利用沉积记录精确约束印度-亚洲大陆碰撞时间与过程

精确约束印度-亚洲初始碰撞时间对于认识喜马拉雅造山过程、青藏高原隆升机制及其对环境、气候和生物的效应具有重要的意义.本文基于对西藏雅鲁藏布缝合带两侧沉积记录的研究,对印度-亚洲大陆初始碰撞时间研究进行了总结和评述,探讨了印度-亚洲大陆初始碰撞的穿时性,重建了大陆碰撞的沉积演化.在接受以大陆间洋壳消失、陆壳-陆壳初始接触作为初始碰撞定义的前提下,利用两种方法:(1)缝合带附近深水浊积岩物源区由印度物源向亚洲物源转变的时间,(2)喜马拉雅欠充填前陆盆地启动在缝合带两侧造成的沉积环境突变或不整合的时间,精确限定印度-亚洲大陆初始碰撞时间为古新世中期((5 9±1)Ma).从喜马拉雅造山带来看,真正的初始碰撞时间比正常海相沉积结束要早20~25Ma,而磨拉石出现比初始碰撞要晚30~40Ma.基于特提斯喜马拉雅古近系沉积记录,印度-亚洲大陆初始碰撞在喜马拉雅中部和西部不存在明显的穿时性.本文从喜马拉雅地区的沉积记录角度出发,将喜马拉雅造山作用划分为四个阶段:(1)始喜马拉雅初始阶段,古新世中期-早始新世(59~52Ma),初始碰撞发生,同碰撞盆地存在深海环境,印度大陆一侧发育碳酸盐缓坡;(2)始喜马拉雅早期阶段,始新世早-中期(52~41Ma或35Ma),以发育残留的浅海沉积为特征,新特提斯海湾自西向东逐渐消亡;(3)始喜马拉雅晚期阶段,始新世末期-渐新世(41~26Ma),整个喜马拉雅和藏南地区缺乏沉积作用;(4)新喜马拉雅早期阶段,渐新世末期-早中新世(2 6~17Ma),喜马拉雅隆升,陆相磨拉石快速堆积,沿缝合带东西向发育雅鲁藏布江和印度斯河.     

再论印度与亚洲大陆何时何地发生初始碰撞

印度与亚洲大陆碰撞形成了喜马拉雅造山带.该造山带是当今固体地球科学研究的重点和热点,是建立新的大陆动力学理论的最佳天然实验室.印度与亚洲大陆碰撞时限是正确认识和理解该造山带形成与演化、高原隆升的动力学过程等的起点.近南北向陆陆碰撞的最直接证据是碰撞带两侧块体在古纬度上的相互重叠.本文拟通过对相关古地磁资料的分析,结合近年来在拉萨地块南缘林子宗群火山岩和沉积岩夹层上获得的最新古地磁结果,探索当今古地磁数据所限定的印度和亚洲大陆发生初始碰撞的时间和古地理位置.结果表明,拉萨地块林子宗群形成时期(约64~44 Ma)古亚洲大陆最南缘的古地理位置(~10°N)限定了印度与亚洲大陆的初始碰撞最可能发生在65~50 Ma之间;如果以由印度洋海底地形所限定的东冈瓦纳大陆裂解前的印度板块形状为大印度模型,则印度与亚洲大陆的初始碰撞很可能发生在60~55 Ma之间.     

岩浆岩定量限定陆-陆碰撞时间和过程的方法和实例

基于板块运动的主要驱动力(俯冲带大洋板片下沉引起的板片拖拉力)和岩浆产生的三种主要机制(加流体、升温和减压),将陆-陆碰撞过程定义为初始碰撞、正在进行的碰撞和构造转换三个阶段,分别以正常钙碱性安山质岩浆(洋壳脱水释放流体)、向海沟方向迁移的钙碱性岩浆(洋壳脱水释放流体或升温)或小规模壳源过铝质岩浆(壳内剪切热)、板片断离诱导的大规模成分多样性岩浆作用(升温和减压)为特征.在准确限定板片断离时间的基础上,结合汇聚速率、板片断离深度和俯冲角度,就可以反推陆-陆初始碰撞的时间.拉萨地体南部冈底斯岩基岩浆活动的时空迁移规律,及其与林子宗帕那组火山岩记录到的52~51Ma岩浆大爆发和岩浆温度增高的现象,很可能是雅鲁藏布新特提斯大洋板片在约53Ma开始断离的结果,由此限定的印度-亚洲初始碰撞时间为约55~54Ma,接近于各种地质现象限定的印度-亚洲初始碰撞时间(60~55Ma).将这一方法应用于阿拉伯-欧亚大陆碰撞带的土耳其南部Bitlis造山带,获得的阿拉伯-欧洲大陆初始碰撞时间为约29~22Ma,与最近根据磷灰石裂变径迹年龄(约20Ma)和区域构造缩短量(约27Ma)提出的初始碰撞时间接近.南部拉萨地体上白垩统强烈褶皱及其与上覆林子宗火山岩之间的角度不整合事件(90~69Ma),可能是新特提斯扩张脊南侧热且年轻的俯冲洋壳与上覆岩石圈强烈耦合或新特提斯洋底高原或海山俯冲作用的结果,与印度-亚洲大陆的初始碰撞无关.林子宗典中组和年波组之间的角度不整合事件持续了约3Ma,很可能标志了印度-亚洲大陆的初始碰撞.雅鲁藏布新特提斯大洋板片断离引起的俯冲带拖拉力消失可能是导致印度大陆在约51Ma明显减速的主要原因,现今的印度大陆北向漂移的驱动力主要来自榴辉岩化印度大陆下地壳的下沉.印度-亚洲大陆初始碰撞后与雅鲁藏布新特提斯大洋岩石圈回转有关的高角度俯冲、拉萨地体南缘大的地壳厚度和高的海拔以及印度大陆中上地壳与下地壳、下地壳与岩石圈地幔的解耦,可能是造成印度-亚洲碰撞带上盘岩石圈板块在60~40Ma期间发生弱变形的主要原因.     

关于印度与欧亚大陆初始碰撞时间的讨论

关于印度与亚洲大陆初始碰撞时间,目前存在3种主流认识,即(65±5)、(45±5)和(30±5)Ma.文中厘定了5种碰撞判别标志,包括板块运动速率的突然衰减、俯冲型岩浆作用的停止、大陆之间的物质交换、海洋的消亡和构造变形.通过综合分析认为,在上述3种认识中,(65±5)Ma构造事件符合一个判别标志,即物质交换——冈底斯碎屑物质在此时出现在印度板块北缘,不过,在此时冈底斯再次发生大规模的岩浆活动,反映出俯冲作用发生活化,意味着两大陆仍未碰撞.俯冲成因的冈底斯岩浆作用在白垩纪末-第三纪初(72~65Ma)间断了约7Myr,文中提出这可能与构造转换有关,即特提斯俯冲消减带被转换断层置换,亚洲与印度大陆由此呈水平走滑汇聚,到了约65Ma,随着新俯冲带的形成,岩浆作用重新开始,直到约45Ma结束.(45±5)Ma的构造事件导致海相沉积和俯冲型岩浆作用的停止,符合大部分大陆碰撞判别标志,文中定义为初始碰撞时间.(30±5)Ma的构造事件与上述判别标准多不符合,反映的是印度和亚洲大陆大规模陆内汇聚作用,即硬碰撞,由此形成青藏高原现今的地质、地貌格局.文中得出的结论是:印度与欧亚大陆的汇聚并非仅仅是受新特提斯海的俯冲消减协调,两者在足够接近时经历了3个阶段,即早期的水平走滑汇聚(72~65Ma)、初始碰撞((45±5)Ma)和晚期的陆内汇聚((30±5)Ma).     

西藏雅鲁藏布缝合带甲查拉组:晚白垩世新特提斯洋海沟沉积?

雅鲁藏布缝合带记录了印度与亚洲板块汇聚、碰撞及碰撞后造山的信息.甲查拉组位于雅鲁藏布缝合带南侧,自建组以来一直被认为是印度-亚洲大陆碰撞后前陆盆地的深水沉积,物源来自其北侧亚洲大陆南缘的冈底斯弧.然而,一个长期令人不解的问题是:甲查拉组砂岩最年轻的碎屑锆石年龄为88Ma,考虑冈底斯弧晚白垩世-古近纪持续的岩浆活动,如果地层时代是前人基于孢粉、沟鞭藻化石提出的古新世-早始新世(65~50Ma),为何砂岩中缺乏白垩纪晚期-始新世早期(88~50Ma)的碎屑锆石?针对这个问题,本次研究对江孜-萨迦地区的甲查拉组开展了孢粉、沟鞭藻化石分析、岩石地层学、沉积学与物源分析等工作.两个不同实验室的分析处理都未获得保存良好的孢粉、沟鞭藻化石;甲查拉组与宗卓组呈断层接触,岩石组合与沉积结构、构造指示海底扇沉积环境;碎屑组分、碎屑锆石U-Pb年龄和Hf同位素指示甲查拉组的物源来自冈底斯弧和中拉萨地体,最年轻的碎屑锆石年龄为84Ma.综合考虑沉积环境、物源与大地构造位置,在区域对比研究基础上,本文认为甲查拉组的时代很可能是晚白垩世(88~84Ma),代表了新特提斯洋向北俯冲阶段亚洲南缘的海沟沉积.     

喜马拉雅汇聚带结构-属性解剖及印度-欧亚大陆最终拼贴格局

针对印度与欧亚大陆的碰撞方式与时限存在争议的现状,为探讨学术界关于喜马拉雅造山作用观点分歧的原因,本文首先综述了汇聚带结构-属性解剖方法论与基本原则,指出大陆碰撞造山带实际上包括了多种类型,但常见的大陆碰撞造山带往往包括了被动大陆边缘和活动大陆边缘的诸多块体拼贴的格局,其最终的碰撞格局及缝合带产出位置由增生楔底部界面控制,可能在拼贴后呈起伏状或者Z字形等复杂产状.厘定最终碰撞缝合带的可行思路,就是解剖活动大陆边缘结构,确定其作为俯冲上盘的岩石类型属性,特别是增生楔、高压-超高压和巴洛(Barrovian)变质带以及上叠弧前盆地.同时,找寻被动大陆边缘与活动大陆边缘接触的最外、最远边界及其趋近界面,就能厘定缝合面在地表的出露线.根据地球物理资料和高压变质岩等产出位置,限定其深部的产出状态,就可以限定缝合带的产出状态.结合汇聚带结构-属性解剖方法论与基本原则讨论,本文指出喜马拉雅南部汇聚带成分、结构复杂,急需重新开展结构-属性解剖.在综合前人研究资料的基础上,结合我们自己的最新研究结果,进一步总结探讨喜马拉雅造山带结构-属性的新认识,其中雅江蛇绿岩带包含多种构造组分,并非代表单一缝合带,可能是位于弧前后盾(backstop)的多地质单元组合.特提斯喜马拉雅(THS)包含混杂岩结构组成,具有"基质+块体"的结构特征;统一的南向古水流物源、单一的欧亚大陆特征碎屑锆石年龄谱,均表明特提斯喜马拉雅(THS)应该是冈底斯弧前体系,在最终碰撞前具有欧亚大陆属性.高喜马拉雅(GHS)和低喜马拉雅(LHS)组成复杂,由俯冲碰撞作用产生的榴辉岩等高压变质岩就位于高喜马拉雅(GHS)和低喜马拉雅(LHS)的顶部.根据造山带内的高压变质岩石折返都就位于俯冲上盘的产出特征,高喜马拉雅(GHS)和低喜马拉雅(LHS)的顶部含高压变质岩部分应属于俯冲上盘单元,俯冲带必须位于其下(南)部.因此,印度大陆最主要也是最终的俯冲作用是沿该俯冲带结构面发生.低喜马拉雅(LHS)和锡瓦里克的岩石组合表明其主体不发育混杂带,很可能属于印度的前陆体系.通过对喜马拉雅造山带内不同单元的结构-属性解剖,结合俯冲拼贴相关的构造变形年龄,本文认为印度与欧亚大陆最终的碰撞拼贴发生在14Ma之后.青藏地区南北向裂谷的发育、藏东地区哀牢山等剪切带左行-右行的转换等构造事件的发生,均可以协调地反映在俯冲带的影响范围和动力学控制之中.通过对喜马拉雅造山带的研究,提出喜马拉雅造山带最终碰撞拼贴新模式,表明造山带的结构-属性解剖是正确认识造山带的关键,其分析方法可以应用到全球造山带的研究.同时,本文也提出一些关于喜马拉雅造山带结构-属性研究未来需要关注的重要科学问题.     

大陆碰撞带成矿作用:年轻碰撞造山带对比研究

新特提斯俯冲带之上的年轻碰撞造山带是进行大陆碰撞成矿研究的天然实验室和理想对象.本文以比利牛斯、阿尔卑斯、扎格罗斯、喜马拉雅四个地球上最年轻的大陆碰撞造山带为例,通过对这些造山带结构组成、演化过程和成矿系统等方面的概述,划分碰撞造山带类型,探讨不同类型碰撞带成矿同异性及缘由.对比研究表明,四个碰撞造山带可划分成简单碰撞和复合碰撞两种类型.前者以比利牛斯和阿尔卑斯为代表,表现为狭窄线状造山带和对称式造山带结构,缺乏弧岩浆活动,发育以中上地壳物质活动为主的成矿系统(密西西比河谷型铅锌矿床和造山型金矿床).后者以扎格罗斯-伊朗高原和喜马拉雅-青藏高原为代表,在欧亚大陆南缘表现为宽阔的造山高原和不对称式造山带结构,大陆边缘弧岩浆活动显著,产有大规模成矿系统(岩浆碳酸岩型稀土矿床、碰撞型斑岩铜矿床、造山型金矿床、密西西比河谷型铅锌矿床和伸展构造有关的锑金多金属矿床).尽管在简单碰撞带形成之前也有新特提斯洋壳的俯冲,但是没有形成大陆弧.而复合碰撞带在大陆俯冲之前有大陆边缘弧的形成,大陆碰撞引起增生造山带再活化,其中新特提斯洋壳俯冲作用为随后大陆碰撞带成矿提供了金属预富集.     

重力驱动的特提斯单向裂解-聚合动力学

地球自5亿年以来,大量陆块从南方的冈瓦纳大陆不断裂解,相继形成原、古、新特提斯大洋.这些陆块随后陆续漂向北方的劳亚大陆,并与之发生碰撞拼合,形成全球最显著的大陆碰撞造山带,又称特提斯构造域.对源自冈瓦纳陆块的漂移历史,目前已建立了较为清晰的框架性认识,但上述大陆单向裂解-聚合的驱动机制却是特提斯研究中极具争议的问题.通过重新审视特提斯构造域内陆块裂解-拼合历史、大洋俯冲起始的地质记录和全球大尺度深部地球物理特征发现,特提斯洋的大洋板片向欧亚大陆的俯冲是这些陆块运动的"引擎".大洋向欧亚大陆的持续俯冲作用,使得处于大洋另一侧的冈瓦纳大陆被动陆缘发生裂解,进而形成新的大洋.由于持续的俯冲作用,老的大洋不断消减并最终导致裂解的陆块与欧亚大陆碰撞,同时裂解的陆块和冈瓦纳大陆之间新的大洋不断扩张.碰撞以后,俯冲作用能够从碰撞带跃迁至大洋内部产生新的俯冲带,从而使得俯冲"引擎"得以持续运转.多期次的碰撞-俯冲-裂解的转换,使大陆块体周期性地从冈瓦纳裂解并陆续的向欧亚大陆汇聚拼合.俯冲向欧亚大陆之下的大洋板片如同一列单程列车,不断地把陆块从冈瓦纳运向欧亚大陆,使得冈瓦纳不断减小,欧亚大陆持续增大.由于这些大洋板块均属特提斯构造域,我们因此将其称之为"特提斯号"单程列车,而驱动列车单向运行的机制是俯冲板块的重力作用.     

东喜马拉雅构造结地震活动及地幔流场

<正>1研究背景 印度板块和欧亚板块自65 Ma前碰撞以来,形成了青藏高原南部世界上最高海拔的造山带——喜马拉雅造山带（丁林等,2017）。东喜马拉雅构造结（简称东构造结）位于喜马拉雅造山带东段,是青藏高原东南缘地形变化最剧烈、构造最复杂的地区,近东西向的欧亚大陆边缘在此发生了90°的顺时针偏转（宋键等,2011）。     

东喜马拉雅南迦巴瓦构造结的构造格局及形成过程探讨

东喜马拉雅南迦巴瓦构造结的构造格局主要由两类不同的构造形式组成, 一类为早期韧性挤压、走滑变形体系, 表现为构造结内部的近南北向缩短、西边界的左行走滑和东边界的右行走滑, 可能是印度与欧亚大陆碰撞后, 印度大陆向欧亚大陆的楔入所致, 其变形变质峰期为62~60, 23和13 Ma. 另一类则是以南迦巴瓦峰为中心的同心状外倾高角度韧脆性正断层体系, 可能是后期快速隆升形成的垮塌构造, 正断层作用的开始时代约为7.3~6.3 Ma.     

桐柏造山带几何学、运动学和演化

桐柏造山带由6个次级构造单元组成, 由南到北依次为桐柏片麻岩隆起带(TGR)、鸿仪河-罗庄榴辉岩带(HLE)、毛坡-胡家寨火山岩单元(MHI)、周家湾复理石单元(ZFB)、杨庄绿片岩单元(YGB)和董家庄大理岩单元(DMB). 桐柏造山带的几何学和运动学图像包括: 由后期隆升过程形成的穹隆构造、超高压岩石折返形成的顶部向北(top-to-north)的韧性剪切构造、与南北向挤压有关的顶部向南(top-to-south)的韧性剪切构造、左行平移剪切构造以及地壳较浅层次的东西向褶皱构造等几部分. 根据桐柏-大别地区已有的和本次获得的构造年代学数据, 可将研究区变形构造划归4个变形阶段. 从多期俯冲-碰撞造山带的观点出发, 根据各构造单元的岩石学特征及其展布, 结合几何学、运动学和构造年代学特征, 桐柏造山带构造演化可分为4个阶段即: 约400~300 Ma的洋壳俯冲阶段、 270~250 Ma的大陆碰撞阶段、250~205 Ma的大陆深俯冲和折返阶段以及200~185 Ma的隆升阶段.     

台湾岛的年龄

台湾岛为华夏陆块东缘自中生代晚期以来的年轻活动造山带,在东海-南海陆架地质背景上,台湾岛具有多重特殊性:除缺失始新世晚期层序外,始新世-更新世间有连续陆相至浅海相层序出露;记录"中国海"的发展及东海-南海陆架沧海桑田变迁;快速的隆升速率及重要的海洋沉积物贡献源;活跃的地震活动;既有被动又有活动大陆边缘层序;从台湾-吕宋间海域到岛上同时进行俯冲-碰撞-仰冲-张裂构造活动,因此有完整的威尔逊构造旋回地质纪录."台湾岛什么时候出露?"及"台湾岛怎么形成?"是大家关心台湾岛地质的基本问题.如果把东海陆架一半水深(60m)的海水拿掉,150km宽的台湾海峡就是台湾岛跟大陆相连的脐带;如果把台湾岛恢复到未造山前的原始形貌,台湾岛就是东海连结到南海间的脐带.但是为什么在东海及南海的陆架上只有台湾岛有比较大范围的出露?显然是有一个特定的地质作用在这个特殊的脐带位置发生,那就是早中新世19~18Ma开始的南海俯冲及随后6.5Ma开始的北吕宋火山岛弧与俯冲的欧亚大陆发生了斜向碰撞.台湾岛在晚中新世(~6.5Ma)时开始出露,最早出露部位就在中央山脉.中央山脉为中生代白垩纪的活动大陆边缘,随后拼合为欧亚大陆一部分,经新生代古近纪断陷构造(50~39Ma)、渐新世-中期中新世南海张裂(33~16Ma)、早中新世(19~18Ma)至今欧亚大陆-南海岩石圈沿马尼拉海沟向东俯冲于西进的花东海盆-菲律宾海板块之下,形成中新世增生楔,及6.5Ma至今由北向南迁移的斜向弧陆碰撞,导致中央山脉隆升出露海平面之上,形成原始台湾岛.由此原始台湾岛,台湾河流系统开始发生,并将侵蚀物经河流向西供输到原始台湾海峡前陆盆地,同时也向东供应到北吕宋海槽弧前盆地.随着弧陆碰撞的持续进行,南海东北部陆架上层序被推覆并出露在中央山脉西侧,台湾岛出露的面积也随之变大;1Ma的吕宋火山岛弧北段更向西仰冲,形成海岸山脉,拼贴在中央山脉东侧;最后又因1Ma冲绳海槽弧后张裂,中央山脉东北部又发生断陷,产生宜兰平原,形成今日台湾岛的形貌.     

喜马拉雅三维隆升过程及其动力学研究

<正>1研究背景喜马拉雅隆升是新生代重要的造山和气候变化事件之一。喜马拉雅山脉受印度板块与欧亚大陆板块碰撞的影响,是目前最活跃的碰撞造山带。欧亚板块与印度板块的碰撞最早发生于距今65—63 Ma的雅鲁藏布江缝合带（YTSZ）中部,随后印度板块沿主边界逆冲断层（MBT）继续向欧亚大陆俯冲。前人利用氢氧同位素发现喜马拉雅山在晚中新世达到现今海拔（Gébelin et al,2013;Saylor et al,2009）。Ding等（2017）利用古植物叶相来估计热焓值,对藏南地区柳曲及恰布林进行古高度重建,确定喜马拉雅山脉隆升历史。     

西藏雅鲁藏布江缝合带古新世深水沉积和放射虫动物群的发现及对前陆盆地演化的制约

对新发现的出露在雅鲁藏布江缝合带南侧的一套古新世地层及其中的放射虫动物群进行了研究. 新建折巴群代表雅鲁藏布江缝合带南侧的一套古新世深水硅质岩及复理石沉积, 包括下部富含硅质岩的桑单林组和上部以砂页岩为主的者雅组. 根据放射虫动物群的层位分布及横向对比, 划分出放射虫化石带RP1~RP6(65 ~ 55 Ma). 折巴群可能代表了欧亚大陆逆冲加载到印度被动大陆边缘产生的前陆盆地沉积. 根据前陆盆地演化, 初步判断雅鲁藏布江中段的碰撞时间为白垩纪/第三纪之交(约65 Ma). 雅鲁藏布江前陆盆地沉积覆盖在印度被动大陆边缘沉积之上, 为油气提供了较佳生、储、盖条件.     

东亚大陆新生代构造演化

东亚大陆的新生代构造演化受两大地球动力系统所控制:印度-欧亚板块的碰撞及陆内汇聚体系、西太平洋-印度尼西亚板块俯冲消减体系。从晚白垩纪到古新世期间,温暖宽阔的新特提斯洋分割着欧亚大陆和印度次大陆,并且向北俯冲消减于欧亚板块之下。与此同时,太平洋板块继续向西俯冲消减于欧亚板块之下,随着俯冲速率的大幅度降低,俯冲边界发生海沟后撤(trench rollback),使得欧亚大陆东边界开始形成一系列NNE走向的弧后拉张盆地。尽管印度与欧亚大陆碰撞的起始时间仍有争议,但至少强烈碰撞发生在距今45~55Ma期间。陆-陆碰撞及印度板块持续的楔入作用导致了新特提斯海的退出,青藏高原南部和中部的地壳增厚,并隆起形成"原青藏高原"。碰撞及其强烈的楔入作用还导致了青藏高原南部岩石圈块体向SE方向的大规模挤出。青藏高原南部块体的挤出时间与西太平洋-印度尼西亚海洋俯冲消减带的加速后撤是一致的,表现为沿消减带上盘弧后盆地的快速拉张和裂陷,构成具有成因联系的"源-汇关系"。距今20~30Ma期间,随着青藏高原大规模南东挤出的减弱,碰撞和楔入引起了向NE方向挤压的增强,导致了青藏高原本身向S和向NE方向的扩展。构造变形向南迁移到主边界逆冲推覆带,向北扩展到昆仑山断裂,造成柴达木盆地、河西走廊、陇西盆地开始接受最初的新生代沉积,形成青藏高原东北缘的大规模晚新生代沉积盆地群。西太平洋-印度尼西亚板块的海沟后撤大幅度减速或停止,直接导致了日本海扩张的停止,华北盆地裂陷期终止,进入整体热下沉阶段。大约距今10Ma以来,青藏高原内部的高海拔地区晚中新世以来开始出现近SN向的拉张,形成一系列SN向裂谷以及NW向右旋和NE向左旋的共轭走滑断裂系。与此同时,青藏高原向周边生长扩展,祁连山快速隆起形成高原北边界,龙门山也第2次加速隆升,与四川盆地形成近4 000m的地貌高差。在东部,沿西太平洋-印度尼西亚板块俯冲消减带的运动开始加速,不仅弧后拉张作用停止,一些早新生代的拉张盆地还发生反转而遭受到挤压缩短作用。     

印度-亚洲碰撞带西段初始碰撞过程:古地磁、地震层析成像及数值模拟约束

印度-亚洲的初始碰撞问题是当今地球科学研究的热点.印度-亚洲碰撞带西段经历了从弧陆碰撞到陆陆碰撞的复杂演化过程,重建这一过程有利于更为全面地揭示和理解陆陆碰撞及造山的动力学机制.本文对西构造结附近各个地体(西拉萨-喀喇昆仑、科西斯坦-拉达克及喜马拉雅地体)白垩纪以来的古地磁数据(6个原生及35个次生分量)进行了回顾和总结,古地磁原生分量指示亚洲大陆南缘和科西斯坦岛弧在碰撞前分别位于约14°N和赤道附近,很可能代表了陆陆及弧陆初始碰撞发生的位置;统计分析表明重磁化分量对应的古纬度在分布上存在3个显著的峰值(分别为约3°S~2°N、12°N及22°N),前两个峰值与原生分量指示的古纬度重叠,暗示重磁化可能与弧陆及陆陆初始碰撞伴随的造山作用有关;现有层析成像资料业已表明印度-亚洲碰撞带之下的地幔中存在两条带状分布的新特提斯洋残留洋壳,本文进一步通过初步的动力学数值模拟,表明现今残留洋壳的位置能够大致代表洋壳断离时古缝合带的位置,而该位置又与古地磁数据所揭示的初始碰撞位置基本一致.上述结果一致地表明印度-科西斯坦-亚洲之间弧陆及陆陆初始碰撞分别发生于近赤道及北半球低纬度地区(约14°N)附近,结合最新印度板块的运动轨迹及不同的大印度模型,推测上述弧-陆及陆-陆初始碰撞时间分别不晚于约62 Ma和约48 Ma.     

“燕山运动”与东亚大陆晚中生代多板块汇聚构造——纪念“燕山运动”90周年

翁文灏先生提出"燕山运动"已经整整90周年,燕山运动对中国大地构造历史研究具有特殊的意义.文章回顾了"燕山运动"提出、发展和构造幕划分沿革历史,介绍与燕山运动相关的构造事件研究的最新成果和进展,重点阐述了中国大陆不同地区对燕山运动的沉积、变形和岩浆响应,进一步梳理了燕山运动幕式演化历史及其动力作用性质,探讨了燕山运动发生的板块动力学背景及其全球构造意义.研究认为,燕山运动是三叠纪东亚大陆雏形形成后的一次重大地质构造事件,起始于中侏罗世(170±5)Ma,先后经历175～136Ma主变形期、135～90Ma主伸展期和89～80Ma的弱挤压变形期等3个主构造运动时期.主变形期包含了北京西山和燕山地区发育的2个地层不整合事件:髫髻山底部不整合和张家口底部不整合,对应于翁文灏先生1928年定义的A幕和B幕.从区域上看,晚中生代燕山运动的启动和发展与古太平洋、新特提斯和蒙古-鄂霍茨克三大构造域洋壳俯冲消减历史和板块汇聚碰撞过程密切相关.晚侏罗世,东亚周邻多板块汇聚形成了3个巨型陆缘汇聚造山系统(北部蒙古-鄂霍茨克碰撞造山带、东部陆缘Cordillera型俯冲增生造山系统、西部班公湖-怒江俯冲碰撞造山系统)以及向陆内变形扩展系统,包括多方向的陆内造山带、鄂尔多斯和四川盆地的环形褶皱山系.陆内变形表现为远离汇聚板块边缘的大规模逆冲-褶皱构造、古老造山带的复活和广泛的岩浆成矿作用.结合古大陆分离-聚合过程的周期演变规律,本文提出晚中生代东亚多板块汇聚可能是未来亚美超大陆的起始点,燕山运动应是亚美超大陆诞生的"第一声啼鸣".     

台湾大地构造格局及其对油气的地质意义

中国台湾的大地构造格局和晚中生代以来的演化过程一直是地质研究的难点和热点,特别是对其构造单元的类型、性质和演化过程存在较多争论.本文系统综述了50多年来已有中国台湾大地构造格局和重建晚中生代以来构造演化史的主要认识,特别是近10年来新的研究成果,侧重探讨了板块运动和弧陆碰撞对中国台湾大地构造形成过程中起到的作用.研究认为中国台湾总体经历了4个关键期:(1)晚中生代太平洋活动大陆边缘时期(约80 Ma),在华南陆缘形成造山带和俯冲沟弧盆系统;(2)古近纪到早中新世被动大陆边缘时期(约80～16.5 Ma),形成新生代台西盆地和台西南盆地雏形;(3)中-晚新世板块汇聚初期(16.5～6 Ma),形成的马尼拉海沟北段俯冲增生楔为中央山脉、恒春半岛前身,向南连接恒春海脊,部分南海洋脊因碰撞挤压形成中国台湾东部蛇绿岩套;(4)晚中新世末以来活跃造山期(6 Ma至今),菲律宾海板块朝欧亚大陆向西碰撞和向北俯冲,分别形成西部麓山带、雪山山脉、高屏斜坡和大屯火山区—琉球火山弧、宜兰平原—冲绳海槽;北吕宋岛弧向欧亚大陆碰撞和逆冲,形成花东纵谷和利吉混杂岩体、海岸山脉.中国台湾地区在同裂谷(syn-rift)时期的晚白垩系到古近系、后裂谷(post-rift)时期的中新统、造山定型期的下中新统和第四系地层发育了三套主要含油气系统.从大地构造格局和演化来认识中国台湾独特的发生、发展规律,从而理解其独有油气和天然气水合物成藏规律,这对该区油气和天然气水合物的寻找和评价具有指导意义.     

青藏高原腹地中新世从造山阶段向造高原阶段的转变及其动力学机制

通过对前人研究的综述,发现青藏高原新生代地质演化与高原东南缘构造演化密切相关.俯冲下插的印度地壳在藏南发生部分熔融并注入青藏高原中部地壳,这些塑性流变的地壳物质在高原东南缘先后沿两个通道流出高原内部：早期为印支通道,开放时间为35 Ma以前并持续到12 Ma;后期为川滇通道,开放时间为12 Ma至今.由于喜马拉雅东构造结与四川盆地之间强烈的挤压,印支通道不断变窄,并在12 Ma被关闭.两个通道的差异,通道的打开和关闭,造成高原中地壳物质流出速率在中新世发生明显变化,在23 Ma以来流出速率小于注入速率,在12 Ma流出速率最小,部分熔融的印度地壳物质不断滞留于高原地壳内部,使得地势相对平坦、面积巨大的青藏高原逐渐形成并分别向南和向北扩展.通过简单的力学分析,本文将高原腹地变形划分为两个阶段：大于35~23 Ma的造山阶段,受控于造山机制;23 Ma至今的造高原阶段,受控于造高原机制.     

大陆造山带碰撞-俯冲-折返-垮塌过程的岩浆作用及大陆地壳净生长

地球上的造山带可以划分为增生型造山带和碰撞型造山带,造山带岩浆作用发生在从大洋俯冲、大陆碰撞到造山带垮塌的每一个阶段.陆-陆碰撞的必要条件是大陆俯冲带的存在.一般假设,大陆岩石圈深俯冲的前提是大洋岩石圈俯冲及其在陆-陆碰撞时对紧随被动大陆边缘岩石圈的重力拖曳.大陆俯冲和碰撞的结果是地壳加厚和隆升,但是所产生的造山带岩浆作用发生在什么时间则取决于岩石圈加热机制.增生型造山带没有发生大陆之间强烈碰撞和深俯冲,一般缺少大规模的地壳叠置加厚和隆升,缺少与大陆深俯冲有关的超高压榴辉岩相变质岩,虽然大洋俯冲阶段可以形成巨厚的陆弧地壳,但同碰撞和碰撞后岩浆作用是否存在值得怀疑.碰撞型造山带由于大陆深俯冲和地壳强烈加厚,超高压变质的洋壳和大陆地壳在折返过程中减压熔融,形成同碰撞岩浆作用,在造山旋回晚期去根和垮塌过程中,由于岩石圈伸展和软流圈地幔上涌,形成碰撞后岩浆作用,并标志造山旋回的结束.因此,碰撞造山带的岩浆作用可以发生在大陆深俯冲的同时、俯冲洋壳与陆壳断离后的折返和隆升、造山带的去根和垮塌过程,从大陆碰撞到造山带垮塌和剥蚀(造山旋回结束)的时间跨度为50~90百万年.大陆碰撞造山带是深入了解大陆深俯冲、折返隆升及其造山带垮塌过程的重要场所,而碰撞造山过程中的岩浆作用对大陆地壳生长和再造有重要意义.