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编者按本周继续为大家推荐“李四光诞辰130周年纪念专辑”文章。让我们来一一看看这部由5位院士，众多著名专家及年轻有为的专家倾情献文的专辑有哪些内容。这周推送的是李三忠教授的《太平洋板块中—新生代构造演化及板块重建》。 作者：李三忠, 曹现志, 王光增, 刘博, 李玺瑶, 索艳慧, 姜兆霞, 郭玲莉, 周洁, 王鹏程, 朱俊江, 汪刚, 赵淑娟, 刘永江, 张国伟
关键词：太平洋板块；地幔柱；微板块； 洋陆过渡带；多圈层相互作用； 洋底动力学；中—新生代
 主编推荐：李三忠等的《太平洋板块中—新生代构造演化及板块重建》基于最新的板块重建结果，分析了板块运动学过程，揭示太平洋板块形成与演化机制。
太平洋板块是一个中生代以来形成的地球上最大的大洋板块，但其起源机制、结构构造、构造演化等始终不清楚。太平洋板块内部的复杂性更是未受到重视，其内部的大火成岩省、海山链、微洋块、微陆块及其下部更深层地幔的微幔块都非常发育，这些复杂板内或板下构造代表的地球动力学含义亟待解决。文章基于最新的板块重建结果，试图分析其运动学过程，揭示太平洋板块形成与演化机制。研究表明，太平洋板块起源于RRR三节点，但不是一个纯粹的完整大洋板块，其增生演化过程经历了非威尔逊旋回模式，其板缘经历了一些外来微陆块或微洋块的并入，其内部也因各种原因出现了一些新生微洋块，总体表现为一个碎片化的镶嵌式板内格局。太平洋板块记录了与邻区板块相互作用的重要构造事件，大约55 Ma左右开始俯冲到东亚陆缘，导致东亚陆缘短暂的北西-南东向伸展，随后受印度-欧亚碰撞动力系统和太平洋俯冲动力系统联合控制，总体处于右行右阶的拉分背景，形成了一系列盆地群，俯冲后撤等逐渐形成了双俯冲系统。太平洋板块还记录了深浅部耦合过程，下地幔中的太平洋LLSVP通过遥相关对上部岩石圈微板块、大火成岩省分布具有决定性作用；火山链或热点揭示板块运动同时，也反映深浅部物质交换过程，海山群也揭示太平洋板块之下软流圈并非单一对流胞，其对流格局的多样性尚待深入研究。3.1 太平洋LLSVP与板块生消的非威尔逊旋回模式6.1 145 Ma沙茨基海隆：地幔柱-洋中脊相互作用6.2 122 Ma翁通爪哇地幔柱事件与菲尼克斯板块碎片化6.4 85~83 Ma太平洋板块扩大与缩小、洋中脊跃迁6.7 55 Ma依泽奈崎—太平洋洋中脊俯冲、东亚陆缘裂解6.12 16 Ma澳大利亚—欧亚斜向碰撞、太平洋板块快速俯冲6.13 10~5 Ma台湾造山、现代格局初步形成
现今海洋内最古老的洋壳保存在西太平洋一侧，最老可达190Ma，呈三角形分布于马里亚纳海沟东侧。图 2 太平洋板块核心区三角形磁条带展布 太平洋最老洋壳位于马里亚纳海沟的东部，具有特征的三组磁异常：北东走向的日本磁条带、北西走向的夏威夷磁条带和东西走向的菲尼克斯磁条带。相对运动速度重建表明，自190 Ma以来，依泽奈崎—法拉隆、法拉隆—菲尼克斯和菲尼克斯—依泽奈崎之间的板块运动是分离的。因此，它们的板块边界以及太平洋板块诞生的三节点一定是由洋中脊或转换断层组成的。PAC—太平洋板块; IZA—依泽奈崎板块; FAR—法拉隆板块; PHO—菲尼克斯板块图 4 法拉隆(FAR)—菲尼克斯(PHO)—依泽奈崎(IZA)板块系统及太平洋板块诞生的三阶段演化过程不管这些三节点如何演化，它们都不会由一个三节点演变出三角形太平洋板块相关的三个三节点。为了破解这个难题，最近有人提出了三节点由一个变三个的新方案。例如，转换断层—转换断层—转换断层(FFF)三节点是不稳定的。图 5 夏威夷—皇帝海山链地区重力异常特征与火山年龄分布夏威夷—皇帝海山链就是一条典型的大洋板内海山链，其最老部分也已可能俯冲消亡。海山也会成群的形式出现，如中太平洋海山群。海山链的高度集中区临近超快速扩张的东太平洋海隆南部的最浅区域。图 7 翁通爪哇—马尼希基—希库朗基洋底高原地区等深线分布西南太平洋地区存在着一系列巨大的洋底高原，包括翁通爪哇、马尼希基、希库朗基组成的大洋玄武岩高原。图 8 翁通爪哇—马尼希基—希库朗基洋底高原深部洋中脊-地幔柱相互作用翁通爪哇大火成岩省起源的一个模型就是基于地幔柱-洋中脊相互作用而提出。西北太平洋有很多隆起，诸如赫斯海隆、夏威夷—皇帝海山、马尼希基海台、翁通爪哇海台、麦哲伦海隆、沙茨基海隆等洋底高原。其中，沙茨基海隆(Shatsky Rise，145~110 Ma)位于西北太平洋。拉长成为长条状的熔融异常(热线，hotline)可以随着板块运动而迁移，岩石圈底部小尺度对流便会平行板块运动方向，自发以200~300 km的间隔排列，并卷成筒状，同时平行上涌。海底也存在三个动力学意义上而不是简单的地形意义上的极端环境，也即是：太平洋LLSVP(简称Jason)、非洲LLSVP(简称Tuzo)和东亚环形俯冲系统，它们实质是三个海底地幔的极端区域，控制了全球固体地球动力过程。通过岩石学模拟和地球化学大数据揭示，要生成现今依然保存的大体量海底高原，这些深部上涌和洋中脊之间必需以大约10~20Myr的时间间隔发生相互作用。图 13 太平洋两个三节点相关的中生代微板块和洋底高原分布在最长时间的反极性期，形成海隆的太平洋—法拉隆—依泽奈崎三节点被地幔柱头俘获东向跃迁800 km及顺时针旋转30°，是形成南部塔穆地块的主要因素，中部的Ori地块是地幔柱尾俘获迁移到附近的三节点诱发岩浆喷发形成；塔穆地块北部、希尔绍夫地块、Papanin脊、Onjin海山则是三节点跃迁历程的产物。图 14 塔穆地块内的磁异常条带重建及多幕洋中脊跃迁多次洋中脊跃迁事件不只是导致了沙茨基微洋块的形成，沙茨基海隆以下或附近可能还存在多达10多个以上的微洋块。图 15 塔穆地块内的磁异常条带重建及多幕洋中脊跃迁西南太平洋在20Ma期间，存在一条单一的半连续岛弧系统，北支为北美拉尼西亚，东支为汤加—克马德克。过去的20Myr内，弧后盆地打开、洋底高原增生、大规模块体旋转、横切岛弧的走滑、俯冲带跃迁或俯冲极性反转等作用，使得斐济海盆中形成的大量（至少5个）微洋块并入了现今太平洋板块南部。可见，太平洋板块不完全是沿着依泽奈崎、法拉隆、菲尼克斯、太平洋四板块之间三支洋中脊简单扩展生长的而成，其生长行为表现为突然的壮大。法拉隆板块当时沿着北美海岸向北美板块之下发生向东的斜向俯冲，太平洋板块通过一条离散型板块边界（洋中脊）与法拉隆板块分隔开，而这条洋中脊又被破碎带或转换断层分隔成几段。通过将全球板块重建与地震层析成像相结合，揭示出了位于东亚大陆之下的俯冲板块年龄分布。在靠近日本海沟处，俯冲板块的年龄相对较老，约130Ma。俯冲板块的年龄向西逐渐变新，在其最西缘，年龄约90Ma。图 19 层析成像揭示的印度洋下滞留的古老的俯冲板片层析成像揭示，该区的地幔深部存在高速体，该高速体被认为是俯冲的古老洋壳板片，且古老的俯冲板片存在深、浅部耦合效应，使得该区表现为水深最浅、重力值最高、洋壳最薄等特征。至145Ma，沙茨基海隆开始于北部的RRF型三节点形成，发生地幔柱-洋中脊相互作用。菲尼克斯板块分裂为三个板块，即希库朗基板块、Catequil板块和Chasca板块，由于依泽奈崎、法拉隆、菲尼克斯三大板块早期俯冲带持续而强大的俯冲牵引作用，此时，依泽奈崎、法拉隆、希库朗基板块、Catequil板块和Chasca板块的运动方向相比145Ma期间的并无显著改变；只是加勒比地区俯冲极性反转为向洋俯冲，法拉隆板块运动方向变得略为偏东。类似太平洋板块早期，此处的太平洋LLSVP的地幔柱生成带处，因上部出现的新洋中脊而减压，深部岩浆上涌，在希库朗基板块和Catequil板块中出现希库朗基大火成岩省。85 Ma的太平洋板块突然增大，但太平洋板块也存在突然缩小的过程。至75Ma，因为南部坎贝尔微陆块的裂离运动，太平洋板块转而向北运动，这与皇帝海岭记录的运动方向基本一致，使得库拉板块重新获得向北的较大运动速率。关于古南海成因，还有另外一种可能。太平洋板块演化到65Ma，其主要变化在太平洋西部。东亚陆缘因为热的依泽奈崎—太平洋洋中脊逐渐俯冲，俯冲带角度可能变小，向陆一侧可能出现推挤、逆冲反转构造，而靠近陆缘的局部可能出现弧后裂解，这可能导致与华南陆块具有亲缘性的巴拉望微陆块裂离华南地块，之间出现古南海海盆。55Ma太平洋板块南部持续裂解，这与地球深部两个LLSVPs的活跃有关。太平洋板块47Ma时的运动转向在西太平洋具有显著的影响，促使双俯冲系统进一步形成，热的洋中脊对东亚陆缘依然影响强烈，陆缘伸展裂解持续，大量磷灰石裂变径迹成果揭示，一些盆地周缘山脉显著隆升。40 Ma期间最大的变化是，库拉板块再度并入太平洋板块，导致残存东北太平洋洋内所见的大磁弯保存在太平洋板块内部。40 Ma期间最大的变化是，库拉板块再度并入太平洋板块，导致残存东北太平洋洋内所见的大磁弯保存在太平洋板块内部。在25~20 Ma之间，翁通爪哇高原随着俯冲进行而接近所罗门岛弧，但是马莱塔上的岩石中没有发生变形，这表明这是一个“软对接”。翁通爪哇高原运移到澳大利亚北部，25Ma开始就停靠在巴布亚新几内亚俯冲带，堵塞海沟，阻止了澳大利亚板块北上，15~10 Ma期间俯冲中断，并导致10 Ma后的俯冲极性反转。在大约10 Ma期间，作为对澳大利亚板块向太平洋板块俯冲的开始，岛弧岩浆活动再次开始。而在8 Ma左右，马里亚纳岛弧出现裂解，形成马里亚纳海槽。综上所述，太平洋板块演化极其复杂，上述只是基于全球板块重建，轮廓性地描述了一些相关的重大事件，落实到具体的区域构造解析还会有更多的细节，例如东海陆架盆地34~16 Ma期间还存在多幕盆地反转构造事件[95-98, 81]，这里不再论述，相关内容参考读者所在研究区域的已有成果进一步细化相关认识。
李三忠(1968-)，男，博士生导师，海洋地质与构造地质专业。E-mail:sanzhong@ouc.edu.cn.。李三忠, 曹现志, 王光增, 刘博, 李玺瑶, 索艳慧, 姜兆霞, 郭玲莉, 周洁, 王鹏程, 朱俊江, 汪刚, 赵淑娟, 刘永江, 张国伟. 太平洋板块中—新生代构造演化及板块重建[J]. 地质力学学报, 2019, 25(5): 642-677.DOI:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.05.060LI Sanzhong, CAO Xianzhi, WANG Guangzeng, LIU Bo, LI Xiyao, SUO Yanhui, JIANG Zhaoxia, GUO Lingli, ZHOU Jie, WANG Pengcheng, ZHU Junjiang, WANG Gang, ZHAO Shujuan, LIU Yongjiang, ZHANG Guowei. MESO-CENOZOIC TECTONIC EVOLUTION AND PLATE RECONSTRUCTION OF THE PACIFIC PLATE[J]. Journal of Geomechanics, 2019, 25(5): 642-677.DOI:10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.05.060
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