微板块构造理论:全球洋内与陆缘微地块研究的启示

任何板块都存在一个由小长大的过程。微地块(微板块)有时是大板块的前身,微地块的起源、生长、夭折、消亡和残留过程对研究板块构造具有重要意义。据其组成,微地块可划分为微陆块、微洋块、微幔块。本文以太平洋、印度洋和大西洋中的微地块为例,系统总结了洋脊增生系统、俯冲消减系统、深海板内系统、伸展裂解系统、碰撞造山系统5种构造环境下的微地块特征,并据此首次进行了成因分类,提出拆离微地块、裂生微地块、转换微地块、延生微地块、跃生微地块、残生微地块、增生微地块、碰生微地块和拆沉微幔块9种类型。对不同类型微地块边界进行了系统界定,并对其成因进行了系统讨论。这些微地块边界类型,包括活动的或死亡的拆离断层、俯冲带、洋中脊、转换断层、破碎带、切割岩石圈的断裂、假断层、洋内汇聚带、叠接扩张中心、非叠接扩张中心、洋脊断错等,其成因的关键研究在于对三节点稳定性进行分析。洋内或洋缘微地块研究,不仅为开展深海大洋精细化构造分析和板块重建工作提供参考,而且对解释大陆内部一些微地块成因具有启发性,可丰富大陆造山带、陆内、板内、幔内和陆缘构造的研究内容,使得造山带演化、板内变形和地幔过程研究更为精细化,甚至推广到早前寒武纪的前板块构造机制研究。     

洋-陆转换与耦合过程

洋-陆转换/耦合地带就是大陆与大洋岩石圈转换/耦合的特殊构造地带。探索该区动力学对于深入理解人类密集区的地质过程具有重要的意义。这里洋-陆转换/耦合过程不是指陆壳向洋壳或陆幔向洋幔之间的物质转换,因洋壳向陆壳或洋幔向陆幔的物质转换过程也是不可逆的,而是特指构造动力作用或能量的转换交接过程。洋-陆转换/耦合带的狭义定义为被动大陆边缘的陆壳明显减薄到洋壳出现的深水区;但广义定义包括上述被动陆缘裂解作用涉及的区域范围,或是大洋岩石圈俯冲作用所能影响到的区域,其核心依然是俯冲带和/或大陆边缘,也就是说,其内涵是俯冲带和大陆边缘概念的总和,包涵浅部的地理要素和深部的地质因素。当前,对于洋-陆转换/耦合带的国际关注点很多,国际地学前沿问题较多,其中主要侧重以下几个方面:(1)物质:洋内弧形成与初始陆壳生成、俯冲脱水-相变、岩浆工厂、变质工厂;(2)结构:俯冲带类型、分段性、洋-陆转换/耦合带变形型式、地幔楔精细对流结构、俯冲面糙度-孔隙度-渗透率时空特征;(3)过程:俯冲过程、构造跃迁、构造转换、深部底侵、拆沉、高压-超高压岩石剥露、弧后扩张过程、板片窗、俯冲侵蚀与增生、物质迁移-转变-运聚、多圈层耦合过程;(4)机制:俯冲起源与板块机制起源、陆缘互换机制、地震触发机制、深部拆沉与底侵动力学机制、大陆裂解与(火山型和非火山)被动陆缘形成、洋-陆转换/耦合带构造跃迁机制、高压-超高压岩石剥露新机制、岩浆动力学、主动与被动俯冲机制、海山俯冲;(5)效应:源-汇效应、地表地形过程与深部流变关联、板片窗的构造-岩浆-成矿效应、边缘海盆地与资源-能源效应、俯冲与地震-海啸-滑坡灾害链。西太平洋和印度洋更是我国走向深海大洋、实现"海洋强国"的关键海域,蕴含着诸多中国的国家利益,也具有极其丰富的洋-陆转换/耦合过程的关键科学问题。现阶段可初步概括为以下几点:(1)板块重建的洋陆转换/耦合带检验;(2)深部过程(底侵-拆沉)与机制;(3)西太平洋陆缘构造体制和机制转换;(4)俯冲带分段性、过程与地震触发机制;(5)地表地形过程与深部流变、岩石圈强度关联;(6)地史期间的板片窗及其构造-岩浆-成矿效应;(7)洋陆转换/耦合带变形型式、构造跃迁和机制;(8)俯冲脱水、岩浆工厂与岩浆动力学;(9)边缘海盆地与资源、能源和灾害;(10)西太平洋板块格局与华北克拉通破坏;(11)太平洋板块格局与华南大陆再造;(12)印度洋过程重建与青藏高原隆升;(13)东亚地史期间的洋陆转换/耦合过程。     

太行山—秦岭中、新生代板内变形及交接转换机制

中—新生代,秦岭是中国大陆中轴隆升的东西向山脉,而太行山为华北地块中部隆升的南北向山脉,两者走向近垂直。为了探讨中-新生代期间同属欧亚板块内部的这两条山脉的隆升历史及其构造应力场转换过程,本文通过对其区域挤压与伸展构造的系统对比分析,结合两带中生代和新生代构造体制转换的对比,最后得出中—新生代期间这两条近垂直山脉由挤压体制转换为伸展体制的时间约为早白垩世晚期;并通过同时代应力场的转换的分析对比,揭示出其挤压变形与古老造山带形成时导致的板内岩石圈不均一性结构有关;而其伸展变形与中国东部弥散性板内裂解密切相关,因而表现出宽裂谷的特征,但其总体构造格局仍受早期基底构造格局影响。总之,板内差异构造变形受早期基底构造格局控制,同时板内不同块体多方位先存边界对板缘动力作用响应存在巨大差异;在筛除板块俯冲的远程效应外,板内自身变形机制可能与板内热—力学结构的不均匀性具有密切联系。     

青岛八仙墩海相碎屑岩的岩石地球化学特征及其油气研究意义

青岛八仙墩剖面出露了一套海相陆源碎屑沉积层序。这套碎屑岩受崂山花岗岩侵入已经发生变质,岩性以硬砂岩为主,夹有页岩、含锰细砂岩、长石砂岩,富含白云质。这套地层保留了各种原生的沉积构造,发育有浊积岩的底模构造,同沉积变形,水平层理、微粒序层理。岩石地球化学分析结果表明:碎屑岩的SiO_2含量在59.6%～71.6%之间,含量的多少与岩性无相关性;而黑色页岩的Al_2O_3含量变化于12.31%～16.39%之间,多在15%以上,高于灰白色砂岩的含量(普遍小于14.5%)。镜下特征和Al203含量都表明砂岩的成熟度低。除一个样品外,碎屑岩的∑REE含量高,在146.75×10~(-6)～245.78×10~(-6)之间,La在30.35×10~(-6)～61.39×10~(-6)之间,对球粒陨石标准化的(La/Yb)_N在8.68×10~(-6)～21.89×10~(-6)之间。对PASS标准化碎屑岩的(La/Ce)_N值为1.07～1.18,显示了陆源碎屑物质的主要贡献。该地层弱的Ce/Ce*负异常和富含白云质岩层指示了海相沉积环境。主量元素判别图解和微量元素判别图解表明这套碎屑岩具有活动大陆边缘背景和大陆岛弧的共同特征,但高的∑REE含量、La和Ce丰度支持了活动大陆边缘的沉积环境,但有待于采用更准确的重矿物分析来确定其物源区的大地构造性质。这套碎屑岩的出露指示了南黄海盆地深部应有奥陶统盆地相浊积沉积体系的存在,可能具有良好的浊积砂岩油气储层。     

全球早古生代造山带(Ⅰ):碰撞型造山

自新元古代罗迪尼亚超大陆裂解以来,早古生代是板块构造运动活跃时期,具有板块运动速度较快、构造格局不稳定、块体之间相互作用复杂多变等特征,造山带演化极其复杂,导致全球早古生代古大陆重建现今仍较模糊。特别是,早古生代末450~400 Ma存在全球性准同时的造山运动,已经出现俯冲增生、碰撞、陆内3种类型的全球尺度造山带。本文侧重论述全球早古生代碰撞类型造山带的特征,总结典型碰撞造山带最新的年代学、变质、变形和岩浆作用特征及其时空分布。早古生代全球碰撞型造山带主要分布在南半球的泛非造山带和北半球的加里东期造山带,分别与南方冈瓦纳大陆和北方劳俄古陆的初步集结密切相关,早古生代碰撞造山主要体现在大陆块之间的碰撞作用为特征。这些早古生代碰撞造山带具有近似的碰撞年龄,大致相同的演化过程。其中,南方大陆主体碰撞完成于540 Ma,而北方大陆主体集结完成于420 Ma,从全球构造意义上可能意味着全球一个420~400 Ma的超大陆初步形成。     

中国东部NWW向活动断裂带构造特征:以张家口-蓬莱断裂带为例

中国东部新构造期活动强烈,前人对该时期NE向构造已有很多研究,但NWW向构造研究程度较低.本文以张家口-蓬莱断裂带为例,从几何学、运动学、动力学及地震活动性四个方面对中国东部的NWW向活动断裂带进行了分析.结果表明,中国东部的NWW向活动断裂带具有左行走滑的运动性质,并控制了第四纪盆地左阶雁列的展布样式;NWW向活动断裂带是孕震断裂,诱发了多次地震活动.在动力学上,这些断裂带是扳缘的不同段落变形在板内不同块体间响应调节的产物,且在周边板块的联合作用下,华北和华南南部NWW向断裂可能印度-欧亚板块碰撞的影响占主导,而东北和华南东部NWW向断裂可能太平洋板块俯冲的影响占主导.     

太平洋板块中—新生代构造演化及板块重建

太平洋板块是一个中生代以来形成的地球上最大的大洋板块,但其起源机制、结构构造、构造演化等始终不清楚。太平洋板块内部的复杂性更是未受到重视,其内部的大火成岩省、海山链、微洋块、微陆块及其下部更深层地幔的微幔块都非常发育,这些复杂板内或板下构造代表的地球动力学含义亟待解决。文章基于最新的板块重建结果,试图分析其运动学过程,揭示太平洋板块形成与演化机制。研究表明,太平洋板块起源于RRR三节点,但不是一个纯粹的完整大洋板块,其增生演化过程经历了非威尔逊旋回模式,其板缘经历了一些外来微陆块或微洋块的并入,其内部也因各种原因出现了一些新生微洋块,总体表现为一个碎片化的镶嵌式板内格局。太平洋板块记录了与邻区板块相互作用的重要构造事件,大约55 Ma左右开始俯冲到东亚陆缘,导致东亚陆缘短暂的北西-南东向伸展,随后受印度-欧亚碰撞动力系统和太平洋俯冲动力系统联合控制,总体处于右行右阶的拉分背景,形成了一系列盆地群,俯冲后撤等逐渐形成了双俯冲系统。太平洋板块还记录了深浅部耦合过程,下地幔中的太平洋LLSVP通过遥相关对上部岩石圈微板块、大火成岩省分布具有决定性作用;火山链或热点揭示板块运动同时,也反映深浅部物质交换过程,海山群也揭示太平洋板块之下软流圈并非单一对流胞,其对流格局的多样性尚待深入研究。      

东亚原特提斯洋(Ⅲ):北秦岭韧性剪切带构造特征

北秦岭造山带位于华北陆块与南秦岭微陆块的衔接部位,是研究原特提斯洋构造演化的关键区域之一。北秦岭造山带内主要发育四条韧性剪切带,包括位于边界处的洛南-栾川剪切带和商丹剪切带,及其内部的官坡-乔端剪切带和朱阳关-夏馆剪切带。通过详细的野外构造解析、显微构造分析和石英EBSD组构分析,获得了四条主要剪切带的活动特征,认为(1)在早古生代华北陆块与北秦岭微陆块拼合后的折返过程中,洛南-栾川、官坡-乔端和朱阳关-夏馆剪切带开始了初始的剪切活动;(2)~380Ma之后,华北、华南陆块在向北漂移过程中逐渐由近东西向展布转换为近南北向展布,导致洛南-栾川和商丹剪切带表现为明显的右行剪切;(3)~320Ma时,华北陆块和南秦岭微陆块之间的剪刀式拼合导致洛南-栾川剪切带表现为右行剪切,商丹剪切带表现为左行剪切,而官坡-乔端和朱阳关-夏馆剪切带在陆块内部不同构造单元的协调作用下分别表现为左行剪切和右行剪切。