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    蛇绿混杂岩就位机制及其大地构造意义新解:基于残余洋盆型蛇绿混杂岩构造解析的启示

    王国灿 张攀

    引用本文:
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    蛇绿混杂岩就位机制及其大地构造意义新解:基于残余洋盆型蛇绿混杂岩构造解析的启示

      作者简介: 王国灿(1963-), 男, 教授, 长期从事造山带大地构造的研究.
      通讯作者: 王国灿, E⁃mail: wgcan@cug.edu.cn
    • 基金项目:

      中国地质调查局项目 DD20160060

      中国地质调查局项目 DD20179607

      中国地质调查局项目 1212011220245

    • 中图分类号: P54

    A New Understanding on the Emplacement of Ophiolitic Mélanges and Its Tectonic Significance: Insights from the Structural Analysis of the Remnant Oceanic Basin-Type Ophiolitic Mélanges

      Corresponding author: Wang Guocan, E⁃mail: wgcan@cug.edu.cn
    • 摘要: 蛇绿岩代表了古洋壳的残余,通常被作为识别古汇聚板块边界的重要标志之一.但是,通过对西准噶尔造山带和松潘-甘孜造山带内出露的蛇绿混杂岩的大比例尺填图和构造解析,揭示出并非所有的蛇绿混杂岩带都具有缝合带的大地构造意义.综合前人研究结果,将蛇绿混杂岩划分为缝合带型和非缝合带型2种类型.非缝合带型蛇绿混杂岩带的分布与残余洋盆在闭合过程中的构造过程密切相关.在残余洋盆被巨厚层的碎屑岩填充之后,作为残余盆地基底的大洋岩石圈物质在区域挤压应力作用下,可通过多种形式构造就位于上覆碎屑沉积地层之中,形成具有弥散性分布特点的残余洋盆型蛇绿混杂岩系统.而缝合带型蛇绿混杂岩的就位过程可划分为3种方式,分别是俯冲就位、仰冲就位和碰撞就位.这些不同类型的蛇绿混杂岩带在板块汇聚后的再造山过程中,早期的构造变形会被叠加改造甚至导致蛇绿混杂岩的重新就位,使其分布形式复杂化.因此,正确识别和厘定不同构造过程形成的蛇绿混杂岩带及其对应的大地构造背景,对研究洋陆转换过程和造山带的演化至关重要.
    • 图 1  特提斯及邻区现今残余洋盆及相关蛇绿混杂岩的分布

      Figure 1.  Simplified map of the Tethyan tectonic domain showing distribution of remnant-oceanic basins and related ophiolitic mélanges

      Dilek and Furnes(2009); Xu et al.(2013)修改

      图 2  西准噶尔地区地质简图(a)和横跨达尔布特和白碱滩蛇绿混杂岩带的构造剖面(b)

      Figure 2.  Simplified geological map of West Junggar (a) and cross-section through the Darbut and Baijiantan ophiolitic mélange belts showing the relationship of different lithotectonic units (b)

      图 3  克拉玛依后山地区蛇绿混杂岩野外变形特征

      Figure 3.  Photographs of typical structures of the ophiolitic mélanges in the western Karamay area

      a~b.早期和俯冲增生相关的叠瓦状逆冲构造;c~e.北东向蛇绿混杂岩内发育的透入性右旋剪切变形;f~h.后期左行走滑断层露头特征

      图 4  克拉玛依后山地区蛇绿混杂岩带就位过程示意

      Figure 4.  Models for emplacement of the ophiolitic mélanges in the western Karamay area

      图 5  松潘-甘孜-巴颜喀拉山地区地质简图及横跨扎拉依蛇绿混杂岩的构造剖面

      Figure 5.  Simplified geological map of the Songpan-Ganzi-Bayan Har area and the cross-section through the Zhalayi ophiolitic mélange showing the relationship of different lithotectonic units

      图 6  巴颜喀拉山群及其中沿系列断裂分布的蛇绿混杂岩系的构造变形

      Figure 6.  Typical lithological characters and structures of the Bayan Har Group and the ophiolitic mélanges along a series of faults in the Bayan Har Group

      a.巴颜喀拉山群浊积岩系中的劈理与层理关系;b.巴颜喀拉山群浊积岩系中的背斜构造;c.扎拉依蛇绿构造混杂岩带中强韧性剪切变形的绿帘阳起构造片岩;d.麻多北西西-南东东向断裂构造带中的二叠纪枕状玄武岩断夹块;e.马尔争-布青山蛇绿混杂岩中强劈理化的砂板岩;f.马尔争-布青山蛇绿混杂岩中的海山相树维门科组生物礁灰岩岩块,呈无根逆冲推覆体的形式

      图 7  巴颜喀拉三叠纪残余洋盆演化及蛇绿混杂岩的就位过程

      Figure 7.  Models for tectonic evolution of the Bayan Har remnant oceanic basin and emplacement of the ophiolitic mélanges

      图 8  蛇绿混杂岩就位机制分类

      Figure 8.  Categories for emplacement of ophiolitic mélanges

      图 9  雅鲁藏布江蛇绿混杂岩就位及后期的改造示意

      Figure 9.  Tectonic model for the emplacement and modification of the Indus-Tsongpo ophiolitic mélange

      Xu et al.(2015)修改

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    出版历程
    • 收稿日期:  2019-01-30
    • 刊出日期:  2019-05-01

    蛇绿混杂岩就位机制及其大地构造意义新解:基于残余洋盆型蛇绿混杂岩构造解析的启示

      通讯作者: 王国灿, wgcan@cug.edu.cn
      作者简介: 王国灿(1963-), 男, 教授, 长期从事造山带大地构造的研究
    • 1. 中国地质大学地球科学学院, 全球大地构造研究中心, 湖北武汉 430074
    • 2. 中国地质大学地质调查研究院, 湖北武汉 430074
    基金项目:  中国地质调查局项目 DD20160060中国地质调查局项目 DD20179607中国地质调查局项目 1212011220245

    摘要: 蛇绿岩代表了古洋壳的残余,通常被作为识别古汇聚板块边界的重要标志之一.但是,通过对西准噶尔造山带和松潘-甘孜造山带内出露的蛇绿混杂岩的大比例尺填图和构造解析,揭示出并非所有的蛇绿混杂岩带都具有缝合带的大地构造意义.综合前人研究结果,将蛇绿混杂岩划分为缝合带型和非缝合带型2种类型.非缝合带型蛇绿混杂岩带的分布与残余洋盆在闭合过程中的构造过程密切相关.在残余洋盆被巨厚层的碎屑岩填充之后,作为残余盆地基底的大洋岩石圈物质在区域挤压应力作用下,可通过多种形式构造就位于上覆碎屑沉积地层之中,形成具有弥散性分布特点的残余洋盆型蛇绿混杂岩系统.而缝合带型蛇绿混杂岩的就位过程可划分为3种方式,分别是俯冲就位、仰冲就位和碰撞就位.这些不同类型的蛇绿混杂岩带在板块汇聚后的再造山过程中,早期的构造变形会被叠加改造甚至导致蛇绿混杂岩的重新就位,使其分布形式复杂化.因此,正确识别和厘定不同构造过程形成的蛇绿混杂岩带及其对应的大地构造背景,对研究洋陆转换过程和造山带的演化至关重要.

    English Abstract

    • 蛇绿岩是一套时间上和成因上相互联系的超基性岩、基性岩、长英质岩石的组合,代表了消亡的大洋岩石圈残余(Dilek and Furnes, 2011).目前,有关蛇绿岩成因的研究,已取得众多新的进展,并依据其成因提出了多种的分类方案(Miyashiro, 1975; Moores,1982Pearce et al., 1984; 张旗, 1990肖序常, 1995Robertson, 2002; Metcalf and Shervais, 2008).Dilek and Furnes(2011, 2014)以蛇绿岩的生成环境为依据,将蛇绿岩分为与俯冲作用无关型和与俯冲作用相关型两大类;其中与俯冲作用无关的蛇绿岩包括陆缘型、洋中脊型和地幔柱型;与俯冲作用相关的蛇绿岩包括俯冲带上盘型和火山弧型.

      在古洋盆闭合过程中,大洋岩石圈通常离开原地且其原始层序被构造肢解,形成蛇绿混杂岩,并成为造山带的重要组成部分(Ben-Avraham et al., 1982; Cawood et al., 2009; Dilek and Furnes, 2011, 2014).蛇绿混杂岩常被视为识别古汇聚板块边界或不同增生块体边界的重要标志之一(Dewey,1977),记录了从大洋岩石圈的初始俯冲到最后洋盆闭合的诸多信息,是研究洋陆转换过程的关键地质体.那么,蛇绿岩是通过何种方式从其原生的构造环境就位于现今的造山带内,即蛇绿混杂岩的就位过程,是蛇绿岩研究的重要科学问题之一.此外,蛇绿混杂岩作为缝合带的前提是构造就位于大陆边缘的蛇绿混杂岩在随后的后碰撞过程中未发生与两侧地质单元相对构造位置的变化.然而,碰撞前的俯冲增生和碰撞造山作用具有复杂多样的构造形式,碰撞后还可能经历多期更为复杂的构造动力过程,导致出现在造山带中的蛇绿混杂岩呈现出十分复杂的构造面貌.因此,正确识别和区分蛇绿混杂岩内部的构造样式和运动学特征、厘定蛇绿混杂岩的就位机制,可为研究古洋盆的闭合过程和造山带的演化提供重要的科学依据.

      • 现今出露的蛇绿岩通常被构造肢解,以岩片的形式与陆源物质(如浊积岩)构造混杂组成蛇绿混杂岩带.蛇绿岩的就位强调大洋岩石圈离开原位,经历多种形式的构造运动,最终卷入造山带的全部过程(Coleman, 1971; Wakabayashi and Dilek, 2003; Dilek and Furnes, 2014).经典的蛇绿岩的就位主要出现于大洋岩石圈俯冲增生过程和碰撞过程(陆-陆碰撞、弧-陆碰撞或弧-弧碰撞).如Moores(1982)Wakabayashi and Dilek(2003)依据蛇绿混杂岩就位于主动大陆边缘(俯冲增生过程)和被动大陆边缘(碰撞过程),将蛇绿混杂岩的就位分为科迪勒拉型和特提斯型.在洋-陆俯冲增生过程中,绝大部分的大洋岩石圈俯冲于大陆岩石圈之下消亡,部分被刮削下来的大洋岩石圈残片(蛇绿岩)和大洋岩石圈表面的沉积物与来自大陆的碎屑物质(通常为浊流沉积)发生构造混杂组成增生杂岩楔(Wakabayashi and Dilek, 2003Robertson, 2004; Wakabayashi, 2011),成为分隔大洋岩石圈和大陆岩石圈边界的蛇绿混杂岩带.鉴于大洋岩石圈结构的复杂性,如大洋岩石圈包含海山、洋岛、大陆碎块等物质(Robertson, 2002; Dilek and Furnes, 2011, 2014; Yang et al., 2015),随着大洋岩石圈的俯冲,这些物质也会被刮削下来以岩片形式卷入到增生杂岩带内,从而成为蛇绿混杂岩带的重要组成部分,导致蛇绿混杂岩带组成结构的复杂化.这种俯冲增生型蛇绿混杂岩带同样可出现于洋-洋俯冲过程中,所形成的蛇绿混杂岩带构成2个大洋岩石圈板块的边界,只不过其蛇绿混杂岩带中的物质组成除了包含一些岛弧物质外,很少有陆源碎屑物质的参与.随着洋-洋俯冲作用的持续发展,俯冲的大洋岩石圈逐渐消亡,其相连的被动大陆边缘岩石圈最终与俯冲带上盘的大洋岩石圈发生碰撞,导致大洋岩石圈物质仰冲到大陆岩石圈之上,构成仰冲型蛇绿混杂岩带(Gealey, 1977; Ben-Avraham et al., 1982; 朱云海等,2000Wakabayashi and Dilek, 2003; Robertson, 2004; 马冲等,2011).另外,俯冲过程中,俯冲物质发生不同程度变质,甚至深俯冲发生高压-超高压变质作用,深俯冲的高压-超高压变质岩系也会被刮削剥离,并通过俯冲隧道构造折返就位而成为蛇绿混杂岩带的组成部分(Federico et al., 2007Agard et al., 2009),如西南天山高压-超高压变质带就是洋壳深俯冲作用后通过俯冲隧道构造折返就位(Klemd et al., 2011, 2015; Li et al., 2016b, 2016c).随着俯冲作用的持续和大洋岩石圈的消亡,两大陆板块最终发生碰撞,原洋陆边界的增生杂岩带以及两大陆之间的残余大洋岩石圈即构成了两大陆板块的边界缝合带,并可能在碰撞过程中进一步被构造肢解.

        需要指出的是,上述前人对蛇绿混杂岩就位方式的研究,主要是基于线性的缝合带型蛇绿混杂岩,即这些蛇绿混杂岩的就位均发生在线性的板块边界,蛇绿岩是作为原分隔不同板块边界的大洋岩石圈的残余,其与分隔的两侧板块的相对位置没有发生变化.但是,我们近几年对西准噶尔造山带和松潘-甘孜造山带内蛇绿混杂岩的研究发现,并不是所有的蛇绿混杂岩都具有线性缝合带的意义(王国灿等,2004Zhang et al., 2018a, 2018b).这些蛇绿混杂岩的形成和宽阔的残余洋盆的构造演化过程密切相关,其就位过程与传统意义上的分隔板块边界的线性蛇绿混杂岩带的就位方式有明显差异.因此,正确厘定这类蛇绿混杂岩的分布形式和就位方式,对认识蛇绿混杂岩的大地构造意义至关重要.

      • 残余洋盆是碰撞过程中(包括陆-陆碰撞、弧-陆碰撞和弧-弧碰撞等)残余的、未彻底闭合的洋盆(李江海等,2009),并且其至少一侧受控于活动大陆边缘(Ingersoll et al., 1995).残余洋盆可以由弧前或弧后盆地和被动的陆缘盆地继承而来(Hsu, 1988李江海等,2009).残余洋盆可形成在多种构造背景下,其中,陆块边界形态不规则、多个陆块碰撞时陆块边界不匹配或存在相对刚性的难以俯冲消减的大洋岩石圈块体(如洋底高原)是形成残余洋盆的重要原因,如现今的南里海盆地、东地中海盆地和黑海盆地等(图 1)(Ingersoll et al., 1995; 李江海等,2009Mattei et al., 2017).此外,在山弯构造形成过程中,位于其核部的洋盆在山弯构造约束下也可被保留下来,进而演化成残余洋盆,如西准噶尔晚古生代残余洋盆(陈石和郭召杰,2010Chen et al., 2013, 2014; Li et al., 2015; Zhang et al., 2018a).

        图  1  特提斯及邻区现今残余洋盆及相关蛇绿混杂岩的分布

        Figure 1.  Simplified map of the Tethyan tectonic domain showing distribution of remnant-oceanic basins and related ophiolitic mélanges

        残余洋盆通常以洋壳为基底,之上填充有巨厚层的陆缘碎屑岩系(主要为浊积岩系),其源区为周围同时期快速隆升的造山带,代表了古洋盆闭合的最后区域.在盆地的消亡和随后的演化过程中,盆地内的沉积地层常发育同沉积的缩短构造或者不同规模的褶皱变形(李江海等,2009).而下伏的大洋岩石圈基底则可能被构造肢解,并且通过不同的构造方式就位于上覆的陆缘碎屑岩地层之中,便形成了残余洋盆型蛇绿混杂岩.残余洋盆型蛇绿混杂岩在构造变形、就位过程和大地构造意义上,与经典的缝合带型蛇绿混杂岩有明显差别.西准噶尔造山带和松潘-甘孜造山带是2个典型的古残余洋盆(Ingersoll et al., 1995; 张雪亭等,2005徐新等,2010Chen et al., 2013, 2014; Li et al., 2015; Liu et al., 2017a; Zhang et al., 2018a),其内部发育众多的蛇绿混杂岩带,为研究残余洋盆型蛇绿混杂岩的形成和就位提供了良好的案例.

      • 西准噶尔造山带位于中亚造山域西南缘,夹持于阿尔泰造山带和天山造山带之间,是研究古亚洲洋俯冲和闭合过程的关键区域(Xiao et al., 2010; Choulet et al., 2012).西准噶尔地区发育数量众多方向各异的蛇绿混杂岩带,著名的蛇绿混杂岩带包括唐巴勒蛇绿混杂岩带、玛依勒蛇绿混杂岩带、巴尔鲁克蛇绿混杂岩带、达尔布特蛇绿混杂岩带、白碱滩蛇绿混杂岩带等(图 2a).前人一般将这些蛇绿混杂岩带视作古块体的缝合界线(Buckman and Aitchison, 2004; Choulet et al., 2012).但是,这些蛇绿混杂岩带的产出状态及其与两侧围岩的构造关系与作为块体缝合边界的分隔特点明显不符.其特征可以总结为:(1)总体呈现出弥散性分布;(2)蛇绿混杂岩带中蛇绿岩类岩石的形成时代总是老于两侧地层;(3)蛇绿混杂岩带两侧的地层往往呈现为相同的地层单元系统,在两侧地层沉积时期,蛇绿混杂岩带不具备构造古地理的分割意义;(4)蛇绿混杂岩带主边界断层及内部构造面理多呈高角度或近直立产出.上述特点在西准噶尔克拉玛依后山地区表现尤为突出,该区大面积分布的早石炭世-晚石炭世早期富火山物质的斜坡相碎屑浊积岩地层中弥散分布着多条以断层围限的蛇绿(构造)混杂岩带,其中包括著名的达尔布特蛇绿混杂岩带、白碱滩蛇绿混杂岩带、百口泉蛇绿混杂岩带以及我们填图新界定出的哈图混杂岩带、大棍混杂岩带、克拉玛依西南混杂岩带等(图 2a).蛇绿(构造)混杂岩带的主体走向主要有南北向和北东向2种(图 2a).年代学和地球化学研究表明,这些蛇绿(构造)混杂岩带中的蛇绿岩类岩石形成于晚志留世-泥盆纪期间的弧后盆地环境,并伴随有同时期地幔热点的发育(Yang et al., 2012a, 2012b, 2013; Zhang et al., 2018b).

        图  2  西准噶尔地区地质简图(a)和横跨达尔布特和白碱滩蛇绿混杂岩带的构造剖面(b)

        Figure 2.  Simplified geological map of West Junggar (a) and cross-section through the Darbut and Baijiantan ophiolitic mélange belts showing the relationship of different lithotectonic units (b)

        该区详细的地表地质构造解剖揭示,弥散分布的蛇绿(构造)混杂岩带与两侧石炭纪地层均呈较高角度断层接触(图 2b).其中北东向蛇绿(构造)混杂岩带内部及边界的构造性质均受控于右旋走滑变形(图 3c~3e),局部保留有早期和俯冲相关的叠瓦状逆冲构造(图 3a~3b),混杂岩系主要是通过右旋转换压缩变形构造就位于石炭系浊积岩地层中(图 4b~4c);而近南北向的蛇绿(构造)混杂岩带则表现出以纯剪切的形式向上构造挤入于石炭纪地层中(图 4d~4e).不同方向蛇绿(构造)混杂岩带构造就位变形样式的差异共同反映出受近东西向挤压应力作用下的由下向上的楔入就位,预示着石炭系浊积岩下伏基底包含广泛的蛇绿混杂岩系或残余的大洋岩石圈物质(图 4a).地球物理勘探资料揭示,该区域石炭纪地层下伏基底具有高重力、高波速和中等电阻率的特征(Li et al., 2016a; Xu et al., 2016; Zhang et al., 2018a),与地表出露的蛇绿(构造)混杂岩带的展布具有良好的相关性,显示其对应广泛分布的蛇绿混杂岩或残余的大洋岩石圈组合.另外,克拉玛依后山地区广泛分布的侵入于石炭系及蛇绿混杂岩带中的晚石炭世-二叠纪后碰撞花岗岩的地球化学示踪也揭示,其源区为具有洋壳性质的年轻地壳(Chen and Arakawa, 2005; Xu et al., 2013; Gao et al., 2014),推测其源自于下伏残余的大洋岩石圈和岛弧的复合体(Chen and Arakawa, 2005),进一步佐证了石炭系下伏大量存在蛇绿混杂岩系或残余大洋岩石圈的推论.

        图  3  克拉玛依后山地区蛇绿混杂岩野外变形特征

        Figure 3.  Photographs of typical structures of the ophiolitic mélanges in the western Karamay area

        图  4  克拉玛依后山地区蛇绿混杂岩带就位过程示意

        Figure 4.  Models for emplacement of the ophiolitic mélanges in the western Karamay area

        沉积相分析显示早石炭世克拉玛依后山地区主体为斜坡相深海-半深海相沉积环境(纵瑞文等,2014龚一鸣和纵瑞文,2015);砂岩碎屑组分和碎屑锆石U-Pb年代学研究揭示,石炭系碎屑浊积岩的物源主要为早石炭世-晚石炭世早期具有岛弧性质的陆缘碎屑物质(张雷等,2015Zhang et al., 2018a).区域上岩浆岩年代学和地球化学研究也表明,早石炭世洋盆仍有俯冲消减,具有岛弧性质的岩浆活动仍比较强烈(Gao et al., 2014).但是,由于西准噶尔地区处于哈萨克斯坦山弯的核部,在山弯构造的约束下洋盆没有被彻底的俯冲闭合,而是演化成一个相对局限的残余洋盆(Chen et al., 2014),周缘具有岛弧性质的陆源区提供大量的碎屑物质,呈现为残余海盆的填满阶段,广泛沉积的浊积岩系覆于早期的蛇绿混杂岩或残余洋壳之上.在晚石炭世残余洋盆闭合过程中,由于近东西向挤压汇聚应力作用,导致下伏的蛇绿混杂岩或残余洋壳通过转换压缩或构造挤入就位于上覆相对较新的浊积岩系中.晚石炭世晚期具有陆相磨拉石特点的粗碎屑堆积(李永军等,2016),反映洋盆应闭合于晚石炭世,这也和西准噶尔地区晚石炭世-二叠纪大规模的后碰撞岩浆活动相吻合(韩宝福等,2006Xu et al., 2013; Gao et al., 2014张攀等,2015Zhang et al., 2017).残余洋盆闭合后,在二叠纪与三叠纪之交,陆内应力体系转换为南北向挤压,导致西准噶尔地区发育系列北东-南西向左行走滑断层,如达尔布特断裂和哈图断裂,这些断裂切割、叠加改造了早期的构造行迹(图 3f~3h)(李理等,2015晏文博等,2015Zhang et al., 2018a),并一定程度上控制了现今的宏观构造线方向(图 2a).

        这种较老的蛇绿(构造)混杂岩系与两侧较新的相同地层单元高角度并置的地质结构关系说明,蛇绿(构造)混杂岩带是后期通过挤压或转换挤压构造就位的结果.因此,在西准噶尔地区,蛇绿(构造)混杂岩带作为板块边界或构造单元分界线的传统理解不能真实反映区域大地构造格架和构造古地理演化.

      • 松潘-甘孜-巴颜喀拉造山带夹持于扬子板块、华北板块、昆仑-柴达木地块和羌塘地块之间,是青藏高原东北缘的重要组成部分(图 5)(She et al., 2006; Yuan et al., 2010).该区域主体由一套巨厚层的(10~15 km)三叠系碎屑复理石沉积构成.碎屑锆石年代学表明,这些复理石沉积的碎屑物质来自于周围的东昆仑造山带、秦岭-大别造山带、华北板块和扬子板块等的多源物质供给填充(Bruguier et al., 1997; She et al., 2006; Wang et al., 2009Tang et al., 2018).自晚三叠世起,这些复理石地层经历了大规模的构造变形,发育大量的褶皱和逆冲构造,进而形成了现今的松潘-甘孜-巴颜喀拉造山带.尽管对于松潘-甘孜-巴颜喀拉三叠系浊积岩盆地的成因还存在一定争议,但是目前普遍认为它是在古特提斯洋演化过程中形成的具有广袤分布的长三角形残余洋盆(Ingersoll et al., 2003张雪亭等,2005李江海等,2009).

        图  5  松潘-甘孜-巴颜喀拉山地区地质简图及横跨扎拉依蛇绿混杂岩的构造剖面

        Figure 5.  Simplified geological map of the Songpan-Ganzi-Bayan Har area and the cross-section through the Zhalayi ophiolitic mélange showing the relationship of different lithotectonic units

        与西准噶尔克拉玛依后山地区受断裂控制的弥散型分布的残余洋盆型蛇绿混杂岩带类似,松潘-甘孜-巴颜喀拉山三叠纪浊积盆地中同样分布有系列受断裂控制的、时代相对较早的(主要为二叠纪)蛇绿混杂岩断夹块(图 5)(王国灿等,2004).这种特征在中部的可可西里地区表现尤为突出,其中最醒目的有沿扎拉依断裂和麻多断裂分布的蛇绿混杂岩带(图 5).该区域内的浊积盆地主体由三叠纪巴颜喀拉山群陆源碎屑浊积岩系构成,主要岩石组合为岩屑长石砂岩、粉砂质板岩和板岩,时代主体为早-中三叠世(Wang et al., 2009).其总体构造轮廓为一系列北西西-南东东方向的复杂褶皱-断裂构造组合(图 5).主期褶皱构造的轴向为北西西-南东东向,并普遍发育透入性的轴面劈理(图 6a~6b).沿构造线方向断续出露并受断裂控制的二叠纪蛇绿混杂岩,组成主要包括二叠纪的超镁铁质岩、枕状玄武岩、蚀变基性岩、硅质岩、生物(礁)灰岩以及绿片岩相构造片岩等(图 6c~6d),总体组成上可与北部的二叠纪马尔争-布青山蛇绿混杂岩相对比(图 6e~6f).与西准噶尔地区类似,这些蛇绿混杂岩带两侧围岩均为相同的三叠纪地层系统巴颜喀拉山群,两侧构造格式也基本一致.因此,在三叠纪残余洋盆发育过程中,这些蛇绿混杂岩带也不具备构造单元的分隔意义.实际上,除上述延伸有限、规模较小的蛇绿混杂岩带外,北侧前人一般认为是分隔松潘-甘孜-巴颜喀拉地体与东昆仑地体缝合边界的马尔争-布青山蛇绿混杂岩带(Dong et al., 2018裴先治等,2018),可能也是一条规模较大的残余洋盆型蛇绿混杂岩带.通过我们1:25万地质调查发现,马尔争-布青山蛇绿混杂岩带中本身分布有以断夹块形式出现的三叠系巴颜喀拉山群,说明三叠纪时期,马尔争-布青山蛇绿混杂岩系之上可能上覆有与南部巴颜喀拉造山带相通的残余海盆浊积岩系(图 7a).另外,物源分析揭示,巴颜喀拉山群浊积岩系的物源主要来自北部东昆仑地区,与北部东昆仑地区三叠纪发育的相对浅水的早中三叠世河流-滨浅海相洪水川组和闹仓坚沟组以及半深海相希里可特组陆源碎屑岩具有共同的物源(Wang et al., 2009),反映马尔争-布青山蛇绿混杂岩带南部的巴颜喀拉山群与北部的东昆仑早中三叠世沉积属向南水体变深的同一盆地沉积体系的不同部位的产物(图 7a).从这个意义上来说,三叠纪时期马尔争-布青山蛇绿混杂岩带也不具备构造边界的分割意义,其实际为后期盆地闭合过程中构造楔入就位的产物,具有残余洋盆型蛇绿混杂岩带的特点(图 7b).

        图  6  巴颜喀拉山群及其中沿系列断裂分布的蛇绿混杂岩系的构造变形

        Figure 6.  Typical lithological characters and structures of the Bayan Har Group and the ophiolitic mélanges along a series of faults in the Bayan Har Group

        图  7  巴颜喀拉三叠纪残余洋盆演化及蛇绿混杂岩的就位过程

        Figure 7.  Models for tectonic evolution of the Bayan Har remnant oceanic basin and emplacement of the ophiolitic mélanges

        详细的野外构造解析表明,这些蛇绿混杂岩带主要经历了2期构造变形.第1期韧性变形仅局部保留在构造带中部,形成各种绿片岩相条件下的构造片岩,不对称的压力影和S-C组构等显示总体为左旋走滑韧性剪切(图 6c).第2期(主期)构造活动为构造带中蛇绿混杂岩的岩片以楔冲逆冲作用的形式构造就位于巴颜喀拉山群中,主要表现为大规模的脆韧性-脆性的断裂活动.楔冲岩席整体呈弥散状分布,两侧均为三叠系巴颜喀拉山群的碎屑浊积岩,这与上述西准噶尔克拉玛依后山地区的蛇绿混杂岩的分布特征相似.因此,我们认为这些蛇绿混杂岩逆冲岩席同样就位于残余洋盆闭合之后,即相当于巴颜喀拉山群的基底岩系在区域挤压作用下楔冲就位的结果,不具备板块缝合带的性质(图 7b).

      • 西准噶尔造山带和松潘-甘孜-巴颜喀拉造山带内的蛇绿混杂岩就位机制的研究,揭示出并不是所有的蛇绿混杂岩都具有缝合带的性质.因此,依据蛇绿混杂岩的大地构造属性,我们将蛇绿混杂岩分为缝合带型和非缝合带型2种类型(图 8).

        图  8  蛇绿混杂岩就位机制分类

        Figure 8.  Categories for emplacement of ophiolitic mélanges

        缝合带型蛇绿混杂岩具有分割洋-陆或陆-陆边界的大地构造意义,是识别古汇聚板块边界的重要标志,有关该类型蛇绿混杂岩的就位过程,前人已做了深入的研究并取得了普遍认可的成果(Coleman, 1971; Dewey, 1976; Moores, 1982; 朱云海等,2000Wakabayashi and Dilek, 2003; Metcalf and Shervais, 2008; 马冲等,2011Kaplanis et al., 2013; Liu et al., 2017b; Fu et al., 2018侯泉林,2018).本文在总结前人的研究基础之上,将缝合带型蛇绿混杂岩的就位概况为3种方式,分别是俯冲就位、仰冲就位和碰撞就位(图 8).(1)俯冲就位:在洋壳或大洋岩石圈俯冲过程中,通过俯冲刮削或俯冲折返等方式就位于增生楔中, 随着俯冲带的不断后撤,往往形成相对较宽的增生杂岩系统.其中以俯冲刮削就位的蛇绿混杂岩通常变质程度低,发育典型的叠瓦状逆冲构造,并且顺着俯冲方向,蛇绿岩形成时代可具有由新变老的分布规律;而以构造折返就位的蛇绿混杂岩往往经历俯冲增压和折返减压2个阶段,并发育高压低温和低温低压变质作用,蛇绿岩时代在横向上的分布规律性不强.(2)仰冲就位:一般表现为洋-洋俯冲作用持续发展的结果,俯冲的大洋岩石圈逐渐消亡,其相连的被动大陆边缘岩石圈最终与俯冲带上盘的大洋岩石圈发生碰撞,导致洋壳物质被仰冲推覆到陆壳或岛弧之上,形成蛇绿岩仰冲推覆体,推覆体一般保留较为完整的蛇绿岩层序.(3)碰撞就位:随着俯冲作用的持续,大洋岩石圈的消亡,在两侧块体强烈的碰撞作用下(陆-陆碰撞、弧-陆碰撞或弧-弧碰撞),原本作为洋陆边界的俯冲增生型蛇绿混杂岩带会进一步被构造肢解,并表现为大规模的逆冲推覆构造,并可伴随榴辉岩等高压变质作用;通过这种类型就位的蛇绿混杂岩通常沿线性分布.

        需要强调的是,缝合带型蛇绿混杂岩的就位可能并不只是上述某个单一的过程,而是经历了俯冲-仰冲-碰撞过程中的多阶段构造叠加,如通过俯冲或仰冲就位的蛇绿混杂岩可能在随后的碰撞(陆-陆碰撞、弧-陆碰撞或弧-弧碰撞)作用下被叠加改造,而表现为与碰撞就位类似的逆冲推覆构造变形样式(Wakabayashi and Dilek, 2003).雅鲁藏布江蛇绿混杂岩带是典型的缝合带型蛇绿混杂岩,记录了新特提斯洋的俯冲-闭合和欧亚板块与印度板块的碰撞历程(Hébert et al., 2012).研究表明,在早白垩世期间,洋内俯冲作用形成了具有SSZ性质的蛇绿岩(图 9a)(Hébert et al., 2012Dai et al., 2013程晨等,2018),随着俯冲作用的继续,俯冲带上盘大洋岩石圈在晚白垩世与南部印度板块碰撞,并向南仰冲就位到被动大陆边缘(仰冲就位),形成了系列向南逆冲的推覆构造和蛇绿岩推覆体(图 9b-1)(Xu et al., 2015).与此同时,大洋岩石圈开始向北俯冲到冈底斯岩浆弧之下,在活动大陆边缘形成了俯冲增生杂岩,并包含被刮削下来的洋壳物质(俯冲就位)(图 9b-2).随着印度板块和欧亚板块的碰撞和后碰撞的挤压,原本通过仰冲和俯冲就位的蛇绿混杂岩被叠加改造,形成了向北逆冲的蛇绿混杂岩构造岩片和一系列的背冲型逆冲断层(碰撞就位)(图 9c)(Xu et al., 2015).

        图  9  雅鲁藏布江蛇绿混杂岩就位及后期的改造示意

        Figure 9.  Tectonic model for the emplacement and modification of the Indus-Tsongpo ophiolitic mélange

        非缝合带型蛇绿混杂岩带的分布通常与残余洋盆在闭合过程中的构造过程密切相关.较宽阔的残余洋盆被周缘大陆碎屑物质填满后,在进一步的挤压应力作用下,作为碎屑填充物质基底的洋壳物质通过系列楔冲(如扎拉依和麻多蛇绿混杂岩)或转换楔入(如达尔布特和克拉玛依蛇绿混杂岩)断裂作用构造就位于上覆沉积地层中.宽泛分布的多条楔入的蛇绿混杂岩带在区域上往往表现为弥散性分布,它们与上覆浊积岩地层呈不协调的断层接触,浊积岩地层变形相对较弱,变质程度较低.单条断裂围限的蛇绿混杂岩带并不具备缝合带的分隔意义.

      • 在大洋闭合过程中,普遍存在的不规则和不匹配的块体边界、相对刚性的洋底高原或山弯构造等导致残余洋盆的发育具有相当的普遍性.残余洋盆可以出现于2个大陆之间主大洋的闭合之后,如特提斯主洋盆闭合之后,具有洋壳基底的黑海、里海和地中海至今仍然存在;而它们可能更多地发育于具有多岛弧盆特点的活动大陆边缘(弧后、弧间盆地等).尤其在增生型造山带内,不同大小、形态各异的地块或岛弧通常以软碰撞的方式拼贴在一起(Cawood et al., 2009),其间的洋盆可能由于多种边界条件的控制或存在相对刚性的大洋岩石圈(如大洋高原)未能完全闭合进而形成残余洋盆.邻近闭合的残余洋盆两侧大量陆缘碎屑物质的填满,导致残余洋盆普遍具有大洋岩石圈基底(包括早期边缘增生的杂岩楔)和陆缘碎屑沉积覆盖层的双层结构.这些残余洋盆在陆块闭合过程中动力作用相对分散,导致其变形强度及缩短量相对较低.因此,在造山带中地域分布十分宽阔,如西准噶尔和松潘-甘孜-巴颜喀拉造山带.可能正是残余洋盆发育的普遍性,成为了形成地域宽阔的增生型造山带的重要因素,如中亚造山带.

        在残余洋盆内部,局部应力集中导致下伏大洋岩石圈或早期边缘增生杂岩沿一些大型断裂构造楔入于上覆碎屑岩覆盖层中,形成残余洋盆型蛇绿混杂岩带.这些在残余洋盆内受楔冲或转换楔冲断裂控制的蛇绿混杂岩带一般呈现出多条弥散分布的特征,其两侧通常为可对比的、统一盆地内的碎屑浊积岩沉积体系,单条蛇绿混杂岩带并不具备构造单元边界的分割意义.因此,在进行造山带研究时要特别注意区分识别该类型的蛇绿混杂岩.这些弥散性分布在浊积岩地层中的残余洋盆型蛇绿混杂岩带,如果将其均作为分隔不同块体边界的缝合带,将会错误地划分出多个古洋盆,进而造成对洋陆转换和造山带演化的误判.

        蛇绿岩从形成到就位于造山带内往往经历了一个复杂的过程,导致蛇绿混杂岩内部保存了多期次的构造变形.此外,蛇绿混杂岩就位后,在后碰撞伸展环境下或者再造山过程中,早期的构造变形可能会被叠加改造或者同一条蛇绿混杂岩带被逆冲推覆或走滑切割肢解为多条位置不同的蛇绿混杂岩带.如达尔布特和白碱滩蛇绿混杂岩在通过右旋转换压缩就位后,进一步被陆内的左行走滑变形叠加改造(李理等,2015晏文博等,2015Zhang et al., 2018a);雅鲁藏布江蛇绿混杂岩的西段也被逆冲推覆断层改造成南、北2条亚带(图 9c)(刘飞等,2015; Xu et al., 2015).因此,在利用蛇绿混杂岩恢复古地理格局时,应当基于充分地野外地质解析,厘定各个变形期次所对应的大地构造事件,进而恢复古缝合带的具体位置,这对研究洋陆转换过程和造山带的演化至关重要.

    参考文献 (100)

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