地质力学学报  2019, Vol. 25 Issue (5): 746-768
引用本文
张国伟, 郭安林, 董云鹏, 姚安平. 关于秦岭造山带[J]. 地质力学学报, 2019, 25(5): 746-768.
ZHANG Guowei, GUO Anlin, DONG Yunpeng, YAO Anping. RETHINKING OF THE QINLING OROGEN[J]. Journal of Geomechanics, 2019, 25(5): 746-768.
关于秦岭造山带
张国伟 , 郭安林 , 董云鹏 , 姚安平     
西北大学大陆动力学国家重点实验室/大陆构造协同创新中心/西北大学地质学系, 陕西 西安 710069
摘要:纪念老一代地球科学家李四光先生,思考地球科学与大地构造学的创新发展。文章以秦岭造山带为例思考大陆复合造山及其动力学,认知概括秦岭造山带基本属性与特质,探索认识中小多板块多期洋陆俯冲造山-陆-陆板块俯冲碰撞造山的板块复合造山,并又强烈叠加复合陆内造山,造成复杂组成与结构,形成立交桥式四维流变学分层的多层非耦合动态演化的大陆复合造山带模型,及其新的演化趋势动态和构成国家人类需求的成矿成藏物质财富与宜居的地表系统环境等,期望前瞻探索认知地球发展的未来。文章还就秦岭造山带几个有争议的问题,进行简要讨论,共求新的探索研究发展。期盼学习李四光先生学术理论精华,尤其在深化发展板块构造,探索认知大陆构造与动力学方面,创新发展地质力学,以宇宙太阳系视野探索地球动力学,推动大地构造新发展。
关键词板块复合造山    陆内造山    大陆构造与流变学    地球动力学    
DOI10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.05.064     文章编号:1006-6616(2019)05-0746-23
RETHINKING OF THE QINLING OROGEN
ZHANG Guowei , GUO Anlin , DONG Yunpeng , YAO Anping     
State Key Laboratory of Continental Dynamics, Cooperation Innovation Center of Continental Tectonics, Department of Geology, Northwest University, Xi'an 710069, Shannxi China
Abstract: To cherish the memory of geological pioneer J.S.Lee and think about the innovation development of Earth science and tectonic theory, the composite orogeny and dynamics of the Qinling orogen, based on further understanding of the fundamental characteristics of the Qinling orogen, is reconsidered. The Qinling orogen has so far experienced middle-small sized plates, multi-episode ocean-continent subduction, continent-continent collision and intracontinental orogeny, and eventually formed complex component and structure, and the continental composite orogen model of 4-D "overpass-type", rheological stratification, decoupling structure in dynamic evolution. As a result, the habitable Earth surface system and abundant natural resources serving the human society development and national needs have been created. Some issues on controversy are also briefly discussed for reconciling the insights on the Qinling orogen and deepening the study of continental composite orogen, and expecting to grasp J.S.Lee's academic essence for exploring continental tectonics and dynamics, developing plate tectonics theory and Geomechanics, studying Earth dynamics in the vision of the Solar system and universe and pushing the tectonic theory forward.
Key words: plate composite orogeny    intracontinental orogeny    continental tectonics and rheology    Earth dynamics    
0 引言

李四光先生是国际著名的科学家、地质学家和大地构造学家,创建了地质力学大地构造学派。今值先生诞辰130周年之际,应邀特写此文,以表深切怀念。文章对李四光先生关注的大陆造山带,以纬向秦岭造山带为例进行分析讨论。

秦岭造山带是中国大陆的脊梁,东西向横亘中国大陆中央,在中国大陆形成与演化中占有突出重要位置。秦岭造山带经历了长期的形成演化历史,具有复杂组成和结构,非已有造山带模式能完全概括,是一独具特色的、典型的复合大陆造山带,成为现代地学研究的良好天然实验室和研究基地。因此历来受到关注,历经长期研究,已取得重要基本认知。但随着不断的新发现以及存留问题和争议,各方一直正在新的层次上继续深化探索,特别是面对全球变化与人类社会可持续发展和当代地球科学最新进展,构建地球系统科学,服务国家与人类最新重大需求和动态的认知行星地球的新发展,更需要以新理念与新思维,瞄准新目标,再研究认识秦岭造山带,揭示其全球共性中的独特区域个性及其普适性的地学意义与科学价值。以下就秦岭造山带几个关键基本问题进行简要讨论,欢迎指正。

1 秦岭造山带基本属性和特质

秦岭造山带是在全球与中国大陆形成演化总的地质与动力学背景基础上,经长期多期在不同发展阶段以不同构造体制机制演化而形成的复合型造山带,成为具有全球与中国大地构造共性中独具特征的典型的大陆复合造山带[1-2](图 1)。

图 1 秦岭造山带构造单元划分图 Fig. 1 Tectonic units of the Qinling orogen
1.1 现今的秦岭造山带是历经长期复杂演化的综合现时结果

综合概括,现今的秦岭造山带经历了三大构造演化阶段,构成了三大套基本构造地层岩石单元[1, 2],包含了从地质历史早期至今不同时空下的不同地质记录:

(1) 早期地质历史的前寒武纪两类不同的变质变形岩浆活动的基底岩系,即①早前寒武纪结晶岩系(Ar-Pt1), 现以零散残存的不同型式构造岩块夹持包裹在造山带不同构造单元中;②中新元古代浅变质变形过渡性基底(Pt2-3),较广泛分散出露于造山带不同构造单元内。上述早期构造地层岩石单元历经多期次改造变位,大多已难于准确恢复重建其原位原貌,尤其是早前寒武纪岩系。

(2) 新元古代—中晚三叠世主造山期板块构造体制下相关不同阶段的构造地层岩石单位(Pt3-T2-3)。

(3) 中新生代陆内造山与陆内构造相关环境条件下的陆内构造建造,包括构造断陷盆地,前后陆盆地沉积岩层与广泛的以花岗岩为主的侵位岩浆岩系与成矿以及各类构造岩系(T2-Q)。

简要概括秦岭主要经历了三大演化发展阶段(图 2):

图 2 秦岭造山带演化示意图 Fig. 2 Cartoon for evolution of the Qinling orogen

(1) 前寒武纪两类基底形成阶段(Ar-Pt2-3), 包括早期(Ar-Pt1)结晶基底形成时期和中新元古代(Pt2-3)过渡性变质变形岩浆活动基底形成时期。主导是尚不清楚的早期前板块与初始板块构造演化时期。

(2) 新元古代—古生代—中生代初(Pt3-T3),秦岭主造山期两期板块构造演化阶段,包括了新元古代晚期至早古生代扩张裂解与洋-陆俯冲造山作用和晚古生代至中生代初三叠纪中晚期印支期的洋-陆俯冲到陆-陆俯冲碰撞造山作用,直到秦岭印支期板块主造山期后的伸展塌陷构造(T3-J1-2)和岩浆活动。

(3) 中新生代陆内构造演化阶段,包括燕山中晚期陆内造山(J3-K1)、燕山晚期至新生代的陆内构造和急剧隆升成山与新的裂解构造演化(K2-R)。

今天雄伟强大的秦岭山脉并非古生代至印支期板块造山隆升的产物,而是中新生代燕山期以来陆内造山抬升的结果。

1.2 秦岭造山带基本属性与特征

简要概括,秦岭造山带是一典型大陆复合造山带,由不同演化阶段、不同属性的构造体制机制和造山类型复合演化而来,即由洋-陆板块俯冲造山(Pt3-S-C-P1);陆-陆板块俯冲碰撞造山(D-C-P1-T2-3)和陆内造山(J3-K)的多期多样不同属性性质的复合造山,构成特征突出鲜明的秦岭式大陆复合造山模式[1, 3]

由于仅残存支离破碎的岩石地块记录,秦岭早前寒武纪形成的地壳构造难于可靠恢复重建其原位原貌和构造体制机制。中新元古代以来尚可不同程度研究推测恢复。自新元古代晚期至古生代—中新生代以来,则能较为可靠地恢复重建,尽管存在不完整性和争议,但已有客观记录与事实可进行判断推定。据此其主要特征可作如下综合概括。

1.2.1 秦岭式的板块复合造山与陆内造山的多期多样大陆复合造山作用与造山模式

秦岭造山带是在前寒武纪先期构造基础上,主导是新元古代至今,主要由华北、华南两板块及其之间的秦岭微板块三块历经不同期次板块洋盆扩张与消减的板块洋-陆俯冲造山,陆-陆俯冲碰撞造山,后又复合叠加陆内造山而形成为现今的大陆复合造山带。

(1) 陆内造山与陆内构造。

现今的强大秦岭山脉,是中新生代以来陆内造山作用形成的陆内大陆复合造山带。现今地理概念的秦岭山脉是在先期(Pt3-T2-3)两次板块复合造山基础上,由中新生代以来陆内造山作用与陆内构造再复合叠加先期构造所形成的陆内隆升山脉,是横贯中国大陆中部东西的中国中央造山系的重要组成部分。

(2) 中小多板块长期由洋-陆俯冲造山、陆-陆俯冲碰撞造山的板块复合俯冲碰撞造山。

秦岭造山带主导是新元古代中晚期以来,经历长期多期次而最后由印支期最终完成的多板块、由洋-陆俯冲造山到陆-陆俯冲碰撞造山两期复合的板块俯冲碰撞造山带,是非经典的板块俯冲碰撞造山模式,即不是简单的由两板块,消减带一期次性连续快速消减俯冲碰撞造山形成的板块造山过程,而是中小多板块与多洋盆经历漫长多期次的板块洋-陆消减俯冲造山到陆-陆俯冲碰撞造山复合而完成的板块造山带,因而独具特征。

秦岭经历了板块造山的复杂漫长过程。秦岭是在先期构造基础上,进入新元古代—古生代—中生代初主导板块构造体制的构造演化阶段,早古生代先是由秦岭洋盆分隔的华北、华南两板块从扩张到奥陶纪中期洋盆进入收缩消减,沿华北板块南缘商丹边界,华南板块向北俯冲,至志留纪晚期,乃至泥盆纪早中期,南北两板块已几近陆-陆接近,甚至已有陆块突出部分的点接触陆-陆俯冲碰撞[1-2, 4-5], 但此时期由于大区域东特提斯构造域扩张转入古特提斯演化阶段,东特提斯构造区域普遍发生全球与深部背景下的广泛扩展裂解,其中华南板块伸展产生多个古特提斯扩张分支洋盆,诸如甘孜—理塘、勉略有限洋盆等,其中勉略有限洋盆就是华南板块北缘,也即秦岭洋盆南侧被动陆缘扩张裂谷(-S)基础上的此时期发生的新的扩张裂解[1-2],使之秦岭区域板块构造洋-陆俯冲造山演化在即将已并部分点对点陆-陆俯冲碰撞造山之际,由于在深部与区域扩张构造背景下,减缓俯冲消减速度致使未能进一步发生陆-陆全面碰撞造山,而形成持续的点点接触的残留洋盆的洋-陆与陆-陆俯冲碰撞造山的特殊构造演化构造古地理状态。而在秦岭南部,即华南板块北缘原消减的被动陆缘裂谷上新形成的勉略洋盆正处于扩张打开以致形成有限洋盆的演化阶段,造成整个秦岭造山带板块构造演化进程中的一次突出构造与构造古地理的重大变动,由秦岭原来华南板块向华北板块俯冲消减,并已即将发生陆-陆俯冲-碰撞造山之际,区域扩张伸展,收缩挤压减弱减缓的调整转换为秦岭成三板块二洋盆的新的板块构造格局[1-2, 6-7],即由华北板块—秦岭残留洋盆与海盆—秦岭微板块—勉略扩张有限洋盆—华南板块的三板块二洋盆的板块大地构造新格局,致使秦岭造山带最后到晚古生代至中生代初印支期最后才发生华北南缘商丹带最终于T2-3全面完成陆-陆俯冲碰撞,形成商丹板块缝合带,而同时勉略有限洋盆则自泥盆纪—石炭纪—二叠纪扩张打开,二叠纪中晚期开始消减俯冲,到三叠纪中晚期随同北侧商丹带,最终双双向北俯冲碰撞,完成秦岭造山带三板块沿二缝合带复合俯冲碰撞造山的板块构造演化历史进程[1, 4],形成独具特征的中小多板块,由洋-陆俯冲造山和陆-陆俯冲碰撞造山的长期板块复合造山过程与模式。

1.2.2 秦岭造山带岩石圈结构现今呈流变学分层构造非耦合的“立交桥式”大陆造山带四维构造几何学模型

秦岭大陆复合造山带现今岩石圈四维结构呈现为:岩石圈上部地壳受两侧克拉通地块相向向秦岭的巨大陆内俯冲,而秦岭沿两侧边界呈向外多层次的巨大逆冲推覆,构成总体不对称扇形隆升,并兼具走滑、扩张断块的复合型地壳几何学结构,而深部则具流变学分层,并以南北向的深部结构与状态(大于40~80 km深度范围)和上部地壳(40~80 km以上)的近东西向结构构造呈非耦合关系,中间则为水平流变过渡层(60~80 km),综合从深部到表层岩石圈总体为流变学分层的、构造非耦合“立交桥”式的时空四维几何学结构模型[1, 4, 8-9](图 3)。代表了秦岭造山带长期演化过程中,不同期次构造变形与组合的时空四维的叠加组合的复合,秦岭先期已形成的三维结构,在中新生代新的陆内构造演化中,深部在新的区域构造动力学背景中,处于高温高压状态下,并在流体参与下首先发生了适应新的区域构造动力学状态的最新调整变化,形成深部南北向的结构与状态,而上部已固态化的先期东西向构造,还未得以适应而发生新的调整变化,故尚仍保留着原先的东西向构造。因此上下两者在结构状态、构造方位与时代上构成不协调非耦合的关系,并且在两者之间,大致在60~80 km区间形成一层水平流变状态的上下过渡层。总体上,岩石圈上、中、下三分层现实的构成非耦合关系的统一整体,即秦岭造山带现今的岩石圈垂向横剖面构造结构呈现为:构造流变学分层的,由不同时代不同构造变形结构叠加改造与保留调整的现今时期统一组合的立交桥式构造非耦合的造山带结构的复合构造剖面。因此,它的重要意义不只在于揭示了秦岭造山带岩石圈结构的非耦合的流变学分层的立交桥式构造结构与几何学状态,而更重要的是揭示出大陆造山带在长期形成演化中,大陆物质与结构在大陆长期保存漂浮运动演化中,是如何从深部到上部长期保存演化的,因而也就表明它可能是大陆拼合形成之后不易返回地幔,大陆及其内部表层与深层间长期保存交换演化的一种重要途径与方式,因之,具有重要的深化发展板块构造,探索大陆构造与大陆动力学意义。

A—上层,固态化的先期东两向构造层;B-中水平流变状态过渡层;C—下层,深部流变状态南北向构造层 图 3 秦岭造山带岩石圈现今“立交桥”式结构模型 Fig. 3 4-D lithospheric decoupled "overpass-type" structure of the Qinling orogen
1.2.3 秦岭造山带是中国大陆中央造山系的中心重要组成部分,在中国大陆和东亚具有重要的地表-深部关系地球动力学意义

(1) 秦岭造山带与中央造山系是现今中国大地构造动态演化与格局的支撑构造系统与动力学源区之一。

① 中央造山系是指近东西纬向横亘中国大陆的一带强大造山链[10]。该山链在中国大陆上构成雄伟山脉,包括从郯庐断裂剪切错位的黄海山东半岛,至大别—秦岭—祁连和昆仑及其间柴达木地块以及因阿尔金剪切走滑错移的喀喇昆仑至帕米尔结而西延出国。中央造山系是中国大陆南北的地质、地理、气候、生态、环境和人文的分界带,也是中国大陆地壳岩石圈深部乃至地幔结构状态的主要分界带,更是中国大陆南北持续汇聚,中央造山系中新生代以来,急剧隆升成山的主要深部地幔相向会聚,而地表造山隆升的动力汇源区和发散地。因之具中国现今大地构造动态演化格局的支撑与重要构造动力学意义。

② 现今中国大地构造最新演化格局。根据综合地质和地球物理探测与深部结构与现代地壳与岩石圈活动构造及地震分布及动态,中国大陆现今大地构造发展动态趋势与演化格局呈现为:在现代全球板块构造体制格局中,受全球性三大构造动力学体系,即西太平洋、阿尔卑斯—喜马拉雅和中亚—环西伯利亚三大构造动力学体系复合会聚控制,构成二大构造带,即中央造山系近东西纬向构造带和贺兰—川滇南北径向构造带形成十字型构造格架,划分出四个构造区块,即华北—东北、华南、青藏、新疆—北山构造区块[2](图 4),构成现今中国大地构造最新动态演化格局。由之可见,秦岭和中央造山系在现今中国大陆大地构造动态演化中的突出重要意义。

Ⅰ-华北与东北构造区;Ⅱ-华南构造区;Ⅲ-青藏构造区;Ⅳ-新疆与北山构造区;左下图为中国大陆岩石圈底部Pg差异图(据文献[11]) 图 4 中国大地构造最新演化动态格局 Fig. 4 Today's evolution dynamic pattern of China continental tectonics

(2) 秦岭与中央造山系与贺兰—川滇径向南北构造带的交叉,和与青藏高原北部的复合叠加互跨。

中国大陆中现代最强的南北地震带,即贺兰—川滇南北构造带,它不只是强烈地震带和青藏高原东北边界,也是北起西伯利亚地块南端贝加尔湖,南接印度洋90°岭脊的全球性洋-陆南北径向构造带在中国大陆中的陆地部分[2]。并在西秦岭与中央造山系垂向交叉,十字型的分划中国大陆。贺兰—川滇南北径向构造带更突出的是中国大陆现今东、西构造和深部结构状态差异的分界带、地表与深部反转演变的中轴转换带,是现今西太平洋地幔与印度—印度洋板块深部地幔斜向交叉汇聚带,成为地表系统中国大陆贺兰—川滇南北强烈活动地震带和东、西构造差异演化的主要动力源。同时由于印度板块中新生代以来快速北进,而以印度洋90°岭洋为界的以东澳大利亚板块迟迟缓慢北进,构成两者突出的巨大差异北向运动,故造成中国东、西部之间和印度与印度洋和澳洲板块之间在现代全球板块构造体制下形成强大的剪切力偶转换带,意义重大。

(3) 秦岭与中央造山系不只是探索研究中国大陆古生代—印支期南北主体拼合过程,而且也是研究认知中国大陆中新生代以来,除周缘板块构造动力作用外,陆内构造演化及其动力学的得天独厚的研究基地和良好场地。

秦岭造山带中新生代陆内构造演化,是在秦岭长期多期次中小多板块构造演化基础上,是于印支期最后完成其板块构造(T2-3)演化进程后转入陆内构造演化阶段的[1-2, 12]。先后又经历了燕山中晚期陆内造山(J3-K)和燕山晚期至新生代的陆内构造,即由挤压、推覆、走滑、伸展、断陷、岩浆活动构造共存的构造变动,急剧隆升成山,并正处于新的裂解演化过程之中(K2-R),是在没有大洋岩石圈主要参与下的陆内过程,现在的强大山脉是在这时塑造而形成的,具有典型的陆内造山陆内构造的系统记录。而且由于秦岭—大别造山带形成演化是经历长期复杂多样板块或陆块运动拼合与陆内构造叠加复合和剪切旋转陆内俯冲逆冲推覆叠置拼接的不同造山过程,造成现今自东而西的依次不同构造层次的剥露,而综合恢复叠合起来总体代表了一个大陆造山带的完整的大陆岩石圈剖面(图 5)。

图 5 秦岭-大别等中央造山系东西岩石圈剥露剖面示意图 Fig. 5 A model showing denudation of the lithosphere (in E-W strike) of the Qinling-Dabie orogen

秦岭—大别板块多期次拼合俯冲碰撞过程,是自东而西穿时闭合进行演化的,研究证明华北板块逆时针旋转,而华南板块则是顺时针旋转拼合,最终于印支期完成两板块最终拼合,后又在燕山期陆内造山与陆内构造作用中,华北、华南两地块又沿造山带内及其南、北两边界发生巨大陆内俯冲、穿时剪切走滑、逆冲推覆,而且呈现出自西而东的俯冲(或逆冲推覆)幅度与深度规模急剧加强加大,至大别山深俯冲已使陆壳下冲形成超高压(UHP)岩石等,并又快速折返地表,使大别造山带广泛面状出露造山带根部与UPH岩石,因此表明华北、华南的南、北侧两地块在陆内造山与陆内构造过程中,又以华北地块顺时针而华南地块逆时针相向旋转逆冲推覆,恰与板块构造拼合时的旋转方向反向,最终导致现今从大别到西秦岭整体一带中央造山系,从东至西不同地段依次出露造山根带深部(大别)、中深部(东秦岭)及中上部(西秦岭),而总体综合完整的构成代表了秦岭—大别一个造山带的陆壳岩石圈剖面,别具特色和重要意义。

1.2.4 秦岭造山带是中国大陆具代表性扩展性地表系统与深部过程及动力互馈的信息库、资源能源汇集区、成矿带和控制带,独具特科学与社会意义

秦岭的长期多期多块体多类型复合造山作用,深部背景的强烈构造岩浆流体活动和多期多种构造盆地沉积演变,使秦岭造山带成为重要多期复合多金属富集成矿带,尤其以中新生代为主成矿期,形成具世界级的大型、超大型多种构造岩浆流体、沉积、变质多金属矿产基地,诸如Mo、Au、V、Pb、Zn、Ag、Hg、U等,新近又发现大型稀土矿产。它们不仅是国家社会需求的重要资源,更是研究探索认知秦岭造山带形成演化的不可替代的特有信息源和物质记录。

秦岭是中国大陆主体统一整体形成的拼接带,控制和影响着中国大陆南北的主要油气、煤炭、铀矿等能源基地,成为国家油气煤炭铀等能源研究和潜力评价的主要基础,具有独特的造山盆山结构与演化和构造成矿动力学与大陆动力学意义。

秦岭造山带位居中国大陆中央,成为自然地理和气候的分界带与生物基因库,是中国两大主要水系黄河长江的主要水源地,因之也是国家主要水资源涵养地和生态环境的调节控制带。

秦岭造山带现最高峰太白山达3767 m,而与之相伴的渭河断陷裂谷盆地西安凹陷,据地质勘探和地球物理探测,它自晚白垩世以来(100~80 Ma)下沉约7~8 km,推测同期太白山因隆升而剥蚀已约2~3 km,则原太白山与渭河断陷100 Ma以来两者已差异升降可达14~15 km,蔚为壮观,可与青藏高原喜马拉雅山与珠穆朗玛峰等地表系统新生代以来的剧烈快速差异升降比较而过之,无疑是中国大陆中心内部深部动力学过程与地表系统互馈作用的突出反映[1, 2]

综合上述秦岭造山带的基本属性特征和组成、结构与演化,突出的显示它是长期多期洋-陆俯冲造山—陆-陆俯冲碰撞造山的中小多板块多样的扩张分裂、收敛会聚、走滑旋转、运移穿时拼合的板块构造复合造山带,同时又包容了前寒武纪先期古构造,后又遭受强烈的中新生代陆内造山和陆内构造叠加改造复合,因此提供了研究多块体、中小板块及陆壳块体拼贴俯冲碰撞多样复合造山及其地幔动力学难得的特有信息。其中,板块复合拼贴造山完成后的中新生代陆内造山及陆内构造和造山带两侧地块沿其边界巨大相向陆内逆冲、俯冲与造山的扇形隆升,以及现今造山带岩石圈流变学分层的圈层构造非耦合“立交桥”式四维造山带几何学模型,为深化发展板块构造,探索研究板内(陆内)构造及大陆增生、保存演化等大陆构造与大陆动力学基本问题提供了良好天然研究基地与典型实例。

2 秦岭造山带几个问题研究认识与讨论和存留问题

下面每一个问题都可单独成文。但因篇幅所限,不能展开论述,只能选择重点进行简要讨论。

2.1 秦岭前寒武纪构造与华北、华南板块(地块)边界和北秦岭归属问题

秦岭前寒武纪构造关键问题是秦岭造山带起始问题,即华北与华南两板块(地块)何时相关联,是原统一陆块扩张分裂为两块又再收敛拼接,还是广阔大洋中原本并不相关的两板块(地块)后汇聚拼合?两板块沿什么消减带拼合造山?迄今的研究综合判断,华北华南两陆块早期应是漂浮于大洋中不相关的两陆块,分属不同的板块[1, 6, 13-14]。地球早期地壳构造和大陆问题目前还是一正在探索研究争论的问题,涉及地球前板块构造及板块构造何时起始与大陆起源及其构造等问题。秦岭的前寒武纪构造研究主要依据现秦岭带内及邻侧残余的古老地质记录。已知秦岭的变质结晶岩系如太华群杂岩、崆岭、杨坡、大红山及汉南与后河等岩群分属华北、华南两古老地块基底,其构造问题应属于两克拉通的研究内容。秦岭内部残留的陡岭、武当、小磨岭、鱼洞子等岩群从地质、地球化学综合研究推断,多认为属华南扬子早前寒武系基底相关岩系[1, 15-17],也更多应归华南地块早期研究内容。因此,关于秦岭造山带前寒武纪构造的研究,除上述相关的两地块(板块)早期构造演化外,主要应是中新元古代构造问题,涉及北秦岭构造带归属问题;华北、华南板块(地块)秦岭中的边界问题以及秦岭造山带起始问题。

北秦岭构造带是秦岭造山带的主要构造单元(图 1),现呈近东西宽窄不一狭长一带展布于秦岭中北部,夹持于北秦岭南侧商丹复合断裂带(原秦岭板块造山主缝合带)和北侧洛南—栾川复合断裂构造带(原宽坪缝合带与二郎坪弧后带)之间,主体由秦岭群为主的构造结晶杂岩组成,是历经多期非均一变质变形岩浆活动混合岩化的构造杂岩地块,中深变质乃至高压深变质的复杂多期叠加复合构造变质地质体[18-19],主体时代为早元古代,不排除更老更新岩层裹入。其上构造不整合断续上覆少量古生代、中新生代不同构造岩石岩层单位。总之它是秦岭主要的一独特构造带,系统记录着秦岭造山带长期的形成演化基本信息。过去长期认为它是华北地块(板块)的南部边缘组成部分,但经地质、地球化学综合系统研究揭示,它不属于华北,而是更亲近华南或独立的微板块(陆块)。主要依据是:

(1) 秦岭杂岩基底变质岩系及其幔源岩石的Pb、Nd同位素研究显示,其地球化学属性特征不同于华北板块(地块)南缘,而亲近但又不完全等同于华南板块北缘的南秦岭和华南板块的Nd模式年龄及Pb同位素组成[1, 20-22]。因而提出秦岭造山带华北与华南地块(板块)的地球化学界面应在北秦岭带之北侧,进而认为秦岭中的华北板块南边界应在北秦岭带之北的洛南—栾川一线。

(2) 北秦岭带北侧与之并行分布一带宽坪蛇绿混杂岩带[23-25],蛇绿岩岩石具N-MORB、E-MORB与OIR型混杂组合特征,N-MORB时代为ca. 943~1445 Ma[26-27], 与之伴随宽坪洋壳向南俯冲,在北秦岭带形成并行一带俯冲型到碰撞型花岗岩,同位素年龄ca. 979~911 Ma[25, 28-29]且发育并行一带ca. 889~944 Ma的A型花岗岩。同时发生ca. 1.0 Ga的秦岭杂岩叠加变质作用和宽坪蛇绿岩高绿片岩相-角闪岩相同期变质[24, 30-31], 应为同碰撞变质作用。以上统一表明北秦岭带原非为华北地块组成部分。原北秦岭地块(微板块),在新元古代之初10亿年左右沿洛南—栾川一线与华北板块南缘发生俯冲碰撞拼合,拼贴于华北板块南缘,因之才成为华北板块的南缘组成部分[1, 25],并后又沿其南侧发生新元古代晚期至古生代—中生代初沿商丹带的华南与华北板块的消减俯冲碰撞造山作用,形成商丹缝合带。

(3) 上述两点证据发生的背景,正是全球从哥伦比亚超大陆形成后中元古代裂解到新元古代罗德尼亚超大陆聚合形成到再分裂的过程,秦岭造山带的起始与发展就是在全球这一总构造背景下发生的。

综合上述地质、地球化学、野外实际调研和实验与理论的综合研究,获得如下认知:

(1) 北秦岭构造带归属

北秦岭构造带相对于华北板块与华南板块原曾是独立的微板块,地质、地球化学综合特征不同于华北板块(地块),亲近但又不完全同于华南板块(地块),后在全球Rodina超大陆形成背景下,随中新元古代宽坪洋南向消减与华北板块拼合,成为华北板块南缘增生陆块。

(2) 秦岭造山带起始

北秦岭原微板块地质、地球化学属性特征亲近但又不完全相同于华南板块(包括其北缘南秦岭),对比与推断它应是与华南板块相关或边缘漂浮的微板块或陆块,因此使之有与华南板块即有亲近相似关系又不等同之别,但这却可提供一重要可靠信息,即华北与华南两原本不相关联的板块,应是此时即中新元古代,在全球哥伦比亚超大陆形成后的中元古代裂解到罗德尼亚超大陆聚合形成再到新元古中晚期裂解的构造演化过程中,使之两者从无关分离而到运移汇聚发生相关联,使中国大陆组成的两个主要板块开始产生关联,这也就正应是秦岭造山带起始的时代和构成华北、华南两板块及其之间秦岭商丹洋的秦岭板块构造格局开始出现形成的时代。

(3) 秦岭造山带中华北、华南两板块边界

秦岭造山带中华北板块的南缘边界在不同构造演化阶段是不同的边界。原华北板块初始的形态与边界尚难准确确定,但从现秦岭造山带构造配置与实际出露现状,可以说,中元古代早期或以前,华北板块的南缘边界应是现洛南—栾川断裂构造带一线。自北秦岭微板块于中新元古代交接之际拼贴到华北板块南缘后,其已成为华北板块(地块)的组成部分。所以新元古代以来,华北板块在秦岭造山带中的南边界即是北秦岭构造带南侧商丹缝合带和现商丹断裂构造带。大量地质、地球化学和地球物理的多学科综合研究和探测及客观实际都一致说明和证实了这一点。

2.2 秦岭板块复合造山问题

已如前述,今天的秦岭造山带组成与结构的时空分布是经长期多次复合造山,多样构造变形叠加改造变位至今的综合结果表现,如果要恢复重建前中新生代构造,必需筛分筛除先期构造变形变位,其中对秦岭造山带而言,突出重要的首先是要筛除影响整体的主要变位变形构造:①秦岭大别等中央造山系现今的展布从东至西,依次出露地壳岩石圈不同深度层次时代的岩石与构造,如若将其复原展平至古生代—中生代初时期的板块构造古地理与岩层产出及变形结构状态,则古生界—三叠系岩层与构造分布与结构,将会是上古生界和西秦岭特别发育的三叠系深水浊积岩层及其下伏岩层、构造等广泛出露于东秦岭,乃至到大别地区。②南、北秦岭以商丹带为界,两者整体构造线方位和各构造岩层产出分布现呈区域性斜交的构造关系,北秦岭主构造线为北西西—东西,而南秦岭则为北西为主,表明沿商丹带两者有大的相对剪切走滑平移错位,尤其南秦岭有较大整体旋转运移,如若恢复至原两者近于平行展布,则南秦岭构造岩层分布会呈现出上古生界与中下三叠系岩层广泛出露。上述两构造的复原,将对研究秦岭古生代—中生代初板块构造,提供更为接近客观实际的依据,以免现状的误导。

中新元古代—古生代—中新生代初,秦岭造山带板块构造体制的板块复合造山演化,是秦岭造山带的主要造山演化时期,它奠定和构成了秦岭的基本组成与结构构造格架。在先期区域构造背景中,中新元古代秦岭造山带才开始起始,洋-陆板块构造格局刚出现与演变,后从两板块一洋盆到三板块二洋盆海盆(新生洋盆与残余洋盆),从板块洋-陆俯冲造山到陆-陆俯冲碰撞造山,直到后造山伸展塌陷,结束板块体制而转入陆内构造与陆内造山的演化,突出呈现一幅全球板块造山共性中的独特区域个性特征,即中小多板块长期多期的板块复合造山特征,并具有突出特征的普适性意义。正因为如此,使秦岭造山带独特而复杂,富有诸多特异实事与现象,非为经典板块俯冲碰撞造山模式所能概括。这既是困惑也是探索研究的机遇。其中关键问题是:①中小多板块构造造山及其机制动力学问题;②板块构造与陆壳广泛弥散性变形及复合;③板块造山与陆内造山。这些问题在另文讨论,这里仅就秦岭板块构造作简要讨论。

秦岭古生代板块构造问题,主要是:①早古生代板块构造属性;②晚古生代秦岭板块构造格局和勉略洋盆问题。

2.2.1 秦岭早古生代板块构造属性

秦岭早古生代板块构造多已为共识,关键问题是其板块构造属性与特征。综合地质、地球化学与地球物理系统研究,认为秦岭板块构造主造山期(Pt3-T2-3),早古生代主导是洋-陆俯冲造山,末期才进入几近陆-陆点接触俯冲碰撞造山起始时期,但并未发生秦岭的全面陆-陆碰撞造山,以致于结束秦岭板块构造造山。其基本特点与格局如下。

(1) 秦岭早古生代构造格局

秦岭早古生代板块构造基本格局是二板块(华北、华南),一洋(秦岭商丹洋盆),一消减俯冲带(商丹带),一弧后盆地(二郎坪有限小洋盆)。

① 华北板块南缘活动大陆边缘。早古生代华南板块洋壳沿华北板块南缘商丹消减带发生洋-陆持续消减俯冲,并引起造成以北秦岭秦岭杂岩为基底的岛弧带(钙碱性火山岩浆弧,534~414 Ma)和二郎坪弧后盆地,同时形成商丹断续一带丹凤蛇绿构造混杂岩(534~440 Ma)和弧前盆地沉积构造加积楔,同期导致北秦岭遭受叠加的俯冲造山变质作用。总体构成完整的华北板块南缘早古生代沟弧盆活动大陆边缘构造系统和商丹缝合带早期消减俯冲蛇绿混杂带的形成[1, 6-7, 32-33]

② 华南板块北缘被动大陆边缘。恢复重建其被动陆缘,突出特点是发育早古生代被动陆缘裂谷构造及其重要岩浆活动(南秦岭-S)。后上覆上古生界—下中三叠系,西秦岭则延至上三叠统。早古生代末南秦岭(华南扬子板块北缘)被动陆缘前端的洋壳和前缘远洋深水沉积岩层多已被消减,故总体到晚古生代—中生代初时,南秦岭主要保存了被动陆缘的中后部沉积和陆缘裂谷沉积岩层(南秦岭大巴山)[1-3, 12, 34],并在晚古生代勉略有限洋盆打开后,它成为南北侧两洋盆与残余洋盆海盆间的微板块裂陷台地沉积。

(2) 上下古生界构造关系及意义

秦岭上下古生界构造层关系和志留系与泥盆系(S-D)两地层的构造接触关系,由于复杂而长期有争议。从实际广泛调研到专门综合系统深入研究,揭示上下古生界构造层间和S-D两岩层间构造关系不存在广泛普遍的区域构造角度不整合,主体为区域整合、平行不整合、超复不整合关系。主要事实与证据是:

① 上、下古生界两构造层整合一致、同期变质变形

秦岭上、下古生界,在商丹带以南,整个东、西秦岭区域上下古生界岩层变质作用期次、变质相,构造变形、期次样式与类型均完全一致,下古生界不存在区域两次变质作用与构造变形的叠加,而是与上古生界一致遭受同期一次区域性的绿片岩相-低角闪岩相的变质作用,和从区域整体到具体构造变形几何学类型、基本样式上下一致的同期的造山构造变形。迄今秦岭区域1:20万、1:5万区域地质填图以及多次各项专门研究,均未发现上下古生界构造层间与S-D两岩层间的造山性的区域构造界面与S-D间广泛普遍的区域性构造角度不整合,各比例尺地质图与构造图件中上、下构造层与S-D岩层间均为平行一致的构造关系。新近刚出版的陕西地质志说明书及图件中S-D间主为区域平行不整合关系,且层间发育顺层滑动韧性剪切剥离构造,而整体区域性上下层及其剪切滑动都是顺层平行一致同步的褶皱断裂等构造关系。表明从区域整体到具体部位古生界上下构造层总体为一致一次主变质变形构造关系。

② 志留系与泥盆系的构造接触关系

S-D两岩层普遍是连续、平行不整合,超覆不整合和局部因具体构造作用而出现的局部构造角度不整合关系,造成这种多样构造关系的区域背景与机制将论述于后。西秦岭尤其甘南地区普遍S-D是连续沉积关系,西北大学郭勇岭教授20世纪60年代对此已有专门研究,结论是S-D地层岩石沉积和生物化石都是连续不间断的。东秦岭多数地区也是连续和平行不整合的关系,唯在武当、小磨岭、陡岭等多个古老隆起周边有不同样式的超覆不整合接触关系,但均不是区域性造山构造角度不整合关系。也充分证明秦岭早古生代末期没有发生板块陆-陆全面碰撞造山作用。

③ 古生代商丹消减俯冲带地质记录证据和岩层碎屑锆石年龄与岩石40Ar/39Ar年龄研究

古生代秦岭商丹消减俯冲带地质记录综合研究揭示,早古生代时期主导是洋-陆俯冲造山作用,直到晚古生代的中晚泥盆世,才开始转入陆-陆俯冲点接触碰撞的残余洋盆-海盆的演化发展。

根据古生代秦岭商丹消减俯冲带的弧前盆地沉积演化记录及弧前加积楔变质变形演化记录和垂直商丹带的多条横向穿越秦岭岛弧、弧前盆地到华南板块北缘的南秦岭北部山阳—凤镇断裂一线,进行不同构造岩段的40Ar/39Ar同位素测年冷却剥露变化演化研究和大量岩层岩石的碎屑锆石同位素年代学探索研究,对秦岭古生代—中生代初板块主造山期俯冲-碰撞的厘定与示踪约束,获得北秦岭、弧前加积楔与南秦岭三构造单元岩层的角闪石、白云母、黑云母的40Ar/39Ar年代学系统测试研究,结果均显示三带具有完全不同的冷却剥露历史[7]:北秦岭基底秦岭杂岩在432 Ma前,即S1-2之前已开始冷却剥露。北秦岭发育500~400 Ma与俯冲相关的侵入岩,标志-D华南板块北部洋壳已持续俯冲于华北板块南缘北秦岭之下,北秦岭岛弧开始形成并隆升,冷却剥露历史已开始进行,在430~330 Ma时期,经历了500~300 ℃的冷却剥露历史。432 Ma时期冷却至~500 ℃,剥露深度~14~15 km,368~329 Ma时期冷却剥露至~300 ℃,~28~9 km。而北秦岭岛弧南侧的弧前加积楔,322~311 Ma时期冷却剥露至500 ℃,~14~15 km,360~303 Ma时期冷却剥露至~425 ℃,~12 km。北秦岭宽坪岩系与之有类似冷却剥露历史。但同时段南秦岭北侧刘岭群439~363 Ma发生逆冲剪切叠置变形与低级变质作用,南秦岭武当群白云母坪年龄228.2±27 Ma,与大别地区UHP变质岩中的白云母时代一致。400~360 Ma时期刘岭群持续沉积,并从岩石碎屑锆石同位素年龄研究,反映已具南北双向物源,表明南秦岭仍在持续俯冲,并显示至此南秦岭俯冲带仍无冷却剥露年龄,也同样反映仍在向北俯冲。360~300 Ma时期南秦岭仍在持续的俯冲,并使弧前盆地沉积加积楔进一步变形变质。至此,商丹带南侧南秦岭北缘的残余海盆沉积,包括山阳—凤镇以北的刘岭群和二峪河群泥盆-石炭系岩层,累积厚度已达数千米,主要为硅质碎屑岩和泥质岩,主体为深水沉积-部分层段含碳酸盐岩[1-2, 35-36]。而这一时期向北持续俯冲的华南板块北缘的南秦岭俯冲前端尚无记录表明其明显抬升,仅仅才刚显示开始隆升。

上述地质事实与多学科综合研究,共同揭示反映秦岭造山带早古生代板块构造主导是洋陆俯冲及其前端的俯冲所导致的北秦岭岛弧带及其商丹蛇绿混杂岩与弧前盆地与由秦岭洋演化而至的残余洋盆-海盆的构造演化变动、变质变形及岩浆火山活动和地表系统的变动,华南板块北缘(南秦岭)下行板块一直尚无碰撞隆升抬起,而是还在下行俯冲,所以表明,它们主要是统一构成了秦岭早古生代洋-陆持续俯冲及其俯冲地带引起的沟弧盆演变的造山作用及其效应。

④ 早古生代及其末期区域构造及动力学背景

综合概括秦岭早古生代俯冲造山的区域构造背景与区域动力学机制。已如上述,主要首先是早古生代晚期至晚古生代早中期,秦岭正处于全球东古特提斯区域扩张的构造动力学背景中,S-D时期秦岭两板块在即将演化进入全面陆-陆俯冲碰撞造山之时,却在古特提斯打开的区域扩张伸展构造背景下,使之汇聚拼合减缓,并且华南板块本身也正在发生扩张裂解,因之秦岭区也随之而处于扩张状态;除裂解打开勉略有限洋盆外,秦岭华南板块北缘被动陆缘区(南秦岭),在原已有早古生代总体收敛汇聚下的陆缘伸展裂谷构造演化状态下,在新的区域古特提斯扩张背景中,扩展裂解进一步发展,发生了志留纪晚期开始到晚古生代泥盆纪—早二叠世的南秦岭被动陆缘新的伸展裂解,造成南秦岭被动陆缘的区域性的扩张裂陷裂谷构造,致使其中的勉略扩张断陷裂谷扩张演化为一有限洋盆,从而造成秦岭区域构造古地理环境发生重大调整变动;南秦岭除勉略裂谷发展为有限洋盆外,裂解出现了旬阳盆地、镇安盆地、高川盆地、淅川盆地等多个统一而又分割的裂陷盆地,以及南秦岭北部山阳—凤镇断裂一线的小磨岭地垒式隆起和其以北的商丹带南侧的刘岭、凤太等盆地[1, 2, 36]。如是,古生代中期S-D时期,即中国习惯通常称的加里东期,整个秦岭区域呈现被动陆缘海域水下扩张断陷裂谷构造状态,并引起地壳隆起与沉降的构造差异分化,形成秦岭晚古生代扩展分裂的统一而又呈多盆地多隆起的构造古地理格局,所以必然使志留纪期后的泥盆纪的沉积岩层从原统一的被动陆缘环境转换为扩张分割的多盆地的构造古地理沉积环境,因之必然造成S-D两套地层沉积系统构造接触关系呈现多样性,有连续(盆地中心等)、平行不整合(盆地中心到周边等)和超覆不整合(隆起周围和裂谷断陷肩坎等)等多样多变的构造接触关系。正是这种秦岭板块构造演化的转换特征与区域构造背景动力学演变的驱动控制,使秦岭早古生代末未能发生陆-陆全面碰撞造山,却使之持续早古生代以来的洋-陆俯冲及其所引起的洋-陆俯冲造山变动,构成秦岭特异的板块构造演化过程与独具特征的板块洋-陆俯冲及其俯冲造山的地质构成与结构构造。

总之,秦岭早古生代板块构造主导是持续的洋-陆俯冲作用及其引起的俯冲造山效应。秦岭上下古生界两构造层间和S-D间不存在区域性构造角度不整合关系的构造界面[1-2, 7, 37],两者间实际呈现为一种洋-陆俯冲造山缓慢向陆-陆俯冲碰撞造山的特殊过渡转化状态。

2.2.2 晚古生代秦岭板块构造格局和勉略洋盆问题

秦岭晚古生代—中生代初(D-T2-3)板块构造格局主体为三板块(华北、华南板块及其之间的秦岭微板块)二洋盆(商丹洋盆-残余海盆和新打开的勉略有限洋盆)二消减带(商丹和勉略消减拼合缝合带)[1, 2]。秦岭晚古生代最主要的事件是勉略洋盆的扩张打开与演化,改变了秦岭早古生代板块构造格局,而构成晚古生代新的板块构造格局。现今争议的主要问题也是勉略有限洋盆问题,而其核心重点是勉略蛇绿岩、蛇绿构造混杂岩与勉略缝合带的时代问题及其东西延伸问题。文中限于篇幅不能展开论述,但有专著和多量已发表相关的论文[1-2, 7]可供参考,这里仅就勉略蛇绿混杂岩带与缝合带时代及其延伸问题作简要讨论,供参考。

(1) 秦岭勉略蛇绿混杂带和缝合带的时代问题讨论

关于时代的问题,概括有三,一是勉略蛇绿构造混杂带、缝合带基本特征与时代;二是同位素年代学研究与解释;三是面对复杂地质体关于年代学的多学科综合判定问题。

① 勉略蛇绿构造岩带与缝合带基本特征与时代

勉略洋盆、蛇绿岩与蛇绿构造混杂岩与勉略板块缝合带它们发生、形成、演化与现今保留出露的基本特征,这些对于同位素年代测定解释和时代判定都至关重要,是基础,是依据,也是约束。可总体概况主要有三点。

秦岭勉略蛇绿构造混杂岩和缝合带现今主要突出特点是:

A.现代地表没有完整统一的勉略板块缝合带的连续保存出露分布,除其受先期多次构造叠加改造外,最主要是现今秦岭—大别中央造山系南缘边界巨型逆冲推覆兼具剪切走滑的推覆断裂构造大规模掩覆强烈改造,使之仅呈残留构造岩块,大小不一少量断续沿推覆断裂带残存,其中勉略区段是其残留保存较好较大具一定代表性的一个构造夹块,其它还有南坪(九寨沟)塔藏、西乡高川、随州花山北、大别南部清水河等少数残块。所以中央造山系南边界的巨大推覆断裂带绝不是勉略构造缝合带,只是原勉略蛇绿混杂岩与缝合带呈零星构造残块沿后期断裂带的残留分布,所以必需筛分去除推覆断裂带的掩覆改造,才能恢复重建勉略洋盆及其拼合缝合带的原貌(图 6)。

1—勉略构造带;2—蛇绿岩及相关火山岩;3—UHP岩石剥露区;4—韧性剪切带;5—断层;6—Ⅰ华北地块南缘与北秦岭带,Ⅱ扬子地块北缘,Ⅲ南秦岭;7—秦岭—大别造山带商丹缝合带(SF1),秦岭勉略缝合带(SF2);8—秦岭—大别北缘边界断裂带(F1)和南缘边界断裂带(F2),即勉略构造带 图 6 秦岭-大别南缘勉略断裂构造带与勉略板块缝合带简图 Fig. 6 Sketched map showing the southern margin of the Qinling-Dabie fault tectonic zone and the Mianlue suture zone

B.勉略有限洋盆,是在古生代华南板块北缘被动陆缘后部隆起带(即区域上中新元古界隆升剥露或缺失D-C地层的地区)上,在区域古特提斯扩张伸展与深部构造背景下,华南板块晚古生代区域扩张裂解中,沿甘南九寨沟(南坪)、勉略、高川一线发生断陷裂谷,进而扩展发展成为古特提斯洋域北部的一支有限洋盆,其裂解基底广泛是中新元古代以基性为主的沉积火山岩系,以勉略洋盆中南缘踏坡群裂陷边岸碎屑浊积岩系为例,它就直接覆盖于碧口系火山岩基底上(Pt2-3), 显示了其隆升带的扩张裂陷基底背景。因此表明,在勉略蛇绿构造混杂岩和勉略缝合带中,包涵裹挟大量基底中新元古代火山岩(基性为主)构造岩块、岩屑是必然的,所以必需严格区分是勉略蛇绿岩还是基底元古代火山岩。

C.勉略板块缝合带中的蛇绿构造混杂岩和勉略缝合带的构造混杂岩非常复杂,遭受构造混杂作用强烈,现多呈以不同期次层次尺度与不同类型,从脆性、韧性到流变层次的破裂流变构造作用及结构重组,包容了基底及周边与自身不同的各类大小岩块岩层岩石,尤其混杂了因勉略带俯冲碰撞拼合强烈构造挤压和旋转剪切走滑作用所造成的各种岩块、岩层岩石,乃至构造岩块地质体,包括原基底的不同岩块的混杂,并受构造作用置换理顺重新组合,最终成为现今残留保存的勉略缝合带中的构造蛇绿混杂岩。以勉略带勉略区段的郭镇—横现河区间的1:1万勉略缝合带的构造填图为典型例子,足以充分说明。其中的原勉略洋盆南侧深水浊积岩系为主的三河口群岩层,现已成为由不同规模、性质的断裂、韧性剪切带与片理化带交叉网织,包容多量各类岩块,包括蛇绿岩块和外来的、基底的各类岩块岩屑等,混杂而又由构造变质片理化理顺,成为现高度构造混杂片理化似变质片岩的构造岩,完全失去原三河口群深水浊积岩地层面貌。所以现残露的勉略缝合带蛇绿混杂岩带地段,其中的构造岩石的物质、地球化学组分的组合重置与结构构造的重组,强烈而复杂,造成对勉略带洋盆、蛇绿岩及其组合的不同地层、火山岩浆岩石及其结构构造恢复重建的困难,地质、地球化学、同位素年代学研究,包括对测年岩石归属判别、采样,测试与结果的地质解释都造成了复杂困难。但尽管如此复杂,客观的实在残存,求实精细持续探索研究,还是可探求与认知的,而只是需求客观不宜轻易下结论,要多学科严谨综合判定。

② 勉略蛇绿构造混杂带和缝合带同位素年代学研究与解释

迄今对勉略带相关各类不同岩石,包括带内外众多不同变质镁铁质火山岩、花岗岩、硅质岩与变质岩、麻粒岩等,采用了各种不同的同位素年代学测试方法,进行了很多研究测试,获得了一批差异很大的多种同位素年代学数据,因此引起了关于时代问题的诸多争议[1-2, 9, 38]。现综合分析,可以归纳同位素测试年龄峰值主要集中于两个时段:1000~800 Ma±,即新元古代和300~200 Ma±,即晚古生代—中生代三叠纪,其中不乏其它古老和较新的零散年龄数据。为什么勉略带获得如此多期同位素年代数据,其地质解释与意义又有多样争议?根据秦岭—大别造山带整体形成演化与勉略构造带的形成演化,可以概括主要有以下原因,可分析讨论:

A.现今的勉略构造带是一历经长期演化的复合构造带,它的先期是印支期秦岭—大别造山带的一个主要板块俯冲碰撞缝合带,是一个以蛇绿构造混杂岩为特征的拼合断裂构造混杂带,即板块拼合的缝合带,并又遭受中新生代以来中央造山系南缘边界的强烈巨大逆冲推覆兼具剪切走滑推覆断裂构造的大规模掩覆改造,包括新的强烈推覆断裂构造作用的新混杂,必然包容了多量不同时代的不同构造岩块与地质体,并又遭受强烈不同层次类型断裂构造作用的改造,故复杂的岩石混杂与构造作用,必会出现多种多期同位素年龄数据。

B.秦岭—大别造山带形成演化中,华南板块早期在中新元古代全球Rodinia超大陆形成与裂解总环境中,具有晋宁期扩张裂谷构造与板块构造区域构造演化背景,广泛面状发育以壳幔混原为特点的扩张裂谷火山岩,及一些新元古代蛇绿岩套超镁铁质与镁铁质岩石,它们同位素年龄多集中在1000~800 Ma±[1, 39-40]。因此勉略有限洋盆扩张打开时,就是在先期上述中新元古代广泛火山岩基底上发生的,其俯冲碰撞混杂形成缝合带时,自然会在勉略缝合带内混杂残存有晋宁期构造基底岩块,出现不少1000~800 Ma±同位素年龄数据,而且强烈变形置换理顺,使不同期火山岩块构造一致,不易区分,造成混同,导致测年误差。并且这里也不排除现勉略带中某些地段,甚至沿现勉略推覆断裂带内曾有晋宁期的古老缝合带的残存。但目前深入综合研究和区域地质的背景不支持勉略带整体原就是晋宁期的古缝合带。据上述复杂性和对采样地区地段野外地质不同熟悉程度或缺乏准确判定情况下,测年为1000~800 Ma的火山岩,有可能是基底元古代火山岩,而不是真正勉略蛇绿岩的岩石年龄数据。

C.现有的勉略带研究,已如前述证明原勉略洋盆打开与最终关闭碰撞造山都是穿时的,并且是先后反向发生进行的,因此勉略带中东、西千余公里不同地段必然出现有一定差异的年龄数据,造成较宽的时限,但总体区域地质与构造背景的时空综合分析,表明它们是有联系有规律的,属于发生于一个时段内相同或相似的地质背景与构造环境中的年龄数据。

D.目前勉略带中所获的同位素年代学研究成果中,包括有年代学测试方法本身或样品本身等复杂因素所造成的一些错误或无地质意义的数据,它们增添了勉略带同位素年代数据的混乱,应予筛分和识别。

综合现有同位素年代数据,结合相关古生物年代及区域地质背景,对勉略带多种、多期同位素年龄可以做出如下总体地质解释和综合判定:

晚古生代—中生代三叠纪,即345~200 Ma±同位素年代集中反映了勉略古有限洋盆从扩张打开到最后洋盆关闭、碰撞造山隆升的板块构造演化过程,而1000~800 Ma±的同位素年代则主要应是勉略带内所包容残存记录的秦岭—大别造山带先期基底中新元古代的地质事件。

③ 勉略缝合带时代问题讨论

客观地质事实的复杂性,给地质与同位素地质年代研究提出了挑战,要求正确客观精细的进行多学科相结合的综合研究与求实的以科学态度及思维,求得真实的客观规律。故鉴于此,有必要简要讨论一下关于勉略古洋盆打开,扩张发育,消减俯冲,碰撞造山关闭以及最后缝合带形成等与时代问题。

A.复杂地质条件下的时代确定,需要多学科综合研究。首先是同位素年代学研究与问题。对于复杂地质体的同位素年代学研究采用多种同位素年代学测试方法相配合,尤其精确的U-Pb不同测年技术方法的互补结合,以现代最精确高质量的测试技术方法为主,配合对同类或不同类岩石同时采用多种不同特点有效方法,并对测试结果进行对比分析,相互印证,以尽可能获得高质量准确客观可信的数据,这是测试研究的追求与目的。同位素年代学是现今地质学研究中不可或缺的现代基本支撑学科和主要研究手段,它从理论到技术方法与仪器设备,都在快速发展,对地学研究已作出了不可估量的重大作用,并还将会发挥更大作用。但现在同位素年代学研究面临着挑战,同位素年代学理论方法与技术问题,需要理论与技术方法的不断提升,除其本身仍是一不断深化发展中的学科和技术以及各个实验室本底条件外,重要的还有不同方法的局限性以及样品问题(如锆石样品的复杂性,采样岩石代表性以及样品处理混染问题等),常常导致最终测试结果准确程度的差异和不可靠年龄数据。比如进一步解决对蛇绿岩中超镁铁质与镁铁质岩类等的测年问题;还有样品问题。地质和样品需要准确严格样品的采集、分析测试和排除混染、污染及准确定性,即应采用严格合格的样品进行测试,并充分掌握了解岩石样品的地质背景与产出和多样复杂性。例如对勉略带内火山岩采样,野外地质准确清楚与否,是基底元古代火山岩,还是真正勉略蛇绿岩的火山岩样品等诸类问题。数据的解释问题。需要在充分了解和理解同位素年代测试方法性能及测试结果可靠性的前提下,充分结合地质问题与背景的研究, 尤其包括可靠古生物年代学研究进行综合解释判定,以尽可能作出合理准确客观科学的解释。其中比较困难的是在同位素年代学成果与古生物化石定年相矛盾的情况下,如何解决与判定时代,这是年代学研究,尤其像秦岭造山带这样一些复杂地质年代研究中需要给予合理正确解决的突出问题。

在秦岭造山带与勉略构造带的研究中,普遍出现了同一蛇绿岩露头中,火山岩同位素年代数据与沉积夹层的古生物化石年代相矛盾的问题,而且时代差异很大。例如,北秦岭的二郎坪弧后蛇绿岩及其夹层硅质岩内分别获得同位素年龄为1000~800 Ma,而硅质岩中放射虫定年为O-S;丹凤岛弧火山岩及其硅质岩夹层中也分别获得900 Ma±同位素年龄和O-S放射虫年龄;勉略构造带在西乡孙家河火山岩同位素年龄为900 Ma±,而其中硅质岩夹层放射虫化石为D3-C1等。两者年龄相矛盾,时代难以确定。为了解决这一矛盾,以勉略带为例,可考虑以下问题。

B.严格检查同位素测试方法与年龄数据的可靠性与解释的准确性。在测试结果精度可靠,数据无差错的情况下,时代的解释仍会有分歧。例如针对勉略区段中的同一斜长花岗岩,两单位均采用SHIRIMP锆石U-Pb方法分别测试同一样品,所得结果相似,但存在两种不同解释:一种认为U-Pb不一致线上交点为形成年龄900 Ma±,下交点为变质年龄300~270 Ma±,岩体形成时代应为元古代晋宁期[39]。基于岩体中三类锆石即黄色、浑园、磨蚀状的继承锆石、少量紫红色捕虏晶以及多数无色透明、晶形完整的锆石的存在,并对无色结透明锆石和紫红色锆石分别测年的情况下,第二种解释采纳了两种锆石拟合的不一致线的下交点年龄300±61 Ma作为斜长花岗岩的形成年龄,而上交点913±31 Ma则代表了紫红色捕虏晶的年龄,而无色锆石之所以出现不谐和线的投点是古老捕获锆石同化混染的结果[41]。显然,由于第一种解释是建立在三种锆石混合得出的不一致线年龄基础上做出的,不具地质意义。由此可见,鉴别区分不同锆石对于测试结果以及结果的解释至关重要,正确的解释首先必需建立在真正了解测试过程与样品的基础上,而后才能做出符合客观实际的解释。通过对比,上述第二种测年结果和解释与该地区同一地点的硅质岩放射虫定年为C1[42]相吻合,故目前采用了勉略区段斜长花岗岩形成年龄为300±61 Ma的时代并依据其俯冲型地球化学特征[41]认为勉略洋盆在P1已开始发生消减俯冲作用。同时也提示勉略洋与缝合带可能混杂有更古老年代的其它岩块等复杂情况。

C.岩石地层古生物年代学研究分析。化石年代学研究对于造山带中缝合带的时代确定具有重要意义。关键问题是,首先确定化石采样的准确层位及真实意义。对于蛇绿岩形成时代而言,采样定年的古生物化石,如硅质岩放射虫等,其硅质岩层必需应是与蛇绿岩中的相关火山岩是共生同期产物,如两者成互层产出等。特别由于放射虫硅质岩成因及形成环境可以是多样的,故必需慎重采集与判定其与蛇绿岩等是否是共生同期产出的岩石方为可靠。而对于缝合带形成时代,则还应首先筛除后期迭加构造岩块及其化石定年,而后以卷入缝合带混杂岩中的由化石定年得出的最新构造岩块的时代,并结合缝合带相关的陆缘沉积岩层化石时代与层序,给予综合判定。其次,明确古生物化石种属判定时代的可靠性,即要采用古生物化石定年可靠种属类别,如标准化石类型等,并有一定的种属数量为基础和统计规律性。第三,注重古生物群落时空变化分布规律研究。对缝合带及其两侧相邻区的古生物种属群落在时序和空间分布上统计规律变化的对比分析研究,应是研究有无洋盆存在及古地理生态分隔作用的一种有效方法。如对勉略带的泥盆纪至石炭纪古生物群落种属作统计对比分析[43],发现勉略带及其北侧的南秦岭武都盆地和南侧文县盆地三者同期的生物群落组成及种属有明显的规律性的不同与差异演化,表明勉略带当时存在分隔性的洋盆,造成南北生物群落种属及演化的不同差异,并可依据这些生物化石准确确定地层时代及延续时间,从而从一个方面可以确定洋盆存在发育的时代。

D.相关地质基础与背景研究分析。确定地质事件,或一个构造带,或某一岩类的时代,无疑上述的同位素测年和古生物化石定年是直接准确可靠的方法,但由于地质的各种复杂性和认识问题,上述方法并非都是绝对可靠和唯一的,还必须结合研究样品所在的区域地质背景分析才能给予较准确合理和接近客观实际的解释。所以时代问题,需要而且应必须放在一定的区域地质及其演化背景上,给予综合分析最终判定。因此,可以概括区域地质背景对判定地质时代的主要意义如下,第一,区域地质可为年代学研究或为需要确定时代的地质体提供区域地质发展的时代背景框架和时代的时限范围,或者限定和排除不可能的时代。总之,会给出一个时代判定分析的广泛基础。其次,区域地质的地层时代,或某一构造事件总是对于所要研究或要确定的时代有着区域性地质的相关性。因之区域地质中的地层、构造、事件的已知年代或时代就必然可以给所要研究确定的年代以佐证、限定,或可作为分析判定的一种依据。因此,区域地质背景分析是年代学研究不可缺少的基本基础。

同位素年代与古生物化石年代相结合综合判定时代,还必需要结合地质的研究分析,尤其在同位素年代与古生物化石年代相矛盾的情况下,更应结合区域地质综合基础分析,并在古生物化石及其所采层位与蛇绿岩及相关火山岩为共生能够代表其时代的前提条件下,以古生物化石年代为准,并结合同位素年代,以确定有关岩石或构造的时代。然而在古生物化石不能准确定时代时,或与蛇绿岩及相关火山岩关系不确定或不准确时,而若同位素年代学测试结果可靠,则应以同位素年代为主。若同位素年代与古生物化石定年都不准确情况下,应重新测年或采集化石进一步研究,而暂不定年。

研究的实践证明,复杂的地质时代的准确确定,最终应当是综合上述同位素年代学研究、相关岩类古生物的时代定年,以及两者的相结合分析,并结合区域地质进行多学科的综合分析对比研究,最后才能给予较合理的客观科学准确确定与判定。

(2) 勉略洋盆和缝合带时代

综合以上讨论,概括勉略带迄今有关勉略洋盆与缝合带的时代研究,就同位素年代学研究和古生物学年代研究,可简述获得如下结果。

① 勉略带勉略区段

A.古生物研究。在蛇绿构造混杂岩带中三岔子、石家庄等地,发现确定与蛇绿岩及相关火山岩密切共生和互层产出的硅质岩放射虫动物群地质时代为早石炭世(C1)[42]

勉略初始裂陷沉积踏坡群岩层腕足类化石时代为早中泥盆世(D1-2)。

勉略带勉略—南坪区段晚古生代古生物种属群落分布统计规律性研究。表明晚古生代勉略带西延的勉略海盆-洋盆与其北侧的迭部—武都盆地和南侧的文县盆地三者间具有明显的生物古地理分异分隔作用。以三盆地泥盆-石炭纪生物群落属种统计性规律为例[43],反映三盆地D-C时代发育的床板珊瑚、四射珊瑚等种属,最多达一百多种属,三盆地分别又自己的群落种属,而无一共存种属,三盆地整体属统一区域海盆中的三个分割盆地,中间为勉略有限洋盆,三盆地生物群落种属的分割不同,一致反映了晚古生代勉略洋盆具有显著的生物演化分隔作用,从而由生物种属、群落组合与分布表明了勉略洋盆的存在。

B.同位素年代学研究。早期对黑沟峡变质基性火山岩获得Rb-Sr全岩等时线年龄221±13 Ma[42],文家沟、横现河变质火山岩40Ar/39Ar年龄226.9±0.9 Ma,219.5±1.4 Ma[44],与黑沟峡年龄相一致。庄科MORB型玄武岩Rb-Sr、40Ar/39Ar年龄286±10~194±14 Ma[39]。近有勉略区段镁铁质岩石U-Pb锆石SHRIMP年龄841~808 Ma[45]。多次对真正勉略蛇绿岩中玄武岩类同位素测年效果不好。

C.麻粒岩时代,鞍子山杨家沟基性麻粒岩(属勉略蛇绿混杂岩组成部分)40Ar/39Ar黑云母矿物年龄199.6±1.7 Ma。勉略区段东部勉略带北侧佛坪热构造穹窿构造中的麻粒岩锆石U-Pb年龄212.8±9 Ma[46]。两者时代相近,都直接与勉略带印支期俯冲碰撞造山相关联[2, 47]

D.为了校正检验同位素年龄与硅质岩放射虫化石年龄的矛盾,对含化石硅质岩进行实验性同位素年龄测试,获得三岔子偏桥沟四方坝与基性火山岩共生的含化石硅质岩Rb-Sr参考等时年龄为344 Ma,均主要为C1,与化石年龄相符,可提供重要参考[39]

E.花岗岩年代学研究。勉略缝合带北缘与北侧出露一列晚造山碰撞型为主的花岗岩,诸如张家院、迷坝、光头山、姜家坪等,它们的U-Pb锆石年龄均在225~205 Ma[48-49],是勉略洋盆俯冲碰撞最后结束的产物,可作为缝合带形成时代的上限。

综合上述迄今勉略区段同位素年龄测试结果表明时代复杂,主要集中在900 Ma±和345~200 Ma±两个时段。鉴于上述斜长花岗岩形成年龄以300 Ma比较合理,且与其侵位的硅质岩古生物年代基本一致,同时结合麻粒岩、花岗岩及含古生物化石的地层系统等系列的系统相关一致性,综合的区域地质分析,综合认为勉略区段以庄科蛇绿岩为代表,其形成时代主要以古生物为依据,并结合上述相关不同岩类同位素年龄,包括参考多种同位素年代学方法在多个地点所获得的242~212 Ma±的变质年龄,目前综合判定:勉略带勉略区段蛇绿岩形成时代为D3-T1,即345~242 Ma,缝合带形成时代应为T2-3,即242~200 Ma,而200~192 Ma±,则应为碰撞抬升的年龄。关于其中测试所得的基性火山岩900 Ma±年龄,应可能主要是勉略混杂带中所包含混杂的先期中新元古代古老构造岩块的时代。

② 玛沁区段:迄今尚未获得可靠同位素年龄,仅有德尔尼蛇绿岩MORB型玄武岩40Ar/39Ar年龄为345 Ma,参考Sm-Nd等时年龄为320 Ma。但该区硅质岩放射虫与陆缘沉积岩层古生物化石年代属C-P和T1-2,两者年龄基本相符,所以综合判定蛇绿岩形成时代为D3-P,甚至到T1-2

③ 康玛区段:虽过去有一些同位素年代数据,但目前尚缺少真正可靠精确同位素年龄,故还不能完全作为时代依据,但在南坪塔藏隆康等地与火山岩共生的岩层中获放射虫古生物年代为D3-C[50-51],与上述勉略、玛沁等区段时代一致,可以对比参考。

④ 巴山弧形构造西翼的西乡高川勉略构造岩浆弧带,原西乡群孙家河基性火山岩中夹层硅质岩的放射虫古生物化石年代为D3-C3[52]。但同位素年代学测试变质基性火山岩(与硅质岩呈互层关系)Rb-Sr等时线年龄为788±69 Ma,侵位于火山岩中的花岗岩40Ar/39Ar分析坪年龄286±21 Ma[39]。由于该区段构造复杂,多类岩浆以大小不一岩体、岩脉纵横贯入,加之风化强烈,一些接触关系不清尚有待进一步揭露研究。此地段另一重要事实是大巴山弧断裂(即中央造山系南缘推覆断裂带组成部分)南侧城口坪坝地区残留T3陆相磨拉石粗粒碎屑岩,不整合上覆于古生界地层之上,北为上述断裂掩复。应为勉略碰撞带前的磨拉石堆积之残留,是勉略缝合带T1-2形成的上限证明。

⑤ 勉略带东延的湖北花山区段。该区段真正的勉略带东延残留的蛇绿构造混杂岩同位素年代尚无精确数据,因蛇绿岩中基性玄武岩U-Pb锆石测年困难问题,多次采样测试其中的玄武质火山岩均无取得可靠数据。目前所得数据多是带内混入或带外花山群火山岩年龄。但该蛇绿构造混杂岩带内,混入的大量构造岩块中,清楚准确可由古生物化石定年的岩块有Z、、C-P和T1-2等,其中最新构造岩块为T1-2。这与勉略带区域上最后的形成时代相一致,结合蛇绿岩的地质、地球化学研究示踪,区域地质与勉略蛇绿岩的对比等[6-7, 53-56]表明该蛇绿构造混杂岩带内出现最新卷入T1-2构造岩块,同时结合考虑花山区段勉略带东延残留的花山蛇绿构造混杂带北侧,并行分布一带-S和D变质变形的构造地层系统,D白林寨组[57]为残存的初始断陷裂谷沉积,类似勉略带勉略区段的勉略洋盆初始裂陷的踏坡群沉积,而-S岩系则类似勉略区段北侧至安康地区的早古生代被动陆缘裂谷的碳硅质-火山岩系(D-S),虽有一些差异变化,但总体类似可以对比[57],表明花山蛇绿混杂岩块原形成于类似勉略区段的构造沉积古地理环境,原应是同一构造带东延后被改造成为现状。所以表明花山蛇绿混杂岩缝合带应是勉略带同一时代产物东延的必然结果。因此对花山蛇绿混杂带最后形成时代目前据此定为T2-3。至于蛇绿岩形成时代,还有待系统同位素测年和深入研究。目前所测得的中新元古代火山岩年龄(820~815 Ma), 则主要是花山北侧勉略带东延的蛇绿构造混杂岩带以南或混入带内的元古代花山群岩石年龄数据[58-60]

⑥ 大别南缘浠水—清水河区段,目前缺乏可靠同位素测年和古生物化石定年资料,时代问题有待解决。现今依据:

A.其MORB型蛇绿岩及相关火山岩与花山、勉略地段的蛇绿岩与相关火山岩地球化学特征可以对比[1-2, 53-54],并同处在同一构造延伸线上和处于相同区域地质背景与相似构造部位,故推断应是勉略—花山蛇绿混杂岩带的东延。

B.根据华南板块扬子地块北缘上古生界地层沉积岩相特征与分布,显著呈现向北沉积岩相环境变化,向北加深,如二叠纪长兴期岩层以硅质岩为主,并明显向北增厚加深,研究揭示现被大别地块逆掩推覆掩盖[34, 61](图 7),表明现中央造山系南缘边界巨大推覆构造大规模掩覆了原勉略缝合带,使之仅成构造残块断续出露,大别南部清水河一带的残留出露,也是逆冲推覆作用,于推覆断裂构造混杂带中的残存出露。

(据文献[34])
1-砾岩;2-砂岩、砾岩、含砾砂岩;3-砾岩或含砾砂岩;4-含砾砂岩及细砂岩;5-砂岩(陆向/滨浅海相);6-粉、细砂岩、泥岩(陆向/滨浅海相);7-滨浅海相泥岩、粘土岩;8-滨浅海相粉、细砂岩、泥岩夹煤层;9-泥灰岩;10-泥灰岩夹细碎屑岩;11-白云岩;12-膏岩、盐岩;13-鲕粒灰岩;14-石灰岩;15-浊积岩(半深海/深海);16-滑积岩;17-半深海碳酸盐岩、砂泥岩;18-半深海砂泥岩;19-半深海火山岩;20-硅质岩(半深海/深海);21-蛇绿岩;22-断岩;23-岩相界线
(after reference [34]) 图 7 秦岭及邻区二叠纪长兴期古地理 Fig. 7 Permian Changxing phase palcogcography of the Qinling Mts. and adjacent area

C.据李曙光初步研究,认为清水河辉长岩及相关火山岩,地球化学特征显著不同于大别北缘同类岩石,而属另一类蛇绿岩类,但仍需进一步研究。故综合以上判定其应是勉略缝合带的东延[1-2, 62],时代主导为晚古生代-中生代初期(T2-3),但不排除其中混有元古代等其它时代混杂岩块与产物。

⑦ 小结与认识

综合上述勉略带中各区段有关古洋盆开启与闭合和古缝合带形成的同位素年代学与古生物化石时代现有的研究与结果及资料,遵循上述地质、地球化学、地球物理多学科相结合的综合研究和同位素年代学、古生物年代学与地质学相结合的原则综合判定勉略蛇绿构造混杂岩带与缝合带形成演化时代认为:勉略古洋盆从西向东逐渐打开,最早始于中晚泥盆世(345~320 Ma),最迟可延至晚石炭世(300~290 Ma)。洋-盆最早俯冲消减始于P1(300~270 Ma±),陆-陆碰撞造山带最早从东部开始向西穿时发展,始于P2,东秦岭主要在T2-3(242~220 Ma),而西秦岭最迟至T3拉丁期(220~200 Ma±)。隆升造山主要在200~192 Ma±,即T3晚期至J1初期。同时,从勉略缝合带之上迭置后碰撞造山伸展塌陷而形成的陆相盆地,其最老地层为J1,如勉县群、青峰组等,无疑也是勉略碰撞带隆升造山时限的确凿证据。

总之,勉略带古洋盆与缝合带的形成时代总体主导是在晚古生代至中生代初期,也即相当于海西—印支期(345~200 Ma±),这与目前所取得的同位素年代学、古生物学及整个区域地质事实与背景等多学科研究成果相吻合,可以给予较好的一致相互印证。

⑧ 存留问题

勉略古洋盆与缝合带时代尚存留以下问题,值得思考与再研究。

A.同位素年代与古生物年代矛盾还需再深入研究;

B.同位素年代学研究在测试方法上还需再精确测试确定时代;

C.同位素年代学测试与解释中所出现的反映方法自身的问题,也需从理论与方法上进一步探索研究;

D.勉略带中一些区段尚缺少同位素年代测试与古生物化石的采集,需进一步调研测试。

E.勉略带内基性火山岩等火山岩与岩浆岩等同位素测试所获得的新元古代900 Ma±的年龄数据,其真实意义,包括采样岩石真确归属,同位素与地质的解释等也有待进一步研究。而且对复杂地质条件下地质时代更应注重于地质基础研究,以精细准确同位素年代学和古生物年代学密切相结合,进行多学科综合判定。

(3) 勉略缝合带的东西延伸问题

勉略缝合带是秦岭造山带中仅次于商丹主缝合带的又一板块碰撞拼合主要缝合带。它现今在南秦岭勉县—略阳地段有以蛇绿构造混杂岩带为标志的良好保存出露,虽其东西延展受后期构造改造而未得连续完整出露,但追踪其残迹仍然可恢复重建,故以其典型地段命名,简称勉略缝合带。其延伸主要特点是:

① 它现今沿勉略断裂构造带向西经文县、玛曲、花石峡连接南昆仑缝合带,向东经巴山弧形带下而直通大别南缘,现地表是纵贯大别—秦岭—昆仑南缘的巨型断裂构造带。它原是古特提斯域北缘的板块缝合线,后因受燕山期阳平关—巴山弧—襄樊—广济巨大向南的推覆构造(F12)的强烈逆冲掩盖,致使其东段失去原貌,仅勉略段较好保存缝合遗迹。

② 勉略带勉略段宽约10~15 km,以多条主干断裂为骨架,由强烈剪切基质包容大量An 、Z- 、D-C和众多超镁铁质等不同构造岩块所构成,其中尤以超镁铁质-镁铁质岩中有众多蛇绿岩块为特点,主体形成自北向南的叠瓦逆冲推覆构造,成为显著的蛇绿构造混杂岩带。

③ 其中的蛇绿岩,根据地质和地球化学综合研究证明其中除去有初始扩张裂谷的双峰火山岩外,还包括有洋脊蛇绿岩残片、岛弧火山岩、放射虫硅质岩等多种构造岩块。放射虫化石定年为C1[42],火山岩同位素年龄为220.2±8.3 Ma(Rb-Sr)[63],同时与之相匹配,勉略带北侧有一列印支期板块俯冲碰撞型花岗岩带(219.9~205.7 Ma,U-Pb)[64]和高压麻粒岩带(212~199 Ma)。总之从构造、岩石组合、古生物地层变质岩系和地球化学等综合特征表明该带是一印支期最终封闭,具有岛弧火山岩、岛弧蛇绿岩和洋脊蛇绿岩残片等复杂构成的蛇绿构造混杂岩带, 北侧一带俯冲碰撞花岗岩带与麻粒岩带,共同指示其印支期最后完成板块俯冲碰撞构成秦岭又一带主要板块拼合缝合带。

④ 从勉略段到高川带内以缺失O-S岩层而发育D-T深水浊积岩、炭硅质岩和陆缘陆架沉积岩层等陆缘沉积岩系为独特特征,而与其南北两侧普遍缺失D-C岩层恰成鲜明对照,显著不同。综合上述众多蛇绿岩块和构造变质变形岩浆活动、古生物地层记录等,显然预示这里曾有一个泥盆—石炭纪打开的有限洋盆。向东追索,根据中下扬子区北缘古生代沉积向桐柏—大别南缘出现深水相沉积及随州南侧古生代花山蛇绿岩的发现,以及大别地块剧烈的向南逆冲推覆隆升,综合分析推断沿勉略—巴山—大别南缘曾有一有限的扩张洋盆,它最后于中晚三叠世俯冲碰撞形成板块缝合带,勉略段和随州南花山段就是其消亡后得以幸存的地表缝合遗迹而在大巴山等地被掩覆于地下深部。

⑤ 勉略带西延,据目前研究,如前述,主要沿康县、文县、南坪、塔藏、郎木寺、连南昆仑和巴颜喀喇的德尔尼蛇绿岩带,一直西去,连接昆仑南带拼合缝合带。显然这是一条重要的东古特提斯北侧分支洋盆和中国大陆印支期完成其主体拼合的主要结合带之一。

3 学习精华,创新发展

在缅怀李四光先生写此文过程中,不断悉心思考,面对人类社会和国家发展及社会新需求和地球科学的新发展,当代大地构造学的发展,在认知地球过去、现在和未来,构建地球系统科学发展中,如何更好服务人类与国家,促进乃至引领地球科学发展。其中不时在思考李四光先生一生学术思想中的精华,突出的是李先生一直以物理力学思想,把地球外壳作为材料进行物体受力而应变成生组合,用材料力学理论观察思考研究,提出了系统的地质力学观念观点理论,等等。在当代大地构造发展中,20世纪创建的板块构造大地构造理论是一场地学革命,极大的引领和发展了地球科学与大地构造学,现还在进一步发展,但同时经过半个世纪的大陆应用检验发展,一方面重大的引领推动了大陆构造研究与发展,然而也同时发现了其局限性,它还不是绝对真理,还不能完全认知解释大陆及其构造与动力学,它还需要发展。这时我在思考,李四光先生的地质力学的精华学术思想,应对当代深化发展板块构造,探索大陆构造与动力学做出突出贡献,发挥其长与优势,创新研究回答板块构造尚不能解决的大陆构造问题,李先生的学术思想精华,会有巨大潜力,推动乃至引领大地构造和地球科学新发展,所以需要以新思维创新发展地质力学,也许这是对先生的更好纪念。

还有李先生在探求地壳构造体系变形及组合的动力时,一直在思考整体地球作为宇宙天体的运动学与动力学。今天当我们正深入地下、飞向深空,潜入深海,回朔深时探索行星地球整体行为时,学习李先生的地球、宇宙太阳系天体观,进行天体地球的动力学及其过去、现在和未来的探测和研究,结合前瞻性的更深层次的基础科学战略思考,也应是我们学习和创造性发展李先生学术理论的主要方面,以求进一步探索地球动力学,发展地球科学,为国家和人类做出科学新贡献。

同时也在思考就如本文所写的具体到我国如秦岭造山带和华北地块等问题及其进而更根本深层问题时,都将会面临着,以行星地球系统观点与理念进行构造与大地构造研究新思考,会有诸多基本问题和难题。当代占主导的板块构造发展也面临着三个大的基本问题:板块构造起始、板块构造驱动力和板块上陆等。而面对我国大陆构造研究时,也面临着中小多板块构造及其动力学机制、陆内构造与机制、深部结构与状态及地幔动力学等基本问题。若再具体如秦岭造山带也面临着前寒武纪构造格局与动力驱动,中新生代陆内造山、陆内构造与构造岩浆成矿及其动力机制、秦岭中新生代地表与深部动力互馈作用和生态环境系统,造山带深层流变学与深部构造及动力学等重要问题。这些不同层次的基础科学问题,既高深空,但也是具体的,而且更是具普适性的根本关键问题。总之,当代地球科学与大地构造学发展,面临着如何构建发展地球系统科学,深化发展板块构造,探索大陆、大陆地质与大陆构造及其动力学等当前的关键前缘基本问题,这应也是地质力学发展面对的新问题,需要以开放创造的新思维,做出新思考新进展新贡献,也必会做出创造性新发展!如是思考与期望,仅供参考讨论。

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