中国大地构造
研究进展和成果介绍(4)
胡经国
六、地壳-上地幔结构——镶嵌构造和立交桥式结构
中国及邻区地壳-上地幔结构,以平面上的镶嵌构造和三维空间上的立交桥式结构为基本特征。
1、镶嵌构造
早在1945年,黄汲清就已经首次注意到了中国大陆不均匀的构造镶嵌现象(T.K.Huang,1945)。1962年,张伯声在《镶嵌的地壳》的著名论文中提出中国大地构造学中的镶嵌构造观点(张伯声,1962)。在新的1∶500万《中国及邻区大地构造图》上,这种不均匀的构造镶嵌现象显示得更为清楚。整个中国的构造图像就是一幅复杂而又有秩序的镶嵌图画(mosaic)。
在古亚洲构造域,卷入古亚洲造山区的亲西伯利亚和古中华陆块与其间的造山带形成古生代的镶嵌构造。所谓“哈萨克斯坦板块”,实际上是由可切诺夫-伊塞克、巴尔喀什-伊犁、准噶尔等地块与其间的加里东造山带组合而成的镶嵌地块。吉黑地块也是镶嵌地块,由布列亚-佳木斯、兴凯、松花江等地快与其间的造山带组合而成。
在特提斯构造域,卷入特提斯造山区的亲冈瓦纳和古中华陆块与其间的造山带以及该构造域中现今的盆地、山脉构成在地质、地貌上都有清楚显示的镶嵌构造。
在环太平洋构造域,由于环太平洋构造域与古亚洲、特提斯构造域几乎呈直角交切、叠加,因而形成南北分块、东西分带的镶嵌图案。
在镶嵌构造块体之间无例外地都是以断裂为界的。西太平洋贝尼奥夫带和喜马拉雅主边界断裂以及若干西缘断裂,构成了现今亚洲大陆的一级镶嵌构造边界。从更大范围讲,西太平洋贝尼奥夫带,使大西洋(陆)半球与太平洋(洋)半球镶嵌构造边界;喜马拉雅主边界断裂和爪哇海沟,是南(洋)半球与北(陆)半球的交界线(马宗晋等,1989);昆明-银川一线的断裂系统(即所谓的南北构造带),构成特提斯构造域与环太平洋构造域的界线;西昆仑北缘、阿尔金、祁连北缘、龙门山等断裂带,构成青藏高原镶嵌块体的北部及东部的边界;阿纽伊、上扬斯克山前、蒙古-鄂霍茨克、中朝北缘、北大巴山-大别山前缘、江山-绍兴等断裂带,构成中国东部及邻区诸镶嵌块体的北部边界。边界断裂的运动方向,反映了这些镶嵌块体之间相互作用的动力学态势。青藏高原南北两侧,分别下插到喜马拉雅和昆仑-祁连山下的大陆消减带以及由雅鲁藏布、班公-怒江、龙木措-澜沧江、金沙江等缝合带转化而来的大陆消减带或走滑断裂系统,清楚地显示了印度冈瓦纳与欧亚大陆之间的会聚和地壳缩短。阿纽伊、上扬斯克山前、蒙古-鄂霍茨克、中朝北缘、北大巴山-大别山前缘等断裂带,依次向南逆冲或斜冲的形势,清楚地显示出东亚诸陆块在中生代最后焊合时(见后文)诸陆块都是由北向南逆冲的,每条断裂带的南侧陆块由南向北下插,北侧陆块由北向南逆冲或斜冲。
由于大陆岩石圈具有多层结构,因而我们相信,中国大陆这种复杂的构造镶嵌将会是多层次的。在秦岭-大别山,深反射地震剖面(袁学诚等,1996,为出版)已清楚揭示出,沿大约20公里深处的拆离面,秦岭-大别山山体呈叠瓦状向南逆冲,扬子块体向北下插的壮丽图景(图8,C)。在秦岭-大别山,印支期高压、超高压变质作用已显示出浅、中、深三个构造层次:西段,武当山蓝片岩,位于新元古代震旦系沉积层下(许志琴等,1988),是浅层次的;中段,木兰山蓝片岩位于元古代红安群绿片岩中,(牛宝贵等,1993),属于中层次;东段,太湖地区含有柯石英的榴辉岩,位于太古宙-古元古代角闪岩相的大别杂岩之下(Lietal.,1989、1992),属深层次。它们分别代表沉积底面、上地壳和下地壳或上地幔顶部三个层次的拆离构造。
在拆离带,表示简单剪切作用的矿物拉伸线理、A型褶皱等构造发育。在那里,包括表壳岩在内的各类岩石,同样遭受高压-超高压变质作用(YouZhendongetal.,1996)。这些情况与北大巴山-大别山断裂系统从西向东,即从北大巴山西端到大别山东端,断裂逆冲规模愈来愈大、构造层次愈来愈深、出露地层愈来愈老的趋势完全一致。所以我们认为,秦岭-大别山以及苏胶地区的高压-超高压变质岩并不是板块下插到地幔深处再快速折返的结果,而是大陆壳消减作用的产物,在强烈的印支造山过程中大陆岩石圈多层次拆离的结果。在研究高压-超高压变质矿物形成深度的时候,恐怕不能仅仅用静水压力来计算其深度,而应该充分考虑在强烈剪切条件下构造动力的作用和影响(任纪舜,1994)。最近,吕古贤先生面告第一作者,说他在考虑构造附加静水压力后,已初步计算大别山超高压变质作用形成的深度,大约接近地壳底部(吕古贤等,1998)。当然,进一步的研究是十分必要的。
2、立交桥式结构
如果将北美与东亚大陆的地形图、地质图、构造图和地球物理图件(袁学诚,1996;L.C.Pakiseretal.,1989)作一比较研究,那么我们立刻就会发现,在北美,地貌特征、地质单元和地球物理场及其反映的地壳-上地幔结构三者的格局基本一致,并且清楚显示出西部科迪勒拉造山系、中部北美克拉通和东部阿巴拉契造山系三个单元(墨西哥湾和大西洋的形成并未使这一格局发生重大改变)。而在东亚,地貌特征、地质单元和地球物理场及其反映的地壳-上地幔结构三者却极不一致,青藏高原、黄土高原-云贵高原、东部平原-丘陵三个地形台阶,大兴安岭-太行山-武陵山重力梯级带等均呈南北向穿越、近东西向展布地质单元。这种情况说明,两个大陆具有不同的地壳-上地幔结构和动力演化过程。在北美,地貌单元、地质单元和地球物理场三者基本吻合,说明其地壳-上地幔不同层次的结构基本上是相互耦合的,显生宙期间北美地球动力状态虽然几经变迁,但是总的格局并没有发生重大变化。而在东亚,地貌单元、地质单元和地球物理场三者却极不一致,其地壳-上地幔不同层次的结构是非耦合的,说明在地质历史上,东亚地球动力的基本格局曾经发生重大变革。这种非耦合关系的形象表述,就是壳-幔不同层次在三维空间上的立交桥式结构。中国及邻区大陆的地壳-上地幔在三维空间上呈现的非常清楚的交桥式结构,正是显生宙期间几个全球性动力学体系在中国转换、交切、复合的必然结果(任纪舜等,1990,1992;任纪舜,1994)。
交桥式结构在中国中部的南北构造带(即昆明-银川带)和中国东部表现得最为清楚(图10)。
在南北构造带中段,地表的近东西向构造单元(图4、图5、图6)与地壳-上地幔的近南北向构造(图10),构成极为清楚地交桥式结构。
在中国东部,地壳块体以秦岭-大别、天山-阴山两条深层构造带为界,分为南(华南)、中(华北)、北(蒙古)三块(冯锐等,1981),与该区古生代-侏罗纪构造格局基本吻合;而现代地貌、表层构造和上地幔结构,则以大兴安岭-太行山-武陵山重力梯度带为界,分为松辽-华北-江汉平原和黄土高原-云贵高原两个带,与白垩纪-第三纪以来的构造格局一致(图7、图10)。
地壳表层、地壳中上部和上地幔在三维空间上呈现出令人瞩目的立体交叉态势。这种交桥式结构正是古亚洲和特提斯动力学体系(主压应力轴向为南北方向)向古太平洋和太平洋动力学体系(主压应力轴向为南东-北西方向)转变的生动体现。“这种地幔结构和地球表层地质结构已经改变,而地壳结构则仍然保持老格局的现象,是岩石圈构造发展中一个基本的控制因素。地幔结构的改变首先引起地表结构的变化,然后在地表和地幔结构变化的‘夹击’下,才使地壳结构发生变化,并且完成一个地区(带)构造属性的根本改变。”(任纪舜,1990)。地震层析图像显示,中国东部上地幔的近南北走向的结构大致与西太平洋贝尼奥夫带平行,并且在400公里及更深处仍很清晰,而且向西一直延伸到东经180°附近,即到达青藏高原东部(刘福田等,1989;朱介寿等,1997)。由于亚洲大陆东部边界,无论是古太平洋消减带,还是西太平洋贝尼奥夫带,都是深入地幔的超岩石圈断裂带,现代青藏高原的边界一般都是大陆壳消减带,因而中国东部环(滨)太平洋构造域中新生代构造-岩浆作用多是涉及到地幔深部活动的地质作用过程;而大陆碰撞后,青藏高原现今的构造作用则主要是涉及地壳层次或到上地幔顶部的地质作用过程。在青藏高原地区,涉及地幔活动的地质作用过程,主要发生在喜马拉雅碰撞成山之前及更老的构造阶段。
南中国海地区,是特提斯和环太平洋两大构造域的干涉地区,地壳表层主要为北东走向,地壳深层和上地幔主要为北西走向,其地壳-上地幔的立交桥式结构也十分清楚(朱介寿等,1998,待发表)。
七、动力演化过程
中国大陆具有清晰的多旋回分阶段演化过程。为了阐明这一过程,最理想的方法是制作分阶段的构造再造图。这样,就既需要复原在地质历史中已经消失了的大洋盆,又需要复原在地质历史中已经消失了的大陆块。但是,目前要做到这一点还十分困难;加之中国及邻区地质及其演化历史又非常复杂,因此我们只能暂将这项重要工作留待以后再做。
中国所在的亚洲大陆是在显生宙时期才逐步形成的一个大陆。已经发现的最老陆壳的年龄为3800Ma(D.Y.Liuetal.,1992)。在3000Ma左右,在西伯利亚、中朝、印度等地区,已经有相当面积的初始陆壳。
中朝克拉通的基底至少经历了铁架山(迁西)造山旋回(3000Ma)、阜平造山旋回(2600Ma)、五台造山旋回(2400Ma)和中条(吕梁)造山旋回(1800Ma)等造山旋回的演化,大约在1700Ma才实现克拉通化。
扬子、塔里木克拉通基底具有明显的双层结构。其结晶基底形成于中条造山旋回,褶皱基底形成于扬子造山旋回,大约在750~800Ma实现克拉通化。
800~1000Ma的扬子旋回,在中国新元古代构造演化中的作用十分重要。它使中朝、扬子、塔里木等地的大陆地壳相互联结,形成古中国地台;其上覆盖了震旦纪-早寒武世的沉积盖层(任纪舜,1980)。古中国地台,向西经卡拉库姆、巴尔哈什、科克切塔夫等陆块与俄罗斯地台相通;向南经印支-南海地块与澳大利亚冈瓦纳相接。它们都有新元古代的冰碛岩,而且在澳大利亚和中国都有同样层序的震旦纪-寒武纪沉积(冰碛岩、白云岩、含磷层等)(R.H.Dottetal.,1988;张玲华等,1995)。从全球规模看,古中国地台可能是所谓罗丁尼亚(Rodinia)超级大陆的一部分,但是R.Unrug等(1996)在古构造再造图上关于中国几个陆块的画法却与实际情况不符。
1、显生宙中国及邻区大地构造演化
显生宙中国及邻区大地构造演化,总体表现为东冈瓦纳大陆北部边缘的裂解和西伯利亚或后来的古亚洲大陆的向南增生,古亚洲、环(滨)太平洋和特提斯三大构造域的形成。
震旦纪-寒武纪初,在古中国地台与西伯利亚地台之间,隔以西萨彦-湖区元古亚洲洋(第一代古亚洲洋),西萨彦-蒙古湖区的蛇绿岩带即是该洋封闭后的残片(N.A.Berzinetal.,1994;王作勋等,1990)。在古中国地台与澳大利亚冈瓦纳之间,为西藏-马来-华南三叉裂谷系。其中,西藏、马来两支可能有洋壳出现,马来半岛文冬-劳勿带前泥盆系变质岩中、泰国难河前石炭系(前晚泥盆系)变质岩中以及滇西澜沧群中的超镁铁岩岩片和越南马江前泥盆纪方辉橄榄岩等,可能是其残片(PhamCuTien,1991;T.T.Khoo,1993;S.Bunopasetal.,1978;B.K.Tan,1996;云南地质矿产局,1990)。华南一支发育不成熟,在震旦纪虽然有大量海底喷发火山岩,但是至今尚未发现蛇绿岩套,故呈华南坳拉槽(任纪舜,1990)。
在寒武纪初,西萨彦-湖区元古亚洲洋封闭,萨拉伊尔(兴凯)造山使西伯利亚大陆地壳增生,形成鄂毕-湖区缝合带和萨彦-额尔古纳造山系。寒武纪初,泛非造山使西藏-马来-华南三叉裂谷系的冈瓦纳一侧褶皱隆起,伴有大规模花岗质岩浆活动,但是似乎缺乏强烈的构造变形。因此,在中、上寒武统沉积盖层与下伏震旦系-下寒武统浊积岩之间看不出明显的角度不整合和变质、变形差异。在萨拉伊尔(兴凯)和泛非造山过程中,西伯利亚和冈瓦纳的边缘均为主动大陆边缘,处于挤压背景之中;古中国地台的边缘为被动大陆边缘,处于拉张环境之下。因此,在西伯利亚和冈瓦纳边缘增生的同时,而古中国地台则大规模裂解(任纪舜等,1980)。在古中国地台北缘,斋桑-南蒙古-兴安、乌拉尔-南天山和纳曼-贾拉伊尔等地发生裂陷,形成第二代古亚洲洋,即古生代亚洲洋(王作勋等,1990);在其南部边缘,西藏-马来-华南三叉裂谷系继续发展;在其内部,形成天山-北山、昆仑-祁连-秦岭等小洋盆。这样,古中国地台便被解体成中朝、扬子、塔里木等小陆块和众多的微陆块,即古中华陆块群。
志留纪晚期-泥盆纪初,中国及邻区发生广泛的加里东造山运动。这时,科克切塔夫、伊塞克、巴尔喀什-伊犁等地块聚合为哈萨克斯坦镶嵌地块;布列亚-佳木斯、兴凯、松花江等地块聚合形成吉黑镶嵌地块;温都尔庙加里东褶皱形成,中朝陆块向北增生;西藏-马来-华南三叉裂谷系最终封闭,昆仑-祁连-秦岭、天山-北山等小洋盆也结束发展,形成相应的加里东造山带。中朝、扬子、塔里木等陆块重新会聚,中国与东冈瓦纳又联接起来。今日之龙木措-澜沧江断裂带可能就是二者之间的缝合带的遗迹。
晚古生代阶段,中国及邻区的大型构造单元自北而南为:西伯利亚大陆及其结构复杂的大陆边缘、古亚洲洋、冈瓦南大陆及其结构复杂的大陆边缘,后者包括古中华陆块群。
古生代的古亚洲洋主要有两支:一支是斋桑-南蒙古-兴安洋;另一支是乌拉尔-南天山洋。它们大多从奥陶纪(或寒武纪晚期)开始发育,到早石炭世和二叠纪先后闭合,从而使冈瓦纳和西伯利亚两大陆块的复杂大陆边缘发生碰撞,形成天山-兴安和乌拉尔-南天山两大华力西造山系以及相应的两条主缝合带——额尔齐斯-佐伦-黑河缝合带和乌拉尔-南天山缝合带。由于这次碰撞并不是两个巨型陆块主体直接的硬碰撞造山作用,而是其复杂大陆边缘的软碰撞造山作用,因而华力西造山作用并不强烈,一般没有超越构造带的巨大的逆掩和推覆构造,也没有明显的磨拉斯。
在古生代古亚洲洋闭合过程中,西伯利亚南缘为主动边缘,处于挤压背景之中;冈瓦纳北缘为被动边缘,处于拉张环境之下。因此,在西伯利亚南缘形成华力西造山系,先成的萨彦-额尔古纳造山系、哈萨克斯坦和吉黑镶嵌地块也经受了较强烈的华力西构造-岩浆作用的改造。而在冈瓦纳北缘,特别是西藏-马来-华南三叉构造区,则从晚泥盆世-早石炭世开始即产生了一些裂陷带,在其中堆积了海底喷发的玄武岩、放射虫硅质岩和浊积岩等深水沉积岩系(潘桂棠等,1997)。但是,从区域地质背景分析,它们是一些深海槽或海底裂谷带,而不是经过充分扩张而形成的大洋盆地。到二叠纪茅口期末,发生著名的东吴运动(一次相对微弱的造山运动),这些裂陷带封闭,形成昆仑-秦岭、西金乌兰-金沙江以及澜沧江等华力西褶皱带。与此同时,原来的古亚洲造山区进一步挤压缩短,并发生大规模偏碱性“泛亚花岗质岩浆活动”。它标志着古亚洲洋动力体系动力作用的结束和古亚洲大陆的形成以及潘吉亚超大陆旋回的完成。这与元古宙末-显生宙初泛非花岗质岩浆活动标志着冈瓦纳大陆的最终形成十分类似(G.A.Coleman,1989)。所以,我们把华力西旋回的结束放在中、晚二叠世之间(约260Ma),晚二叠世为印支旋回的开始。值得注意的是,与东吴运动相似,和泛非花岗岩相关的晚泛非运动,其构造变形强度似乎也是比较微弱的。这种情况是否表明,一个超大陆旋回即将结束,其动力已告枯竭?
特提斯是一个尚待进一步研究的问题。虽然,一些人认为,在西藏-马来一带,从泥盆纪或更早时期,就已有特提斯洋存在(刘本培等,1993;I.Metcalfeetal.,1995;钟大赉等,1993)。但是,根据西藏地区古生物、古地磁和古地理研究(杨遵仪等,1990;郭铁鹰等,1991;林全录等,1990;M.R.Leederetal.,1988;T.T.Khoo,1993;LiXingxue,1986)以及王义昭、金小赤、谢广连等在滇西昌宁-孟连一带的观察结果分析,晚古生代在西藏-马来并不存在特提斯“洋”(任纪舜,1994)。最近,聂泽同等(1997)在昌宁-孟连带之东,兰坪-思茅盆地西缘龙洞河组发现,早二叠世亲冈瓦纳沉积和古生物化石以Stereochialitostyla为主的腕足类组合及季节性冰成杂砾岩,为此提供了进一步的证据。虽然,一些人主张,在华力西造山旋回之后,在潘吉亚大陆东部,劳亚大陆与冈瓦纳大陆之间有一个特提斯喇叭口。但是,黄汲清等(1987)在《中国及邻区特提斯海的演化》一书中即已明确指出,经过华力西造山运动,冈瓦纳与劳亚大陆已“融合”(fusingtogether)为一体。在喀喇昆仑、喜马拉雅、冈底斯、可可西里、昆仑山、横断山、中国南部和东南亚等地的地质调查中,都发现在中、晚二叠世地层之间普遍呈不整合或假整合接触关系,而且一些地方还缺失晚二叠世下部吴家坪阶地层;有时,晚二叠世地层完全缺失,三叠纪地层直接不整合于早、中二叠世或更老地质体之上。这说明,相当一部分地区,在华力西造山之后,曾经一度隆起成陆,造成沉积间断(T.T.Khoo,1993;刘铁鹰等,1991;刘增乾等,1990;张以茀等,1996;1997及私人通信;I.Metcalfe,1998;M.G.Audley-Charles,1988;S.Bunopas,1994)。这就是说,华力西造山所形成的潘吉亚大陆,不但在其西部古欧洲与西冈瓦纳是相连的,而且在其东部古亚洲与东冈瓦纳的大陆地壳也是相连的。华夏植物群与冈瓦纳植物群的混生(LiXingxue,1986)以及B.Battail等(1995)在老挝琅勃拉邦二齿兽(Dicynodon)化石的发现等,均为这一说法提供了有力的佐证。东西之差别在于,古欧洲与西冈瓦纳(非洲)的华力西碰撞是硬碰撞,发生时间早(维斯特法期之前),特提斯带裂陷较晚(一般为晚三叠世),特提斯海直到侏罗纪时才出现真正的大样地壳(R.Trumpyetal.,1980;V.Ager,1980);东冈瓦纳与西伯利亚的华力西碰撞为软碰撞、弱造山,最终的碰撞造山作用发生在中、晚二叠世之间(约260Ma),特提斯构造带裂陷较早(晚二叠世),特提斯海从三叠纪即开始出现大样地壳。
华力西造山后,特提斯打开,中国大陆主体转换为劳亚大陆结构复杂的南部边缘。中国大地构造演化又进入一个新的时期——特提斯-古太平洋演化阶段。
在中国西部和东南亚大规模二叠纪玄武岩喷发是特提斯打开的先声。特提斯从中国西南部,即四川、滇、藏地区发育最好,地质记录也最完整。现在已充分证实,这里的特提斯并不是一个结构简单的海洋,而是由一系列海底裂谷带以及其间的微陆-岛链组合而成的结构极为复杂的海洋(任纪舜,1984)。其中,主要的裂谷带有:阿尼玛卿、炉霍-道乎、甘孜-理塘、金沙江、班公-怒江、雅鲁藏布等;最重要的微陆-岛链有:若尔盖、羌塘-昌都、普洱、拉萨、中缅马苏等。根据在这些裂谷带中已发现有超镁铁岩、枕状熔岩、放射虫硅质岩等事实判断,它们当时可能已出现初始洋壳或洋壳,而其它地区则多为被海水淹没的陆壳和过渡壳。从喜马拉雅到昆仑南缘,三叠纪沉积岩系具有沉积分异特征:在松潘甘孜发育砂泥质浊积岩系,含有大量成熟度低的砂质成分;在怒江上游-马苏半岛为粉砂泥质浊积岩系,以黑色板岩为主;而在雅鲁藏布,则为所含砂质极少的黑色板岩和放射虫硅质岩(张勤文,1981;饶荣标等,1987;郭铁鹰等,1991;T.T.Khoo,1993;张以茀等,1997)。这些事实充分反映,沉积碎屑物质主要来自北侧劳亚大陆的古造山区,并在松潘甘孜形成类似现今孟加拉湾的巨型浊积岩沉积盆地。松潘甘孜盆地并不是奠基在特提斯洋壳上的,而是奠基在劳亚大陆南缘大陆壳上的沉积盆地。这种沉积分异的事实还说明,不仅在侏罗纪-白垩纪,而且在三叠纪时期,雅鲁藏布带都是分隔劳亚大陆南缘和冈瓦纳大陆北缘沉积区的界线,是特提斯的主洋盆带,是构造上的大界线。因此,我们以雅鲁藏布带为界,将特提斯分为两部分:其北,为北特提斯,属于劳亚大陆南部边缘;其南,为南特提斯,属于冈瓦纳大陆北部边缘。
特提斯从中-晚三叠世开始消减。从三叠纪晚期到侏罗及初期,北特提斯大部分消失,发生强烈的印支造山运动。在昆仑-秦岭、松潘甘孜、喀喇昆仑-三江-印支-马来,形成世界上规模最大的印支造山带,使海水从中国大陆基本退出。到侏罗纪中、晚期,班公-怒江带也褶皱隆起,形成改则-那曲燕山造山带。自晚白垩世以来,随着印度洋剧烈扩张,特提斯最后封闭,印度冈瓦纳与亚洲大陆(欧亚东部)沿雅鲁藏布带强烈碰撞,形成喜马拉雅造山带、青藏高原以及中国西部和中亚的新生代复合山系,包括帕米尔、昆仑山、祁连山、秦岭、天山等。从而,使中国西部新生代构造发展与印度洋扩张以及印度与亚洲大陆之间的聚合作用联系起来,使喜马拉雅旋回成为中国西部特提斯喜马拉雅构造域最重要的构造-岩浆-成矿旋回。中国西部各含油气区的油气藏也正是在喜马拉雅旋回最终定型的。
虽然仍然有不少人在解释亚洲东部构造的时候,还在引用T.W.C.Hilde等(1977,1984)关于库拉板块的推断,但是越来越多的事实却使我们更加地相信,西太平洋曾经是一块古大陆——西太平洋古陆(D.V.Nalivkinetal.,1983;Minatoetal.,1985;Y.G.Leonovetal.,1982;A.Nuretal.,1982;任纪舜等,1990;A.N.Dickinsetal.,1992;D.R.Choietal.,1992;LiuGuangding,1994;和政军等,1994;许东禹等,1997;陈国达等,1998)。
在二叠纪-侏罗纪时,西太平洋古陆与古亚洲大陆之间曾经有一个与特提斯相通的古太平洋,其遗迹在今日之加里曼丹经菲律宾、台湾、琉球、日本到萨哈林岛(库页岛),以及科里亚克山西侧一带均可以追索到。古太平洋与分开北美与古亚洲大陆的南阿纽伊洋(L.P.Zonenshainetal.,1990)以及北美大陆西侧的古洋盆相接。而在西伯利亚地台与中朝追地台之间,则有北山-内蒙古-吉林坳拉槽(晚二叠世-三叠纪)和蒙古-鄂霍茨克坳拉槽(二叠纪-侏罗纪)。它们构成古太平洋边缘裂谷系。
虽然和特提斯一样,古太平洋也是从三叠纪中晚期的印支造山旋回开始消减的,但是到侏罗纪燕山旋回即已经基本封闭。东北亚造山系是阿纽伊洋(即南阿纽伊洋)、蒙古-鄂霍茨克坳拉槽、北山-内蒙古-吉林坳拉槽封闭的产物。在早燕山旋回,正是阿纽伊洋封闭,北美与古亚洲大陆的碰撞以及印支-南海准地台之南的东特提斯剧烈扩张的联合作用,使上扬斯克-科雷马、蒙古-鄂霍茨克、北山-内蒙古-吉林、秦岭-大别以及华南等造山带进一步叠覆造山——主要是强烈的大陆壳板块构造运动,使亚洲东部诸陆块之间的地壳进一步缩短,并且于晚侏罗世早期(大约155Ma±5Ma),最终完成了它们之间的多旋回缝合作用,焊合成为一个整体。只有到这时,中朝、扬子等陆块的古地磁视极移曲线才会聚在一起,实现动力上的一体化(程国良等,1995;任纪舜等,1990)。晚侏罗世晚期-白垩纪初,古太平洋封闭,使亚洲与西太平洋古陆之间强烈斜向碰撞,发生中燕山造山运动,形成一个与亚洲东部原来的近东西向构造带呈大角度交切的北东-北北东走向展布的构造带——亚洲东缘燕山造山系和中国东部宽阔的陆缘活化带,二者共同组成亚洲东部宏伟的中生代高原-山脉系统。其范围包括:贝加尔湖-鄂尔多斯盆地-四川盆地以东的几乎所有地区。当时,中国的构造-地貌景观正好与现今相反。现今之中国是西高东低,西部有高耸入云的山脉-高原,东部为丘陵、盆地。而在侏罗纪晚期-白垩纪初则相反,为东高西低:东部有巍峨的中生代造山系和高原,西部为特提斯洋及其边缘的低山、丘陵和盆地。所以,我们说,并不是中侏罗世,而是晚侏罗世(大约145Ma±5Ma)时期,才是燕山造山的顶峰,才是中国东部近东西向构造线彻底转变为北东-北北东向构造线的构造-动力体制大转换时期。正是北美与西太平洋古陆相继与古亚洲大陆碰撞导致的燕山造山作用,使亚洲东部诸陆块最终焊合,并引发了该区地壳-上地幔的强烈活化,使燕山旋回成为中国东部最重要的构造-岩浆-成矿旋回。中国东部燕山期花岗岩和高钾钙碱性火山岩系以及与之相关的大规模成矿作用,正是在这种构造背景之下产生的。
白垩纪特别是中白垩世以来,中国东部大地构造演化又进入一个新时期——今太平洋动力体系演化阶段。如果说中、晚侏罗世到白垩纪初,古太平洋动力演化晚期,中国东部处于以挤压-挤压剪切为主的动力状况之中,那么在白垩纪中期(大约110Ma±5Ma)以来的太平洋动力演化阶段,中国东部则转入以拉张为主的背景之下。中国华南和华北一些中、晚白垩世玄武岩质或双峰式火山岩浆喷发和碱性花岗岩浆侵入,正是动力体制由挤压转换为拉张的标志。在这一时期,最引人注目的事件是,西太平洋古陆的裂解、沉没,中国东部大陆地壳和岩石圈大规模减薄,一系列裂陷盆地的产生以及现今西太平洋及其沟-弧-盆体系的形成。中国东部及邻近海域的主要含油气盆地正是在这个阶段形成的。近些年来,中国东部发现了一系列变质核杂岩,可能大多也是在这个时期形成的。
2、显生宙中国及邻区动力演化过程总结
通过总结显生宙中国及邻区动力演化过程可以看出,在古亚洲洋和特提斯-古太平洋消失之前,这里所发生的造山作用,并不是西伯利亚(北美-西伯利亚)和冈瓦纳等巨型陆块之间直接相遇的强(硬)碰撞造山,而是它们的复杂大陆边缘的小陆块和微陆块的弱(软)碰撞造山。由于陆块质量小,产生的动能小,碰撞强度不大,加之众多的微陆块在碰撞过程中还会起一定的缓冲作用,碰撞强度还会进一步减弱,因而一般都表现为软碰撞、弱造山。在软碰撞以后,陆块之间彼此连接起来了,但是还处于联而不合的状态。只有再经过多旋回的缝合作用,即陆块之间还要经过多旋回的大陆壳消减造山作用(陆-陆叠覆造山作用),它们才能够在动力学上最终焊合为一体。微、小陆块的软碰撞和多旋回缝合作用以及由此而产生的多旋回复合造山带、多旋回叠合盆地和多旋回构造-岩浆-成矿作用,市中国以至亚洲大陆构造非常重要的特色(RenJishun,1991;RenJishunetal.,1996)。在中国大地构造演化过程中,软碰撞、弱造山阶段,一般并不产生超越构造带的大规模的逆掩断层和推覆构造;只有到中、新生代,北美大陆、西太平洋古陆、印度冈瓦纳与亚洲大陆依次剧烈碰撞,才发生超越构造带的大规模的逆掩断层和推覆构造。所以,在中国东部可以看到,中生代燕山造山形成的近东西走向和北东走向的两组逆掩断层系统。近东西走向的逆掩断层和推覆构造,与北美和古亚洲的碰撞相对应;北东走向的逆掩断层和推覆构造,与西太平洋古陆和亚洲的碰撞相对应。在中国西部,大规模的逆掩断层和推覆构造,一般都发生在新生代印度与亚洲碰撞的喜马拉雅造山阶段。根据已有的地质、古地磁资料(朱日祥等,1998;Deweyetal.,1989;K.Ichikawaetal.,1990)判断:在北美与古亚洲大陆碰撞时,北美大陆是主动的,北美大陆向古亚洲大陆推挤,使西伯利亚、中朝等陆块依次向南逆冲,其间地壳大规模缩短;在西太平洋古陆与亚洲大陆斜向碰撞时,西太平洋古陆是主动的,使亚洲东部遭受挤压和强烈构造-岩浆活化;在印度与亚洲碰撞时,印度是主动的,不仅造成宏伟的特提斯山系,而且使东亚大陆整体发生顺时针旋转。
正是几个大陆依次与亚洲大陆的剧烈碰撞以及西太平洋沟-弧-盆体系的形成,最终铸造了中国以至亚洲大陆中、新生代构造的基本轮廓,并促使燕山旋回和喜马拉雅旋回成为中国及邻区地球各圈层物质运动、相互作用最剧烈的时期;使中、新生代成为中国及邻区最重要的构造-岩浆-成矿阶段。
八、基本特征
中国及邻区大地构造的基本特征可以概括为:
1、复合大陆
中国(或东亚)大陆是由一些小克拉通(准地台)、众多微陆块和造山带组合而成的复合大陆。按构造属性,微、小陆块分为亲西伯利亚、亲冈瓦纳和古中华三个陆块群;造山带分属于古亚洲、特提斯和环太平洋三大造山区。
2、软碰撞、弱造山
古中华陆块群包括中朝、扬子、塔里木等小克拉通和众多的微陆块。在地质历史上,它们位于冈瓦纳和西伯利亚(可能是更大的北美-西伯利亚)两个巨型大陆的交接、过渡地带,属于两者之间的转换构造域。这就决定了中国古生代和中生代早期的造山作用并不是巨大洋盆消失后,两个巨型陆块之间的直接的硬碰撞造山,而是其复杂大陆边缘之间的软碰撞造山。软碰撞、弱造山,缺乏明显的磨拉斯,成为中国古生代造山作用的一大特征。在软碰撞以后,陆块之间并未立即焊合,还处于“联而不合”的状态。它们还要经过多旋回缝合作用才能在动力学上焊合为一体。所以,小、微陆块的软碰撞和多旋回缝合作用以及由此而产生的多旋回复合造山带、多旋回叠合盆地和多旋回构造-岩浆-成矿作用,成为中国大陆构造的突出特征。
3、三大动力体系与三大构造域
世界其它大陆主要是在前寒武纪形成的。然而,中国乃至亚洲大陆则是在显生宙才形成的;冈瓦纳裂离、亚洲增生,这是理解中国显生宙演化历史的关键。在中国大陆形成过程中,依次受到古亚洲洋、特提斯-古太平洋和印度洋-太平洋三大动力体系的控制。正是由于这几个全球动力体系的发生、发展、交切、复合,才造成中国大陆极为复杂的构造面貌,使其地壳-上地幔呈现复杂的镶嵌式和立交桥式结构;使得中国大陆具有清晰的多旋回、分阶段演化过程,并且形成古亚洲、特提斯和环(滨)太平洋三大构造域。
最后,以表2总结中国及邻区大地构造演化,以图12表示亚洲大陆的形成过程。(下文,略)
2018年1月6日编写于重庆
2019年5月24日修改于重庆
2022年3月16日修改于重庆
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