矿物岩石地球化学通报  2017, Vol. 36 Issue (6): 1063-1067   PDF    
中国东部中生代构造格局与演化
侯泉林1 , 林伟2 , 许德如3 , 闫全人1 , 刘庆1 , 何苗1 , 王智琳2 , 卫巍4 , 郭谦谦1     
1. 中国科学院大学, 北京 100049;
2. 中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029;
3. 中国科学院广州地球化学研究所, 广州 510640;
4. 中南大学, 长沙 410083
摘要: 中国东部早中生代以挤压构造为主,如大别造山带的逆冲推覆构造,而晚中生代伸展构造十分显著,表现为大量发育的变质核杂岩、同构造岩浆岩、拆离断层带以及穹隆构造等,这些伸展构造使地壳深部的岩石折返至地表,从而使中下地壳结构发生了强烈的改造。拟通过对中国东部晚中生代构造发育的典型地区:北部的燕山构造带、中-东部的大别-苏鲁构造带和东部的东南沿海构造带进行系统的研究、分析、归纳和总结,恢复燕山运动启动前的构造体制,研究中国东部对多幕次燕山运动中地壳变形对板块相互作用及其深部过程的响应,阐明中国东部燕山期构造体制转折的期次、时限、动力学演变机制及其与板块运动的关系,进而探讨其对成矿作用的制约。
关键词: 晚中生代      伸展构造      变质核杂岩      动力学机制     
Mesozoic Tectonic Framework and Evolution of Eastern China
HOU Quan-lin1, LIN Wei2, XU De-ru3, YAN Quan-ren1, LIU Qing1, HE Miao1, WANG Zhi-lin2, WEI Wei4, GUO Qian-qian1     
1. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
2. Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
3. Guangzhou Institue of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China;
4. Central South University, Changsha 410083, China
Abstract: Eastern China was dominated by compressional structures in early Mesozoic but vast extensional structures in the Late Mesozoic. A large number of extensional structures, such as metamorphic core complexes, syntectonic plutons, detachments and domes, have exhumed the middle to lower crust into surface, and changed the structure of middle-lower crust dramatically. This paper aims to investigate the late Mesozoic structures in typical areas of Eastern China that include Yanshan tectonic belt in the north, Dabie-Sulu tectonic belt in the central and the coastal tectonic belt in the southeast. This project will also try to reconstruct the tectonic framework before Yanshanian period for its critical role to know how crust deformation responded to interaction and deep process of plates during the Yanshanian period. The purpose of this project is to illuminate the tectonic phase, activity time, dynamic mechanism, and relationship to relevant plates in Eastern China during Yanshanian period, and discuss the constraint on the metallic mineralization.
Key words: late Mesozoic     extensional structures     metamorphic core complexes     dynamic mechanism    

中生代是欧亚大陆的基本构造格架发生重大转折的阶段,强烈的地壳收缩和增厚,形成了大规模走滑构造的形成,加厚岩石圈垮塌和大规模地壳伸展减薄均发生在这一阶段。特别是中国东部中生代发生的燕山运动,形成了大规模的褶皱、逆冲和推覆,并广泛发育同构造花岗岩(165~145 Ma),是欧亚大陆一次重要的构造活动。到早白垩世中期,中国东部以华北克拉通为代表经历了岩石圈垮塌和地壳伸展过程,主要表现为广泛发育的变质核杂岩(峰期在125 Ma左右)和相的伸展盆地体系,并伴有与幔源岩浆作用有关的大规模岩浆活动(135~120 Ma)和火山喷发,以及巨量金属矿床的形成。但是由于燕山运动启动前复杂的构造体制以及多幕次演化的特点,中国东部与蒙古-鄂霍次克洋的关闭以及古太平洋(Izanagi)的板块运动之间有着怎样的响应长期存在争议,华北板块与扬子板块碰撞形成的造山带在燕山运动前后期有怎样的表现仍有待深入研究。因此,研究中国东部中生代典型地区的构造格局及演化对于进一步探讨构造体制的转换对燕山期大规模成矿的制约作用有着重要的指示意义。

“燕山运动”是Wong等(1927)以燕山山脉为标准地区命名的,最初是指侏罗纪末-白垩纪初角度不整合所代表的构造运动及相应的岩浆活动和成矿作用。随后,Wong等(1929)又将燕山运动划分为A、B两幕,分别是指前髫髻山组与前王氏组的角度不整合,两者之间为强烈的火山喷发和花岗岩侵入的中间幕。张岳桥等(2007)董树文等(2007)总结了华北侏罗纪的大地构造特征,指出了两期重要的挤压时间,分别早于160 Ma和135 Ma,并认为燕山运动的主幕发生于晚侏罗世—早白垩世(165~136 Ma);而后经历了135~100 Ma伸展垮塌与岩石圈减薄的过程。笼统而言,燕山运动为整个侏罗纪-白垩纪期间发生于中国东部的褶皱、断裂、岩浆活动及部分区域的变质作用的代名词。需要特别说明的是燕山运动A幕表现为髫髻山组与下伏的南大岭组之间的角度不整合,B幕以张家口组与下伏土城子组之间的角度不整合为代表。其中B幕代表着从以挤压为主的构造体制转换为以伸展为主的构造体制,这个展布广泛的伸展构造被称为“华北克拉通破坏”的浅表构造响应(Lin and Wang, 2006)。华北地区早白垩世发育的大规模伸展构造和岩浆作用在时空上同克拉通破坏具有很好的相关性(Liu et al., 2005Yang et al., 2005),如大型断陷盆地(李思田,1988),大规模伸展穹隆和变质核杂岩(Davies et al., 1996;Davies et al., 2002;Liu et al., 2005Lin et al., 2007, 2008, 2013Wang et al., 2011, 2012)、大型走滑构造(Xu et al., 1987)、大规模陆内旋转等(朱日祥等2002Lin et al., 2003)。华南地区中生代发育的一系列伸展构造,中下地壳物质的折返以及大量同构造花岗岩的侵入,表明华南地区同样经历了与华北克拉通破坏过程中相对应的区域伸展作用,中国东部晚中生代的地壳拆离作用与减薄作用可能是受统一的伸展应力场制约(刘俊来等,2008Lin et al., 2013冀文斌,2014)。

在区域构造上,从俄罗斯远东泛贝加尔地区到中国华南内陆,由北向南大致可以分为以下几个区域:①贝加尔-鄂霍次克带(或称之为泛贝加尔-蒙古带);②华北西部克拉通;③华北东部克拉通;④秦岭-大别造山带;⑤华南内陆地区。它们均发育有众多与区域伸展作用相关的穹隆构造,且呈面状分布于欧亚大陆的东部(林伟等,2013图 1)。这些伸展构造记录了区域上北西-南东方向的伸展,构成了全球最大的陆壳伸展地区。各个区域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130~126 Ma之间(除了华北东部给出了一个较为宽泛的伸展时限外),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有伸展性质(林伟等,2013)。

林伟等(2013修改) 图 1 欧亚大陆东部晚中生代伸展构造及相关的年代学分布图 Figure 1 Tectonic setting and distribution of the Late Mesozoic extension structure at the eastern Eurasia Continent

前人对这些穹隆进行了不同程度的研究,研究的主要内容包括:拆离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, 1991Yin and Nie, 1996Davies et al., 1996Webb et al., 1999Zorin,1999Davis et al., 2001Liu et al., 2005Mazukabzov et al., 2006刘俊来等,2006Lin and Wang, 2006Yang et al., 2007Lin et al., 2007, 2008Donskaya et al., 2008Daoudene et al., 2009, 2011Wang et al., 2011, 2012)。而有关岩石变形的运动学特点及变形时间则涉及不多(Lin et al., 2007, 2008, 2013Wang et al., 2012林伟等,2013)。这些欧亚大陆东部发育的以变质核杂岩所代表的伸展构造为研究分析这一巨型伸展构造区的动力学机制提供了良好的靶区,是认识中国东部晚中生代构造演化的关键。同时,中国东部中生代尤其是燕山期的成矿大爆发被认为与岩石圈减薄和构造转折有着紧密关系,其反映了地球深部大规模的壳-幔相互作用(华仁民等,2003Mao et al., 2013)。因此,我们选择华北北缘燕山构造带、中东部大别-苏鲁造山带、华南东南沿海(闽粤琼)及邻区内陆(扬子地块东南缘)等关键地区进行综合研究。

1 北部的燕山构造带

晚三叠世-早白垩世晚期在中国燕山地区发生了明显的构造体制的转折:经历了挤压构造背景的燕山运动A幕和B幕之后,该地区向广泛的伸展构造转化。虽然沉积学研究很好地反演了这个过程,而构造学的研究却仅仅停留在点的观察和剖面分析之上,特别是不同阶段的构造表现及其在燕山褶冲带的空间展布一直缺乏系统的归纳和研究,构造事件的时间约束一直是一个极有挑战性的难题,直接影响到地质学家对这一“谜一样”的陆内褶冲带的构造背景和动力学机制的正确理解。

本研究计划从燕山构造带出发,针对关键构造带的重点地质剖面,开展野外地质考察、剖面实测和样品采集,通过精细的构造变形测量、构造热年代学、岩石磁组构分析、电子背散射、地球化学和同位素年代学等方法,揭示燕山晚期伸展拆离构造的动力学机理及其区域岩浆活动的影响,反演其深部过程;阐明燕山期从逆冲推覆构造向伸展构造体制转换的动力学过程和构造环境,探究其成矿潜力及其构造制约机理。

2 中-东部的大别-苏鲁构造带

大别-苏鲁构造带是早中生代华北陆块与扬子地块的碰撞造山带,以大规模的挤压冲断构造为特征,在晚中生代(特别是燕山晚期)则演化为以拆离构造为代表的伸展环境,并广泛发育变质核杂岩。胶东构造带燕山晚期大规模金属成矿,且明显受构造剪切带的控制;大别和苏鲁构造带该期的金属矿床却十分罕见。该地区中生代构造演化和金属矿床的时空分布特征引起了众多学者的关注,但其形成机制和控制因素尚存在激烈争论。对此,拟开展以下2个方面的研究:

(1) 借助于不同尺度变形构造等研究手段,结合同位素年代学、地球化学和岩石学,重点研究中生代前燕山期和燕山期大别-苏鲁构造带的构造样式、形成演变及其对先期构造的叠加复合,解析主要构造样式的时空组合规律,建立该区构造变形时序结构;剖析构造变形与岩浆作用的耦合关系,建立该区变形构造系统的精细结构模型,探讨构造演变过程及其对成矿规律的控制作用。深入剖析研究区构造系统的整体结构面貌及其形成演变的动力学机制,阐明区域构造格局与体制演变对成矿过程的控制与改造作用。

(2) 在对区域构造背景研究的基础上,通过高精度定年、元素和同位素地球化学分析,建立大别-苏鲁构造带中生代构造—岩浆的时-空配置格架,并探讨壳—幔作用的深部过程,阐明中生代构造演化的深部过程及对岩浆和成矿作用的控制规律;通过典型矿床的矿床学、地球化学的综合研究,示踪成矿元素的源区性质,探讨其运移方式与沉淀机制,反演中生代构造体制转折期的深部过程,约束其对金属成矿作用的贡献。

3 东部的东南沿海构造带

特提斯洋的闭合,太平洋构造域和特提斯构造域的叠置与转换,以及古太平洋俯冲与转折等,深刻影响和制约着中生代华南大规模地壳变形和成矿事件。拟以华南东南沿海(闽粤琼)及邻区内陆(扬子地块东南缘)为重点研究对象,在综合分析华南中生代地壳变形特征、岩浆作用的深部过程和成矿规律的基础上,开展以下几方面的工作:①研究燕山期该地区地壳变形的表现(如大型逆冲推覆构造、走滑剪切变形带、变质核杂岩、盆-岭构造省等)和叠置关系,确定其形成演化的精确时限和温压条件以及应力场特征等;②研究东南沿海及邻区内陆金铜钨锑铅锌银多金属成矿构造系统的组成特征、发育规律和形成的动力学机制;③对比华南地区与阴山-燕山构造带对燕山运动及其深部过程的响应,建立燕山期中国东部地壳变形和成矿的时空配置格架;④开展数值模拟实验,再现中国东部燕山期构造格局的演化过程,探讨多旋回燕山运动的动力学机制和矿产的形成机理与分布规律等。

4 结论

本课题拟通过对中国东部3个典型的构造带进行综合研究,运用精细的构造变形测量、构造热年代学、岩石磁组构分析等技术手段,恢复中国东部燕山运动启动前的构造体制,进一步通过详细的岩石学和矿床学方法,揭示中国东部对多幕次燕山运动的构造响应,探究地壳变形对板块相互作用及其深部过程的响应;综合中生代构造转折关键部位的分析,阐明中国东部燕山期构造体制转折期次、精确时限、动力学演变机制及其与板块运动的关系。

参考文献
[] Daoudene Y, Gapais D, Ledru P, Cocherie A, Hocquet S, Donskaya TV. 2009. The Ereendavaa Range(north-eastern Mongolia):An additional argument for Mesozoic extension throughout eastern Asia. International Journal of Earth Sciences, 98(6): 1381–1393. DOI:10.1007/s00531-008-0412-2
[] Daoudene Y, Ruffet G, Cocherie A, Ledru P, Gapais D. 2011. Timing of exhumation of the Ereendavaa metamorphic core complex(north-eastern Mongolia)-U-Pb and 40Ar/39Ar constraints. Journal of Asian Earth Sciences, 62: 98–116.
[] Davies G A, Qian X, Zheng Y, Yu H, Wang C, Mao T H, Gehrels G E, Muhammad S, Fryxell J E. 1996. Mesozoic deformation and plutonism in the Yunmeng Shan:A metamorphic core complex north of Beijing, China. In:Yin A, Harrison T A, eds. The Tectonic Evolution of Asia. New York:Cambridge University Press, 253-280.
[] Davis G A, Zheng Y D, Wang C, Darby B J, Zhang C H, Gehrels G E. 2001. Mesozoic tectonic evolution of the Yanshan fold and thrust belt, with emphasis on Hebei and Liaoning provinces, northern China. In:Hendrix M S, Davis G A, eds. Paleozoic and Mesozoic tectonic evolution of Central and Asia:From Continental Assembly to Intracontinental Deformation. Boulder, Colorado, Geological Society of American Memoir, 194, 171-194
[] Davis G A, Darby B J, Zheng Y D, Spell T L. 2002. Geometric and temporal evolution of an extensional detachment fault, Hohhot metamorphic core complex, Inner Mongolia, China. Geology, 30(11): 1003–1006. DOI:10.1130/0091-7613(2002)030<1003:GATEOA>2.0.CO;2
[] Donskaya T V, Windley B F, Mazukabzov A M, Kröner A, Sklyarov E V, Gladkochub D P, Ponomarchuk V A, Badarch G, Reichow M K, Hegner E. 2008. Age and evolution of late Mesozoic metamorphic core complexes in southern Siberia and northern Mongolia. Journal of Geological Society, 165(1): 405–421. DOI:10.1144/0016-76492006-162
[] Lin W, Wang QC. 2006. Late Mesozoic extensional tectonics in North China Block:Response to the Lithosphere removal of North China Craton?. Bulletin de la Société Géologique de France, 177: 287–294. DOI:10.2113/gssgfbull.177.6.287
[] Lin W, Chen Y, Faure M, Wang Q C. 2003. Tectonic implications of new Late Cretaceous paleomagnetic constraints from eastern Liaoning Peninsula, NE China. Journal of Geophysical Research:Soil Earth, 108(B6): 2313.
[] Lin W, Faure M, Monie P, Wang Q. 2007. Polyphase Mesozoic tectonics in the eastern part of North China Block:Insights from the Eastern Liaoning Peninsula massif(NE China). In:Zhai MG, Windley BF, Kusky TM, Meng QR, eds. Mesozoic Sub-continental Lithospheric Thinning Under Eastern Asia. Geological Society, London, Special Publications, 280(1): 153–169.
[] Lin W, Faure M, Monié P, Schärer U, Panis D. 2008. Mesozoic extensional tectonics in Eastern Asia:The South Liaodong Peninsula Metamorphic Core Complex(NE China). The Journal of Geology, 116(2): 134–154. DOI:10.1086/527456
[] Lin W, Faure M, Chen Y, Ji W B, Wang F, Wu L, Charles N, Wang J, Wang Q C. 2013. Late Mesozoic compressional to extensional tectonics in the Yiwulüshan massif, NE China and its bearing on the evolution of the Yinshan-Yanshan orogenic belt. Part Ⅰ:Structural analyses and geochronological constraints. Gondwana Research, 23(1): 54–77.
[] Liu J L, Davis G, Lin Z Y, Wu F Y. 2005. The Liaonan metamorphic core complex, southeastern Liaoning Province, North China:A likely contributor to Cretaceous rotation of eastern Liaoning, Korea and contiguous areas. Tectonophysics, 407(1/2): 65–80.
[] Mao J W, Cheng Y B, Chen M H, Franco P. 2013. Major types and time-space distribution of Mesozoic ore deposits in South China and their geodynamic settings Mineralium Deposita 48(3):267-294, doi:10.1007/s00126-012-0446-z
[] Mazukabzov A M, Donskaya T V, Gladkochub D P, Sklyarov E V, Ponomarchuk V A, Sal'Nikova E B. 2006. Structure and age of the metamorphic core complex of the Burgutui ridge(Southwestern Transbaikal region). Doklady Earth Sciences, 407(1): 179–183. DOI:10.1134/S1028334X06020048
[] Wang T, Zheng Y D, Zhang J J, Zeng L S, Donskaya T, Guo L, Li J B. 2011. Pattern and kinematic polarity of late Mesozoic extension in continental NE Asia:Perspectives from metamorphic core complexes. Tectonics, 30(6): TC6007. DOI:10.1029/2011TC002896
[] Wang T, Guo L, Zheng Y D, Donskaya T V, Gladkochub D, Zeng L S, Li J B, Wang Y B, Mazukabzov A. 2012. Timing and processes of late Mesozoic mid-lower-crustal extension in continental NE Asia and implications for the tectonic setting of the destruction of the North China Craton:Mainly constrained by zircon U-Pb ages from metamorphic core complexes. Lithos, 154: 315–345. DOI:10.1016/j.lithos.2012.07.020
[] Webb L E, Graham S A, Johnson C L, Badarch G, Hendrix M S. 1999. Occurrence, age, and implications of the Yagan-Onch Hayrhan metamorphic core complex, southern Mongolia. Geology, 27(2): 143–146. DOI:10.1130/0091-7613(1999)027<0143:OAAIOT>2.3.CO;2
[] Wong W H. 1927. Crustal movement and igneous activities in eastern China since Mesozoic time. Bulletin of Geological Society of China, 6(1): 9–37.
[] Wong W H. 1929. The Mesozoic orogenic movement in eastern China. Bulletin of Geological Society of China, 8(1): 33–44.
[] Xu J, Zhu G, Tong W X, Cui K R, Liu Q. 1987. Formation and evolution of the Tancheng-Lujiang wrench fault system:A major shear system to the northwest of the Pacific Ocean. Tectonophysics, 134(4): 273–310. DOI:10.1016/0040-1951(87)90342-8
[] Yang J H, Chung S L, Wilde S A, Wu F Y, Chu M, Lo C H, Fan H. 2005. Petrogenesis of post orogenic syenites in the Sulu Orogenic Belt, East China:Geochronological, geochemical and Nd-Sr isotopic evidence. Chemical Geology, 214(1/2): 99–125.
[] Yang J H, Wu F Y, Chung S L, Lo C H, Wilde S A, Davis G A. 2007. Rapid exhumation and cooling of the Liaonan metamorphic core complex:Inferences from 40Ar-39Ar thermochronology and implications for Late Mesozoic extension in the eastern North China Craton. The Geological Society of America Bulletin, 119(11/12): 1405–1414.
[] Yin A, Nie S. 1996. A Phanerozoic palinspastic reconstruction of China and its neighboring regions. In:Yin A, Harrison T A, eds. The Tectonic Evolution of Asia. New York:Cambridge University Press, 442-485
[] Zheng Y D, Wang Y, Liu R, Shao J. 1988. Sliding-thrusting tectonics caused by thermal uplift in the Yunmeng Mountains, Beijing, China. Journal of Structural Geology, 10(2): 135–144. DOI:10.1016/0191-8141(88)90111-3
[] Zheng Y D, Wang S Z, Wang Y F. 1991. An enormous thrust nappe and extensional metamorphic core complex newly discovered in Sino-Mongolian boundary area. Science in China(Series D), 34(9): 1145–1152.
[] Zorin Y A. 1999. Geodynamics of the western part of the Mongolia-Okhotsk collisional belt, Trans-Baikal region(Russia)and Mongolia. Tectonophysics, 306(1): 33–56. DOI:10.1016/S0040-1951(99)00042-6
[] 董树文, 张岳桥, 龙长兴, 杨振宇, 季强, 王涛, 胡建民, 陈宣华. 2007. 中国侏罗纪构造变革与燕山运动新诠释. 地质学报, 81(11): 1449–1461. DOI:10.3321/j.issn:0001-5717.2007.11.001
[] 华仁民, 陈培荣, 张文兰, 刘晓东, 陆建军, 林锦富, 姚军明, 戚华文, 张展适, 顾晟彦. 2003. 华南中新生生代与花岗岩类有关的成矿系统. 中国科学(D辑)(4): 335–343.
[] 冀文斌. 华南晚中生代伸展构造及其对华北克拉通破坏的响应. 博士论文. 北京: 中国科学院大学, 2014.
[] 李思田. 1988. 断陷盆地分析与煤聚积规律. 北京: 地质出版社: 1-125.
[] 林伟, 王军, 刘飞, 冀文斌, 王清晨. 2013. 华北克拉通及邻区晚中生代伸展构造及其动力学背景的讨论. 岩石学报, 29(5): 1791–1810.
[] 刘俊来, 关会梅, 纪沫, 胡玲. 2006. 华北晚中生代变质核杂岩构造及其对岩石圈减薄机制的约束. 自然科学进展, 16(1): 21–26.
[] 刘俊来, GregoryA. Davis, 纪沫, 关会梅, 自相东. 2008. 地壳的拆离作用与华北克拉通破坏:晚中生代伸展构造约束. 地学前缘, 15(3): 72–81.
[] 张岳桥, 董树文, 赵越, 张田. 2007. 华北侏罗纪大地构造:综评与新认识. 地质论评, 81(11): 1462–1480.
[] 朱日祥, 潘永信, 史瑞萍, 施光海, 邵济安, 李大明. 2002. 辽西白垩纪火山岩古地磁测定与陆内旋转运动. 科学通报, 47(17): 1335–1340. DOI:10.3321/j.issn:0023-074X.2002.17.013