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大地构造学报告
中国地质大学(武汉)
《大地构造学》课程论文报告
主题:
秦岭古生代早期-新生代末碰撞造山带的形成
姓名:
xx-
学院:
xx学院
班级:
xxxxxx
二○一x年x月
目录
摘要4
第一章秦岭构造带地理位置及地质特征4
第二章秦岭三阶段造山模式6
2-1陆-陆碰撞造山阶段7
2-2后碰撞单指向叠覆造山阶段7
2-3后碰撞双指向叠覆造山阶段8
2-4显生宙构造迁移10
第三章几种不同的观念11
3-1Sengor的印支期板块碰撞观念[8]11
3-1-1对于加里东期陆内俯冲作用的解释11
3-1-2秦岭造山带与阿尔卑斯造山带的比较12
3-1-3不同于Sengor和Mattauer的观点14
参考文献15
摘要本文主要介绍了从古生代到新生代末期秦岭造山带三个阶段的造山运动过程及对应时期的迁移方向,包括晚加里东-早华力西期陆-陆碰撞造山,印支-燕山期后碰撞单指向叠覆造山,以及晚燕山-喜马拉雅期以来的后碰撞双指向叠覆造山。
在文章开头还介绍了秦岭-大别山造山带的地理位置和地质特征。
在最后一章介绍了一些西方学者对于秦岭造山带形成的不同见解,包括加里东陆内板块俯冲观点和印支期板块碰撞观点,并简要论述了套用阿尔卑斯造山带模式来解释秦岭造山带的局限性。
第一章秦岭构造带地理位置及地质特征
秦岭-大别山造山带横亘于中国大陆腹心地带,介于华北和扬子两大地台之间,西起青海东部,以子科滩盆地与东昆仑相隔,向东经甘肃、陕西、河南、安徽诸省,在合肥以东为郑庐断裂所截,东西延长超过1500km,宽0-250km,其范围包括秦岭、大巴山、武当山、大别山等山脉。
在地理上,徽成盆地和南阳、襄樊盆地把造山带沿走向分为西秦岭、东秦岭和桐柏-大别山三个区段。
从地质构造上,秦岭造山带的北界大致从宝鸡开始向东沿渭河至方城,然后没人南阳盆地。
这条构造线可称为秦岭北缘边界断层,北接华北地台。
秦岭造山带的南界西起勉县,向东绕过汉中地块北缘,经城口、房县,没入襄樊盆地。
这条构造线可称为秦岭南缘边界断层,南接扬子地台。
在秦岭造山带内部出露丹凤蛇绿岩带,由天水以西经凤县、太白、周至、兰田、丹凤、商县至西峡后没人南阳盆地;东到大别山区,在桐柏、信阳、商城、金寨继续有蛇绿岩出露。
丹凤蛇绿岩带的北南两侧分别称为北秦岭构造带和南秦岭构造带。
这两个构造带的地层类型和层序有明显的差异。
北秦岭构造带由原“秦岭系”[6]组成,随着秦岭研究的进展,“秦岭系”不断解体和缩小,先后被解体出来的地层有宽坪群、二郎坪群(中部为蛇绿岩)和丹凤蛇绿岩,保留下来的深变质岩系被命名为秦岭群,出露于秦岭山脉的主体部分,夹持在丹凤蛇绿岩和二郎坪蛇绿岩之间。
秦岭群主要为一套受强烈混合岩化的变质岩,主体部分形成于早元古代(约为2000Ma),受到扬子和加里东-海西构造旋回的强烈影响。
宽坪群主要为一套以云母石英片岩和硅质大理岩及绿片岩-角闪岩为主的绿片岩相变质岩系,原岩形成于中元古代晚期(1000Ma前),至少经历了扬子、加里东-早华力西、印支等三期主要构造热事件。
二郎坪群位于秦岭群和宽坪群之间,主要为一套变质火山一沉积岩系,其中北部为泥盆纪海相沉积(变质砂岩-片岩),中部为蛇绿岩,由变质橄榄岩、辉绿岩墙、枕状熔岩和块状基性熔岩夹放射虫硅质岩和深水复理石沉积等组成,东至泌阳、信阳仍有出露,南部主要为云母石英片岩夹角闪岩类。
二郎坪蛇绿岩是一套非典型的蛇绿岩,变质相为低绿片岩相,未见高压变质带。
南秦岭构造带出露早元古代红安群,以长英质和镁铁质岩为主,是一套含有磷灰石矿层和富铝岩层的沉积一火山变质岩系,与下伏大别山杂岩为不整合接触关系。
中晚元古代碧口群是位于下震旦统冰债岩之下的一套变质细碧岩-角斑岩-碎屑岩建造,主要岩类是绿片岩、千枚岩、板岩、变质火山碎屑岩等,与晚太古代鱼洞子群为断层接触。
后者由斜长角闪岩、浅粒岩、绢云石英片岩、绿泥片岩和条带状含铁建造(BIF)组成。
[10]
上震旦统陡山沱组和灯影组为浊积岩和深水碳酸盐岩。
寒武系-奥陶系与震旦系连续过渡。
志留系岩性变化不一,有火山岩、碎屑岩和钙泥质复理石等不同岩相的分布。
泥盆系与下古生界呈不整合接触。
石炭、二叠系都是浅海碳酸盐岩。
下、中三叠统(留凤关群)为碎屑岩和薄层灰岩组成的复理石,上部出现中酸性熔岩,上三叠统陆相磨拉石不整合于其上,表明南秦岭地槽的演化到印支运动才结束。
总的来说,从震旦系陡山沱组到中三叠统基本连续,或仅有平行不整合和局部的超覆不整合。
秦岭-大别山造山带南部的高压变质带和超高压岩石横跨四川、陕西、河南、湖北、安徽、江苏和山东等七省,延长可达2000km,可以说是世界最长的高压变质岩带。
在高压低温的蓝片岩带北侧,往往相伴产生一条高压高温的榴辉岩带,主要出露于浙川、枣阳、大悟、红安、新县、英山、潜山、岳西、太湖等地。
组成该带的岩石除榴辉岩外,还有榴闪岩、角闪岩、橄榄岩和硬玉石英岩等。
有观点认为,这些高压变质岩是中晚元古代、加里东期、海西-印支期及燕山期多期变质形成的。
第二章秦岭三阶段造山模式
从晚加里东—早海西期陆-陆碰撞造山,经印支—燕山期后碰撞单指向叠覆造山,到晚燕山—喜马拉雅期以来的后碰撞双指向叠覆造山,秦岭造山带经历了三个发展阶段,形成了今日秦岭(以及大别山)的准扇状横断面,以及造山带向两侧大陆地块(华北克拉通和扬子地块)逆冲推覆的格局(图图2-1-1c)[7]
表2-1构造年代表
2-1陆-陆碰撞造山阶段
华北板块及早古生代秦岭洋壳相对向扬子板块俯冲使扬子板块北缘成为活动大陆边缘,产生了晚加里东期火山及深成岩浆活动,形成了中秦岭岛弧花岗岩类分带。
在随后的陆—陆碰撞过程中,华北板块向南对扬子板块俯冲,产生了子母沟—大河缝合带及相应的混杂岩带和剪切带。
由此形成了主缝合带及两侧大陆边缘的相应构造变形,以及由南向北的推覆方向及构造方向。
这就是陆—陆碰撞的主缝合带(子母沟-大河)由南向北逆冲及剪切推覆的板块运动背景。
因此,在陆—陆碰撞造山阶段,秦岭造山带的构造迁移方向是单指向的,即由南向北迁移;造山带代表的地壳表层物质随仰冲板块(扬子板块)向前陆(华北板块)迁移(图2-1-1c)。
主缝合带(子母沟-大河)及其两侧大陆边缘岩层的同期变形特征及推覆方向的一致性,证明早古生代洋盆在晚加里东—早海西期已经关闭,该洋盆大陆已经实现陆—陆碰撞;从而形成了统一的构造应力场及一致的构造迁移方向。
2-2后碰撞单指向叠覆造山阶段
在印支—燕山期,秦岭造山带两侧大陆板块的俯仰关系发生了相反改变,其推覆方向及造山带构造迁移方向由北向南,故称为单指向叠覆造山阶段。
在陆-陆碰撞造山阶段,造山带由南向北迁移,属单指向构造迁移;反映了造山带随仰冲板块(扬子板块)向前陆(华北板块)方向移动。
在后碰撞单指向叠覆造山阶段,造山带由北向南迁移,亦属单指向构造迁移,但造山带的迁移方向与碰撞造山阶段相反,反映了造山带两侧板块运动仰俯关系的改变。
在晚加里东—早海西期,秦岭造山带随扬子板块俯冲运动而由南向北推覆和迁移;在印支—燕山期,则随华北板块仰冲而由北向南迁移。
在晚燕山期以来,华北板块南缘由仰冲转变为俯冲运动,由此引起了秦岭和大别山向华北陆块的构造迁移,和相应的由南向北的逆冲和推覆,以北淮阳推覆构造体系为代表,从而使秦岭造山带地学断面呈现准扇状构造格局。
秦岭在印支—燕山期后碰撞叠覆造山作用在东秦岭表现明显,它以叠瓦式单指向推覆构造系统为特征,由北秦岭背驮式推覆体系和南秦岭下插式推覆体系组成。
在总体上构成由北向南的构造指向,反映了造山带由北向南的构造迁移(图2-1-1b)。
Fig2-3-1秦岭的三阶段造山模式
(a)晚燕山期—喜马拉雅期以来准扇状结构(b)印支—燕山期由北向南构造迁移(c)晚加里东—早海西期由南向北构造迁移
2-3后碰撞双指向叠覆造山阶段
从晚燕山以来,秦岭造山带发生了向造山带两侧大陆的构造迁移:
秦岭造山带在继续向南迁移的同时,它的北缘发生了向华北板块南缘的逆冲和推覆;从而使造山带向两侧大陆板块叠瓦式推覆,故称后碰撞双指向叠覆造山阶段。
从晚燕山期以来,秦岭造山带形成了双向叠覆造山带,构造断面以及准扇形为特征,反映了造山带两侧大陆的对应俯冲运动。
这种构造特征,在地质及地球物理剖面上也得到了证实(图2-3-1)[9]
秦岭造山带及其两侧大陆,从晚加里东期以来,在上述三个造山阶段中,发生了反复的迁移及俯仰运动关系改变,以及岩石圈相应的挤压及叠覆。
因此,造山带构造迁移方向所代表的地壳表层物质运动方向,是造山带两侧大陆板块相对仰俯冲运动的直接结果。
Fig2-3-1秦岭造山带浅部构造与深部构造剖面对比略图
1华北板块地壳2扬子板块地壳3燕山期花岗岩4逆冲断层及方向5同位素地质年代6闪长岩7火山岩8辉长岩
2-4显生宙构造迁移
秦岭造山带及两侧大陆碰撞造山阶段:
王作勋等认为秦岭造山带及两侧大陆边缘晚元古代以来构造指向演变主要经历了五个阶段:
活动陆缘增生造山(北秦岭),活动陆缘增生造山(南秦岭),陆-陆碰撞造山,后碰撞单指向叠覆造山,后碰撞双指向叠覆造山。
陆-陆碰撞造山阶段主要发生在晚加里东—早海西期,华北板块南缘和扬子板块北缘。
表2-2秦岭造山带及两侧大陆边缘晚元古代以来构造指向演变简表。
第三章几种不同的观念
Mattauer[1]等认为,秦岭是加里东期陆内俯冲作用的产物,主要基于泥盆系与老地层间的微角度不整合,而且秦岭变质岩中有古生代中期的年龄值,而Sengor[2]则认为是早中生代两大陆碰撞的结果。
3-1Sengor的印支期板块碰撞观念[8]
秦岭山脉是经华北板块和扬子板块碰撞而形成的,而这一碰撞发生在古特提斯洋于三叠纪闭合之后。
[5]
3-1-1对于加里东期陆内俯冲作用的解释
(1)加里东造山运动观念主要是基于泥盆系与老地层间的微角度不整合。
不整合面的重要性无疑被过分强调了。
事实上,这种不整合可能仅仅是古生代中期台地上的一次海退事件的记录。
碰撞型山脉中的大规模碰撞事件应被广泛发育的碰撞后磨拉石相沉积物所记录。
例如,祁连山就极可能是加里东期大陆碰撞的产物,那里泥盆系为巨厚的红层,属典型的磨拉石相。
但在秦岭却不同,这里广泛发育的磨拉石沉积为上三叠统至侏罗系地层,而晚古生代沉积物却为复理石或浅海碳酸岩。
Fig3-1-1秦岭变质岩和火成岩放射性同位素年龄值的频率直方图
(2)另一证据称秦岭变质岩中有古生代中期的年龄值。
如所示,秦岭变质杂岩带有不少样品(约占总数的l/3)的变质矿物的放射性同位素年龄值介于30至50Ma间样品的大多数年龄值小于30Ma指示了古生代末至中生代初的热事件。
(图3-1-1)
(3)推测大陆碰撞年代的另一方面证据来自古纬度研究。
扬子板块上二叠统中放射虫硅质岩的出现说明其在二叠纪时的古地理位置靠近赤道。
[3]这一点已得到古地磁学研究的确证扬子板块在向北移动了很远距离之后才于三叠纪与华北板块碰撞。
[4]
3-1-2秦岭造山带与阿尔卑斯造山带的比较
东西走向的断裂在秦岭颇为常见,新生代期间,沿这些断裂的侧向运动很活跃,其成因与印变板块向亚洲板块的挤人运动有关。
印度与西藏于始新世碰撞之后,延续的挤压作用导致亚洲板块的内部形变,形成大规模走滑断裂。
[5]这些新生代断裂肢解了秦岭造山带,并使各分离的部分发生位移。
然而,按比较大地构造学观点去分析秦岭的构造带展布格局及其内部构造特征(图3-1-2),仍可清楚地看出,秦岭可与阿尔卑斯山或阿巴拉契亚山这类典型的碰撞型造山带对比。
陆间碰撞型造山带的板块构造模式包括三大单元:
(1)上叠壳楔及其沉积盖层;
(2)碰撞混杂岩;和(3)一个或多个俯冲壳楔(图3-1-2)。
在阿尔卑斯山,上叠壳楔已经滑移而形成一系列刚性基底推覆体一奥地利阿尔卑斯推覆体,其基底与盖层在阿尔卑斯期变形中基本未受变质作用碰撞混杂岩在瑞士东部表现为阿鲁萨蛇绿混杂岩带,在瑞士西部表现为萨斯一泽玛特蛇绿岩及变质的混杂岩,它们在阿尔卑斯山被称为彭奈恩带高位推覆体。
俯冲壳楔被分为两个构造单位,其沉积盖层已与基底相脱离,形成瑞士高位钙质阿尔卑斯带一海尔微带推覆体,而俯冲的基底及大陆边缘沉积物则在阿尔卑斯期变形中受到变形与变质作用,形成阿尔卑斯山彭奈恩带的中位及低位推覆体。
Fig3-1-2秦岭地质剖面
1华北板块的结品基底2华北板块的盖层3构造混杂岩及其巾的外来岩块(超基性岩,花岗岩,灰岩等)4晚古生代沙积岩5晚古生代浅海灰岩6三叠纪浊积岩及远洋灰岩7中生代花岗岩8新生代沉积物9断裂
Fig3-1-2碰撞造山带模式
l俯冲壳楔的基底与盖层2碰撞混杂岩体3上叠壳楔屯4刚性基底5活化基底6活化盖层7盖层逆冲带8碰撞混杂岩
在秦岭,从甘肃武山至河南南阳有一条东西走向的构造带,即秦岭变质杂岩带。
其中发育了大大小小的蛇绿岩质外来岩块,包绕这些岩块的基质在变质较轻的地带为发育弥漫性剪切劈理的页岩、板岩、或千枚岩,而在变质较深的地带则为云母片岩。
外来岩块的成分十分复杂,但总有蛇绿岩块体出现,表明这些混杂岩标志着两大陆碰撞的缝合带。
秦岭南部为前陆褶冲带,扬子型沉积盖层被挤压后形成褶皱与逆冲席片,具有滑脱沉积层中常见的薄皮构造特征。
其变形式样与阿尔卑斯山的海尔微带及阿巴拉契亚山的盆地山脉省具共同特征,即结晶基底均未参加沉积盖层的变形。
上述两个构造带的空间展布格局已经暗示了形成秦岭时两大陆板块的相对运动方向。
前陆褶冲带位于俯冲板块侧,而由碰撞混杂岩隔开的另一侧则为上叠板块。
Fig3-1-3秦岭构造演化示意图
1刚性基底及其盖层2活化基底及其盖层3碰撞混杂岩4复理石盆5一一前陆褶冲带6磨拉石7中生代花岗岩8逆冲断裂
3-1-3不同于Sengor和Mattauer的观点
秦岭造山带从印支-燕山期至晚燕山期-喜马拉雅期,两阶段构造演化所形成的准扇状造山带断面结构,是后碰撞叠覆造山作用的结果(图2-3-1a)。
它有别于阿尔卑斯造山带的准扇形结构(图2-3-1b)。
在阿尔卑斯造山带,其准扇状结构是碰撞造山阶段向前陆方向的构造迁移,以及后碰撞阶段早期造山带向后陆方向构造迁移的结果。
而秦岭造山带在陆-陆碰撞造山阶段的构造迁移方向,被后碰撞阶段叠覆造山作用不同程度的改造,而使人难以识本来目的,由此产生了两种假象:
1后碰撞阶段(印支-燕山期)的构造迁移方向,被作为碰撞阶段的构造指向;2后碰撞阶段造山带由北向南的构造指向,被作为洋壳消减方向的根据。
王作勋等认为Sengor和许华靖等的秦岭造山带模式[1][11]输入第一种假象的反映;而mattauer等的模式则是受第二种假象的影响。
它们的相同之处是主张秦岭古洋壳由南向北对华北板块俯冲消减,使华北板块南缘成为活动大陆边缘,而扬子板块为被动大陆边缘。
这种板块的活动模式在与秦岭在印支-燕山期的构造迁移方向一致,从而在实质上反映了秦岭在后碰撞阶段的变形特征及构造指向。
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