亚洲大地构造基本特征与演化规律

亚洲大地构造基本特征与演化规律

打开结构是中国科学家提出的一种全球结构愿景，并在中国得到了良好的发展。2002年在中国地质学会构造地质专业委员会下成立了开合构造研究组,2004年《地质通报》出了一期开合构造专辑。有4个群体的研究比较突出:一为马杏垣院士指导下的杨巍然、郑剑东领导的集体,他们在开合构造基础理论和方法以及在造山带和大陆裂谷的实际研究中做了大量工作1陆内演化阶段亚洲大地构造在时间上是多级次、多旋回前进式发展的。至少可以划分3个一级旋回,相应地有3个大阶段,即大陆基底形成阶段,泛大陆和超大陆形成和发展阶段以及现代板块形成及陆内演化阶段。每个大旋回均可划分出二级或更小的旋回或阶段。亚洲主要旋回和阶段列表如下(表1)。其中大陆基底形成阶段至关重要,因为许多学者认为,现今大陆80%左右于太古宙—冥古宙形成2北亚和中亚构造衔接区的划分亚洲大地构造空间明显不均一,笔者参考李廷栋亚洲至少可以划分出4个构造集群:围绕西伯利亚陆块开合的北亚构造集群;围绕古中华陆块开合的中亚构造集群;围绕印度陆块开合的南亚构造集群以及围绕太平洋板块开合的东亚构造集群。图1重点表示四大构造集群内部和之间的开合历史和特征以及不同构造集群之间的构造关系。北亚构造集群的基底固结程度高,核心为西伯利亚陆块,太古宙-古元古代基本固结,主要为麻粒岩相和角闪岩相。其北部的阿纳巴尔太古宙地盾和南部的阿尔丹太古宙地盾都是物源供应区,陆块内部小于1.8~1.6Ga的沉积基本为盖层,仅边缘贝加尔和叶尼塞河一带有少量中、新元古代的褶皱基底。基底最终完成时间为10亿年。陆块内其余广大地区都为古生界-三叠系盖层所覆,其中下古生界是典型的陆表海稳定型沉积,泥盆系为滨海及海陆交互相沉积,中石炭世以后陆块内部基本以陆相为主,二叠、三叠系在西部含有大量暗色喷发岩。此外还有一些中新生代的上叠盆地。萨拉伊尔造山带的存在为该集群特征,它与加里东造山带、海西造山带皆围绕西伯利亚古陆呈向南突出的弧形分布。但萨拉伊尔和加里东造山带沿走向有过渡现象。中亚构造集群的基底比较复杂,它是通过中朝、塔里木、扬子3个陆块分别经历了中太古代末期(约2.8Ga)陆核形成、古元古代末(约1.8Ga)原地台形成和新元古代早期(800Ma)地台形成3个阶段才形成基本统一的古中华古陆,且固结程度不高,以后又再次裂开分别发展,但裂开规模不大,它们之间只出现小洋盆多岛弧古地理格局。其中中朝陆块在太古宙形成,固结程度较高,成为核心中的核心。3者之上均有盖层和上叠盆地发育。中亚构造集群缺失萨拉伊尔造山带,以印支造山带广泛而强烈发育为特色。若把3个陆块作为一个整体,则可见不同时代的造山带有围绕它分布的特征。南亚构造集群基底固结程度较高。核心为印度陆块,陆块东南部大量出露太古宇和古元古界的深变质片岩、片麻岩和片麻状花岗岩等,混合岩化强烈,其中片麻状、混染状紫苏花岗岩年龄为3200Ma,代表深成结晶时间。最老的盖层从新元古界(小于1.8Ga)开始,但在约0.9~1.0Ga前(相当于晋宁运动)和0.6~0.7Ga(相当于萨拉伊尔运动)时发生两次地壳运动,伴随有相当广泛的岩浆活动和热变质作用,并使陆块隆起。西部前寒武纪基底经历约0.9Ga的构造岩浆及变质作用。其上自震旦系直至三叠系,大多为稳定类型沉积,但在中伊朗克尔曼和阿富汗兴都库什山都有较厚的古生代活动类型沉积,呈现地块浅海与活动深降海槽并存现象。陆块北部克什米尔和喜马拉雅山系出露有中元古—新元古界基底东亚构造集群的主体是太平洋板块,它俯冲到欧亚板块之下,发育有后退式海西—印支期、燕山期、喜马拉雅期造山带和现代大洋俯冲带,它们也是环绕太平洋板块分布。两构造集群之间,很难用一条构造界线分开,而往往有一个构造结合区。该区同时保留有两个构造集群的地质体,或同一地质体中保留了两个构造集群的某些特征,或出现了一些过渡性的地质体。因而构造集群结合区中地质体的归宿往往存在很大的分歧,为了减少不必要的争执和有利于深入研究两个构造集群的结合过程和特征,划分构造结合区很有必要。结合区边界的确定主要是根据俯冲带或碰撞带,但有些地方是推测的。北亚和中亚构造集群之间划分的集群结合区,包含8个地块和不同时代的6个造山带。这些地块和造山带的归属往往存在一些认识上的分歧。如巴斯喀什-伊犁地块、卡拉套-天山造山带、锡林浩特地块、松嫩地块等,不同人划归不同构造区。实际上结合区保留了两个集群的某些特征,如东部就有冷水和暖水两个集群的生物混生现象。其结合时间西部是海西期,东部为海西—印支期。中亚和南亚构造集群结合区的确定实质上涉及解决冈瓦纳大陆北界问题,关于此问题分歧更大,有6种不同的观点。根据各种资料的综合分析,其中龙木错-双湖-澜沧江和班公湖-丁青-怒江两条线证据较充分,可信度较高,故以它们为界划分出构造结合区。该结合区包含有两个地块和一个印支期造山带。地块基底和石炭—二叠系两个集群生物混生现象,反映了本构造结合区的本质特征。东亚构造集群形成较晚,表现为太平洋板块俯冲到亚洲大陆之下。一方面形成海西—印支、燕山和喜马拉雅造山带,使亚洲大陆增生;另一方面是插入大陆内部形成蒙古-鄂霍次克燕山造山带关于古中华古陆的概念,已有不少学者将中朝陆块与塔里木陆块统称为中轴构造或中朝-塔里木板块,任纪舜更是提出了古中国地台的概念(1)中朝、塔里木、扬子3个陆块虽然独立存在和演化,但3者在晋宁运动后基本形成了统一的陆块。不仅它们都存在晋宁运动,而且中朝和扬子陆块之间的秦岭造山带中,各种测年方法都测出了前寒武纪地层中有大量1000~800Ma年龄数值。湖北省区域地质调查队1992年在1∶5万郧县幅发现耀岭河群与武当群为不整合,但后来由于沿不整合面发生大规模滑脱,故很难直接观察到;西安地质学院区域地质调查所1995年在1∶5万南化塘幅、狮子坪幅、商南县幅的地质调查时,在北带耀岭河组中采获青白口纪微古植物化石,并运用浅变质火山岩地区双重填图法,将武当群双台岩组分为3个岩段,它们与上覆耀岭河组呈高角度相交,从而确认了两者之间为强烈角度不整合。我们观察了扬子陆块张家界地区、秦岭造山带均县和迷魂阵地区、祁连造山带拉脊山北缘门旦峡、柴达木地块北缘、塔里木陆块北缘库鲁克塔格、阿拉善北缘至北山等不同构造单元的震旦系—下寒武统的岩性和古生物特征可以一一对比,属稳定型沉积,特别是下寒武统特征的黑色富含钒、铅、锌、银等多种元素的硅质碳质页岩,具有惊人的相似性。这说明震旦系—下寒武统这套准盖层性质地层,从扬子陆块越过“秦岭地轴”、“祁连地轴”和中朝陆块西面的“安西地腰”直至新疆、甘肃交界的北山,如此广泛分布的准盖层可以作为古中华古陆存在的佐证(2)古中华古陆固结程度不高,以后再次裂开分别发展,中朝与扬子陆块裂开后形成秦岭造山带。关于秦岭造山带古生代阶段的构造属性与演化历史存在明显分歧。我们不同意有些古地磁学家提出的二者相距甚远,甚至扬子陆块寒武纪时跑到中朝陆块北面,以后又回到南面的认识;也不认同有些地质学家建立的沟弧盆体系,如商丹断裂为俯冲带,秦岭群位置为岛弧,二郎坪为弧后盆地。我们从3个方面研究了它的性质与特点:(1)选择秦岭造山带中相对稳定的迷魂阵地块,从地层、古生物、岩相古地理、微量元素、流体包裹体等方面与强烈活动的断拗以及相邻的华北陆块和扬子陆块对比(3)虽然中朝、塔里木、扬子3个陆块对各时期造山带的演化分别都有影响,但它们作为一个整体(古中华古陆)同样显示明显的作用,而且古中华古陆在亚洲构造格局中占有特殊的地位(后面将有论述)。正是考虑晋宁运动形成了统一的古中华古陆,古陆几经小开小合焊接成固结程度更高的陆块,在亚洲整个构造演化中占有重要地位,我们建立了以古中华古陆为核心的中亚构造集群,并认为古中华陆块在亚洲大地构造演化中与西伯利亚陆块、印度陆块起着同样的作用。3陆内典型造山带亚洲主体构造围绕4个块体有规律的展布。围绕西伯利亚陆块为向南突出的弧形构造,内弧为萨彦—外贝加尔造山系,中弧为阿尔泰—大兴安岭造山系,外弧为中天山—内蒙古—松辽构造结合区北带。从内弧至外弧造山带时代变新,弧度变小。为进一步了解弧形构造形成过程和特点,我们分别在外弧和内弧弧顶附近做了进一步工作。在外弧锡林浩特—林西一带发现海西—印支构造层中片理和褶皱轴均呈弧形分布,而包裹在其中的加里东构造层则为东西向分布,中、新生代的构造盆地和岩浆岩的展布呈北东向,并明显切割上述两构造层(图3)。在内弧贝加尔湖附近见到萨拉伊尔构造层与加里东构造层均与西伯利亚陆块碰撞接触,其片理、片麻理显示弧形特点,特别是贝加尔湖奥里洪岛附近地区,加里东构造层与西伯利亚陆块碰撞时发育有宽度超过200m的典型的糜棱岩。糜棱岩中有很多枢纽垂直的褶皱构造,并显示左行扭动特点,与东萨彦地区的右行扭动正好配套。同时发育的加里东期花岗岩的展布及其片麻理亦呈弧形分布(图4)古中华陆块北侧的南天山—翁牛特旗造山系和中天山—内蒙古—松辽构造结合区南带的造山带和地块基本呈东西向展布。古中华陆块内部的秦祁昆造山系也为东西向延伸,除此之外,沿贺兰山—六盘山—龙门山—横断山分布的南北向构造非常醒目,许多学者都认识到它的重要性,并在相应的图件和著作中显示出来。任纪舜古中华古陆的南侧为围绕印度陆块主体向北北东突出的弧形构造,如巴颜喀拉—澜沧江造山系以及怒江—萨尔温江构造结合区。仅内弧出现了向南突出的喜马拉雅弧。为什么会出现向南突出的喜马拉雅弧形构造呢?笔者在研究世界七大洲地质构造对比时,提出是陆陆碰撞派生出由北向南的推挤所致,即根据东、西构造结榴辉岩年龄确定,它们于燕山晚期印度陆块率先与欧亚大陆碰撞后前进受阻,此时两构造结之间的物质就会向南挤压形成弧形构造太平洋板块向欧亚大陆俯冲,形成了基本向北北东方向延伸的西太平洋造山系,但受菲律宾西面的板块俯冲和日本海扩张的影响而明显呈反S形分布特征。太平洋板块的俯冲,对欧亚大陆东侧进行强烈改造,形成了北北东向构造活化带,其中的锡霍特造山带和蒙古—鄂霍次克海造山带是对欧亚大陆彻底改造而成为西太平洋造山带的一部分。纵观亚洲的构造格局,西伯利亚陆块相对向南挤压,不仅形成了弧顶向南突出,内弧弧度大,外弧弧度小的弧形构造,而且对中朝陆块基底岩系也有强烈的影响,如在内蒙古地轴上的大青山一带海西—印支期岩浆活动十分发育,花岗岩年龄210~228Ma,同时还发育有近东西向展布的褶皱和推覆构造。值得重视的是中、新生代期间,除北东向构造叠加外,上述向南的挤压仍然存在,在林西县幅的调查中发现中、新生代的岩浆岩和盆地的分布以及构造线的方向均有由北东向逐渐变为东西向的迹象,如燕山期白银板沟岩体就是如此,新生代陆内玄武岩火山口的分布也是这种特点。在更西的中蒙边境区,郑亚东等印度陆块一直都是向北挤压的:先后从冈瓦纳古陆裂解出来的古特提斯洋、中特提斯洋、新特提斯洋并相继向北挤压,最后是印度陆块直接与欧亚大陆碰撞。与此同时太平洋板块也是一直向欧亚大陆俯冲,对欧亚大陆施加压力。这样一来,形成了中亚构造集群基本呈东西向展布,分别受围绕西伯利亚陆块分布的向南突出的弧形构造和围绕印度陆块分布的主体向北北东突出的弧形构造的挤压;它们同时又被北北东向展布的东亚构造集群强烈改造,从而形成了复杂的构造格局。这表明古中华陆块处于三面受压的状态,在亚洲大地构造演化中起着“中流砥柱”的重要作用。4潘基亚古陆形成的构造背景及形成机制构造时空演化过程的实质是几个陆块之间的古亚洲洋、陆间小洋盆、特提斯洋和太平洋的演化及其与古陆之间的关系。洋盆扩大代表开裂占优势,洋盆强烈缩小表明闭合为主,是造陆的时期。为了更形象地了解它们的演化和相互关系,我们编制了亚洲中部构造演化历程示意图(图6)。目前大多数地质和古地磁工作者都认为在地史演化中有3次造陆事件是全球性的,即哥伦比亚古陆、罗迪尼亚古陆和潘基亚古陆的形成。但从大量地质资料来看并不是所有的地质块体都完全合为一体,只是相对距离的缩短。同时造陆的时间也不是全球完全一致的,而是有一个区间,一般认为哥伦比亚古陆为1900~1500Ma,罗迪尼亚古陆为1200~800Ma,潘基亚古陆为250Ma左右。每个阶段中应该有个主期(峰期),不同学者对主期的确定也是不一致的。笔者认为Wang等在罗迪尼亚古陆基础上,开始了新的泛大陆和超大陆形成和演化阶段。其中400Ma左右是一个重要的造陆期,它应该是冈瓦纳造陆期的一部分。冈瓦纳古陆最重要的造陆期是泛非运动,该运动主要发生在印度古陆的西侧,使东、西冈瓦纳拼合。但泛非运动在印度古陆北部的影响是有限的,很难将泛非运动和加里东运动分开,就是在研究较详细的西伯利亚地区,也难区分开萨拉伊尔运动和加里东运动,往往它们沿走向有过渡关系。所以笔者认为,泛非运动(萨拉伊尔运动)在亚洲只有局部意义。相反,加里东运动在亚洲普遍发育,影响较大。因此,600~400Ma是冈瓦纳古陆最终形成的时间,在Bleeker250Ma作为潘基亚古陆的形成时间,在国际上都是肯定的,但在亚洲特别是中亚构造集群中的有些地区,如锡林浩特—林西一带二叠系与三叠系为连续沉积,上石炭统—下中三叠统是同时变质变形的,最强烈变质期所形成的动力变质糜棱岩年龄为(223.14±1.75)Ma;三叠纪发育的岩体属同碰撞过铝质花岗岩,且和石炭—二叠纪岩浆岩构成一个完整的造山带岩浆旋回。因此,称为海西—印支造山带。这也说明潘基亚古陆的形成可以延续至三叠纪。从图6中还可以看出,210Ma左右的印支运动在4个构造集群中皆有发育,影响强烈,三叠纪是地史上大陆面积最大的时期。我们特别强调印支运动在亚洲大地构造演化中的重要性和标志意义,印支运动以后,亚洲进入到现代板块体制和陆内构造演化的新阶段。罗迪尼亚古陆和潘基亚古陆的形成是亚洲大地构造演化重要的里程碑。罗迪尼亚古陆形成以前以聚合运动为主,大陆不断增大,最终形成大陆基底。它们之间是开合并重的泛大陆和超大陆演化时期。潘基亚大陆形成后开裂运动显著增强,表现为太平洋的扩张,冈瓦纳古陆的裂解和欧亚大陆东部的强烈活化。亚洲构造时空演化很好地体现了开合运动时间上的旋回性和方向性,空间上的区域性与同步性。5物源区和构造环境构造运动程式是根据构造运动的特点和规律而总结出来的构造运动格式或样式。我们编制了亚洲南北向和南东-北西向的综合剖面图,并总结出3种构造运动程式(图7)。从图7A中可以看出,以中、北亚构造集群之间的构造结合带为中心,向北构造运动指向北,造山带时代变老,相继发育有苏尼特左旗—乌兰浩特海西—印支期碰撞带、额尔齐斯—贺根山海西期俯冲带、蒙古中部加里东期俯冲带、萨彦—贝加尔萨拉伊尔—加里东期碰撞带。结合带以南构造指向南,造山带时代变老,相继发育有西拉木伦海西—印支期碰撞带、温都尔庙加里东期俯冲带。这种准对称分布特点反映古亚洲洋日益缩小,最后两大构造集群对接,我们称这种构造运动特点为背向俯冲对接式(图7B)。图7A中还可见从印度陆块向北,除珠穆朗玛峰外,其他地区的构造运动均指向北,造山带时代变老,相继发育了雅鲁藏布—江喜马拉雅山期俯冲带、狮泉河—申扎—嘉黎燕山期俯冲带、班公错—丁青—怒江印支期俯冲带、龙木措—双湖—澜沧江印支期俯冲带。这种分布特征表明冈瓦纳古陆从石炭纪开始裂解先后形成古、中、新特提斯洋,向北漂移拼贴到欧亚大陆上,并成为欧亚大陆的一部分。这种特点称之为单向运移拼贴式(图7B)。中朝陆块与扬子陆块之间的小洋盆演化比较特殊,它的开裂、聚合与古亚洲洋和特提斯洋是同步的,但它开合的相对位置无多大改变,而且由于自身的聚合以及相邻洋盆聚合的共同影响使凤县—舒城印支期俯冲带将大别地块俯冲至100km以上深度,并迅速折返上来,形成了世界知名的超高压变质带,我们将这种运动特点称为原地开合手风琴式(图7B)。图7C是过日本海北西-南东向综合剖面,显示了太平洋板块后退式俯冲和形成的岛弧造山带以及对欧亚大陆的影响。其中燕山期和喜山期的俯冲和岛弧比较肯定,海西—印支期造山带虽然存在,但是它究竟是太平洋板块俯冲还是随日本海裂开从欧亚大陆上裂解出来的尚需进一步工作。它对欧亚大陆的改造最醒目的是蒙古—鄂霍次克海燕山造山带插入到欧亚大陆中以及在欧亚大陆东部形成了一条北北东向的构造活化带(图7D)。东亚构造集群构造运动的程式和古亚洲洋极为相似,也属于背向俯冲式,只不过太平洋的双向俯冲现在正在进行中。关于背向俯冲对接式形成的机制,以前人们都归根于软流圈地幔对流,后来又提出了地幔柱对流。Maruyama关于单向运移拼贴式形成机制,应该和大陆裂解有关。笔者与地球物理学家邢集善、刘建华运用地震层析剖面研究华北地区岩石圈和软流圈构造时,发现许多软流圈上涌体,其典型形态呈柱状,当上升至70~80km时,产生侧向流动,称之为层流。它们与上覆地壳的变薄活化以及岩浆活动、矿产和地震的分布有密切关系关于原地开合手风琴式的机制,更令人费解。我们对比秦祁昆东西向和贺兰山—六盘山—龙门山南北向构造带,发现它们具体情况不同,但具有同步演化的特征,如都有晋宁期基底、秦岭迷魂阵及阿拉善北缘有下寒武统盖层发育,都是古中华陆块分裂出来的;加里东期都有活动型沉积和加里东运动存在,并见泥盆系之下的不整合;印支运动都强烈发育,并共同俯冲到中朝陆块之下等。笔者因而大胆推测,在南北构造带和东西构造带相交点之下,存在一个寒武纪以来长期活动的地幔“热点”,它周期性地喷出热能和冷却,造成了两条构造带同时原地手风琴式开合运动的特征。Yu等6区域地质背景(1)亚洲划分了11个大地构造旋回,归纳为大陆基底形成、泛大陆和超大陆形成与发展以及现代板块构造与陆内演化三大阶段。其中大陆基底的形成在亚洲大地构造演化中至关重要。(2)以23条俯冲带或碰撞带为骨干,划分了以西伯利亚陆块、古中华陆块、印度陆块和太平洋板块为核心的北亚、中亚、南亚和东亚4个构造集群以及11个二级和86个三级构造单位。构造集群系指核心陆块及围绕它分布的有成生联系的造山带和地块的聚合体。古中华地块的建立基于晋宁运动形成了基本统一的大陆基底及震旦系—下寒武统准盖层;古生代时虽经再次开裂,但规模不大,且印支运动后聚合成固结程度更高的统一陆块。古中华陆块在该构造集群的演化中发挥了核心作用。两构造集群间存在一个构造结合区。(3)亚洲大地构造格局和变形特点为:中亚构造集群围绕古中华陆块基本呈东西向展布;北亚构造集群为围绕西伯利亚陆块分布的向南突出的弧形构造,该弧形构造萨拉伊尔—加里东期开始出现,海西—印支期时定型,由内弧至外弧弧度变小,时代变新,体现了西伯利亚陆块持续相对向南挤压。值得注意的是自北向南的挤压在中新生代阶段仍然存在。古中华古陆的南侧为围绕印度陆块主体向北北东突出的弧形构造,如巴颜喀