地质力学学报  2019, Vol. 25 Issue (5): 678-698
引用本文
李锦轶, 张进, 刘建峰, 曲军锋, 郑荣国, 赵硕, 王励嘉, 张晓卫. 中国地壳结构构造与形成过程:来自构造变形的约束[J]. 地质力学学报, 2019, 25(5): 678-698.
LI Jinyi, ZHANG Jin, LIU Jianfeng, QU Junfeng, ZHENG Rongguo, ZHAO Shuo, WANG Lijia, ZHANG Xiaowei. CRUSTAL TECTONIC FRAMEWORK OF CHINA AND ITS FORMATION PROCESSES: CONSTRAINTS FROM STUCTURAL DEFORMATION[J]. Journal of Geomechanics, 2019, 25(5): 678-698.
中国地壳结构构造与形成过程:来自构造变形的约束
李锦轶 , 张进 , 刘建峰 , 曲军锋 , 郑荣国 , 赵硕 , 王励嘉 , 张晓卫     
中国地质科学院地质研究所, 北京 100037
摘要:中国地壳结构构造与形成过程,一直是地质界关注的重大地质构造问题。然而已有研究主要侧重于构造单元划分和构造演化,而对各个构造单元构造变形以及相互之间的构造关系,没有给予足够重视。文章基于对已有资料的综合研究和笔者研究积累,分析和总结了华南、华北、东北、西北、青藏高原和苏鲁-大别-秦岭等地区的构造变形特征与地壳结构构造,根据构造变形特征,结合其他方面的资料,提出松辽盆地两侧构造单元可以对比连接,东准噶尔与西准噶尔以及东天山与西天山构造单元分别属于不同古陆的增生边缘不应该对比连接,牡丹江缝合带不存在,以及中国东部发育两个方向的隆起-坳陷构造等新认识。基于不同时代构造变形特征,对华北古陆基底结构和形成时代、塔里木和扬子古陆基底形成时代、古生代至三叠纪中国大陆主体聚合过程以及侏罗纪以来中国东部构造变形对已有构造的叠加改造和现今中国地壳结构构造最终形成,进行了初步讨论。
关键词中国大陆    地壳构造格架    北西和近东西走向的隆起与坳陷    构造单元对比连接    不同构造单元之间的构造关系    
DOI10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.05.061     文章编号:1006-6616(2019)05-0678-21
CRUSTAL TECTONIC FRAMEWORK OF CHINA AND ITS FORMATION PROCESSES: CONSTRAINTS FROM STUCTURAL DEFORMATION
LI Jinyi , ZHANG Jin , LIU Jianfeng , QU Junfeng , ZHENG Rongguo , ZHAO Shuo , WANG Lijia , ZHANG Xiaowei     
Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
Abstract: The crustal tectonic framework of China with its formation and evolution has been a major issue for geological field. However, almost all the available studies on this issue focus on tectonic division and evolution, but very few attentions are given to the deformation features and structural relation of various tectonic units in China. On the basis of comprehensive study of the existing data and the authors' research, this paper analyzes and summarizes the structural deformation and crustal tectonic framework of various regions such as South China, North China, Northeast China, Northwest China, Qinghai-Tibet plateau and Sulu-Dabie-Qinling, discusses tectonic division of some regions and put forward some new ideas which includes that there are same tectonic units on the two sides of the Songliao basin could be divided and correlated; that tectonic units in the West Junggar region were parts of the Kazakhstan paleoplate, and the ones in the East Junggar and northern East Tianshan belonged to the accretionary margins of Siberian Paleoplate; that the so-called Mudanjiang suture is not proved by available geological data; and that there are nearly EW- and NW-extended uplifts and depressions besides previous NNE-extensional ones in East China. And then, based on structural data, it briefly probes into the basement framework and formation age of North China craton, the formational age of the Yangtze and Tarim basements, amalgamation of North China, Yangtze and Tarim cratons and some other smaller blocks from Early Paleozoic through Triassic, Jurassic to Cenozoic, superposition and reworking of tectonic deformation in eastern China since Jurassic on the existing structures, and the formation of the current crustal tectonic framework of China
Key words: mainland China    crustal tectonic framework    NW- and nearly EW-extended uplifts and depressions    division and correlation of tectonic units    structural relations between various tectonic units    
0 引言

中国地壳结构构造与形成过程,一直是地质界关注的重大地质构造问题。中国地壳结构构造与形成过程的研究,可以为地球科学发展做出何种贡献?可以为国家经济建设提供何种支撑?一直是中国地质学家持续思考的问题。

中国疆域以台湾中央纵谷和雅鲁藏布江为界,分属三个板块。台湾岛东部的中央纵谷以东属于菲律宾海板块,雅鲁藏布江以南属于印度板块;其余的中国大陆为欧亚板块的一部分。从全球构造角度看,中国现今夹持在环太平洋和喜马拉雅-阿尔卑斯两大造山系之间。前者位于海洋与大陆之间,后者位于不同大陆之间。在新生代以前,中国大陆的构造背景与现今明显不同。中生代期间,青藏高原的大部分地区还被称为特提斯的古海洋所占据。而在古生代期间,组成中国大陆的几个块体还都被古海洋盆地所分隔。在前南华纪,中国大陆内的各个古陆块体曾经分别属于全球其他不同的大陆。可以说,中国大陆的显生宙地质历史是中国大陆地壳逐渐聚合固结的历史。研究和重建这一大陆聚合过程,不仅可以满足人类了解大陆形成演化奥秘的好奇心理,为地球科学的发展做出贡献,而且更为重要的是可以为了解中国大陆自然资源形成和保存情况提供科学依据。

然而,迄今为止,对于中国大陆结构构造的认识,还基本上局限于构造单元划分和探讨这些构造单元的形成演化,而对于这些构造单元之间的构造关系,则未引起足够重视。而所划分的构造单元又往往多与现今地貌上的盆地与山脉不完全吻合。对于现今盆地与山脉之间的构造关系,虽然多有研究,但未见系统论述。结果是,地壳结构构造的研究,未能为自然资源形成与保存潜力的评估,以及对这些资源的勘查工作部署提供令人满意的支撑。

针对上述问题,文章基于近20年来关于中国境内主要构造变形的研究,在1:250万中国大型变形构造图编制的基础上,从构造变形角度,对中国地壳结构构造及其形成过程进行初步探讨,期望为深化相关认识起到抛砖引玉的作用。

1 构造变形与中国地壳结构构造

构造变形是地质体受力作用后结构构造改变的结果,包括各种尺度(从显微镜下才可以观察的到可以在手标本、露头乃至从太空中观察的)和多种类型(各种成因类型的断裂、褶皱、节理等)。地壳结构构造,系指组成地壳的各种地质体或构造单元的结构构造、产出状态及相互构造关系。很显然,构造变形研究,特别是大尺度构造变形研究,可以为查明地壳结构构造提供支撑。

迄今为止,关于中国地壳构造变形的研究,已经积累了大量资料。然而相关研究多侧重于一个有限地区或一条构造带。在二十世纪一些地质学家运用地质力学理论研究中国大地构造,编制了中国构造体系图,但是主要侧重于构造变形的几何学和动力学机制[1]。近年来,一些涉及较大区域的研究主要聚焦于某一地质时期的重大地质构造事件和该区地壳构造变动的动力学机制。可以说从构造变形角度探讨中国全境地壳结构构造及其形成过程还属于一项探索性的综合研究工作。

由于各个地区地质组成和地质历史的差异,使得在地壳结构构造方面彼此各具特色。因此,下面就根据不同地区的地质特征,从构造变形角度,分别对华南、华北、东北、青藏高原、西北地区和苏鲁五陵—大别山—桐柏山—秦岭山脉的地壳结构构造以及这些地区的构造关系进行初步探讨。

1.1 华南地区

这里所说的华南地区,系指青藏高原以东和秦岭-大别-苏鲁造山带以南的陆地及毗邻海域。该区的构造变形主要形成于早古生代晚期以来,并以中生代以来的为主。其中前白垩纪构造主要为挤压型,白垩纪构造为剪切型和伸展型,新生代构造为挤压型和伸展型(图 1)。通过对已有地质记录分析,该区还应该存在前南华纪大型变形构造,不过由于后期地质体的覆盖穿切以及缺少精确的年代学资料,其具体情形还有待于进一步研究。

图 1 中国大型变形构造简图 Fig. 1 Simplified map of major deformation structures in China

早古生代晚期挤压型大型变形构造位于扬子古陆南缘的绍兴—江山—龙游—武夷山—云开大山一带,以逆冲走滑构造为主。据龙游一带观察,早期的挤压构造变形为上盘向南东的逆冲运动。这表明,武夷山以东的地壳在早古生代期间是向北下插到扬子古陆之下。此外,在皖南—赣东北带、新余—萍乡和雪峰山东麓发育的逆冲走滑构造[2]是形成于新元古代还是早古生代晚期,目前还存在不同认识。此外,在华南一些地区广泛发育的泥盆纪地层与早古生代地层之间的区域性角度不整合表明,早古生代晚期褶皱变形使这些地区的早古生代及更古老的地质体卷入了强烈构造变形。

中生代期间,华南地区遭受了三叠纪、侏罗纪晚期、白垩纪中期等多期构造变形的改造,造就了该区现今所见的该区地壳主要构造格架。

华南地区的三叠纪构造变形是其分别受到来自南方向北和来自北方向南挤压作用的产物。最醒目的构造就是几乎扬子古陆的所有前侏罗纪沉积盖层都卷入了轴向近东西的褶皱和与之平行的逆冲断裂。来自南方向北的挤压作用,形成了从广西右江地区向北直到雪峰山北段沅陵地区的上盘向北逆冲断裂及轴面向南倾斜的不对称褶皱。来自北方向南的挤压作用形成了四川盆地黄陵北西以北地区的上盘向南的逆冲断层及轴面向北倾斜不对称褶皱。这期褶皱在扬子古陆南缘,叠加在早古生代晚期褶皱之上,在那里形成了斜跨的叠加褶皱。经过这期构造变形,形成了扬子古陆地壳的基底褶皱和两次盖层褶皱叠加构成的三层构造。

侏罗纪晚期的构造变形,导致了华南陆区除了四川盆地西部的所有地区再次卷入了轴向北东—南西走向的褶皱和断裂变形,形成了湖南省中部最为显著、实际上涵盖全区的叠加褶皱。在几何形态上,这期褶皱在雪峰山一带表现为隔槽式褶皱,在雪峰山以西的四川盆地东部为隔挡式褶皱。这期褶皱叠加在三叠纪近东西褶皱之上,产生了湖南中部地区晚古生代和三叠纪地层构成的最为醒目的叠加褶皱。根据地震探测资料,在雪峰山新元古代地层之下还隐伏有更早期的上盘向南东的逆冲叠瓦构造[2-3]。所有这些构造变形造就了华南地壳的立交桥式构造格架,以及武夷山及其西侧地区地壳表层上盘向南东的逆冲叠瓦构造。

华南地区的白垩纪构造变形表现为北东走向的左行走滑构造和北东—南西走向的伸展构造,叠加在早期构造之上并对其产生了不同程度的改造。在白垩纪末期,该区再次经历了挤压构造变形,导致白垩纪沉积盆地边缘断裂的构造反转。

新生代构造变形奠定了台湾岛的地壳构造格架。沿台湾中央纵谷、欧亚板块向东插到沿海岛弧山脉之下,后者东缘为一条近直立近南北走向的左行断层。在台湾岛东北角,菲律宾海板块向北北西俯冲到台湾岛东北之下。中央纵谷以西地区,则为上盘向西的逆冲叠瓦构造[2](图 1)。

在环绕华南地区的东海、台湾海峡和南海以及华南陆域区,新生代构造变形主要为伸展变形,仅在华南西部云贵高原发育近南北走向的小江左行走滑构造。该区的新生代构造变形主要为伸展型,形成了该区北北东走向的隆起与坳陷构成的地堑地垒构造,其典型地区为湖南—江西—浙江一带的北北东走向的隆起与坳陷;其次为近东西走向的隆起与坳陷构成的地堑地垒构造,例如在南岭到海南岛以北的琼州海峡一带。这些新生代的伸展构造叠加切割了早期不同方向和构造指向的构造,形成了现今所见的华南地区复杂的地壳结构构造。

简言之,华南地区地壳结构构造呈现出向南东由复杂变为简单的特征。在雪峰山地区,地壳构造有前新元古代或新元古代早期、新元古代中期、早古生代、晚古生代至三叠纪、侏罗纪、白垩纪和新生代等七个构造层,而到台湾岛则只有一个新生代构造层。

华南地区东缘和南缘均为海域覆盖。其西缘南段以北西—南东走向的元江(红河)左行走滑构造与青藏高原东部为界,在其西缘北段则以近南北走向的龙门山逆冲叠瓦构造与青藏高原东北部为界,作为华南重要组成部分的四川盆地下插到龙门山之下。华南地区北缘东段与苏鲁-大别造山带之间,现今为上盘向南或南东的滑覆构造,即北侧造山带向南构造掩覆在扬子古陆古生代盖层之上,但是已有资料显示,二者之间早期为上盘向南的逆冲叠瓦构造,即扬子古陆向北下插到该造山带甚至其北的华北古陆之下。其西段与秦岭造山带之间则为上盘向南的逆冲叠瓦构造,扬子古陆向北下插到秦岭乃至华北古陆之下。需要指出的是,在徐宿地区扬子古陆与华北古陆之间以郯庐左行构造构造直接相邻。

1.2 华北地区

这里所说的华北地区,系指北侧阴山-燕山、南侧秦岭-桐柏-大别山和苏鲁造山带、郯庐断裂南段和固原-阿左旗逆冲走滑构造所围限的地区(图 1)。该区是文献中的华北克拉通的主体部分,在三叠纪以前,该区长期处于稳定的地球动力学环境。即使是三叠纪以来经历了多期构造变形,但是大部分地区的古生代地层仍然呈近水平岩层产出,侏罗纪晚期挤压型大型变形构造局限于中部的太行山-吕梁山以及鄂尔多斯东西两侧边缘地区,新生代伸展型大型变形构造则几乎覆盖全区。

从该区地壳地质组成推测,还应该发育古元古代晚期的挤压型构造和中元古代早期的伸展型构造,但是由于后期地质体覆盖和构造变形叠加,这些早期构造目前仅有见于太行山北段阜平地区的北东走向挤压型构造和剪切型构造,以及吕梁山南部北东东走向的剪切型构造,其完整格架还有待于进一步研究。

该区最古老的显生宙构造变形形成于三叠纪,表现为轴向近东西的宽缓背斜和向西褶皱。在太行山西麓发育上盘向东的系舟山等推覆构造[4]。在太行山北段东麓发育上盘向北西的逆冲叠瓦构造[5]。类似的构造还见于鄂尔多斯西缘[6-8]。在太行山南段发育轴向北北东的宽缓向斜和禁闭背斜褶皱构造。目前已知这些挤压型构造都发生在侏罗纪晚期。同时,在太行山东麓还发育时代为白垩纪穹隆构造[2](图 1)。

华北地区新生代伸展型大型变形构造,有两个方向。其中北北东走向的主要见于太行山以东的华北地区、太行山与吕梁山之间的汾河地堑地垒构造和鄂尔多斯高原西缘。近东西走向的发育在华北地区南部、太行山南端和鄂尔多斯高原北缘河套地区及南缘渭河地区。这两个方向的伸展型大型变形构造,使鄂尔多斯高原呈现出穹隆构造的假象,使山东丘陵呈被盆地和海域环绕的孤岛。这两个方向伸展构造的并存,在黄海海域也有显示,表现为相对古老的地质体呈孤岛产出,其周缘均为相对年轻的沉积物[9]

总体上看,华北地区的地壳结构构造在地质组成上具有早前寒武纪古老基底、中元古代至二叠纪沉积盖层、中生代火山沉积岩系和新生代上叠盆地等构成的多层特征。太行山和吕梁山崛起、鄂尔多斯高原的隆升和华北平原及相邻海域的沉降,标志着该区克拉通地质历史的结束,以及该区现今所见独特地貌特征的形成。

1.3 东北地区 1.3.1 构造变形与地壳构造格架

这里所说的东北地区系指阴山-燕山山脉及其以北包括整个长白山脉的广阔地区。大体以白云鄂博-法库-梅河口-延吉南断裂为界,以南具有早前寒武纪古老结晶基底,以北为显生宙造山区。在显生宙造山区中,表现为陆缘增生造山带、陆间碰撞造山带、陆缘活化造山带和陆内造山带的并存与叠加[10]

该区大型变形构造主要形成于古生代以来。在南部燕山-阴山地区,发育古生代中期形成的、近东西走向的上盘向北的逆掩推覆构造,古生代末期和侏罗纪晚期上盘向南的逆冲叠瓦构造,以及白垩纪早期近东西走向的右行走滑构造。在其北部的大兴安岭和小兴安岭北段发育北东和近东西走向的古生代中晚期逆冲叠瓦构造和逆冲走滑构造、三叠纪右行走滑构造、侏罗纪晚期逆冲叠瓦构造、白垩纪中期左行走滑构造和地堑地垒构造、白垩纪晚期上盘向北西的逆冲叠瓦构造,以及新生代地堑地垒构造。在其东侧的松辽盆地以及北邻的小兴安岭中段发育新生代的北北东走向的和北西西走向的地堑地垒构造。在该盆地基底中,推测发育与西侧山区类似的古生代和早中生代大型变形构造。在松辽盆地以东的小兴安岭及南部的长白山中,最醒目的大型变形构造是白垩纪形成的北东走向的敦化-密山等左行走滑构造、新生代形成的北东走向的依兰伊通地堑地垒构造,此外还残存着呈片段产出的北东走向的古生代大型变形构造。在长白山南段的辽东半岛南端和阴山-燕山山脉中,都发育早白垩世的穹隆构造。在东北最东部,发育三江-兴凯湖等新生代地堑地垒构造,在大兴安岭北端发育上盘向南的漠河逆掩推覆构造(图 1)[2]

东北地区的地壳结构构造,从地质组成上看,为显生宙造山带与早前寒武纪陆块镶嵌。从构造变形看,该区具有明显的双层乃至三层构造,不同地区又不尽相同。在阴山-燕山山脉,晚古生代和侏罗纪晚期上盘向南的逆冲叠瓦构造、白垩纪伸展构造,叠加在该区早前寒武纪和早古生代构造之上,造就了该区地壳构造基本框架,显示出造山带的构造特征。大兴安岭等显生宙造山区中,主要表现为古生代构造、中生代构造和新生代构造的叠置。简言之,东北地区地壳构造格架表现为前侏罗纪上盘向南为主的逆冲叠瓦构造和逆冲走滑构造,被侏罗纪晚期上盘向南的逆冲叠瓦构造叠加,其上再叠加了白垩纪和新生代的伸展构造。由于隆升幅度的差异,导致松辽盆地两侧剥蚀深度明显不同。结果是在松辽盆地以西地区,上述前白垩纪构造保存相对较好,松辽盆地以东地区则几乎被剥蚀殆尽。现今所见,山脉即隆起区与盆地即沉降区之间多以正滑断层为界。

1.3.2 牡丹江缝合带与松辽盆地两侧地区构造单元对比连接

松辽盆地以东地区的构造单元划分,分歧主要在于除了完达山地区以外的其他地区构造单元如何划分。在早期的文献中,笼统地将该区称之为吉黑褶皱系或造山系[11],近年则趋向于将该区划分为兴凯地块、佳木斯地块和松嫩-张广才岭地块,认为其中的佳木斯地块与松嫩-张广才岭地块是在中生代早期沿近南北走向的牡丹江缝合带拼合在一起的[12-13]

牡丹江缝合带位置上大体与早期文献中的牡丹江断裂位置相当。后者是根据地球物理资料推测的,系指沿着张广才岭东麓近南北走向的牡丹江以及小兴安岭东麓的三江盆地西缘延伸的近南北走向的断裂。基于沿该断裂北段嘉荫以南地区、中段依兰以东地区和南段牡丹江以东地区出露的黑龙江群含有古洋岩石圈的残片,以及从中获得的年代学资料,该断裂近年被认为是一条早中生代缝合带,其前身是二叠纪期间形成的洋盆[13]

经过实地调查发现,所谓的牡丹江断裂,南段沿牡丹江发育的是切割了古生代和中生代花岗岩的正断层,北段是沿小兴安岭东麓发育的构成盆山界线的正断层。因此,牡丹江断裂与牡丹江缝合带除了位置和近南北走向特征大体相同外,在形成时代和运动学特征方面,没有任何共同之处。

被认为构成牡丹江缝合带的出露在三个地区的黑龙江群杂岩,彼此之间被古生代的花岗岩和变质岩分隔(图 2),如果作为这些花岗岩和变质岩形成之前的缝合带,还勉强说得过去,而将其作为这些花岗岩和变质岩形成以后的中生代缝合带,它们如何连接,显然是令人费解的。

图 2 东北东部地区地质简图 Fig. 2 Simplified geological map of the east of Northeast China

其次,这几个地区的黑龙江群变质岩的构造线走向各不相同。嘉荫以南地区的黑龙江群变质岩,构造面理虽然在很多露头上都呈现出近南北走向,但是根据笔者在其露头区最北部和最南部的观察,在这些近南北走向的构造面理上都见到近水平的拉伸线理,指示它们实际上是枢纽向北倾伏的A型褶皱的组成部分。根据不对称褶皱等小型构造判断表明,它们源自上盘向南逆冲运动。在依兰县城以东的黑龙江群变质岩,构造线主体呈近东西走向,根据不同岩性单元的分布以及构造面理的产状可知它们源自上盘向南的逆冲。而依兰县城以北的黑龙江群变质岩,构造面理向东倾斜,推测有可能与嘉荫以南地区的黑龙江群类似,也是源自上盘向南逆冲的A型褶皱的组成部分。牡丹江以东地区的黑龙江群构造线呈北东—南西走向,四个岩片构成上盘向南东的逆冲叠瓦构造,构成这些岩片的岩石组合,揭示这一构造样式的形成与古洋盆岩石圈板块向北西俯冲有关[14]

迄今为止,还没有发现任何地质构造资料,支持上述几个地区黑龙江群变质岩的构造样式是后期构造叠加改造结果。如果现今所见这一个地区黑龙江群构造变形的几何学和运动学特征,与其形成之初没有明显差别,则将其作为一个近南北走向的缝合带不同地段的论点,显然与实际情形不符。

萝北地区和依兰地区的黑龙江群变质杂岩被260 Ma的花岗岩侵入[15-16],其中斜长角闪岩的变质年龄为256 Ma[17]。牡丹江地区斜长角闪岩角闪石Ar-Ar年龄介于280 Ma和220 Ma之间[14]。近年在张广才岭西北麓松嫩-张广才岭地块内部发现了石炭纪早期的蛇绿岩,其构造线走向与吉林中部小绥河蛇绿岩构造线走向基本相同,都呈北东东走向。大兴安岭以西地区西拉木伦河北混杂岩带同样发育晚古生代以来多期变质变形。松辽盆地基底中发育与两侧地区类似的岩浆岩和古生代地层[10]。大兴安岭南段构造线与松辽盆地西缘边界高角度相交。综合这些资料使笔者暂时认为,松辽盆地两侧构造单元是可以对比连接的。两侧现今所见的差异,是该盆地东部遭受了更强烈剥蚀的结果。

综上所述,初步认为松辽盆地以东地区的古生代构造单元,大体以吉林小绥河蛇绿岩和牡丹江地区黑龙江群变质杂岩连线为界,以南地区属于华北古陆古生代增生及活化边缘,以北为西伯利亚古陆南东增生边缘,都可以与松辽盆地以西地区的构造单元对比连接。具体地说,小绥河蛇绿岩与西拉木伦河北蛇绿岩及索伦山蛇绿岩相连,共同构成两个古板块的古生代晚期缝合带,小绥河—牡丹江一线以北地区的张广才岭和嘉荫以南的小兴安岭,以及那丹哈达岭及三江盆地基底,与松辽盆地以西地区大兴安岭南段二连浩特—贺根山—乌兰浩特及其以南地区各个构造单元对比连接。

1.4 青藏高原

青藏高原位于中国西南部。沿雅鲁藏布江缝合带,印度板块向北俯冲到欧亚板块之下。新的地球物理资料揭示,印度板块的岩石圈地幔前锋现今位于青藏高原中部[18]。但是在地表,作为二者之间缝合带的雅鲁藏布江构造带,则为一个北陡窄南缓宽的不对称扇形构造样式,沿该带,两侧相对运动表现为早期以上盘向南逆冲为主,部分地段晚期演变为走滑运动。在其南侧的喜马拉雅山脉,尽管发育著名的藏南拆离构造,但是其结构构造是以上盘向南的逆冲叠瓦构造为特征[2](图 1)。

青藏高原内部,除了在青藏高原的东南部发育近南北走向的逆冲走滑构造外,其余地区都发育近东西走向的挤压型构造、北西走向的右行走滑构造、北东走向的左行走滑构造,与近南北走向的伸展型构造,构成了典型的近南北方向挤压作用下形成的变形系统。青藏高原东缘南段以元江左行走滑构造为界与云贵高原相邻,北段与四川盆地之间,为上盘指向该盆地的龙门山逆冲叠瓦构造。北缘边界分为三段,东段的祁连山脉与河西走廊之间和西段西昆仑山脉与塔里木盆地之间,均为上盘向北的逆冲叠瓦构造,导致那里发生了数十千米的地壳叠置。二者之间的中段,隔北东走向的阿尔金左行走滑构造,与塔里木盆地相望。

对青藏高原内部构造单元,不同研究群体提出了不同的划分方案[19-20]。从构造变形角度看,北部祁连山和柴达木盆地基底中主要发育早古生代晚期上盘向南的挤压型构造,其南的昆仑造山带主要发育三叠纪上盘向南的挤压型构造,再向南巴彦喀拉地区的构造变形主要为盖层褶皱,其下可能为扬子古陆的西延。中部的西金乌兰构造带呈上盘向北的逆冲叠瓦构造,该带以南以班公湖-怒江逆冲走滑构造为界,北为羌塘-昌都造山带,南为冈底斯岛弧造山带。位于冈底斯岛弧造山带南侧的雅鲁藏布江逆冲走滑构造和北两侧班公湖-怒江逆冲走滑构造的主构造面都是向北倾斜的逆冲断裂[2]

1.5 西北地区 1.5.1 构造变形与地壳结构构造

这里所说的西北地区,系指西昆仑山脉-阿尔金山脉和祁连山脉以北的地区,包括塔里木盆地、河西走廊、天山山脉、北山、阿拉善地区、准噶尔地区和阿尔泰山脉。

塔里木盆地被认为是叠加在塔里木古陆之上的。该古陆具有前南华纪褶皱基底和南华纪至二叠纪沉积盖层,其上在局部地区还发育中生代和新生代堆积物。塔里木盆地南缘与西昆仑造山带之间为上盘向北的逆冲叠瓦构造,与阿尔金山脉之间为北东走向的左行走滑构造;北缘与天山山脉之间为上盘向南的逆冲叠瓦构造。地球物理和钻探资料揭示,在塔里木盆地中部,隐伏一条近东西走向的构造带,卷入变形的地质体时代表明,该构造在新生代期间还在活动,其运动学特征表现出向北逆冲和左行走滑。

天山山脉近东西走向,向西进入中亚,向东延伸到蒙古南部,在中国境内,终止于巴丹吉林沙漠西缘。大约以东经88°线为界,东西差别显著。以西地区被称为西天山,南北两侧,山脉内部山体与山间盆地之间,均为上盘指向盆地的逆冲叠瓦构造。以东地区中部为吐哈盆地,那里发育中国境内海拔最低的艾丁湖(湖面海拔高度为-154.31 m,湖底海拔高度为-161 m),北部西段博格达山南北两侧均为上盘指向盆地的逆冲叠瓦构造,其南缘与吐哈盆地之间的逆冲叠瓦构造的前锋带为著名的火焰山。东段和盆地南部,新生代构造主要为北东走向的左行走滑构造,局部发育近东西走向的逆冲叠瓦构造。以上不同地区的构造变形,均为新生代期间形成的。在天山内部,目前识别出的前新生代构造,主要形成于古生代晚期300 Ma前后,以近东西走向为主,包括天山南缘上盘向南的逆冲叠瓦构造、南天山逆冲走滑构造、乌孙山逆冲走滑构造和西天山北缘上盘向北的逆冲叠瓦构造、康古尔塔格逆冲走滑构造、星星峡左行走滑构造和七角井左行走滑构造等[2]

位于祁连山脉北缘的河西走廊地区,构造变形主要为新生代形成的北西—南东走向、上盘向北东的逆冲叠瓦构造。其下隐伏的古生代构造和中生代构造具体情形,目前还不是很清楚。近年研究发现,那里以前被认为构成敦煌地块或阿拉善地块的古老变质岩,至少有一部分属于古生代造山带。

河西走廊以北的阿拉善地区,新生代构造特征与天山以北的准噶尔地区类似都以剪切型构造为主。在阿拉善地区,新生代构造以北东走向的左行走滑构造为主;在东准噶尔地区,以北北西走向的右行走滑构造为主;在西准噶尔地区,以北东走向的左行走滑构造为主。这些地区的前新生代构造,主要为古生代挤压型构造和中生代挤压型及伸展型构造。在阿拉善地区,古生代构造为近东西走向的上盘向北的逆冲叠瓦构造和逆冲走滑构造,其上的中生代构造包括侏罗纪晚期上盘向南的逆掩推覆构造和白垩纪伸展构造。在东准噶尔地区,古生代构造为位于该区中部北西—南东走向、上盘向北的扎河坝-北塔山逆冲叠瓦构造,其可能形成于古生代中期,但是在古生代晚期也有明显活动;其次为位于该区南部北北西—南东东走向的上盘向南的卡拉麦里逆冲走滑构造,其形成于石炭纪晚期。卷入这两个构造变形的地质体都有古生代洋岩石圈残片。在该区,叠加的中生代构造为侏罗纪晚期上盘向南的逆冲叠瓦构造。西准噶尔地区的古生代构造变形,在塔城盆地以北地区为北北西走向的上盘向南的逆冲叠瓦构造;在塔城盆地以南,为弧顶向南东凸出的弧型构造,其北西走向段以右行走滑运动为主,北东走向段以上盘向南东逆冲运动为主[2]

位于西北地区最北部的阿尔泰山脉,新生代构造包括阿尔泰山脉南缘上盘向南的逆冲叠瓦构造,西段北东走向的左行走滑构造和东段北北西走向的右行走滑构造。前新生代构造主要形成于古生代晚期,以该山脉南麓的额尔齐斯左行构造最为醒目。在其南侧,为布尔津-富蕴逆冲走滑构造[2]

天山山脉、东西准噶尔地区和阿尔泰山脉围限的准噶尔盆地,中生代和新生代堆积物之下,为前二叠纪岛弧和二叠纪前陆盆地沉积物。以卡拉麦里构造带延长线为界,以北的盆地基底与该盆地两侧地区类似,以南则与吐哈盆地类似。根据吐哈盆地零星资料推测,准噶尔盆地南部基底构造以上盘向南的逆冲叠瓦构造为主。准噶尔盆地南缘与天山山脉之间,为上盘向北,即向盆地内部方向的逆冲叠瓦构造。

1.5.2 构造变形与古生代构造单元对比连接

在中国西北地区,东天山与西天山、东准噶尔与西准噶尔古生代构造单元的对比连接,长期困扰地质界。下面就基于那里的构造变形特征,对相关问题进行初步探讨。

(1) 准噶尔地区构造单元对比连接

准噶尔盆地东、西两侧地区,均为低山丘陵区,在文献中被分别称为东准噶尔和西准噶尔地区,在构造上均为古生代蛇绿岩与弧岩浆岩镶嵌的造山系。因此,在地质界,多数学者将这两个地区的不同蛇绿岩带沿走向环绕准噶尔盆地北部连接起来。而另一些学者注意到两个地区志留纪古生物群落有明显差异,东准噶尔蛇绿岩带只有北西—南东走向的中部扎河坝-阿尔曼太山-北塔山和南部的卡拉麦里山两条,且中部一条时代较老,南部一条时代较新;而西准噶尔蛇绿岩带则有走向各不相同的唐巴勒、玛依拉、达拉布特、谢米斯台山南北和塔尔巴哈台山-洪古勒楞等多条,且南、北时代较老,中间较新,因而一直质疑将这两个地区构造单元直接相连的认识(图 3)。

图 3 新疆北部天山北部和准噶尔地区构造特征 Fig. 3 Structural and tectonic features of northern Tianshan and Jungaer region, Northern Xinjiang

从构造变形特征看,东准噶尔地区主要表现为沿两条蛇绿岩带的缩短与走滑,其中南部卡拉麦里构造带古生代晚期有两期构造变形,早期构造变形为上盘向南的逆冲,晚期为左行走滑,在中生代叠加了上盘向南的逆冲叠瓦构造。恢复到这些构造变形以前,东准噶尔大部分地区应该位于现今位置的北东方向某个位置。西准噶尔地区的构造变形,则分成两个系统。北部塔尔巴哈台山,古生代晚期为上盘向南的逆冲和右行走滑。在这些变形之前,塔城盆地以北地区应该位于现今位置的北西方向某个位置。西准噶尔南部为环绕塔城盆地的弧形构造变形系统,弧顶位于西准噶尔地区东南角,其南段呈北西走向沿艾比湖北侧延伸,构造变形主要为右行走滑,北东段沿达拉布特谷地呈北东—南西向延伸,其构造变形主要为上盘向南东的逆冲和左行走滑。恢复到该构造变形以前,该弧形构造变形系统北西侧的塔城盆地,应该位于现今位置的北西方向某一地区。综合以上构造变形资料,可见在古生代期间,西准噶尔地区与东准噶尔地区是难以直接相连的,其间应该以达拉布特蛇绿岩为代表的古洋盆所分隔。结合区域地质资料分析,构造变形资料支持西准噶尔地区属于哈萨克斯坦古板块北部边缘,东准噶尔地区属于西伯利亚古板块南西增生边缘,二者之间为以斋桑蛇绿岩、达拉布特蛇绿岩和北天山巴音沟蛇绿岩为代表的古海洋盆地分隔的认识[21]

(2) 西天山与东天山构造单元对比连接

在天山北部,大体以通过乌鲁木齐市的东经88°经线为界,东、西两侧地貌和地球物理特征差别显著。东天山隆起带被认为与巴伦台和伊犁盆地等地的前古生代地质体一样,都属于天山中部的古老地质体出露区,构成古洋盆中的古老陆块[22]。但是也有文献认为,伊犁盆地南缘的那拉提构造带与东天山隆起带北缘断裂构成天山主干断裂,把天山南北分开。但是在那拉提断裂以南,迄今没有发现与东天山隆起带类似的地质体。相反,在东天山隆起带以南和那拉提断裂以南地区,则是以古生代地质体为主的南天山造山带。因此,所谓天山主干断裂的概念,在近年的文献中已经基本消失了。在上述古老地质体以北,乌鲁木齐以西地区在地貌上被称为依连哈比尔尕山,北西走向的线性特征明显,那里的古生代地质体,包括南侧奥陶纪至石炭纪弧岩浆岩及相关地质建造和北部包括晚泥盆世至早石炭世洋岩石圈残片在内的增生杂岩,其构造特征表现为上盘向北的逆冲叠瓦构造,再向北为中生代和新生代沉积岩系构成的新生代上盘向北的4排逆冲叠瓦构造。在乌鲁木齐市以东,南部为吐哈盆地,北部为呈弧形弯曲近东西展布的博格达山、巴里坤山、哈尔里克山和莫钦乌拉山。其中东部从吐哈盆地到莫钦乌拉山,其间有巴里坤山-哈尔里克山和巴里坤-伊吾盆地,莫钦乌拉山以北为三塘湖盆地,构成一个局部地区的盆山构造。在这些地区,迄今未见上盘向北的逆冲叠瓦构造,而是相反,表现为上盘向南的逆冲叠瓦构造(图 3),指示那里为逐渐向南增生的古生代大陆边缘[23]。从构造变形的极性特征以及地质体组成特征,目前已经被接受的认识是,在石炭纪以前,吐哈盆地与准噶尔盆地基底是一个古老块体的不同组成部分,其上发育的古生代岩浆岩,表明在奥陶纪至石炭纪期间,那里是一个长期演化的古岛弧。这样,就恢复出该区古生代期间的构造格局为乌鲁木齐市以西的北天山属于哈萨克斯坦古板块向北增生的大陆边缘,而乌鲁木齐以东地区的康古尔塔格构造带以北的天山北部属于西伯利亚古板块向南增生的大陆边缘,二者之间被以巴音沟蛇绿岩和康古尔塔格蛇绿岩为代表的洋盆所分隔。

1.6 苏鲁丘陵-大别山-桐柏山-秦岭山脉

苏鲁丘陵-大别山-桐柏山-秦岭山脉位于华北与华南地区之间,被认为是两个地区的显生宙碰撞造山带。

在苏鲁丘陵、大别山和桐柏山,现今所见主要为中间隆起,两侧下滑的穹隆构造,彼此之间被北东走向的郯庐左行走滑构造和麻城-咸宁左行走滑构造分隔(图 1)。目前已有资料显示,这一构造样式形成于白垩纪期间。白垩纪以前的构造则主要为上盘向南的逆冲叠瓦构造。

西段的秦岭山脉与东段的桐柏山之间,被新生代南阳-襄樊断陷盆地(地堑地垒构造)分隔,总体上呈一个不对称的扇形构造样式,南侧为大巴山上盘向南的逆冲叠瓦构造,北侧为小秦岭上盘向北的逆冲叠瓦构造,中间则为商丹逆冲走滑构造和二郎坪逆冲走滑构造。其上叠加了武当穹隆构造和北秦岭地堑地垒构造。现今与华北之间,以渭河地堑地垒构造和济源-焦作地堑地垒构造为界。

2 构造变形与中国大陆地壳形成过程

中国大陆的形成过程一直是地质界关注的重大地质构造问题。目前已经在地质界达成共识的是,中国大陆由华北、扬子和塔里木等古陆块体以及它们周缘的显生宙造山带镶嵌而成。但是,对于这些显生宙造山带的构造属性,前身洋盆结束的时间和位置,以及相关的几个古陆的陆缘演化,还存在截然不同的认识。对于中国东部中生代以来构造演化,流行的认识是白垩纪以来一直处于伸展构造环境。对于中国台湾地区新生代弧陆碰撞、中国东北完达山地区和俄罗斯远东及日本北海道等地地质记录显示的白垩纪以来的陆缘增生甚至还有碰撞是否影响到中国东部地区,文献中未见系统论述;还有中国东部地区白垩纪大规模岩浆活动的成因环境是陆缘还是陆内,在地质界也存在很大争议。

以往对于中国大陆形成演化的研究,主要侧重于岩石组合和岩石序列,以及层状地质建造中的区域性角度不整合界面,而构造变形的约束没有给予足够重视。

如上文和图 1所示,中国大陆上的构造变形,主要是古生代以来的。这给从构造变形角度探讨中国大陆形成过程提供了基础和可能。下面就按照时间从老到新的顺序,基于已有构造变形资料,对以上相关问题,给予初步尝试性的探讨。

2.1 关于华北古陆基底形成时限和结构的问题

关于华北古陆基底形成与固结时限,在地质界有新太古代晚期和古元古代晚期两种认识。关于华北古陆基底结构,有中部造山带连接东、西陆块和多块体拼合两种对立认识。

如上文所述,由于构造变形资料的缺失,难以从构造变形角度对以上问题进行深入讨论。然而,通过对太行山和吕梁山部分地区的观察,以及近年其他同行对该区的研究,获得的太行山北段阜平地区的构造变形资料,以及在吕梁山南段发现的北东东走向的左行走滑构造等变形资料,结合太行山南段赞皇地区和北段阜平地区可能存在的以超镁铁岩及镁铁质变质岩为代表的古洋岩石圈残片,可见中部造山带不是一条与现今地貌一致的近南北走向的古造山带,而是多个古岛弧拼合体,其当时的构造线走向是北东走向的。结合卷入变形的地质体的时代推测,那里最强烈的构造变形,也是可能导致古岛弧地体拼合的构造变形,可能发生在古元古代晚期。

根据以上有限资料,初步认为,华北古陆基底很可能是由多个岛弧地体在古元古代晚期最后拼合形成的。

2.2 前南华纪构造变形与扬子古陆和塔里木古陆基底形成

关于扬子古陆和塔里木古陆基底的形成时限,在地质界比较流行的认识是晋宁运动。该运动的时限主要是基于南华纪沉积岩系与下伏岩系的不整合界面。在华南地区、江南隆起和雪峰隆起曾经都被认为是扬子古陆基底的重要组成部分。然而近年来,这两个隆起区都被认为是造山带,而且有的研究还认为它们是早古生代才形成的造山带。另外,有些研究基于在扬子古陆和塔里木古陆基底中发现的早前寒武纪地质记录,认为它们的基底是在早前寒武纪形成的。这样,就产生了两个新的问题,扬子古陆和塔里木古陆基底究竟形成于何时?上述两个隆起区是否还属于扬子古陆基底?

基于盖层与基底的认识,根据构造变形特征,江南隆起与雪峰隆起的前南华纪地质体,无疑应该属于扬子古陆的基底。近年来从雪峰隆起的冷家溪群和梵净山群、江南隆起的双桥山群、都获得了多个火山岩和碎屑岩的锆石年龄。其中火山岩的锆石年龄都大于800 Ma,碎屑锆石的年轻峰值年龄为820 Ma(另文发表),其中有的样品中含有数量可观的800~750 Ma的锆石单点年龄[24]。上覆的南华纪火山岩的锆石定年,近年获得的更精确的年龄资料显示为750~720 Ma而不是820~800 Ma[25],从而导致把南华纪底界从800 Ma左右修改为780 Ma[26]。基于这一认识,扬子和塔里木古陆基底最后形成时代,应该置于780 Ma以前。

至于在塔里木古陆和扬子古陆发现的早前寒武纪地质记录[27],以及近年深地震反射研究在雪峰山之下发现的位于冷家溪群之下的基底[3],无疑都属于古陆的基底组成部分。但是从这两个古陆基底主要是由新元古代早—中期地质体组成的这一基本地质事实出发,把其基底的最后形成置于新元古代晚期,是更合理的。

2.3 早古生代构造变形与华北古陆陆缘增生

华北古陆北缘早古生代逆掩推覆构造的发现和确认[28]、华北古陆西缘牛首山地区早古生代逆冲走滑构造的确认[29]以及祁连山和秦岭北缘早古生代构造变形的存在,都表明华北古陆周缘在古生代早期明显向外增生,结果是阿拉善、敦煌、柴达木和中秦岭等古陆块体,从早古生代晚期开始都成为新的华北古陆的组成部分。

2.4 古生代构造变形与西北地区陆缘增生及古板块碰撞

西北地区古生代构造格局及其演变,被认为主要表现为塔里木古板块、西伯利亚古板块和哈萨克斯坦古板块的陆缘增生与碰撞。但是对于它们之间的碰撞带位于何处,彼此在何时碰撞,在地质界一直存在争议。

西北地区的古生代构造变形,主要发生在古生代中期和古生代晚期。

古生代中期的构造变形保存在东准噶尔地区中部和天山中部地区,此外在阿尔泰山脉中可能存在。但是这些构造变形仅限于局部地区,其周缘均为具有明显区域规模的晚古生代线性构造带。因此,这些早古生代构造变形是陆缘增生而不是陆缘碰撞的产物。

具有区域规模的晚古生代挤压型线性构造变形带,主要分布在阿尔泰山南缘、东准噶尔南部、西准噶尔东部、天山北部和天山南部。卷入变形的地质体时代表明,其中天山北部的要比东准噶尔南部的年轻,天山南部要比天山北部的年轻。这样,根据已有构造变形特征和构造变形时代的资料得出,哈萨克斯坦板块与西伯利亚古板块在石炭纪中期沿斋桑—布尔津—达拉布特—北天山一带碰撞,以及它们在石炭纪晚期沿南天山逆冲走滑构造与塔里木古板块碰撞的结论。

2.5 古生代构造变形与东北地区的陆缘增生及陆缘碰撞

东北地区的地壳,特别是松辽盆地以西地区的地壳,被认为主要是由华北古陆和西伯利亚古陆的增生边缘及其碰撞带组成的。与西北地区类似,关于二者陆缘界线即碰撞带位置和时限,一直没有在地质界达成共识。

从构造变形而言,该区早古生代构造变形,局限于锡林浩特市以西的白音宝力道岛弧南缘和华北古陆北缘,二者之间为索伦山-二道井-西拉木伦河北混杂岩代表的晚古生代洋盆。有些研究基于白音宝力道岛弧南缘的早古生代构造变形,认为两个古板块是在古生代中期在那里发生碰撞。然而该构造变形带分布非常局限,与作为两个古陆碰撞带的规模极不相称,并且其周缘的地质记录清楚地显示出,在古生代中期至晚期该岛弧都是被海洋盆地包围的。因此,基于那里的构造变形,就得出两个古板块在古生代中期碰撞的结论,显然是很值得商榷的。

大兴安岭地区的古生代挤压型构造变形,从北到南,具有逐渐变新的演变趋势,例如北部的呼玛-牙克石带的构造变形可能发生在泥盆纪晚期;向南到阿尔山-黑河构造带的构造变形可能发生在石炭纪早期;再向南,贺根山和迪彦庙一带的构造变形可能发生在二叠纪中期;其南侧的索伦山-西拉木伦河北构造带的构造变形可能发生在二叠纪晚期。如上文所述,在华北北缘存在着早古生代的挤压型构造变形,其上叠加了二叠纪晚期的构造变形[2, 30]

以上构造变形资料表明,索伦山-西拉木伦河北构造带是华北古板块与西伯利亚古板块二在叠纪晚期最后碰撞的位置,也是古亚洲洋最后消失的位置。该带北侧属于西伯利亚古板块的增生边缘,以南属于华北古板块的增生及活化边缘。在西拉木伦河北逆冲叠瓦构造的北侧和华北古陆北缘逆冲叠瓦构造的南侧,分别发育以林西组和下石盒子组至石千峰组等为代表的、具有前陆盆地堆积物特征的巨厚的沉积岩系[31-32],从另一个侧面标志着这一碰撞造山作用的发生及其影响范围。星星峡左行走滑构造的研究资料[33]表明,华北古陆与塔里木古陆拼合大致也在二叠纪晚期完成。

2.6 三叠纪构造变形与中国大陆主体地壳的拼合固结

在中国大陆中部,大别山-桐柏山-秦岭-昆仑山南缘发育一条横贯东西的由上盘向南的逆冲叠瓦构造组成的巨型三叠纪构造变形带。该构造变形带的构造变形特征以及两侧地质建造表明,这一构造变形与两侧的大陆边缘碰撞有关。由此可以得出结论,华北-塔里木联合古陆与南侧的扬子古陆在三叠纪晚期碰撞形成统一的古陆。

扬子古陆南部,三叠纪上盘向北的逆冲断裂和褶皱变形,与青藏高原北部西金乌兰-金沙江构造带上盘向北的逆冲构造,无论在几何学特征还是运动学特征,都显示它们应该为一条构造带。沿该带的这一地壳构造运动,使羌塘和昌都等地块与北侧古陆拼合。

三叠纪地壳构造变动还波及到中国大陆其他地区。在北方造山区中,主要表现为大规模的右行走滑构造和左行走滑构造。前者以西拉木伦河北侧北东东走向的右行走滑构造为主,此外还有其南约100 km处的解放营子右行走滑构造以及温都尔庙右行走滑构造;后者以狼山北东走向的左行走滑构造为代表(图 2)[2]。在辽西地区,晚三叠世到早侏罗世早期的上盘向西的后展式逆冲推覆,早侏罗世晚期的上盘向东的前展式逆冲推覆,也与这一地壳构造变动有关[34]

2.7 侏罗纪晚期构造变形与中国东部大陆地壳的构造演化

侏罗纪晚期至白垩纪初期的构造变形,主要发育在东北地区、华北的太行山及鄂尔多斯高原东西两侧、秦岭以南的大巴山和华南广大地区。基于几何学、运动学和动力学特征,将这期构造变形分成三个变形系统。

从漠河到大巴山广阔区域内的上盘向南的逆冲叠瓦构造及相关褶皱组成了一个与蒙古-鄂霍茨克造山带碰撞造山作用相关的构造变形系统。在东北漠河地区,这一构造变形使漠河盆地堆积物卷入了上盘向南的逆掩推覆构造;在该盆地以南的大兴安岭地区,主要表现为上盘向南的逆冲叠瓦构造,其保存最好的地区为西拉木伦河北侧,那里的二叠纪前陆盆地堆积物和下伏的碰撞带都卷入了上盘向南的逆冲叠瓦构造。在华北北缘的燕山和阴山地区,这期构造变形除了改造该区前侏罗纪构造外,还使整个燕山和阴山都由克拉通转变造山带。在阿拉善以北地区发育的大型逆掩推覆构造,把蒙古南部的元古代地质体,构造搬运到阿拉善北缘地区的晚古生代地质体之上[35]。在新疆东准噶尔地区南部,上盘向南西的逆冲叠瓦构造,叠加在古生代晚期的碰撞构造之上。在秦岭以南的大巴山表现为上盘向南的逆冲叠瓦构造[36]

太行山和华南地区上盘向北西的逆冲断裂及相关褶皱,构成了主要受控于来自东南方向挤压作用的构造变形系统。在太行山北段的北京市西北地区,上盘向北西的逆冲叠瓦构造发育[5]。在太行山南段,古生代和早中生代地层卷入了北东—南西走向的宽阔向斜与狭窄背斜组成的褶皱构造。在华南地区,最显著地就是形成了雪峰山及其以西地区的隔槽式和隔挡式褶皱及相关断裂构造。这一变形系统在空间上与上一个构造变形系统在太行山地区是重叠的。二者几何学和运动学特征都不相同,很难想象它们会是在同一地质时期发生的。就区域构造背景而言,完达山地区的陆缘增生构造变形有迹象显示发生在侏罗纪晚期至白垩纪初期,而同时期的陆缘构造在华北和华南以东地区目前还没有得到确认。如果这一构造系统的构造变形,与该陆缘增生有关,则需要在华北与华南地区东部发生了弧陆碰撞。因为像完达山地区的向西俯冲的陆缘构造,很难在其毗邻的陆缘区产出相反方向的大规模逆冲叠瓦构造,这也是东北地区目前还没有发现同期大规模上盘向北西的逆冲叠瓦构造的主要原因。考虑到在东北地区陆续发现了白垩纪晚期上盘向北西的逆冲叠瓦构造,这一波及华北和华南广阔区域的上盘向北西的构造变形系统形成于白垩纪晚期的可能性[37],目前还不能排除。

第三个侏罗纪晚期构造变形系统,主要由发育在鄂尔多斯高原西缘和东缘的上盘向东的逆冲叠瓦构造组成。其他地区是否也有发育,是何种动力学机制导致这一变形系统的形成,目前还都不清楚。

中国西南部的青藏高原中南部地区,已经确认在这一时期欧亚板块南缘有陆缘增生,但是迄今为止那里尚缺乏这一时期构造变形详细研究。

可以说,在侏罗纪晚期,中国东部在完达山,可能还在东南沿海,发生了陆缘向洋增生,类似的地质作用也发生在中国西南地区。对于中国大陆其他地区来说,从华南到东北已经固结的大陆地壳,在这一时期遭受了以挤压变形为主的强烈改造,也是该区第一次一起遭受了强烈地壳构造变动的改造。

2.8 白垩纪中期构造变形与中国东部大陆地壳的第二次改造

在早白垩世晚期,中国东部普遍遭受了伸展构造变形和北东走向的大型左行走滑构造的改造,同时伴生有大规模的岩浆活动。大规模的走滑与伸展构造变形的同时发生,在全球都是极为罕见的。综观已有地质资料,只有中生代晚期以来的北美大陆西缘科迪勒拉地区具有类似的特征。但与中国东部不同地是,那里还发育大规模的幔源岩浆活动。

白垩纪中期拆离构造在华南和东北地区保存较好。在华北地区虽然也有发育,但由于新生代覆盖和改造,目前仅见于太行山北段和燕山地区。在中国东北地区,从阿拉善北缘经过华北北缘一直到小兴安岭都有发育。其主拆离断面走向北东,向南东缓倾斜,上盘向南东下滑。这些拆离构造与白垩纪中晚期残存的沉积盆地分布区大体相当,指示当时中国北方白垩纪盆地群总体呈北东向展布。在华南地区,则主要发育在沿海白垩纪火山岩分布区北西一侧,呈北北东走向,形成了相关的小型沉积盆地群[38]

白垩纪中期的穹隆构造,在中国东部有比较广泛的发育[2]。在文献中,其中有些被认为是变质核杂岩。就动力学机制而言,这些穹隆构造与上述拆离构造基本相同。

白垩纪不同类型的构造变形在切错了该区所有已有构造单元的同时,还形成了大小不等的沉积盆地。其中在中国北方的白垩纪盆地堆积物中,富含有丰富的能源资源。但在华南地区,这一时期的盆地堆积物则以陆源碎屑组成的红层为特征。在已有文献中,关于这一地质时期构造变形的成因,提出了陆内构造和洋脊俯冲两种构造模型。综合考虑已有信息,笔者倾向于赞成洋脊斜向俯冲的构造模型。

2.9 白垩纪晚期的构造变形与中国东部大陆地壳的第三次改造

白垩纪晚期的构造变形,无论波及区域还是变形强度,都明显弱于侏罗纪晚期和白垩纪中期的构造变形,因而没有被引起足够重视。根据笔者研究工作,这一时期的构造变形在中国东北地区分布还是比较广泛的。从东部边陲的双鸭山以南地区,向西经过松辽盆地、到乌兰察布(集宁)市以北的朱日和地区,都能觅得其踪迹。这期构造变形主要表现为上盘向北西的逆冲断层和相关的褶皱构造。在华南地区,李春昱曾经总结了这一时期构造变形的时空分布及主要变形特征,并将产生这些构造变形的地壳变动命名为四川运动[37]。万天丰等的研究发现这一时期的构造变形在中国东部分布广泛[39]

2.10 新生代构造变形与现今中国大陆地貌及地壳构造格局的最终形成

图 1所示,大体以贺兰山—龙门山一线及其两端延长线为界,东、西两侧地区新生代构造变形差别显著,导致相关地区地壳结构构造明显不同。

2.10.1 东部地区新生代构造变形与地壳结构构造

在贺兰山—龙门山一线以东地区的陆地及毗邻海域,挤压型构造仅发育台湾岛,其他广大地区普遍发育北北东走向与北西及近东西走向的多个方向的正断层,盆地与山脉之间多为向盆地一侧陡倾斜的正断层(图 1图 4)。

图 4 中国新生代主要构造 Fig. 4 Major features of the Cenozoic structures in China

在地貌特征上(图 4),北北东走向的第二隆起带,被北西走向黄海-渤海海域和黄淮平原切断,使山东丘陵四周均为海域或陆上盆地环绕。北北东走向的第二沉降带被北西走向的小兴安岭、近东西走向的辽北隆起和燕山山脉以及北西走向的桐柏-大别山隔断。第三隆起带的大兴安岭被近东西走向的西拉木伦河断裂切割,太行山南麓被济源盆地及其北缘近东西走向的正断层切割。第三隆起带西侧海拉尔盆地、二连-东乌旗盆地、浑善达克盆地、鄂尔多斯盆地和四川盆地,更是都被近东西走向的隆起或山脉分开。其中所谓的鄂尔多斯盆地,现今实际上是隆起的高原,其周缘大多为正断层及相关的断陷盆地。北北东走向隆起与坳陷被北西和近东西走向的隆起与坳陷叠加的情况,在其他隆起(山脉)和坳陷(盆地)内部也是非常明显的。例如沿张广才岭和大兴安岭等隆起带的走向,剥蚀程度呈现出有规律的变化。被北西向隆起叠加区,隆升剥蚀强烈,中生代表生的沉积岩和火山岩大部分被剥蚀,侵入岩等深成岩出露地表;被北西走向坳陷叠加地段,隆升剥蚀程度低,中生代表生的沉积岩和火山岩保存相对较多,侵入岩等深成岩出露相对较少。在三江盆地、二连东乌旗盆地和海拉尔盆地内部,都有较老的地质体孤立出露。在松辽盆地内部,北西西走向的长岭隆起分隔了北部的松花江水系和南部的辽河水系[10]。不同方向的隆起与坳陷叠加,造就了非常独特的棋盘格式构造样式,结果是或者盆地被山脉环绕,例如东北的松辽盆地;或者山地四周均为盆地,例如华北的山东丘陵与其周缘的华北平原、渤海、黄海和南华北盆地;或者表现为高原台地周缘发育地堑盆地,例如鄂尔多斯高原。该区叠加在北北东走向隆起与坳陷之上的北西和近东西走向的隆起与坳陷,自北向南依次为: ①三江盆地—结雅盆地、②小兴安岭隆起、③日本海—松辽盆地—海拉尔盆地、④朝鲜半岛—燕辽山地、⑤黄海—渤海—华北平原—河套盆地、⑥山东丘陵—鄂尔多斯高原、⑦黄淮平原—济源盆地—渭河盆地、⑧长江中下游山地—大别山—桐柏山—秦岭、⑨台湾海峡—鄱阳湖盆地—四川盆地、⑩南岭、⑪广州盆地。

小兴安岭中段由新生代堆积物和火山岩组成,其中新生代堆积物是在北北东走向的坳陷中堆积的,该坳陷联通了南侧松辽盆地和北侧的结雅盆地,属于北北东走向的第二坳陷带的组成部分。如上文所述,在其他地区发育的近东西走向的正断层及相关坳陷,也显然是切割和叠加在北北东走向的隆起与坳陷之上。这些现象表明,北北东走向的隆起与坳陷形成比较早,北西和近东西走向的隆起与坳陷形成比较晚。

台湾地区的挤压构造,被认为是欧亚板块被动陆缘与菲律宾海板块边缘的岛弧碰撞的产物。而其他地区的伸展构造变形,被笼统称之为陆缘活化。但是对其成因机制则多与太平洋岩石圈板块的俯冲联系起来。流行的解释是,高角度的陡俯冲产生的拖曳作用,导致了岛弧大陆一侧的伸展。近年获得的深部地震成像结果显示,在东北地区太平洋板块已经下插到东北的长白山之下,并有迹象显示可能影响到大兴安岭东麓[40]。这表明以前文献中所说的陡俯冲诱发的弧后伸展构造模式并不适用于该区。另一方面,有些研究者基于幔源玄武岩的研究认为,该区新生代构造环境为大陆裂谷。但是无论地貌特征还是构造变形,都与典型的大陆裂谷即东非裂谷没有可比性。迄今为止,不仅地表没有大陆裂谷或地幔柱上升的构造变形,而且深部探测也还没有发现大陆裂谷或地幔柱活动的深部迹象。相反,一些地区的研究则表明,该区的有些北北东走向的伸展构造是在近东西向挤压作用背景下形成的[41]

综合研究了该区的构造变形和区域地质背景,笔者认为该区的伸展构造变形,实际上都源于区域性的挤压作用。进而得出该区的伸展构造变形都是压张性变形的初步结论,并将其归因于澳大利亚板块向北运动和太平洋板块与菲律宾海板块的向西运动[42]

这两个方向的隆起与坳陷的叠加造就了中国东部及邻区独特地貌特征的同时,对于该区自然资源的保存与开采具有重要的影响。在隆起与隆起叠加区,使形成于地下深部的内生固体矿产资源被抬升到近地表而易于开采,但也可能使其中某些矿产因剥蚀而消失。在坳陷与坳陷叠加地区,有利于油气等能源资源的保存,但也可能给勘查和开采带来困难。晚期坳陷叠加早期隆起的地区,使得形成于地下深部的内生矿产保存的可能性增加。在晚期隆起叠加在早期坳陷的地区,则可能使早期坳陷中的矿产被破坏。因此,研究和了解两个方向隆起与坳陷的叠加改造情况,对于深化对中国东部新生代大陆演化及其动力学机制的认识,对于了解该区自然资源形成与保存,以及科学部署该区自然资源的勘查工作,都具有重要的现实意义。

2.10.2 西部地区的新生代构造变形与地壳结构构造

中国西部地区,从南部的青藏高原到北部边陲的阿尔泰山脉,新生代构造变形都以近东西走向的挤压型构造、北东或北东东走向的左行走滑构造、北西或北西西走向的右行走滑构造和近南北走向的伸展型构造为特征,并且呈现出自南向北构造变形强度逐渐降低的趋势。正是这些新生代的挤压型构造变形,导致了山脉区的地壳加厚山脉隆升,即新生代的天山山脉和阿尔泰山脉的形成,也导致了在中国西部地区的山脉与两侧盆地之间的界线处均发育上盘向盆地一侧运动的逆冲叠瓦构造,从而导致在那一地区发育了不同规模的地壳叠置和缩短。

该区广泛发育的剪切型构造变形,不同规模地把其两侧前新生代构造单元和成矿单元错移,其中规模最大的是塔里木盆地东缘的北东—南西走向的左行走滑构造。

2.11 中国地壳结构构造的形成过程

中国大陆复杂结构构造的形成过程可以简要的概括为:18亿年前形成了华北古陆的基底,7.8亿年前形成了扬子和塔里木古陆的基底。这几个古陆在古生代至中生代早期(5亿年前至2.1亿年前)被古海洋分隔,经过陆缘增生以及最后的陆缘碰撞,形成了中国大陆地壳的主体部分。2.1亿年前以来,西南和东部陆缘增生,到约0.5亿年前开始的东缘弧陆碰撞和西南缘的陆陆碰撞,才形成了现今所见的中国大陆地壳。这一中国大陆地壳的结构及形成过程,简要表示于图 5

图 5 中国大陆显生宙板块构造格架简图 Fig. 5 Sketch of Phanerozoic plate tectonic framework of mainland China
3 结语

中国地壳结构构造的主要特征,主要表现为古陆块与造山带的镶嵌以及晚期构造对已有构造的叠加改造。

中国大陆结构构造是比较复杂的。相对而言,东部要比西部复杂得多。

不同构造单元之间的构造关系,在西部地区,古生代和新生代期间都多以逆冲叠瓦构造为界,导致不同构造不同规模的叠置和在两个构造界线处持续发生地壳缩短,而一个构造单元沿走向的破坏则相对较弱。

在东部地区,前新生代以挤压型和剪切型构造变形为主,新生代以伸展型构造为主。它们的相互叠加,导致该区盆地与山脉之间多以正断层为界,早期构造单元的完整性被不同程度的破坏。

中国地壳复杂结构构造的形成,虽然以显生宙为主,但是可以追溯到早前寒武纪。简言之,中国地壳主体是在前侏罗纪形成的,但是最后定型是在新生代。

本文对中国地壳结构构造及其形成过程的讨论还是很初步的。关于导致这一复杂结构构造形成的多期次地壳构造变动的动力学机制,基本没有涉及。对不同地区地壳结构构造特征的讨论不够深入,总结不够全面准确。对于中国地壳结构构造的形成过程的讨论过于简略。对于中国大陆地貌几个梯级带还没有涉及。所涉及的结构构造,主要依据地表地质资料,深部探测的地球物理资料基本没有考虑,因而所说的地壳结构构造还只限于地壳表层,向深部如何延伸还有待于进一步研究。

致谢: 胡健民研究员等组稿在《地质力学学报》出版纪念李四光先生诞辰130周年专辑并希望本文作者能参与这项工作。获悉这一消息后,笔者感到非常荣幸。文中所涉及的构造变形研究,多得益于李四光先生倡导的从构造变形研究地壳运动成因的研究思路[43]。在纪念李四光先生诞辰130周年之际,谨以此文,以致敬意和感谢!审稿人和编辑部提出的建设性意见使文章多有改进,同行们辛勤工作取得的宝贵资料和研究成果,为本文相关研究撰写奠定了坚实基础。在此,一并表示衷心感谢。

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