南帕米尔喀拉苏沟韧性剪切带构造变形特征及年代学分析

帕米尔西构造结经历了古生代—中生代多个地体的复杂拼合过程, 又遭受了新生代印度-亚洲碰撞的改造, 在整个青藏高原构造演化中扮演了重要的角色, 但该地区中生代构造演化的研究仍然相对较少。通过研究南帕米尔一条北西—南东走向宽约1.5 km的韧性剪切带中野外和显微变形特征, 判定剪切带为左行剪切, 剪切以走滑分量为主, 兼具部分逆冲分量, 韧性变形呈现中心强, 边缘弱的特点。根据剪切带中花岗岩岩株的形态、变形、岩石地球化学特征以及与区域其它岩体的对比, 判定其为同构造花岗岩。该同构造花岗岩中测得的两个锆石U-Pb同位素年龄为(233.2±1.8) Ma和(235.7±1.4) Ma, 代表韧性剪切带形成于晚三叠世初期, 指示南帕米尔地块内部在乳山洋闭合初期已经发生明显的构造变形。     

帕米尔东北缘-西昆仑的构造地貌及其构造意义

帕米尔东北缘-西昆仑位于青藏高原西北部,受三条大型断裂:康西瓦断裂、主帕米尔-铁克里克断裂和公格尔断裂的制约.通过野外考察、卫星遥感图像解译、ASTER GDEM高程数据的分析,对上述三条断裂及整个区域进行构造地貌研究,并探讨其构造意义.结果表明:康西瓦断裂为左行走滑断裂;主帕米尔-铁克里克断裂为逆冲断裂;公格尔断裂和塔什库尔干断裂分别为右行、左行走滑正断层,连接两者的是塔合曼正断裂.通过ASTER GDEM高程数据的高程分布、局部高程差和坡度分析,表明帕米尔东北缘-西昆仑至塔里木盆地存在三级特征地貌(塔里木盆地、塔里木盆地南缘山前褶皱逆冲带和帕米尔东北缘-西昆仑);西昆仑地区受印度/亚洲板块碰撞而产生垂向物质运动,由于三条大型断裂控制在西侧断裂附近存在水平方向的物质运动,垂直和水平两种运动的存在促使靠近康西瓦和公格尔断裂形成高山地貌.     

帕米尔弧形构造带的构造过程与地貌特征

帕米尔弧形构造带是印度-欧亚板块碰撞变形最强烈的地区之一,是研究构造过程、地貌演化以及气候变化及其相互作用的理想场所。本文基于前人的研究成果,对帕米尔弧形构造带新生代构造单元、地貌特征和动力学演化模型进行了总结归纳,包括:主要构造单元的活动起止时间、活动量及活动速率;帕米尔弧形构造带现今的地貌特征(水系和冰川的分布);帕米尔弧形构造带6种主要的地球动力学演化模型的主要样式、优点及限制。论文提出了帕米尔弧形构造带晚新生代构造研究的三个重要的科学问题:精细厘定构造带内部的不同断裂带运动学特征和相互关系;深部地质过程与浅部响应相结合,探讨构造带形成的深部地质过程控制;将构造过程、气候特征与地貌演化作为一个耦合系统开展研究。     

新疆塔什库尔干温泉地区花岗岩体侵入与新生代构造变形:对东北帕米尔中新世构造演化的启示

帕米尔高原是受到印度-亚洲大陆碰撞、持续汇聚影响最显著的地区之一,以强烈地壳增厚和缩短、大量断裂和片麻岩穹窿的形成以及广泛的陆内岩浆活动为特征。以往有关帕米尔陆内岩浆岩的讨论多集中于对其地球化学成分及其所指示的构造背景的研究方面,而对岩浆形成与大型新生代构造之间的联系研究较少。本文通过对东北帕米尔塔什库尔干温泉地区新生代花岗岩及其围岩中锆石U-Pb和Ar-Ar年代学研究,结合该地区新生代构造变形分析,揭示岩浆侵入与区域构造变形之间的关系。U-Pb及Ar-Ar测年结果显示温泉地区花岗岩脉形成时代为中新世(11.8±0.2Ma),其及其围岩在10.8±0.1Ma冷却到300℃左右;中新世花岗岩脉中继承锆石及围岩片岩中碎屑锆石U-Pb的年龄分布特征迥异,它们分别具有类似松潘-甘孜地体以及中帕米尔地体的物质来源。花岗岩内部几乎无变形,围岩片岩变形主要体现为近E-W向的伸展构造,反映其形成于拉张为主的构造应力环境。结合区域构造背景,推测温泉中新世花岗岩脉为公格尔山、慕士塔格峰构造单元岩石部分熔融产物,是在东北帕米尔地壳从挤压增厚向局部伸展转换的过程中形成的,此时,公格尔伸展断裂系可能已经开始发育;此后,直到6~4Ma,公格尔伸展断裂系开始快速运动,与之相伴公格尔-慕士塔格片麻岩穹窿快速折返。

     

帕米尔弧形构造带东北缘晚新生代构造活动的沉积与重矿物变化响应

帕米尔弧形构造带东北缘晚新生代沉积特征的研究对于理解帕米尔构造带弧形扩展机制具有重要意义。本文通过对帕米尔弧形构造带东北缘的晚新生代沉积地层的沉积特征对比研究和重矿物采样与组份分析,建立了帕米尔弧形构造带东北缘地区的晚新生代沉积联合柱状对比图和重矿物组份变化曲线。研究结果表明,晚新生代沉积与重矿物变化主要记录了帕米尔弧形构造带东北缘的两期构造活动。第一期构造活动发生在安居安组沉积时期,帕米尔弧形构造带东北缘的和什拉甫剖面、英科1井表现为粗碎屑沉积和对应的不稳定重矿物爆发,而南部的甫沙2井中则并未观察到,这一事件可能反映了喀什-叶城走滑系统在和什拉甫剖面附近的中新世构造启动。第二期构造活动发生在阿图什组沉积期间,帕米尔弧形构造带东北缘全区域出现了一套粗碎屑沉积和对应的不稳定重矿物爆发,反映了帕米尔弧形构造带东北缘在上新世以来大规模向北楔入塔里木盆地内部的构造过程。

     

先存薄弱带对帕米尔弧形构造带形成的影响：来自构造物理模拟实验的制约

帕米尔弧形构造带的形成与先存弧形薄弱带密切相关,这些先存薄弱带如何在印度-欧亚板块碰撞初期就被活化是地学界关注的科学问题。本文利用构造物理模拟实验,研究先存弧形构造薄弱带如何影响帕米尔弧形构造带的形成。本文依据相似性准则,设计了两组构造物理模拟实验,包括先存弧形薄弱带(对比模型)和先存弧形薄弱带加地壳滑脱层。实验结果表明:①先存弧形构造带上继承性发育从而形成帕米尔弧形构造带是完全可能的;②在先存弧形薄弱带而无滑脱层的情况下,变形逐渐由南向北传递,呈现典型的前展式的变形过程,最终变形到达先存弧形薄弱带的时间较晚;构造样式上主要表现为一系列南倾断裂控制的变形带不断向北增宽;所造成的地形格局总体上呈现向北单调递减的地形楔形态;③在先存弧形薄弱带而有地壳滑脱层的情况下,先存弧形薄弱带在变形初期就立即活化,之后变形带才表现出从推板向北逐渐传递的过程,最终当变形量足够大时,会在弧形薄弱带前缘形成前锋断裂;构造样式上,表现为一系列的冲起构造;所造成的地形格局总体上为山-谷相间的形态;④帕米尔北缘的先存薄弱带如果在新生代印度-欧亚板块碰撞初期就开始活化,必须存在滑脱层(解耦层)。该新生代早期的滑脱层是否存在、位于什么深度和界面仍有待于进一步研究。     

西秦岭北缘构造带的新生代构造活动——兼论对青藏高原东北缘形成过程的指示意义

西秦岭北缘构造带是青藏高原东北部一条重要的北西西向构造带,它由一组近于平行的断裂组成,中部发育活动的左旋走滑断裂,两侧发育向外扩展的多条逆冲断裂,剖面上呈向北偏心的花状构造。自古近纪中晚期以来西秦岭北缘构造带成为青藏高原早期的北东边界,其新生代构造活动控制了两侧的新生代盆地沉积演化和构造变形。在构造带南侧滩歌盆地自古近纪中晚期堆积了一套厚度较大的砾岩和砂岩地层,但未见新近纪地层;沿西秦岭北缘构造带中部在中新世形成具有剪切拉张性质的武山—漳县盆地,沉积了厚度超过千米的砾岩、砂岩和泥岩序列;在构造带北侧陇西盆地从古近纪中晚期至中新世晚期一直处于前陆盆地发育阶段,沉积了连续的新生代地层序列。在中新世晚期以后,整个构造带遭受挤压变形,逆冲活动强烈,中部的武山—漳县盆地和北侧的陇西盆地相继消亡,新生代地层发生强烈构造变形,位于构造带南侧的滩歌盆地也同时发生轻微缩短变形。第四纪晚期以来西秦岭北缘构造带断裂活动主要表现为左旋走滑运动方式,而逆冲断裂活动则迁移到了北东方向的海原断裂和香山—天景山断裂(又称中卫—同心断裂)等构造带之上,实现了大区域范围内的应变分配。     

大别山高压-超高压岩石折返与扬子北缘构造变形的关系

大别山造山带及其"前陆"形成于三叠纪,是华北陆块与扬子地块经长期构造演化、最终碰撞的产物。研究表明,该"前陆"实际是扬子地块中部的九岭基底隆升带演化相关的褶皱-逆冲推覆构造带。综合横贯大别山造山带的大地电磁探测、宽角反射与折射地震探测、天然地震波(P波)层析成像研究、莫霍面地震反射图像,揭示大别山造山带及扬子地块北缘的地壳物性、速度结构、莫霍面错断、变形特征等,发现该区上、下地壳结构具有不一致性,总体表现为鱼骨刺状;并结合地表地质调查,推断扬子地块北缘深层向南逆冲的构造与大别山超高压变质岩的形成及折返过程密切相关,而浅部构造向北的逆冲推覆构造与大别山造山带向南的逆冲推覆构成对冲构造样式。最后,本文讨论了该区大地构造演化和背景,分析了其动力学机制。     

大别山花凉亭-弥陀剪切带与超高压变质岩片的斜向差异折返

超高压变质岩的折返过程是陆陆碰撞边界演化的关键问题。南倾的花凉亭-弥陀剪切带位于南大别低温-超高压变质 带和中大别中温-超高压变质带之间,矿物拉伸线理倾伏向为SE,逆冲和走滑分量大致相等。电子背散射衍射分析表明： 花凉亭-弥陀剪切带大多数样品的石英组构记录了上盘向NW的剪切变形,反映了中大别超高压变质岩向SE的快速折返, 而部分样品的石英具有上盘向SE的剪切指向,与早白垩世花岗岩穹隆发育导致的区域伸展有关。对前人的岩石学和年代学 成果进行总结,发现大别山进变质和超高压变质峰期/退变质的锆石U-Pb年龄从南往北逐渐变新,南大别和中大别在215~ 225 Ma同时经历了高压榴辉岩相退变质作用,在191~195 Ma经历了绿片岩相变质作用。超高压变质岩的白云母和黑云母的 40Ar/39Ar年龄靠近郯庐断裂时偏年轻,可能受到郯庐断裂活动的影响。南大别和中大别变质峰期温压的等值线与花凉亭-弥 陀剪切带的走向斜交,反映了超高压变质岩的斜向折返。因此,南大别低温-超高压变质带在~236 Ma最先开始折返,之后 中大别和北大别依次发生快速折返,具有不同折返速率和折返角度的构造岩片通过韧性剪切带调节相对运动。     

Near-Ultrahigh Pressure Processing of Continental Crust: Miocene Crustal Xenoliths from the Pamir

Xenoliths of subducted crustal origin hosted by Miocene ultrapotassicigneous rocks in the southern Pamir provide important new informationregarding the geological processes accompanying tectonism duringthe Indo-Eurasian collision. Four types have been studied: sanidineeclogites (omphacite, garnet, sanidine, quartz, biotite, kyanite),felsic granulites (garnet, quartz, sanidine and kyanite), basalticeclogites (omphacite and garnet), and a glimmerite (biotite,clinopyroxene and sanidine). Apatite, rutile and carbonate arethe most abundant minor phases. Hydrous phases (biotite andphengite in felsic granulites and basaltic eclogites, amphibolesin mafic and sanidine eclogites) and plagioclase form minorinclusions in garnet or kyanite. Solid-phase thermobarometryreveals recrystallization at mainly ultrahigh temperatures of1000–1100°C and near-ultrahigh pressures of 2·5–2·8GPa. Textures, parageneses and mineral compositions suggestderivation of the xenoliths from subducted basaltic, tonaliticand pelitic crust that experienced high-pressure dehydrationmelting, K-rich metasomatism, and solid-state re-equilibration.The timing of these processes is constrained by zircon agesfrom the xenoliths and ⁴⁰Ar/³⁹Ar ages of the host volcanic rocksto 57–11 Ma. These xenoliths reveal that deeply subductedcrust may undergo extensive dehydration-driven partial melting,density-driven differentiation and disaggregation, and sequestrationwithin the mantle. These processes may also contribute to thealkaline volcanism observed in continent-collision zones. KEY WORDS: xenolith; high-pressure; subduction; Pamir; Tibet     

The thermal structure of continental crust in active orogens: insight from Miocene eclogite and granulite xenoliths of the Pamir Mountains

Rare ultrahigh‐temperature–(near)ultrahigh‐pressure (UHT–near‐UHP) crustal xenoliths erupted at 11 Ma in the Pamir Mountains, southeastern Tajikistan, preserve a compositional and thermal record at mantle depths of crustal material subducted beneath the largest collisional orogen on Earth. A combination of oxygen‐isotope thermometry, major‐element thermobarometry and pseudosection analysis reveals that, prior to eruption, the xenoliths partially equilibrated at conditions ranging from 815 °C at 19 kbar to 1100 °C at 27 kbar for eclogites and granulites, and 884 °C at 20 kbar to 1012 °C at 33 kbar for garnet–phlogopite websterites. To reach these conditions, the eclogites and granulites must have undergone mica‐dehydration melting. The extraction depths exceed the present‐day Pamir Moho at ～65 km depth and suggest an average thermal gradient of ～12–13 °C km^?1. The relatively cold geotherm implies the introduction of these rocks to mantle depths by subduction or gravitational foundering (transient crustal drip). The xenoliths provide a window into a part of the orogenic history in which crustal material reached UHT–(U)HP conditions, partially melted, and then decompressed, without being overprinted by the later post‐thermal relaxation history.     

大别造山带超高压变质岩折返隆升的地层学证据—毛坦厂组榴辉岩砾石的启示

大别山北缘地区发育厚达近万米的中新生代碎屑岩，它们记录着大别山造山带和在株罗纪以来的演化历史。在安徽省六安地区毛坦厂组中，发现多块榴辉岩砾石。砾石新鲜，质地坚硬，表明属于第一旋回砾石。榴辉岩由石榴子石、多硅白云母、绿帘石、石英、金红石等组成。具有明显的退变质作用，发育以钠长石和闪石类组成的后合成晶、以及石榴子石周边的次为边。石榴子石以铁铝榴石和钙铝榴石为主，恪地C类榴辉岩。根据其特征应该属于大别山南部和北部超高压榴辉岩。毛坦厂组层位确切，古生物化石和同位素年龄都表明以晚株罗世为主，这一发现表明，在晚株罗世，以榴辉岩为代表的造山带根部物质，即：超高压变质岩已经出露地表，并作为毛坦厂组的物源。因此，大别造山带超高压为质岩折返到地表，最迟在晚株罗世。     

Structural Evidence for the in-situ Origin of the HP and UHP Eclogites in the Dabie-Sulu Orogenic Belt

Whether the HP and UHP metamorphic rocks of the Dabie-Sulu orogenic belt are of an "in-situ" or "foreign" origin is a long-standing dispute among geologists. Eclogites preserved today in the HP and UHP units constitute merely 5-10%, which are not isolated exotic bodies tectonically intruding into amphibolite facies gneiss, but remnants of once pervasive or widespread eclogite-facies terranes or slabs. The present spatial distribution and forms of the eclogites have resulted from polyphase and progressive deformation and strain partitioning of the HP and UHP slabs. From their formation in deep mantle to their exhumation to the surface, the eclogites have experienced long-term deformation with different strain regimes. The dominant regime responsible for the present spatial distribution and forms of the eclogites is the shear process. The deformation patterns of the eclogites and gneiss matrix also clearly show that the eclogites were metamorphosed in situ. The original distribution area of the eclogites     

Structural Traps in Detachment Folds: a Case Study from the ‘Comb- and Trough-like’ Deformation Zone/s, East Sichuan, China

Detachment structures occur widely in the crust, and it is the commonest and most important deformation type developed in the region between orogenic belts and basins. The ‘comb-like’ and ‘tough-like’ fold belts in eastern Sichuan are caused by multi-layer detachment. The duplex structure is the most important deformation style in the region, exhibiting different characteristics from typical detachment structures. Different deformation styles, scales, and shortenings resulting from independent deformations of various detachment systems would lead to the phenomenon whereby most of the topographical heights in the region do not correspond to the structural heights in depth. Based on systematic structural analysis and combined with practical oil/gas prospecting, four types of structural traps are described from eastern Sichuan Province, which are: detachment and thrust trap; detachment folding trap; fault-flat blocking trap; and detachment layer trap. Meticulous studies on the deformation and distribution of detachment layers in the eastern Sichuan Province will contribute to oil/gas prospecting and selection of potential regions of marine-origin oil/gas prospecting in South China.     

西天山山脉多期次隆升-剥露的裂变径迹证据

磷灰石的裂变径迹法已经广泛地应用于限定山脉的隆升剥露历史研究。天山山脉的隆升历史一直存在争议,西天山山脉的构造隆升研究则相对更为缺乏。野外系统采集三个横穿西天山察汗乌苏山剖面的花岗岩、火山岩等样品,挑选磷灰石开展了裂变径迹测试分析工作。测试结果表明,西天山可能存在多期次的构造隆升事件;进一步利用实测的磷灰石裂变径迹年龄数据和径迹长度,开展了磷灰石的温度时间反演模拟研究。模拟结果结合区域性的地质资料分析推断,西天山山脉自中生代以来存在4个阶段构造隆升剥露事件,分别为:三叠纪末—早侏罗纪(220～180Ma)、侏罗纪中期(170～140Ma)、白垩纪中期(110～80Ma)和晚新生代(24Ma以来)。