个带:(1)受郯庐断裂系改造的华北克拉通东缘带;(2)以近陆缘物质为主的增生带I;(3)以异源混杂堆积为主的增生带II;(4)新西伯利亚-楚科奇-阿拉斯加陆缘增生带III;(5)陆缘火山-深成岩带;(6)科里亚克增生带IV;(7)堪察加-萨哈林-东北日本增生带V。其中自早白垩世末至古新世初形成的楚科奇海-东锡霍特阿林的火山-深成岩带作为太平洋板块开始正向俯冲并导致弧岩浆活动的重要标志。此前晚三叠世至早白垩世末,在转换大陆边缘活动背景下,大量低纬度的外来地体以左旋平移断裂作用向北迁移并斜拼贴在陆缘。时空格局的分带性和阶段性清晰地展示了东北亚大陆边缘洋陆演化的关系。作者基于上述研究,并结合其他学科近期研究成果,对中国东部中生代岩浆作用与太平洋板块俯冲作用的关系进行了讨论,认为中国东部晚侏罗世-早白垩世大规模岩浆活动的高峰期正值东北亚洋陆过渡带转换大陆边缘活动和地体拼贴增生的阶段。然而太平洋板块正向俯冲主要发生在早白垩世末-晚白垩世,此时我国东部的大规模岩浆活动业已结束。因此难以将中国东部的岩浆活动与太平洋板块的正向俯冲作用相联系。以年轻陆壳组成的大兴安岭为例,作者提出晚侏罗世-早白垩世不同深度的两种地质作用同时控制着中国东部岩浆活动的源区特征和侵位的空间:即深部软流圈底辟上涌与中-上部地壳受到的洋陆之间的剪切走滑作用形成的变形。     

中国主要高压-超高压变质带的大地构造背景及俯冲/折返机制的探讨

造山带中发现超高压矿物柯石英和金刚石,被认为与洋壳或陆壳岩片的深俯冲(>100km)有关。但探讨这些岩片是如何俯冲和折返的？却是一个极具挑战的难题。目前,中国境内含榴辉岩的高压超高压（HP/UHP）变质带已经发现11条,此外,世界各地发现的高压超高压变质带还有至少20条。高压超高压变质带,特别是中国众多的HP-UHP变质带,在什么特定的大地构造条件中形成？又是在怎样的构造背景下折返而剥露地表？中国大陆上为什么出现众多规模可观的HP-UHP变质带？为什么出现洋壳（深）俯冲与陆壳（深）俯冲不同类型的HP-UHP带？这是本文试探讨的问题。根据中国境内的11条高压/超高压变质带形成时代和区域构造背景,将其分为4类：Ⅰ.始特提斯（早古生代）高压/超高压变质带,包括（1）柴北缘-南阿尔金超高压变质带,（2）北祁连-北阿尔金高压变质带,（3）东秦岭超高压变质带;Ⅱ.古特提斯高压/超高压变质带,包括（4）大别高压/超高压变质带,（5）苏鲁高压/超高压变质带,（6）西藏羌塘高压变质带;（7）西藏松多（超）高压变质带;Ⅲ.新特提斯高压/超高压变质带,包括（8）雅鲁藏布江东构造结南迦巴瓦（超）高压变质带;Ⅳ.古亚洲域南缘高压/超高压变质带,包括（9）新疆西南天山超高压变质带,（10）甘肃北山高压变质带,和（11）冀北高压变质带。中国高压/超高压变质带形成的大地构造背景有洋壳（深）俯冲和陆壳（深）俯冲两大成因类型,认为前者大都与始-古特提斯洋盆中微陆块之间的汇聚碰撞有关;后者为大陆块之间剪式碰撞和撕裂式岩石圈舌形板片深俯冲的产物。由于中国（邻区）大陆是三大陆块与许多小陆块聚集构成的巨大拼合体,小陆块在特提斯洋盆（特别是始、古特提斯洋盆）中的独特位置,使陆块之间的刚性洋盆岩石圈得以（深）俯冲插入小陆块之下。而大陆块之间特殊部位的碰撞为陆壳（深）俯冲创造条件。研究表明,高压/超高压变质岩石和蛇绿岩、混杂堆积、俯冲增生楔一起构成俯冲/折返杂岩带;认为代表印支造山带山根物质的大别-苏鲁高压/超高压俯冲/折返杂岩带,呈面形推覆岩片的构造样式叠置在扬子陆块之上,提出汇聚陆块边缘深部地幔物质折返的“斜向挤出”和“沿岩石圈板片的多层隧道的多重/分片挤出”的两种模式;认为走滑断裂在高压/超高压变质岩石的快速折返中起重要作用,即阿尔金走滑断裂、郯庐走滑断裂和喀喇昆仑走滑断裂,分别制约了阿尔金和祁连山中的南北两条早古生代高压/超高压变质带、大别-苏鲁印支期超高压变质带和喜马拉雅西构造结的喜山期超高压变质带的快速折返。     

从华北陆块南缘大洋扩张到北秦岭造山带板块俯冲的转换时限

本文以北秦岭造山带华北陆块南缘被动陆缘火山裂谷(大洋?)盆地、早古生代岛弧-弧后盆地和晚古生代岛弧-蛇绿杂岩等构造相带为研究重点,综合利用同位素年代学、古生物年代学、岩石学、岩石地球化学和同位素地球化学等实测数据,系统研究和探讨了北秦岭造山带被动陆缘大洋扩张向俯冲增生造山转换的时限.研究显示:华北陆块南缘由晚新元古代大洋扩张作用转化为板块俯冲作用的转换时限为早奥陶世,约472Ma左右.北秦岭造山带在古生代期间至少存在两期板块俯冲增生造山作用,时代上向南变新,空间上向南向洋内迁移.两次俯冲增生造山作用分别构筑了北秦岭造山带早古生代岛弧-弧后盆地和晚古生代岛弧-俯冲杂岩两条构造相带.     

白云母／二云母花岗岩形成与陆内俯冲作用

讨论了白云母／二云母花岗岩的机成机制及其与陆内俯冲作用的成生联系。以高喜马拉雅地区为例，从地质学、岩石学、地球化学、实验岩石学和地球物理学等多方位论述了白云母花岗岩形成过程的主要约束，提出并论证了一个比较合理的陆内俯冲带热结构与白云母／二云母花岗岩形成的成因模型，通过分析，得出了一个重要的新结论：白云母花岗岩的形成是陆内俯冲作用的结果。     

东秦岭-大别山及邻区挠曲类盆地演化与碰撞造山过程

东秦岭-大别造山带是3 个板块沿两条缝合带俯冲碰撞而形成的近东西向不对称的反向多层次构造叠置的复合型造山带。在泥盆纪至三叠纪板块构造阶段中不同陆块间由于俯冲碰撞作用形成了多种挠曲类盆地。盆地时空演化充分体现了商丹古洋盆俯冲消减过程、北秦岭弧后区弧陆碰撞过程以及勉略古洋(海)盆斜向的、由东向西的碰撞造山过程。     

造山作用概念和分类

本文从造山作用的特征标志出发讨论了Sengor造山带定义的缺陷， 总结了造山作用的六条特征标志，并给出了造山作用新的定义。该定义包括了造山作用的起因、特征标志和大地构造背景。评述了造山带陆内、陆缘、陆间三分法方案的不足之处和剪压造山带的单独设类问题，提出了造山带板内、俯冲、碰撞三分方案。针对碰撞造山带，笔者在总结探讨现有分类方案的优点的基础上， 提出碰撞造山带陆陆碰撞、碰撞增生、弧陆碰撞和无大陆型碰撞造山带四分法方案，其中无大陆型碰撞造山带是描述陆壳物质形成初期计体拼合聚合过程的新类型。