造山带与岩石圈演化动力学研究述评

本文综述指出：深部过程，可能导致放射性元素在地幔或下地壳的某些部位聚结而产生强烈的核反应，致使下地壳加热和上地壳的快速抬升和伸展垮塌，产生地震、火山作用、岩浆作用，形成山脉。通过对来自地球内部的α─粒子辐射监测，有可能对毁灭性地震作出预报。     

苏鲁大别造山带岩石圈三维P波速度结构特征

本文全面收集整理并解析了地学断面、地震测深、体波和面波层析成像资料,得到了苏鲁大别造山带及其邻区岩石圈1°×1°三维P波速度数据体。研究结果表明,苏鲁与大别造山带高压、超高压变质带的岩石圈速度结构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相似的基本特征。苏鲁和大别超高压变质带下的莫霍面比其周围深2～4 km,深度分别达到32～33 km和34～38 km。在大别造山带,有地壳低速体从南向北俯冲到上地幔的迹象,可能显示了扬子地块地壳物质向华北地块俯冲,坠入上地幔的残留体。超高压变质带岩石圈底部的地幔,往往有明显高速层或高速体存在。苏鲁与大别地区的岩石圈速度结构不同特征及其成因在于苏鲁地区上地壳P波速度更高,但是,下地壳下凹没有大别地区明显,而且区域构造较为均一。这可能是受到郯庐断层左行平移的主控影响所致。郯庐断裂带的上、中地壳和上地幔表现为相对低速异常,郯庐断裂及其地下延伸部分将岩石圈地幔浅部低速层和深部高速层切为两段,其影响深达岩石圈底部约90 km处。     

大别—苏鲁超高压—高压变质带伸展构造格架及其动力学意义

构造分析结合变质作用PTt轨迹和同位素年代学资源指出，现今观察到的大别－苏鲁超高压－高压变质带区域构造框架，主要是在印支期中－朝与扬子克拉通斜向碰撞及超高压－高压变质作用期后伸展体制下形成的（200－170Ma)。构造样式类似于北美科迪勒拉型变质核杂岩并发育多层低缓角度地壳尺度的伸展拆离带。几何形态表现为大型穹窿或小型穹窿群。区域伸展构造叠加于先期碰撞或挤压构造之上，控制了超高压和高压变质岩石的空间分布。大规模的近水平韧性伸展流动，是在超高压－高压变质岩石从地幔深处折返到中、下地壳层次及角闪岩相环境下发生的。广泛的减压部分熔融作用反映的壳－幔动力学过程和地壳热结构的变化，是促使造山带从挤压体制向伸展体制转换的因素之一。证明造山带尺度的地壳伸展和薄化作用，在超高压和高压变质岩石折返到地表动力学过程中，曾起过重要作用。     

“秦岭-大别-苏鲁”造山带中“古特提斯缝合带”的连接

中国大陆西北部的"古特提斯缝合带"如何与东面的"秦岭-大别-苏鲁"造山带连接,是涉及中国大陆中部构造格架的关键问题之一。南秦岭造山带中的古特提斯蛇绿岩带和东秦岭-桐柏-大别-苏鲁造山带中三叠纪高压-超高压变质带的对比,以及一条位于两者之间的220~204 Ma的大型左行走滑剪切带的存在,提供了它们之间关系的新的视角,为此,我们提出南秦岭的勉略蛇绿岩带向东通过宁陕-湘河大型左行走滑剪切带,和大陆俯冲与深俯冲造成的"耀岭河-桐柏-大别-苏鲁"高压—超高压变质带北缘连接,构成"秦岭-大别-苏鲁"造山带中的古特提斯缝合带新模式。沿着这条边界,南秦岭构造单元可以分为南部的南秦岭被动陆缘单元和北部的南秦岭主动陆缘单元,后者向东的延伸由于南、北板块之间三叠纪的剪切碰撞而尖灭。     

复合造山作用和中国中央造山带的科学问题

在全球大陆范围内,广泛分布的造山带纪录了板块汇聚的历史和碰撞造山的过程,因此,造山带的研究一直是地球科学经久不衰的重要领域。研究表明,世界上许多造山带是长期活动(300Ma)的复合造山带,活动域的宽度可超过1000km,并具有造山前的热结构,是大陆生长的最好见证。近10年来,全球造山带的研究已摆脱传统地质学和经典板块观念的束缚,面临一个新的起点,即由单一造山带向复合造山带研究转轨,由造山类型、造山作用向造山动力学研究聚焦。复合造山带长期活动的原因、大陆增生机制、造山带的流变学结构和造山热对造山作用的控制等已成为当前大陆复合造山带研究的关键科学问题,复合造山动力学已成为当今地球科学前沿——大陆动力学研究的重要内容。中国中央造山带位于北中国板块与南中国板块之间,是中国大陆上一条十分醒目而又极其重要的巨型(长5000km)构造带。中央造山带是经历了大致600Ma的活动历史,泥盆纪和三叠纪的两次碰撞造山以及白垩纪以来的陆内造山过程而构筑成的典型"复合造山带"。在全球复合造山带中,中国中央巨型造山带具有结构复杂性、活动长期性和非原地型,造山过程多期性以及造山带拼贴与大陆增生方式特殊性的特点,特别是世界最大规模的中央超高压变质带及其两期超高压变质作用的发现,揭示了中央造山带的形成还经历了板块汇聚边界洋壳/陆壳深俯冲至100km以上的地幔深处的两次壮观地质事件,使中央造山带成为全球造山带中最为精彩和不可多得的典型,与青藏高原一样,被国内外地学家们誉为当今中国地学研究的"瑰宝"。中国中央巨型复合造山带可以作为研究复合造山过程与复合造山动力学的重大地学问题的范例,重要的核心科学问题是:中国中央巨型复合造山带的早古生代和三叠纪陆块汇聚、碰撞造山过程以及中新生代陆内造山与周缘盆地互馈;两期高压-超高压变质带的时空关系、形成条件和洋壳/陆壳的俯冲-深俯冲与折返动力学机制;揭示和探讨中国中央复合造山带的长期活动性,造山作用的多期性和叠置性,造山热结构以及复合造山过程;洋壳/陆壳深俯冲、复合造山与大陆增生理论的创新。此外,中央复合造山带的研究对于金属矿产资源的开拓、周缘中新生代盆地含油气资源的战略前景以及现今南北中国的气候、环境、人文、地理、生态和灾害的制约提供新的科学依据与动力学背景。     

大别山-苏鲁碰撞造山带构造几何学、运动学和岩石变形分析

按照构造几何学特点和运动学特征我们把大别山-苏鲁造山带的分为三个构造单元：南部,中部和北部。造山带南部为一套构造堆叠体系;中部为一个混合岩穹窿,浅变质的砂岩、板岩和片岩构成了大别山-苏鲁造山带的北部构造单元。造山带南部的构造堆叠体系主要由前陆褶皱带构成：未变质的新元古代-早三叠世的沉积地层;由“宿松群”北部和苏北地区的“海州群”构成的高压变质岩石单元及含柯石英和金刚石的超高压变质岩石单元。造山带中部的混合岩穹隆由大别山地区的罗田穹隆和苏鲁地区的莱西-栖霞穹隆构成。同样大别山北部的浅变质“佛子岭-卢镇关群”和胶东地区浅变质的“蓬莱群”构成了造山带北部的构造堆叠体系。同时大别山和苏鲁两个构造地体均经历了相似的多期构造变形：沿NW—SE向矿物拉伸线理发育的上部指北的剪切变形代表着造山带主变形期的变形;早期向南逆冲的韧性剪切变形和沿中部混合岩穹隆边缘发育的重力滑脱变形体系,后者代表了混合岩穹隆形成时的垂向缩短作用。正是由于构造几何学和多期变形的可对比性决定了这两个变质地体具有相同的地球动力学背景。     

中央造山带的演化及其特点

中央造山带原型是由一列微板块加上分别位于其北面和同面的两列不同时期的小洋盆组成,微板块群的主体是柴达木,秦岭,大别－苏鲁,还加上祁连,元古代末至早古生代早期,北列拉张成多岛小洋盆,它们在加里东档期关闭,并在微板块群北缘形成前陆盆地带,南列形成裂陷槽,在加里东期末关闭,一般不造山,晚古生代,微板块群与欧亚板块合为一体,并总体北移,南列出现泥盆（个别）石炭二叠纪的小洋盆,属于古特提斯洋的一部分,洋盆在     

关于"中央造山带”几个问题的思考

“中央造山带”的提法响亮,瞩目,但其真正含义应加以分析,思考,从地理山脉综合分析表明它们不是统一山脉,但现实却出现一带山系,横贯中国大陆中央,故地理上可知经而统之称其为一道“中央山系”地质含义分析证明它们不是统一造山带,但祁连,昆仑,秦岭和大别可为广义统一造山带,有东古特提斯和中国大陆完成其主体最后拼合的关键地带之一,研究“中央造山系”有以下几个关键问题;（１）新生代,尤其是新第三纪以来中央造山带     

造山带岩石圈化学结构平面图的编制——以秦岭—大别造山带为例

国内外岩石圈化学组成的编图研究还处于探索阶段。笔者从岩石圈化学结构的思路出发 ,提出了编图的 3个地球化学指标 (铅同位素组成、T2DM 和同位素年代学 )和表示方法。以秦岭—大别造山带为例 ,同位素组成图可以反映构造分区和地壳生长历史 ,对造山过程和深部壳幔相互作用也有明确的显示 ;结合地质年代学的资料 ,化学结构平面图具有反映时空演化四维信息的能力。     

超高压变质岩的塑性流变学

岩石流变作用是大陆造山作用的基本特征,超高压岩石的形成和折返过程也是大陆深俯冲带内物质的复杂流变过程。要深入理解大陆造山带的造山作用和大陆壳岩石的深俯冲和折返动力学过程,必须对大陆地壳及地幔岩石的流变学进行深入研究。岩石圈流变学的主要研究内容主要包括流变学分层性、变形分解和应变局部化及大陆壳岩石部分熔融作用的流变学效应等。应用岩石圈流变学的基本原理和方法,分析了大别-苏鲁超高压变质带中超高压变质岩的塑性流变特点,探讨了超高压变质岩形成和折返过程的塑性流变学。     

苏鲁造山带超高压变质作用及其P-T-t轨迹

基于超高压变质岩的岩石学,特别是超高压矿物生长成分环带、扩散环带和蚀变作用研究,综合前人的岩石学和年代学研究成果,提出苏鲁造山带超高压变质作用峰期发生在1000～1100℃和6—7GPa条件下,俯冲深度相当于200km,形成年代为240～250Ma。在此基础上,重塑了一个包括八期变质作用的P—T—t轨迹,揭示出超高压变质岩经历了三个不同的折返阶段,即从200km到100km深度的快速折返阶段,抬升速率为5km／Ma,冷却速率为10℃／Ma;从100km到30km的快速折返,抬升速率为4km／Ma,或为近等温降压,或为缓慢降温的快速降压过程;从下地壳到近地表的缓慢折返阶段,抬升速率为1km／Ma,但为快速降温过程,冷却速率可达20℃／Ma。     

中亚蒙古造山带东段造山事件的40Ar-39Ar同位素年代学证据

位于中亚蒙古造山带东段的吉林省中南部呼兰群变质岩中,发现含多硅白云母的蓝晶石片岩带。采用(40)~Ar-(39)~Ar连续阶段升温的方法,对呼兰群下部层位的黑云母片麻岩和上部蓝晶石片岩中的云母类变质矿物进行测定,分别获得(223.57±0.80)Ma、(224.41±4)Ma的坪谱年龄和(221.90±2.79)Ma、(223.27±4.53)Ma的等时线年龄。相同的方法得到侵位于呼兰群地层中、化学成分类似于岛弧拉斑玄武岩的角闪橄榄岩(302.00±6.30)Ma和(246.00±5.70)Ma不一致坪谱年龄,从而确定了该地区古亚洲—蒙古洋缝合及中生代碰撞造山的时限范围在302～225Ma,且造山作用可能经历了由碰撞造山到陆-陆叠覆造山的连续过程。     

大别—苏鲁区UHP变质岩构造学及流变学演化

在大别—苏鲁区的30个关键位置,对UHP/HP变质岩进行详细构造解析、大比例尺(1∶10000)制图并在区域尺度上进行观察和对比,以便揭示它们的构造几何学、变形条件和流变学演化。初步的研究结果指出,广泛出露的UHP/HP榴辉岩相岩石形成一个巨大的UHP/HP变质带,提供了一个观察中朝与扬子克拉通之间三叠纪大陆深俯冲-碰撞带过程的窗口。观察的显微构造及组构指出,UHP/HP变质带内岩石变形机制,无论是在榴辉岩相阶段还是在榴辉岩相后阶段,都是以塑性流变为主,其力学行为和组构特征都受组成矿物的强度、强度差等流变学特征,以及变形物理环境如压力、温度、应变速率、差异应力和流体含量等的制约。在俯冲/碰撞带内的变形分解作用于岩石圈不同层次及不同的构造阶段都曾发生,而且,在不同尺度上,应变局部化形成具高应变的剪切带网络,且一般显示典型的布丁-基质或碎斑-基质构造及流变学型式。根据构造、岩石、变质作用及地质年代学资料,借助于岩石圈流变学基本原理,提出一个大别—苏鲁区UHP/HP变质岩石流变学演化的工作模式,它涉及早期扬子与中朝克拉通间三叠纪(~250~230Ma)大陆深俯冲/碰撞、UHP/HP变质岩形成,相继深埋岩石的多期折返。特别强调UHP/HP岩石向地壳表层的折返,主要是构造过程,地面侵蚀作用是次要的。     

华南东段早古生代造山带研究

对华南东段早古生代沉积环境、火山岩、超镁铁岩—镁铁岩年代、韧性变形运动学、早古生代造山带特色等方面进行了研究。研究结果表明,震旦纪—奥陶纪期间(680～440Ma)的沉积岩以泥砂质碎屑岩为主体,岩层中浅海相沉积构造发育;缺乏鲍玛层序,不含火山熔岩和爆发火山碎屑岩;原定早古生代玄武岩实为杂砂岩。结合沉积岩地球化学成果,认为本区早古生代为被动大陆边缘浅海—半深海沉积环境。对区内部分镁铁岩和火山岩作SHRIMP岩浆锆石U-Pb定年,年龄集中在860～800Ma之间。韧性变形运动学研究表明,武夷山南东麓从北西向南东逆冲推覆,北麓从南向北逆冲推覆,剖面上呈花状构造样式。稍后发生了韧性走滑剪切作用。对糜棱岩的云母矿物作40Ar-39Ar定年,年龄集中在430～390Ma之间。与国内外典型加里东期造山带相比,华南早古生代造山带具有鲜明的地域特色,造山机制大致可与西欧比利牛斯造山带相比。     

大别—苏鲁超高压变质带内的块状榴辉岩及其构造意义

大别—苏鲁超高压(> 27× 108Pa) 变质带内的榴辉岩, 在大陆深俯冲、碰撞和折返剥露过程中, 大都遭受了强烈的变形和变质作用的重置与再造.但是, 大型榴辉岩体核部以及包裹于大理岩和石榴橄榄岩体内部的块状榴辉岩, 往往保留其初始简单的矿物组合、中-细粒状变晶结构和块状构造.详细地分析了块状榴辉岩的几何学、岩相学及变质作用特征, 指出它们是超高压榴辉岩递进及多期变质变形分解作用的残留体, 位于尺度不同的弱应变域内, 是大陆深俯冲及碰撞作用的真正记录.      

论东天山觉罗塔格造山带的大地构造属性

觉罗塔格造山带位于吐哈盆地和中天山地块之间，长期以来，关于该造山带的大地构造属性争论较多，有晚古生代岛弧带、弧后盆地、裂陷槽、古生代陆缘增生带、石炭纪火山岩型被动陆缘等不同认识。基于晚古生代早期觉罗塔格地区处于板内拉张的动力学背景，而非挤压碰撞环境，结合对带内早石炭世雅满苏组火山—沉积建造较为系统的岩石学、岩石化学及岩石地球化学研究，认为觉罗塔格造山带应为一拉张型构造—岩浆岩带。     

西南“三江”造山带大地构造相

西南“三江”造山带由多条缝合带及其间多个大小不等的中间陆块构成,其大地构造属性与划分方案历来受地学界关注与争论。本文以大地构造相理论为切入点,将西南“三江”造山带划分出11个一级及其若干二级大地构造相,包括俯冲、消减杂岩、仰冲等一级大地构造相以及与其相伴的后造山及走滑大地构造相。俯冲大地构造相类包括块体变质相、前陆褶冲相、前陆盆地相;消减杂岩大地构造相包括洋壳残片相、陆壳残片相、增生变质杂岩相、活化基底相、侵入岩相、上叠磨拉石相;仰冲板块大地构造相包括弧前盆地相、岛弧相、弧后及弧间盆地相。特提斯洋向北消减,使泛华夏大陆群各块体先拼接,其后弧后扩张、闭合、造山,从而形成了“三江”造山带“多缝合带”、“多陆体”特征。     

秦岭造山带中部存在太古宙岩块——陕西商南县湘河地区楼房沟斜长角闪岩－浅粒岩锆石SHRIMP U-Pb年龄及其意义

秦岭造山带是中朝克拉通华北板块和扬子克拉通板块结合区域.其基底组成为广大地质学家所关注.笔者报道了秦岭造山带中部陕西省商南县湘河地区楼房沟古变质结晶岩片斜长角闪岩-浅粒岩和黑云二长石英片岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄数据,讨论了其地质意义.斜长角闪岩-浅粒岩为同-岩浆连续分异变质火山岩,锆石Pb严重丢失,207Pb/206Pb年龄≥(2488±8)Ma.年龄值与已获得的Sm-Nd等时年龄值在误差范围内一致.黑云二长石英片岩为副变质岩,锆石U-Pb年龄(978±13)Ma.秦岭造山带中部老于太古宇岩片(块)的发现表明,秦岭造山带下部可能存在过太古宙结晶基底.