|
《中国区域地质研究的十大进展》（⑥） 我国取得多项岩浆岩创新性科研成果 李廷栋1，2，刘勇1，丁孝忠1，庞健峰1 作者简介：李廷栋，研究员，中国科学院院士，长期从事区域地质研究及地质编图。 中国是全球岩浆岩最发育的地区之一，前人开展了卓有成效的研究，取得丰富的研究成果。近年来，地质志岩浆岩组通过建库（岩浆岩数据库）编图（多比例尺配套的、多种内容的数字化系列图件），从填图尺度到区域尺度，再从造山带乃至中国及邻区视野，开展了立典研究和系统总结，取得众多集成性、创新性研究成果。1 鉴别岩浆事件，重建年代学格架，建立中国及邻区侵入岩时空演化框架 中国岩浆岩研究的一个突出进展就是获得了大量新的高精度锆石年龄(图1)，发现一批重大岩浆事件，厘定和重建了一些重要造山带关键地区的侵入岩年代学格架和构造岩浆演化期次。例如，在北方造山系（中亚造山系南缘），确定了阿尔泰以发育早一中古生代（480〜360Ma）花岗岩等侵入岩为主期；在西准噶尔发现了500Ma左右的花岗岩等侵入岩，揭示中亚造山系南缘早期古亚洲洋俯冲的存在，改变了以往仅发育晚古生代花岗岩的认识。鉴别出二叠纪一三叠纪岩浆岩在蒙古-鄂霍次克带由带外向带内迁移，揭示了蒙古-鄂霍次克洋后撤式剪刀状闭合过程。在东北、内蒙古等确定了岩浆岩以中生代为主，特别是晚中生代140〜100Ma同伸展岩浆岩，揭示了东北亚巨量的地壳伸展和成矿大爆发的地质背景，刻画了蒙古-鄂霍次克带和古太平洋构造体制复合叠加下的侏罗纪挤压环境到白垩纪伸展环境的花岗岩等侵入岩演变特征。在中央造山带，厘定了新元古代、古生代早中生代、晚中生代侵入岩时空演化，确定了俯冲到碰撞的演化阶段。发现元古宙、古生代、中生代三期环斑或环斑结构花岗岩为世界上少有的发育三期环斑花岗岩的造山带。
图1 中国大陆＞3200Ma岩石和锆石分布图 前人从全国视野探索、总结过中国花岗岩的概况。邓晋福等（2016）编制了中国花岗岩大地构造图，是花岗岩编图和大地构造研究结合的一个重要进展。在此基础上，岩浆岩团队编制属性驱动的数字化中国及邻区侵入岩图，从中国及亚洲视野，以陆块聚散角度，总结了中国及邻区重大岩浆事件及其构造背景。
图2 中国侵入岩图（据王涛等，2021） 
图3 亚洲主要造山带岩浆岩图 在新元古代，花岗岩等侵入岩带主要分布于扬子克拉通、中央造山系以及塔里木克拉通周边，1000〜900Ma为汇聚型花岗岩等侵入岩带，850〜700Ma为伸展裂解型花岗岩等侵入岩带，显示了Rodina聚合与裂解的响应。秦岭960〜900Ma强变形S型花岗岩演变到弱变形I型到不变形A型，很好地揭示了同碰撞到后碰撞的汇聚背景。在早—中古生代，中亚、中央造山系早－中古生代花岗岩等侵入岩反映了古亚洲洋的增生闭合过程。中国大陆北部晚古生代花岗岩等侵入岩可能是洋陆格局兼存、地幔柱发育的复杂格局，花岗岩等侵入岩既有板内又有板缘。在中央造山系，晚古生代－早中生代花岗岩等侵入岩，是古特提斯洋俯冲闭合的产物。在早中生代，花岗岩等侵入岩划分出250〜230Ma和230〜200Ma两个阶段；早期主体形成于与中特提斯洋和蒙古－鄂霍次克洋俯冲背景；晚期多与中国南北大陆和印支克拉通与扬子克拉通碰撞有关，揭示了中国及邻区大陆最终拼合完成于220〜200Ma。集成上述成果，从亚洲中生代花岗岩等侵入岩带时空演化角度，提出了中国及邻区大陆中生代拼合过程框架及其拼合后的伸展巨变，为探讨中国及邻区大陆拼合以及Pangea超大陆重建提供了依据。在晚中生代，花岗岩等侵入岩集中发育于亚洲东部和青藏高原，受控于蒙古－鄂霍次克带和太平洋带及新特提斯三大动力学体制。中国东部大量的晚中生代花岗岩等侵入岩既有北部蒙古－鄂霍次克缝合带的影响，也有古太平洋俯冲带的影响。总体上，花岗岩等侵入岩从侏罗纪挤压增厚背景向白垩纪伸展减薄发展的特点。2 依据岩浆时空迁移和成分演变揭示多陆块汇聚、多重板块构造叠加作用及其成矿背景 任何花岗岩类型可以产于任何环境。因此，仅用花岗岩等岩浆岩难以鉴别构造环境。但应用大数据，揭示巨型岩浆岩带的时空迁移和成分演变轨迹，则可以揭示构造环境及其变化。例如，依据锆石年代学数据和数字编图揭示，蒙古－鄂霍次克带外围发育晚石炭世—二叠纪花岗岩等岩浆带，向蒙古-鄂霍次克带缝合带依次变为三叠纪岩浆带和侏罗纪岩浆带；而且顺着缝合带，由西向东，岩浆作用由三叠纪演变到侏罗纪，这种岩浆带的迁移，很好地揭示了蒙古-鄂霍次克洋早期后撤式俯冲增生到晚期向东剪刀状闭合的过程。另外，如何判别中小陆块拼贴过程和鉴别多重板块构造体制的叠加范围及其动力学过程是板块构造理论登陆后遇到的困境。这也可以通过野外调研、建库编图、综合分析加以解决。例如，东北亚大地构造发展经历了古亚洲洋、蒙古-鄂霍次克洋和古太平洋的俯冲-碰撞作用。如何鉴别和厘定这三种构造体制的时空影响范围和叠合过程一直是一个难题。王涛团队通过巨型侵入岩带的建库编图，揭示了该地区晚古生代—中生代侵入岩的时空迁移范围和规律；据此，厘定了这三大板块构造体制的时空分布范围和构造叠合过程。这方面的研究对于合理划分成矿带提出了值得思考的问题。应该依据构造环境及其动力学背景的时空演化来划归成矿带，即同一地区不同时代的岩浆及其成矿特点，并不一定属于同一个构造动力学背景，即使同地区、准同时代的岩浆成矿带，也有可能属于不同的构造动力学背景。所以，要认识和划分成矿带，需要从地质背景的详细研究和构造动力学背景的时空确定。3 通过岩浆岩同位素填图揭示深部物质架构、大陆地壳生长及其成矿制约 地球深部过程是地球科学最后前沿。岩浆岩是来自地球深部的“使者”，可以示踪深部物质特征。近年来，很多学者探索性地提出应用岩石探针和同位素示踪探测深部物质并构建技术方法体系的构想。研究显示，岩浆岩“探针”及区域同位素示踪填图可以揭示岩石圈物质架构，确定不同类型深部物质时空分布范围，确定不同类型地壳省，划分大地构造边界，探索地壳生长量、方式，刻画增生造山带到碰撞造山带，以及不同类型造山带连续演化过渡的阶段和过程，揭示区域成矿规律，并以时间“切片”，揭示深部物质的时空演变特点。 大陆地壳生长是地球科学最重要的前沿科学问题之一，显生宙是否有大量的地壳生长还存在争议。王涛等团队通过全造山带尺度的花岗岩同位素填图研究，在北疆及中亚造山带南缘，定量确定了新/老陆壳的时空分布，年轻陆壳（＜0.8Ga）约达130万km2，约占50%〜60%，证实了显生宙陆壳巨量生长，并揭示了地壳水平和垂向生长机制。这是首次通过同位素填图确定的全球最大的、最年轻的显生宙陆壳省，证明显生宙可发生巨量陆壳生长。肖庆辉等（2009）以阿尔泰、东昆仑、华北燕山、东北和南岭造山带花岗岩为例，讨论花岗岩与大陆地壳生长的关系，提出中国大陆的5种大陆地壳生长方式：阿尔泰式（古亚洲洋背景上形成的古生代对流地幔物质、热输入和上地壳混合为主的方式）、东昆仑式、东北式、燕山式、南岭式，构成中国大陆显生宙地壳生长的基本方式。另外，通过全球造山带同位素填图对比，揭示不同类型造山带深部组成的重大差异，据此，提出鉴别增生与碰撞等造山带类型和发展演化阶段划分新标志，为开展地壳深部物质探测提供了新思路和研究实例。区域同位素填图不仅揭示深部物质架构，探索地壳生长，而且，还为研究区域成矿规律提供了深部物质背景。例如，在青藏高原冈底斯成矿带，应用Hf同位素填图技术，揭示了岩石圈三维物质组成架构，圈定了斑岩铜矿形成于年轻地壳区，铅锌矿等发育于古老地壳区，铁矿等产于新老地壳交界处，为成矿预测提供了新的深部物质证据。东秦岭花岗岩Nd－Hf同位素填图揭示，三个不同的同位素区，制约了钼多金属矿产种类的分布。4 探索性提出花岗岩（或侵入岩）大地构造 花岗岩等侵入岩体可以视为一种构造标志体、地质体，从中可以提取丰富的构造信息，探索和解决一些大地构造问题。因此，在上述研究基础上，我们提出并阐述了花岗岩等侵入岩大地构造及其内涵、研究思路、研究内容和发展方向，有助深化侵入岩体（带）形成、发育过程和构造背景的认识。花岗岩（等侵入岩）大地构造将花岗岩等侵入岩视为一种构造标志体、地质体，是从花岗岩等侵入岩角度，探索解决大地构造问题，其研究内容可概括为物理特性（构造）、物质组成（岩石地化）和年代学三大方面，具体研究内容包括：①巨量侵入岩侵位的物理特性变化及其构造意义，包括岩浆上升迁移、汇聚定位及岩体（带）形成/构建过程；②侵入体变形改造及其构造意义；③侵入岩物源与大陆生长及深部结构，以及新老物质组成，划分造山带类型；④巨型侵入岩带发育过程与大陆聚散，探索超大陆和中小板块聚散的岩浆响应。5 初步建立了中国火山岩时空分布格架 前人对中国火山岩进行了大量的总结，邢光福等（2015）主编完成了中国火山岩大地构造图”，薛怀民等（资料尚未发表）在此基础上初步建立了中国火山岩时空分布格架。中国陆域火山岩按时代－构造层，分为前寒武纪（变质）火山岩、早古生代火山岩、晚古生代火山岩、早中生代火山岩、晚中生代火山岩和新生代火山岩，总结了不同时代－构造层火山岩的空间分布格局（图4）。时间上，中国陆区的火山岩以晚古生代和晚中生代的分布最广泛，其次是新生代的火山岩，其他时期火山岩的分布相对较局限，且往往是以呈夹层的形式存在于以沉积岩为主的地层中；空间上，除了分布于我国西南部的晚古生代（晚二叠世）玄武岩大火山岩省形成于板内环境外，部分新生代火山岩的形成可能与裂谷（或深断裂）有关外，主要分布在不同火山时期、不同类型的造山带内。其中前寒武纪（变质）火山岩又可进一步分为早前寒武纪（变质）火山岩和晚前寒武纪（变质）火山岩两部分：早前寒武纪（变质）火山岩主要分布在华北东、西陆块之间的中部带以及东部陆块内的胶－辽－吉带内，在山东泰山等太古宙陆核区也有少量分布；晚前寒武纪（变质）火山岩主要分布在中国陆区三个主要克拉通（华北克拉通、扬子克拉通及塔里木克拉通）的周边，尤其是在扬子克拉通的北缘—西北缘、东南缘及西缘呈较大面积分布。另外，在青藏高原东南部的山南—林芝一带也有较多分布。早古生代的火山岩主要分布在中亚造山系西段的柴达木北缘—北山、西天山北侧及阿尔泰南侧，中央造山带的北秦岭、祁连、东昆仑山及阿尔金北缘，在华夏地块西侧的粤西云开—桂东、粤北、赣南、闽北地区以及海南岛东部也有零星分布。另外，在扬子克拉通北缘的随州—武当—陕南紫阳—岚皋到镇坪一带也有少量高钛玄武岩、双峰式火山岩、碱性火山岩及岩墙群发育。晚古生代的火山岩在中国陆区的分布广泛，它们主要集中分布在中亚造山系、中央造山带西段以及我国西南部的川西南—滇北—黔西北的广大地区，尤以西南部的大火山岩省（习称峨眉山玄武岩）享誉世界。另外，在青藏高原北部的羌塘、藏东及冈底斯带内也有少量晚古生代的火山岩出露。早中生代的火山岩分布局限，主要局限在西南三江、青藏高原东北部及北部的羌塘地区。在云南东部、广西西南部也有较多早中生代的火山岩出露。另外，在青藏高原的冈底斯带、拉萨地块南缘的日喀则地区以及中亚造山系东段的大兴安岭中南段、黑龙江东部的绥阳地区以及吉林东南部的延边地区也有零星早中生代火山岩分布。晚中生代火山岩主要分布在中国大陆东部，从黑龙江最北部的中俄边界，向南西大致平行于海岸线方向，贯穿整个中国大陆，并跨过琼州海峡一直延伸到海南岛的中部，长度超过了3000km，构成滨西太平洋大陆边缘巨型火山岩带的主要组成部分。在青藏高原中部的冈底斯带，晚中生代火山岩的分布也较广泛，它们呈北西—南东向斜向贯穿了整个青藏高原中部。除此之外，其他地区晚中生代火山岩的分布很少，仅零星见于内蒙古中西部的四王子旗、乌拉特后旗－阿拉善等地。新生代火山岩以青藏高原中西部分布最为广泛，在黑龙江—吉林东部的长白山－镜泊湖—牡丹江一带、大兴安岭—小兴安岭、华北北部—内蒙古东南部、云南西部腾冲—梁河、雷州半岛—海南北部、台湾西部－澎湖列岛等地也有较多分布。另外，沿郯庐断裂沿线、浙闽沿海地区、广州北部等地有一定规模的新生代火山岩分布。
图4 中国陆域不同时期火山岩分布图 6 中国东部晩中生代巨型火山岩带时空演化特征及成因构造背景 中国东部晚中生代火山岩的规模巨大，不同地段的火山岩在分布格局、火山活动幕次及运动规律、岩石组合和地球化学性质等方面都存在着差异，据此分为北段、中段和南段。北段北起黑龙江最北部的中俄边界，南止燕山山脉的南侧，是中国东部晚中生代火山岩最集中分布的区域，它们与邻区俄罗斯和蒙古国境内同时代的火山岩共同构成巨型火山岩区，其总体面形展布的特征明显不同于环太平洋东亚大陆边缘中新生代火山岩带总体呈带状展布的特征，暗示该区晚中生代火山作用可能受到多重构造机制的共同制约。该段所处的构造位置独特，其西北侧邻近蒙古－鄂霍次克缝合带，东侧又毗邻（推测的）古太平洋俯冲带，早三叠世古亚洲洋沿索伦—西拉木伦最终闭合的缝合带横贯该段的南部（图5）。空间上，该段的晚中生代火山岩根据其所处的构造位置、基底构造性质、火山岩发育情况，自北西向南东可进一步分为滨鄂霍次克带、兴安带、松辽带、燕山—辽西带和滨太平洋带。时间上，该段的晚中生代火山活动可分为4个幕：初期，时代为早—中侏罗世，火山活动规模不大，主要呈裂隙/裂隙－中心式喷发，火山岩主要呈带状/线状展布或以夹层的形式存在于以陆相碎屑岩为主的沉积岩中，岩性以玄武岩－玄武安山岩为主，其他类型的岩石相对较少；早期，时代从晚侏罗世到早白垩世初期，火山活动的规模大、爆发剧烈，火山岩主要呈大范围的面状展布，岩性以英安质－流纹质火山碎屑岩为主；晚期，时代为早白垩世，火山活动的规模也较大，火山岩主要局限在一些孤立的断陷盆地内，岩性以双峰式为主，也有中－基性火山岩或流纹质火山岩单独出现的现象；末期，时代为晚白垩世初期，火山岩分布很零星，岩性主要为偏碱性的玄武岩或基性岩墙群（脉）。该段内火山活动存在着明显的迁移性，其中最靠近古太平洋俯冲带的滨太平洋带（图5）。晚中生代火山活动年龄谱明显分两个时间段，分别介于200〜164Ma（峰值〜173Ma）和140〜80Ma（峰值分别为〜129Ma、〜117Ma和〜92Ma），其间存在明显的火山活动休眠期，时间跨度长达20Ma以上（164〜140Ma）。该特征被认为是平板俯冲的典型性现象。向北西背离古太平洋俯冲带方向，松辽带晚中生代火山活动的起始时间稍晚（〜190Ma），结束时间稍早（〜100Ma），其间虽然也存在火山活动的休眠期，但没有滨太平洋带截然，休眠延续的时间也明显收窄，跨度不足10Ma（150〜142Ma）。距离古太平洋俯冲带（与松辽带）大致相当的燕山—辽西带，火山活动的休眠期也不是很截然、时间跨度也不足10Ma（150〜144Ma）。所不同的是，该带的火山活动的起始时间稍晚（〜180Ma），结束时间也稍晚（〜93Ma），出现在辽西海滨。与上述几个带相比，更远离古太平洋俯冲带的兴安带内晚中生代火山活动介于165〜104Ma之间，其中在〜162Ma、〜140Ma、〜124Ma、出现强度不等的峰。尤其是该带内晚中生代的火山活动之间缺少明显的休眠期，暗示古太平洋板块早期的平板俯冲可能没有影响到兴安带。靠近蒙古－鄂霍次克缝合带的滨鄂霍次克带内火山活动介于185〜105Ma之间，并在〜162Ma、〜140Ma、〜124Ma出现强度不等的峰，几个火山活动峰期的时间与兴安带一致，只是火山活动起开的时间稍早。火山活动空间的迁移规律暗示，滨鄂霍次克带和兴安带内的火山活动可能主要与蒙古－鄂霍次克缝合带的演化有关，而东侧（东南侧）松辽带、燕山—辽西带及滨太平洋带内晚中生代的火山活动主要与古太平洋板块的俯冲及随后的演化有关。
图5 中国东北晚中生代火山岩带北段构造区划(据薛怀民，2022)南段北起江南断裂带，包括了整个华南东部及海南岛，该段的晚中生代火山岩主要分布范围包括浙江、福建及广东东部，向内陆延伸到江西中部和南部、广西东南部、湖南南部及海南岛中部。总体平行于当前海岸线形成了一条长超过1000km，宽达600km，其中火山岩覆盖的面积超过了220000km2，露头面积达到同期侵入岩出露面积的两倍以上。空间上，该段的晚中生代火山岩以丽水－余姚断裂、政和－大浦断裂及莲花山断裂分为东南沿海地区和华南内陆地区，并以江山－绍兴断裂和赣中断裂将赣杭带（或称江南造山带东段）与上述两个带区分开来，前者的基底是扬子地块，后两者的基底是华夏地块。时间上，该段的晚中生代火山活动幕与北段类似，也可分为4个幕：①初期，时代为早一中侏罗世，火山活动规模不大，主要分布在南岭北侧，西起湖南南部的宁远—新田，经湘东南的宜章、江西南部的龙南—寻乌、广东北部的兴宁，一直延伸到福建西南部的永定，总体呈近东西向的带状展布。另外，在赣东北断裂带附近的德兴银山地区、浙江东南部松阳等地也有零星分布。岩性以玄武岩为主，或玄武岩与中酸性火山岩构成双峰式，其他类型的岩石相对较少。②早期，时代主要为早白垩世，部分为晚侏罗世，火山活动的规模大、爆发剧烈，火山岩主要呈大范围的面状展布，岩性以英安质－流纹质火山碎屑岩为主。③晚期，时代为早白垩世末期—晚白垩世初期，火山活动的规模也较大，火山岩主要局限在一些孤立的断陷盆地内，岩性以双峰式为主，偏碱性的流纹质火山岩单独出现的现象。④末期，时代为晚白垩世初，火山岩分布很零星，岩性主要为偏碱性的玄武岩或基性岩墙群（脉）。该段内火山活动存在着明显的迁移性，其中华南内陆地区晚中生代的火山活动从〜200Ma一直持续到〜95Ma，并在〜135Ma出现强峰，另在〜190Ma、〜158Ma、〜102Ma出现弱峰。与其相对比，东南沿海晚中生代的火山活动从〜175Ma—直持续到〜80Ma，并在〜130Ma和〜99Ma出现两个强峰，另在〜172Ma、〜158Ma、〜143Ma、〜110Ma出现强度不等的峰。火山活动总体呈现自内陆向沿海迁移的趋势，且火山活动期间没有出现过明显休眠的现象，暗示可能见于北段的古太平洋板块的平板俯冲，在南段没有发生过。而火山活动随时间向沿海方向的迁移性可归因于深部岩石圈的拉张自内陆向沿海扩展（俯冲板块后撤或地幔向东流动导致？）。中段北起燕山山脉的南侧，南止于江南断裂带。该段晚中生代火山作用明显不同于南北两段，表现为火山岩的分布上明显受断裂控制，由若干火山岩盆地构成不连续的带状展布，包括沿郯庐断裂及其两侧派生断裂分布的胶东和鲁西地区的火山岩带、大致沿长江中下游两侧分布的火山岩带以及大别山北麓的北淮阳火山岩带；时间上不同于南北两段晚中生代火山活动持续的时间长，幕式活动的特征显著，该段火山活动持续的时间短，其中郯庐断裂及其两侧火山活动介于130〜92Ma之间，长江中下游火山活动介于145〜122Ma之间，北淮阳地区火山活动介于145〜115Ma之间，时间仅相当于南北两段的火山活动晚期。 来源：李廷栋，刘勇，丁孝忠，庞健峰. 2022.中国区域地质研究的十大进展.地质学报，96（5）： 1544〜1581. doi：10. 19762/j. cnki. dizhrxuebao. 2022145.
|
