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    大陆中洋壳俯冲增生杂岩带特征与识别的重大科学意义

    潘桂棠 肖庆辉 张克信 尹福光 任飞 彭智敏 王嘉轩

    引用本文:
    Citation:

    大陆中洋壳俯冲增生杂岩带特征与识别的重大科学意义

      作者简介: 潘桂棠(1941-), 男, 研究员, 博士生导师, 从事区域地质和大地构造研究..
    • 基金项目:

      国家自然科学基金项目 No.41772107

      中国地质调查局地质调查项目 DD20179386

      中国地质调查局地质调查项目 DD20190375

      中国地质调查局地质调查项目 DD2016-0345

      中国地质调查局地质调查项目 DD20190053

    • 中图分类号: P54

    Recognition of the Oceanic Subduction-Accretion Zones from the Orogenic Belt in Continents and Its Important Scientific Significance

    • 摘要: 大洋或弧后洋盆俯冲增生是大陆地壳增长的主导地质作用.重建大陆中消亡的洋地层岩石组合序列是当代大陆动力学和地学研究的重大前沿.洋壳消减杂岩带的厘定是洋板块地质构造重建乃至全球大地构造研究之纲,是理解区域大地构造形成演化及动力学的核心.俯冲增生杂岩带的基本特征:(1)俯冲增生杂岩带物质组成的共性是:以强烈构造变形洋底沉积的硅质岩-硅泥质岩-粉砂岩、凝灰岩;弧-沟浊积岩等为基质;以洋岛-海山灰岩-玄武岩及塌积砾岩,洋内弧残留岩块,超镁铁质蛇绿岩、绿片岩、蓝片岩等为岩块.(2)变形样式:同斜倒转冲断叠瓦构造、增生柱前缘重力滑动构造以及泥质岩的底辟构造;增生楔前缘变形和增生形式受控于大洋或弧后洋盆的规模和洋壳的俯冲速度,也取决于陆缘碎屑供给量及洋底沉积厚度和岩性.(3)宽度和厚度:厚常达几千米,宽达几十公里至数百公里,延长上千公里,是洋壳俯冲消亡过程洋盆地层系统及陆缘沉积物加积的结果.(4)形成机制:是大陆碰撞前大洋(或弧后洋盆)岩石圈俯冲消减的产物.结合带中的早期俯冲增生杂岩带往往卷入晚期的构造混杂作用.
    • 图 1  俯冲增生杂岩带(楔)形成的构造环境与形成过程示意

      Figure 1.  A model showing the tectonic settings and the formation process of subduction-accretion complex belts

      a.俯冲增生杂岩带的形成部位与构造环境(张克信等, 2016);b.俯冲增生杂岩带的形成过程(Wakita, 2012)

      图 2  甘肃北山马鬃山俯冲增生杂岩野外出露景观

      Figure 2.  Outcrop of the Mazongshan subduction-accretion complexes in Beishan, Gansu Province, China

      a.马鬃山增生混杂岩带在中亚造山带的位置;b.马鬃山增生混杂岩带分布区的大地构造单元划分;c.马鬃山俯冲增生杂岩野外出露景观

      图 3  佛朗西斯科俯冲增生杂岩形成的构造环境(160~90 Ma)和现今地质剖面简图

      Figure 3.  The tectonic settings of the Franciscan subduction-accretion complex (160-90 Ma) and the simplified geological profile (present) of the Francisco area

      Wakabayashi and Dilek(2011)

      图 4  伊朗东南至巴基斯坦南部的锡斯坦-俾路支地区的莫克兰俯冲增生杂岩带地质剖面

      Figure 4.  Sketch section across the Mokland subduction-accretion complex zone from southeastern Iran to southern Pakistan

      McCall et al.(1982)

      图 5  洋壳蛇绿岩和海山等洋岩石组合在海沟斜坡上的瓦解与滑塌(a, b)、以及与海沟内浊积岩一起刮削拼贴-底辟增生与逆冲推覆(c)

      Figure 5.  Disintegration of oceanic crust ophiolite and seamount assemblages on trench slopes (a, b), proliferation and thrust overthrusting of the turbidite in oceanic trench (c)

      Ogawa(1985)

      图 6  双江-耿马地区昌宁-孟连俯冲增生杂岩带地质构造剖面

      Figure 6.  Tectonic section of the Changning-Menglian subduction-accretion complex zone, Shuangjiang-Gengma area, Yunnan Province

      图 7  双江-耿马地区昌宁-孟连俯冲增生杂岩带野外特征

      Figure 7.  Field characteristics of the Changning-Menglian subduction-accretion complex zone, Shuangjiang-Gengma area, Yunnan Province

      ls.灰岩;mv.变辉长岩;seσ.蛇纹石化橄榄岩

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    出版历程
    • 收稿日期:  2019-02-21
    • 刊出日期:  2019-05-01

    大陆中洋壳俯冲增生杂岩带特征与识别的重大科学意义

      作者简介: 潘桂棠(1941-), 男, 研究员, 博士生导师, 从事区域地质和大地构造研究.
    • 1. 中国地质调查局成都地质调查中心, 四川成都 610081
    • 2. 中国地质调查局, 北京 100037
    • 3. 中国地质大学地球科学学院, 湖北武汉 430074
    基金项目:  国家自然科学基金项目 No.41772107中国地质调查局地质调查项目 DD20179386中国地质调查局地质调查项目 DD20190375中国地质调查局地质调查项目 DD2016-0345中国地质调查局地质调查项目 DD20190053

    摘要: 大洋或弧后洋盆俯冲增生是大陆地壳增长的主导地质作用.重建大陆中消亡的洋地层岩石组合序列是当代大陆动力学和地学研究的重大前沿.洋壳消减杂岩带的厘定是洋板块地质构造重建乃至全球大地构造研究之纲,是理解区域大地构造形成演化及动力学的核心.俯冲增生杂岩带的基本特征:(1)俯冲增生杂岩带物质组成的共性是:以强烈构造变形洋底沉积的硅质岩-硅泥质岩-粉砂岩、凝灰岩;弧-沟浊积岩等为基质;以洋岛-海山灰岩-玄武岩及塌积砾岩,洋内弧残留岩块,超镁铁质蛇绿岩、绿片岩、蓝片岩等为岩块.(2)变形样式:同斜倒转冲断叠瓦构造、增生柱前缘重力滑动构造以及泥质岩的底辟构造;增生楔前缘变形和增生形式受控于大洋或弧后洋盆的规模和洋壳的俯冲速度,也取决于陆缘碎屑供给量及洋底沉积厚度和岩性.(3)宽度和厚度:厚常达几千米,宽达几十公里至数百公里,延长上千公里,是洋壳俯冲消亡过程洋盆地层系统及陆缘沉积物加积的结果.(4)形成机制:是大陆碰撞前大洋(或弧后洋盆)岩石圈俯冲消减的产物.结合带中的早期俯冲增生杂岩带往往卷入晚期的构造混杂作用.

    English Abstract

      • 我国雅鲁藏布蛇绿岩、蛇绿混杂岩带是20世纪60年代板块构造刚提出时被认定的大陆中保留的一条板块缝合带,而近几年的1:5万区域地质调查实践表明,蛇绿混杂岩带只是中生代沿雅鲁藏布新特提斯洋的一部分洋壳残迹,而其南侧已识别厘定出一套晚三叠世-早白垩世含蛇绿岩残块和洋岛海山岩块的增生杂岩、深海远洋硅泥质岩增生杂岩以及弧缘斜坡浊积岩增生杂岩.换言之, 用俯冲增生杂岩带表达该缝合带更为合理和准确.

        20世纪60年代美国科学院院士许靖华命名的美国西部佛朗西斯科蛇绿混杂岩带(Hsü, 1968),而今通过洋板块地层(Ocean Plate Stratigraphy, 简称OPS)的研究,更多的人称它为美国西部加利福尼亚佛朗西斯科俯冲增生杂岩系(Wakabayashi and Dilek, 2011; Kusky et al., 2013).

        “俯冲增生杂岩带”术语比“蛇绿岩带”或“蛇绿混杂岩带”表达板块缝合带更为合理和准确.俯冲增生杂岩带是造山作用过程及其成矿环境的知识库,是研究板块构造启动年代、超大陆汇聚解体、洋陆转换过程的纽带,也是研究板块构造单元相互关系、造山带形成过程中的物质归宿、造山带形成的动力学机制以及洋壳消亡、陆壳增生机制和造山带内矿产资源的形成、分布与板块消减作用的关系的纽带,正因为如此,一直成为全球地学研究的热点,倍受地质学家们的关注(Wakabayashi and Dilek, 2011; Kusky et al., 2013; Kroner, 2015).

      • 青藏高原大地构造图(潘桂棠等, 2013)的编制主要依据1:25万区域地质调查填图确认21条增生杂岩带、蛇绿混杂岩带的时空展布.中国大地构造图(潘桂棠等, 2015)主要是在全国各省、大区成矿地质背景综合研究编制的区域大地构造图基础上,综合集成全国60多条蛇绿混杂岩带、增生杂岩带,并按其不同时代、规模及展布而编制.从我们十几年的青藏高原和全国大地构造图的编图实践中,认为洋壳消减增生及蛇绿混杂岩带的厘定是构建区域、全国乃至全球大地构造之纲.

      • 通过对中国沉积大地构造(张克信等, 2015, 2017)、中国火山岩大地构造(邢光福等, 2015, 2017)、中国侵入岩大地构造(邓晋福等, 2015, 2017)、中国变质岩大地构造(陆松年等, 2015, 2017)、中国大型变形构造(李锦轶等, 2015)和中国大地构造(潘桂棠等, 2015, 2016)系统编图与研究, 我们认为洋板块地质构造重建是认识理解区域地质构造、大地构造形成演化及动力学的核心理念.我们对中国新元古代-古生代期间的各构造演化阶段的地质构造、大地构造格局与演化认识如下(潘桂棠等, 2016):

        南华纪-震旦纪大地构造格局主要表现为:Rodinia超大陆解体,形成古亚洲洋、原特提斯洋,华北、扬子及塔里木陆块三足鼎立;震旦大洋(宽坪-佛子岭洋)及华南洋持续扩张;各陆块边缘形成陆缘裂谷或裂陷盆地.

        寒武纪-中奥陶世大地构造格局主要为:古亚洲洋、原特提斯洋持续扩张;中国西部各裂离地块从扬子、塔里木大陆裂离出来,形成秦-祁-昆多岛弧盆系,相应各陆块均在伸展背景下形成被动大陆边缘; 宽坪-北淮阳俯冲增生杂岩带形成(O2); 印度陆块北部边缘寒武纪裂陷-裂谷盆地形成,发育奥陶纪初始碳酸盐台地.

        晚奥陶世-志留纪大地构造格局主要表现为:古亚洲洋的北支额尔齐斯-索伦-温都尔庙-西拉木伦-延吉大洋双向俯冲,向北形成阿尔泰-兴蒙多岛弧盆系;向南形成天山-准噶尔-北山多岛弧盆及温都尔庙增生弧盆系,古亚洲洋的南支南天山洋向北俯冲形成那拉提-中天山岛弧;扬子西/北缘、塔里木北缘、印度北缘发育被动大陆边缘.志留纪末震旦洋、华南洋消亡,塔里木、扬子与华北构成了统一的泛华夏大陆;其西南缘形成秦-祁-昆造山系,东南缘形成华夏造山系.

        泥盆纪-中二叠世大地构造格局主要为:古亚洲洋开始消亡:天山-准噶尔-北山和阿尔泰-兴蒙造山系(C1-P2)形成;华北陆块O3-C1整体隆升后,C3-P为陆表海;扬子陆块发育陆缘裂陷盆地和陆内陆表海沉积建造;古特提斯洋开始双向俯冲,向北俯冲制约北羌塘-三江多岛弧系发育,向南俯冲形成冈底斯陆缘弧(C-P).

      • 蛇绿混杂岩与成矿关系研究以往主要瞄准在蛇绿岩中寻找铬铁矿.近年前人在与基性、超基性岩浆活动有关的岩浆与气成热液矿床(洋底火山、黑烟囱),铜、铁、锰、金、稀有金属,洋底沉积锰结核的研究中取得显著进展(Yakubchuk et al., 2012; Sillitoe, 2013; Revan et al., 2014; 张伟波和叶锦华, 2017).如洋内弧是洋内俯冲作用的产物,形成一套以岛弧拉斑玄武岩为主、少量钙碱性系列的火山弧,并产生高镁安山岩、富铌玄武岩、玄武安山岩及海相碳酸盐岩、深海相硅泥质复理石的一套火山沉积岩组合,具良好的成矿环境.近年发现与洋内弧及增生杂岩带成矿作用相关的矿床如金沙江结合带内竹巴龙-羊拉-贡卡一带的弧火山岩超大型铜矿床(王立全等, 1999);云南澜沧老厂与洋岛海山有关的海相火山岩型含铜铅锌矿床,产于石炭系中上统白云岩、灰岩,下统玄武岩、玄武质凝灰岩接触带上(朱勤文等, 1998);哀牢山结合带俯冲增生杂岩产出造山型金矿、增生楔次生金矿,如老王寨、大平等4个超大型金矿(孙晓明等, 2007).

      • 从洋陆转换论的大陆边缘多岛弧盆系构造观思考大陆地壳演化过程,其核心理念是在大陆中探寻消亡的大洋及其大陆边缘已叠接消减的弧后洋盆(王鸿祯, 1985; 潘桂棠等, 2008).大洋壳消亡和弧后洋盆的消减,都在全球地质演化过程中留下能被识别的显著标志(Robertson, 1994; 潘桂棠等, 2008; Kusky et al., 2013; 张克信等, 2014).从中国已认识的不同时代的六十多条蛇绿岩、蛇绿混杂岩带和俯冲增生杂岩带的岩石构造组合(潘桂棠等, 2015),以及对蛇绿岩、蛇绿混杂岩带和俯冲增生杂岩带时空结构和展布、超大陆裂解和聚合的时空关系研究可知(张进等, 2012; Kusky et al., 2013; Zhao et al., 2018),大洋壳消亡的残迹或弧后洋壳消减的遗迹在不同大地构造部位、不同时空尺度、不同地质构造环境,被大地构造学家命名为板块缝合带(李春昱等, 1984; Windley, 1984)、俯冲带(郭令智等, 1983; Windley, 1984)、对接消减带(王鸿祯, 1985)、结合带(潘桂棠等, 2008)或弧陆碰撞带和弧弧碰撞带(Brown and Ryan, 2011)等多种术语.

      • 板块缝合带、俯冲带是20世纪60年代板块构造学说创生后提出的板块划分的三大边界之一(Windley, 1984),李春昱在1981年组织的“板块构造学习班”上指出,两板块相遇时,其间的接触带叫做缝合带(Suture Zone).一个板块的边缘部分向着大陆部分俯冲称为俯冲带,俯冲带也称为贝尼奥夫或毕乌夫带,现代深海沟的所在,代表大陆边缘的俯冲带(李三忠等, 2017).板块缝合带包括了很宽的俯冲增生杂岩,代表已消减的大洋壳残留物以及一部分弧前增生楔、陆缘浊积岩组成,是在大洋消亡过程形成的(潘桂棠等, 2008).

      • 王鸿祯先生等在20世纪80年代和90年代研究归纳和总结中国及邻区大地构造形成演化时,将缝合带分为2类:对接消减带和叠接消减带(王鸿祯, 1985).

        依据中国大地构造基本特征及其洋陆构造体制演化规律,我们提出对接带是与陆块区和造山系并置的一级大地构造单元,是由洲际大洋扩张-俯冲消亡演化、周期达6亿年左右、由大洋壳俯冲、碰撞形成宽阔的消减增生杂岩带、蛇绿混杂岩带、洋岛-海山以及侵位于俯冲增生楔之中的增生岩浆弧等组成的复杂构造域,具有揭示古大洋岩石圈构造体制的功能(潘桂棠等, 2008, 2015; 张克信等, 2018).

        对接带与邻接的向洋跃迁的复合岩浆弧(前锋弧)具俯冲碰撞过程同步构造岩浆热事件的构造演化过程,表现为3种大地构造背景和赋存状态(潘桂棠等, 2015):

        (1) 位于2个先存大陆及其大陆边缘多岛弧盆系构造转化的造山系之间,如印度陆块及喜马拉雅-冈底斯造山系与扬子陆块及羌塘-三江造山系之间的班公湖-双湖-怒江-昌宁-孟连(特提斯大洋消减)对接带(潘桂棠等, 2015; 张克信等, 2017).

        (2) 位于一个大陆区被动边缘与另一个大陆及其大陆边缘多岛弧盆系构造转化为造山系之间,如塔里木陆块北部边缘与天山-准噶尔-北山造山系之间的南天山-牛圈子-洗肠井-恩格尔乌苏(古亚洲洋南支)对接带(潘桂棠等, 2015; Wang et al., 2018).

        (3) 位于一个大陆区活动陆缘与另一大陆及其大陆边缘多岛弧盆系构造转化为造山系之间,如华北陆缘与西伯利亚大陆及南缘兴蒙造山系之间的索伦山-西拉木伦(古亚洲洋消减)对接带(Jian et al., 2010; 潘桂棠等, 2015).

      • 俯冲增生杂岩带也称增生楔、增生棱柱体或消减杂岩,是指保存在俯冲消减带中的洋盆消亡的残迹,是在海洋板块俯冲过程中被刮削下来的海沟浊积岩、远洋沉积物和大洋板块残片,经构造搬运并堆叠在岛弧前的上覆板块前端形成的以逆冲断层为边界的楔形地质体,是消减带的重要组成部分(Isozaki et al., 1990; 潘桂棠等, 2008).它是由不同时代、不同构造环境、不同变质程度和不同变形样式的洋盆地层系统和陆(弧)缘斜坡地层系混杂在一起经强烈构造剪切的构造地层及岩石的组合体(张克信等, 2001; Kroner, 2015).洋盆地层系统通常可见洋壳残片、洋岛-海山、远洋沉积物、深水浊积扇等组成(图 1图 2).增生杂岩带地层结构局部有序、总体无序(Kusky et al., 2013).增生杂岩带内普遍有被肢解的蛇绿岩和巨大的韧性剪切带以及高压超高压变质带(陆松年等, 2015, 2017).

        图  1  俯冲增生杂岩带(楔)形成的构造环境与形成过程示意

        Figure 1.  A model showing the tectonic settings and the formation process of subduction-accretion complex belts

        图  2  甘肃北山马鬃山俯冲增生杂岩野外出露景观

        Figure 2.  Outcrop of the Mazongshan subduction-accretion complexes in Beishan, Gansu Province, China

      • 混杂岩术语是1919年Greenly在英国威尔士Anglesey岛填图时首先引入的(Greenly, 1919),其特征是原始层序完全被破坏,坚硬的块体包裹于破碎的基质之中.大量研究表明混杂岩广泛分布于世界各地的造山带.许靖华从板块构造理论出发,指出混杂岩主要产于板块的俯冲增生带,认为混杂岩仅指构造混杂岩(Tectonic Mélange),并对混杂岩定义为:混杂岩是变形岩石的集合体,其特征是在被普遍剪切的基质中的含有构造混入的碎块或岩块,它们最长可达数英里(Hsü, 1968).Reymond(1975)所下的定义是:混杂岩是一种能以1:24 000或更小比例尺填图的岩石,其特征是缺乏接触关系或地层的内部连续性,且在细粒的破碎基质中含有各种尺度的外来和原地碎块及岩块的包体.1978年在美国加利福尼亚举行了混杂岩专题讨论会,1980年Silver and Beutner(1980)的会议报道:混杂岩是描述一个可填图(1:25 000或更小比例尺)的内部破碎混杂岩体的术语,它包含通常处在透入性变形基质中的各种块体.

        近年研究表明混杂岩具有如下特征:(1)广泛出露于造山带的增生楔中,具有“基质中包含岩块”的典型结构,能以1:25 000或更小比例尺填图的地质单元;(2)基质普遍劈理化(脆韧性剪切),基质与各种类型的岩块间为脆-韧性断层接触,致使洋板块地层体内部不连续;(3)基质常遭受浅变质,原岩以浊积岩为主,包含远洋硅泥质建造;(4)基质中包含各种粒径的岩块(如超基性岩、基性岩、灰岩块等; Myhill, 2011Saleeby, 2011; Wakabayashi and Dilek, 2011).

        洋壳俯冲消减增生是大陆地壳增长的主要地质作用,其中主要包括侧向生长和垂向生长2种增生方式.大洋壳俯冲消减及其弧盆系转化为造山系的前缘增生和刮削作用导致增生大陆壳的侧向增长,而大洋俯冲消减、岩石圈拆沉制约壳幔岩浆底侵作用,表现为大陆壳垂向生长.

      • 识别洋壳俯冲增生杂岩的方法、研究增生杂岩带的基本特征及其时空构造演化是板块汇聚边缘地质学、洋板块地质学、造山带地质学以及前寒武纪地质学中最突出的科学问题.

        现代板块汇聚边缘的增生沉积楔反映了俯冲构造作用与沉积作用间复杂的相互作用(Robertson, 1994; 李三忠等, 2017).增生楔主要在海沟外侧(向洋一侧)、海沟轴部和海沟内坡,并与向陆一侧的岛弧及其弧前盆地相邻接(Isozaki et al., 1990; 潘桂棠等, 2008; Wakita, 2012).要理解洋壳俯冲增生杂岩,最好先了解全球典型的俯冲增生杂岩实例及基本特征.

      • 加利福尼亚地区俯冲增生杂岩主要由3个部分组成:晚中生代佛朗西斯科俯冲增生杂岩、大谷地与弧盆系(内华达岩浆弧).三者从晚侏罗世-白垩纪一直到中新世呈同步演化过程, 在向东俯冲的过程中,增生杂岩形成于板片俯冲刮削拼贴和底辟作用(Wakabayashi and Dilek, 2011).根据岩石构造组合和构造特征,分为3个带(图 3):

        图  3  佛朗西斯科俯冲增生杂岩形成的构造环境(160~90 Ma)和现今地质剖面简图

        Figure 3.  The tectonic settings of the Franciscan subduction-accretion complex (160-90 Ma) and the simplified geological profile (present) of the Francisco area

        (1) 西部海岸带:绝大部分地层都是砂页岩,有少量砾岩、洋岛火山岩、灰岩和硅质岩.带内出现剪切构造、香肠构造和层位连续的冲断构造以及变形较多的褶皱构造等变形形式,较窄的、剪切较强的岩石变形带代表各个北东向的冲断带.

        (2) 中部蛇绿混杂岩带:各类火山岩包括枕状熔岩、枕状角砾熔岩、火山砾岩和灰岩,呈大小不等的岩块混杂于砂页岩中.混杂岩宽度超过20 km,从东向西,时代从晚白垩世到中新世.

        (3) 东部杂砂岩和片岩带:为发育良好的陆坡盆地和水道海底扇相,厚层半深海陆坡砂泥岩沉积相组合.

        通过对OPS重建研究,揭示大洋板块从侏罗纪到中新世持续俯冲和幕式增生的复杂演化过程.

      • 印度尼西亚岛弧前缘的巽他海沟-俯冲增生杂岩系从西北的缅甸至苏门答腊弧、爪哇弧、松巴岛弧至东部的斑达岛弧(与澳洲大陆的弧陆碰撞带)绵延长达5 000 km.自二叠纪以来,沿此岛弧链一直发生着(或间歇性)大洋板块的俯冲作用.导致汇聚边缘外侧形成一个宽达150 km的巽他海沟增生柱-俯冲增生岩系,包括白垩纪-古近纪增生杂岩.俯冲系统还包括印度洋俯冲洋壳残余组成的增生杂岩,以及发育于弧前盆地第三纪-现代的沉积物(Simandjuntak and Barber, 1996).源于喜马拉雅碰撞带剥蚀的碎屑物搬运到孟加拉海底扇,最大厚度在缅甸西侧达16 km,一条大型海底水道又将沉积物向南搬运了300 km到巽他海沟.Hamilton(1978)指出,在6°S处海沟轴部所发现的石英质、云母质和粉砂质浊积岩来源于喜马拉雅.海沟增生楔体基本上由碎屑流浊流沉积物构成,海沟内坡常为深海沉积,也会发育峡谷水道海底扇沉积.后期的浊流沉积进入较深的楔顶盆地,不整合覆盖于早期的同斜倒转冲断褶皱作用浊积岩之上.

      • 伊朗东南至巴基斯坦南部的锡斯坦-俾路支地区的莫克兰俯冲增生杂岩带是亚洲大陆规模最大的俯冲增生杂岩带,分布在伊朗东南至巴基斯坦南部的锡斯坦-俾路支地区,称为莫克兰俯冲增生岩系.增生岩系西端在赫尔姆兹海峡,东至卡拉奇附近,在陆上延伸达千余公里,出露宽达300多千米.其北的弧盆系为贾盖山岛弧(陆缘弧)及南侧的达尔邦丁弧前盆地(图 4McCall et al., 1982).

        图  4  伊朗东南至巴基斯坦南部的锡斯坦-俾路支地区的莫克兰俯冲增生杂岩带地质剖面

        Figure 4.  Sketch section across the Mokland subduction-accretion complex zone from southeastern Iran to southern Pakistan

        贾盖山岛弧以白垩纪到新生代安山质火山活动为主,安山质熔岩、凝灰岩及火山角砾岩厚4 000~6 000 m,晚白垩世海相灰岩的夹层表明其海相环境;但有陆相红层的沉积夹层,喷发活动又有陆上环境.也见广泛的花岗岩基侵入,主要有晚白垩世和古近纪的闪长岩、花岗闪长岩和花岗岩,该岛弧离海岸400~500 km.达尔邦丁-萨因达克-阿拉姆勒吉弧前盆地:由古近纪泥岩、浊积砂岩、火山碎屑砂岩及藻层纹层状灰岩组成,夹有滑塌灰岩碎屑的砾岩透镜体.莫克兰增生杂岩带由北向南可分为下列几个构造单元(McCall et al., 1982):

        (1) 内莫克兰(扩张带)蛇绿岩带:有3种蛇绿岩:一是塞浦路斯型蛇绿岩组合(K1-E1),二是辉长岩-枕状玄武岩及奥长花岗岩组合(K),三是橄榄岩-橄长岩-堆晶辉长岩-辉长岩和奥长花岗岩组合(K1-E1),其上为辉绿岩墙、枕状熔岩及深海沉积物,局部可见蓝片岩.

        (2) Bajgan-Dur-Kan早期弧前增生楔带:主要为Bajgan绿片岩相、角闪岩相古生代变质杂岩及陆缘灰岩(K1-E1)的冲断层岩片.

        (3) 杂色蛇绿混杂岩带:较齐全的蛇绿岩组合、放射虫硅质岩(侏罗纪和科尼亚克期)和深海球截虫灰岩块混杂于远源浊积岩中,但也可见放射虫硅质岩和深海灰岩呈互层出现,也见枕状熔岩和硅泥质沉积岩呈互层出现,最新岩石是古新世早期微晶灰岩,还可能存在洋岛火山岩.

        (4) 始新世-渐新世复理石带:主要是一套巨厚的远源钙质浊流沉积岩.大多数浊积岩层都已发生强应变褶皱变形(尖顶、同斜等形态)和一系列北倾逆冲断层.

        (5) 渐新世-中新世复理石带:其是由渐新世到中新世早期的远源浊积岩,中新世中期为近源相沉积.其变形样式类似于始新世-渐新世复理石带,也发育外来岩块,渐新世后退式洋壳俯冲(向南迁移)、始新世复理石带隆起,也提供了该带的物源区.

        (6) 中新世浅海沉积带:浅水陆棚蒸发岩和礁灰岩发育,向上局部发育河流扇积砾岩.这个层序形成极大的向斜山链.其基底是俯冲洋壳或已增生混杂的破碎洋壳岩石组成.

        McCall et al.(1982)认为,莫克兰增生杂岩系的增生作用从侏罗纪开始一直持续至今,海沟向南迁移的后退式俯冲,阿曼湾俯冲板块的倾角只有1°左右,越向内陆俯冲倾角越陡,一直持续至将来阿曼与莫克兰的碰撞.

      • 环太平洋构造域规模最壮观的日本岛弧及其东南和南侧的俯冲增生杂岩带(Ogawa, 1985; Ogawa and Taniguchi, 1987; Wakita, 2012; Safonova et al., 2014).日本岛弧主要由二叠纪和三叠纪黑濑川和午鹤构造带的岩浆岩组成,包含奥长花岗岩、石英闪长岩、石英二长岩、花岗岩以及变质岩(闪片岩和蛇纹岩).中新世日本海弧后扩张,日本弧从欧亚大陆分离.

        在岛弧东南侧,以中央构造线为界,中生代以来形成了数条俯冲增生带.在长野经鱼川-静冈近南北向断裂带以东富士山脉一带,自北往南为侏罗纪佐川增生杂岩带、三宝山增生杂岩带(J3-K1)、四万十增生杂岩带(K-E)及濑户川-丹泽增生杂岩带(E).俯冲增生楔主要由海沟内浊积岩、洋壳蛇绿岩和海山等洋岩石组合的构造侵位形成:包含洋底海山在海沟向洋侧斜坡上的破裂与瓦解和向陆侧的滑塌增生(图 5a5b)、刮削拼贴-底辟与逆冲推覆增生(图 5cOgawa, 1985).

        图  5  洋壳蛇绿岩和海山等洋岩石组合在海沟斜坡上的瓦解与滑塌(a, b)、以及与海沟内浊积岩一起刮削拼贴-底辟增生与逆冲推覆(c)

        Figure 5.  Disintegration of oceanic crust ophiolite and seamount assemblages on trench slopes (a, b), proliferation and thrust overthrusting of the turbidite in oceanic trench (c)

        突出表现为四万十带,称四万十超群俯冲增生杂岩带,位于三波川高压低温变质带(J)和秩父带(白垩纪弧前陆架盆地)及其下伏侏罗纪三宝山俯冲杂岩带之南东侧.从南西诸岛(冲绳、奄美等)、九州南部、四国南部、纪伊半岛、赤石山和关东山及东京南东侧的房总半岛,走向延伸达1 800 km,在纪伊半岛宽达70 km.

        四万十带杂岩是第一个被报道的古增生楔,其沿着日本东南海岸一直延伸到富士山-伊豆地区,目前被划分为白垩纪和古近纪2个部分.该杂岩主要由厚层的粗粒浊积岩组成,其中可见相对较薄的混杂岩夹层.浊积岩单元在北倾逆冲断层的作用下呈叠瓦状产出,而混杂岩则由于多期构造的影响,厚度较小,剪切变形程度较高,主要分布在2个复理石建造的构造带中.通过对北四万十带中的混杂岩所进行的OPS还原,得到的地层序列如下:大洋玄武岩早于瓦兰今阶,硅质岩从欧特里沃阶到森诺曼阶,半深海硅质页岩从土伦阶到坎潘阶.

        四万十带分为北带下四万十群(J3-K)和南带上四万十群(E-N1).南北两带的下部均常见蛇绿混杂岩,其上复理石是陆源浊积岩和泥岩交替出现,厚度可达数公里,岩层强烈变形,褶皱冲断作用常呈叠瓦构造样式.从横剖面上,沉积物年代向洋方向愈趋年轻.而且常见变形轻微的增生沉积与下伏变形强的岩石组合呈不整合接触.侏罗纪晚期,库拉(Kula)板块向北俯冲后,在早期的双变质带之南东侧增生秩父带和三宝山带.其上发育白垩纪弧前盆地,沉积了巨厚的4个向上变细的浊积岩系沉积旋回层.弧前盆地外缘增生楔成为向洋活动的海沟陆坡坡折带,使较老的混杂岩(伴有洋壳玄武岩块和红色硅质岩)以及滑塌沉积块体和浊流,通向海底扇峡谷进入海沟内壁和底部,形成楔顶盆地.

        白垩纪持续的俯冲作用,又使向东南增生的弧前盆地沉积物变形变质,并在东南方向形成新的增生楔状体,这种演化一直持续到古近纪直至中新世中期,形成新的弧前盆地及弧前构造高地,新的海沟陆坡坡折带-海沟内坡-海沟环境.古近纪的海沟坡折带可见较宽的蛇绿混杂岩带和其上的复理石浊积岩和海底扇峡谷砂砾岩.

      • 班公湖-双湖-怒江-昌宁-孟连增生杂岩带,是通过原-古特提斯大洋板块俯冲物质聚集而成的对接带,并且保存下来成为中国大陆上规模最大的俯冲增生杂岩带(图 6).从西部班公湖-双湖到昌宁-孟连走向上延伸达2 000 km,最大出露宽度在87°E左右处,北起玛依岗日,到南段尼玛北西近200 km,主要由著名的龙木错-双湖蛇绿混杂增生杂岩带、班公湖-怒江增生杂岩带及昌宁-孟连增生杂岩带3个主要单元组成(潘桂棠等, 2013, 2015; 冯益民和张越, 2018),其北侧望果山、日湾茶卡地区发现早石炭世岛弧型花岗岩,其锆石U-Pb年龄为350~358 Ma.确认火山弧安山岩年龄为346~358 Ma(江庆源等, 2014Jiang et al., 2015),在南段昌宁-孟连增生杂岩带东侧到临沧岩浆弧内,近年发现奥陶纪岛弧型岩浆岩,表现出原古特提斯大洋向北-北东俯冲制约北羌塘-三江弧盆系形成的地质记录.

        图  6  双江-耿马地区昌宁-孟连俯冲增生杂岩带地质构造剖面

        Figure 6.  Tectonic section of the Changning-Menglian subduction-accretion complex zone, Shuangjiang-Gengma area, Yunnan Province

        最具代表性的增生杂岩带的实例来自李才等多年的调查研究,推翻了羌塘中央长期被认为是基底隆起带,并在该带桃形湖、岗玛错、果干加年山、龙木错、玛依岗日、角木日、西雅尔岗、双湖等发现了大量蛇绿岩、蛇绿混杂岩单元,各单元的蛇绿岩主要由超基性岩、辉长岩、堆晶辉长岩、斜长花岗岩、块状玄武岩、枕状玄武岩、辉绿岩岩墙群组成,其时代从寒武纪到二叠纪(李才, 1987李才等, 2004, 2006, 2008, 2009翟庆国等, 2004, 2010翟庆国和李才,2007王立全等,2008胡培远等, 2014).其基质为绿片岩、云母石英片岩.增生杂岩带在时空结构上非常复杂.每隔几百米或几公里不同时代的蛇绿岩中堆晶辉长岩、MORB型玄武岩或硅质岩等呈断块重复出现,总体而言,寒武-奥陶纪的蛇绿岩在北侧,石炭-二叠纪的蛇绿岩在南侧,例如在果干加年山(李才面告),蛇绿混杂岩带的南部边缘从岗玛日-果干加年山南坡、龙木错地区向东到兰岭、双湖等发现的榴辉岩、蓝片岩透镜体(李才, 1987邓希光等, 2000, 2002Kapp et al., 2000, 2003翟庆国等, 2009)断续出露也达500 km,榴辉岩原岩有典型N-MORB型,也有E-MORB型和OIB型地球化学特征.变质带之南,在绒玛-兰岭地区可见基性玄武岩高压变质蓝片岩和大规模蓝闪石大理岩相伴生产出,具有典型的洋岛-海山二元结构特征,玄武岩显示OIB特征(翟庆国等,2009Zhai et al., 2011),构成了典型的含洋岛海山岩块的增生杂岩带.

        南羌塘的晚三叠世到侏罗纪盆地,因基底为多硅白云母片岩、绿片岩、云母石英片岩的增生杂岩,被认为是残余盆地,也有认为是上叠的楔顶盆地.其南侧则是班公湖-怒江蛇绿混杂岩带及增生杂岩带(潘桂棠等, 1983, 1997, 2004, 2013; 彭兴阶和胡长寿, 1993; 莫宣学和潘桂棠, 2006; 耿全如等, 2011).该带蛇绿岩在西段班公湖南岸及改则洞错等地均可见完整蛇绿岩三位一体组合.其中辉长岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为221~190 Ma,但近几年在洞错舍玛拉沟发现榴闪岩,经历了高压麻粒岩相和角闪岩相二次变质作用.榴闪岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为254±2 Ma(王保弟等, 2015),表明该带洋盆发育时限可追索到二叠纪.其显示与龙木错-双湖带是同属原古特提斯大洋俯冲消亡的例证.班公湖-怒江带中段尼玛-东巧-安多至索县一带均可见SSZ型蛇绿岩,呈断块状散布在木嘎岗日浊积岩及洋底沉积硅质岩-硅泥质岩构成的增生杂岩中.在东巧地区还见有志留纪、泥盆纪、石炭-二叠纪的大小不等的大理岩岩块和灰岩岩块,以及侏罗纪玄武岩、枕状玄武岩、堆晶辉长岩、橄榄岩等岩块混杂在宽达60 km的增生杂岩带中.

        东段丁青-八宿-察瓦龙蛇绿混杂增生杂岩带,丁青蛇绿岩组合齐全,在丁青哇热拉山一带有厚达1 200 m由纯橄岩-二辉橄榄岩厘米级互层的堆晶杂岩组成(潘桂棠等, 1983).左贡扎玉-碧土玉曲河两岸,还发现石炭-二叠纪亚速尔型洋岛、夏威夷型洋岛海山的玄武岩及灰岩的岩块,以及硅质岩中含晚石炭世放射虫Albaillella sp.及牙形石(吴根耀, 2006).

        昌宁-孟连增生杂岩带是原-古特提斯大洋俯冲消亡地质记录保存最好的区带.早期在曼信和铜厂街发现具有N-MORB型洋脊玄武岩,时代为中泥盆世(张旗等, 1985),铜厂街蛇绿岩组合齐全,含放射虫硅质岩等组成的蛇绿混杂岩,基质为强剪切变形的绢云片岩、绢云石英片岩及绿帘阳起片岩,原岩为浊积岩-硅质泥岩,近年来在南汀河蛇绿岩中获得堆晶辉长岩和块状辉长岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为473 Ma和443 Ma(王保弟等, 2013);云南地质调查院孙载波等在长期被认为的中元古代澜沧江岩群中发现湾河蛇绿混杂岩,变质堆晶辉长岩锆石U-Pb年代为470.8 Ma,并首次确认勐库榴辉岩;成都地质调查中心彭志敏等将澜沧岩群划分出5个岩组,并发现一系列高压超高压变质岩、蓝片岩、榴闪岩、榴辉岩呈南北向带状展布,从东向西表现为高压低温→高压中温→高压低温变质相分布.从双江-耿马东西向横穿增生杂岩带(图 6图 7),由东向西可见高压超高压俯冲折返带,弧-沟间浊积岩增生楔、牛井山蛇绿混杂岩带,远洋硅质泥质沉积增生楔,再向西可见耿马回爱、帕秋泥盆-石炭纪洋岛海山增生带,以及石炭-二叠纪(平掌-鱼塘寨组)等不同时代的洋岛海山广泛分布在昌宁-孟连增生杂岩带的西部(刘本培等, 1993朱勤文等, 1998沈上越等, 2002).

        图  7  双江-耿马地区昌宁-孟连俯冲增生杂岩带野外特征

        Figure 7.  Field characteristics of the Changning-Menglian subduction-accretion complex zone, Shuangjiang-Gengma area, Yunnan Province

      • (1) 俯冲增生杂岩带的物质组成:从环太平洋的日本岛弧东南侧的四万十带→俄罗斯远东的科里亚克山→阿拉斯加湾丘岗芝→加利福尼亚弗朗西斯科岩系,从特提斯构造域的伊朗莫克兰到雅鲁藏布江、班公湖-双湖-怒江带以及南昆仑俯冲增生杂岩带等,共同的岩石构造组合类型:硅质岩(红、灰及绿色)-硅泥质页岩,粉砂岩-浊积砂岩、凝灰岩-泥质板岩,并有灰岩、扇砾岩及枕状玄武岩、绿片岩等各类片岩.浊积岩:弧前陆坡相/海沟内壁浊积扇相(内扇、中扇及外扇)/深海盆地相.

        (2) 俯冲消减增生杂岩带内的(构造)单元划分:蛇绿岩、蛇绿混杂岩带只是其中代表原洋壳俯冲消减的地质单元,还可划分出含洋岛-海山岩块增生杂岩带、含洋内弧残块增生杂岩带、含陆壳变质杂岩块增生带、含蓝片岩、榴辉岩高压超高压变质带,以及洋底沉积增生杂岩带、近海沟内壁陆源浊积岩增生楔、弧前斜坡增生楔等.

        (3) 俯冲消减增生杂岩带的变形样式:由于增生杂岩体常以其下方增生楔持续堆叠加宽,且表现为上老下新的“层序”倒置的特色,构造样式为同斜倒转冲断作用的叠瓦构造、增生柱前缘的重力滑动构造以及泥质岩的底辟构造发育.经历俯冲、折返、碰撞和后期构造改造,其构造样式更趋复杂化.增生楔前缘的变形还受控于大洋或弧后洋盆的规模,取决于洋壳的俯冲速度,也取决于陆缘碎屑供给量及洋底沉积厚度和岩性.

        (4) 俯冲消减增生杂岩带的宽度和厚度:是洋壳俯冲消亡演化过程,弧缘沉积物和洋底沉积加积的结果,厚度通常达几百至几千米,宽度达几十公里至数百公里,延长上千公里.

        (5) 俯冲增生杂岩带增生的主控因素:俯冲增生杂岩带的形成主体与大陆碰撞前大洋(或弧后洋盆)岩石圈俯冲消减密切相关,而蛇绿岩、蛇绿混杂岩带通常是大洋壳或弧后洋壳的俯冲消减的地质记录,受控于弧-弧、弧-陆拼贴及陆-陆碰撞过程.在对接带或结合带中,俯冲增生杂岩带的时空结构组成更宽厚,它包含有蛇绿混杂岩带及洋岛-海山.早期俯冲增生杂岩带或SSZ型蛇绿岩和蛇绿混杂岩往往卷入晚期碰撞过程的构造混杂作用.

        (6) 俯冲增生杂岩带的成矿条件:增生杂岩带内发育大量的流体,含有大型、超大型铜、金和多金属矿床,全球有1/3的金矿分布于俯冲-增生杂岩带内,环太平洋成矿带就是俯冲-增生造山型成矿的具体实例.全球最大增生楔之一的阿拉斯加增生杂岩带中赋存有不同规模的金矿床.

    参考文献 (183)

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