張?jiān)罉? 董樹文, 李建華, 崔建軍, 施 煒, 蘇金寶, 李 勇

1)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所, 北京 100081;2)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院, 北京 100037

華南中生代大地構(gòu)造研究新進(jìn)展

張?jiān)罉?), 董樹文2), 李建華1), 崔建軍1), 施 煒1), 蘇金寶1), 李 勇1)

1)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所, 北京 100081;2)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院, 北京 100037

華南地區(qū)中生代構(gòu)造動(dòng)力體制經(jīng)歷了從特提斯構(gòu)造域向?yàn)I太平洋構(gòu)造域的轉(zhuǎn)換, 由此產(chǎn)生了強(qiáng)烈的陸內(nèi)造山作用和巖漿活動(dòng), 形成了復(fù)雜構(gòu)造組合的晚中生代陸內(nèi)造山帶和火成巖省。本項(xiàng)研究在下列幾個(gè)方面取得了新的進(jìn)展: (1)通過對(duì)雪峰山地區(qū)沅麻盆地的野外調(diào)查和構(gòu)造測(cè)量, 確定了該盆地晚中生代-早新生代5期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及其演替序列: 中晚侏羅世近W—E向擠壓、早白堊世NW—SE向伸展、早白堊世中晚期NW—SE向擠壓、晚白堊世近N—S向伸展、古近紀(jì)晚期NE—SW向擠壓。構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向的變化記錄了不同板緣的動(dòng)力作用對(duì)該區(qū)的影響。(2)識(shí)別了湖南地區(qū)晚古生代-早中生代海相地層中發(fā)育的橫跨疊加褶皺構(gòu)造, 并基于地層接觸關(guān)系和已有火成巖同位素年代學(xué)數(shù)據(jù)分析, 認(rèn)為該地區(qū)橫跨疊加褶皺構(gòu)造記錄了中生代兩期構(gòu)造擠壓和地殼增厚事件: 早期近東西向褶皺構(gòu)造是對(duì)三疊紀(jì)華南地塊南北邊緣大陸碰撞和增生作用的遠(yuǎn)程響應(yīng), 晚期NE—NNE向褶皺構(gòu)造則是對(duì)中晚侏羅世古太平洋板塊向華南大陸之下低角度俯沖作用的變形響應(yīng)。(3)對(duì)湖南衡山西緣拆離斷裂帶的變形結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查和構(gòu)造測(cè)量,確定了衡山變質(zhì)核雜巖構(gòu)造, 并對(duì)拆離帶中韌性剪切變形的鈉長(zhǎng)巖脈的鋯石進(jìn)行了SHRIMP U-Pb測(cè)年, 從而確定了華南地區(qū)伸展構(gòu)造的起始時(shí)代約137 Ma, 即早白堊世早中期。(4)通過鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)試分析,揭示了東南沿海長(zhǎng)樂—南澳構(gòu)造帶早白堊世 2期構(gòu)造-巖漿事件: 早期(147～135 Ma)表現(xiàn)為強(qiáng)烈的混合巖化作用和深熔作用形成的片麻狀花崗巖、花崗片麻巖等; 晚期(135～117 Ma)巖漿巖以含石榴子石花崗巖為主。這個(gè)結(jié)果表明東南沿海構(gòu)造帶是晚中生代陸緣造山帶, 造山作用可能起始于晚侏羅世, 于早白堊世早中期(135 Ma)以來發(fā)生伸展垮塌。在上述研究結(jié)果的基礎(chǔ)上, 探討了華南地區(qū)三疊紀(jì)“印支運(yùn)動(dòng)”和中、晚侏羅世“燕山運(yùn)動(dòng)”的表現(xiàn)及其產(chǎn)生的板塊構(gòu)造動(dòng)力體制及其轉(zhuǎn)換時(shí)代、早白堊世從擠壓構(gòu)造應(yīng)力體制向伸展構(gòu)造應(yīng)力體制轉(zhuǎn)變的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

陸內(nèi)造山; 構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng); 橫跨疊加褶皺; 中生代大地構(gòu)造; 構(gòu)造動(dòng)力體制轉(zhuǎn)換; 沅麻盆地;長(zhǎng)樂—南澳構(gòu)造帶; 華南大陸

中生代是華南乃至整個(gè)東亞大陸大地構(gòu)造發(fā)生劇烈變動(dòng)的時(shí)期, 也是東亞大地構(gòu)造發(fā)展的重要轉(zhuǎn)折時(shí)期(任紀(jì)舜, 1990; 趙越等, 2004; Dong et al.,2008; 董樹文等, 2010)。華南大陸是由多個(gè)塊體或地體拼合而成, 主要構(gòu)造單元包括揚(yáng)子地塊、江南—雪峰山構(gòu)造帶、華夏地塊、東南沿海巖漿-變質(zhì)構(gòu)造帶等(圖1)。華南大陸北部邊緣為秦嶺—大別—蘇魯碰撞造山帶, 將華南地塊與華北地塊拼合在一起, 其西南邊緣通過紅河斷裂與印支地塊相連。研究表明, 揚(yáng)子地塊和華夏地塊于中晚元古代碰撞拼合(Chen et al., 1991, 1998; Charvet et al., 1996),華夏地塊經(jīng)歷了加里東褶皺造山作用(Li Z X et al.,2010; 舒良樹, 2006), 并受到印支運(yùn)動(dòng)和燕山運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈改造, 尤其燕山運(yùn)動(dòng)以壓倒一切的優(yōu)勢(shì)對(duì)早期構(gòu)造進(jìn)行了改造和疊加, 隱蔽了前期構(gòu)造變形形跡(Huang, 1945; 任紀(jì)舜, 1984, 1990)。

華南地區(qū)中生代動(dòng)力體制經(jīng)歷了從特提斯構(gòu)造域向?yàn)I太平洋構(gòu)造域的轉(zhuǎn)換, 但對(duì)這種動(dòng)力體制轉(zhuǎn)換發(fā)生的時(shí)間和轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的地質(zhì)效應(yīng), 是華南大地構(gòu)造研究的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。不同作者從地層接觸關(guān)系、構(gòu)造變形樣式和巖漿記錄等方面進(jìn)行了論述。許多學(xué)者如 Huang(1945)、任紀(jì)舜(1984, 1990)基于三疊系內(nèi)部地層角度不整合面和古地理環(huán)境的變化, 強(qiáng)調(diào)了華南地區(qū)印支運(yùn)動(dòng)的重要性。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)華南地區(qū)印支運(yùn)動(dòng)不僅表現(xiàn)為地臺(tái)蓋層的褶皺作用, 而且地臺(tái)基底也不同程度地被卷入褶皺。這個(gè)認(rèn)識(shí)也為其他學(xué)者所認(rèn)同, 并提出了不同的動(dòng)力學(xué)模型。Hsü等(1988a, b, 1990)提出了揚(yáng)子地塊與華夏地塊在中生代發(fā)生碰撞的華南阿爾卑斯造山帶碰撞模型, 來解釋華南地區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造變形樣式,但該模型受到許多地質(zhì)學(xué)家的質(zhì)疑(Rodger, 1989;Rowley et al., 1989; Yu et al., 2005), 普遍認(rèn)為華南不存在中生代碰撞造山帶, 而以陸內(nèi)變形為主。一個(gè)共同的認(rèn)識(shí)是, 華南大陸廣泛發(fā)育的褶皺構(gòu)造和巖漿作用是古太平洋板塊向華南大陸之下俯沖作用的結(jié)果, 但不同學(xué)者提出了不同的板塊俯沖模式。Zhou等(2000, 2006)提出了古太平洋板塊初始低角度俯沖和俯沖板塊逐漸后退變陡的模式, 來解釋華南地區(qū)晚中生代巖漿活動(dòng)和演化歷史, 這個(gè)模式很好地解釋了華南地區(qū)中晚侏羅世以來巖漿活動(dòng)由陸地向海溝方向遷移的規(guī)律。Wang等(2005a)基于雪峰山地區(qū)構(gòu)造變形的調(diào)查和 Ar-Ar測(cè)年分析, 提出一個(gè)陸內(nèi)斜向俯沖模式來解釋基底左旋走滑逆沖和蓋層褶皺變形, 認(rèn)為這個(gè)過程主要形成于中晚三疊世的印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期。Li Z X等(2007)分析了華南地區(qū)花崗巖類型和年齡, 提出了華南褶皺造山帶形成的大洋板塊平俯沖模型, 這個(gè)構(gòu)造模型強(qiáng)調(diào)了古太平洋板塊向華南大陸長(zhǎng)距離的平俯沖作用起始于晚二疊世末期, 導(dǎo)致了華南1300 km寬的褶皺造山帶的形成, 而隨后的俯沖板片的破壞和熔融主導(dǎo)了晚中生代巖漿作用(Li X H et al., 2007)。

圖1 華南大陸中生代構(gòu)造綱要圖Fig. 1 Mesozoic structural outline map of South China

上述關(guān)于華南地區(qū)早中生代造山作用的構(gòu)造模型也受到不同學(xué)者的挑戰(zhàn)。郭福祥(1998)通過地層接觸關(guān)系分析, 認(rèn)為華南地區(qū)印支運(yùn)動(dòng)褶皺變形輕微,主要表現(xiàn)為隆升、海退和原始沉積盆地的掀斜, 強(qiáng)烈的褶皺變形主要發(fā)生在燕山運(yùn)動(dòng)和喜山運(yùn)動(dòng)時(shí)期。張?jiān)罉虻?2009)則通過系統(tǒng)編圖和疊加褶皺構(gòu)造分析, 發(fā)現(xiàn)華南早中生代存在兩個(gè)世代褶皺的橫跨疊加, 認(rèn)為早期近東西向褶皺構(gòu)造具有南北成帶、晚期 NE—NNE向褶皺構(gòu)造具有東西分區(qū)的區(qū)域展布特征, 并基于地層接觸關(guān)系和早中生代巖漿巖和火山巖同位素年代學(xué)數(shù)據(jù)分析(徐先兵等, 2009), 認(rèn)為這兩組疊加褶皺構(gòu)造清楚地記錄了華南早中生代兩期擠壓事件: 近東西向褶皺是對(duì)印支早期華南地塊南北邊緣碰撞造山事件和俯沖增生事件的遠(yuǎn)程響應(yīng), NE—NNE向褶皺則起源于燕山早期((170±5) Ma)古太平洋板塊向華南大陸之下低角度俯沖作用, 兩者發(fā)生轉(zhuǎn)換的時(shí)代在中晚侏羅世之交。這個(gè)認(rèn)識(shí)與Dong等(2008)對(duì)東亞大地構(gòu)造的解釋是一致的。

因此, 華南地區(qū)中生代構(gòu)造研究涉及 2個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題: (1)古太平洋板塊何時(shí)開始向華南大陸之下俯沖？從晚二疊世開始還是從中、晚侏羅世開始？(2)華南地區(qū)晚中生代構(gòu)造體制發(fā)生了重大轉(zhuǎn)折,從早期以地殼擠壓縮短作用為主到晚期以地殼伸展作用為主, 其轉(zhuǎn)換時(shí)代是什么？

為了回答上述問題, 筆者在《深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究》(SinoProbe)專項(xiàng)資助下(董樹文等, 2011),在前人工作的基礎(chǔ)上, 經(jīng)過 3年的野外調(diào)查研究工作, 深入分析了華南典型的疊加褶皺樣式、古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、伸展拆離構(gòu)造、早白堊世巖漿作用, 在下列4個(gè)方面取得了重要的進(jìn)展。

1 華南中生代構(gòu)造研究主要進(jìn)展

1.1 華南地區(qū)晚中生代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)演化歷史

1.1.1 盆地基本特征

沅麻盆地是一個(gè)北東—南西走向的白堊紀(jì)斷陷盆地, 長(zhǎng)250 km, 寬30～65 km, 發(fā)育于華南大陸中部揚(yáng)子地塊與華夏地塊的結(jié)合部位。新元古代板溪群出露在盆地的東側(cè), 主要為一套成層性好的硬砂巖-板巖-片巖系列, 年齡在 760～820 Ma(Wang et al.,2005a), 緊閉褶皺, 變質(zhì)程度很淺。盆地的西緣出露揚(yáng)子地塊的下古生界沉積巖層, 包括震旦紀(jì)冰磧巖、灰?guī)r與白云巖、寒武紀(jì)頁巖和灰?guī)r、奧陶紀(jì)碳酸鹽巖和粉砂巖、志留紀(jì)砂巖和頁巖等, 這個(gè)蓋層沉積發(fā)生褶皺, 形成隔槽式褶皺構(gòu)造(Yan et al.,2003)。晚古生代-早中生代地層包括泥盆紀(jì)砂巖、粉砂巖和灰?guī)r、石炭-二疊紀(jì)碳酸鹽巖和白云巖、中下三疊統(tǒng)灰?guī)r, 出露在盆地的東部邊緣, 并發(fā)生褶皺變形。

橫穿盆地的構(gòu)造剖面顯示沅麻盆地構(gòu)造變形具“西弱東強(qiáng)”特征, 幾何形態(tài)表現(xiàn)為不對(duì)稱分布的箕狀盆地, 是一個(gè)不典型的大陸伸展盆地。這個(gè)斷陷盆地受到兩組斷裂的控制: 一組走向NE, 是盆地的主要構(gòu)造, 控制了盆地早白堊世的伸展與沉積充填; 另一組走向東西, 它們控制了晚白堊世的沉降凹陷, 如盆地南部的芷江凹陷。從1: 200 000地質(zhì)圖上判讀, 我們注意到東西向斷裂受到NE—SW向斷裂的限制, 這種切割關(guān)系指示東西向斷裂形成晚于北東向斷裂。

基于區(qū)域地層資料和前人的研究工作, 并考慮到江漢盆地的地層序列, 對(duì)沅麻盆地的地層序列進(jìn)行了綜合整理和編制, 將盆地的地層序列劃分成3個(gè)巖性地層組合: 上三疊統(tǒng)至下、中侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)、上白堊統(tǒng)至古近系。這三個(gè)地層單元之間均為角度不整合接觸(圖2)。

1.1.2 盆地構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)演化歷史

基于盆地內(nèi)不同地層單元斷層幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)特征及其活動(dòng)期次的野外觀察和測(cè)量, 運(yùn)用斷層滑動(dòng)矢量反演古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的方法(Angelier, 1984;Mercier et al., 1987a, b), 結(jié)合盆地的沉積記錄和地層不整合關(guān)系, 我們建立了沅麻盆地晚中生代 4期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及其演替歷史(圖2, Li et al., 2011)。

(1)中晚侏羅世WNW—ESE擠壓(圖3): 這期擠壓作用主要記錄在影響上三疊統(tǒng)和中下侏羅統(tǒng)的斷層上, 在古生代碳酸鹽和碎屑巖中也有良好記錄。在沅麻盆地的東緣, 可見二疊紀(jì)灰?guī)r向西逆沖推覆在上三疊統(tǒng)和中下侏羅統(tǒng)地層之上, 斷層面上的擦痕構(gòu)造指示了近東西向擠壓。根據(jù)影響變形的地層時(shí)代推斷, 這期擠壓作用發(fā)生在中侏羅世之后、早白堊世盆地發(fā)育之前, 很可能發(fā)生在晚侏羅世。

(2)早白堊世早期 NW—SE引張(圖 4): 這期引張作用記錄在早白堊世地層以及前白堊紀(jì)地層中,變形表現(xiàn)為 NE—NNE走向的高角度正斷層或同沉積正斷層。這些正斷層切穿了盆地的南部和西部地區(qū), 地形地貌上可見明顯的垂向斷距。平均伸展方向?yàn)?N136°E, 最大主應(yīng)力軸(σ1)為垂直。在這期伸展作用下, 盆地沿 NW—SE方向張開, 一系列NE—SW 走向伸展構(gòu)造形成, 初步奠定了盆地的雛形格局。

(3)早白堊世晚期 NW—SE擠壓(圖 5): 這期擠壓表現(xiàn)為一組共軛的走滑斷層, 它們強(qiáng)烈影響了早白堊世地層。反演結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析顯示, 最大主應(yīng)力軸的平均方位約 N309°E, 近水平, 中間主應(yīng)力軸垂直, 最小主應(yīng)力軸(σ3)走向NE—SW。這去擠壓導(dǎo)致盆地構(gòu)造反轉(zhuǎn), 并形成大量 NWN—NEN走向左行走滑斷層及弱褶皺構(gòu)造。

(4)晚白堊世 S—N引張(圖 6): ENE—E走向的同運(yùn)動(dòng)正斷層紀(jì)錄了這期引張作用, 這些斷層控制了沅麻盆地晚白堊世沉降凹陷。野外測(cè)量顯示, 大部分?jǐn)鄬邮歉呓嵌鹊? 并保留了近直立的擦痕線理。這組斷層線理大量發(fā)育在下白堊統(tǒng), 在上白堊統(tǒng)中也觀察到。反演結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析顯示, 最小主壓應(yīng)力軸(σ3)近水平, 平均走向 180°, 最大主應(yīng)力軸(σ1)近直立。這次伸展作用導(dǎo)致 E—W 走向沉積凹陷, 如芷江半地塹、漆河半地塹, 其發(fā)生時(shí)代一直可以延續(xù)到古近紀(jì)。

(5)NE—SW向擠壓: 在古近紀(jì)晚期, N—S向伸展結(jié)束, 代之而起的是NE—SW向擠壓作用。這期擠壓作用主要表現(xiàn)為2組共軛走滑斷層。斷層矢量反演結(jié)果顯示, 最大主應(yīng)力軸(σ1)平均方位 N37°E,近水平(12°), 最小主應(yīng)力軸(σ3)走向NW—SE。

1.1.3 大地構(gòu)造意義

沅麻盆地白堊紀(jì)地層的古地磁研究表明, 自白堊紀(jì)以來, 該地區(qū)地殼沒有發(fā)生旋轉(zhuǎn), 華南地塊處于穩(wěn)定狀態(tài)(Zhu et al., 2006)。因此, 在盆地中記錄的古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)方向及其變化可以用區(qū)域動(dòng)力學(xué)作用或深部構(gòu)造作用的變化來解釋。總體上, 在晚侏羅世至早白堊世時(shí)期, 擠壓或伸展的方向?yàn)镹W—SE至W—E, 而自晚白堊世以來變?yōu)镹—S至NE—SW。這種主應(yīng)力軸方向的變化可能記錄了不同地球動(dòng)力作用對(duì)本地區(qū)的影響, 要么來自西太平洋邊緣俯沖作用, 要么來自特提斯-喜馬拉雅構(gòu)造域的影響。

圖2 沅麻盆地與江漢盆地區(qū)域地層柱及古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)演替歷史Fig. 2 Mesozoic-Cenozoic stratigraphic columnar section and deformation history of Yuanma and Jianghan basins

正如在前文中提出, 華南中生代構(gòu)造研究的一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題是: 古太平洋板塊何時(shí)開始向華南大陸之下俯沖？人們普遍認(rèn)為, 這個(gè)俯沖作用是華南大陸約1300 km陸內(nèi)造山帶形成的主因(Xu et al.,1999; Wang et al., 2005a; Zhou et al., 2006; Li Z X et al., 2007), 但對(duì)這個(gè)陸內(nèi)造山帶形成的起始時(shí)間一直有爭(zhēng)論的: 有的強(qiáng)調(diào)了二疊紀(jì)就開始了(Li Z X et al., 2007), 有的認(rèn)為是中侏羅世約180 Ma (Zhou et al., 2000, 2006), 或者中晚侏羅世約(165±5) Ma(Dong et al., 2008)。在沅麻盆地記錄的構(gòu)造變形歷史指示最早一期近W—E向擠壓作用應(yīng)該與古太平洋板塊俯沖作用有關(guān), 因而制約了華南大陸中生代陸內(nèi)造山作用的時(shí)間應(yīng)該在中侏羅世之后、早白堊世之前。在華南大陸東部地區(qū)的華夏地塊, 廣泛發(fā)育的、侵入于褶皺構(gòu)造帶的晚侏羅世花崗巖年齡(150～160 Ma)可以限定這期褶皺變形的年齡(張?jiān)罉虻? 2009)。

早白堊世早期, 構(gòu)造應(yīng)力體制以伸展作用為主,這期伸展作用與華南地區(qū)早白堊世斷陷盆地的發(fā)育、侵入巖漿活動(dòng)和火山作用是同時(shí)的(Faure et al.,1992, 1996; Li, 2000; Zhou et al., 2000; Wu et al.,2005; Zhou et al., 2006; Shu et al., 2009)。高精度的測(cè)年數(shù)據(jù)顯示, 早白堊世巖漿活動(dòng)的峰期在(135±5) Ma(Li, 2000; Li X H et al., 2010)。這期伸展作用發(fā)生的動(dòng)力學(xué)包括: 巖石圈伸展(Li, 2000), 巖石圈俯沖+基性巖漿底侵(Zhou et al., 2000, 2006),或者俯沖回滾(subduction roll-back)(Uyeda et al.,1979), 弧后伸展(Watson et al., 1987; Lapierree et al.,1997; Ren et al., 2002)等。

早白堊世晚期的NW—SE向擠壓作用可能影響到整個(gè)華南地區(qū), 它導(dǎo)致了華南早白堊世斷陷盆地的構(gòu)造反轉(zhuǎn), 盡管這期反轉(zhuǎn)持續(xù)時(shí)間較短。其發(fā)生的時(shí)間很可能與 120～110 Ma的巖漿活動(dòng)低谷期同時(shí)。這期擠壓作用產(chǎn)生的動(dòng)力可能與古太平洋俯沖板片的角度變化有關(guān), 或者與菲律賓微陸塊與東亞陸緣碰撞有關(guān)(Faure et al., 1992; Charvet et al., 1994;Lapierre et al., 1997).

晚白堊世以來, 古太平洋板塊相對(duì)于亞洲大陸的俯沖方向變?yōu)?NNW, 俯沖速度減慢, 俯沖角度增大(Engebretson et al., 1985; Maruyama et al., 1997)。這個(gè)板塊運(yùn)動(dòng)學(xué)持續(xù)了30～40 Ma。大約在50 Ma, 板塊運(yùn)動(dòng)學(xué)發(fā)生了調(diào)整(Sharp et al., 2006)。在沅麻盆地記錄的晚白堊世近 N—S向伸展和隨之發(fā)生的NE—SW 向擠壓, 其動(dòng)力來源顯然與古太平洋板塊俯沖沒有直接關(guān)系, 而是更多來自特堤斯構(gòu)造域的動(dòng)力作用, 那兒印度-歐亞大陸發(fā)生俯沖和碰撞(Yin et al., 2000)。值得提及的是, 晚白堊世近N—S向伸展和隨之發(fā)生的NE—SW向擠壓在華北東部地區(qū)的膠萊盆地和郯廬斷裂也有記錄(Zhang et al.,2003)。

圖3 沅麻盆地東緣構(gòu)造簡(jiǎn)圖及晚侏羅世逆沖斷層野外特征和古應(yīng)力反演(據(jù)Li et al., 2011)Fig. 3 Simplified structural map of the eastern margin of Yuanma basin and field views of Late Jurassic compressive deformation and paleostress inversions (after Li et al., 2011)

圖4 沅麻盆地早白堊世NW—SE向伸展構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)Fig. 4 Early Cretaceous NW-SE extension in Yuanma Basin

1.2 疊加褶皺分析與早中生代大地構(gòu)造過程

位于雪峰山隆起以東的華南東部地區(qū)對(duì)應(yīng)華夏地塊, 該地塊在早古生代發(fā)生陸內(nèi)造山作用, 形成華南加里東造山帶, 最終使華南地塊固結(jié)。其上發(fā)育中晚泥盆世至早中三疊世海相地層(D2-3-T2), 其底部不整合超覆在下古生界加里東構(gòu)造層之上, 泥盆系底部為一套河流相砂礫巖沉積, 向上主體為淺海相碳酸鹽巖沉積, 其中有海陸交互相沉積夾層,表明這個(gè)時(shí)期, 華夏地塊處在穩(wěn)定的構(gòu)造演化階段。而在這套海相地層之上發(fā)育的晚三疊世至早中侏羅世地層(T3-J1-2), 主體為陸相沉積, 僅在廣東東南部沿海地帶發(fā)育海相地層。這兩套截然不同的地層單元或構(gòu)造層均發(fā)生強(qiáng)烈褶皺和斷裂作用, 形成了樣式復(fù)雜、東西寬大于1300 km的褶皺構(gòu)造帶。對(duì)這個(gè)復(fù)雜褶皺構(gòu)造帶的形成時(shí)代, 存在不同的認(rèn)識(shí)。本項(xiàng)研究通過典型地區(qū)褶皺構(gòu)造的疊加型式分析, 識(shí)別了早中生代兩期褶皺作用, 早期褶皺構(gòu)造軸呈 NWW—SEE至近東西向展布, 晚期呈北東—北北東向展布, 局部地區(qū)為南北向, 兩者之間的橫跨疊加型式在不同地段可以觀察到。

1.2.1 湘中漣源地區(qū)橫跨疊加褶皺型式

圖5 沅麻盆地早白堊世NW—SE向擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)Fig. 5 Early Cretaceous NW-SE compression in Yuanma basin

圖6 沅麻盆地晚白堊世N—S向伸展構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)Fig. 6 Late Cretaceous N-S extension in Yuanma basin

位于雪峰山北部的漣源地區(qū), 兩組褶皺的橫跨疊加現(xiàn)象非常典型(圖 7)。早期褶皺軸向?yàn)閃NW—ESE向, 由晚古生界-早中生界海相地層組成的復(fù)向斜和前寒武系基底卷入的復(fù)背斜組成, 被晚期的一組NNE向褶皺構(gòu)造橫跨疊加, 形成典型的盆地-穹隆狀構(gòu)造型式。早期WNW—ESE向褶皺較寬緩, 而晚期NE—NEN向褶皺相對(duì)較緊閉。在南部地區(qū), 兩組褶皺橫跨疊加產(chǎn)生的盆-穹狀構(gòu)造型式非常顯著, 而靠近北部的江南隆起地區(qū), 北東向褶皺幅度相對(duì)較弱, 早期WNW至近W—E向褶皺構(gòu)造占主導(dǎo)地位。晚期 NE—NEN向褶皺作用伴隨平行褶皺軸的逆沖斷層而發(fā)育, 這組斷層斜切早期WNW向褶皺(張?jiān)罉虻? 2009)。

另外, 該區(qū)發(fā)育印支期巖體(Wang et al., 2002,2005b, 2007), 其長(zhǎng)軸沿 NWW 復(fù)背斜褶皺軸展布,受到早期褶皺構(gòu)造的控制, 這說明早期褶皺構(gòu)造主體形成于中三疊世的印支運(yùn)動(dòng)早期。

1.2.2 湘南地區(qū)橫跨疊加褶皺型式

圖7 湘中漣源地區(qū)橫跨疊加褶皺構(gòu)造圖Fig. 7 Simplified structural map of the superposed folding pattern in Lianyuan area of central Hunan Province

在湘南地區(qū), 可見兩組褶皺構(gòu)造的疊加: 晚期一組褶皺走向近N—S至NEN—SWS向, 卷入的地層包括D-T2和T3-J1-2沉積構(gòu)造層, 褶皺構(gòu)造樣式有:斷折褶皺、斷層傳播褶皺等(圖8)。褶皺構(gòu)造樣式受到地層巖性和地層厚度的控制, 如在中下三疊統(tǒng)的薄層泥質(zhì)灰?guī)r中, 發(fā)育緊閉的尖棱褶皺。早期一組褶皺主要發(fā)育在西部地區(qū), 近 W—E走向, 褶皺形態(tài)較寬緩, 卷入的地層不僅有 D-T2沉積層, 前泥盆基底也卷入其中。這組東西向褶皺構(gòu)造被包容在晚期形成的近南北向構(gòu)造帶中。另外, 三疊紀(jì)花崗巖體沿東西向背斜軸發(fā)育, 而晚侏羅世-早白堊世巖體切穿D-T2褶皺構(gòu)造層。

1.2.3 早中生代兩期褶皺構(gòu)造形成時(shí)限

要確定 2個(gè)世代疊加褶皺構(gòu)造形成的時(shí)代, 關(guān)鍵是要分析疊加褶皺作用與巖漿活動(dòng)之間的時(shí)代關(guān)系。前已述及, 在疊加褶皺構(gòu)造發(fā)育的地區(qū), 早期近東西向褶皺通?？刂屏擞≈诘膸r體, 但晚侏羅世-早白堊世巖體不完全受NNE向褶皺構(gòu)造的控制。筆者根據(jù)已發(fā)表的花崗巖和火山巖同位素年齡數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示, 華南地區(qū)在早侏羅世早期(195～205 Ma)存在一個(gè)明顯的巖漿活動(dòng)寂靜期(Zhou et al.,2006), 將三疊紀(jì)印支期巖漿序列和侏羅紀(jì)巖漿序列截然分開。印支期巖體呈面狀分布, 但主要集中在湘中的雪峰山地區(qū)和沿十萬大山—云開大山—武夷山一帶(圖1)。分析表明, 印支期巖體可以分為兩個(gè)亞階段(Wang et al., 2002, 2005b, 2007): 早期以過鋁質(zhì)片麻狀花崗巖為主, 是同構(gòu)造期地殼深熔作用的產(chǎn)物, 高精度SHRIMP U-Pb鋯石年齡測(cè)試結(jié)果集中在230～240 Ma, 這類巖體非常少; 晚期巖體年齡集中在210～230 Ma, 代表伸展構(gòu)造環(huán)境下地殼重熔的產(chǎn)物。根據(jù)印支巖體的同位素年齡及其空間展布,我們推斷, 華南東部地區(qū)近東西向褶皺構(gòu)造帶主要形成于印支早期, 即230～240 Ma。

NEN至N—S向褶皺構(gòu)造的形成時(shí)代可以通過侏羅紀(jì)巖漿事件的分析來制約。在湘中南地區(qū)發(fā)現(xiàn)近N—S向褶皺構(gòu)造被晚侏羅世巖體所侵入, 典型的例子是騎田嶺巖體(圖8)。該巖體侵入于NNE向褶皺構(gòu)造帶, 近年來高精度SHRIMP鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果展示該巖體侵位時(shí)代在155～161 Ma(朱金初等, 2003, 2005;李華芹等, 2006; 付建明等, 2004; 趙葵東等, 2006),是典型的晚侏羅世巖體, 表明NNE向褶皺構(gòu)造形成的時(shí)代必然早于161 Ma。再考慮到該地區(qū)早中侏羅世的伸展構(gòu)造背景, 我們將NNE向褶皺構(gòu)造的形成時(shí)代初步限制在中晚侏羅世之交(165～175 Ma)。

圖8 湖南南部騎田嶺地區(qū)橫跨疊加褶皺構(gòu)造圖Fig. 8 Simplified structural map showing the cross folding pattern in Qitianling area of south Hunan Province

1.2.4 早中生代大地構(gòu)造過程

我們將華南中部地區(qū)發(fā)育的兩組疊加褶皺構(gòu)造與早中生代大地構(gòu)造過程聯(lián)系起來, 探討該地區(qū)早中生代構(gòu)造動(dòng)力體制轉(zhuǎn)換和大地構(gòu)造過程。筆者認(rèn)為, 兩期疊加褶皺構(gòu)造分別代表了兩期地殼擠壓和增厚事件: 即印支早期近南北向擠壓和燕山早期近東西向擠壓。這兩期近于橫跨疊加的褶皺構(gòu)造同時(shí)記錄了兩個(gè)不同構(gòu)造體制在華南地區(qū)的表現(xiàn)和轉(zhuǎn)換,即從印支期以東西向構(gòu)造為主的特提斯構(gòu)造域向燕山早期以 NEN向構(gòu)造為主的濱太平洋構(gòu)造域的轉(zhuǎn)換。

從構(gòu)造動(dòng)力學(xué)角度分析, 華南地區(qū)印支期近東西向褶皺構(gòu)造帶的形成與華南大陸南北邊緣地塊碰撞作用有關(guān)。研究表明, 揚(yáng)子地塊和華北地塊沿秦嶺—大別—蘇魯構(gòu)造帶碰撞開始于晚二疊世, 強(qiáng)烈的陸內(nèi)深俯沖發(fā)生在中三疊世, 大別山、蘇魯造山帶出露的超高壓變質(zhì)帶變質(zhì)年齡峰值為約240 Ma(Li et al., 1993, 1996; Hacker et al., 1998)。這期強(qiáng)烈的陸-陸碰撞造山作用不僅導(dǎo)致?lián)P子前陸褶皺構(gòu)造帶的形成和發(fā)育, 向南波及到江南隆起以南的整個(gè)華夏地塊, 使該地塊發(fā)生擠壓增厚, 地殼增厚誘發(fā)的深熔作用導(dǎo)致了華南地區(qū)獨(dú)特的印支期過鋁質(zhì)花崗巖的發(fā)育(Wang et al., 2007)。同時(shí), 在華南地塊西南邊緣發(fā)生大陸地塊增生事件, 印支地塊沿松馬—松達(dá)縫合線增生到華南地塊(Carter et al.,2001)。這期增生事件導(dǎo)致南盤江復(fù)理石盆地的閉合和褶皺, 沿十萬大山發(fā)生由 SSE向NNW方向的強(qiáng)烈逆沖, 導(dǎo)致十萬大山前陸盆地的發(fā)育。而NNE向褶皺構(gòu)造系的形成和發(fā)育是古太平洋板塊向華南大陸之下俯沖作用的結(jié)果, 是對(duì)大洋板塊向大陸巖石圈之下低角度俯沖初期的變形響應(yīng)。顯然, 疊加褶皺構(gòu)造分析結(jié)果并不支持Li Z X等(2007)提出的觀點(diǎn), 這個(gè)模式將古太平洋板塊的俯沖起始時(shí)間放在晚二疊世并持續(xù)到侏羅紀(jì)。從巖漿活動(dòng)記錄考慮,盡管華南地區(qū)發(fā)育印支期地殼重熔性花崗巖侵入,但迄今沒有報(bào)道與俯沖有關(guān)的火山巖。與大洋俯沖有關(guān)火山活動(dòng)開始于晚侏羅世(約 160 Ma), 而大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)則發(fā)生在早白堊世早期((140±5) Ma)。

1.3 早白堊世伸展拆離斷裂系統(tǒng)與變質(zhì)核雜巖構(gòu)造

經(jīng)歷了中、晚侏羅世的擠壓縮短變形之后, 于早白堊世, 華南大陸便進(jìn)入了區(qū)域性伸展變形階段,并伴隨著斷陷盆地的形成、巖漿侵入和火山作用等。如何確定從擠壓構(gòu)造應(yīng)力體制到伸展構(gòu)造應(yīng)力機(jī)制發(fā)生轉(zhuǎn)變的時(shí)間節(jié)點(diǎn), 是華南大地構(gòu)造研究的又一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題。

本次研究工作集中對(duì)衡山變質(zhì)核雜巖西緣拆離帶進(jìn)行了詳細(xì)的野外調(diào)查和構(gòu)造測(cè)量, 系統(tǒng)測(cè)量了該拆離帶韌性剪切和脆性變形的幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)要素, 并系統(tǒng)采集了拆離帶中鈉長(zhǎng)巖樣品, 開展了鈉長(zhǎng)石中鋯石U-Pb SHRIMP年代學(xué)測(cè)試分析工作。這個(gè)大型拆離帶的發(fā)現(xiàn), 對(duì)于深入研究華南地區(qū)早白堊世中晚期大規(guī)模地殼伸展作用及其伴隨的巖漿作用和成礦作用, 具有重要的理論意義。

1.3.1 早白堊世大型拆離斷裂

在湖南地區(qū), 發(fā)育有兩類斷陷盆地: 一類盆地的沉積-沉降作用受到邊緣高角度正斷裂的控制, 另一類則與低角度拆離斷層有關(guān)。低角度拆離斷裂主要發(fā)育在衡山以西地區(qū), 目前發(fā)現(xiàn)有 2條: 一條位于衡山西緣的界牌斷裂帶, 另一條為資源斷裂。野外調(diào)查顯示, 這類拆離斷層一致向西傾, 傾角在25°～35°之間, 拆離帶上盤為早白堊世紅色沉積, 下盤為不同時(shí)代的地層和巖體。拆離帶上發(fā)育韌性剪切形成的糜稜?zhēng)r, 拉伸線理指示近東西向伸展作用(圖 9)。

1.3.2 界牌拆離斷裂帶與衡山變質(zhì)核雜巖構(gòu)造

前人早已認(rèn)識(shí)到衡山變質(zhì)核雜巖構(gòu)造, 并基于初步的野外觀察, 對(duì)該變質(zhì)核雜巖構(gòu)造進(jìn)行了解釋(徐漢林等, 1998)。本項(xiàng)目對(duì)衡山變質(zhì)核雜巖的西緣拆離帶進(jìn)行了詳細(xì)的野外調(diào)查和構(gòu)造測(cè)量, 開展了拆離帶韌性剪切變形的組構(gòu)分析和年代學(xué)測(cè)試研究工作。如圖10所示, 界牌拆離帶沿衡山巖體西緣展布。巖整個(gè)拆離帶有鈉長(zhǎng)石脈貫入, 并發(fā)生了強(qiáng)烈的韌性剪切變形, 形成典型的糜稜?zhēng)r帶(圖 11), 厚度在2～4 km; 沿剪切面拉伸線理發(fā)育, 巖石薄片的顯微鏡下分析指示上盤向西傾滑(圖 12)。在韌性剪切帶的頂部, 出現(xiàn)了幾米厚的微角礫巖層, 記錄了拆離帶晚期脆性變形。拆離帶下盤為衡山花崗巖體,測(cè)年結(jié)果顯示其侵位時(shí)代在晚侏羅世-早白堊世。靠近拆離帶的巖體沒有發(fā)生明顯的韌性剪切變形。

本次研究對(duì)拆離帶韌性剪切變形構(gòu)造進(jìn)行了鋯石U-Pb和Ar-Ar年代學(xué)測(cè)試分析, 目前初步獲得了鈉長(zhǎng)巖鋯石的SHRIMP U-Pb測(cè)年結(jié)果。分析結(jié)果顯示, 這些熱液鋯石大部分是熱液活動(dòng)過程中捕獲的繼承鋯石, 年齡指示了印支期和侏羅紀(jì)巖體。新形成的熱液鋯石的顯著特點(diǎn)是高含 U量, 獲得的平均年齡約137 Ma。我們將這個(gè)年齡解釋為鈉長(zhǎng)巖脈的結(jié)晶年齡, 因?yàn)樵搸r脈發(fā)生了強(qiáng)烈的同構(gòu)造拉伸作用, 因此, 鈉長(zhǎng)巖脈的結(jié)晶年齡也代表了伸展拆離作用的時(shí)間。

1.4 東南沿海長(zhǎng)樂—南澳構(gòu)造帶早白堊世巖漿作用: 對(duì)晚中生代陸緣造山作用的時(shí)代制約

長(zhǎng)樂—南澳構(gòu)造帶位于華南大陸的東南緣, 是揭示晚中生代洋-陸相互作用和陸緣構(gòu)造演化過程的關(guān)鍵地帶。該帶NE—SW向延伸, 長(zhǎng)大于400 km,出露寬40～60 km(圖13)。沿該帶出露一套變質(zhì)巖層,區(qū)域地質(zhì)調(diào)查結(jié)果將該套地層劃歸為 T3-J1, 其上為白堊紀(jì)火山巖所覆蓋。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn), 這套所謂的T3-J1地層對(duì)應(yīng)一套片麻狀花崗巖或含石榴子石細(xì)?；◢弾r, 其中殘留有角閃巖相的變質(zhì)巖, 由副片麻巖、混合巖化片麻巖、變粒巖、角閃巖、石英巖、石墨云母片巖等組成。對(duì)這套片麻狀花崗巖和所包裹的變質(zhì)巖, 前人對(duì)其進(jìn)行了大量的年代學(xué)研究工作, 其目的是確定這個(gè)構(gòu)造帶的變形時(shí)代。Jahn等(1976, 1990)基于Rb/Sr年代學(xué)分析結(jié)果, 認(rèn)為這套變質(zhì)巖經(jīng)歷了 2期變質(zhì)事件: (165±13) Ma和90～120 Ma。晚期構(gòu)造熱事件被大量的角閃石和云母Ar-Ar測(cè)試分析結(jié)果所證實(shí), 變質(zhì)巖的坪年齡集中在 130～80 Ma(Chen et al., 2002)。Tong 等(1996)詳細(xì)研究了東山島混合花崗片麻巖, 給出的單個(gè)鋯石U-Pb年齡為122 Ma, 認(rèn)為至少部分片麻狀花崗巖形成于早白堊世。最近, 馮艷芳等(2011)報(bào)道了東山島晚侏羅世花崗質(zhì)石榴黑云片麻巖鋯石 U-Pb年齡約152 Ma。從這些年代學(xué)研究結(jié)果可以看出, 長(zhǎng)樂—南澳構(gòu)造帶在晚中生代經(jīng)歷了多期次構(gòu)造-巖漿事件, 年齡集中在 152 Ma、140～120 Ma和 100～90 Ma。盡管已積累了一批年代學(xué)數(shù)據(jù), 但對(duì)出露于長(zhǎng)樂—南澳構(gòu)造帶的這套片麻狀花崗巖和混合片麻巖的形成時(shí)代, 尚缺乏系統(tǒng)的、高精度的年代學(xué)測(cè)試工作,因此對(duì)其形成的構(gòu)造背景及其在華南大陸晚中生代陸內(nèi)造山過程中的地位和意義, 認(rèn)識(shí)不夠深入。

本次研究工作主要對(duì)長(zhǎng)樂—南澳構(gòu)造帶內(nèi)的這套片麻狀花崗巖、片麻巖和粒狀花崗巖等進(jìn)行了詳細(xì)的野外調(diào)查和采樣(圖14), 運(yùn)用鋯石U-Pb測(cè)年手段和球化學(xué)分析方法, 對(duì)構(gòu)造帶中的混合巖、片麻狀花崗巖、粒狀花崗巖、花崗巖脈等進(jìn)行了系統(tǒng)的年代學(xué)測(cè)試分析, 確定了該構(gòu)造帶屬于華南大陸晚中生代陸緣造山帶。

圖9 湖南界牌拆離斷裂帶與衡山變質(zhì)核雜巖Fig. 9 Structural map showing Jiepai normal detachment fault zone and Hengshan metamorphic core complex in Hunan Province

圖10 衡山變質(zhì)核雜巖構(gòu)造圖(a)與構(gòu)造橫剖面圖(b)Fig. 10 Simplified structural map of Hengshan metamorphic core complex(a) and structural cross section(b)

圖11 界牌拆離帶鈉長(zhǎng)巖韌性剪切(A)和脆性微角礫巖(B)的野外特征Fig. 11 Field views of ductile shear(A) and brittle deformation(B) of albite in Jiepai detachment zone

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)了兩類早白堊世巖漿巖: 一類表現(xiàn)為片麻狀花崗巖, 片麻理發(fā)育, 其中以包裹體形式殘留有混合片麻巖、混合巖和角閃巖等變質(zhì)巖。這類巖石發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造變形, 片麻理方向平行構(gòu)造帶, 推側(cè)是造山作用的產(chǎn)物; 另一類是粒狀花崗巖, 有的巖體含石榴子石, 巖體沒有發(fā)生變形,是造山后伸展環(huán)境下的地殼熔融。對(duì)這兩類巖石做了鋯石SHRIMP U-Pb測(cè)試分析。

12個(gè)樣品的鋯石 U-Pb測(cè)年結(jié)果(圖 15)區(qū)分了早白堊世兩期構(gòu)造-熱事件: 早期(145～135 Ma)表現(xiàn)為強(qiáng)烈的混合巖化作用和深熔作用形成的片麻狀花崗巖、花崗片麻巖等; 晚期(135～115 Ma)巖漿巖體以含石榴子石花崗巖為主, 粒狀結(jié)構(gòu)。結(jié)合巖石學(xué)和地球化學(xué)的分析結(jié)果, 我們認(rèn)為長(zhǎng)樂—南澳構(gòu)造帶是一個(gè)晚中生代陸緣造山帶, 其造山作用很可能起始于晚侏羅世(155 Ma之前), 并持續(xù)到早白堊世早期。早白堊世晚期的巖漿作用代表了造山后伸展環(huán)境下的地殼熔融產(chǎn)物。

圖12 拆離帶鈉長(zhǎng)巖韌性剪切變形的顯微組構(gòu)特征(A), 鈉長(zhǎng)石旋轉(zhuǎn)碎斑指示上盤向西傾滑(B)Fig. 12 Microscopic views of shear deformation of albite in the detachment zone(A),the rotation of porphyroclast indicates top-to-W motion(B)

圖13 華南東南沿海構(gòu)造地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig. 13 Simplified geological map of the coastal zone of South China

這個(gè)研究結(jié)果從巖石學(xué)找到了證據(jù), 證明華南沿海構(gòu)造帶晚中生代時(shí)期從擠壓構(gòu)造體制向伸展構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的時(shí)間在約135 Ma, 華南大陸內(nèi)部在白堊世拆離斷裂帶的形成時(shí)代基本一致。

2 討論: 華南中生代構(gòu)造作用的動(dòng)力體制

2.1 華南中生代大地構(gòu)造演化序列

綜合華南東部地區(qū)沉積充填歷史、構(gòu)造變形特征和巖漿活動(dòng)歷史, 我們將該區(qū)中生代大地構(gòu)造歷史劃分為3個(gè)大的陸內(nèi)變形階段(圖16):

(1)三疊紀(jì), 與特地斯構(gòu)造域碰撞造山作用有關(guān)的陸內(nèi)擠壓褶皺及其后隨的伸展變形和巖漿活動(dòng)。該階段又可以進(jìn)一步劃分為早、中三疊世的擠壓變形和晚三疊世伸展作用和巖漿活動(dòng)。根據(jù)華南地區(qū)的巖體年代學(xué)測(cè)試結(jié)果, 巖漿活動(dòng)主要發(fā)生在晚三疊世 230～210 Ma。

(2)中晚侏羅世至早白堊世(170～135 Ma), 與古太平洋洋殼向東亞大陸俯沖作用有關(guān)的陸內(nèi)造山及其后隨的區(qū)域伸展作用。擠壓造山作用開始于170 Ma, 并一直持續(xù)到135 Ma。這個(gè)陸內(nèi)造山過程與大洋板塊的低角度俯沖有關(guān), 陸內(nèi)變形呈幕式發(fā)展, 內(nèi)陸地區(qū)主要褶皺構(gòu)造形成于160 Ma之前的晚侏羅世, 而沿海地區(qū)擠壓造山起始于 155 Ma之前,并持續(xù)到135 Ma。自135 Ma開始, 整個(gè)華南地區(qū)發(fā)生了區(qū)域性伸展構(gòu)造作用, 形成了一系列早白堊世斷陷盆地, 巖漿侵入作用和火山作用強(qiáng)烈。并在早白堊世晚期, 發(fā)生了一次構(gòu)造反轉(zhuǎn)事件, 導(dǎo)致斷陷盆地的擠壓反轉(zhuǎn)。

(3)晚白堊世至古近紀(jì), 華南大陸經(jīng)歷了一期伸展和一期擠壓作用, 這個(gè)時(shí)期的構(gòu)造變形受到喜馬拉雅特地斯構(gòu)造域和古太平洋西緣構(gòu)造動(dòng)力作用的聯(lián)合影響。

2.2 華南地區(qū)的“印支運(yùn)動(dòng)”與“燕山運(yùn)動(dòng)”及其構(gòu)造動(dòng)力體制的轉(zhuǎn)換

根據(jù)經(jīng)典造山構(gòu)造理論, 通常將三疊紀(jì)地殼運(yùn)動(dòng)稱為“印支運(yùn)動(dòng)”, 而將侏羅-白堊紀(jì)時(shí)期的構(gòu)造變動(dòng)稱為“燕山運(yùn)動(dòng)”, 每個(gè)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)都有幾個(gè)“構(gòu)造幕”組成。從板塊構(gòu)造角度和華南中生代構(gòu)造演化歷史看, “印支運(yùn)動(dòng)”可以表述為三疊紀(jì)時(shí)期亞洲大陸不同地塊(華南地塊、華北地塊、印支地塊等)之間的拼合過程及由此產(chǎn)生的地塊之間碰撞造山作用, 如秦嶺—大別—蘇魯造山帶的形成以及超高壓變質(zhì)巖體的快速折返。相對(duì)于造山帶而言, 地塊內(nèi)部擠壓變形(褶皺和剪切作用)相對(duì)較弱, 主要表現(xiàn)為地塊的整體抬升和剝蝕作用。在地塊內(nèi)部, 印支運(yùn)動(dòng)的最顯著特征是結(jié)束了揚(yáng)子地塊的海相沉積歷史?！把嗌竭\(yùn)動(dòng)”則可以表述為侏羅-白堊紀(jì)時(shí)期的板內(nèi)或陸內(nèi)造山作用, 這種造山作用顯然不同于“印支運(yùn)動(dòng)”時(shí)期的碰撞造山作用, 其產(chǎn)生的板塊動(dòng)力背景是周緣板塊從不同方向大致同時(shí)向東亞大陸匯聚, 從而引起強(qiáng)烈的板內(nèi)造山作用(Dong et al.,2008; Zhang et al., 2008), 其顯著的特點(diǎn)包括: (1)多向性: 古老的緯向造山帶, 如陰山—燕山造山帶、秦嶺構(gòu)造帶、南嶺構(gòu)造帶等, 都不同程度地發(fā)生再生造山, 在造山帶兩側(cè)前陸地帶形成新的前陸構(gòu)造帶;(2)同時(shí)性: 不同方向造山帶的構(gòu)造變形幾乎在中晚侏羅世同時(shí)啟動(dòng), 并經(jīng)歷了大致相同的幕式構(gòu)造演化階段; (3)彌散性: 陸內(nèi)造山作用彌散性變形特征表現(xiàn)在造山帶寬度從幾百km至千余km, 如華南地區(qū)寬達(dá)1300 km的褶皺-逆沖構(gòu)造帶; (4)前陸盆地不發(fā)育: 大多數(shù)侏羅-白堊紀(jì)陸內(nèi)造山帶不發(fā)育前陸盆地(張?jiān)罉虻? 2011)。

圖14 長(zhǎng)樂—南澳構(gòu)造帶發(fā)育的早白堊世巖漿巖和變質(zhì)巖Fig. 14 Field views of Early Cretaceous granites and metamorphic rocks from the coastal Changle-Nan’ao zone

圖15 長(zhǎng)樂—南澳構(gòu)造帶早白堊世兩類巖石的鋯石SHRIMP U-Pb測(cè)年結(jié)果Fig. 15 SHRIMP zircon U-Pb concordia diagrams of Early Cretaceous gneissic granites and fine-grained granitoids from the coastal Changle-Nan’ao zone

那么, 上述兩個(gè)“構(gòu)造運(yùn)動(dòng)”發(fā)生的構(gòu)造動(dòng)力體制何時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)換？這個(gè)問題也可以表述為: 地塊之間的碰撞造山作用何時(shí)結(jié)束？古太平洋洋殼向東亞大陸俯沖作用何時(shí)開始？以下我們從華南東部地區(qū)早中侏羅世巖漿作用特征及其包含的深部構(gòu)造背景, 來簡(jiǎn)單回答這個(gè)問題。

早、中侏羅世構(gòu)造變動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定, 在華南東部地區(qū)發(fā)育一套伸展型火成巖, 包括雙峰式火山巖和A型花崗巖以及堿性正長(zhǎng)巖, 零星分布在湘南—贛南—閩西—粵北地區(qū), 沿南嶺東西向構(gòu)造帶展布,少量沿江—紹斷裂帶西段發(fā)育。在雙峰式火山巖中,玄武巖和流紋巖幾乎各占一半, 形成時(shí)代為183～175 Ma, 形成于陸內(nèi)裂谷環(huán)境(Zhu et al.,2010)。A型花崗巖與堿性正長(zhǎng)巖發(fā)育部位與雙峰式火山巖相毗鄰, 如柯樹北 A 型花崗巖((189±3) Ma,Li X H et al., 2007)、寨背A型花崗巖((176±10) Ma,陳培榮等, 1998)以及塔背正長(zhǎng)巖((188.6±2.2) Ma,Chen et al., 2005)和黃埠正長(zhǎng)巖((179.3±1.0) Ma, 賀振宇等, 2007)。中侏羅世基性巖漿活動(dòng)包括白面石玄武巖((173±5.5) Ma, 陳培榮等, 1999)、長(zhǎng)城嶺玄武巖((178±3.6) Ma, Zhao et al., 1998)、寧遠(yuǎn)玄武巖((170～174) Ma, Li et al., 2003)和回龍迂煌斑巖((169～172) Ma, Wang et al., 2003)以及車步輝長(zhǎng)巖((172.9±4.3) Ma, Li et al., 2003)、梅州輝長(zhǎng)巖((178.7±3.9) Ma, 邢光福等, 2001)。這些巖體的地球化學(xué)特征指示了板內(nèi)伸展構(gòu)造背景下軟流圈上涌與巖石圈相互作用的產(chǎn)物。它們的形成與大洋巖石圈的俯沖沒有直接關(guān)系。

圖16 華南中生代沉積-構(gòu)造-巖漿演化綜合柱狀圖與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)階段劃分Fig. 16 Composite columnar section of Mesozoic tectono-sedimetary and magmatic evolution of South China and division of tectonic stages

筆者認(rèn)為, 華南東部地區(qū)早侏羅世巖漿活動(dòng)可能展示了上述兩個(gè)構(gòu)造動(dòng)力體制的轉(zhuǎn)換, 中侏羅世巖漿活動(dòng)((170～175) Ma)是大陸弱擠壓環(huán)境下地殼熔融的結(jié)果, 可能預(yù)示了古太平洋洋殼開始向華南大陸俯沖。

2.3 擠壓構(gòu)造體制向伸展構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)變

關(guān)于中國(guó)東部晚中生代構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變的論題,前人已做了大量論述和討論(Dong et al., 2008; 邢光福等, 2008)。本研究結(jié)果顯示, 華南大陸在早白堊世發(fā)生了區(qū)域性的構(gòu)造應(yīng)力體制轉(zhuǎn)變, 即從中晚侏羅世以陸內(nèi)造山作用為主導(dǎo)的擠壓構(gòu)造體制向早白堊世的伸展構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變。這個(gè)轉(zhuǎn)變反映了華南大陸深部動(dòng)力作用環(huán)境的變化。而這個(gè)轉(zhuǎn)變時(shí)間節(jié)點(diǎn)的確定對(duì)于深入理解華南晚中生代大地構(gòu)造過程具有重要的意義。通過對(duì)衡山巖體西緣低角度拆離帶的構(gòu)造年代學(xué)研究結(jié)果表明, 內(nèi)陸地區(qū)于137 Ma左右發(fā)生了強(qiáng)烈的伸展作用; 在東南沿海地帶, 早白堊世侵入巖體巖石學(xué)和同位素年代學(xué)分析結(jié)果指示,從擠壓造山到造山后伸展作用發(fā)生轉(zhuǎn)變的時(shí)間大致在135 Ma左右。早白堊世伸展垮塌作用形成了一系列NE—NNE向的斷陷盆地, 同時(shí)伴隨有火山作用。從現(xiàn)有年代學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出, 這個(gè)區(qū)域性伸展作用在華南東部地區(qū)大致同時(shí)發(fā)生(135～137 Ma)。

發(fā)生這種構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變的可能的深部動(dòng)力學(xué)機(jī)制有: 俯沖洋殼板片的俯沖傾角增大, 由低角度俯沖轉(zhuǎn)變?yōu)楦呓嵌雀_, 海溝后退, 增厚的大陸地殼在松弛應(yīng)力環(huán)境下發(fā)生伸展垮塌。巖石圈對(duì)流剝離:受到板片俯沖傾角的變化, 增厚的巖石圈發(fā)生對(duì)流剝離, 導(dǎo)致巖石圈減薄和地殼拉伸。

3 結(jié)語

本項(xiàng)研究結(jié)果深化了對(duì)華南中生代大地構(gòu)造演化歷史的理解, 獲得的主要認(rèn)識(shí)如下:

1)通過對(duì)雪峰山西側(cè)沅麻盆地的詳細(xì)野外調(diào)查,建立了沅麻盆地的構(gòu)造格架及變形特征, 確定了盆地晚中生代 5期構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及其演替序列: 中晚侏羅世近W—E向擠壓、早白堊世NW—SE向伸展、早白堊世中晚期 NW—SE向擠壓、晚白堊世近N—S向伸展、古近紀(jì)晚期 NE—SW 向擠壓。這個(gè)演化序列為華南大陸晚中生代構(gòu)造演化歷史提供了重要的構(gòu)造地質(zhì)依據(jù)。

2)識(shí)別了湖南地區(qū)橫跨疊加褶皺構(gòu)造樣式及其基本特征, 基于地層接觸關(guān)系分析和已有火成巖同位素年代學(xué)數(shù)據(jù)分析, 認(rèn)為該地區(qū)兩組疊加褶皺構(gòu)造記錄了早中生代兩期構(gòu)造擠壓和地殼增厚事件:早期近東西向褶皺構(gòu)造是對(duì)三疊紀(jì)印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期華南地塊南北邊緣大陸碰撞和增生作用的遠(yuǎn)程響應(yīng),晚期 NE—NNE向褶皺構(gòu)造則是對(duì)中晚侏羅世古太平洋板塊向華南大陸之下低角度俯沖作用的變形響應(yīng)。

3)首次確認(rèn)了湖南衡山西緣拆離斷裂和變質(zhì)核雜巖構(gòu)造, 系統(tǒng)調(diào)查了拆離帶的變形結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征, 獲得了拆離構(gòu)造帶形成的鋯石U-Pb年齡, 從而確定了華南晚中生代從擠壓構(gòu)造體制為主向區(qū)域伸展構(gòu)造體制為主的轉(zhuǎn)換時(shí)代在137 Ma。

4)通過鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)試分析, 揭示了東南沿海長(zhǎng)樂—南澳構(gòu)造帶早白堊世2期構(gòu)造-巖漿事件:早期(145～135 Ma)表現(xiàn)為強(qiáng)烈的混合巖化作用和深熔作用形成的片麻狀花崗巖、花崗片麻巖等; 晚期(135～115 Ma)巖漿巖體以含石榴子石花崗巖為主。這個(gè)結(jié)果為華南大陸晚中生代陸緣造山作用的擠壓-伸展變化時(shí)代提供了巖石學(xué)和年代學(xué)制約。

由于研究工作正在進(jìn)行中, 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果也在進(jìn)一步完善和解釋, 本文的研究結(jié)果仍是初步的,不妥之處敬請(qǐng)批評(píng)指正。

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The New Progress in the Study of Mesozoic Tectonics of South China

ZHANG Yue-qiao1), DONG Shu-wen2), LI Jian-hua1), CUI Jian-jun1), SHI Wei1),SU Jin-bao1), LI Yong1)
1)Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100081;2)Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037

Mesozoic tectonic regime underwent the transform from the Meso-Tethyan tectonic domain to the west Pacific tectonic domain, which caused intense intraplate orogenesis and magmatism in South China, forming a wide and complex intracontinental orogen and igneous province in this region of East Asia. Some progresses have been achieved recently in the study of this Mesozoic tectonics of South China, which are summarized as follows:(1) On the basis of field analysis of fault kinematics affecting different lithostratigraphic units of the Yuanma basin in central South China, a five-stage tectonic stress evolution history from Late Mesozoic to Early Cenozoic period was established, which included Middle-Late Jurassic E-W compression, Early Cretaceous NW-SE extension,Early Cretaceous NW-SE compression, Late Cretaceous N-S extension and Paleogene NE-SW compression. The change in tectonic stress directions was interpreted in terms of the change either in plate tectonic settings or in deep-seated crustal process. (2) Superposed folds involving Late Paleozoic to Mesozoic strata in Hunan Province were recognized; it is considered that these cross folds might record the effects of plate boundary tectonics, i.e.,the earlier W-E to WNW-ESE trending folds were formed in response to the Triassic collision of the South China Block with the North China Block and the Indochina Block, and the late NE to NNE trending folds were generated as the far-field effect of a low angle subduction of the Paleo-Pacific oceanic plate beneath the South China Block, which occurred in Mid-Late Jurassic. (3) The Hengshan metamorphic core complex was determined on the basis of detailed field investigation of a normal detachment fault zone developed along the western margin.SHRIPM U-Pb dating of zircons from strongly sheared albite made sure that the normal faulting was initiated in Early Cretaceous, at about 137 Ma. (4) Field observations and U-Pb dating of zircons revealed that the Changle-Nan’ao tectonic zone along the coast of southeast China corresponds to a Late Mesozoic orogenic zone formed in Late Jurassic to Early Cretaceous; it was materialized by gneissic granites, migmatites and amphibolite facies metamorphic rocks, which were dated to be 147-135 Ma. This orogenic zone began to collapse in 135-117 Ma, characterized by fine-grained granites. Based on the above results, this paper discusses the manifestations and plate tectonic backgrounds of the Indosinian and Yanshannian movements, and the time of the change from the compressive tectonic regime to the extensional region in Early Cretaceous.

intra-continental orogenesis; tectonic stress field; cross folds; Mesozoic tectonics change in tectonic regime; Yuanma basin; Changle-Nan’ao tectonic zone; South China

P54; P55

A

10.3975/cagsb.2012.03.01

本文由國(guó)家專項(xiàng)“深部探測(cè)與實(shí)驗(yàn)研究”第八項(xiàng)目第一課題(編號(hào): SinoProbe-08-01)資助。獲中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院2011年度十大科技進(jìn)展第二名。

2012-03-21; 改回日期: 2012-04-08。責(zé)任編輯: 魏樂軍。

張?jiān)罉? 男, 1963年生。研究員, 博士生導(dǎo)師。主要從事區(qū)域構(gòu)造地質(zhì)研究。E-mail: zhangyueqiao@yahoo.com。