华北东部中生代构造体制转折峰期的主要地质效应和形成动力学探讨_翟明国

华 北在中 生代曾 有大 规模 的地壳 变动 , 翁 文 灏[ 1] 最先提出 燕山运动 。几十年来随着地质资料 的丰富 , 中生代构造体制转折在大陆演化的意义更 加瞩目。作者等 [ 2] 通过同位素年代学、 岩石、 构造和 盆地分析等综合研究, 已经提出华北中生代构造体 制转折始于 150~ 140 Ma, 终于 110~ 100 Ma, 峰期是 120 Ma 的意见。但 是对构造体制转折的成因 和机 制, 仍有众多说法。集中起来主要的假说包括太平 洋板块俯冲的远程效应 ( 包括已消亡的 Kula 或 In azaki 板块 )
由挤压构造体制转化为伸展构造体制 , 由 EW 向转变为 NNE 向的盆 岭构造格 局。但是转折 过程有复 杂的细节和多次挤压与伸展的转变 , 边缘与克拉通内 部、 北缘与南 ( 东) 缘之间在时间和空间上也有一 定的变化 。南 ( 东 ) 缘的挤压 构造以 230~ 210 Ma 为主 , 然后在 130~ 110 M a 期间达到构造转 折的剧变 期。北缘则似乎表 现出 230~ 210 Ma 和 180( 170) ~ 160( 150) Ma 两期挤压构造 , 130~ 110 Ma 是构造转 折的峰期。盆地的演化有多样性 , 燕山地区前晚侏罗 世时期呈现 出北东东 向褶皱逆冲 带与挤 压挠曲 盆地带相邻并存的盆山结构 ; 而后晚侏罗世时期呈现 出北北东向裂谷盆地与断隆相间的盆岭结构 ; 晚 侏罗世后 时期则呈现出北东 北北东向盆地与 活 动 断 隆相间 , 并受北东 东向褶皱逆 冲带控 制的盆 山结构。大别山南 北隆升历史完全不同。深部结构的研究 表明 , 华北东部的 岩石圈在 古生代 末期已 有减薄表现 , 在 中生代急剧 减薄 , 地幔和下 地壳发生大 规模置换 , 至 130~ 110 Ma 到达顶峰。 新生代 以来又有加厚的趋势。中生代构造转折不具典型造山带 特征 , 可 能与周围 块体夹击引 发的区 域性大 规模地幔隆起有关。 关键词 : 华北 ; 中生代 ; 构造转折 ; 动力学 中图分类号 : P541 文献标识码 : A 文章编号 : 1005 2321( 2004) 03 0285 13
早白垩 世沉 积盆 地具 有向北 迁移 趋势, 盆地 走向 岭结构。晚白垩世盆地仅分布于燕山张家口地区。 因此 , 燕山地区前晚侏罗世时期呈现出北东东 向褶皱逆冲带与挤压挠曲盆地带相邻并存的盆山结 构; 而后晚侏罗世时期呈现出北北东向裂谷盆地与 断隆相间的盆岭结构; 晚侏罗世时期则呈现出北东 北北东向盆地与 活动 断隆相间、 并受北东东向 褶皱逆冲带控制的盆山结构。 ( 2) 渤海湾地区。区域多界面基岩构造分析与 盆山古地理演变的事实说明, 从晚侏罗世开始, 其盆 控构造的主体方向在东西向基底构造的基础上已经 受到北东向新生构造的显著影响 , 构造属性也发生 了重要转变, 充分显示了继承性东西向构造 ( 古亚洲 洋构造体制) 与新生的北东 北北东向构造 ( 东亚环 太平洋构造体制 ) 的复合。这至少说明在表壳层次 上晚侏罗世渤海湾地区已经发 生了明显的构 造转 折。综合研究表明 , 中生代时期渤海湾地区发生了 至少 5 次盆地反转事件, 可以分为 6 个成盆期 , 即 早 中三叠世, 侏罗世 , 晚三叠世 , 早 中侏罗世 , 晚 晚侏罗世 早白垩世和 晚白垩世。其
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、 中央造山带大 陆深俯冲后域性旋转剪切构造作用
收稿日期 : 2004 06 02; 修订日期 : 2004 07 06
的意义。 我们的研究从区域构造、 盆地分析、 岩浆活动、 、 壳幔作用、 地球物理 剖面和成矿作用 入手, 可 以看 出: 中生代构造体制转折总体上表现为陆内伸展 和与地幔隆起相 伴的岩石圈大规模减薄 ; 由 EW 向到 NNE 向的盆岭格局重组; 复杂的构造过程 , 华北陆块的边缘与内部 , 北缘与南 ( 缘 ) 构造过程细 节不同, 并有挤压与伸展的一次或多次交替; 中
基金项目 : 中国科学 院重大知 识创新项 目 ( KZCX1 -07) ; 国家 自然 科学基金资助项目 ( 40234050) ; 国家重点 基础研究 发展规划 项目 ( G 19999043207) 作者简介 : 翟 明国 ( 1947 ) , 博 士 , 研究 员 , 主要 从事 岩石学 和 变质地质学研究 , E -mail: mgzhai@ mail . igcas. ac. cn
翟明国 , 李 忠,
1 1
孟庆任 , 张宏福 ,
1
1
刘建明 , 刘 伟 ,
1
1
侯泉林 , 邵济安 ,
2
1
胡圣标 , 朱日祥
1
1
( 1. 中国科学院 地质与地球物理研究所 矿物资源重点实验室和岩石圈构造演化重点实验室 , 北京 100029; 2. 北京大学 地质学系, 北京 100871)
摘
要 : 华北中生代构造体制转折 始于 150~ 140 Ma, 终于 110~ 100 Ma, 峰期是 120~ 110 Ma, 总体上是
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西盆地带 , 相互之间以褶皱逆冲带相隔 , 逆冲带的西 北侧以向南东逆冲为主, 而南东侧以向北西逆冲为 主。张家口盆地北部边缘控制性断裂为尚义 平泉 逆冲断裂, 在张北黄土梁表现为太古宙片麻岩逆冲 于土城子组砾岩之上。下花园盆地南北边缘表现为 对冲特征, 西北缘在宣化北部表现为元古宇长城系 白云质灰岩逆冲于土城子组砾岩之上 , 东南缘在宣 化黄阳山表现为青白口系白云质灰岩逆冲于髫髻山 组、 土城子组砾岩之上 , 但后期被正断层切割, 形成 陡峻的山崖。怀来盆地仅沉积 少量髫髻山组 火山
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地幔柱构造或岩石圈拆沉或根 柱构造等[ 9, 10] , 以及 可能存在的在中国大陆东南侧 的特提斯洋盆 的闭 合[ 11] 或与特提斯相通的古太平洋闭合及西太平洋 小陆块的碰撞和消失 、 邻近块体的综合作用 [ 15] 以及天体事件 等, 这些为中国东部中生代构造机 制转折的研究奠定了基础。虽然上述假说尚有较大 分歧, 但以上作者都注意到燕山运动是独立的构造 运动 , 与印支末期的造山事件没有成因联系 , 对于东北亚的构造格局以及大陆变形机制具有重要
。
房山区域自北西向东南可划
分为张家口盆地带、 下花园盆地带、 怀来盆地带和京
翟明国 , 孟庆任 , 刘建明 , 等 /
地学前缘 ( Earth Science Frontiers) 2004, 11 ( 3)
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岩。其东南缘被区域性的紫荆关北北东向深大断裂 向, 但受到北北东向构造改造发生了方向偏转。 燕山中部 地区以承 德 古冶构造 辅助剖面 为 例, 自北向南发育滦平 承德盆地带、 宽城盆地带和 迁西盆地带。其中滦平盆地西北缘为断层边界 , 东 南侧为超覆不整合 边界。边缘 断层表现为两 期活 动, 早期为挤压逆冲, 形成糜棱岩带 , 晚期为伸展断 陷, 形成角砾岩带。盆地中沉积的九佛堂组明显受 正断层控制。宽城盆地主要受北侧的尚义 平泉逆 冲断层控制, 表现为长城系和蓟县系白云岩、 白云质 灰岩逆冲于土城子组砾岩之上。盆地南侧以超覆不 整合为主。迁西盆地为小型的山间挤压坳陷。滦平 承德盆地发 育于燕山北部的 承德基底断褶 带边 缘。宽城盆地发育于马兰峪复背斜带北侧的宽城复 向斜带之中 , 该复向斜可能与西部的宣化复向斜相 连。迁西盆地发育于马兰峪复背斜带南侧的唐山复 向斜带之中 , 该盆地带可能与京西盆地带为同一盆 地带。燕山中部的近东西向构造向东延伸至辽西地 区, 但构造方向偏转为北东向。 2. 2 不同时期盆山配置与叠加 ( 1) 燕山地区。晚三叠世盆地主要呈线状分布 于承德地区和辽西局部。盆地范围非常小。早、 中 侏罗世盆地呈近东西向分布于尚义 平泉断裂南缘 的宣化复向斜带的张家口地区、 宣化及其东延的赤 城、 辽西朝阳 北票地区 ; 京西向斜带及其东部的抚 宁 山海关地区; 尚义 平泉断裂北缘的滦平 承 德地区。由此可见 , 早侏罗世盆地虽然单个盆地较 小, 但它们已经开始呈现出三带分布, 即滦平 盆地带、 尚义 平泉断裂南缘盆地带及京西 承德 唐山
第 11 卷 第 3 期 2004 年 9 月
地学前缘 ( 中国地质大学 , 北京 )
Earth Science Frontiers ( China U niversity of Geosciences, Beijing)
Vol. 11 No. 3 Sept . 2004
华北东部中生代构造体制转折峰期的 主要地质效应和形成动力学探讨
1
构造转折的峰期时限
在燕山地区近 E -W 走向展布的中、 晚侏罗世髫
髻山组火山岩和土城子组红层 , 被 NE 走向 展布的 张家口组火山岩不整合覆盖。这一不整合面被认为 是该区燕山主造山幕的标志。牛宝贵等[ 19] 根据张 家口组火山岩中锆石的 SHRIMP 年龄, 提出 136 Ma 代表华北中生代构造转折点的年龄。翟明国等 报 道了多方面研究的最新成果。重点对包括华北陆块 南北缘、 燕山、 胶东等典型地区的构造分析确定了由 挤压构造到伸展构造的峰期; 东部沉积盆地热史恢 复结果判明华北东部中、 新生代岩石圈厚度的变化 和热体制的变更转换的时代; 盆地分析揭示了中生 代 新生代时期华北东部盆地由挤压挠曲型到伸展 断陷型的转变期 ; 通过火山岩喷发、 与伸展构造有关 的花岗岩类的形成 , 克拉通内部和边缘的金矿爆发 成矿期 , 以及通过火山岩中的下地壳包体研究等限 定了岩石圈减薄和壳幔置换的峰期。以上研究结论 一致, 即华北东部构造体制转折的峰期时限起于 150~ 140 Ma, 结束于 110~ 100 Ma, 峰值是 120 Ma。
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2
盆山构架与演化
中生代不同阶段相邻盆 山的基本格架的恢复 ,
图1 华北克拉通三叠纪 白垩纪盆岭格架
Fig. 1 T J3 K 1 basin -range tectonic framework of North China craton
证明燕山地区前晚侏罗世时期呈现出北东向褶皱逆 冲带与挤压挠曲盆地带相邻并存的盆山结构; 晚侏 罗世时期呈现出北东向裂谷盆地与断隆相间的盆岭 结构 ; 晚侏罗世晚期 早白垩世则呈现出北东 北 北东向盆地与 活动 断隆相间 , 同时受北东东向褶 皱逆冲带控制的盆山结构( 图 1) 。在盆地内部划分 了三级层序 , 并将各层序单元与区域构造演化阶段 相对应 , 从而建立了燕山和鲁西地区盆地发展和不 同构造作用之间的序列 2. 1 盆山结构 燕山西部张家口