2016年04月08日 星期五

研究亮点

张进课题组- GR、Lithosphere、JSG、Lithos、IGR、JAES等:
阿拉善地区专题填图揭示古亚洲洋洋陆转换及陆内演化过程

来源:地调局地质所 作者:张进,科技处 发布时间:2021-12-31

  阿拉善地块东接华北克拉通,南北祁连造山带,北侧为中亚造山带,整体位于古亚洲洋构造域、特提斯构造域和太平洋构造域的交汇部位,构造位置关键目前围绕阿拉善地块还存在一系列科学问题或争议,如阿拉善地块的构造属性、中亚造山带在该地区的构造演化过程、阿拉善地块在中生代的陆内变形特征以及新生代对青藏高原隆升和扩展的响应等。针对上述问题,中国地质科学院地质研究所的张进研究员带领的科研团队选取阿拉善典型地区开展系列专题地质填图,取得如下成果

1.确定了阿拉善东缘新太古代岩浆作用事件及地块属性

  在阿拉善地块东缘识别出新太古代2.6Ga的岩浆事件,锆石Hf同位素研究表明狼山地区布斯格岩群副片麻岩的成岩物质来源于古老地壳的再造,与华北克拉通西部的阴山地块和孔兹岩带相比,具有不同的演化路径,暗示狼山地区在太古代可能为独立的地体,直到古元古代中-晚期卷入到了孔兹岩带中,并与之共同经历了峰期为1.93Ga1.85Ga的变质事件(1),形成了近东西向的褶皱(图1)


 1 阿拉善地块、孔兹岩带和阴山地块锆石U-Pb年龄频谱对比(左)和布斯格岩群多期褶皱叠加(右)

2.发现并建立阿拉善晚古生代末-三叠世巨型右行剪切系统

  阿拉善地块周缘及内部出露了多条方位不同,但运动学性质均为右行剪切的韧性剪切带,例如南缘NW-SE走向的龙首山剪切带、中部SWW-NEE走向的雅布赖剪切带以及北缘NNE向的塔木素剪切带EW走向的狼山剪切带。通过大比例尺地质填图、剪切带追踪、系统构造解析等方法确定了以上剪切带的规模延伸相互联接特征,限定了剪切系统形成于晚二叠世末-三叠世(~255-245 Ma)。结合阿拉善地区航磁异常图像,揭示了阿拉善地区发育表现为“S-C”形的地壳规模的剪切系统(图2。阿拉善地区的右行韧性剪切带向西可以与天山-北山造山带的晚古生代右行韧性剪切带相连,向东可与华北北缘和中亚造山带南缘的近东西向右行韧性剪切带相连,共同构成了中亚造山带南缘延伸长度超过3000 km的巨型陆内剪切系统,代表了古亚洲洋闭合后的大规模陆内调整和剪切(图2该研究综合了目前中亚造山带右行剪切带的构造和年代学成果,Franz Neubauer教授以及匿名同行评价认为本研究中亚造山带南缘二叠纪-三叠纪大规模走滑剪切带的东延提供了关键的构造约束,对中亚造山带构造演化的研究有重要贡献


图2 地表露头和航磁异常共同揭示的阿拉善晚古生代-早中生代“S-C”形右行韧性剪切系统(左)和中亚造山带南缘剪切系统(右)

3.恢复了晚古生代阿拉善东北缘的俯冲-增生过程

  阿拉善东北缘狼山地区发育中晚二叠世(~280-250 Ma)花岗岩和辉长岩,全岩地化和同位素特征表明,花岗岩属于高钾钙碱性、弱过铝质系列,具有高87Sr/86Sr比值(0.7072-0.7196)、低εNd(t)值和εHf(t)值的特征,同时还具有明显的埃达克质岩石特征(Sr/Y=27-100(La/Yb)N=13-50)是由富石榴子石角闪岩或长英质榴辉岩的部分熔融形成的,可能是布斯格岩群部分熔融的产物。辉长岩产生于受古老地壳熔体交代的岩石圈地幔的部分熔融,具有活动大陆边缘的构造属性。岩浆岩年龄具有SENW逐渐变年轻的趋势,反映了恩格尔乌苏大洋板块的俯冲后撤过程。根据岩浆岩地球化学特征计算得出中晚二叠世陆壳加厚至59 km可能与古亚洲洋闭合引起陆陆碰撞/弧陆碰撞有关(图3。综合构造变形、岩石学和沉积学研究,建立了中亚造山带中段晚古生代的洋陆转换过程(图3)


图 3 阿拉善地块北缘中二叠世-早三叠世地壳厚度变化(左)和中亚造山带中段构造演化(右)

4.建立了阿拉善中生代变形序列

  阿拉善及其以北的蒙古国南部是亚洲最为特征的陆内变形发育区。通过构造专题填图发现阿拉善地块晚三叠世东、西两侧各发育一条NE走向的大型左行走滑断裂,控制阿拉善地块逆时针旋转,其成因与扬子克拉通和华北克拉通的碰撞有关。晚侏罗世阿拉善地块受到多个方向的挤压作用,发育多方向的逆冲推覆构造以及盆地反转东部古太平洋板块向东亚大陆的低角度俯冲,南部拉萨地块和羌塘的碰撞以及北蒙古-鄂霍次克洋的关闭都对这一时期阿拉善的挤压变形有贡献。早白垩世阿拉善地块经历NW-SE方向的伸展,形成大量NE向断陷盆地及溢流玄武岩,可能与古太平洋俯冲板块的后撤有关。晚白垩世阿拉善地块东缘发育近南北向左行剪切,上、下白垩统之间发育角度不整合是对欧亚大陆东南缘斜向汇聚剪切作用的响应,代表了古太平洋板块俯冲影响的最西界(图4)。长期致力于研究陆内变形的Laura Webb教授和Pete Lippert评价说能将复杂多的变形鉴别开并呈现出来是一项极具挑战的任务,狼山以及阿拉善地区中生代以来的变形是中亚地区目前已知的记录变形期次最多的地区,为未来中亚地区的大地构造、地球动力学和古地理恢复提供重要的基础性数据。本部分成果发表在Elsevier出版的Encyclopedia of Geology (Second Edition)上。


图 4 东亚大陆晚侏罗世以来主要变形阶段(左)与狼山地区中、新生代古应力场(右)

5.刻画阿拉善晚新生代构造变形几何学、运动学图像,提出犁式正断层形成的运动学模型

  在阿拉善地块内部发现了多处晚新生代的活动断层(图5),例如东南民勤红崖井-查汗布拉格、中部的巴彦日公东部的巴彦乌拉等地区新发现有左行走滑活动断层,受断层方位和应力的控制,断层两盘具有正断或者逆冲分量。阿拉善由东往西表现为强烈右旋伸展导致的贺兰山断块隆升,中部发育左旋走滑断层,而南缘表现为以强烈收缩为主的龙首山,西缘靠近阿尔金断裂发育走滑兼逆冲为主的合黎山。同时,阿尔金断裂向东并没有进入到阿拉善内部(图5。在青藏高原东北缘NE向挤压,以及太平洋俯冲板块向东回撤产生的伸展的共同作用下,阿拉善地块晚新生代表现出向东挤出的运动学过程。此外,研究还表明阿拉善边缘及内部不同方位的活动断层受基底构造控制,继承性构造和区域应力场共同控制着晚新生代变形几何学和运动学差异。而狼山山前犁式正断层的形成就属于基底控制下具有率特征的正断层,伸展构造研究著名学者Chris Morley教授认为本研究提供了一个早期韧性剪切带控制晚期正断层空间几何演化的一个实例,该正断层系统控制了河套盆地油气运移和成藏圈闭的形成。


 5 阿拉善新生代活动断层分布断层扩展模式(,狼山山前正断层形成机制(右)

  上述一系列填图成果揭示了阿拉善地块自古元古代以来,特别是古生代以来,在周边复杂多变的构造体制作用下,发育的多期次岩浆事件和构造变形特征,恢复了阿拉善地块的基底属性,建立了中亚造山带中段晚古生代-早中生代的洋陆转换及陆内变形过程,识别出国内少见的巨型剪切系统,刻画了阿拉善地块在中生代东亚多向汇聚体系和大规模伸展作用下发育的多期次陆内变形特征以及新生代以来对青藏高原隆升、扩展的构造响应。研究成果获得国内外专家高度评价和认可,对中亚的构造、地球动力学和古地理重建具有推动作用,充分显示了专题地质填图在基础地质研究中重要作用。相关成果发表于GR、JSGLithosphereLithosIGR、Tectonics、JAES、IJES、AGS、Encyclopedia of Geology (Second Edition)以及地质学报、地球科学和地质通报等期刊。


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原文链接https://link.springer.com/article/10.1007/s00531-019-01731-9