地质地球所揭示青藏高原东缘龙门山中生代地壳增厚机制

青藏高原作为世界屋脊,其地壳发生了显著增厚。现今有走滑-逆冲推覆模式和Channel
flow两种端元模型来解释地壳增厚。龙门山作为青藏高原的东部边界,很好地记录了地壳增厚过程。沿龙门山分布了一系列新元古代基底杂岩,在走滑-逆冲推覆增厚模式中,这些杂岩属于基底卷入变形的厚皮构造;在Channel
flow模式中,这些基底杂岩是“下地壳流”物质在地表的表现。因此,研究基底杂岩如何出露至地表以及何时出露至地表成为揭示青藏高原东缘龙门山地区地壳增厚机制和时间的有效途径。

华南板块东部在晚中生代最引人注目的地质面貌是发育大规模的岩浆岩和众多的白垩-第三纪的地堑-半地堑盆地,并且相邻的盆地与同期或稍早的花岗岩之间经常以正断层的关系耦合在一起,被誉为“华南盆岭省”。这表明华南板块也可能发生了类似于华北克拉通破坏过程中的岩石圈减薄现象。然而与华北克拉通相比,代表地壳强烈伸展而使得中-下地壳岩石折返的变质核杂岩在华南浅表发育似乎并不显著,这使得花岗岩构造研究成为解译华南晚中生代构造演化的一个重要突破口。

在上述背景下,中国科学院地质与地球物理研究所盆山系统动力学学科组博士研究生薛振华与导师林伟对龙门山中段的彭灌杂岩展开了详细的构造解析、磁化率各向异性分析和重力模拟工作。详细的构造解析表明彭灌杂岩由变形的NW块体和未变形的SE块体组成,NW块体由西部向NW拆离的正断裂和东部向SE的逆冲断裂夹持,呈岩片形式向SE逆冲至未变形的SE块体之上。

大云山-幕阜山岩基位于华南内陆江南造山带中段,是华南晚中生代较大的复式岩体之一。中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室博士后冀文斌及其合作者应用构造解析、年代学、磁组构和重力模拟相结合的多学科方法对该岩基的侵位-折返历史进行了详细的研究,并探讨了其构造意义。该项研究为人们理解华南晚中生代岩浆活动的动力学背景提供了构造证据,并为华南花岗岩的构造研究树立了一个典型的范例。

剩余布格重力异常显示两条高密度带与龙门山近平行分布,一条对应龙门山沿线的高密度新元古代杂岩(如彭灌杂岩、轿子顶杂岩等),另一条高密度带在地表并无任何高密度物质表现。

通过详细的野外-室内构造分析,他们厘定出了与岩基早晚两期侵入体相关的两期变形事件:D1变形在早期侵入体(约150
Ma,斑状黑云母二长花岗岩及次要的黑云母花岗闪长岩)南部边缘的片麻状花岗岩及其围岩接触变质带中表现较为明显,可见NE–SW向矿物拉伸线理及上部指向SW的剪切;D2变形以晚期侵入体(约132
Ma,中细粒二云母二长花岗岩)西部舌状边缘大云山拆离断层的发育为特色,卷入韧性变形的花岗岩及其围岩接触变质岩中发育NW–SE向的矿物拉伸线理及上部指向NW的剪切。除上述岩基南部和西部边缘的变形外,其内部则以块状构造为主,未见明显的宏观变形特征。此外,浅层次NE向的脆性正断作用还控制了岩基两侧断陷盆地的发育,沉积充填了上白垩统-第三系的陆相红层。采自大云山拆离断层的花岗质糜棱岩(由晚期侵入体变形而成)获得了约109
Ma的白云母Ar–Ar年龄和95–92
Ma的黑云母Ar–Ar年龄,代表了韧性剪切的冷却年龄;而对于早期侵入体的片麻状花岗岩的角闪石和黑云母Ar–Ar测年则给出了124–122
Ma的年龄,被解释为晚期构造-岩浆活动导致的热重置年龄。

垂直彭灌杂岩的两条重力模拟剖面表明,彭灌杂岩以岩片形式叠置在一起,这与构造解析结果非常吻合。重力剖面还揭示在彭灌杂岩西部,中生代盖层之下,同样存在高密度的岩片向SE逆冲叠置。结合图1的区域剩余布格重力异常,表明这两条近平行的基底岩片组成了龙门山的基本格架,并导致龙门山地区地壳增厚。

AMS结果显示岩基内部的磁组构以岩浆流动组构为主,并从统计上可以分辨出两组磁线理:早期侵入体磁线理以近N–S或NE–SW向为主,而晚期侵入体的磁线理则以NW–SE向占优势,这分别与野外观察到的两期构造线理十分吻合。重力资料分析及两条实测重力剖面的模拟结果显示:早期侵入体的根部位于岩体的北部,向南其厚度变薄,这与磁面理所反映的几何形态较一致(北部的磁面理较陡,平行于岩体边界向中心倾;而南部的磁面理多向S或SW缓倾),指示了岩浆在侵位过程中向南的运移;晚期侵入体西部大云山部分呈舌板状,推测其下为高密度的新元古代变沉积岩围岩,而其东部底界形态表现为高低起伏的锯齿状,指示在深部存在多个线性的岩浆补给区(可能代表了与岩浆活动同期的地壳伸展张裂隙)。

杂岩体西部和东部强应变带内云母Ar-Ar定年结果表明,新元古代杂岩岩片叠置时间在166-120Ma之间,松潘-甘孜褶皱带内老君沟等岩体在166Ma左右同样发生了快速的抬升冷却,间接表明松潘-甘孜褶皱带内隐藏的基底岩片在这期间逆冲叠置。综上所述,龙门山在晚中生代(166-120Ma)期间以基底岩片叠置的形式使地壳增厚。

基于以上数据,他们得到如下结论:岩基早期侵入体南部边缘的变形可能是岩浆在侵位冷凝过程中受到了来自扬子北缘秦岭-大别造山带前陆地区晚侏罗世远程挤压应力的叠加,因而其变形时代应与侵位时代基本同时,即约150
Ma;岩基晚期侵入体具同构造特点,西缘大云山拆离断层的韧性剪切活动时间发生在132–95Ma期间,其侵位发生在NW–SE向的区域伸展作用下,动力学背景可能与古太平洋板块俯冲后撤或板片回转造成的弧后拉张相关。最后,他们还总结了华南晚中生代伸展构造发育的时空特点,并指出所谓“华南盆岭省”的形成与华北克拉通破坏具有相同的动力学背景。两者均从属于欧亚大陆东缘早白垩世巨大的岩石圈减薄区(以NW–SE向伸展为主导),也就是说,华北克拉通的破坏并不是“孤立”的。

以上研究成果近期发表在国际构造地质学期刊Tectonics上(Xue et al.
Mesozoic crustal thickening of the Longmenshan belt (NE Tibet, China)
by imbrication of
basement slices: insights from structural
analysis, petrofabricand magnetic fabric studies, and gravity modeling.

Tectonics, 2017, 36: 3110-3134)。

该项研究成果分上下两部分连载发表在Journal of Geophysical Research:
Solid Earth
期刊上(Ji et al. Multiple emplacement and exhumation
history of the Late Mesozoic Dayunshan-Mufushan batholith in Southeast
China and its tectonic significance.
Journal of Geophysical Research:
Solid Earth
, 2018.123: 689-710,711-731)。

论文链接

论文链接:1 2

图片 1

图片 2

图1 扣减深部重力信息后的区域剩余布格重力异常。PG: 彭灌杂岩; JZD:
轿子顶杂岩; LJG: 老君沟岩体

图1 华南板块大地构造简图及大云山-幕阜山岩基的位置

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