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文档简介
关于对接带、结合带及俯冲增生杂岩带的定义和基本特征潘桂棠
国土资源部成都地质矿产研究所
2014年07月一、对接带的定义、时空结构及组成二、结合带、俯冲增生杂岩带的鉴别、厘定三、俯冲增生杂岩带的定义、特征及意义提纲
中国乃至亚洲地质构造和大地构造演化的认知和理解,对全球构造概念的发展和研究地球的构造演化,构建地球动力学演化模型具有重大科学意义。
一、对接带消减带的定义及时空结构组成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、俯冲带、对接消减带、结合带或弧陆碰撞带,以及弧弧碰撞带。①板块缝合带: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,期间的接触带叫做缝合带(suturezone)。②俯冲带:一个板块的边缘部分向着大陆部分俯冲称之为俯冲带。现代深海沟代表大陆边缘的俯冲带。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,将缝合带分为两类:对接消减带和叠接消减带。③对接消减带:即地壳(岩石圈)对接消减带,指两个相对的古大陆边缘区相互接近,并从边缘海和岛弧的弧弧碰撞,弧陆碰撞到最后拼接,使其间的大洋地壳及过渡地壳陆续形成褶皱带,最后完全拼接时的结合带。
④叠接消减带:指古大陆边缘经过拉伸、张裂、地块移离,形成具有岛弧及边缘海的主动边缘,并向大陆俯冲消减。叠接消减带相当于我们所称的结合带。(一)对接带定义在王鸿祯先生的对接带研究基础上,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。中国地质和大地构造演化在全球构造理念的发展和理解大陆地壳生长和变形占举足轻重的地位。(二)对接带的实例(三)三种大地构造背景和赋存状态(1)位于两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;(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;(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。
对接带与邻接的向洋跃的复合岩浆弧(前锋弧)具同步的俯冲碰撞构造岩浆热事件。表现为三种大地构造背景和赋存状态:现今赋存在大陆上的对接带不能复原为相应大洋扩张的大地构造部位,只代表大洋岩石圈消亡的地质遗迹。大洋岩石圈在构造体制演化中,其大洋中脊、转换断层、海沟俯冲带、洋底高原、热点成因洋岛海山等大洋壳大多已消失,而原始沟-弧系中俯冲增生杂岩、洋壳俯冲-碰撞的蛇绿混杂岩、部分海山-洋岛、叠加于早期增生楔中的增生岩浆弧等岩石构造组合,以及残余盆地、陆壳残块、高压-超高压变质带均可作为次级构造单元划出。(一)结合带鉴别及厘定(二)国外增生杂岩带实例1.莫克兰俯冲增生杂岩带2.巽他海沟增生柱-俯冲增生岩系3.日本岛弧及其东南侧的俯冲增生杂岩带4.东西佰利亚科里亚克山俯冲增生杂岩系5.阿拉斯加南部丘冈芝俯冲增生杂岩6.美国西部加利福尼亚弗朗西斯科俯冲杂岩系7.苏格兰南部山地——早古生代增生杂岩系二、结合带、俯冲增生杂岩带的鉴别、厘定结合带指保存在会聚带中,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各类岩石组成的,经强烈构造剪切的构造地层及岩石的组合体。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。地层结构局部有序、总体无序。相内普遍有被肢解蛇绿岩和巨大的韧性剪切带。大相相亚相结合带大相1)蛇绿混杂岩相(1)蛇绿岩亚相(2)远洋沉积亚相(3)洋内弧亚相(4)洋岛-海山亚相2)陆壳残片相(5)基底残块亚相(6)外来岩块亚相3)俯冲增生杂岩相(7)无蛇绿岩碎片浊积岩亚相(8)含有蛇绿岩碎片的浊积岩亚相(9)洋岛海山增生亚相4)残余盆地相5)高压-超高压变质相(10)高压变质亚相(11)超高压变质亚相(一).结合带鉴别及厘定1.蛇绿混杂岩指被肢解的洋壳残片,主要由远洋沉积物、洋壳和地幔岩组成。江爱藏布西山蛇绿混杂岩带蛇绿岩中的铬铁矿洋内弧块状硫化物矿床增生楔韧性剪切带中的金矿与基性、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),铁、锰、有色、稀有金属,(锰结核的物质来源)318线4957km处:雅鲁藏布江蛇绿构造混杂岩带向北逆冲在日喀则群(K2)地层之上。雅江西段公珠错蛇绿混杂带安多县城桥头:蛇绿混杂岩带中的枕状玄武岩及其中大量的辉长辉绿岩墙。日喀则市冲堆:枕状玄武岩(1)蛇绿岩判别标志环境蛇绿岩套是洋壳残片的一种典型代表,因构造侵位而进入大陆造山带中。岩石序列从下至上为:超镁铁质岩(变形橄榄岩)→具堆晶组构的超镁-镁铁质岩→块状辉长岩→低钾拉班玄武岩质辉绿岩岩墙群→枕状或块状拉班玄武岩。变质橄榄岩以方辉橄榄岩(harz)为主,加弱亏损的二辉橄榄岩(lherz),Pl相或Sp(尖晶石)相,以变质结构区别于堆晶形成的橄榄岩。斜长花岗岩为洋中脊花岗岩,以区别于俯冲环境有关的岛弧和大陆边缘弧中的TTG类(因为ORG与TTG中的TT均位于QAP分类中的英云闪长岩区。斜长花岗岩(pl-r)以低K2O(SiO2-K2O图中的LKCA),无实际矿物Or,th系列(SiO2-FeO*/MgO图),AC(碱钙性)和A(碱性)(Peacock碱钙指数),以及Peace图解(Nb-Y图,ppm)位于ORG(洋中脊花岗岩)区别于俯冲环境有关的岛弧和大陆边缘弧中的TTG类(因为ORG与TTG中的TT均位于QAP分类中的英云闪长岩区(QAP图中的5区))。堆晶岩为纯橄榄岩+橄长岩+辉长岩斜长花岗岩(pl-r)岩墙群辉绿岩岩墙和岩席以及均质辉长岩,以低K2O、橄榄拉斑玄武(Ol-th)质为特征。具对称和不对称冷凝边的岩墙构成。玄武岩典型的洋中脊玄武岩(MORB)特性:MORB为低K2O(0.2wt%)的橄榄拉斑玄武岩(Ol-th)(按玄武岩CIPW四面体分类)为Ol-norm+Hy-norm;斑晶组合为Ol(Fo=73-91)镁铬尖晶石(Al2O3:12-30wt%,Cr2O3:25-45wt%),或Pl(An=88-40)+Ol镁铬尖晶石,或Pl+Ol+普通辉石(Wo=35-40,En=50,Fs=10-15);岩相学上普通辉石是唯一的辉石(即无斜方辉石),和二个世代的Ol(即斑晶与基质中均有Ol);演化趋势为th(SiO2-FeO*/MgO图,FeO*(为全铁)=FeO+0.8998Fe2O3)MORB以低K2O和斑晶组合中普通辉石为唯一的辉石,以及二个世代的Ol,区别岛弧th、洋岛th、大陆th。在球粒陨石为标准的稀土元素(REE)分配图中为轻稀土(LREE)亏损模式,蛛网图中为大离子亲石(LIL)元素(包括LREE)亏损模式。同位素:87Sr/86Sr初始值,0.702290.70316,143Nd/144Nd初始值,0.51300.5133。蛇绿岩的岩石组合及其判别标志MORS型蛇绿岩SSZ型蛇绿岩环境大洋中脊洋壳俯冲上盘源区DMDM+陆壳+洋壳流体洋盆开阔洋盆弧后、弧间盆地、边缘海蛇绿岩组合完整,厚度大。从下至上为:超镁铁质岩(变形橄榄岩)→具堆晶组构的超镁-镁铁质岩→块状辉长岩→低钾拉班玄武岩质辉绿岩岩墙群→枕状或块状拉班玄武岩。不完整,厚度小。从下至上为:超镁铁质岩(变形橄榄岩)→具堆晶组构的超镁-镁铁质岩→块状辉长岩→低钾拉班玄武岩质辉绿岩岩墙群→枕状或块状拉班玄武岩。地幔橄榄岩为无交代作用记录的变质橄榄岩类。以方辉橄榄岩(harz)为主,加弱亏损的二辉橄榄岩(lherz),Pl相或Sp(尖晶石)相,以变质结构区别于堆晶形成的橄榄岩为明显交代作用记录的变质橄榄岩类(俯冲带上面的地幔楔的标本)。堆晶岩橄长岩型,为纯橄榄岩+橄长岩+辉长岩斜长花岗岩pl-r辉石岩型斜长花岗岩类AC和A特征的洋pl-r,TTG组合;为C特征的洋pl-r,还出现TTG组合。辉绿岩岩墙和岩席以及均质辉长岩,以低K2O、Ol-th质为特征玄武岩N-MORB拉斑玄武岩钙碱性玄武岩+岛弧火山岩,HMA()为其特征岩类。Peace的Cr-Y图和Th/Yb-Nb/Yb图特定区域特定区域稀土元素(REE)HREE富集型或平坦型LREE略富集或平坦型大离子亲石元素(LILE)相对亏损相对富集高场强元素(HFSE)相对富集相对亏损Nb、Ta含量无Nb、Ta异常或不明显Nb、Ta显著负异常同位素特征同N-MORBN-MORB+地壳特征沉积岩深海沉积物深海-浅海相沉积岩MORS型蛇绿岩和SSZ型蛇绿岩对比表洋脊玄武岩分类的判别标志N-MORBE-MORBT-MORB源区亏损地幔(DM)地幔深部地幔柱源区亏损地幔和深部地幔源的混合产物典型岩石类型拉斑玄武岩碱性玄武岩拉斑玄武系列、碱性系列等多种岩石类型微量元素判别指标亏损不相容元素和REE。(La/Yb)N<1,Th/Yb、Ta/Yb、Ba/Nb、Ba/Th、Ba/La等较低,Zr/Nb较高>30,K/Ba通常>100富集不相容元素和REE。(La/Yb)N>>1(6.6~13.6),Ti≈Ta;Th/Yb、Ta/Yb、Ba/Nb、Ba/Th、Ba/La等偏高,Zr/Nb偏低≤10,K/Ba≈30不相容元素和REE为平坦型。Th/Yb、Ta/Yb、Ba/Nb、Ba/Th、Ba/La、Zr/Nb比值介于两者之间εNd(0)现代值εNd(0)介于+8~+12εNd(0)介于+10~-2εNd(0)值变化较大,大致介于两者之间。*注:岛弧玄武岩的εNd(0)介于+8~-2143Nd/144Nd0.5130~0.51310.51299~0.5130数值变化大致介于两者之间87Sr/86Sr0.70274~0.70311(印度洋)0.70280~0.70334数值变化大致介于两者之间206Pb/204Pb17.31~18.5(印度洋)18.50~19.69数值变化大致介于两者之间207Pb/204Pb15.43~15.56(印度洋)15.50~15.60数值变化大致介于两者之间208Pb/204Pb37.1~38.7(印度洋)38.0~39.3数值变化大致介于两者之间(2)远洋沉积远洋沉积是洋壳上的沉积物,为一套覆盖于洋壳之上的硅灰泥岩系,也可为海底扩张前的深海火山沉积岩系,也有碳酸盐补偿深度之上的深海石灰岩沉积。当洋脊靠近大陆边缘时,陆源碎屑浊积岩可能直接堆积在枕状玄武岩之上。在洋壳俯冲消减的过程中,常被强烈剪切带剪切破碎,成为蛇绿混杂带的重要组成部分。岩块横径几米到几公里。是判别原扩张洋盆形成时代的最重要的标志。仲巴东泥质硅质岩擦蒙组中冰海杂砾岩的砾石特征灰岩花岗岩砂砾岩白云岩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,并产出高镁安山岩。主要为拉班玄武岩、玄武安山岩和安山岩及浅海碳酸盐岩-深海相硅泥质复理石的一套火山沉积岩组合。如金沙江结合带内竹巴龙-羊拉-贡卡一带的弧火山岩。(3)洋内弧(4)洋岛-海山海山或洋岛的类型和成因多种多样,主要指原扩张洋盆内受热点制约,为一套洋岛拉斑玄武岩系列为主、晚期为碱性玄武岩系列的组合,并伴有碳酸盐岩(礁、滩)建造、硅泥质岩建造,无陆源沉积夹层。通常位于俯冲洋壳一侧,也可见于增生楔构造脊上(弧前构造高地)发育。洋岛-海山常被卷入俯冲增生杂岩带,会使消减带的几何形态发生剧烈变化,以至可能导致俯冲极性的变化。西藏塔仁本托和平错展金组洋岛火山岩地质特征(据山西地调院魏荣珠,2005)洋岛-海山亚相鉴别标志鉴别标志构造环境扩张洋盆内,受热点制约,通常位于俯冲洋壳一侧,也可见于增生楔构造脊上(弧前构造高地)。岩石组合以洋岛拉斑玄武岩系列为主、晚期为碱性玄武岩系列的组合。洋岛拉斑玄武岩OIT在矿物学上,橄榄石只作为斑晶出现(基质中无橄榄石),有二种辉石(Cpx+Opx),有高的Hy-norm,K2O>0.2wt%,该特征区别于MORS的橄榄拉斑玄武岩。洋岛碱性玄武岩OIA包括碱性橄榄玄武岩、碧玄岩、霞石岩(玄武岩四面体分类),在矿物学上有二个世代橄榄石(斑晶和基质),只有一种辉石(Cpx),这种岩相学特征类似洋中脊橄榄拉斑玄武岩,与MORS的橄榄拉斑玄武岩的区别是:有Ne-norm、Alk(K2O+Na2O)高、K2O>0.2wt%、位于TAS分类图中S1区和U1区。中性岩以缺失或极少量中性岩为特征的双峰式岩浆岩组合区别于岛弧和大陆边缘弧岩浆岩组合。岩石化学判别图在SiO2-FeO*/MgO图上为拉斑玄武岩演化趋势,在SiO2-Alk图上碱性与亚碱性系列均发育。痕量元素痕量元素球粒陨石标准化图上,REE为LREE富集型;蛛网图上LIL和LREE富集型,并以明显的K谷(相对于Nb和La)、Nb、Ta峰(相对于K和La)和Zr谷(相对于Sm和Ti)区别于MORB。同位素87Sr/86Sr初始值,0.702720.70651;143Nd/144Nd初始值,0.51300.5123沉积建造红泥微晶碳酸盐岩建造、礁碳酸盐岩建造、远洋软泥沉积建造或与硅泥质岩互层,无陆源沉积夹层。洋岛玄武岩与其它类型玄武岩主要特征对比表洋岛玄武岩(OIB)洋脊玄武岩(MORB)大陆裂谷玄武岩(CRB)共性蛛网图单峰隆起型,Ti/V、Ti/Y、Zr/Y比值高,Th≈Ta不同点Nb、Ta正异常,TiO2>2.5%,共生海相沉积序列Nb、Ta正异常共生海相沉积序列Nb、Ta负异常陆相沉积序列2.陆壳残片在蛇绿混杂岩带中的陆壳残块,包括原弧后扩张裂离的基底残块、外来的浅水沉积岩块,也还可见从仰冲板块上逆冲过来的盖层外来体,由于它们受构造负荷下埋藏的历史和深度不一,反映出的变质程度也有差异。(5)基底残块结合带中存在的古老的(一般为前寒武纪)、强烈变质变形的基底岩系。岩石组合主要为各类麻粒岩-片麻岩、斜长角闪岩-变粒岩、各类片岩、石英岩、大理岩等。变质程度差异较大,一般为绿片岩相-角闪岩相,多遭受多期变质作用改造。构造变形十分复杂,受多期构造变形叠加和置换。(6)外来岩块结合带中的外来岩块,其岩性可以是陆源碎屑岩、灰岩,也可以是弧火山岩等。318线5014km(错拉山口)处:T3修康群中的灰岩混杂岩块,灰岩块体中产P--T化石。加查-郎县247.5km处:雅鲁藏布江混杂岩(Melange)蛇纹石化超基性岩中的灰岩块体。郎县-米林县197-198km处:层状堆晶岩中的流变褶曲。3.增生杂岩
(7)无蛇绿岩碎片浊积岩鉴别标志构造环境弧前斜坡沉积建造主体是俯冲带上盘刮削、拼贴的浊积岩,夹滑混岩建造。含零星外来岩块,包括沉积岩(如台地相碳酸盐岩块体)、火山岩、变质岩等碎块。构造变形在俯冲带浅部常遭受强烈剪切和变质、变形,形成叠瓦状楔形体。主体是俯冲带上盘刮削、拼贴的浊积岩,含零星外来岩块,但无蛇绿岩碎片。在俯冲带浅部遭受强烈剪切和变质、变形,形成叠瓦状楔形体。(8)含有蛇绿岩碎片的浊积岩109线2853km处:纳赤台群中的辉长岩块(南昆仑消减杂岩带)主体是俯冲带上盘被刮下来的物质移到俯冲带附近的浊积岩,并有一些上覆板片的外来碎块,也有俯冲消减的洋壳或海山或洋岛混杂其中,有较多的蛇绿岩碎片,尔后在俯冲带浅部遭受强烈剪切和变质、变形,形成叠瓦状楔形体。在洋陆转换时期,位于结合带靠陆一侧并与前陆盆地同步发育的,以浊积岩建造为主的盆地。残余盆地往往受不规则状大陆边缘所控制,部分接点部位己转化为早期复理石前陆盆地,而部分海湾部位仍为残留洋(海)盆所占据。并发育大型海底浊积扇,沉积相序通常是盆地底部为深水相,向上变浅,充填消亡。4.残余盆地鉴别标志构造环境为洋陆转换阶段的挤压构造环境。沉积特征盆地内发育向上变浅的沉积序列,下部发育深水浊流和重力滑塌沉积物,上部逐渐变为滨浅海碎屑岩和碳酸盐岩建造,最后被海陆过渡相和陆相建造填满。发育大型海底浊积扇,沉积相序通常是底部为深水相,与前陆盆地的区别是在盆地中存在构造挤入的洋壳碎片,如玄武岩、超基性岩、辉长岩等。沉积建造复成分砂砾岩建造、铁质岩建造、锰质岩建造、生物屑亮晶碳酸盐岩建造、生物屑泥晶碳酸盐岩建造、生物滩碳酸盐岩建造、礁碳酸盐岩建造、藻纹层-藻团粒碳酸盐岩建造、沥青质碳酸盐岩建造、硅质灰岩建造、砾屑灰岩建造、硅质泥岩-硅质岩建造、火山碎屑沉积建造、白云质灰岩-白云岩建造、蒸发岩建造。5.高压-超高压变质岩洋壳/陆壳深俯冲至壳幔过渡带,或至地幔深处形成的以榴辉岩、兰片岩等为代表的高压-超高压变质岩带。羌塘榴辉岩雅江大拐弯1.莫克兰俯冲增生杂岩带亚洲大陆部规模最大的俯冲增生杂岩带,是在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多公里。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
贾盖山岛弧达尔邦丁弧前盆地北莫克兰(二)国外增生杂岩带实例贾盖山岛弧: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4000-6000m,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。也可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,该岛弧离沿海岸400-500公里。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。
莫克兰俯冲增生岩系:在伊朗东南部莫克兰Fannuj地区,从贾兹木里盆地至沿海150km宽的区域,(图)包括了以下几个构造带(北→南)1.内莫克兰(扩张带)蛇绿岩带:有三种蛇绿岩: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),其上辉绿岩墙、枕状熔岩及深海沉积物,局部可见兰片岩。2.Bajgan-Dur-Kan碳酸盐岩弧前带:(北西沿伸为萨南达季-锡尔詹岛弧带,发育白垩纪安山岩)主要为Bajgan绿片岩相、角闪岩相古生代变化质杂岩及陆棚灰岩(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强应褶皱变形(尖顶、同斜等型态)和一系列北倾逆冲断层。5.渐新世-中新世复理石带: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:从阿启坦期开始,工作区南部转变为浅海台地环境,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(1980)等认为这套俯冲增生岩系从侏罗纪到第三纪,沿萨南达李-锡尔詹西南缘一直活动,至今仍在进行,阿曼湾俯冲板块倾角只有1°左右,愈向内陆,俯冲板块倾角变陡,与海沟和“岛弧”之间的不寻常距离(250km)有关,自始新世以来,海沟向南持续迁移,而“岛弧”几乎不动。在这一构造过程中,产生了壮观的莫克兰俯冲增生杂岩系,这一增生作用一直持续到现今,直至将来阿曼与莫克兰碰撞。印度尼西亚岛弧从西北的缅甸至苏门答腊弧、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5000公里。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250公里的增生沉积楔。2.巽他海沟增生柱-俯冲增生岩系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。增生沉积楔主要在海沟外侧(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。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公里,一条大型海底水道又将沉积物向南搬运了300公里到巽他海沟。Hamilton(1979)就指出,在南纬6°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。缅甸海沟增生楔体基本上由碎屑流浊流沉积物构成的。海沟内坡常为深海斜坡沉积,源于海沟内侧斜坡小峡谷的沉积扇,重力滑塌作用使沉积物进入较深的盆地,不整合覆盖于早期的浊积岩之上,这种不整合则是与沉积作用同时发生的滑塌作用、倾斜作用或褶皱作用的产物。北南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,包含奥长花岗岩、石英闪长岩、石英二长岩、花岗岩、辉长岩及辉绿岩,志留纪的沉积岩,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。3.日本岛弧及其东南侧的俯冲增生杂岩带在岛弧东南侧,晚中生代以来形成了数条俯冲增生褶皱带。增生带内复理石沉积物组成,与其下的前复理石深海浊积岩和洋壳碎片或蛇绿岩呈整合或构造接触。本州岛弧中部被伊豆-小笠原岛弧(E-Q)向北的碰撞而发生截切和弯曲,又形成了几条特征类型的增生带。
由北自南:①佐川褶皱带②三宝山褶皱带③四万十褶皱带④濑户川褶皱带⑤大井川-丹泽褶皱带⑥三浦褶皱带佐川期(240Ma)形成了原始日本科迪勒拉型岛弧的基本格架。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侧的房总半岛,走向延伸达1800公里,在纪伊半岛宽达70公里。四国四万十带地质略图四国西部和九州四万十群地质图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互构造样式。从横剖面上,沉积物年代向洋方向愈趋年青。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,沉积了巨厚的四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。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。(1)海沟外坡内洋壳的张性断裂;(2)与海沟沉积物混合的玄武岩滑塌堆积物和深海沉积物;(3)增生的混杂堆积;(4)位于海沟内坡上坡栖盆地中的浊积岩堆积和滑坡堆积物;(5)增生的弧前盆地内的浊积岩泓像构造线重建的古近纪俯冲阶段四万十横剖面构造略图东西佰利亚科里亚克山出露的蛇绿岩、蛇绿岩混杂岩、重力滑塌堆积岩以及遭受了挤压变形的陆源浊积岩系被认为是中生代重古近纪初俯冲增生杂岩系。4.东西佰利亚科里亚克山俯冲增生杂岩系穿过东北科里亚克山的概略构造横剖面1-古生代硅质岩和火山岩岩块;2-晚侏罗世至早白垩世火山及陆源沉积;3-晚侏罗世至古近纪火山-陆源沉积;4构造混杂岩和重力滑塌堆晶岩;5-辉长岩、闪长岩和斜长花岗岩;6-蛇纹混杂岩;7-断层、主要逆冲断层俯冲增生杂岩系由硅质岩(红、灰和绿色)、硅质页岩一粉砂岩一细粒杂砂岩(浊积岩)组合、枕状玄武岩一超镁铁质岩及兰片岩组成。各构造岩石组合构成的板片(岩片)均被向北西倾斜的逆冲断层分隔。许多构造片的构造岩席的底部为蛇绿岩;古生代硅质沉积岩或中生代的火山和陆源浊积岩逆覆于其上;蛇绿混杂岩和重力滑塌的外来岩块含泥盆、石炭和二叠系的浅水相灰岩。穿过东北科里亚克山的概略构造横剖面阿拉斯加南部,从东南的Baranof岛,经NW向延伸的亚库塔特,到丘岗芝山,向南延伸至Sanak岛。连续出露约2000公里,露头带宽100公里,是世界上规模较大,连续而保存最好的白垩纪俯冲增生杂岩带。这一杂岩带可分成丘岗芝复理石带(深海沟充填浊积岩)和丘岗芝蛇绿混杂岩带。5.阿拉斯加南部丘冈芝俯冲增生杂岩Baranof岛Sanak岛复理石带:由变形的、厚的、多次重复的硬砂岩、页岩残板岩互层组成、局部夹有枕状玄武岩和层状硅质岩夹层。可分为陆坡相、内部扇相、中部扇相、外部扇相和盆地平原相。蛇绿混杂岩带:分别为Uyan混杂岩McHugh混杂岩、亚库塔特群混杂体、Tarr湾缝合带岩石和Baranof混杂体。包含不同时代、不同岩性构造块体,含三叠纪、侏罗纪和白垩纪森诺曼期放射虫硅质岩,以及席状岩墙、蛇绿石化纯橄榄岩。俯冲杂岩系之北有规模巨大的晚白垩世—早第三纪的石英闪岩、花岗岩的深成岩构成的岩浆弧,并在其南侧发育非海相和浅到深海相的晚白垩纪沉积(弧前盆地带)。各带间均为逆冲断层分隔,称Eanle河冲断层和边缘山脉断层。Baranof岛Sanak岛增生体的构造演化是板块泥聚边缘地质学中突出的科学问题。俯冲增生杂岩系记录了库拉板块从白垩纪一古近纪向北俯冲增生到阿拉斯加的相关的地质事件。
美国西部加利福尼亚晚中生代俯冲带与弧盆系主要由三部分组成,三者从晚侏罗世白垩纪一直到古近纪呈同步演化过程。6.美国西部加利福尼亚弗朗西斯科俯冲杂岩系弗朗西斯科俯冲杂岩大谷地弧前盆地内华达岩浆弧在中侏罗世曾有一个向东凸出的洋内弧及向西凸出的陆缘弧,两弧之间的弧后洋盆双向俯冲消减形成海岸山脉蛇绿岩,并构成大谷地J3一片弧前盆地的部分基底。弧前盆地从早白垩世—晚白垩世宽度逐步缓慢扩大,沉积环境以深海至陆坡和陆架相沉积到滨岸三角洲的序列加利福尼亚和俄勒冈的弗朗西斯科俯冲杂岩弗朗西斯科俯冲杂岩时代为侏罗纪到中新世。根据岩石构造组合和构造特征,分为三个带:1)西部海岸带:绝大部分地层都是砂页岩,有少量砾岩,火山岩、灰岩和硅质岩。带内出现剪切构造、香肠构造和层位的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向北东的冲断带。2)中部混杂岩带:各类火山岩包括枕状熔岩、枕状角砾熔岩和灰岩火山砾岩呈大小不等的岩块混杂于砂页岩中。混杂岩构造厚度超过20公里,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:沉积相组合与发育良好的陆坡盆地和水道相相似。发育厚层半深海陆坡泥岩。阿拉巴契亚加里东造山带的岩石构造组合、变形变质作用,绝大多数地质学家认为与早古生代的古大西洋关闭事件有关。不列颠群岛的缝合带从爱尔兰西部的香农湾到苏格兰南部山地以南的索尔威湾呈南西-北东向,向北可能是呈曲线状态进入现今的北海之下,继而进入挪威和设得兰群岛之间的下面7.苏格兰南部山地——早古生代增生杂岩系增生杂岩带(O1-S):发育在南部山地-朗福德丘陵区-爱尔兰中部构造窗;弧前盆地带(O3-D1):发育在Midland谷地的南部;岩浆弧:以南马尤(O1)、蒂龙郡(卡拉道克期)、Midland谷地和格拉姆部分地区(S3-D1)的火山岩及同时代的花岗岩类为代表。不列颠北部可分为三个构造带:岩浆弧:弧形岩浆在寒武纪晚期-早泥盆世喷发,同时期花岗岩侵入到弧形地块基底(Pt3-∈2)变质岩系之中(该沉积变质变形杂岩也认为是与古大西洋西北缘的俯冲作用有关)。绝大部分火山岩是钙碱性喷出熔岩和火山碎屑岩,主要有安山岩,也有玄武岩和流纹岩。在Ochi山熔岩厚度达3公里,也可见在下老红砂岩(S4-D1)中呈夹层出现,横穿岩浆弧的成分极性区类似于现代弧区。
弧前盆地:奥陶纪海相陆架及斜坡沉积,也可见其不整合于Ballantrae蛇绿混杂岩(出露在Midland谷地西南角)之上。早志留世地层为浊积岩,中志留世的弧前隆升后开始出现具厚层冲积扇砾岩的陆相红层不整合覆盖浊积岩之上。弧前盆地层序出露厚达3公里。南部山地增生杂岩:是从中奥陶世至志留纪晚期40-50Ma期间形成的,增生物质包括洋底深海浊积物、大洋壳岩片、半深海-深海的下斜坡和海沟沉积物和玄武岩。志留纪早期增生作用引起的隆升形成海沟斜坡坡折带。在增生杂岩带的北带中可见增生的大洋海山,洋内火山上的碳酸盐岩及滑塌的火山灰流夹灰岩块;放射虫硅质岩和硅质泥岩覆盖玄武岩之上;
深海Moffat黑色页岩和泥岩富含碳质,在硅质岩之上沉积;南部山地奥陶纪硬砂岩质浊积岩,被解释为海沟沉积,硬砂岩中含蓝闪石碎屑。
北带增生杂岩岩石组成增生杂岩带的各构造岩片,呈向北变新的岩层以陡倾斜同斜带为主,并有一系列直立,不对称、开阔到等斜褶皱发育,总体表现为强烈的叠瓦状构造,不存在构造混杂体。构造形式(晚奥陶世-晚志留世)俯冲增生杂岩体的识别及其时空构造演化是板块汇聚边缘地质学、造山带地质学,以及前寒武纪地质学中一个突出的科学问题。三、俯冲增生杂岩带定义、特征及意义位于岛弧与俯冲带间隙区内,基底一般为洋壳或过渡壳,有的是因俯冲增生而圈闭的的残留洋壳之上,主体由强变形的复理石浊积岩系构成的一套岩石-构造组合,并卷入有海山、洋内弧及洋壳残片。(一).定义它记录了洋壳俯冲消亡、增生楔形成过程的沉积、火山-岩浆、变质和构造变形的地质事件群,也记录了弧盆系形成过程的地质事件。①俯冲增生杂岩的物质组成:从环太平洋的俄罗斯科里亚克山→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→班公湖-双湖-怒江带到南昆仑等,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、杂砂岩、凝灰岩、泥质板岩,局部有灰岩、扇砾岩及枕状玄武岩、绿片岩、蓝片岩和超镁铁质岩等。(二).增生杂岩带的基本特征浊积岩:弧前陆坡相浊积扇相(内扇、中扇及外扇)深海盆地相。②变形样式: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。增生楔变形样式(二).增生杂岩带的基本特征③增生楔宽度和厚度是洋壳俯冲消亡演化过程陆缘沉积物加积的结果,厚度通常达几千米,宽度达几十公里至数百公里,延长上千公里。加斯加德的增生楔④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,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。(二).增生杂岩带的基本特征⑤俯冲增生杂岩带的形成与大陆碰撞前,大洋(或弧后洋盆)岩石圈俯冲消减密切相关,而蛇绿混杂岩带通常是受控于弧-弧、弧-陆及陆-陆碰撞过程。在结合带中,早期俯冲增生杂岩带往往卷入晚期的构造混杂作用。格尔木市南(格尔木河边):纳赤台群(Pz1)被构造剪切成透镜体109线2853km处:纳赤台群中的辉长岩块(南昆仑消减杂岩带)纳赤台岩群(O-S)主要为一套次深海-深海硅泥质复理石及中基性火山岩建造,构造强烈剪切变形,总体显示俯冲增生杂岩构造样式。(二).增生杂岩带的基本特征依兰县城南洋岛海山Wakita,2012大洋板块层序地层解剖(OPS=OceanPlateStratigraphy)西准噶尔南部增生楔杂岩结构、组成晚转引自张继恩,2011Zhangetal.,2011,GondwanaResearch大比例尺填图解剖白碱滩蛇绿混杂带Zhangetal.,2011,GondwanaResearch辉长岩超基性岩超基性岩砂岩砂岩超基性岩、辉长岩、玄武岩和砂岩等构造混杂S玄武岩地质学家枕状玄武岩转引自张继恩,2011Zhangetal.,2011,GondwanaResearch白碱滩混杂岩NWSE玄武岩硅质岩玄武岩玄武岩玄武岩硅质岩硅质岩硅质岩玄武岩经典的威尔逊旋回为解释现代大洋盆地的形成和正在进行的俯冲、碰撞造山作用提供了统一的构造模式,应用两个板块碰撞的模式来解释地球上的造山带的形成。随着人们对造山带理解的深入,发现在造山带(系)往往不止存在一条蛇绿混杂带(俯冲增生杂岩带)。如果按照传统的观点解释,一条蛇绿混杂岩带就代表两个板块碰撞的缝合带,那么不同时代或同构造阶段多条蛇绿混杂带存在的现象,就需要假设有很多个的板块,于是许多学者提出了不同的模式,代表性三种。(三)、增生型造山作用大地构造模式森格:单列岛弧后退式俯冲增生模式,源于中亚造山系的研究,认为碰撞过程发生走滑堆叠。增生型造山作用最早源于森格(1991)提出的突厥型造山作用,指两大陆碰撞发生前,碰撞大陆其中之一或双方就包含大量的俯冲增生杂岩体,岩浆弧的轴通常杂岩体迁移。源于祁连造山带,认为目前出露一系列EW走向的缝合带,把祁连山和南山分成几个岛弧地体。这种缝合带的分布完全是新生代叠瓦状逆冲作用的结果,它形成了一个多缝合带和岛弧地体的景观型式。2.尹安:低角度长距离俯冲模型如果把增生型造山作用置于多岛弧盆系构造体系,显然增生型造山是受邻接长期发育的大洋岩石圈削减制约的,在大洋岩石圈两侧(可能一侧)多岛弧盆系造山作用形成的造山带可以理解为增生型造山带。3.多岛弧盆系模型大陆间的巨型造山系的形成往往是两侧多岛弧盆系造山系统(增生型造山)的对接消亡形成的,大洋两侧多岛弧盆系的增生造山作用是理解造山系的关键。多岛弧盆系模式强调受控于长期发育大洋的俯冲削减制约下。将在大陆岩石圈与大洋岩石圈构造体制转换的时空结构中,由大洋岩石圈俯冲作用制约的弧后扩张,导致众多岛弧(残余弧或地块)与弧后盆相间错列,具有特定结构、构造和时间演化特征的构造系统。1、古亚洲构造域的增生造山作用实例(四)、从多岛弧盆系构造看亚洲大陆的
增生造山作用实例1)额尔齐斯-西拉木伦对接带对接带东西长达4000Km、南北宽20-180Km;主体由10个蛇绿混杂岩带、俯冲增生杂岩带,洋内弧和基底残块,2个蓝片岩带及增生弧盆系所组成。洋壳形成时代:洪古勒楞蛇绿岩Sm-Nd等时线年龄626Ma、锆石SHRIMP年龄436Ma;阿尔曼泰蛇绿岩Sm-Nd等时线年龄561-503Ma;温都尔庙蛇绿岩锆石SHRIMP年龄497-470Ma;布尔根蛇绿岩锆石U-Pb年龄360-370Ma。洋壳俯冲时代:温都尔庙多硅白云母年龄450Ma、蓝闪石446Ma;苏左旗查干乌拉蓝闪石年龄383Ma。2)阿尔泰-兴蒙造山系位于额尔齐斯-西拉木伦对接带以北,主体由古生代-中生代多条蛇绿混杂岩带和多个岩浆弧、弧后盆地及裂离地块等所组成。裂离地块:如额尔古纳、兴安岭、佳木斯等地块,含1.8Ga、1.4Ga、1.0Ga的构造岩浆事件信息,主体为550-500Ma的兴凯期变质基底。兴凯期变质峰期频谱图2)阿尔泰-兴蒙造山系岩浆弧:如阿尔泰、多宝山、锡林浩特等多个岩浆弧,总体发育古生代岩浆弧(SHRIMP锆石U-Pb年龄490-460Ma和320-330Ma的TTG组合);侏罗纪-白垩纪受鄂霍茨克洋和西太平洋双向俯冲作用影响,叠加大规模的弧岩浆活动和弧后裂陷盆地。O-S1俯冲TTG组合S2-D1碰撞GG组合C2-P1俯冲TTG组合P2-3碰撞GG组合J-K叠加岩浆弧锡林浩特岩浆弧结合
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