2013, Vol. 29
2. 中国科学院大学，北京 100049
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
华北克拉通是目前世界上唯一得到确证的原有巨厚太古宙岩石圈遭受强烈破坏及巨量减薄的克拉通。这些破坏和减薄伴随着一系列强烈的构造、岩浆及成矿作用, 在全球极为少见, 多年来一直是我国地球科学研究的热点。迄今为止, 围绕这一科学问题国内外已经有大量的论文发表, 主要涉及岩石圈的减薄时间(Griffin et al., 1998; 翟明国等, 2003; Wu et al., 2005, 2006; Yang et al., 2005; Zhang, 2005; Zheng et al., 2006; Zhu et al., 2012)、减薄记录与演化过程(Griffin et al., 1998; Menzies and Xu, 1998; 郑建平等, 2000; Xu, 2001; Gao et al., 2002; Zheng et al., 2012)、减薄机制(邓晋福等, 1996, 2004; 吴福元和孙德有, 1999; 吴福元等, 2000, 2003, 2005; 路凤香等, 2000; Gao et al., 1998; Zhang et al., 2002, 2003, 2005; Lin et al., 2005; Wang et al., 2005) 以及华北岩石圈深部构造(Chen et al., 2006; Huang and Zhao, 2006; Priestley et al., 2006) 等问题。这些研究成果已经引起国际地质学界的广泛关注, 并成为当今国际地球科学领域的前沿问题(Carlson et al., 2005; 吴福元等, 2008; 杨进辉和吴福元, 2009)。
尽管对华北克拉通破坏的研究已经开展了十几年, 但这些研究主要基于岩石学、地球化学、地球物理学和少量的构造模拟等学科(何丽娟等, 2001; 陈斌等, 2002; Lin et al., 2005; Wu et al., 2005, 2006; Yang et al., 2005; Chen et al., 2006; Priestley et al., 2006; Zheng et al., 2012)。这些研究为岩石圈及地壳减薄提供了诸多证据, 但对一些关键问题, 如减薄的时限、机制及动力学背景等方面的认识还存在明显差异(Menzies, 1993; Xu, 2001; Griffin et al., 1998; Menzies and Xu, 1998; 翟明国等, 2003; Wu et al., 2005, 2006; Yang et al., 2005; Zhang, 2005; Zheng et al., 2006; 吴福元等, 2008及其相关参考文献)。如关于华北克拉通破坏起始时间和高峰期仍存在着争论, 有三叠纪(Wu et al., 2006; 韩宝福等, 2004)、侏罗纪(Griffin et al., 1998; Zhang et al., 2005; Yang et al., 2007a)、晚侏罗世-早白垩世(吴福元等, 2003; 翟明国等, 2003; Zhai et al., 2007)、早白垩世(Wu et al., 2005)、中生代(Menzies and Xu, 1998)、新生代(Menzies, 1993)、早第三纪(Xu, 2001) 等不同认识。而关于华北克拉通减薄破坏的动力学机制, 则争议更为明显, 目前提出的模型主要是热-化学侵蚀(郑建平, 1999; 徐义刚, 1999; 路凤香等, 2000; Zhang et al., 2003) 和拆沉作用(邓晋福等, 1996, 2003; Gao et al., 1998, 2002; 吴福元和孙德有, 1999; 吴福元等, 2000, 2003) 两类, 此外还有岩石圈拉张等(陈斌等, 2002)。而大地构造背景通常则认为印藏碰撞、蒙古-鄂霍次克洋的闭合、西太平洋板块或Izanagi板块俯冲带回退(Roll Back) 或斜向俯冲过程而造成的大陆一侧的扩张或三种因素共同作用的结果等(Davis et al., 2002; Ren et al., 2002; 翟明国等; 2003)。
地球物理和地球化学很好地揭示了华北地区的深部地质作用, 但对浅部的构造响应论述较少(Lin and Wang, 2006; Wang et al., 2011a, 2012)。目前所讨论的减薄主要是岩石圈地幔(可能涉及到一部分下地壳) 方面的减薄, 而地壳的结构和构造方面是否存在相应的变化则考虑得不多(Zhang et al., 2003; Zhang, 2005; Chen et al., 2006; Lin and Wang, 2006; 吴福元等, 2008)。事实上, 对于中生代以来华北地区所发生的一系列浅部构造事件(如大规模的构造变形和岩浆活动, 多种类型盆地的发育, 大量金属矿产的形成等), 老一辈科学家早有论述, 并将其归因于“燕山运动”或“地台活化”。可以理解的是, 传统地质学把构造运动理解为地壳运动, 认为其驱动力在地壳中。板块构造理论把人们的视野扩大到岩石圈及更深圈层。华北克拉通破坏的内涵有两个要点, 一是华北克拉通东部自晚古生代以来有100多千米的岩石圈地幔发生了丢失, 二是岩石圈地幔的物理和化学性质发生了根本改变。显然, 华北克拉通破坏这一深部过程除引起以化学过程为主的壳幔相互作用及相关的岩浆活动外, 还会在浅部引起构造地质响应, 如大型断陷盆地的发育(李思田, 1994), 大规模伸展穹隆和变质核杂岩(Davis et al., 1996, 2002; Liu et al., 2005; Lin et al., 2007, 2008, 2013a; Wang et al., 2011a, 2012)、大型走滑构造(Xu et al., 1987)、大规模陆内旋转等(朱日祥等2002; Lin et al., 2003; 图 1)。因此, 地壳中发育的伸展构造可能是岩石圈深部减薄在浅部的重要响应, 也是克拉通破坏在浅部的直接表现(Lin and Wang, 2006)。广义的伸展构造包括拆离正断层、变质核杂岩、伸展盆地及大规模发育的岩浆岩等, 它们是区域伸展环境最直接的证据(Lin and Wang, 2006; Liu et al., 2005; Lin et al., 2007; 王涛等, 2007; Wang et al., 2012)。作为伸展构造的典型样式, 变质核杂岩广泛发育于华北克拉通及邻区(图 1; Lin et al., 2013a及其相关的参考文献)。同时由于其将中下地壳的岩石拆离折返至地表, 为我们直接研究克拉通破坏过程中地壳不同层次的岩石变形特征和构造演化过程提供了窗口, 是揭示克拉通破坏、岩石圈减薄及地壳响应最为有效的途径。
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图 1 欧亚大陆东部晚中生代伸展构造图(据Lin et al., 2013a修改, 各项相关数据的参考文献参见正文) MCC-变质核杂岩 Fig. 1 Setting and distribution of the Late Mesozoic extension at the eastern part of Eurasia continent (modified after Lin et al., 2013a) MCC-Metamorphic core complex |
华北克拉通及邻区发育有众多与区域伸展作用相关的穹隆构造, 如：俄罗斯泛贝加尔-蒙古国地区的Ulan-Ude变质核杂岩、Buteel-Burgutui变质核杂岩、Zagan变质核杂岩、Ereendavaa变质核杂岩、Nartyn岩浆穹隆、Yablonevy变质核杂岩, 我国中俄边境地区的新开岭穹隆、松辽盆地中部隆起变质核杂岩, 阴山-燕山地区的亚干-Onch Hayrhan变质核杂岩、呼和浩特变质核杂岩、房山穹隆、云蒙山变质核杂岩、喀喇沁岩浆穹隆、医巫闾山变质核杂岩、岫岩岩浆穹隆、古道岭岩浆穹隆、辽南变质核杂岩等, 山东地区的玲珑-郭家岭杂岩体, 胶南拆离断层带, 华北南缘的北大别变质核杂岩、桐柏山变质核杂岩、小秦岭变质核杂岩和华南内陆的洪镇穹隆、庐山穹隆、武功山核部浒坑岩浆穹隆、大云山变质核杂岩和衡山变质核杂岩等(Lin et al., 2008, 2013a; Wang et al., 2011a, 2012; 张岳桥等, 2012)。前人对这些伸展构造进行了不同程度的研究, 主要讨论了拆离正断层展布的几何形态, 核部岩浆岩的年龄, 热演化历史等(Zheng et al., 1988, 1991; Yin and Nie, 1996; Davis et al., 1996, 2001; Webb et al., 1999; Zorin, 1999; Liu et al., 2005; Yang et al., 2007b; Mazukabzov et al., 2006; 刘俊来等, 2006; Lin and Wang, 2006; Lin et al., 2007, 2008; Donskaya et al., 2008; Daoudene et al., 2009, 2011; Wang et al., 2011a, 2012及相关的参考文献)。而有关岩石变形的运动学特点及变形时间则涉及的不多(Wang et al., 2012; Lin et al., 2013a及相关的参考文献)。从区域构造上, 以华北克拉通及邻区为代表的欧亚大陆东部晚中生代伸展构造由北向南大致可以分为以下几个区域：1.泛贝加尔-鄂霍次克带(或称之为泛贝加尔-蒙古带); 2.华北西部带; 3.华北东部带; 4.华北南缘及秦岭-大别带; 5.华南内陆。我们依次对这些地区的伸展构造特别是变质核杂岩的特点进行归纳总结分析。
2 华北克拉通及邻区的伸展构造 2.1 泛贝加尔-鄂霍次克带晚中生代伸展构造在泛贝加尔-鄂霍次克、蒙古国的中部和北部、中俄边境及我国松辽盆地的北部地区发育了大量以变质核杂岩为主的晚中生代伸展构造(Van der Beek et al., 1996; Zorin, 1999; 张晓东等, 2000; Donskaya et al., 2008; Mazukabzov et al., 2011; Wang et al., 2011a, 2012)。由NW向SE依次为Ulan-Ude (Selenga) 变质核杂岩(Mazukabzov et al., 2011; Wang et al., 2011a, 2012)、Buteel-Burgutui变质核杂岩(Mazukabzov et al., 2006; Donskaya et al., 2008)、Zagan变质核杂岩(Donskaya et al., 2008)、Yablonovy变质核杂岩(Zorin, 1999)、Ereendavaa变质核杂岩(Daoudene et al., 2009, 2011)、Nartyn岩浆穹隆(Daoudene et al., 2009)、松辽盆地中央隆起和新开岭穹隆(张晓东等, 2000; 赵海滨等, 2007; 图 2a)。这些伸展成因的穹隆构造主要发育在中亚造山带(CAOB) 之中, 呈长轴状近NE-SW向延伸。穹隆的核部岩石通常为花岗片麻岩、变火山岩和变沉积岩, 其原岩时代从新元古代至侏罗纪不等, 并伴随有同构造岩浆岩侵入; 这些花岗岩边缘存在明显的面理化, 而岩体核部则未见任何变形(Sklyarov et al., 1997; Zorin, 1999; Donskaya et al., 2008; Daoudene et al., 2009); 穹隆周边为未变质的二叠-三叠纪的火山岩和沉积岩(Van der Beek et al., 1996; Donskaya et al., 2008; Daoudene et al., 2009)。核部杂岩和沉积岩之间通常发育有超过百米厚的糜棱岩带, 而这些糜棱岩带通常以低角度的型式分布于穹隆周围, 具有拆离断层的特点(Mazukabzov et al., 2006; Donskaya et al., 2008; Daoudene et al., 2009)。与拆离断层相关的糜棱面理上, 最为显著的几何学特征是NW-SE向的矿物拉伸线理清晰而稳定(Mazukabzov et al., 2006; Donskaya et al., 2008; Daoudene et al., 2009)。岩石变形所代表的拆离断层运动学特征则涉及得不多, 从目前的研究来看, 泛贝加尔-鄂霍次克带NW部伸展穹隆(Ulan-Ude变质核杂岩、Buteel-Burgutui变质核杂岩、Zagan变质核杂岩和Yablonovy变质核杂岩) 的拆离断层具有上部指向SE的岩石剪切变形(Zorin, 1999; Mazukabzov et al., 2006, 2011; Donskaya et al., 2008; Wang et al., 2011a, 2012)。而泛贝加尔-鄂霍次克带SE部发育的Ereendavaa变质核杂岩和Nartyn岩浆穹隆, 其拆离断层具有上部指向NW的岩石剪切变形运动学特征(Daoudene et al., 2009, 2011)。应该指出的是, 这类伸展穹隆通常伴随着白垩纪狭窄的半地堑盆地的发育, 典型红色陆缘沉积物填充其中(Traynor and Sladen, 1995; Van der Beek et al., 1996; Lamb et al., 2008; Donskaya et al., 2008; Lamb et al., 2008; Daoudene et al., 2009)。
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图 2 泛贝加尔-鄂霍次克带晚中生代伸展构造和穹隆冷却史及相关年代学展布图解 (a)-泛贝加尔-鄂霍次克带晚中生代伸展构造图; (b)-泛贝加尔-鄂霍次克带Edeendava, Buteel-Burgutui和Nartyn伸展穹隆冷却史; (c)-泛贝加尔-鄂霍次克带晚中生代伸展构造及相关的年代学展布图.相关年代学资料的参考文献参见正文 Fig. 2 Tectonic setting, distribution and cooling paths of the Late Mesozoic extension at the Transbaikalia-Okhotsk belt (a)-tectonic setting and distribution of the Late Mesozoic extension at the Transbaikalia-Okhotsk belt; (b)-cooling paths of the Edeendava, Buteel-Burgutui and Nartyn dome; (c)-extension structures and related stage at the Transbaikalia-Okhotsk belt. Geochronological measurements come from references that mentioned at the text |
变质核杂岩成因年代学历来是一个研究热点问题。泛贝加尔-鄂霍次克带的伸展穹隆及相关的拆离断层也进行了大量的年代学研究(图 2)。即使考虑到不同矿物K-Ar体系封闭温度的不同和不同实验室之间存在的系统误差, 40Ar/39Ar定年仍然是确定变形时代的一个行之有效的方法。任何构造事件都会伴随明显的热事件。相关岩石所记录的快速冷却事件体现了变质核部杂岩快速隆升的过程, 从而对应着拆离断层活动的时间(Lin et al., 2011, 2013a)。研究区已有的核部杂岩及拆离断层的冷却史表明, 这些以变质核杂岩为主的伸展在130~125Ma之间记录了一个快速冷却过程; 其与我们对这些伸展穹窿的拆离断层带所涉及的7个黑云母40Ar/39Ar定年给出的127~124Ma的统计结果吻合得很好(图 2b)。同样, 核部杂岩中花岗质岩脉所确定的变形时代及与拆离断层上叠半地堑盆地的形成与演化过程, 使我们认识到这一时限代表着泛贝加尔-鄂霍次克及邻区伸展构造发生的峰期时代(图 2c)。从目前研究结果上看, 该区伸展构造似乎有沿中部对称性展布的特点(图 2a)。但由于我国境内松辽盆地中央隆起和新开岭穹隆缺乏拆离断层相关的运动学研究, 这种对称性分布特点需要进一步加以证实。需要指出的是, Buteel-Burgutui变质核杂岩核部发育含夕线石的黑云角闪片麻岩的温压计算给出了T=590~640℃, P=3.2~4.6kbar的结果。同时全岩+夕线石+黑云母Rb-Sr年龄为129±9.3Ma (Izbrodin et al., 2010)。也就是说, Buteel-Burgutui变质核杂岩的拆离正断层将核部位于地下15km左右的岩石拆离折返至地表。这对于宽度仅为15km左右的穹隆来说, 伸展幅度是相当大的。这个结果同我们在辽南变质核杂岩的研究结果相类似(Lin et al., 2011)。
2.2 华北西部带晚中生代伸展构造这是整个东亚晚中生代伸展构造研究最为深入的地区。从蒙古国南部到我国辽西地区发育了大量的以穹隆形态为主的晚中生代伸展构造(Wang et al., 2012; Lin et al., 2013a及相关的参考文献)。由WNW向ESE依次为亚干-Onch Hayrhan变质核杂岩(Zheng et al., 1991; Webb et al., 1999; Wang et al., 2004)、呼和浩特变质核杂岩(Davis et al., 2002; Davis and Darby, 2010; Guo et al., 2011)、云蒙山变质核杂岩(Zheng et al., 1988; Davis et al., 1996, 2001; 刘翠等, 2004)、喀喇沁岩浆穹隆(Han et al., 2001; 王新社和郑亚东, 2005)。沿太行山展布的有西山(房山) 穹隆(Yang et al., 2005; Yan et al., 2006; Wang et al., 2011a)、紫荆关穹隆(Wang and Li, 2008; 图 3a)。这些伸展成因的穹隆构造主要发育于阴山-燕山所代表的陆内造山带之中和华北克拉通内部。与泛贝加尔-鄂霍次克带显著不同的是这些伸展穹隆整体为椭圆状, 长轴沿NE-SW向展布(图 3a)。穹隆核部岩石通常为斜长角闪片麻岩、花岗片麻岩、变火山岩和变沉积岩。变沉积岩的原岩时代从太古代-侏罗纪不等, 并伴随有侏罗-白垩纪岩浆岩侵入。这些岩浆岩表现为边缘存在明显的面理化, 而岩体核部则未见任何变形(Han et al., 2001; Wang et al., 2004); 局部发育的一些白垩纪岩浆岩具有非常明显的同构造侵入的特点(Han et al., 2001; Wang and Li, 2008)。穹隆的周边发育未变质的二叠-侏罗纪火山岩和沉积岩(Davis et al., 1996; Han et al., 2001; Wang et al., 2004; Davis and Darby, 2010; Guo et al., 2011)。通常在穹隆周缘发育有超过百米厚的糜棱岩带, 有时局部可以达到千米级。这些糜棱岩带通常表现为低角度的几何形态, 具有拆离断层的特点(Webb et al., 1999; Wang et al., 2004, 2011a; Davis et al., 1996, 2002; Davis and Darby, 2010; Lin and Wang, 2006)。在拆离断层带中发育的糜棱面理上, 除喀喇沁岩浆穹隆外, 几乎所有的伸展穹隆具有稳定而清晰的NW-SE向矿物拉伸线理(Wang et al., 2011a, Lin et al., 2013a及相关的参考文献)。与泛贝加尔-鄂霍次克带显著不同的是, 华北地区发育的穹隆表现出伸展过程中的不均一性。西部的亚干-Onch Hayrhan和呼和浩特变质核杂岩的拆离断层由于同拆离过程中的褶皱作用而发生弯曲, 进而形成具有NE-SW轴向的“弧形”构造; 拆离断层在核杂岩NW翼和SE翼均有分布。拆离断层糜棱面理上NW-SE向矿物拉伸线理在上述穹隆的两翼稳定而清晰。沿此线理, 无论是亚干-Onch Hayrhan变质核杂岩还是呼和浩特变质核杂岩, 上部指向SE的岩石剪切变形所代表的运动学均非常一致(Webb et al., 1999; Davis et al., 2002; Wang et al., 2004; Guo et al., 2011)。虽然具有相同的NW-SE向矿物拉伸线理和上部指向SE的剪切变形, 位于东部的云蒙山变质核杂岩却表现为单向拆离的特点, 拆离断层仅仅分布在穹隆的SE翼(Davis et al., 1996, 2001; Lin and Wang, 2006)。这个单向拆离的特点在更东部的喀喇沁岩浆穹隆同样存在, 但是同样位于穹隆东侧的韧性剪切带却具有NE-SW向的矿物拉伸线理和上部指向NE的剪切变形(Han et al., 2001; 王新社和郑亚东, 2005)。这一运动学特征在整个欧亚大陆东缘的伸展构造中非常少见, 其成因机制有待于深入研究。需要指出的是喀喇沁岩浆穹隆核部早白垩世的岩浆杂岩记录了NW-SE向伸展过程：长石长轴沿NW-SE向定向, 同时岩浆流线同样指示了该方向。最近的研究表明, 相似的伸展构造在华北克拉通内部同样发育：王喻等报道了北京西山穹隆地区NW-SE向伸展构造的存在, 但并未指明是否对应于云蒙山变质核杂岩的单向拆离伸展(Wang et al., 2011b)。位于太行山内部的紫荆关穹窿清晰地记录了该期事件, 记录了隆升过程中岩浆的快速冷却过程(Wang and Li, 2008)。除上述特征外, 与之相伴生的白垩纪半地堑盆地展布在核部杂岩的SE部(Lin and Wang, 2006)。与美国西部盆岭省发育的变质核杂岩不同, 这些东倾的高角度脆性正断层叠加在韧性拆离断层之上, 脆性变形使卷入拆离断层的糜棱岩发生碎裂, 并沉积于其东侧的半地堑盆地中, 体现了浅表脆性断裂较晚的发育时间, 虽然它们具有相同的伸展成因机制。盆地西部的正断层明显控制了晚中生代盆地的沉积, 形成了一系列的半地堑盆地, 典型陆相沉积的红层填充其中(Ren et al., 2002; Meng et al., 2003; Meng, 2003)。
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图 3 华北东部和西部带晚中生代伸展构造和穹隆冷却史及相关年代学展布图解 (a)-华北板块晚中生代伸展构造图; (b)-华北板块相关伸展穹隆冷却史; (c)-华北板块晚中生代伸展构造及相关的年代学展布图.相关年代学资料的参考文献参见正文 Fig. 3 Tectonic setting, distribution and cooling paths of the Late Mesozoic extension at the northern parts of North China Block (a)-setting and distribution of the Late Mesozoic extension at the North China Block; (b)-cooling paths of the related extension dome at the North China Block; (c)-extension structures and related stage at the North China Block. Geochronological measurements come from references that mentioned at the text |
华北西部带变质核杂岩及相关伸展构造具有较为深入的年代学研究：亚干-Onch Hayrhan变质核杂岩拆离断层黑云母40Ar/39Ar给出了129~126Ma年龄; 未变形花岗岩则给出了133~125Ma的年龄(Webb et al., 1999; Wang et al., 2012); 核部杂岩在130~125Ma表现出一个明显的快速冷却所对应的拆离折返过程(图 3b, c)。呼和浩特变质核杂岩的拆离断层给出了122~119Ma较窄时限相对较为年轻的40Ar/39Ar年龄, 快速冷却过程也对应着这一时段(Davis et al., 2002; Davis and Darby, 2010; Guo et al., 2011; 图 3b)。作为我国研究最早的变质核杂岩, 云蒙山拆离断层带40Ar/39Ar定年结果给出了139~116Ma较为宽泛的时限(Davis et al., 1996, 2001); 最近, 王涛等通过对拆离断层精确的年代学分析给出了角闪石125±1Ma和黑云母120±1Ma、118±1Ma相对较为年轻的年龄, 125Ma左右的快速冷却过程与这一时段吻合得较好(Wang et al., 2012)。目前的研究结果表明, 喀喇沁岩浆穹隆(134~125Ma, 张晓晖等, 2002b; 王新社和郑亚东, 2005)、西山(房山) 穹隆及其相关的变质构造单元(133~125Ma, Wang et al., 2011b)、紫荆关穹隆(142~126Ma, Wang and Li, 2008) 同样记录了这一时段的伸展构造(图 3b)。我们对华北西部带统计的不同伸展穹隆的快速冷却过程给出了一个128~121Ma相对较为宽泛的时段(西山和紫荆关穹隆的岩浆原位冷却未计入, 图 3b)。拆离断层定年过程中所涉及的31个黑云母40Ar/39Ar测量结果统计给出了一个127Ma的峰值, 即使考虑到不同实验室和方法学存在的误差, 我们推测这一时段代表着华北西部伸展构造发生的峰期时代(图 3c)。
2.3 华北东部带晚中生代伸展构造华北东部带是另一个东亚晚中生代伸展构造研究较为深入的地区。特别是沿我国郯庐断裂附近发育以伸展穹隆为主的晚中生代伸展构造尤为突出(Lin and Wang, 2006; Wang et al., 2012; Lin et al., 2013a及相关的参考文献; 图 3a)。由北向南依次为医巫闾山变质核杂岩(张晓晖等, 2002a; Darby et al., 2004; Lin and Wang, 2006; 吴福元等, 2006; Zhang et al., 2012; Lin et al., 2013a, b)、辽东半岛中部的岫岩岩浆穹隆(Lin et al., 2007; 林伟等, 2011)、古道岭岩浆穹隆(Yang et al., 2007b; Guan et al. 2008; 林伟等, 2011; Charles et al., 2012)、辽南变质核杂岩(Yin and Nie, 1996; Liu et al., 2005; Lin and Wang, 2006; Yang et al., 2007b; Lin et al., 2008)、朝鲜的Nampho岩浆穹隆(Wu et al., 2007)、玲珑和郭家岭杂岩体(Charles et al., 2011) 及胶南拆离断层带(Hacker et al., 2009; 图 1、图 3a)。除岫岩和Nampho两个岩浆穹隆外, 这些伸展成因的穹隆构造主要发育在郯庐断裂两侧(图 3a)。与华北西部带伸展穹隆相似, 东部带的伸展穹隆整体为椭圆状, 长轴沿NE-SW向展布(图 3a)。穹隆核部岩石通常为太古代-古元古代片麻岩和云母片岩及片麻状花岗岩, 岫岩岩浆穹隆中包含少量变火山岩和变沉积岩(林伟等, 2011)。作为岩浆活动十分剧烈的地区, 这些伸展穹隆核部发育伴随有侏罗-白垩纪岩浆岩侵入或本身即为同构造岩浆穹隆。这些岩浆岩表现为边缘存在明显的面理化, 而岩体核部则面理化较弱或没有变形(翟明国等, 2003; 杨进辉等, 2007; 林伟等, 2011; Charles et al., 2011)。作为拆离断层特征的低角度展布糜棱岩带分布在穹隆周围或一侧(图 3a)。这些糜棱岩带通常有十几米厚, 有时局部可以达到千米级(Yin and Nie, 1996; Liu et al., 2005; Lin and Wang, 2006; Yang et al., 2007b; Lin et al., 2008; Hacker et al., 2009; Charles et al., 2011)。在拆离断层中发育的糜棱面理上, 所有的伸展穹隆均具有稳定而清晰的NW-SE向矿物拉伸线理(Wang et al., 2011a, Lin et al., 2013a及相关的参考文献)。同华北西部带相比, 华北东部带伸展构造也具有明显的不均一性。东部带的辽南变质核杂岩和岫岩岩浆穹隆的拆离断层具有与西部带亚干-Onch Hayrhan和呼和浩特变质核杂岩相同的NE-SW轴向的“弧形”构造, 拆离断层在核杂岩的NW翼和SE翼均有分布, 其糜棱面理上展布的NW-SE向矿物拉伸线理在两个穹隆的两翼稳定而清晰。沿此线理, 无论是辽南变质核杂岩还是岫岩岩浆穹隆, 上部指向NW的剪切变形均非常一致(Lin et al., 2007, 2008)。虽然具有相同的NW-SE向矿物拉伸线理和上部指向NW的剪切变形, 医巫闾山变质核杂岩、郭家岭同构造花岗岩及胶南拆离断层带却表现为单向拆离的特点, 拆离断层仅仅分布在穹隆的NW翼(Faure et al., 2003; Lin and Wang, 2006; Hacker et al., 2009; Charles et al., 2011; Lin et al., 2013a)。需要指出的是我们对古道岭岩体、饮马湾山岩体、玲珑和郭家岭岩体花岗岩进行磁化率各项异性的研究(AMS), 岩石的磁组构同样指示了核部早白垩世早期的杂岩记录了NW-SE向的伸展过程(Charles, 2010)。
华北东部带伸展构造年代学研究较为深入, 医巫闾山变质核杂岩拆离断层的黑云母40Ar/39Ar给出了126~97Ma年龄(张晓晖等, 2002a; Darby et al., 2004; Zhang et al., 2012; Lin et al., 2013a); 考虑到不同实验室和方法学存在的误差, 125~120Ma核部杂岩存在一个明显快速冷却过程(图 3b)。岫岩岩浆穹隆年代学的研究程度不高, 已有的白云母和黑云母给出了130~122Ma年龄(Lin et al., 2007; 林伟等, 2011)。作为东部带伸展构造研究的热点地区, 辽南变质核杂岩拆离断层带相关40Ar/39Ar定年结果给出了124~110Ma十分宽泛的时段(Yin and Nie, 1996; Yang et al., 2007b; Lin et al., 2008), 但对应于核部杂岩快速折返相关的冷却过程却揭示了拆离断层活跃的峰期在118~113Ma之间(图 3b)。而此间最南部的胶南拆离断层带40Ar/39Ar定年也给出了128~115Ma宽泛的结果, 125~122Ma快速冷却过程代表着胶南拆离断层带活动时间。需要提及的是, 就晚中生代伸展构造而言, 胶南地区的研究程度并不高, 目前所给出的研究结果大多为苏鲁超高压造山带研究附带产品(Hacker et al., 2009)。我们对华北东部带不同伸展穹隆的快速冷却过程进行了归纳, 结果指示了134~107Ma十分宽泛的时段。拆离断层定年过程中所涉及的34个黑云母40Ar/39Ar定年结果则给出了一个113Ma统计峰值; 这个结果使我们认识到华北东部带伸展构造发生的峰期时代同样处于早白垩世这一时段(图 3c)。无论是宽泛的伸展时间段, 还是黑云母40Ar/39Ar定年的统计结果虽然与欧亚大陆东部大范围的发育伸展构造时段有大致吻合, 但也存在明显的特殊性(Lin et al., 2013a)。
涉及到拆离断层的运动学问题, 华北东部带晚中生代伸展构造表现出更为复杂的特点：古道岭岩浆穹隆弯曲的拆离断层虽然也呈现出NE-SW轴向的“弧形”构造, 但无论是岩体W翼还是E翼, 沿NW-SE向的矿物拉伸线理, 岩石变形所代表的剪切运动学方向却是上部指向SE, 而明显不同于附近的辽南变质核杂岩(林伟等, 2011); 同时古道岭岩浆穹隆拆离折返的时间在118~114Ma之间(图 3c, 杨进辉等, 2007), 也明显年轻于附近的辽南和岫岩伸展穹隆(图 3b, Yang et al., 2007b; Lin et al., 2008)。山东半岛的玲珑岩体同样存在类似的特点, 虽然它与郭家岭同构造花岗岩极为接近, 线理的方向也相同, 但位于穹隆SE侧韧性剪切带中的岩石剪切变形却与古道岭岩浆穹隆相似, 具有上部指向SE的运动学特征(Charles et al., 2011), 只是这个拆离断层的白云母40Ar/39Ar给出了134~128Ma较老的年龄(Charles et al., 2010)。这两个运动学“特例”中, 一个偏年轻, 一个偏老, 这一特征似乎指示了华北东部带的伸展构造具有非常复杂而不均一的伸展构造发育历史, 其成因机制有待于深入研究。除了有限拉张的同构造岩浆岩、局部发育的拆离断层和变质核杂岩外, 白垩纪的半地堑盆地作为拆离断层的上叠盆地展布在核部杂岩的一翼(Liu et al., 2015; Lin and Wang, 2006; 林伟等, 2011; Charles et al., 2011)。这些脆性正断层同样叠加在韧性的拆离断层之上, 控制了晚中生代盆地的形成和演化(Ren et al., 2002; Meng et al., 2003; Meng, 2003)。需要指出的是, 卷入辽南变质核杂岩拆离断层的侏罗纪含石榴石的花岗闪长岩矿物平衡温压计算给出了T=569±8℃, P=0.87±0.04Gpa的结果; 指示该花岗闪长岩就位于26~31km的深度(Lin et al., 2011)。也就是说, 辽南变质核杂岩的拆离正断层将核部位于地下30km左右的岩石拆离折返至地表。这对于宽度大致为30km左右的穹隆来说, 伸展幅度是相当大的。这个结果同我们前面提及的Buteel-Burgutui变质核杂岩的研究结果相类似。
晚中生代伸展构造在华北东部带还涉及到一个非常重要的区域尺度构造表现, 即存在着显著的陆内差异旋转运动(Lin et al., 2003; Zhu et al., 2004; Park et al., 2005; Otofuji et al., 2006; Huang et al., 2007)。古地磁研究表明, 早白垩世之后, 华北、扬子、蒙古等稳定地区的白垩纪古地磁数据完全一致(如：Zhao et al., 1990; 朱日祥等, 2002; Sun et al., 2006; Huang et al., 2007)。然而, 华北克拉通东部带的辽东半岛、朝鲜半岛整体相对于稳定的欧亚大陆发生了大约20°~30°的顺时针陆内旋转(Uchimura et al., 1996; Lin et al., 2003)。Uchimura et al.(1996)将其解释为郯庐断裂走滑的结果。但野外晚中生代郯庐断裂在我国东北地区的走滑作用表现得并不明显, 我们野外仅仅观察到高角度脆性正断层。由于辽东半岛的测量结果与韩国所给出同时代的古地磁测量结果一致(Zhao et al., 1999), 因此我们提出这个旋转量是由于辽东半岛和朝鲜(ELK Block) 作为一个刚性块体而独立相对于欧亚大陆主体发生了22.5°的顺时针陆内旋转(Lin et al., 2003), 旋转发生的时间在Aptian阶之后。这似乎同华北东部大规模的岩浆活动及变质核杂岩为代表的伸展构造在发生时间和空间上具有很好的吻合性。正是由于辽东半岛和朝鲜作为一个刚性块体发生了大规模的旋转造就了松辽盆地和下辽河盆地南北差异性的剪刀型展开, 及沿着郯庐断裂发育了大量的变质核杂岩等一系列伸展构造(Liu et al., 2005)。需要指出的是, 我国东北的北部及俄罗斯远东地区, 特别是锡霍浩特-阿林地区晚白垩纪以来, 均相对于华北克拉通核心地区发生了30°~36°逆时针陆内旋转运动(Uchimura et al., 1996; Uno et al., 1999; Otofuji et al., 2003, 2006)。Otofuji et al.(2006)结合辽东半岛和朝鲜的结果提出了第三纪东北亚地区存在一个“双开门”的构造模式。无论如何, 所有这些数据均表明华北克拉通的整体刚性块体模式至少在晚中生代遭受到了破坏, 不过现有的研究结果尚难以对大规模差异旋转发生的时间进行准确的限定(Uchimura et al., 1996; 孙知明等, 1998; Zhao et al., 1999; Lin et al., 2003; Zhu et al., 2004; Park et al., 2005; Otofuji et al., 2006; Huang et al., 2007)。
2.4 华北南缘及秦岭-大别带晚中生代伸展构造华北南缘及邻区同样发育了大规模晚中生代伸展构造(Ratschbacher et al., 2000)。沿秦岭-大别山脉由NW向SE依次为小秦岭变质核杂岩、熊耳山岩浆穹隆、桐柏山变质核杂岩和北大别变质核杂岩(Zhang et al., 1997; Wang et al., 1998; 王志光和张录星, 1999; 许光和王二七, 2010; 冀文斌等, 2011; Wang et al., 2011c; Cui et al., 2012; 图 4a)。这些变质核杂岩呈椭圆状WNW-ESE方向延伸, 小秦岭变质核杂岩和熊耳山岩浆穹隆发育在古老的华北克拉通之上, 而桐柏山和北大别变质核杂岩则发育在秦岭-大别高压-超高压造山带之中(图 4a)。穹隆核部岩石通常为花岗片麻岩、片麻状混合岩和变火山岩、石英岩、大理岩及少量榴辉岩, 并伴随有白垩纪岩浆岩侵入, 一些岩浆岩的边缘存在明显的面理化, 而岩体核部则为块状, 变形不明显(Hacker et al., 1995; 冀文斌等, 2011; Cui et al., 2012); 变质核杂岩周边发育未变质-浅变质的沉积岩或高压、超高压榴辉岩(冀文斌等, 2011; Wang et al., 2011c; Cui et al., 2012)。二者之间通常发育有超过几十米厚的糜棱岩带, 而这些糜棱岩带通常以低角度的产状分布于穹隆的周缘, 构成了变质核杂岩的拆离断层(Zhang et al., 1997; Wang et al., 2011c; 冀文斌等, 2011)。在拆离断层中发育的糜棱面理上, 最为显著的几何学特征是NW-SE向的矿物拉伸线理近平行于穹隆的长轴方向展布(图 4a)。而拆离断层所涉及的岩石变形所代表的运动学均表现为沿此NW-SE向的矿物拉伸线理具有上部指向NW的剪切变形(Zhang et al., 1997; 许光和王二七, 2010; Wang et al., 2011c; 冀文斌等, 2011; Cui et al., 2012)。应该指出的是, 通常白垩纪狭窄的半地堑盆地伴随着这些伸展穹隆的发育, 红色的陆缘碎屑填充其中(许光和王二七, 2010; 冀文斌等, 2011)。
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图 4 华北南缘及秦岭-大别带和华南内陆晚中生代伸展构造和穹隆冷却史及相关年代学展布图解 (a)-华北南缘及秦岭-大别带和华南内陆晚中生代伸展构造图; (b)-华北南缘及秦岭-大别带和华南内陆伸展穹隆冷却史; (c)-华北南缘及秦岭-大别带和华南内陆晚中生代伸展构造及相关的年代学展布图.相关年代学资料的参考文献参见正文 Fig. 4 Tectonic setting, distribution and cooling paths of the Late Mesozoic extension at the South margin of North China Block, Qinling-Dabie belt and South China Block (a)-setting and distribution of the Late Mesozoic extension at the south margin of North China Block and Qinling-Dabie belt and South China Block; (b)-cooling paths of the related extension dome at the south margin of North China Block and Qinling-Dabie belt and South China Block; (c)-extension structures and related stage at the south margin of North China Block and Qinling-Dabie belt. Geochronological measurements come from references that mentioned at the text |
相对于华北其他地区晚中生代伸展构造而言, 除小秦岭变质核杂岩和熊耳山岩浆穹隆外, 华北南缘及秦岭-大别带的伸展构造及相关年代学的研究程度有限(Zhang et al., 1997; 王志光和张录星, 1999)。相当一部分同位素定年结果为秦岭大别高压-超高压造山带研究的相伴结果, 而且被解释为超高压造山带晚期热事件重置(Eide et al., 1994; Hacker and Wang, 1995; Webb et al., 1999; Ratschbacher et al., 2000)。只是最近白垩纪伸展构造的叠加作用才被大家所认识(许光和王二七, 2010; Wang et al., 2011c; 冀文斌等, 2011; Cui et al., 2012)。我们对华北南缘及秦岭-大别带不同伸展构造冷却史研究结果表明, 这些伸展穹窿在131~125Ma存在一个快速冷却过程(图 4b); 41个黑云母40Ar/39Ar定年的统计结果给出了一个125Ma的拆离断层活动的高峰时段(图 4c); 这些年代学统计结果使我们认识到同上述研究区一样, 这一时段代表着华北南缘及秦岭-大别带伸展构造发生的峰期时代。无论是较为一致快速冷却过程, 还是黑云母40Ar/39Ar定年的统计峰值均与欧亚大陆东部大范围发育伸展构造时限十分接近(Lin et al., 2013a)。Ratschbacher et al.(2000)根据花岗岩和花岗片麻岩角闪石Al的压力计计算了北大别变质核杂岩边缘向核部的白垩纪岩体侵位时的压力变化, 进而来反映其就位的深度。结果给出了P=5.1kbar的平均结果, 并指出北大别变质核杂岩的拆离正断层将核部位于地下18km左右的岩石在115Ma时拆离折返至地表下5km。这个结果同Izbrodin et al.(2010)在泛贝加尔-鄂霍次克带中的Buteel-Burgutui变质核杂岩研究结果相类似。
2.5 华南内陆晚中生代伸展构造对比于华南展现的大规模岩浆作用及其所反映的伸展条件下的构造背景(Li et al., 2007), 华南地区晚中生代伸展构造研究相对有限且局限于少数的岩浆穹隆和伸展盆地(舒良树和周新民, 2002; 舒良树等, 2004; 舒良树和王德滋, 2006; 张岳桥等, 2012及其相关的参考文献)。而代表典型大规模伸展作用的变质核杂岩则发育的很少(舒良树等, 1998; 沈晓明, 2008及其相关的参考文献; 张岳桥等, 2012)。对于早白垩世伸展构造, 除大云山变质核杂岩外, 目前能够确定具有韧性拆离断层带的伸展穹隆大致沿NE-SW走向, 与同期的构造线的方向大体一致(图 1)。由NE向SW依次为洪镇穹隆(朱光等, 2007; Zhu et al., 2010)、庐山穹隆(Lin et al., 2000)、武功山核部的浒坑岩浆穹隆(Faure et al., 1996) 和衡山变质核杂岩(张岳桥等, 2012及其相关的参考文献)。
与华北东部带伸展穹隆相似, 华南内陆伸展穹隆整体为近椭圆状, 长轴沿NE-SW向展布(图 4a)。大别山南部前陆地区发育的大云山变质核杂岩长轴沿NW-SE方向展布, 从构造几何学特征上讲, 其似乎应该归结于秦岭-大别带(图 4a)。穹隆的核部岩石通常为花岗片麻岩, 局部发育少量元古代浅变质沉积岩(Lin et al., 2000; 朱光等, 2007; 张岳桥等, 2012)。作为岩浆活动十分剧烈的地区, 这些伸展穹隆核部发育有晚侏罗世-白垩纪岩浆侵入体, 如洪镇穹隆、庐山穹隆; 有时伸展穹隆本身即为同构造岩浆穹窿, 如浒坑岩浆穹隆(图 4a)。位于核部的一些岩浆岩边缘存在明显的面理化, 而岩体核部则没有变形或面理化很弱(Faure et al., 1996; 喻爱南等, 1998; 张岳桥等, 2012)。除了同构造浒坑岩浆穹隆外, 作为典型拆离断层特征的低角度展布糜棱岩带分布在穹隆西侧(图 4a)。与其他构造带伸展穹隆相比, 这些糜棱岩发育厚度通常较薄, 只有几米到十几米厚(Faure et al., 1996; 喻爱南等, 1998; 张岳桥等, 2012)。与拆离断层相关的糜棱面理上, 大多数的伸展穹隆具有NW-SE向矿物拉伸线理(Faure et al., 1996; 张岳桥等, 2012); 例外的是洪镇穹隆西侧的糜棱岩和浒坑岩浆穹隆中的矿物拉伸线理为NE-SW向(图 4a)。与前述伸展构造带显著不同的是, 华南内陆E-W向伸展构造发育的不均一性明显：西部伸展幅度较大的衡山和大云山穹隆表现为变质核杂岩相关韧性正断层发育(喻爱南等, 1998; 张岳桥等, 2012); 东部的庐山穹隆为经历复杂演化的岩浆底劈和伸展过程(Lin et al., 2000), 浒坑岩浆穹隆则为典型的同构造花岗岩(Faure et al., 1996)。到目前为止, 华南内陆还未见类似于华北地区具有较高伸展幅度特征的拆离断层弯曲而形成“弧形”构造的报道。这种E-W向伸展构造不均一性和单向拆离的变质核杂岩特点, 似乎暗示了华南内陆非常有限的伸展幅度。关于伸展过程中岩石变形所代表的运动学目前研究也十分有限, 衡山变质核杂岩具有向WNW剪切变形特征(张岳桥等, 2012)。我们的野外观察表明, 大云山穹隆作为变质核杂岩, 其拆离断层所记录的岩石变形所代表的剪切运动学特征具有上部指向WNW的特点; 但其SW部却发育有NE-SW向矿物拉伸线理和上部指向SW剪切变形, 指示了其复杂的伸展过程。庐山穹隆的NW向伸展型式则表现为浅层低温的顺层拆离构造(Lin et al., 2000)。而浒坑岩浆穹隆则表现为典型同构造花岗岩就位过程中代表上部向S和SW剪切的韧性变形(Faure et al., 1996; 舒良树等, 1998)。位于洪镇穹隆西侧的韧性剪切带却具有NE-SW向的矿物拉伸线理和上部指向SW的剪切变形(朱光等, 2007; Zhu et al., 2010)。这似乎暗示着NE-SW向伸展构造的存在, 其构造特征及背景有待于深入研究。除有限拉张的同构造岩浆穹窿和局部发育拆离断层外, 分布十分有限的早白垩纪半地堑盆地展布在伸展穹隆的NW侧(张岳桥等, 2012)。盆地东部的正断层明显控制了晚中生代盆地的沉积, 形成了一系列的半地堑盆地, 典型的陆相沉积红层填充其中(图 4a; Ren et al., 2002; 张岳桥等, 2012)。
与其他伸展构造带相比, 华南内陆晚中生代伸展构造的年代学研究较为薄弱(图 4b)。庐山穹隆与晚中生代伸展构造年代学研究较为深入, 对应的同构造岩浆岩给出了126Ma相关事件年龄(Lin et al., 2000)。朱光等人对洪镇穹隆西缘糜棱岩带的研究也给出了白云母126Ma左右的40Ar/39Ar年龄(朱光等, 2007; Zhu et al., 2010; 图 4a)。大云山和衡山变质核杂岩年代学的研究程度不高, 目前缺乏精确的年代学测量结果; 已有K-Ar法和相关岩体的锆石U/Pb定年均给出了早白垩世十分宽泛的年龄, 这也同与之相耦合的白垩纪盆地相对应(张岳桥等, 2012及其相关的参考文献)。而浒坑岩浆穹隆边缘的糜棱岩则给出了一个131.7±1.7Ma的年龄(Faure et al., 1996; 舒良树等, 1998)。由于华南内陆有限的研究程度, 目前与拆离断层相关的黑云母40Ar/39Ar定年结果极少, 很难用于统计工作; 我们不得不用封闭温度稍高的白云母来表述区域上的统计特征：9个来自于庐山和洪镇穹隆白云母40Ar/39Ar定年给出了127Ma的统计峰值(图 4c)。同时这些伸展构造在132~125Ma之间存在一个快速冷却过程(图 4b)。这些结果使我们认识到这一早白垩世年龄代表着华南内陆伸展构造发生的主体阶段(图 4c)。
3 讨论 3.1 华北克拉通及邻区伸展构造对地壳性质的影响众所周知, 华北克拉通破坏过程中岩石圈地幔的性质发生了根本性的变化, 从大陆岩石圈地幔被改变成具有大洋地球化学特征的岩石圈地幔(周新华, 2009及其相关参考文献)。但是对地壳是否存在相应的变化则较少涉及(吴福元等, 2008)。通过对华北克拉通及邻区发育大量以变质核杂岩为代表的伸展构造研究, 我们认为正是这些伸展构造将中下地壳的岩石拆离折返至地表, 从而使地壳的组成也随之发生相应地改变。这个过程在秦岭-大别超高压造山带表现最为明显。叠加在华南陆壳俯冲折返岩片上的北大别变质核杂岩本应具备华南(扬子) 地壳特征; 但其中白垩纪镁铁质岩浆岩Sr-Nd-Pb同位素显示核部杂岩揭露出来的深部岩石与华北克拉通具有相似的Nd同位素组成, 而与华南不同; 同样镁铁质侵入体岩石的Pb同位素都具有低放射成因Pb的特征, 同样与华北类似; 但部分样品208Pb/204Pb和207Pb/204Pb较高, 兼具华南俯冲陆壳成分, 但明显不同于后者具高放射成因Pb (Li and Yang, 2003)。我们认为正是由于白垩纪变质核杂岩对原有超高压造山带地壳改造, 使其地球化学性质发生了变化, 一部分华北特征的物质进入了原有造山带地壳。目前的大别山地区的岩石圈地球化学特征是经历了再平衡的结果。
3.2 华北克拉通及邻区伸展构造的展布特点现有的研究工作表明, 以变质核杂岩为代表的晚中生代伸展构造从泛贝加尔地区一直到华南的内陆地区发育十分明显, 绝大多数发育在岩石圈薄弱带之上(如中亚造山带, 阴山-燕山陆内造山带、秦岭-大别-苏鲁超高压造山带及郯庐断裂带), 只有极少数发育在“破坏了”的克拉通之上, 如西山穹隆、紫荆关穹隆和华南内陆穹隆体系(图 1)。除了沿秦岭-大别超高压造山带外, 几乎所有的穹隆的构造几何形态均具有近NE-SW的长轴方向, 体现了鲜明的大区域上的NW-SE方向的伸展(Ratschbacher et al., 2000; Lin and Wang, 2006; Wang et al., 2011a)。绝大多数与深部岩石拆离折返方向相关的矿物拉伸线理为NW-SE向(喀喇沁、洪镇和浒坑例外; 图 1)。而且拆离断层所表现的运动学特征也存在一定的规律性, 即在一定区域中似乎存在对称性拆离的特点; 在泛贝加尔-鄂霍次克带, NW部的贝加尔湖及贝加尔盆地群地区晚中生代伸展穹隆的拆离断层表现为上部指向SE的剪切变形(Zorin, 1999; Mazukabzov et al., 2006, 2011; Donskaya et al., 2008; Wang et al., 2011a, 2012), 而位于SE部蒙古国北部发育的的Ereendavaa变质核杂岩和Nartyn岩浆穹隆则具有上部指向NW的剪切变形(Daoudene et al., 2009, 2011; 图 1、图 3a); 这一区带的伸展构造似乎沿蒙古-鄂霍次克断裂带具有轴对称拆离的现象(图 5)。当然, 限于目前的研究现状, 这种“对称拆离”的特点有待于进一步研究。相类似的现象在华北地区同样存在; 如前所述, 在华北西部带的伸展穹隆, 如亚干-Onch Hayrhan变质核杂岩、呼和浩特变质核杂岩和云蒙山变质核杂岩, 其拆离断层和上叠半地堑盆地位于穹隆的SE部, 其共同特征还包括：沿着NW-SE向的矿物拉伸线理, 拆离断层岩石变形具有上部向SE的剪切特征(Lin and Wang, 2006; Wang et al., 2011a); 而在华北东部带的伸展穹隆, 如医巫闾山变质核杂岩、岫岩岩浆穹隆、辽南变质核杂岩、郭家岭同构造花岗岩及胶南拆离断层带, 其拆离断层和上叠半地堑盆地位于穹隆的NW侧, 其共同特征也是沿着相同的NW-SE向矿物拉伸线理, 但是拆离断层岩石变形具有上部向NW的剪切变形特征, 体现了与西部带明显的对称性(Lin and Wang, 2006; Charles et al., 2011; Hacker et al., 2009; 图 6), 对称拆离轴线大致沿松辽盆地、阜新盆地、渤海湾盆地中残余的白垩纪盆地展布(图 5)。在华北克拉通北部, 这种对称性还体现在拆离断层构造几何学表现上：靠近中心的医巫闾山和云蒙山变质核杂岩表现为单向拆离, 而远离中心的呼和浩特、辽南变质核杂岩及岫岩岩浆穹隆则表现为拆离断层弯曲的“弧形”构造(图 6)。拆离断层带上部发育的上叠盆地及核部杂岩沿拆离断层折返至浅表的时间也具有非常强的可对称性和准同时性(Lin and Wang, 2006; 图 6)。当然伸展峰期稍早或稍晚的古道岭岩浆穹隆和玲珑杂岩体并没有体现出这个特点而作为一个特例值得深入思考。需要指出的是, 华北南缘及秦岭-大别带及华南内陆并没有表现出类似于华北北部和泛贝加尔-鄂霍次克带这种伸展构造“对称性”拆离和展布的特点, 这似乎体现了这个欧亚大陆东部晚中生代伸展构造具有向S或SW减弱的趋势(图 5)。
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图 5 欧亚大陆东缘120Ma左右古地理重建图解及晚中生代西太平洋地区洋壳产出量变化图解(据Engebretson et al., 1985; Northrup et al., 1995; Maruyama et al., 1997修改) Fig. 5 Paleogeographic reconstructions of the eastern margin of Eurasia continent around 120Ma and the oceanic crust growthing at the western part of Pacific during the Late Mesozoic and Cenozoic (modified after Engebretson et al., 1985; Northrup et al., 1995; Maruyama et al., 1997) |
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图 6 横贯华北北部晚中生代伸展穹隆、岩浆作用及相关拉分盆地的模式剖面图(据Lin and Wang, 2006修改; 相关年代学资料的参考文献参见正文) Fig. 6 Schematic crustal scale section showing the regional Late Mesozoic extensional tectonics, magmatic dome, metamorphic core complexes and half basins in northern China Block (modified after Lin and Wang, 2006; geochronological measurements come from references that mentioned at the text) |
以变质核杂岩为代表的晚中生代伸展穹隆或及相关的地堑-半地堑盆地在中国中-东部、蒙古中-东部及俄罗斯远东地区即整个东北亚广泛发育, 构成了全球最大的陆壳伸展区(图 1)。除华北东部带给出一个较为宽泛的伸展时段外, 各个研究区所涉及伸展穹隆及其相关的拆离断层所表现的伸展时间均十分相近, 峰期在130~126Ma之间(图 7)。各个穹隆核部杂岩所记录与折返过程相关的冷却史在这一时段也存在快速冷却过程(图 2、图 3、图 4)。华北克拉通及周缘地区大规模的强烈的岩浆作用, 也恰恰位于这个时段, 显示了其在地壳伸展中起到了不可忽视的作用(Wu et al., 2005)。
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图 7 欧亚大陆东部晚中生代伸展构造及相关的年代学展布图(据Lin et al., 2013a修改; 相关年代学资料的参考文献参见正文) Fig. 7 Extensional structures (extensional dome, syntectonic plutons, detachment faults and basins) and their radiochronological ages in the eastern part of the Eurasian continent (modified after Lin et al., 2013a; geochronological measurements come from references that mentioned at the text) |
关于这些大规模区域伸展构造的动力学机制历来是研究和讨论的热点问题(Lin et al., 2012a及其相关的参考文献)。绝大多数构造地质学家将其归结为古太平洋或伊泽奈崎(Izanagi) 板块向西俯冲导致板内或弧后扩张(Watson et al., 1987; Traynor and Sladen, 1995; Ren et al., 2002; Zhu et al., 2011, 2012); 或向西俯冲的古太平洋或伊泽奈崎(Izanagi) 板块发生回退(roll-back), 使先期存在的加厚地壳发生垮塌而形成(Davis et al., 2001)。这种模式较好地解释了我国东部沿郯庐断裂展布的伸展构造; 但难以解释华北北部近3000千米延伸直至俄罗斯贝加尔湖南侧、沿NW-SE向展布的伸展构造; 也很难解释华北南缘及秦岭-大别带NW-SE向延伸的伸展构造几乎垂直于俯冲带展布(图 5)。这与美国西部盆岭省的伸展构造带平行于板块俯冲方向展布截然不同(Lister and Davis, 1989)。同时, 同伸展阶段伊泽奈崎板块对欧亚大陆的影响似乎非常有限, 首先洋壳俯冲的方向近N-S向, 124Ma之前洋壳的产出量并不是非常显著(图 5)。似乎欧亚大陆东缘在从晚侏罗世到124Ma这一个时段具有伸展构造背景的大陆边缘。在124Ma之后, 新生的洋壳才显著增长, 而100Ma之后洋壳俯冲的方向才转换为NW方向(Engebretson et al., 1985; Northrup et al., 1995; Maruyama et al., 1997)。这似乎更好理解华北东部带伸展构造发育的时间较其他地区更为宽泛, 持续的时间更长(图 7)。
近年来一些地质学家将华北北部发育的伸展构造和岩浆作用归结于蒙古-鄂霍次克洋壳(Mongol-Okhotsk oceanic plate) 晚中生代向S和SE俯冲的结果(Wang et al., 2002)。类似地孟庆任提出了非常新颖的蒙古-鄂霍次克带碰撞后的洋壳板片断离及重力扩展模式(Meng, 2003)。王涛等最近提出了对应于蒙古-鄂霍次克带向北俯冲过程中, 俯冲板块一侧深部收缩和浅部伸展模式(Wang et al., 2011a, 2012)。这些模式似乎较好地解释了蒙古及华北北缘的伸展构造的动力学背景。但该模式难以解释蒙古-鄂霍次克断裂带北侧同样发育大量同期次、同特征的伸展构造和华北东部包括朝鲜地区及华北南缘及秦岭-大别带连同华南内陆等区域发育类似的伸展构造。同时对远离鄂霍次克带的华北地区同时代强烈的岩浆作用和岩石圈减薄也难以解释(图 1)。同时深部收缩和浅部伸展模式要求伸展构造具有向SE部变年轻的趋势(Wang et al., 2011a, 2012), 但这同我们对华北克拉通周缘伸展构造的研究并不一致(Lin et al., 2013a)。
从更大范围和综合的角度考虑, 一些研究者认为整个欧亚大陆东部的伸展构造可能源于拉萨-缅甸西部板块同羌塘-印支板块碰撞作用而产生向西放射状的“逃逸”和在古太平洋或伊泽奈崎(Izanagi) 向西俯冲导致的弧后扩张综合作用的结果(Schmid et al., 1999; Ratschbacher et al., 2000)。但最近的地球物理深部结构研究结果并不支持这个结论(Zhao et al., 2011, 2013)。此外, 华北南北碰撞造山产生南北向的缩短进而导致E-W向的伸展(Yin and Nie, 1996; Gao et al., 2002; Zhang and Sun, 2002); 或是伴随秦岭-大别超高压造山带和中亚造山带造山过程中加厚地壳在造山后发生重力垮塌而产生的伸展作用(Zorin, 1999; Webb et al., 1999; Graham et al., 2001; Meng et al., 2003; Yang et al., 2005); 及由于早白垩世岩浆作用而使地壳产生热薄弱带(Darby et al., 2004) 和地幔柱的作用等(Zhao et al., 2004; Deng et al., 2004) 都被解释成这些伸展构造的动力学机制。但其局限性也更为明显(Lin et al., 2013a及其相关的讨论)。
我们将欧亚大陆东部主要的伸展构造汇集成简图(图 7), 将蒙古-鄂霍次克板块缝合带也置于其中。如前所述, 这些极其类似且可对比的早白垩世的伸展构造如果具有相同构造背景的话, 这个规模(NE-SW向3000km和NW-SE向2000km) 要比美国西部的盆岭省宽广得多, 因而其成因模式的动力学背景则需要更加深刻的认识。上述的任何一种模式都很难解释这个宽广范围内的伸展构造(Lin and Wang, 2006)。那么这是否意味着存在更大规模的岩石圈或软流圈的物质流动行为？事实上, 岩石圈地幔对流移离或拆沉模式似乎与我们地表观察到的构造现象相吻合, 这或许是将这些伸展构造与华北克拉通破坏这一地球动力学模型结合起来的有力证据(Lin and Wang, 2006)。各个研究区所涉及的伸展穹隆及其相关的拆离断层所表现的130~126Ma之间伸展峰期时间均十分相近, 这为华北克拉通破坏峰期发生在早白垩世和以拆沉为主导机制的认识提供了支持。深部岩石圈地幔的丢失势必会造成岩石圈地壳反弹, 进而在地表形成隆起(Turner et al., 1996)。虽然一些学者建议我国东北及蒙古国地区存在一个前白垩纪的高原, 埃达克岩的研究工作似乎也支持这一点(Yin and Nie, 1996; 张旗等, 2001; Meng et al., 2003), 但同一时期的沉积和古生物记录并没有体现出高原的特征(李思田等, 1997), 这就使得白垩纪古地理的研究显得尤为重要。同时, 深部结构探测将有助于我们理解地幔在大陆演化中的重要作用。克拉通破坏这一概念的提出为我们理解欧亚大陆东部大范围发育的伸展构造具有十分重要的意义, 通过对这一具有全球意义的大陆岩石圈伸展减薄、破坏的长期深入的研究, 可以让我们深入认识大陆动力学更深层次的含义。
4 结论从俄罗斯远东泛贝加尔地区到我国华南内陆, 发育了大量的以变质核杂岩为代表的晚中生代伸展构造。它们呈“面状分布于欧亚大陆的东部”; 绝大多数发育在岩石圈薄弱带之上, 如中亚造山带, 阴山-燕山陆内造山带、秦岭-大别-苏鲁超高压造山带及郯庐断裂带。但少数发育在“克拉通”之上, 如紫荆关穹窿、西山穹隆和华南内陆穹隆系统(图 1)。这些伸展构造记录了大区域上NW-SE方向的伸展, 构成了全球最大的陆壳伸展地区。除了华北东部给出了一个较为宽泛的伸展时限外, 各个研究区所涉及的伸展穹隆及其相关的拆离断层所表现的伸展峰期时间均十分相近：处于130~126Ma之间。从而指示了位于太平洋西岸的欧亚大陆东缘在早白垩世具伸展性质的构造背景。这或许是对华北克拉通破坏峰期发生在早白垩世和以拆沉为主导机制的认识提供了最为有力的支持。各个穹隆核部杂岩所记录折返过程的冷却史在这一时段也具有一个快速冷却过程。明显不同于美国西部的盆岭省东西向伸展的弧后扩张机制, 华北克拉通及邻区的伸展构造成因的动力学机制很大程度上受岩石圈根部拆沉作用控制, 揭示了在华北克拉通岩石圈性质和厚度发生变化的过程中, 地壳的结构受到强烈的改造, 为华北克拉通破坏提供了独立的构造地质学证据。
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