大别山陆一陆点碰撞和构造超压的形成

依据大别造山带的地质特征及古地磁证据,提出大陆动力学非规则边界陆-陆点碰撞模型,采用数值模拟方法,分析点碰撞所引起的构造应力集中及其影响因素,探讨构造压力在大别山超高压变质岩形成过程中所起的作用,推测可能形成的深度范围.研究表明:在本文的模拟条件下,(1)大陆碰撞初期产生的构造应力场中的平均压力在碰撞点附近增大了约5～9倍.在边界力为100 MPa的情况下,构造压力在超高压中所占的比例约为20%～35%;(2)由于有构造压力的作用和影响,超高压变质岩的形成深度有可能被提升20～35 km;(3)仅考虑碰撞方式,不计岩石物性差异和其他因素的影响,构造应力的影响有限,静岩压力在超高压变质岩形成过程中仍占据主导地位.     

陆—陆点碰撞与超高压变质作用

迄今为止，非撞击型超高压变质作用均发生在陆陆碰－撞造山带，这在东半球许多地点已被证实，超高压变质岩石以含柯石英和金刚石包体的榴辉岩和榴辉岩相变质岩石为代表，形成的温压环境为650－800℃，2.6-3.5GPa，研究证明大多数超高压岩石原是陆壳火山－沉积岩系，因此推断大陆深俯冲作用曾经发生，而超高压岩石现今又出露地表或浅表，意味着它们又从深部折返至地表，陆壳岩石深储冲和折返机制已成为大陆动力学研究的热点，但认识莫衷一是，争论的焦点是陆壳俯冲的深度到底多大可以形成超高压岩石？是什么机制使其发生深俯冲而又折返到浅表？本文通过世界上出露规模最大的超高压变质带－大别山碰撞过程的动力学分析，探讨非规则边界的碰撞引起的构造附加压力对超高压石形成的影响作用。模拟计算表明，大陆板块的早期碰撞，会引起碰撞附近的局部应力集中现象（平均压力较周围增大了5－9倍），构造压力在超高压中所占的比例约为20％－35％，由此推测，大别山高压－超高压岩石形成深度可能为65－80km。为此本文提出超高压岩石新成因模式－大陆点碰撞模式。这种模式符合力学基本原理，也符合地质记录和地质过程，可以解释为什么超高压岩石并非沿碰撞造山带全线存在，而是出现某些特定部位。本文提出喜马拉雅山撞带的东西犄角是典型的点碰撞区域，陆壳岩石的超高压变质作用均发生在这两个特定的部位。     

陆—陆点碰撞与超高压变质作用

迄今为止,非撞击型超高压变质作用均发生在陆- 陆碰撞造山带,这在东半球许多地点已被证实。超高压变质岩石以含柯石英和金刚石包体的榴辉岩和榴辉岩相变质岩石为代表,形成的温压环境为650～800℃,2.6～3.5Pa。研究证明大多数超高压岩石原岩是陆壳火山——沉积岩系,因此推断大陆深俯冲作用曾经发生。而超高压岩石现今又出露地表或浅表,意味着它们又从深部折返至地表。陆壳岩石深俯冲和折返机制已成为大陆动力学研究的热点,但认识莫衷一是。争论的焦点是陆壳俯冲的深度到底多大可以形成超高压岩石?是什么机制使其发生深俯冲而又折返到浅表?本文通过世界上出露规模最大的超高压变质带——大别山碰撞过程的动力学分析,探讨非规     

喜马拉雅造山带的高压超高压变质作用与印度-亚洲大陆碰撞

喜马拉雅造山带是印度与亚洲大陆碰撞作用的产物,正在进行造山作用,是研究板块构造的天然实验室.高压和超高压变质岩分布在喜马拉雅造山带的核部.这些变质岩具有不同的形成条件、形成时间和形成过程,为印度与亚洲碰撞带的几何学、运动学和动力学提供了重要的限定.含柯石英的超高压变质岩产出在喜马拉雅造山带的西段,它们形成在古新世与始新世之间(53～46Ma),为印度大陆西北边缘高角度超深俯冲作用的产物,并经历了快速俯冲与快速折返过程.在约5 Myr内,超高压变质岩从＞100km的地幔深度折返到了中地壳深度,且仅仅叠加角闪岩相退变质作用.高压榴辉岩产出在喜马拉雅造山带中段,形成时间约为45Ma,为印度大陆低角度深俯冲作用的产物,经历了至少20Myr的长期折返过程,叠加麻粒岩相退变质作用和部分熔融.高压麻粒岩产出在喜马拉雅造山带的东端,是印度大陆东北缘近平俯冲作用的产物,峰期变质作用时间约为35Ma,经历了约20Myr的长期折返过程,叠加了麻粒岩相和角闪岩相退变质作用,并伴随有多期部分熔融.因此,喜马拉雅造山带的变质作用具有明显的时间与空间变化,显示出大陆深俯冲与折返过程的差异性,以及大陆碰撞造山带形成机制的多样性.     

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。     

碰撞带倾角和摩擦系数对陆-陆碰撞变形的影响

借助一个简单的大陆与大陆碰撞模型,即把两个大陆的碰撞简化为两个粘弹性块体的碰撞,两个块体之间的不连续变形面对应两个大陆之间的碰撞断裂带,运用三维粘弹性拉格朗日非连续变形有限元(LDDA)方法,通过分析模型中不连续变形面的存在对两个粘弹性块体碰撞变形的影响,探讨了大陆碰撞断裂带的倾角和摩擦系数对两个大陆碰撞变形影响的一般规律,给出了大陆碰撞变形的一些显著的特点。尽管运算模型的几何尺寸、边界条件等参考了印度和欧亚大陆碰撞的实际特征,但所得结果适用于更一般的情况。研究结果表明,碰撞断裂带倾角和摩擦系数对陆-陆碰撞变形有着重要的影响。当断裂带倾角在15~30°时,两个大陆板块碰撞导致的仰冲板块一侧隆升高度相对更大,利于形成高大的山脉,其中以15°倾角对应的仰冲板块一侧隆升最高;当断裂带倾角在30~45°时,两个大陆板块碰撞导致的俯冲板块的俯冲深度相对更深,利于形成深陷的盆地,其中以45°倾角对应的俯冲陆块一侧俯冲最深;当断裂带倾角≥75°时,两个大陆板块之间的相对俯冲和仰冲作用变得不明显。碰撞断裂带摩擦系数越小,碰撞过程中两个大陆板块之间相对俯冲和仰冲作用越强,形成高大的山脉和深陷的盆地要求碰撞断裂带摩擦系数≤0.2。从大陆与大陆碰撞变形构造特征看,除发育前陆盆地-山脉系统外,在仰冲陆块一侧靠近造山带后缘还发育呈不对称结构的挤压性凹陷,当两个大陆板块碰撞断裂带倾角在15~30°时,该类型凹陷更容易形成,其中以30°倾角对应的凹陷最深,反映其形成可能是大陆碰撞过程中陆块之间相对俯冲和仰冲运动的综合结果。     

华北与扬子陆块的碰撞时代及过程

秦岭—大别山造山带是我国东部华北陆块与扬子陆块相互碰撞形成的。它作为我国东部天然地质界线历来受到国内外学者重视。尤其近年来在大别山及其东延部分(苏—鲁地体)发现了柯石英和金刚石,使它成为世界上最大的超高压变质带并引起广泛注意和兴趣。确定这两大陆块的碰撞时代及过程是认识秦岭—大别山造山带形成演化机制及中国东部大陆形成演化历史的关键。然而正是在这一关键问题上地质学界存在着明显的认识分歧。国家自然科学基金资助项目“华北与扬子陆块的碰撞时代”(编号:4870188)及“秦岭造山带多期蛇绿岩识别”(编号:49070165)正是试图通过对与碰撞造山运动有关的高压变质岩(榴辉岩、蓝片岩)及蛇绿岩的同位素年代学和地球化学研究以求为解决这一重要地学基础研究课题做出贡献。经过近六年的工作,在认识华北与扬子两大陆块碰撞时代和过程以及合柯石英榴辉岩的成因方面取得了重要进展。     

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...     

超高压变质作用

本文简要概述了近年在西阿尔卑斯、挪威西部、我国中东部及苏联一些地区超高压变质岩石的最新研究成果,指出柯石英及其向石英转变而形成的张裂结构是鉴别这一超高压变质作用的主要标志.指示超高压变质条件的其它矿物及矿物组合的尚有镁十字石、ellenberserite、硬玉十蓝晶石、滑石十蓝晶石和滑石十多硅白云母等,金刚石代表更极端的高压条件.超高压变质作用的边界压力>2.SGPa,温度约700~840C,代表一个近于7℃/km的极低的地热梯度,其退化轨还为压力和温度同时降低.超高压变质岩石严格地产出于陆内造山带,表明它们是在大陆与大陆碰撞过程中由深俯冲作用形成的,其俯冲深度可超过90km,使柯石英得以保存的快速构造抬升可能是连续俯冲一仰冲的结果.     

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...     

桐柏-大别山区高压变质相的构造配置

作为华北和扬子陆块间的碰撞造山带桐柏大别山区以发育高压、超高压变质带为特征,从南到北变质相从低级到高级,代表俯冲带深度不同的变质产物,整体形成高压变质相系列。不过现今各变质相岩石的分布极受后期地壳规模的伸展构造控制,大别杂岩的穹隆作用更使高压变质相带的空间分布复杂化。超高压变质岩今日多呈大小不等的块体嵌布于相对低压的大别杂岩之内,造山带根部物质的热软化,使许多深层地幔物质得以像挤牙膏一样挤出于大别杂岩内。它们之中广泛发育着减压退变质的显微结构,与大别杂岩内一些麻粒岩相表壳岩所保存的减压退变质证迹一样,同是挤出作用和碰撞后隆升的构造证迹。高压相系的发育使南桐柏山和大别山迥然不同于桐商（ 商丹） 断裂以北的北秦岭北淮阳变质带。新近发表的同位素年代学（４０Ａｒ ３９ Ａｒ） 资料：３１６ ～４３４ Ｍａ ,已证明北秦岭是古生代变质带,它与桐柏－ 大别印支期碰撞造山带差异甚大。这两个变质地温梯度差异甚大的变质地体的拼合,说明华北和扬子陆块碰撞的主缝合带是商丹－ 桐商断裂带     

大别地块超高压变质省的构造变形研究

构造解析的基本目的是建立构造事件造成的地质体几何学、运动学、动力学和流变学。大陆碰撞造山带内含柯石英及微粒金刚石等矿物组合的超高压（ＵＨＰ） 变质岩的形成和折返,是极为复杂的地球动力学过程。与世界上已知大多数超高压变质带相似,中国大别地块内超高压变质省现今观察到的主体构造形式,主要是在碰撞或超高压变质峰期后伸展体制下形成的。通过对大别超高压变质省内伸展组构及挤压（ 碰撞） 组构的鉴别、分析,结合有关超高压变质带构造学研究领域的简略综述指出,在揭示超高压变质带的形成及折返动力学过程中,构造解析的思维和工作方法是行之有效的     

On Continent-Continent Point-Collision and Ultrahigh-Pressure Metamorphism

Up to now it is known that almost all ultrahigh-pressure (UHP) metamorphism of non-impact origin occurred in continent-continent collisional orogenic belt, as has been evidenced by many outcrops in the eastern hemisphere. UHP metamorphic rocks are represented by coesite- and diamond-bearing eclogites and eclogite facies metamorphic rocks formed at 650-800℃ and 2.6-3.5 GPa, and most of the protoliths of UHP rocks are volcanic-sedimentary sequences of continental crust. From these it may be deduced that deep subduction of continental crust may have occurred. However, UHP rocks are exposed on the surface or occur near the surface now, which implies that they have been exhumed from great depths. The mechanism of deep subduction of continental crust and subsequent exhumation has been a hot topic of the research on continental dynamics, but there are divergent views. The focus of the dispute is how deep continental crust is subducted so that UHP rocks can be formed and what mechanism causes it to be subducte     

Two Discrete UHP and HP Metamorphic Belts in the Central Orogenic Belt, China

INTRODUCTION Anew ultrahigh pressure ( UHP) metamorphicbelt ,the South Altun-North Qaidam-North QinlingUHP metamorphic belt ,has been recently discoveredand widely discussed by different workers (Yang J Set al .,2003 ,2002 ,2001 ,2000 ,1998 ;Zhang J Xetal .,2002 ,1999 ; Zhang G et al .,2001 ; Hu et al .,1996 ,1995 ,1994) . Detailed studies have also beencarried out onthe Dabie-Sulu UHP/ HP metamorphicbelt inthe central orogenic belt (COB) of China (Gaoet al .,2002 ;Sun et al …     

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。     

Relic UHP Structures in Dabie-Sulu Region, China:Structural Expression and Geodynamic Significance

INTRODUCTIONIn recent years a num ber of detailed m ineralogical- petro-logical studies have been carried out on the UHP and HPmetamorphic belts in the Dabie- Sulu region,central China(see review papers by Jahn,1999;Ernst and L iou,1999;Wallis et al.,1999;Hacker et al.,1996 ;L iou et al.,1996 ;Cong et al.,1994) . Various tectonic evolution models for theUHP belt in the Dabie- Sulu region have been constructed(e.g.,Webb etal.,1999;Hacker et al.,1996 ;Cong et al.,1994) .However,as …     

Kanfenggou UHP Metamorphic Fragment in Eastern Qinling Orogen and Its Relationship to Dabie-Sulu UHP and HP Metamorphic Belts, Central China

In the Central Orogenic Belt, China, two UHP metamorphic belts are discriminated mainly based on a detailed structural analysis of the Kanfenggou UHP metamorphic fragment exposed in the eastern Qinling orogen, and together with previous regional structural, petrological and geochronological data at the scale of the orogenic domain. The first one corresponds to the South Altun-North QaidamNorth Qinling UHP metarnorphic belt. The other is the Dabie-Sulu UHP and HP metamorphic belts. The two UHP metamorphic belts are separated by a series of tectonic slices composed by the Qiniing rock group, Danfeng rock group and Liuling or Foziling rock group etc. respectively, and are different in age of the peak UHP metamorphism and geodynamic implications for continental deep subduction and collision. Regional field and petrological relationships suggest that the Kanfenggou UHP metamorphic fragment that contains a large volume of the coesite- and microdiamond-bearing eclogite lenses is compatible with the structures recognized in the South Altun and North Qaidam UHP metamorphic fragments exposed in the western part of China, thereby forming a large UHP metamorphic belt up to 1000 km long along the orogen strike. This UHP metamorphic belt represents an intercontinental deep subduction and collision belt between the Yangtze and Sino-Korean cratons, occurred during the Paleozoic. On the other hand, the well-constrained Dabie-Sulu UHP and HP metamorphic belts occurred mainly during Triassic time (250-220 Ma), and were produced by the intracontinental deep subduction and collision within the Yangtze craton. The Kanfenggou UHP metamorphic fragment does not appear to link with the DabieSulu UHP and HP metamorphic belts along the orogen. There is no reason to assume the two UHP metamorphic belts as a single giant deep subduction and collision zone in the Central Orogenic Belt situated between the Yangtze and Sino-Korean cratons. Therefore, any dynamic model for the orogen must ac-count for the development of UHP metarnorphic rocks belonging to the separate two tectonic belts of different age and tectono-metamorphic history.     

大别山高压-超高压变质期后伸展构造格局

大别山高压、超高压变质期后构造格架的最显著特征是以罗田片麻岩穹隆为核部的多层伸展拆离滑脱带的发育,并由它们将超高压变质单元、高压变质单元和蓝闪－绿片岩单元分隔成垂向叠置的席状岩片,类似于变质核杂岩的基本结构样式。这种伸展构造格架制约了高压、超高压岩石的展布,而在较大榴辉岩体中保存的缩短或挤压组构则是以高压、超高压变质作用为标志的陆－陆碰撞事件的记录。正确地区分挤压组构与伸展组构是识别大别山带内高压     

超高压变质岩的全球分布与地球演化节律

高压、超高压变质作用不是一个局部的孤立的地质现象，而是一个时空跨度大、范围广、影响构造观的重要科学问题。文中讨论了世界上三类（１３个）典型超高压变质地区的地质学岩石学特点，从全球构造的角度研讨了超高压变质的时空分布，从而得到下列认识：（１）所有高压、超高压变质岩均分布于全球活动带及其次级褶皱带内，超高压变质岩常常保存于多期变质和变形的基底片麻岩块体中，与深位壳型剪切带关系密切。（２）现有的年代学资料说明大部分超高压变质带出现于显生宙不同时代的褶皱带（造山带）内。（３）超高压变质演化的多阶段性，说明了地球从收缩到膨胀的节律现象。（４）从欧亚大陆范围看来，从北而南，从陆到洋超高压变质有逐渐变新的趋势，可能说明欧亚大陆从中生代以来，有从大陆向大洋方向增生的总趋势。