中国东部晚中生代成岩成矿深部背景
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发布时间：2022-04-27 10:15
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时间：2023-09-12 04:38
燕山期成矿大爆发深部背景实际上是侏罗纪以来中国东部深部地质事件序列演化问题。三叠纪以来,中国东部诸陆块在印支期拼合形成统一的中国复合*(也有学者称为中国古*),以后不久,就发生了周边一系列洋盆的俯冲碰撞作用,东北部的那丹哈达洋盆向西南拼贴,东部和东南沿海伊佐奈岐洋向西或西北挤压,西伯利亚*向南推撞,滇缅马苏陆块、印支陆块和拉萨陆块向北-北东拼贴挤压,形成中生代早期以陆内俯冲和多向陆内造山为特征的构造带:如北部的蒙古-鄂霍次克带,东北部的锡霍特-阿林-那丹哈达带,东侧的伊佐奈岐带和西南侧的东特提斯带的形成,最终使中国主体*(指雅鲁藏布缝合带以北之中国)拼合形成增生于西伯利亚*之边缘,亦是西伯利亚*与北美*在俄罗斯的上扬斯克一带拼合完成的时期,与此同时,导致了东部*软流层上涌造山作用及岩浆活动(肖庆辉等,2009),开始了深部软流层物质自下而上改造中国东部*岩石圈的新的地质演化过程。
中生代晚期在地壳和岩石圈急剧增厚后,发生了剧烈的岩石圈垮塌和伴生的火山-岩浆活动。由此可见,燕山期,中国东部*周边的俯冲消减碰撞造山与由它们引发的中国东部*内的软流层上涌的深部地质过程联合作用的这一构造*,控制着中国中东部*的形成演化与变形,要认识中国东部*岩石圈形成演化,就需要从深部软流层上涌与岩石圈和软流层间相互作用去解读中国东部岩石圈形成演化的独特性。喜马拉雅期(新生代)印度*与亚洲*碰撞拼合和西太平洋沟-弧-盆系统形成,是中国*最终形成的构造阶段(肖庆辉等,2009)。因此,中国东部*边缘经历了印支运动向燕山运动、燕山运动向喜马拉雅山运动的两次构造*转换,是该区中生代构造-岩浆-成矿作用的核心。
关于中国东部高原,或者说关于中国东部中生代陆壳曾经加厚(邓晋福等,1996)可从中国东部分布侏罗纪二云母花岗岩、高Sr-Ba花岗岩得到支持。基于火成岩探针新技术(邓晋福等,1994,1996;郑建平等,1999;朱大岗等,1999),获得发育安第斯型火成岩组合地带的侏罗纪-白垩纪时期的岩石圈和陆壳的厚度分别为60~80km和50~60km;而侏罗纪前的岩石圈和陆壳的厚度分别为200~250km和40km,它指示*岩石圈丢失了至少120km厚的根带,但陆壳加厚了约10~20km,进一步指示这是一种在造山环境下的*岩石圈的巨大减薄作用。然而对于海西型的南岭造山带来说,则岩石圈与陆壳均发生了巨大增厚作用。基于上述参数,结合火成岩系列及其性质、K60、火成岩分段及其造山-深部过程的PTt轨迹,邓晋福等(1996)给出完整的成因模型。
关于岩石圈地幔减薄是当前地学界的热门话题,对岩石圈减薄动力学背景已有多种认识:如①强调扬子板块和华北板块碰撞及它们之间的*深俯冲(周新华等,2002)。②认为主要受控于古太平洋板块向欧亚板块的俯冲作用(周新华等,1998;周新民和李武显,2000,2002)。③认为与Pangea超*裂解有关(洪大卫等,2003)。④强调与印度板块同欧亚板块碰撞有关等(Menzies M A et al.,1996)等。也有人认为如华北太古宙陆块是低密度的,其浮力效应不可能发生大面积拆沉等。从上述争议可以看出,对这一问题关键是从何角度去看待的问题,从前面的讨论可以看出,我们强调地质事件的发生、发展取决于地球内部的因素,强调岩石圈/软流圈系统的变迁对浅部的控制作用,因此,对岩石圈地幔也离不开这个因素。岩石圈的减薄离不开两个因素,即物理的和化学的,物理的强调重力拆沉,如造山带山根拆沉,化学的强调化学侵蚀。其实软流圈物质上涌(对流地幔输入*)进入岩石圈地幔、地壳的过程中既有物理过程又有化学过程,两者可以说是统一的。
*岩石圈比大洋岩石圈复杂得多(肖庆辉等,1993),其成分和结构在漫长的地质演化过程中,由于壳幔物质的化学与物理学的差异,它对于同一个作用过程的反应不同,或者在同一个新的动力学系统作用下,有的易于改造,有的则不易改造而保留;或者由于作用力的强弱不同,同一种物质在作用力强的地方易于改造,而在作用力弱的地方不易改造,在它们之间形成岩石圈成分或结构的不连续,进而可以区分出不同的岩石圈类型。而不同岩石圈之间其动力学效应是不同的:陆块(克拉通)块体低密度-低温-低挥发分的*根性质密切相关,整体上保持着构造上的稳定性造山岩石圈根的高密度必诱发岩石圈的下沉和水平挤压,最终导致根带的拆沉或去根,随后诱发软流圈物质上涌取代原来的根带空间,由此诱发岩浆喷发或侵入,最终,软流圈的放热和冷却产生新的岩石圈,粘贴在原来的老的岩石圈的下面,正如Polet & Anderson(1995)指出的,这是一种时间上短暂的“根”(in time of transient“roots”)。例如,岩石圈和软流圈之间的热边界层(thermal boundary layers),显然,它与陆块(克拉通)的“永久”的*根是截然不同的。实例是青藏高原现今岩石圈的不均一,可能代表了造山岩石圈根高密度诱发的岩石圈动力学演化的几个主要阶段(图8.14)。
软流圈物质沿岩石圈不连续上涌、根带熔融,导致岩石圈不连续之间形成熔融带,致使大规模拆沉:中国东部是拼合的*,造山岩石圈根和克拉通根并存,两者之间的岩石圈不连续(Kutina,1995)是软流圈物质上涌的良好通道,即便在同一块体中,如华北陆块(克拉通)也是由多个古陆核生长而成的,古陆核之间的边界在地质历史中也可能形成岩石圈不连续。因此软流圈物质沿相邻岩石圈不连续上涌对岩石圈地幔、地壳的物理、化学作用,形成壳内层状岩浆房,尤其是燕山期岩浆活动遍及华北地台中东部地区,形成6条花岗岩带(图7.6)。可以设想一下,沿岩石圈不连续上涌的软流圈物质和热底侵至下地壳底部形成层状岩浆房,相邻层状岩浆房之间的水平延伸,可能导致中国东部岩石圈地幔的整体拆沉去根导致更大规模的软流圈物质上涌,诱导大规模下地壳熔融、上侵与成矿(图8.15)。
对埃达克岩的研究,唤起了人们对其形成条件、背景及其动力学意义、与成矿关系等方面的研究*(张旗,2004,2007,2010;侯增谦等,2006;赵文津,2007;王晓蕊,2005),以及中国东部曾经存在高原的遐想(张旗等,2001,2010)。根据埃达克岩成因,埃达克岩形成要求偏基性的源岩,它可以由达到榴辉岩相深度的俯冲洋壳(O型埃达克岩)或加厚下地壳(C型埃达克岩)部分熔融形成。在造山带岩石圈演化过程中,陆壳加厚引起的壳内分异残留的是偏基性的榴辉岩相岩石,高密度的榴辉岩相岩石堆积将导致其下的造山带岩石圈失稳、去根,如果在壳底残留有榴辉岩相岩石的话,上涌的软流圈物质和热导致去根后残留的榴辉岩相岩石部分熔融必将产生C型埃达克岩浆,我们曾提出C型埃达克岩是造山岩石圈根拆沉去根的记录(邱瑞照等,2004a;Qiu R Z et al.,2004)。
从埃达克岩的产出时代来看(图8.16),中亚造山带中段、西段主要为古生代,并以晚古生代为主,藏南主要为新生代,中国东部除了华北地台北缘出现个别侏罗纪外,其余均为早白垩世C型埃达克岩,即起源于加厚下地壳(>50km)岩石的部分熔融;从埃达克岩所揭示的动力学意义来看,晚中生代时期在中国东部确实发生过造山带型岩石圈的大规模拆沉、去根作用,导致该区晚侏罗-早白垩世最强烈的岩浆活动与大规模成矿作用。因此,我们有理由相信中国东部晚中生代之前曾经存在高原。
现在的亚洲是世界七大洲中面积最大的,实际上印支运动结束时就已经形成这个雏形,晚中生代成岩成矿正是发生在这样的背景:中国北方*与华南*的拼合,使中国及邻区*面积大大扩大,*的边界发生了重大变化。总体上看,燕山期、喜马拉雅期边界在中国及邻区*印支期拼合*格架内演化,*面积扩大必然使其对应的软流圈-岩石圈系统边界改变,形成大系统。而拼合的中国及邻区*包含多条造山带,形成于挤压机制的造山带型岩石圈,岩石物理性质决定了在造山带过程中地壳的加厚主要发生在下地壳,从造山带岩石圈演化加厚-拆沉-再加厚的过程看(图8.14),造山带岩石圈根具有保留时间短、不稳定(活动)的特点,其岩石圈-软流圈边界(LAB)是伴随造山过程变化的。由于印支期后中国及邻区主体*形成,中国及邻区*软流圈-岩石圈系统(西太平洋-东南亚-印度洋地幔环流)可能属全地幔环流,它覆盖的范围不仅是东南亚西太平洋和*地区,而可能是整个亚洲或欧亚*。燕山期大的对流地幔输入*事件(软流圈物质和热上涌),推动中生代以来整个亚洲岩石圈演化和大规模成矿作用,诱发中国*上滨西太平洋成矿域内大规模的构造-岩浆-流体-成矿作用,成为中国*上最重要的成矿时期之一。
图8.14 岩石圈根对中国*动力学系统的约束
图8.15 软流圈物质沿岩石圈不连续输入*模型(据J.Kutina,1996,修改)
古太平洋板块的俯冲可能只是亚欧*中生代的动力学边界之一,只对东部边缘作用;最东边在深海沟以西,是一串呈幕式排列的岛弧带,自北而南为阿留申群岛、堪察加半岛-千岛群岛、库页岛-日本群岛、朝鲜半岛-琉球群岛、伊豆-小笠原弧和爱琴海弧、台湾岛-菲律宾群岛、巽他弧、北汤加弧;其西即边缘海沉降带,自北而南为白令海、鄂霍次克海、日本海、黄海-东海、南中国海;再西即亚洲*边缘隆起带,包括诸边缘西侧一系列山脉;再往西即由布列亚、松辽、华北、江汉等一系列盆地组成的陆内坳陷带(沉降带)。由西太平洋边缘海及相邻岛弧、深海沟构成世界最典型的沟-弧-盆体系之一(李廷栋等,2002)。由布列亚、松辽、华北、江汉等一系列盆地向东的黄海-东海、南中国海*架是陆壳,且产出中生代侵入岩(李廷栋等,2002;邱燕等,2008),再向东才向洋壳过渡。现今西太平洋地区除了在日本海太平洋板块是低角度向亚洲*俯冲外,其他的碰撞带都是近垂直向下的,可能它们对中国东部的构造运动不是像有的文献里所讲的那样重要(袁学诚,2010)。使东亚西太平洋岩石圈发生剧变的主要动力不是太平洋板块的俯冲,而是来自软流圈物质的上侵和对岩石圈地幔、地壳改造(肖庆辉等,2010),使现今中亚东部呈现大范围的蘑菇云状软流圈侵入壳幔结构。这样,中国东部晚中生代成岩成矿深部背景可能主要是中国东部高原造山带垮塌、伸展所引起,使软流圈物质和热上涌,导致强烈的火山、侵入活动,以及大规模成矿作用。其机制大致相当于美国西部盆岭省的形成。现在的东亚-西太平洋呈现一范围宏大的低速岩石圈区(图2.13),在垂向剖面上(图2.14)也确实存在(袁学诚,2010),它们是新生代进一步扩张、右旋,形成边缘海的结果。深度100km,地震负S波速度扰动带与板块边界(洋脊系及俯冲带)及*裂谷带相吻合(杨文采等,2011);在东亚*边缘及边缘海和西太平洋地区软流圈内部高速块体比较发育,加厚的岩石圈地幔的对流移动与分层剥离(发生拆离作用),可能使热的软流圈上升至较浅并引起部分熔融,相应的残留块体(高速块体)下沉到软流圈中(Gans等,1998),与美国盆岭省*伸展与火山作用关系类似。综合构筑的中国东部岩石圈-软流圈深部背景模型见图8.17。
图8.16 中国与埃达克岩有关的矿床分布图(据张旗等,2004,修改)
图8.17 岩石圈-软流圈系统的动力学模型示意图
