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构造变形、岩浆活动和壳-幔相互作用构成了一个复杂的岩石圈变形与改造系统,它们不但塑造了地球的表面形态,还对地球的演化、资源的形成和地质灾害的发生具有深远影响。大地构造运动如板块俯冲和碰撞导致地壳和地幔物质发生大规模的交换和重组(许志琴等,2021;郑永飞等,2022),从而引发岩浆活动,而岩浆活动反过来又通过其产生的热能和物质流影响大地构造的演化(徐义刚等,2002)。地壳和地幔之间的物质和能量交换过程可以通过多种机制实现,包括底侵作用、拆沉作用以及俯冲带的物质循环等(金振民和高山,1996;董树文等,2000),这一过程能够引起地壳的热状态和化学成分的改变。壳-幔作用为岩浆的形成提供了必要的物质和能量条件,底侵作用带来的基性岩浆可以加热并部分熔融下地壳,形成中酸性岩浆,从而引发岩浆活动,此外,岩浆作用本身也是壳幔物质循环的重要组成部分,岩浆在地表冷却凝固后,其物质又可以通过俯冲带等机制重新进入地幔,实现物质的循环利用。壳幔相互作用机制不仅揭示了地球内部物质的循环模式,还对地表地质现象如火山活动、地震带分布等产生了重要影响(郑建平等,2022,2024)。
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华北克拉通是地球上最古老的克拉通之一(Liu et al.,1992; Zhai Mingguo and Santosh,2011;翟明国,2012,2022),其构造演化历史复杂而丰富,尤其是中生代以来的构造格局转换(翟明国,2010;Wang Yu et al.,2015; 王瑜等,2018),一直是地质学界的研究热点。近年来,壳幔解耦作为解释这一转换过程的重要机制,受到了广泛关注(翟明国,2008;刘俊来等,2020,2022;Lin Abing et al.,2023)。本文旨在分析华北构造格局转换与壳幔解耦之间的关系,探讨其地质意义和未来研究方向。
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欧亚大陆东缘的壳-幔解耦与古太平洋俯冲带动力学之间存在密切的关联。这种关联主要体现在:① 地壳变形,在欧亚大陆东缘,由于古太平洋板块的俯冲作用,地壳发生了显著的变形,包括地壳的增厚、缩短和侧向挤出(Wang Yu et al.,2011,2015,2017),这些变形与壳-幔解耦现象相互作用,共同影响了该区域的构造变形;② 岩浆活动,古太平洋板块的俯冲作用导致了地幔和下地壳物质的熔融和上涌,从而引发了广泛的岩浆活动(Yang Jinhui et al.,2021; Gao Shiyao et al.,2024),这种岩浆活动表现为大规模的火山喷发和同构造侵入岩的形成;③ 动力学机制,古太平洋板块向欧亚板块之下俯冲,导致了地幔物质的流动和地壳的变形,这种俯冲作用不仅影响了上覆板块的地质结构,还导致了地幔对流和岩石圈的热力学变化,进而影响了壳-幔之间的耦合状态。中生代以来,华北地区发生了大规模的岩浆活动,形成了大量的花岗岩和基性岩体。这些岩浆活动与构造变形密切相关,反映了地壳深部的物质和能量交换。
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1 大地构造背景
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欧亚大陆东缘处于太平洋板块与欧亚板块的交界处(图1),是板块俯冲、碰撞等构造活动极为活跃的区域,形成了众多的岛弧和海沟等构造地貌,如日本岛弧、马里亚纳海沟等(任纪舜等,1992)。在古亚洲构造域向古太平洋构造域转换过程中,构造应力场发生了显著变化,从欧亚大陆内部相对稳定的构造环境逐渐转变为西太平洋地区强烈的板块相互作用环境(王瑜等,2018)。
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华北克拉通在中生代以前主要表现为稳定的克拉通状态(翟明国等,2010;朱日祥等,2011)。晚古生代晚期—三叠纪在华北克拉通的南北缘形成了克拉通的活化与造山(Liu Xu et al.,2023),而且自侏罗纪以来,发生了显著的构造变形和岩浆活动(Wang Yu et al.,2011,2015,2017),经历了强烈的挤压和伸展变形(李三忠等,2009;朱光等,2021),形成了大量的逆冲推覆构造和裂谷盆地(Davis et al.,2001;赵越等,2010,2022)。燕山运动是这一时期的重要构造事件,形成了著名的燕山构造带(张长厚和宋鸿林,1997)。大规模的岩浆活动形成了大量的花岗岩和基性岩体(吴福元等,2005,2006),这些岩浆活动与构造变形密切相关,反映了地壳深部的物质和能量交换。华北克拉通的地壳厚度也发生了显著减薄,尤其是东部地区,地壳厚度从原来的约45 km减薄至约30 km(翟明国,2008;刘琼林等,2011)。在这一过程中,构造格局由东西向转为北东向,强烈的挤压作用发生,随之形成早白垩世大规模岩浆侵入、火山作用。标志着构造格局的重大转换。
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图1 东亚大陆东部大地构造简图(据李建华等,2024)
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Fig.1 Simplified geological framework of the eastern Asian continent (after Li Jianhua et al., 2024)
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2 古亚洲构造格局中东西走向变形特征
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古亚洲构造域是西伯利亚克拉通南侧的沟弧盆系统与塔里木-华北克拉通北侧的大陆边缘系统,以及居间的主洋盆系统(Ren Jishun et al.,1999; 邓晋福等,2015)。其演化历程复杂多样,涉及多个大陆板块的汇聚、裂解和增生(王瑜,1996,1998;Ren Jishun et al.,1999; Hu Jianming et al.,2010; Wang Yu et al.,2015)。这些构造活动不仅塑造了古亚洲大陆的基本地貌,还对全球地质历史和板块运动产生了深远影响。古亚洲构造带是地球上最为古老和复杂的构造带之一(Xu Bei et al.,2015),其东西走向的构造特征尤其引人注目。古生代是古亚洲构造带形成的关键时期,东欧、西伯利亚、中朝和塔里木等陆块逐渐汇聚,形成了统一的超级大陆——Pangea超大陆,这一过程伴随着古亚洲洋的张开和闭合,以及多个微大陆的碰撞和增生(Şengör et al.,1993,1996; Windley et al.,2007; Xiao Wenjiao et al.,2015; Wang Tao et al.,2023)。中生代以来,古亚洲构造带进入了新的演化阶段,新特提斯洋和古太平洋构造体系的形成与发展对古亚洲构造带产生了重要影响(邵济安等,1997; 王五力和郭胜哲,2012)。
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华北北部处于古亚洲域与古太平洋域构造叠加部位,晚古生代末到中生代初正是两个构造域构造演化叠加的时期(邵济安等,1997)。北北部东西走向构造的强烈变形主要有三期: 第一期受到由北向南的强烈地挤压作用,导致韧性剪切变形,其形成年龄约270~200 Ma(王瑜,1996,1998; Wang Yu et al.,2015)。在这期间或其前后时期,大量岩浆活动出现,中下地壳原有的华北克拉通的基底出露于地表。中下地壳的热作用,强烈的韧性剪切变形,浅层次的脆性断层,向南倒的褶皱以及之后的上三叠统杏石口组为代表的磨拉石,表明华北北缘的地质演化特征与兴蒙造山带的变形同期,指示克拉通边缘活化的形成,并展现了典型造山作用极性的变形演化特征。该期东西走向构造从内蒙古南缘向东到辽西地区被后期改造呈北东走向,这一改造时间大约为230~210 Ma(王瑜,1996; Hu Jianming et al.,2010; Wang Yu et al.,2015)。第二期近东西走向构造与北东走向构造同期,只是由于燕山中部地区受早期构造的制约,以及其独特的陆内变形影响,在这些地区表现为向北或北北西方向的挤压作用(Davis et al.,1998; Chen,1998; 张长厚等,2004),沿该部位发育有大量的火山活动。第三期东西走向构造主要发育在华北陆块北缘地区以及燕山中部地区,燕山西延与太行山交叉一带也出现有东西走向构造,主体上该期构造表现为向南的挤压,以及近同期的东西向右行走滑断层,该挤压变形主体上形成于白垩纪早期,但出露的位置并不多(Wang Yu et al.,2011;王瑜等,2018)。
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3 古太平洋构造格局中北东走向变形特征
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古太平洋构造格局北东走向变形特征是多方面且复杂的,涉及构造格局的转换、变形机制、变形时间、基底卷入以及岩浆活动与成矿等多个方面。这些特征共同构成了古太平洋构造体制下构造演化的独特面貌。中—晚侏罗世到早白垩世期间,中国东部构造变形主要受到南东方向的挤压作用,导致了逆冲推覆构造以及左行走滑剪切构造带的形成。通过变形矿物以及岩脉等的年龄测定,北东向变形大约发生在180~155 Ma(Wang Yu et al.,2015,2017,2018)(图2)。
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3.1 敦化-密山构造带
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敦化-密山断裂带是中国东北地区一条重要的断裂带,具有复杂的地质历史和构造特征,也是郯庐断裂带在东北地区的两条分支之一,呈北东走向(图1)。这一大型断裂带对于理解东北地区中新生代大地构造演化具有重要意义,包含走滑韧性剪切带和脆性断层(Liu Cheng et al.,2018)。牡丹江地区是密山-敦化断裂带穿过的区域,也是东西向构造格局转为北东向构造格局的关键区域(图3)。在沿穆棱-牡丹江沿线的剖面中,保存有两期重要的中生代变形:第一,南北向挤压形成的东西走向构造格局,主要表现在岩层发育北倾的面理构造,并且发育一系列枢纽E-W走向轴面向北倾的褶皱(图4)。第二,南东-北西向的挤压变形,发育轴面倾向SE的褶皱以及断层面倾向SE的断层,北东或北北东走向的逆冲断层和走滑断层,并伴有斜向褶皱的形成(图5),这一阶段变形使中国东部的整个构造框架从东-西走向的古亚洲构造域转变为北东走向的西太平洋构造域。
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图2 华北及邻区180~155 Ma期间的北东—北北东走向构造变形(a)及从东到西综合剖面图及运动学方向(b)
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Fig.2 Tectonic deformation of NE—NNE trending during 180~155 Ma in North China and its adjacent area (a) , and integrated profiles and kinematic direction from east to west (b)
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采集东西走向构造带中发生糜棱岩化的花岗岩和断层下盘的花岗岩做锆石U-Pb定年,结果为254~209 Ma(表1;李锐,2013),可以为东西走向变形提供约束。从敦化—密山北北东走向的逆冲断层和褶皱中采集的白云母样品做40Ar/39Ar定年,获得182~170 Ma的变形年龄(表1、2,图6)。中国大陆东部的构造转变涉及从东-西走向到北东-南西走向结构的变化,是对古太平洋板块初始俯冲的响应。
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图3 牡丹江地区地质简图(据黑龙江省地质局,1976❶)
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Fig.3 Geological sketch map of Mudanjiang area (modified after Heilongjiang Geological Bureau, 1976❶)
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40Ar/39Ar Ms—白云母40Ar/39Ar定年;40Ar/39Ar Fu—铬云母40Ar/39Ar定年;U-Pb Zr—锆石U-Pb定年
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40Ar/39Ar Ms—muscovite40Ar/39Ar dating; 40Ar/39Ar Fu—fuchsite40Ar/39Ar dating; U-Pb Zr—zircon U-Pb dating
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3.2 太行-吕梁构造带
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太行-吕梁构造带位于华北克拉通内部,是古元古代缝合带的一部分,被称为跨华北造山带(Santosh et al.,2010)或者太行-吕梁山褶皱带(Clinkscales and Kapp,2019)(图7)。该构造带的北部和中部普遍存在向北西西倾斜的褶皱,以及小型的逆冲推覆断层和脆性剪切变形,同样在该构造带的其他地方也发现了少量类似的褶皱和断层。上覆沉积地层中存在倾斜褶皱和斜卧褶皱以及逆冲断层,表明该层序经历了薄皮缩短,在这些沉积物下方,由片麻岩和麻粒岩组成的太古宙至古元古代结晶基底同样发生变形,形成向北西—西北西倾斜的褶皱。然而,与这些变形相关的线理是近水平的。上覆的新元古代至古生代低级变质沉积岩包含向南东以及向东倾伏的拉伸线理。这些褶皱和变形在太行山地区发育的时间为160~150 Ma,被146~142 Ma的花岗质深成岩体侵入(Wang Yu and Li Huimin,2008)。华北克拉通内部的太行山一带具有主要向西逆冲的特征,发育大量的平卧以及倒转褶皱(Wang Yu et al.,2017; 王瑜等,2018)。
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在中—晚侏罗世,太行—吕梁地区的构造活动异常活跃,主要表现为显著的缩短变形,形成了大量基底卷入的褶皱和逆冲带,这些构造特征清晰地揭示了该区域在这一时期所经历的强烈挤压作用,这种变形与古太平洋板块俯冲产生的应力场密切相关(Wang Yu and Li Huimin,2008,Clinkscales and Kapp,2019; Wen Yixiong et al.,2023)。古太平洋板块向欧亚大陆下方俯冲,这一过程引发了远场应力释放,进而影响了华北地区的构造变形,板块俯冲的应力促使太行山—吕梁山地区发生了显著的地壳缩短和褶皱形成(Clinkscales and Kapp,2019)。此外,古太平洋板块的俯冲还促进了大规模的岩浆活动,形成了沿NE—NNE走向的岩浆带(146~120 Ma)(Wang Yu and Li Huimin,2008)。在岩浆侵入后,太行山—吕梁山地区的花岗岩岩基经历了快速冷却,并开始逐渐剥露与抬升(Cao Xianzhi et al.,2015;Clinkscales et al.,2020)。
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图4 敦化-密山断裂带中东西走向构造变形剖面图A—A′(据李锐,2013)
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Fig.4 Cross sections A—A′ of the E-W trending structural features in Dunhua-Mishan fault zone (after Li Rui, 2013)
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(a)—片岩中发育轴面向北倾的褶皱;(b)—糜棱岩化花岗岩中白云母微断层指示右行剪切作用;(c)—糜棱岩化花岗岩中石榴子石σ,指示右行剪切作用;Qz—石英;Grt—石榴子石;Ms—白云母
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(a) —folds with northward dipping axial planes in schist; (b) —the microfaults of muscovite in mylonitized granite indicating dextral shear sense; (c) —σ-typt porphyroclast of garnet in mylonitized granite, indicating dextral shear sense; Qz—quartz; Grt—garnet; Ms—muscovite
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图5 敦化-密山断裂带中北东走向构造变形剖面B—B′(据李锐,2013)
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Fig.5 Cross sections B—B′ of the NNE trending structural features in Dunhua-Mishan fault zone (after Li Rui, 2013)
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(a)—走滑断层带上的透镜体构造,指示左行走滑;(b)—片岩中发育轴面向南东方向倾的褶皱;(c)—花岗岩中逆冲断层的线理;(d)—糜棱岩化花岗岩中的钾长石旋转斑,指示左行剪切;(e)—指示左行剪切的旋转斑;(f)—钾长石旋转斑中“S”形裂隙,旋转斑指示左行剪切;Kf—钾长石;Grt—石榴子石;Ms—白云母
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(a) —the tectonic lenticles develop in the strike-slip fault indicates sinistral shear sense; (b) —folds in schist with axes dipping to the southeast; (c) —lineation of thrust fault in granite; (d) —porphyroclast of K-feldspar in mylonitize granite, sinistral shear sense; (e) —porphyroclast show sinistral shear sense; (f) —“S”-shaped fissures in the rotation porphyroclast of K-feldspar, indicating sinistral shear; Kf—potassium feldspar; Grt—garnet; Ms—muscovite
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续表2
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注:本文中所有40Ar/39Ar年龄分析数据均在中国地质大学(北京)氩-氩年代实验室测试,分析方法见Wang Yu and Li Huimin,2008;40Ar放—放射成因40Ar;39ArK—样品中39K经快中子活化产生的39Ar;40Ar总—40Ar总量;J—照射参数。
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3.3 狼山构造带
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古生代晚期,中国西部和东部经历了各种微大陆组合,在南北走向的贺兰山—六盘山—雪山构造带两侧经历了不同的陆内构造演化,具有不同的构造格局(董云鹏等,2021)。该构造带北部的狼山地区记录了多期构造变形(Zhang Jin et al.,2014; Feng Lixia et al.,2017),是认识华北西缘甚至亚洲中部地区陆内变形的重要地区(Darby and Ritts,2002,2007; Zhang Jin et al.,2014; Liu Min et al.,2016)(图7)。狼山地区出露多种构造特征和地质单元,包括太古宙至元古宙变质基岩、侵入岩以及古生代地层,发育逆冲断层、横卧/倾斜/垂直褶皱、走滑断层以及发生在不同地质单元上的韧性剪切带(图8)。存在多期变形阶段,它们代表了该地区的构造框架,Zhang Jin et al.(2022)指出阿拉善地块东北部的狼山地区自晚泥盆纪以来经历了十次变形事件,并将变形事件与区域构造事件相联系。本文根据狼山地区岩石变形特征和年龄结果分析,建立了中生代变形序列。
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D1(晚三叠世—早侏罗世)。随着蒙古-鄂霍次克海的闭合,西伯利亚板块向南与华北板块挤压碰撞,在狼山地区形成了挤压造山和相伴随的大量中酸性岩浆侵入。在乌拉特后旗以北的基底片麻岩中发育枢纽近E-W走向、轴面近直立的褶皱,在片岩中包夹有后期侵入的白云母花岗岩,花岗岩片理化,并发生了强烈的揉皱变形。显微镜下,白云母花岗岩没有受后期构造影响而矿物发生定向排列、变形等现象,石英粒状,表面可见变形纹,含少量白云母,而片麻岩中,矿物组合为白云母、黑云母、长石、石英,云母发生定向排列。对花岗岩以及片麻岩中矿物进行锆石U-Pb和云母40Ar/39Ar定年,得到了242~234 Ma的岩体侵入时间,和242~197 Ma的云母变形年龄(40Ar/39Ar数据另文发表)。
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图6 敦化-密山断裂带中白云母、铬云母40Ar/39Ar坪年龄图(a、c、e、g、i)和等时线年龄图(b、d、f、h、j)
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Fig.6 Muscovite and fuchsite40Ar/39Ar plateau ages (a, c, e, g, i) and isochron ages (b, d, f, h, j) of Dunhua-Mishan fault zone
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图7 鄂尔多斯盆地及其周边地质简图(修改自Darby and Ritts,2002)(图中灰色区域为中国南北走向构造带区域据董云鹏等,2021)
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Fig.7 Simplifed geological map of the Ordos basin and its surroundings (modified from Darby and Ritts, 2002) (light gray shading represents the S-N trending tectonic belt, after Dong Yunpeng et al., 2021)
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D2(中—晚侏罗世)。在狼山地区广泛发育有NE走向走滑构造,在该NE-SW向剪切带中,脆性断层和韧性剪切同时存在,碎裂变形和糜棱岩变形均发生在这种脆性—韧性环境中。青山镇北西,元古宙地层中发育的NE向走滑断层切过早期劈理,其中的条带状花岗岩标志层由于受到走滑影响形成拖曳构造,表现为叠加改造的构造特征。在乌拉特后旗出露的白云母花岗岩中发育走滑断层,断层面近直立,产状200°∠80°,左行走滑,沿着断层面发育方解石薄片、风化的假玄武玻璃。走滑断层内构造角砾岩有明显的碎裂岩特征。断层两侧的白云母花岗岩发生糜棱岩化,可见指示左行剪切作用的白云母鱼构造。变形的白云母和黑云母40Ar/39Ar年龄结果为183~160 Ma(40Ar/39Ar数据另文发表)。
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D3(早白垩世)。由北西向南东的逆冲推覆断层。其中白云母花岗岩中发育的由北西至南东的逆冲推覆切过早期北东向走滑断层。狼山口附近,出露白垩纪紫红色砾岩夹紫红色砂岩,向北出露构造变形复杂的花岗岩,花岗岩强烈的片理化,片理北西倾向,具有明显的由北西向南东挤压的迹象,逆冲推覆于白垩纪紫红色砾岩之上,随着逆冲断层有同期侵位的辉绿岩脉体,其产状与逆冲断层产状一致。变形的黑云母和辉绿岩脉的40Ar/39Ar年龄结果为126~117 Ma(40Ar/39Ar数据另文发表)。
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从时间上讲,晚古生代—早中生代期间,南北收缩与兴蒙造山带的形成和演化重叠。阿拉善地块西部地区也记录了东西向的走滑断层,例如在北山造山带(Zhang and Cunningham,2012)。中—晚侏罗世转换挤压和北东-南西向走滑断层与阿拉善地块东部、华北克拉通发生的构造作用相似,关于这一事件的驱动机制,存在的争议观点主要包括北方蒙古-鄂霍茨克海的闭合(Cunningham,2017)、古太平洋板块的俯冲(Darby and Ritts,2002)以及羌塘块体与拉萨块体的碰撞(Liu Shaofeng,1998)。尽管古太平洋板块俯冲的压应力被认为是华北克拉通中—晚侏罗世变形的主要驱动因素,但与此同时,北方蒙古-鄂霍茨克海的闭合以及羌塘和拉萨块体之间的碰撞,可能形成了一个复杂的应力场,导致了先期构造的再活动(Zhang Jin et al.,2022)。
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图8 狼山构造带地质图及其年龄结果(修改自内蒙古自治区第一地质调查队,1980❷,1981❸❹❺)
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Fig.8 Geological map of Langshan tectonic belt and its age results (modified after the First Geological Survey Team of Inner Mongolia, 1980❷, 1981❸❹❺)
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图中中生代变形划分为三期:D1花岗岩锆石U-Pb和片岩中白云母、黑云母和钾长石40Ar/39Ar年龄242~197 Ma,D2片岩以及变形的花岗岩中白云母和黑云母40Ar/39Ar年龄为183~160 Ma,D3片岩中变形的黑云母和辉绿岩全岩的40Ar/39Ar年龄结果为126~117 Ma;图8中40Ar/39Ar年龄为笔者未发表数据;Ms—白云母;Bt—黑云母;Kf—钾长石;Zr—锆石;WR—全岩
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The Mesozoic deformation in the figure is divided into three stages: D1, the zircon U-Pb dating of granites and 40Ar/39Ar dating of muscovite, biotite, and K-feldspar in schists yield ages ranging from 242 to 197 Ma. D2, the 40Ar/39Ar ages of muscovite and biotite in schist and deformed granite range from 183 to 160 Ma; D3, the deformed biotite in schist and the whole rock of diabase give 40Ar/39Ar ages of 126~117 Ma; the data in the Fig.8 are the author's unpublished 40Ar/39Ar age results; Ms—muscovite; Bt—biotite; Kf—K-feldspar; Zr—zircon; WR—whole rock
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4 中—晚侏罗世同构造岩浆作用
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中国东部地区在侏罗纪—白垩纪经历了强烈的构造滑脱和构造-岩浆作用(万天丰和赵庆乐,2012),广泛出露晚古生代—中生代花岗质深成岩体,尤其是侏罗纪—白垩纪花岗质深成岩体。在燕山构造带NE-SW向的西部,仅出露中侏罗世—早白垩世花岗岩,与NNE-SSW向的太行构造-岩浆带形成N-S连接。在燕山构造带的中东段分布着早三叠世至早白垩世不同时期的花岗岩体(Wang Yu et al.,2015)(图9)。中—上侏罗统髫髻山组安山岩(约165~155 Ma; Liu Jian et al.,2006),随着从西向东移动,这些岩石的趋势从E-W向NNE-SSW变化。燕山中部部分岩脉与东西向褶皱轴面平行,但靠近中东段,在变形过程中发生旋转,走向为NE-SW而不是E-W,类似地,在燕山构造带的东段,相同时代的花岗岩脉在变形过程中被旋转为NE-SW方向(Wang Yu et al.,2015)。林伟等(2021)利用花岗岩磁组构的研究指出华北克拉通中生代伸展构造经历了从N(E)-S(W)向NW-SE的转变,古太平洋板块的俯冲方向于晚侏罗世—早白垩世发生转变,即与欧亚大陆作用的方式从斜向俯冲转变为正向俯冲。
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图9 燕山构造带中火山岩和部分花岗岩体的分布(据Wang Yu et al.,2015)
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Fig.9 Distributions of volcanic rocks and some of the granitic plutons in the Yanshan tectonic belt (after Wang Yu et al., 2015)
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在华北胶辽地区分布着大量燕山期(Davis et al.,2001; 罗镇宽等,2001,2003; 韩宝福等,2004; 吴福元等,2005,2006; Yang Jinhui et al.,2005)的花岗质侵入岩,通过对燕山东部辽南小黑山岩体、阜新海棠山以及葫芦岛岩体的研究发现,它们具有同构造岩浆流动特征,侵位于侏罗纪(190~160 Ma)的岩体为挤压型同构造岩浆流动。侵位于胶东半岛的中晚侏罗世—早白垩世的岩体具有壳幔混染的岩浆混合特征。本文主要从岩石学、年代学等方面对侵位于侏罗纪的几个岩体进行分析研究。
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4.1 燕山东部同构造岩浆流动作用
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华北克拉通东部基底岩石主要由太古宙TTG岩系和古元古代浅变质沉积岩、火山岩组成,之上广泛出露新元古代—震旦纪沉积岩。中生代岩浆岩和火山岩在此广泛发育。辽东半岛分布着面积达20000 km2的中生代花岗岩(图10)。同位素年代学研究表明,其侵位时代主要为中—晚侏罗纪(180~153 Ma)和早白垩纪(131~120 Ma),少数岩体为三叠纪(吴福元等,2005)。这些花岗质岩石受北东向构造的控制,在已有的测试结果基础上对年代的重新厘定,发现很多早先划分为古元古代的花岗质侵入岩被重新审视。选取代表性的岩体进行分析,包括丹东东港十字街岩体、普兰店小黑山岩体、阜新海棠山岩体、葫芦岛杨家杖子岩体。研究表明,这些侵位于中—晚侏罗世的岩体具有同构造岩浆流动特征。
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4.1.1 东港十字街岩体
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东港十字街二长花岗岩,花岗质岩体具岩浆流动特征,定向北东向,局部糜棱岩化,岩体中发育110°方向的线理,岩体中黑云母等暗色矿物定向排列(图11a)。可见走滑形成的线理26°∠10°,近水平,断层面产状为100°∠78°,断层面上线理近水平,走向10°,发育擦痕和阶步,局部糜棱岩化。主要矿物为钾长石、斜长石、石英、黑云母、白云母,其中钾长石发育简单双晶,可见发育格子双晶的微斜长石大斑晶,颗粒>2 mm,钾长石边部出现细粒化,颗粒边界迁移,石英局部细粒化(图12a),波状消光,弱变形,斜长石聚片双晶。发育核幔构造,核部钾长石,幔部为石英、黑云母的细小颗粒,显示左行剪切作用(图12b),黑云母局部发生蚀变。
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Fig.10 Geological map of the eastern Yanshan and its age results (modified after Ma Lifang et al., 2002; Wu Fuyuan et al., 2005, 2006)
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4.1.2 普兰店小黑山岩体
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小黑山岩体位于普兰店南部,侵位于太古宙片麻岩中(图10),岩石类型主要为“片麻状”花岗闪长岩、闪长岩。花岗闪长岩主要矿物为斜长石、钾长石、石英、黑云母和少量角闪石,闪长岩主要矿物组成为角闪石、斜长石和少量黑云母、石英(图12c)。其中发育大量无根钩状褶曲,条带状构造(图11b、c),经统计矿物生长线理为南东-北西向,岩体中捕虏体被拉长定向排列,长轴方向近水平为北西-南东向(图11d),可见脉体发生褶皱作用(图11f)。显示为受到由南东向北西的挤压作用。岩体中发育正断层,断层面290°∠40°,其上发育断层角砾岩、断层泥、假玄武玻璃。局部地区受到后期的剪切作用。岩体中角闪石、黑云母等暗色矿物定向排列(图11e),并且自形矿物被拉长定向排列(图12d),但是没有发生晶内变形。角闪石斜消光,绿色—黄绿色—淡黄色,两组解理;黑云母平行消光,褐色多色性明显。
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4.1.3 阜新海棠山岩体
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阜新海棠山岩体位于阜新市东南部,该岩体发育于医巫闾山NNE走向的构造带北段,总体呈北东向延伸的长椭圆状,该岩体侵入太古宙片麻岩及中元古界高于庄组中,岩性为粗粒黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩(图11g),遭受到后期韧性变形作用的影响,发生强烈变形的岩体可见石英细粒化,钾长石颗粒边界迁移(图12e),残斑显示为右行σ旋转斑特点(图12f)。岩体中多见镁铁质暗色包体,呈椭球状、透镜状,包体的结构多为微粒—细粒结构,属于岩浆岩结构。海棠山花岗岩的地化特征表明其形成主要源于中、下地壳的深部熔融,并有部分幔源熔浆的混入,反映了区域性的构造活动。
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4.1.4 葫芦岛杨家杖子岩体
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杨家杖子岩体为细粒—粗粒二长花岗岩,岩体中暗色矿物主要为黑云母,弱定向性,矿物生长线理方向为北东-南西向(图11h)。显微镜下矿物未变形,花岗结构,主要矿物为钾长石、斜长石、石英(图12g),少量角闪石和黑云母,可见环带结构斜长石,长石发生蚀变(图12h)。
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图11 燕山东部同构造岩浆流动花岗岩野外露头特征
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Fig.11 Field characteristics of syn-tectonic magmatic flow in eastern Yanshan
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(a)—丹东东港十字街岩体,其中暗色矿物定向排列;(b)—普兰店小黑山岩体中暗色矿物定向排列形成条带状构造;(c)—小黑山岩体中浅色脉体褶曲,显示由南东向北西的挤压作用;(d)—小黑山岩体中捕虏体拉长定向排列,与流动面理方向一致,长轴走向为北西-南东向;(e)—小黑山岩体中暗色矿物定向排列形成条带状构造;(f)—小黑山岩体中挤压作用形成褶皱,条带状构造;(g)—阜新海棠山岩体暗色矿物定向排列,似斑状结构;(h)—葫芦岛杨家杖子岩体中暗色矿物定向排列,条带状构造
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(a) —aligned biotite defines a mineral lineation of Shizijie pluton in Donggang Dandong; (b) —schlieren layering of mafic and felsic minerals of Xiaoheishan pluton in Pulandian; (c) —the light-colored vein fold indicates a compressional force from the southeast to the northwest; (d) —elongate lenticular enclaves aligned in a magmatic flow foliation, the long axis of the xenoliths is NW-SE trending; (e) —the dark-colored minerals in the Xiaoheishan pluton oriented in a banded structure; (f) —compressional fold show intense schlieren layering; (g) —the dark minerals of the Haitangshan pluton with porphyritic-like texture in Fuxin are oriented; (h) —magmatic flow of the Yangjiazhangzi pluton in Huludao, showing intense schlieren layering and elongate microgranitoid enclaves
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图12 燕山东部同构造岩浆流动花岗岩镜下显微特征
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Fig.12 Microscopic characteristics of syn-tectonic magmatic flow in eastern Yanshan
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(a、b)—为丹东东港十字街岩体;(c、d)—小黑山岩体;(e、f)—阜新海棠山岩体;(g、h)—葫芦岛杨家杖子岩体;(a)—石英发生细粒化;(b)—岩体后期发生变形,局部发育核幔构造,钾长石残斑的边部发生颗粒边界迁移作用,幔部为石英、黑云母的细小颗粒;(c)—岩体中角闪石、黑云母暗色矿物定向排列;(d)—岩体中角闪石、斜长石等自形矿物被拉长,没有发生变形;(e)—石英细粒化,钾长石边部发生蚀变;(f)—海棠山岩体钾长石旋转斑显示右行剪切作用;(g)—葫芦岛杨家杖子岩体钾长石具有清晰的边界,矿物没有发生变形;(h)—环带状斜长石发生蚀变
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(a, b) —Shizijie pluton in Donggang, Dandong; (c, d) —Xiaoheishan pluton in Pualandian; (e, f) —Haitangshan pluton in Fuxin; (g, h) —Yangjiazhangzi pluton in Huludao; (a) —fine-grained quartz; (b) —the pluton deformed in the later stage, with local development of core-mantle structure, the margins of the K-feldspar porphyroclasts experienced grain boundary migration, and the mantle is composed of fine grains of quartz and biotite; (c) —aligned biotite and hornblende defines a mineral lineation; (d) —the euhedral minerals such as hornblende and plagioclase in the pluton have been elongated without internal deformation; (e) —quartz fine-grained and the edge of the K-feldspar occurs alteration; (f) —the porphyroclasts of K-feldspar in Haitangshan pluton show dextral shearing; (g) —feldspar without internal deformation show clear grain boundaries; (h) —the zonal plagioclase occurs alteration
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4.1.5 年龄结果分析
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对辽东地区侵位于侏罗纪的岩体进行分析研究发现,大多数岩体发生变形,形成糜棱岩化花岗岩,而少数没有发生变形的岩体如普兰店小黑山岩体、葫芦岛杨家杖子岩体,我们通过野外宏观露头分析以及显微镜下微观分析,小黑山岩体中具有暗色矿物的定向排列,形成条带状构造,以及捕虏体平行于脉体排列并且具有拉长成透镜体状的特征表明岩体为同构造侵位,根据其中浅色脉体的褶皱形态特征分析在其侵位过程中受到由南东向北西的挤压应力。通过SHRIMP以及LA-ICP-MS定年表明(SHRIMP在中国地质科学院地质研究所SHRIMP测试中心完成,LA-ICP-MS锆石U-Pb分析在中国地质调查局天津地质调查中心完成),小黑山岩体形成于176~173 Ma。葫芦岛杨家杖子岩体为二长花岗岩,其中流动变形构造较小黑山岩体为弱,只见其中暗色矿物的定向排列,并且捕虏体几乎看不到,其锆石U-Pb定年表明岩体形成于188~185 Ma。另外两个岩体东港十字街岩体以及阜新海棠山由于发生后期变形,其流动构造特征被破坏,而它们的锆石U-Pb定年表明岩体分别形成于166 Ma,以及171~166 Ma,可视为同时期侵位(图13,表4,附表1、2)。本文所测花岗岩锆石U-Pb年龄结果与吴福元等(2005)对辽东半岛中生代花岗岩年代格架的划分基本一致。
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岩体中锆石几乎不含有古老继承锆石年龄信息,可能表明下地壳物质熔融较彻底,锆石在熔浆中滞留时间越久,其代表古老地壳的年代信息就会越差,捕获的锆石被溶蚀后新生出具有岩浆自己特性的锆石,例如,岩浆锆石一般具有振荡环带,火山岩中的锆石一般具有较大的长宽比值,而幔源岩石中锆石往往是无分带或弱分带的特征(Vavra et al.,1996)。辽宁地区挤压环境下同构造岩浆流动年代跨度较大,可能锆石在熔浆中滞留较久,从而不具有古老锆石年龄信息。
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4.2 胶东半岛同构造岩浆作用
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胶东半岛是我国东部中生代花岗质岩石较为发育的地区。张田等(2007)通过对该区中生代侵入岩体高精度年代学数据资料分析,建立了区内中生代花岗质岩石3个显著不同的演化序列:晚三叠世(225~205 Ma)幔源型花岗岩、晚侏罗世(160~150 Ma)地壳重熔型花岗岩和早白垩世(130~105 Ma)壳幔混合型花岗岩。研究结果显示,胶东地区岩浆活动具有多旋回性和多成因性,岩浆岩的时空分布及其形成演化和大陆构造活动、深部过程息息相关。晚侏罗世花岗岩体主要侵入于胶北隆起带和乳山—威海地区的前寒武纪变质基底之中,总体呈EW向分布,出露面积大。本文选取代表性的岩体进行分析,包括玲珑岩体和文登岩体(图14)。并通过与辽东地区中生代岩浆岩年代学格架的对比分析,重点探讨华北东部地区中生代岩石圈构造体制转换及其对构造-岩浆活动的制约。
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4.2.1 玲珑岩体
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玲珑岩体大地构造位置上处于华北板块东南部的胶北隆起北部,其西侧为NNE向的郯庐断裂(图14),在花岗岩两侧或周围有新太古代—元古宙变质岩地层发育,南侧胶莱盆地中发育有晚中生代白垩纪火山岩及碎屑沉积岩地层。玲珑岩体分布于以招远为中心,南至平度,西至莱州附近的呈北北东向展布的岩体(图14),岩性为二云母花岗岩,含有大量白云母(图15d),局部可见石榴子石颗粒,发育同时期的35°~215°走向的伟晶岩脉,同时被后期断裂所切断,岩体侵入片麻岩中(图15a)。北部一套黑云母花岗岩,其中发育大量黑云母、角闪石(图15c),另一套花岗质岩石为二长花岗岩,其中发育变质岩捕虏体(图15b),包括片麻岩以及长英质糜棱岩。岩体中矿物主要为钾长石、斜长石、石英和少量白云母,钾长石包括发育格子双晶的微斜长石(图16a),可见钾长石嵌晶结构,被白云母镶嵌(图16b),花岗岩局部发生变形,钾长石σ旋转斑拖尾指示左行剪切,石英被拉长呈丝带状分布(图16c)。岩体中片麻岩捕虏体镜下显示中细粒变晶结构(图16d)。
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4.2.2 文登岩体
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文登岩体的主体位于胶东半岛文登市境内(图14),中细粒二长花岗质岩体侵入花岗质片麻岩中,岩体中暗色矿物定向排列(图16e),条带状构造,镜下可见石英细粒化,甚至被拉长(图16f)。未见别的矿物发生变形,没有发生区域变形的岩浆岩中石英的波状消光表明岩浆结晶过程中颗粒发生塑性变形,可能与亚岩浆流动作用有关(Vernon,2000)。局部含有细粒的铁镁质暗色包体,呈椭圆形或纺锤形,定向排列,大小不等,有的包体沿岩浆流动方向被拉长(胡芳芳等,2005)(图15f),但是矿物内部没有塑性变形,表明岩浆载着包体流动过程中,由于向着同一个方向运动,在应力的推动下,包体会发生定向排列,与岩体的面理方向大致一致,一定程度上能反映岩浆的流动方向。局部发生糜棱岩化,可见钾长石的右行剪切旋转斑(图15e)。岩体中面理产状140°∠45°,以及一些挤压形的褶皱,表明岩体受到由南东向北西方向的挤压应力。
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图13 燕山构造带东段同构造岩浆流动岩体锆石U-Pb年龄谐和图
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Fig.13 Diagram of zircon U-Pb ages for syn-tectonic magmatic flow granite in eastern Yanshan tectonic belt
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4.2.3 年龄结果分析
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选取花岗岩中的锆石做LA-ICP-MS U-Pb定年(在中国地质大学(武汉)国家重点实验室的激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱LA-ICP-MS上完成),结果表明玲珑花岗岩的形成年龄为155~144 Ma,文登岩体形成于155~147 Ma,属中生代晚侏罗世(表4,附表3,图17)。锆石具有继承核部,核部年龄集中在210 Ma、700 Ma、以及2500~1000 Ma之间。继承锆石的存在表明花岗岩是下地壳岩石深熔作用形成的,记录了多期热事件,为复杂的地壳演化过程提供了重要线索。通过与辽东地区中生代岩浆活动年代学格架的对比分析,我们发现辽东地区侏罗纪岩体的主体形成时间是190~170 Ma,其中锆石中很少或者几乎没有继承锆石信息,而胶东地区侏罗纪岩体的侵位时间主要是160~145 Ma。前者代表了古太平板块的初始俯冲时间,而后者代表了古太平洋板块对中国东部北东向构造格局形成的主体时间。
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图14 胶东半岛地质图及其年龄结果(修改自1∶50万山东省地质图)
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Fig.14 Geological map of the Jiaodong Peninsula and age results (modified from the1∶500000 geological map of Shandong Province)
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图15 胶东半岛同构造岩浆岩野外露头特征
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Fig.15 Field characteristics of syn-tectonic magmatic flow in Jiaodong Peninsula
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(a~d)—玲珑岩体;(e、f)—文登岩体;(a)—玲珑岩体侵入老的变质岩中;(b)—岩体中发育片麻岩捕虏体;(c)—黑云母花岗岩中暗色矿物定向排列;(d)—岩体局部含有大量白云母;(e)—文登岩体中局部发生糜棱岩化,可见钾长石的右行剪切旋转斑;(f)—岩体中包体/捕掳体被拉长,与岩体面理方向一致
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(a~d) —Linglong pluton; (e, f) —Wendeng pluton; (a) —the Linglong pluton intrudes into the metamorphic rocks; (b) —gneiss xenoliths bearing in the pluton; (c) —aligned dark minerals define a mineral lineation in biotite granite; (d) —a large amount of muscovite is locally visible in the pluton; (e) —local mylonitization has occurred in Wendeng pluton, and porphyroclast show dextral shearing can be observed; (f) —elongate microgranitoid enclaves and xenoliths aligned in a magmatic flow foliation
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5 讨论
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5.1 中国东部滨太平洋北东—北北东构造格局的形成时间
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燕山运动早期早阶段(190~170 Ma),岩浆活动相对较弱,仅在辽东地区、华南的局部地区发育这时期的花岗岩,通过对比研究,辽东地区发育于这一时期的花岗岩具有同构造岩浆流动特征,暗色矿物定向排列、斑晶和捕虏体被拉长与岩体的线理方向平行排列,并且发育一系列无根钩状小褶皱,根据构造特征显示岩浆在侵位的过程中受到由南东向北西的挤压作用。而同时期古地磁资料显示古太平洋板块的运动方向在180~145 Ma为NW向俯冲(Engebretson et al.,1985),表明古太平洋板块初始俯冲,形成了辽东地区同构造岩浆流动。随后,燕山运动早期晚阶段(170~150 Ma)大规模岩浆活动的爆发,在整个中国东部都分布有大量的花岗岩岩体,并且在华南地区形成大规模的钨锡矿,这与岩浆活动有着密切的成因联系。自此,中国东部进入了以北东—北北东向构造格局为主的活动阶段。
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图16 胶东半岛同构造岩浆岩镜下显微特征
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Fig.16 Microscopic characteristics of syn-tectonic magmatic flow in Jiaodong Peninsula
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(a~d)—玲珑岩体,(e、f)文登岩体;(a)—玲珑岩体中发育具有格子双晶的微斜长石,矿物未发生变形;(b)—钾长石嵌晶结构;(c)—花岗岩局部发生变形,石英被拉长呈丝带状围绕钾长石旋转斑分布,左行剪切;(d)—岩体中片麻岩捕虏体,中细粒变晶结构;(e)—文登岩体中暗色矿物定向排列;(f)—钾长石边部有蚀变,石英被拉长
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(a~d) —Linglong pluton; (e, f) —Wendeng pluton; (a) —microcline with grid twins has not internal deformation in Linglong pluton; (b) —K-feldspar with poikilitic texture; (c) —recrystallized quartz ribbon; the quartz ribbons contain strongly elongated single crystals, sinistral shear sense; (d) —gneiss xenoliths in the pluton with medium-fine grained blastic texture; (e) —orientational arrangement of dark minerals in Wendeng pluton; (f) —the edges of the K-feldspar have been altered, and the quartz has been stretched
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图17 胶东半岛同构造岩浆岩体锆石U-Pb谐和图
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Fig.17 Diagram of zircon U-Pb concordia for syn-tectonic granite in Jiaodong Peninsula
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地质历史上,古太平洋多朝NW消减,故东亚陆缘中的断裂及岩浆岩展布多呈NE方向,由此改变了东亚中生代前E-W向的构造格局。古太平洋板块挤压构造产生了剪切应力,形成与俯冲带相一致的走滑断层,板块俯冲的深入,在强烈的挤压环境下,使深部因碰撞熔融的岩浆大量喷发和侵入。地表主要为脆性断裂活动,形成了北东向、北北东向断裂。剪切作用形成了一系列具剪切岩浆流动特征的花岗质侵入岩。
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该时期的构造在区内表现复杂,在整个中国东部具有普遍性。从华北东部边缘、太行山一直到鄂尔多斯西缘(Darby and Ritts,2002,2007)主体为具有北或北北东走向的特征(图2)。变形特点为边缘挤压和走滑,华北克拉通内部的太行山一带具有主要向西逆冲的特征,发育大量的平卧以及倒转褶皱,变形时间在东部边缘和西部边缘具有同时性(图2),但从边缘向内部到郯庐断裂带、燕山地区发育的时间为165~155 Ma,而在太行山地区发育的时间为160~150 Ma,并被146~142 Ma的花岗岩和花岗闪长岩所侵入(Wang Yu,2006; Li Sanzhong et al.,2007; Wang Yu and Li Huimin,2008; Wang Yu et al.,2017)。该时期的构造改变了整个中国东部的构造格局,即从东西走向构造转变为北东走向构造。
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5.2 构造变形、同构造岩浆流动与壳-幔解耦
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中生代以来,由于古太平洋板块的俯冲导致华北克拉通中—晚侏罗世的向陆缩短和岩石圈增厚,而随后的板片后退导致向海伸展和岩石圈减薄(Liu Shaofeng et al.,2024),在这一过程中,处于俯冲带的华北克拉通至少经受有四层水平传递的挤压应力(Wang Yu,2025;图18)。从上层到下层分别是:
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(1)浅层剪切带。位于地表以下大约8~10 km处,由黏土岩、泥岩或盐岩组成,为近水平剪切带,在剪切带上发育脆性逆冲断层和褶皱。中—晚侏罗世到早白垩世,中国东部构造变形主要受到南东方向的挤压作用,导致了郯庐-敦密构造带、吕梁-太行构造带、狼山构造带180~155 Ma逆冲推覆构造以及左行走滑断层的的形成。该层有利于构造应力的传递,并可能涉及流体流动。
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(2)韧性剪切带。位于地表以下约15~25 km处,这一韧性剪切带的显著特点是水平方向的韧性剪切流和糜棱岩发育带,代表了地壳的分层剪切。中国东部北东向的构造带中同时有韧性剪切带的发育,构造应力同样可以通过这一层传递,流体和热液流体也起到一定作用。
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图18 基于华北克拉通破坏的实例,从地壳—岩石圈—软流圈三个层次探讨克拉通破坏的框架和机制,大陆边缘到内部同步发生的构造-岩浆活动与地壳分层剪切、岩石圈地幔剪切、软流圈地幔流变等深部过程密切相关(据Wang Yu,2025)
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Fig.18 Framework and mechanisms at the crust, lithosphere, and mantle levels, based on the case of North China craton destruction, layered crustal shear, mantle shear, mantle flow, and syn-tectonic magmatic flow from continental margin to interiors are also involved (after Wang Yu, 2025)
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(3)中下地壳熔融层。中—晚侏罗世,古太平洋板块向欧亚板块之下俯冲,大陆边缘地区的构造活动加剧,地壳物质受到挤压和加热,下地壳增厚并发生部分熔融,这种熔融作用产生了新的岩浆,岩浆作为同构造岩浆流向前流动。这种流动传递着构造应力,并可能引发上地壳层的运动。这种岩浆活动的变化反映了壳幔之间物质和能量交换的过程,破坏了壳幔之间的原有平衡,促使壳幔解耦的发生。燕山东部地区中—晚侏罗世的同构造岩浆流动以及锆石缺乏古老继承信息都表明岩浆在下地壳长久滞留,作为地壳和上地幔之间的解耦层存在。
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(4)软流圈地幔。在大陆之下,软流圈地幔表现出水平流动。这种流动可以引起大陆的总体运动。地幔流动是构造应力传递的主要机制。地震波SKS的研究数据表明,这种地幔流或水平剪切发生在大约150 km的深度,此外,CT图像表明地幔中存在多个水平流动层,例如在600~700 km的深度同样有水平流动层(Wang Yu,2025)。这些水平流动层传递着构造应力,导致了层与层之间应力的解耦。
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华北克拉通的壳幔解耦主要体现在地壳层次、地壳和地幔之间以及岩石圈地幔内部的解耦,是解释大陆动力学过程的重要机制之一。在华北构造格局转换过程中,华北克拉通破坏,从180~150 Ma的构造变形体现了这一特点,反映了从边缘到陆内形成四层构造应力传递。
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古太平洋板块向欧亚板块的俯冲是古亚洲构造格局向古太平洋构造格局转换过程中的重要驱动力。板块俯冲过程中,俯冲板块会将大量的水和挥发分带入地幔,导致地幔的部分熔融和物质组成的改变,从而影响地幔的物理性质和流变学特征。同时,俯冲板块的拖曳作用也会导致上覆板块的变形和运动,使壳幔之间的耦合关系发生改变,进而引发壳幔解耦。
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综上所述,中—晚侏罗世,增厚的下地壳在俯冲板块的作用下部分熔融,这一过程不仅改变了地壳的结构和组成,还促进了岩浆活动和成矿作用,对地球的地质历史和资源分布产生了深远的影响。岩石圈地壳增厚和减薄作用过程主导了中国东部中生代陆内构造应力体制的转换和岩浆活动序列。岩浆活动是大陆构造作用的重要表现形式之一,其形成、演化和空间分布规律受深部构造和区域动力学背景的制约(王德滋等,1995)。中国东部构造格局转换与壳幔解耦之间存在密切的关系,壳幔解耦是构造格局转换的重要驱动力之一。未来需要进一步加强多学科交叉研究,深入揭示壳幔解耦的详细过程和构造格局转换的动力学机制,为理解大陆动力学过程提供重要科学依据。
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6 结论
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中—晚侏罗世,中国东部的构造格局从东西向转变为北东—北北东向,这一转变标志着从古亚洲构造域向古太平洋构造域的转换。在构造格局转换过程中,华北克拉通破坏,构造变形和岩浆活动等一系列重大地质事件的发生,反映了从边缘到陆内构造应力的传递,其动力学机制主要与古太平洋板块俯冲有关。板块俯冲过程中地幔发生部分熔融和物质组成的改变,其上地壳板块的变形和运动,导致壳-幔之间的耦合关系发生改变,进而引发壳幔解耦。欧亚大陆东缘的壳-幔解耦与古太平洋俯冲带动力学之间存在复杂的相互作用,这些作用共同塑造了该区域的地质构造。
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致谢:特别感谢博士后导师任纪舜院士在学术研究上给予的指导,以及生活中提供的无微不至的关怀和支持。任老师笔耕不辍是我们所有人学习的榜样,他编制的图件在国内外获得了高度评价,被广泛引用,影响着一代又一代的地质工作者。感谢审稿老师对本文的细致审阅,提出的宝贵意见和建议为本文的完善提供了重要帮助。
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附件:本文附件(附表1~3)详见http://www.geojournals.cn/dzxb/dzxb/article/abstract/202501091?st=article_issue
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注释
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❶ 黑龙江省地质局.1976.牡丹江市幅1:20万地质图.
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❷ 内蒙古自治区第一地质调查队.1980.1∶20万海力素幅矿产图.
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❸ 内蒙古自治区第一地质调查队.1981.1∶20万临河县幅地质图.
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❹ 内蒙古自治区第一地质调查队.1981.1∶20万三道桥幅地质图.
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❺ 内蒙古自治区第一地质调查队.1981.1∶20万乌拉特后旗幅地质图.
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摘要
中国东部中生代由于经历了重要的构造格局转换,即从古亚洲构造体制到古太平洋构造体制,由近东西向构造转变为北东—北北东向构造,并且伴随着大规模的岩浆活动、构造变形、沉积作用和盆地形成,从而成为研究构造格局转换过程中的壳-幔作用和动力学机制的天然实验室。本文简要分析了中国东部华北地区中生代的构造变形、岩浆作用和深部结构等多学科的研究成果,通过对华北和整个东部地区从东西向构造转变为北东向构造时的解析, 讨论了从古亚洲到古太平洋构造格局转换过程中的壳-幔解耦机制。本文提出中国东部构造格局转换的开始发生在中—晚侏罗世,在陆缘辽东半岛到华北内陆发育大量同构造岩浆流动成因的深成侵入花岗质岩体,同时中—上地壳因南东-北西向的挤压形成了不同地带的断层、褶皱和韧性剪切带, 然而深层克拉通基底构造保持原有的变质片麻理等的方向不变, 也就是基底和盖层间发育有拆离带, 结合下地壳的同构造岩浆流动,表现为地壳的层间滑脱与解耦;同时间的地幔物质上涌所导致下地壳的部分熔融,以及可能的地幔物质的从东向西的水平流动,破坏了壳-幔之间原有的平衡,导致壳-幔物质解耦。
Abstract
During the Mesozoic, eastern China experienced a significant tectonic regime transition from the Paleo-Asian to the Paleo-Pacific domains, marked by a shift in tectonic trends from an approximately E-W to NE and NNE orientation. This transition was accompanied by large-scale magmatism, tectonic deformation, sedimentation, and basin formation, providing an ideal natural laboratory to investigate crust-mantle interactions and the dynamic mechanisms underlying tectonic regime transformations. This paper presents a brief analysis of multidisciplinary studies related to Mesozoic tectonic deformation, magmatism, and deep structures in the North China region of eastern China. By analyzing tectonic features in North China and the broader eastern region, the study explores the crust-mantle decoupling mechanisms involved in the transition from the Paleo-Asian to the Paleo-Pacific tectonic framework. Our findings suggest that the tectonic regime transition in eastern China initiated in the Middle to Late Jurassic. During this period, numerous syntectonic granitoid plutons formed, extending from the continental margin of the Liaodong Peninsula to inland regions of North China. Concurrently, the middle to upper crust experienced SE-NW compression, resulting in the development of faults, folds, and ductile shear zones in various zones. However, the orientation of metamorphic schists and other structures in the deep cratonic basement remained unchanged, indicating the presence of detachment zones between the basement and overlying strata. This detachment, combined with syn-tectonic magmatic flow in the lower crust, manifested as crustal interlayer detachment and decoupling of the crust. Simultaneously, the upwelling of mantle material induced partial melting of the lower crust and potentially facilitated horizontal flow of mantle material from east to west. These processes disrupted the original crust-mantle equilibrium, leading to crust-mantle material decoupling.