苏鲁造山带区域地壳山根结构特征

本利用苏鲁大别造山带及其邻区的三维P波速度资料,详细对比研究了苏鲁与大别超高压变质带莫霍面深度和深部P波速度结构分布特征。结果表明,尽管苏鲁、大别超高压变质带都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共同的P波速度结构特征,与大别地区相比较,苏鲁超高压变质带还存在着独特的区域性特征。从地貌上看,苏鲁地区山脉已经基本消失。苏鲁超高压变质带的地壳厚度为32～33公里,深于其周围地区2～3公里,但是莫霍面下凹程度远不如大别地区,造山带地壳山根已逐步趋向消失。苏鲁地区上地壳P波速度高于大别,比其周围地区约快1～1．2km/s,有可能显示了该区有更多高速、高密度的超高压变质岩折返到上地壳与地表的岩石物性效果。大别造山带山脉依然存在,莫霍面下凹更明显,沿NWW向串状残留地壳山根最深为37～38公里,深于其周围地区3～4公里。对比研究结果表明,由于区域构造运动的作用,苏鲁大别造山带中的不同地段,在其造山、演化过程中也存在着差别。苏鲁的造山运动起始虽略晚于大别,但结束的更快,比大别更早进入了造山运动的后期。分析促使苏鲁造山运动进程加速的主要构造原因可能有两点,郯庐断裂带的左旋走滑运动以及通过中国华北区域的大范围NW-SE向扩张应力场的影响。大区域构造背景加速了苏鲁造山带地表高山侵蚀过程的同时,随着山根浮力的不断减弱,地壳深部山根逐渐趋向消失。地壳速度结构特征有可能反映了苏鲁造山带的地壳山根随着地表山脉的侵蚀而减弱,趋向消失的过程。     

大陆俯冲作用及青藏高原周缘造山带的崛起

青藏高原周缘造山带于新生代时崛起。周缘造山带中古老变质地体的折返与3种挤 出作用方式有关：喜马拉雅"逆冲－伸展"型挤出、祁连山"反向逆冲"型挤出和阿尔金"逆冲－转换"型挤出。据地质与地球物理综合研究推测,造山带的折返与周缘大陆岩石圈向内的俯冲作用有关：印度板块岩石圈向北俯冲至雅鲁藏布江缝合带下约 200 km处,西伯利亚板块往南低角度插入祁连山 40 km以下,塔里木地块沿阿尔金北缘边冲断层呈铲式往南俯冲于阿尔金山下100km处,扬子地块呈入体插入青藏高原东部中地壳下面。是否存在扬子地块往西运动及大陆俯冲作用尚待探究。     

大陆座冲作用及青藏高原周缘造山带的崛起

青藏高原周缘造山带于新生代时崛起,周缘造山带中古老变质地体的折返与３种挤出任出作用方式有关：喜马拉雅“逆冲－伸展”型挤出,祁连山“反向逆冲”型挤出和阿尔金“逆冲－转换”型挤出。据地质与地球物理综合研究推测,造山带的折返与周缘大陆岩石圈向内的俯冲作用有关;印度板块岩圈向北俯冲至雅鲁藏布江缝合带下的２００ｋｍ处,西伯利亚板块往地低角度插入祁连山４０ｋｍ以下,塔里木地块沿阿尔金北缘逆冲断层呈铲式往南俯冲     

北大别的多期深熔作用及山根垮塌的新证据

大别山是由华南板块在245～210 Ma向华北板块之下俯冲并发生陆陆碰撞形成的。随着南、北板块的汇聚继续,地壳持续加厚。然而,加厚的下地壳岩石（特别是镁铁质下地壳岩石）在重力作用下密度增大、稳定性降低,在145～130 Ma 时发生深熔作用;130 Ma 左右加厚下地壳拆沉,引发软流圈上涌,产生了130～110 Ma的大规模镁铁质和花岗质岩浆作用以及北大别发生强烈的混合岩化作用。其中,北大别混合岩中不同类型浅色体（至少可以分为4种）和碰撞后变质闪长岩的甄别及其岩石地球化学和同位素年代学方面系统研究为大别山印支期深俯冲陆壳的折返以及燕山期镁铁质下地壳岩石拆沉和山根垮塌所引发的多期深熔作用提供了新的关键证据。山根垮塌诱发的地幔对流导致～145 Ma时岩石圈开始减薄,进而导致加厚镁铁质下地壳温度和地壳中下部地热增温率升高,并使其发生部分熔融;加厚下地壳的部分熔融导致造山带下地壳持续弱化,加剧其重力不平衡,从而引发深部俯冲的镁铁质下地壳岩石的大规模拆沉和山根垮塌。     

浅变质岩在示踪大别—苏鲁造山带大陆板块俯冲与折返过程中的意义

中国大别-苏鲁造山带为大陆板块俯冲形成的碰撞造山带,该带北缘和内部产有原岩时代为新元古代-晚古生代的浅变质岩。这些浅变质岩对应于扬子板块北缘前寒武变质基底和扬子板块北缘古生代大陆架沉积物,形成过程于印支期扬子板块向北俯冲过程中的刮削作用密切相关,与大洋板块俯冲过程中刮削形成的加积楔具有类似的动力学过程。对大别-苏鲁造山带浅变质岩的深入研究,不仅有助于揭示大陆板块俯冲过程中高压-超高压岩石形成与折返过程,而且确定了扬子板块与华北板块之间的缝合线位置位于大别造山带北淮阳带的北部和苏鲁造山带的五莲-蓬莱群的北侧。     

地壳根、造山热与岩浆作用

简要讨论了近年来造山带及其岩浆作用研究的主要进展。造山带流变学结构与造山热和岩浆作用有着密切的耦合关系。年轻的山带往往存在地壳根,但古老的山带地壳根是否存在,取决于造山带的热状态和榴辉岩化的强度,只有缺乏流体和冷的造山带才保留有地壳根,例如古生代的南乌拉尔山和北美前寒武纪的南Trans-Hudson造山带。造山带的伸展塌陷往往伴随着幔源岩浆底侵、地壳软化、隆升和强烈岩浆作用。由于地幔浮力和造山热的作用,一些山带具有高的海拔和薄而热的地壳,属于具有长期活动性的构造带。研究表明,这些具有长期活动性的构造带,是建立在以前形成的热的、软化了的弧后区内。中国昆仑—秦岭—大别造山系北缘,古生代时期发育了与俯冲有关的弧岩浆带,而南缘发育了相近时代的与弧后伸展有关的双峰式岩浆带,构成古生代双岩浆带。该造山系早中生代的造山作用,就是在南缘的古生代弧后岩浆带基础上发展起来的。因此,该双岩浆带提供了造山热控制复合造山作用的实例。     

俯冲大陆熔融:大别-苏鲁造山带中生代岩浆岩锆石U-Pb年龄和地球化学证据

板块俯冲物质再循环的岩浆岩表现形式,是化学地球动力学研究的核心问题.在海底扩张和板块构造学说发展过程中诞生的化学地球动力学,在研究大洋地质的许多基本问题中已经取得了巨大成功.     

秦岭-大别造山带北缘新生代的构造特征及动力学探讨

秦岭-大别造山带北缘新生代的推覆构造带位于宜阳、鲁山、确山、六安一线,由SW→NE依次逆冲叠置.滑脱面主要发育在上古生界软弱岩层或差异岩性的接触面上.在推覆构造的南侧,发育有东西向串珠状分布的变质核杂岩、NE向延伸的垒-堑构造组合、北宽南窄的楔形新生代盆地和正断层等.地球物理资料表明,宜阳、鲁山、确山、六安一线为向南倾斜的地球物理异常带.北部的华北地壳与南部的秦岭-大别地壳在视电阻率、地震反射波组、地震波速、流变学分层、地壳类型和岩石圈结构等方面,均有明显的差别.秦岭-大别造山带北缘新生代不同性质、有规律展布的构造,是中生代末期以来,华北板块相对于秦岭-大别造山带作巨型陆内俯冲的结果.     

喜马拉雅造山带的变质作用与部分熔融

喜马拉雅造山带的核心由高级变质岩系和淡色花岗岩构成,是研究碰撞造山作用和板块构造的天然实验室。本文评述了喜马拉雅造山带变质作用和部分熔融研究取得的新进展和存在的争议,主要内容包括:(1)造山带核部具有\"三明治\"结构,高级变质和部分熔融的高喜马拉雅系列(GHS)夹持在较低级变质的特提斯喜马拉雅系列(THS)和低喜马拉雅系列(LHS)之中,GHS的变质作用程度具有向上和向下部构造层位降低的特征。高喜马拉雅系列主要由高压麻粒岩相到榴辉岩相的变质岩组成,具有1.2~1.6GPa和700~800℃峰期变质条件,顺时针型变质作用P-T轨迹,其进变质以增温增压为特征,退变质早期为近等温或增温降压过程,晚期为降温降压和近等压降温过程;(2)在造山带西段,紧邻缝合带产出的超高压变质岩具有4.4~4.8GPa和560~760℃的峰期变质条件和顺时针型P-T轨迹,并在退变质中期出现加热过程;(3)尽管造山带的高压和超高压变质岩形成在中、高温条件下,但岩石中的石榴石都保存有明显的主量和微量元素生长成分环带特征;(4)造山带变质核下部发育反转的中、高压型变质序列;(5)在造山带核部,变泥质和长英质麻粒岩的强烈部分熔融主要是增压、增温进变质过程中的白云母和黑云母脱水熔融,和近等温或增温降压过程中的黑云母脱水熔融,可以形成花岗质和英云闪长质熔体。加厚下地壳的高变质温度足以使各种成分岩石(包括基性岩)发生深熔,而不需要外来热源;(6)造山带变质核经历了长期的变质演化过程,其进变质始于~47Ma,峰期变质发生在~25Ma,退变质持续到~15Ma。这些岩石也记录了持续的(超过20Myr)高温变质和部分熔融过程。在造山带西段的超高压变质岩具有~46Ma的峰期变质年龄和~40Ma的退变质年龄,所以经历了一个快速俯冲与折返过程;(7)印度大陆西缘与岛弧的碰撞(造山带西段)和印度大陆东缘与大陆弧的碰撞时间一致,为~50Ma;(8)在造山带西段,印度大陆的深和陡俯冲形成了超高压变质岩;而在造山带中段,印度大陆的平缓俯冲形成了中高压变质岩;(9)构造变质不连续在变质核中广泛存在。多重有序逆冲和无序逆冲导致的岩片叠置控制着造山带的地壳结构;(10)现有的构造模型,包括楔形挤出、隧道流、临界楔和构造楔模型,都不能全面合理地解释造山带变质核部的折返机制。     

大别-苏鲁造山带橄榄岩记录的碰撞造山过程中地幔楔的地壳交代作用

地壳交代作用是洋壳俯冲带板片-地幔界面的普遍现象,由于地幔楔样品的缺乏,其识别存在困难。而碰撞造山带广泛出露的地幔楔来源的造山带橄榄岩则是理想的研究对象。本文对大别-苏鲁造山带橄榄岩的已有研究成果进行了系统总结。这些成果表明这些橄榄岩在大洋俯冲向大陆碰撞转换的不同阶段经历了多期地壳来源流体的交代作用。地壳交代作用不仅改变了地幔楔橄榄岩的地球化学成分,而且导致了交代矿物的生长以及超镁铁质交代体的形成。这些交代体或作为同碰撞和碰撞后镁铁质火成岩的地幔源区,或将地壳组分传输到深部地幔,或释放流体交代大陆俯冲隧道中的俯冲陆壳。本文对地壳交代作用研究中存在的重要问题和解决思路提出了建议。