多岛海型造山作用——以华南印支期造山带为例

大陆造山带大多数形成于弧弧碰撞及其弧后盆地衰缩作用,其古地理格局为多岛海。今日的东南亚是多岛海大地构造的现实模型,其中欧亚大陆和澳大利亚的板块边界位于印度尼西亚的班达—巽它弧以南和西太平洋马里亚纳弧以东。介于前缘弧和欧亚大陆之间的是众多的残余弧和弧后盆地。其中有些盆地仍然是海底扩张的中心,一些是不再活动的海盆,也有些海盆正在遭受挤压作用,而一些海盆则已经完全被弧后衰缩作用所消减。位于这些盆地之间的是残余弧,沉降的残余弧顶部的沉积层序类似于被动陆缘。华南大地构造可用多岛海模式予以解释。华南造山带的大地构造相分析、沉积相分析和古地磁等综合研究结果表明,它们大多数是弧弧碰撞作用所形成的碰撞型造山带,二叠—三叠纪的古地理存在着与东南亚今天类似的多岛海格局。临沧弧和华夏弧可能为华南多岛海的前缘弧,起着与今天欧亚大陆的印度尼西亚弧相类似的作用。多岛海古地理格局可能出现于泥盆纪以后,华南板块发生裂解,所形成的弧后盆地大多数于晚三叠世到早侏罗世发生衰缩。     

北祁连山奥陶纪弧后盆地火山岩浆成因

本文对北祁连山早古生代弧后盆地熔岩的岩石地球化学研究结果加以报道。样品的分布将南部弧后盆地拉伸最早阶段发育的岛弧裂谷化区和北部的弧后海底扩张区联系起来。熔岩的岩相学和地球化学特点反映了拉伸方式的改变,北部是典型的弧后盆地基性熔岩,向南则逐渐向岛弧熔岩过渡。海底扩张区以玻质(现已脱玻化)、少斑基性熔岩为特征,长英质熔岩和斑状基性熔岩产于南部岛弧裂谷化区。成熟岛弧部分(Y<20×10-6,TiO2<0.60%,Th/Yb>0.60)和弧后扩张区(Y>20×10-6,TiO2>1.0%,Th/Yb<0.60)在地球化学上相互有别。从由海底扩张形成的弧后盆地基性熔岩,向南经过逐渐与岛弧岩石相似的熔岩,直至裂谷区最南部的岛弧熔岩,它们的地球化学成分显示逐渐的变化。这种变化反映了弧后盆地形成过程中弧后盆地之下地幔对流方式和熔体产生作用的改变:从初始岛弧裂谷之下由消减板片俯冲引起的地幔下沉,转变为弧后海底扩张带之下的地幔上隆。早期岛弧裂谷阶段,裂谷轴捕获了岛弧岩浆流,从而使得喷出的熔岩在成分上与岛弧熔岩无法区分;随着弧后拉张继续,弧后盆地变宽,岛弧岩浆流逐渐离开裂谷轴,最终产生一个似洋中脊的减压熔融系统———弧后盆地岩浆系统。     

对弧后扩张作用的探讨

俯冲之后的大洋板块继续向陆运动,导致大陆地壳和上地幔内部各圈层在深部发生多层次的水平剪切,引起弧后宽达几千公里地区的裂陷扩张,并形成盆地。其形成的盆地平行于俯冲带。弧后扩张作用的强度和存在与否,取决于仰、俯冲板块双方运动速度矢量的组合类型。离散型产生扩张,聚敛型则以挤压为主。     

压力流动引起的弧后扩张

本文通过模拟实验和简化的数学分析,研究了弧后扩张的动力机制。认为弧后扩张是由海洋岩石层的消减运动激发的次生力学现象。消减板片不断地向洋迁移以及消减速度、消减板片倾角随时间的增大(地幔热学效应的贡献可以忽略),是引起弧后扩张的重要因素。应用压力流动机制,可较好的解释弧后扩张的现象。     

盐边群地层特征及其大地构造属性

通过对盐边群各岩性段地层的产出、构造变形特征及相互问的接触关系的确认，在对碎屑岩组段进行颗粒骨架分析的基础上，结合已有的地球化学和同位素年代学研究结果，盐边群火山岩及其南侧的深成岩均不是蛇绿岩的组份．该火山岩可能形成于弧后伸展环境，盐边群中下碎屑岩段形成于弧后盆地，而上部碎屑岩段则可能形成于前陆盆地。研究表明，在华南板块西缘存在南北向格林威尔期的板块碰撞事件，盐边群地层可能记录了格林威尔期发生在华南地块西缘由弧后盆地到前陆盆地的整个演化历史。     

弧后盆地玄武岩的成分变化及其成因

弧后盆地玄武岩(BABB)是弧后盆地扩张过程中岩浆作用的主要产物,其地球化学组成是认识弧后盆地演化的关键。现今弧后盆地主要集中在西太平洋地区。本文总结了该地区弧后盆地玄武岩的元素地球化学和同位素组成特征。总体而言,相对于开阔大洋洋中脊玄武岩(MORB),弧后盆地玄武岩的主量元素成分变化范围很大,在Al_2O_3-Mg O、Ti O_2-Mg O相关图上偏离了MORB的演化趋势,在Mg O相同的情况下表现出更高的Al_2O_3含量和更低的Ti O_2含量。弧后盆地玄武岩的微量元素特征一般介于MORB和弧玄武岩之间。一方面,它们与MORB一样在中、重稀土元素之间没有明显分馏;另一方面,与弧玄武岩一样富集大离子亲石元素Rb、Ba、Th、U、K,具有Pb的正异常和Nb、Ta的负异常等。其中,劳海盆、日本海海盆和冲绳海槽有部分样品具有Nb、Ta的正异常,表现出类似于E-MORB的微量元素特征。西太平洋地区弧后盆地玄武岩的Sr-Nd-Pb同位素组成变化范围较大,相对于MORB,其富集组分更常见,总体介于亏损地幔端元(DMM)、1型富集地幔(EM1)和2型富集地幔(EM2)三者之间。不同基底属性(大陆基底和大洋基底)和不同阶段的弧后盆地玄武岩的地球化学组成也有明显区别。弧后盆地玄武岩地球化学成分上的多样性主要受控于源区(地幔楔)的物质组成、熔融程度和岩浆上升过程中的变化等因素。地幔源区的不均一性主要体现在地幔楔自身的化学性质和俯冲板片的物质贡献差异。部分弧后盆地玄武岩具有异常高的地幔潜能温度、高的3He/4He比值以及E-MORB型的微量元素特征,说明其地幔源区还可能受到了地幔柱的影响。地幔潜能温度越高,俯冲流体贡献越多,地幔楔的熔融程度越大。此外,岩浆上升过程中发生的地壳混染、岩石圈中的熔体-岩石反应以及矿物的结晶分离都会改造岩浆的成分。     

西太平洋典型边缘海盆的岩浆活动

在发育有全球最大、最复杂的弧—沟—盆体系的西太平洋地区,集中了全球75％左右的边缘海盆(弧后盆地).根据磁异常条带年龄,这些边缘海盆可粗略分为3个扩张幕.主要根据DS-DP,ODP和IODP计划实施以来所获得的成果,结合其他海洋调查航次研究成果,系统阐述了分属3个扩张幕的西菲律宾海盆(第一扩张幕)、南海—四国海盆(第二扩张幕)和冲绳海槽(第三扩张幕)—马里亚纳海槽内的岩浆活动特点.西菲律宾海盆(扩张时代为65～35 Ma BP)从原先的赤道位置迁移至现今的位置,其内存在如似正常洋中脊玄武岩(NMORB)、洋岛玄武岩(OIB)及弧火山岩等多种岩石类型,其地球动力学背景分别与弧后扩张、地幔柱及火山弧等背景有关,其复杂的构造演化样式需要进一步研究;四国海盆(扩张时代为27 ～ 15 Ma BP)是由古伊豆—小笠原—马里亚纳弧(IBM)裂解形成的,其内除发育正常(N)—富集(E)的洋中脊玄武岩(NMORB-EMORB)外,还在扩张停止的同时出现了板内火山作用,形成了中K-超K碱性玄武岩.四国海盆的扩张模式并没有从岩石学和地质年代学角度进行明确制约,板内火山作用的地球动力学背景也不甚清楚.南海(扩张时代为32～15.5 MaBP)是由来自华南地块的一些微陆块向东南裂离后的海底扩张所形成,并在海底扩张后2 ～8 Ma出现板内火山作用,截止目前,并没有获取到洋壳基底样品,主要获取到了南海海山似OIB的玄武岩,未来需要从岩石学和地质年代学角度对南海海底扩张动力学和时代以及扩张期后的板内火山作用动力学背景进行进一步制约.马里亚纳海槽(扩张时代为5 Ma BP至今)为一年青的洋内弧后盆地,其北段处于裂解增进阶段,其内出露有似MORB(中南段)及介于似MORB与似岛弧岩石之间过渡类型的玄武岩(增进端);虽然在扩张时代上与马里亚纳海槽相当,但冲绳海槽(扩张时代为4 Ma BP至今)为一陆缘、初生弧后盆地,从西南往东北方向,不同区段处于不同的伸展发育阶段,西南段出露有似MORB岩石,中段岩石主要为玄武质岩石和流纹质岩石组成双峰组合,而东北段为中酸性火山岩.正在活动的马里亚纳海槽与冲绳海槽的岩浆作用研究应和其伴随的火山岛弧及其相邻的海沟处正在俯冲的洋壳板块结合起来,完整理解板块俯冲输入(subduction input)与弧及弧后输出(volcanic output)之间的关系,这将为揭示西太平洋地区构造演化提供重要证据.即将在西太平洋地区实施的IODP 349 ～ 352航次,为我国科学家提供了研究西太平洋地区构造演化的契机.     

祁连山蛇绿岩带和原特提斯洋演化

位于阿拉善地块和柴达木地块之间的祁连造山带记录原特提斯洋扩张、俯冲、闭合、大陆边缘增生和碰撞造山的完整过程。从南向北,祁连造山带发育有三条平行排列、不同类型的蛇绿岩带:(1)南部南祁连洋底高原-洋中脊-弧后蛇绿岩混杂带;(2)中部托勒山洋中脊型蛇绿岩带;(3)北部走廊南山SSZ型蛇绿岩带。南部南祁连蛇绿混杂岩带以拉脊山-永靖蛇绿岩为代表,为典型的洋底高原型蛇绿岩,是大洋板内地幔柱活动的产物,形成年龄为525～500Ma;中部托勒山蛇绿岩带沿熬油沟-玉石沟-冰沟-永登一线分布,为大洋中脊型蛇绿岩,蛇绿岩形成年龄为550～495Ma;北部蛇绿岩带包括弧前和弧后两种类型,弧前蛇绿岩以大岔大阪蛇绿岩为代表,形成时代为517～487Ma,反映初始俯冲/弧前扩张到弧后盆地的过程;弧后蛇绿岩以九个泉-老虎山蛇绿岩为代表,为典型的SSZ型蛇绿岩,是弧后扩张的产物,形成时代为奥陶纪(490～445Ma)。三个蛇绿岩带分别代表了新元古代-早古生代祁连洋演化历史不同环境的产物,对了解秦祁昆构造带原特提斯洋的构造演化过程有重要意义。蛇绿岩及弧火山岩的时空分布特征限定了原特提斯洋的俯冲极性为向北消减俯冲。     

蒙古-鄂霍茨克造山带山弯构造形成的动力学机制探讨SCIEI北大核心CSCD

蒙古-鄂霍茨克造山带呈北东向从蒙古中部延至鄂霍茨克海的乌地湾,被认为是蒙古-鄂霍茨克洋侏罗纪-白垩纪闭合产物,其对于探讨东北亚区域大地构造演化以及欧亚大陆中生代聚合具有重要意义。蒙古-鄂霍茨克造山带具有典型的山弯构造格架,其“对折”的两翼发生了强烈的“自碰撞”造山作用。关于蒙古-鄂霍茨克山弯构造形成动力学机制,前人将其归因于西伯利亚与华北-阿穆尔陆块之间的挤压缩短、古亚洲洋俯冲板片不断的后撤和西伯利亚与华北的相向旋转等动力学过程,却忽视了蒙古-鄂霍茨克洋俯冲作用对蒙古-鄂霍茨克马蹄形弯曲过程的影响。最近,弧岩浆活动的迁移和山弯构造转折端构造变形解析研究暗示蒙古-鄂霍茨克洋俯冲板片后撤可能在山弯构造形成过程中起着重要作用,但这一新的解释模式还缺乏地质证据的支持和验证。围绕蒙古-鄂霍茨克山弯构造发育的与岛弧岩浆岩同时期的弧后盆地蛇绿岩、双峰式火山岩、A2型和S型花岗岩和伴生的沉积岩等地质记录,表明蒙古-鄂霍茨克洋在二叠纪-三叠纪时期发育多期次弧后伸展,总的延伸长度超过5000km,与蒙古-鄂霍茨克洋大规模俯冲板片后撤有关。弧后盆地带的厘定表明蒙古-鄂霍茨克洋发育西太平洋型活动大陆边缘,而非安第斯型活动大陆边缘。另外,蒙古-鄂霍茨克洋的弧后伸展盆地形成时间与蒙古-鄂霍茨克山弯构造弯曲的时间一致,进一步证实俯冲板片沿走向不均匀后撤在蒙古-鄂霍茨克山弯构造形成过程中扮演着重要角色。     

祁连山新元古代中—晚期至早古生代火山作用与构造演化

祁连山地区的新元古代中—晚期至早古生代火山作用显示系统地时、空变化,其乃是祁连山构造演化的火山响应。随着祁连山构造演化从Rodinia超大陆裂谷化—裂解,经早古生代大洋打开、扩张、洋壳俯冲和弧后伸展,直至洋盆闭合、弧-陆碰撞和陆-陆碰撞,火山作用也逐渐从裂谷和大陆溢流玄武质喷发,经大洋中脊型、岛弧和弧后盆地火山活动,转变为碰撞后裂谷式喷发。850~604 Ma的大陆裂谷和大陆溢流熔岩主要分布于祁连和柴达木陆块。从大约550 Ma至446 Ma,在北祁连和南祁连洋-沟-弧-盆系中广泛发育大洋中脊型、岛弧和弧后盆地型熔岩。与此同时,在祁连陆块中部,发育约522~442 Ma的陆内裂谷火山作用。早古生代洋盆于奥陶纪末(约446 Ma)闭合。随后,从约445 Ma至约428 Ma,于祁连陆块北缘发育碰撞后火山活动。此种时-空变异对形成祁连山的深部地球动力学过程提供了重要约束。该过程包括:(1)地幔柱或超级地幔柱上涌,导致Rodinia超大陆发生裂谷化、裂解、早古生代大洋打开、扩张、俯冲,并伴随岛弧形成;(2)俯冲的大洋板片回转,致使弧后伸展,进而形成弧后盆地;(3)洋盆闭合、板片断离,继而发生软流圈上涌,诱发碰撞后火山活动。晚志留世至早泥盆世(420~400 Ma),先期俯冲的地壳物质折返,发生强烈的造山活动。400 Ma后,山体垮塌、岩石圈伸展,相应发生碰撞后花岗质侵入活动。     

南海成因及其演化模式探讨

尽管南海已进行深入的调查与研究,提出多种成因模型,包括挤出模型、弧后扩张模型、古南海俯冲拖曳模型等,但因其所处构造位置特殊,周边构造环境经历了复杂的改造,所有成因模式均未能得到广泛的认可。本文从三大板块相互作用入手,结合南海实测数据,提出南海形成的弧后扩张—左旋剪切模型。认为南海是古南海往北俯冲的弧后盆地,菲律宾海板块往北漂移形成的大规模左旋走滑是南海扩张的触发因素。印度—欧亚碰撞产生中南半岛挤出主要影响西南海盆扩张方向,使得扩张轴从近东西向转为北东向。南海及邻区晚中生代以来的演化可以分为以下阶段：1）早白垩世开始澳大利亚板块往北漂移,新特提斯洋往北俯冲消亡,导致弧后扩张,形成古南海;2）晚白垩世末—始新世,古南海往北俯冲,导致弧后拉张形成陆缘裂谷;3）早渐新世,受菲律宾海板块西缘大型左旋走滑影响,在原有裂谷的基础上从东往西海底扩张,形成南海;4）渐新世末,受俯冲后撤的影响,扩张中心往南跃迁,同时受西缘断裂左旋活动的影响,扩张轴从近东西西逐步转为北东向;5）早中新世晚期,南沙地块—北巴拉望地块与卡加延脊碰撞,南海扩张停止。     

东海陆架盆地类型及其形成的动力学环境

东海陆架盆地位于欧亚板块东南缘,处于华南陆块(包括西部的扬子地块和东部的华夏地块)之上.其基底是华夏地块在东海陆架的延伸,也是西太平洋大陆边缘构造域的重要组成部分.从全球板块构造格局分析,东海陆架盆地处于西太平洋三角带区域,是印度-澳大利亚板块和太平洋板块与欧亚板块巨型汇聚的地带,也是全球汇聚中心,其东西两侧分别与特提斯和西太平洋构造域演化息息相关.总体来说,东海陆架盆地是“欧亚板块与太平洋板块之间的碰撞、俯冲、弧后扩张,印度-澳大利亚板块与欧亚板块之间的汇聚、碰撞、楔入的远程效应,以及地球深部动力学作用”共同叠加、复合作用形成的弧后盆地.其形成机制符合被动扩张模式,向东的地幔流和软流圈下降流是导致弧后扩张的主要地球深部动力来源.     

Back-arc spreading: Trench migration, continental pull or induced convection?

Mechanisms of the opening of back-arc systems are analyzed. Limited focal mechanisms of intraplate earthquakes are used to determine the stress regime of an overriding plate. Preliminary analyses show that compressive deviatoric stresses exist in the plate except near the spreading center. Based on this observation “trench suction” does not appear to be the primary force that drives back-arc spreading, since it will result in tensional deviatoric stresses within the overriding plate. Even though “continental pull” is able to satisfy the stress requirements, it does not appear to be a likely mechanism either because of the initiation and subsequent symmetric spreading difficulty associated with such a mechanism. The mechanism we favor is the one that involves the induced convective current in the mantle wedge immediately above the slab. Calculations show that the induced flow is able to generate sufficient stress to break up the overriding lithosphere if the tectonic stresses of the region are favorable. Both trench suction and continental pull may help to provide such a favorable tectonic stress regime.     

Geology, Geochemistry and Chromite Mineralization Potential of the Amnay Ophiolitic Complex, Mindoro, Philippines

The Amnay Ophiolitic Complex in Mindoro, the Philippines, is considered an emplaced Cenozoic South China Sea oceanic lithosphere as a result of the collision between the Palawan microcontinental block and the Philippine mobile belt. Middle Oligocene sedimentary rocks intercalated with dominantly MORB-like pillow lavas and volcanic flows suggest the generation of this ophiolite complex in an intermediate spreading ridge within a back-arc basin setting. The volcanic rock suite geochemistry also manifests a slab component suggesting that it is a supra-subduction zone ophiolite. Petrography of the gabbros shows a plagioclase-clinopyroxene crystallization order consistent with a back-arc basin setting. Spinel and pyroxene geochemistry shows that the lherzolites and aluminous-spinel harzburgites are products of low degrees of partial melting. The chromitites hosted by the harzburgites could have not been associated with the MORB-like volcanic suites, gabbros, lherzolites and aluminous-spinel harzburgites. The chromitites are products of mantle sources that have undergone higher degrees of partial melting that would have involved the presence of water. The study of this ophiolitic complex gives us a glimpse of the characteristics of the South China Sea.     

吉林中部早古生代弧后盆地地质特征

在吉林中部地区,从伊通放牛沟岛弧与华北大陆板块之间,发育一套早古生代火山－沉积岩系,为同一沉积盆地内不同沉积环境下的岩石组合。通过岩石建造分析、岩石化学及区域构造等方面分析。表明该沉积盆地的构造环境为一未完全封闭的弧后盆地,在早古生代华北板块北缘东端构成非标准的弧一盆构造体系,形成特有的活动大陆边缘。通过沉积岩系形成时代对比,认为该弧后盆地属残留,并提出盆地的构造演化模式。     

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。     

下扬子地区上泥盆统五通组沉积构造及其地球化学特征

总结了下扬子区晚泥盆世五通组典型的沉积构造,如风暴砾滩、冲洗交错层理、滩脊、三脊波痕、植物化石及遗迹化石埋藏相特征等。全定量分析了泥岩类的主化学组成及微量元素,其主化学组成具有高SiO₂含量。高K₂O/Na₂O比值,低MgO, Zr, Hf组合特征显示近源沉积特征,与下伏下古生界有显著差别,B, Ga, Ba, Sr, Rb等元素反映出滨海及海陆交互的沉积环境。综合分析沉积构造、沉积地球化学及区域地质特征,认为五通组形成于弧后前陆盆地,其沉积过程是一个海侵过程,这一大地构造背景一直延续到早石炭世末。     

冈底斯弧弧后早白垩世裂谷作用的沉积学证据

冈底斯弧弧后地区早白垩世地层的一个显著特点是 ,由下而上普遍从陆相 -海陆交互相碎屑岩变化为海相碳酸盐岩。该地区在早白垩世中期开始了广泛的海侵 ,沉积范围由早期仅局限于班公湖 -怒江缝合带附近而扩展至羌塘地体南缘和拉萨地体 ,沉积了巨厚的台地相灰岩 ;与塔里木南部和思茅地区同期海平面变化非常不同 ,那里在晚白垩世才出现海侵。砂岩组分研究显示 ,早白垩世早期碎屑物源主要来自北侧的造山带 ,向上则逐步受到南侧火山弧的控制。在海侵层系的下部 ,发现了丰富的双峰型火山岩和双峰式火山岩碎屑。因而推断该区在早白垩世发生了强烈的裂谷沉降作用。与此同时的在印度和巴基斯坦境内的 L adakh- Kohistan弧后裂谷作用还形成了具有洋壳基底的Shyok边缘海。因此 ,在早中白垩世 ,欧亚大陆南缘为西太平洋型的活动大陆边缘 ,因强烈的弧后裂谷作用产生了一系列边缘海盆地 ;在包括青藏高原南部在内的欧亚大陆南缘 ,既没有构造动力、也没有古地理和古地形证据支持在早白垩世末 ( 99Ma± )即出现强烈的抬升。