秦嶺構(gòu)造演化史

班號(hào)：1050122姓名：穆曉哲構(gòu)造發(fā)展史——秦嶺【摘要】秦嶺作為分隔中國(guó)南北大陸的著名大陸造山帶，長(zhǎng)期受到國(guó)際地學(xué)界的廣泛關(guān)注與研究。近20余年來，隨著板塊構(gòu)造理論與造山帶新思想的發(fā)展，研究者們對(duì)秦嶺造山帶的形成與演化進(jìn)行了不同領(lǐng)域的研究，認(rèn)識(shí)到秦嶺造山帶是華北陸塊與揚(yáng)子陸塊對(duì)接碰撞而成的造山帶。經(jīng)歷了長(zhǎng)期復(fù)雜的構(gòu)造演化過程，在不同的構(gòu)造時(shí)期以不同的構(gòu)造體制、不同的造山作用和造山過程復(fù)合疊加而成現(xiàn)今的造山帶景觀。地質(zhì)、地球化學(xué)和地球物理綜合研究表明，其主要經(jīng)歷了3個(gè)不同演化階段：1.晚太古代一早元古代造山帶基底形成演化階段；2.晚元古代一中三疊世板塊構(gòu)造演化階段；3.中新生代陸內(nèi)造山作用與構(gòu)造演化階段（張國(guó)偉等，1996）。在這一長(zhǎng)期、復(fù)雜的演化過程中造就并殘存了大量的地質(zhì)構(gòu)造形跡，賦存了有關(guān)造山帶形成、演化及其地球動(dòng)力學(xué)的豐富信息。尤其是元古代作為大陸生長(zhǎng)的主要時(shí)期而倍受重視，得到了廣泛研究，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。隨著秦嶺研究工作的不斷深入和資料的大量積累，以及超大陸形成與裂解的恢復(fù)重建，對(duì)于秦嶺地區(qū)元古代構(gòu)造格局、構(gòu)造體制與演化細(xì)節(jié)開始出現(xiàn)越來越多的爭(zhēng)議。主要涉及華北、北秦嶺、揚(yáng)子陸塊的時(shí)空演化關(guān)系和相應(yīng)的構(gòu)造體制，最關(guān)鍵的是北秦嶺的構(gòu)造屬性問題。【關(guān)鍵詞】秦嶺演化構(gòu)造作用—概述地殼形成和發(fā)展過程中花崗巖類的活動(dòng)占有重要地位，花崗巖的廣泛分布是大陸地殼尤其是造山帶的重要特征之一。秦嶺造山帶中不同時(shí)代、不同成因、不同類型的花崗巖十分發(fā)育，其形成與造山帶的發(fā)展演化息息相關(guān)，是秦嶺造山帶構(gòu)造演化的真實(shí)記錄。每次巖漿活動(dòng)及其特定的巖石類型都表征了秦嶺造山帶板塊構(gòu)造發(fā)展的一個(gè)特定階段和型式。深入研究秦嶺花崗巖是闡明秦嶺造山帶形成、發(fā)展、演化和動(dòng)力學(xué)過程的關(guān)鍵之一。秦嶺花崗巖的主要特征：秦嶺花崗巖明顯的有七個(gè)重要形成期：①阜平期（25?29億年）；②呂梁期（17?20億年）；③晉寧期（8?11億年）；④加里東期（4?6億年）；⑤海西期（2.4?3.8億年）；⑥印支期（1.9?2億年）；⑦燕山期（0.8?1.7億年）?？臻g分布特點(diǎn)：在造山帶南北兩側(cè)的時(shí)代老、中間新，元古代及太古代的花崗巖分布于揚(yáng)子與華北兩大古陸的邊緣?；◢弾r的時(shí)代自東向西逐漸變新。秦嶺造山帶南北兩側(cè)十分特征和醒目的分布著兩條入型花崗巖及堿性巖帶，并伴有同期的雙峰式火山巖與堿性火山巖（盧欣祥，1986）。但南北的時(shí)代早晚不同，北帶早且旋回多（15?20億年、2?10億年、4?5億年、1?2億年）；南部新且旋回少（8?10億年、4?5億年、l?1.5億年）。顯示華北板塊比揚(yáng)子板塊有較早的裂解歷史。秦嶺花崗巖的礦物組成和化學(xué)成分也獨(dú)具特征。表現(xiàn)為巖性整體上偏基性和相對(duì)富堿秦嶺花崗巖幾乎沒有接觸變質(zhì)（少數(shù)巖體和小斑巖除外），有時(shí)圍巖破碎明顯，具“冷侵位”特點(diǎn).秦嶺地殼（尤其前寒武紀(jì)）分異演化不強(qiáng)、成熟度不高，是造成秦嶺花崗巖普遍偏基性及特殊性的根本原因，以致當(dāng)今國(guó)內(nèi)外已有的花崗巖分類在秦嶺的適用性都遇到了困難。巖石圈不同圈層改造重熔是秦嶺花崗巖的主要形成作用。野外產(chǎn)狀及地質(zhì)地球化學(xué)特征揭示出了這個(gè)現(xiàn)象，在同一巖體可以見到殘留變質(zhì)地層一混合巖一混合花崗巖一中細(xì)粒黑云母花崗巖一似斑狀黑云二長(zhǎng)花崗巖有規(guī)律的演化關(guān)系。秦嶺花崗巖的時(shí)空分布揭示出秦嶺造山帶不同時(shí)期有不同的構(gòu)造體制中生代燕山期由于巖漿活動(dòng)造成地殼伸展作用，使造山帶發(fā)生垮塌、抬升、頂蝕、剝離，從而形成了不少熱穹和變質(zhì)核雜巖（如佛坪、小秦嶺、崤山等地區(qū)），深部的巖漿剖面被剝露出來，并使中生代的花崗

姓名：穆曉哲班號(hào)：1050122姓名：穆曉哲巖可以超覆疊加在各個(gè)巖漿旋回之上。秦嶺花崗巖的時(shí)空分布揭示出秦嶺造山帶不同時(shí)期有不同的構(gòu)造體制。從早到晚反映出伸展拉張（早、中元古代）一俯沖碰撞（晚元古代一古生代一早中生代）一伸展抬升（晚中生代）的構(gòu)造演化過程。早、中元古代A型花崗巖的出現(xiàn)記錄了在太古代代一早元古代已完全克拉通化的華北陸塊的最先最早的裂解過程及被動(dòng)大陸邊緣性質(zhì)，晉寧一加里東一海西一印支期的俯沖碰撞型花崗巖則保留了秦嶺進(jìn)入板塊構(gòu)造體制演化階段和秦嶺主造山階段的完整記錄，以沙河灣奧長(zhǎng)環(huán)斑花崗巖的出現(xiàn)為轉(zhuǎn)折，標(biāo)志著中生代揚(yáng)子與華北兩大板塊已完且對(duì)接拼合，形成了新的克拉通陸塊，整個(gè)秦嶺的巖漿作用已成為造山后的陸內(nèi)巖漿作用，與中生代之前有著完全不同的活動(dòng)樣式和構(gòu)造體制，開始了新的演化歷史。二、秦嶺造山帶秦嶺造帶位于中國(guó)中部，被稱為中國(guó)大陸的“脊梁〃，在中國(guó)大陸形成與演化中占有突出的地位，向西與昆侖和祁連造山帶相連，向東被郯廬斷裂所截，東西向延伸約2000km。同時(shí)，這里也是世界上著名的超高壓變質(zhì)帶之一，發(fā)育含金剛石和柯石英的榴輝巖（Xu等，1992）。古亞洲構(gòu)造域、特提斯一喜馬拉雅構(gòu)造域和濱太平洋構(gòu)造域（任紀(jì)舜等，1999b）動(dòng)力體系在此交會(huì)、復(fù)合、疊加，成為研究中國(guó)大陸乃至東亞大陸中部巨型復(fù)雜構(gòu)造帶的關(guān)鍵地段。秦嶺造山帶經(jīng)歷了長(zhǎng)期發(fā)展和演化，具有復(fù)雜組成和結(jié)構(gòu)，是一個(gè)獨(dú)具特色的典型的復(fù)合型大陸造山帶（張國(guó)偉等，2001）。商揚(yáng)子板塊—a 勉略帶 V—南秦嶺板塊一A蔓＜一華北板塊圖2.2秦嶺造山帶模式示意圖（引自張國(guó)偉等，1995）秦嶺造山帶以商丹縫合帶為界，劃分為南秦嶺（即秦嶺地塊）和北秦嶺（歸屬華北地塊）兩個(gè)亞帶（或者以山陽斷裂和商丹帶為界，分為南、中、北三個(gè)亞帶）。南秦嶺現(xiàn)今地表地質(zhì)組成包括前寒武紀(jì)結(jié)晶基底和過渡性基底、古生界和中下三疊統(tǒng)。南秦嶺南部出露的前寒武紀(jì)基底以過渡性基底為主，以武當(dāng)群和隕西群為代表，主要巖性為淺變質(zhì)的火山巖、火山碎屑巖等。從下震旦統(tǒng)至中三疊統(tǒng)的蓋層為一套在典型的被動(dòng)陸緣地塹一地壘環(huán)境下發(fā)育的沉積建造；它們主要為碎屑巖及碳酸鹽巖建造，但其中許多層位發(fā)育有火山巖及火山碎屑巖建造，如青白口系耀嶺河組、中下奧陶統(tǒng)和下志留統(tǒng)中的火山巖建造；另外，還有一些水下滑塌沉積。上三疊統(tǒng)班號(hào)：1050122學(xué)號(hào)：105012219姓名：穆曉哲及以上地層僅存在于一些小型山間盆地中。秦嶺造山帶現(xiàn)今上地殼結(jié)構(gòu)以褶皺一沖斷系統(tǒng)為主要特征，北秦嶺表現(xiàn)為結(jié)晶基底卷入的厚皮變形，而南秦嶺則沿下震旦統(tǒng)發(fā)生滑脫的薄皮沖斷和褶皺為特征(Meng&Zhang，2000)。秦嶺造山帶在南、北向剖面上主體呈現(xiàn)為不對(duì)稱扇形陸殼巖片疊置結(jié)構(gòu)(張國(guó)偉等，2001)。自北而南依次以秦嶺造山帶北緣指向北的逆沖推覆構(gòu)造系、以商丹帶為主斷裂的指向南的北秦嶺疊瓦逆沖推覆構(gòu)造系和以大巴山弧形斷裂為總拆離滑脫界面的南秦嶺多層次逆沖推覆構(gòu)造系等為東西向的主體構(gòu)造，并以南北邊緣相向造山帶內(nèi)的巨大陸內(nèi)俯沖構(gòu)造為邊界，共同構(gòu)成現(xiàn)今秦嶺造山帶地殼上部北翼窄而陡、南翼寬而緩的不對(duì)稱扇形結(jié)構(gòu)剖面總體形態(tài)。南秦嶺板塊的形成是華北大陸和揚(yáng)子大陸在現(xiàn)代板塊構(gòu)造機(jī)制下活動(dòng)的產(chǎn)物，晚三疊世時(shí)，南北陸塊碰撞拼合，南秦嶺海域閉合隆升，沿商丹帶和勉略帶以北廣泛發(fā)育碰撞花崗巖體群，與海盆海相沉積結(jié)束時(shí)期一致，標(biāo)志著陸陸俯沖碰撞造山作用結(jié)束，轉(zhuǎn)入陸內(nèi)造山作用階段。三、嶺造山作用的類型及其演變現(xiàn)代秦嶺山脈主要是中新生代陸內(nèi)造山的產(chǎn)物。而秦嶺造山帶的歷史則至少可以追溯到早元古代。在長(zhǎng)期演化過程中，秦嶺巖石圈經(jīng)歷了多種構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)換和多次造山運(yùn)動(dòng)的影響，因此必須篩分消除晚期構(gòu)造影響，追溯恢復(fù)早期造山作用遺跡，重建秦嶺造山歷史。圖1秦嶺地質(zhì)略圖秦嶺造山帶內(nèi)部次級(jí)構(gòu)造單元可劃分為華北板內(nèi)造山作用(以下分別簡(jiǎn)稱為俯沖造山作用、碰撞造塊(NcP)南緣、北秦嶺(NQ)、南秦嶺(SQ)、揚(yáng)子板山作用和陸內(nèi)造山作用)。其中，碰撞造山作用可進(jìn)塊(YP)北緣，分別以洛南(F1)、二郎坪(F2)、商丹(F3)和她略(F4)斷裂帶為界(見圖1)。其中，南秦嶺在泥盆紀(jì)之前屬揚(yáng)子板塊北緣，后裂離成為獨(dú)立微型板塊。商丹斷裂帶至少自震旦紀(jì)以來一直是分隔華北與揚(yáng)子板塊的主要界線，印支期經(jīng)碰撞造山成為秦嶺主縫合帶。3.1俯沖造山作用班號(hào)：1050122 學(xué)號(hào)：105012219 姓名：穆曉哲秦嶺地區(qū)俯沖造山作用以揚(yáng)子板塊向北俯沖，導(dǎo)致北秦嶺南緣發(fā)生造山為代表。揚(yáng)子板塊向北俯沖的時(shí)代主要發(fā)生在奧陶一志留紀(jì)，俯沖作用的時(shí)間上限應(yīng)當(dāng)不晚于泥盆紀(jì)晚期一早石炭世。俯沖造山形成了具有陸緣弧性質(zhì)的丹鳳島弧。其主要表現(xiàn)如下：3.1.1商丹帶北側(cè)秦嶺雜巖中分布的同位素年齡為452?382Ma的俯沖型島弧花崗巖多為幔殼混源的I型，少數(shù)屬典型殼源s型。在siO。含量相似時(shí)顯示其K。o,K。o+Na：O,REE,Th含量和K：O/Na。。比值自南向北的規(guī)律增長(zhǎng)，反映巖漿巖具有穿弧極性，指示俯沖方向是由南向北的。3.1.2島弧南側(cè)弧前沉積巖系中含有來自秦嶺雜巖的碎屑（礦物碎屑和片麻巖巖屑），砂巖地球化學(xué)性質(zhì)受到基性火山巖（丹風(fēng)蛇綠巖）和云斜片麻巖（秦嶺雜巖的主要巖性）的雙重控制，反映丹風(fēng)蛇綠巖/島弧火山巖和秦嶺雜巖同為其沉積源巖，是同一島弧的不同組分。丹風(fēng)島弧的構(gòu)造性質(zhì)與現(xiàn)代張性弧比較接近，主要表現(xiàn)為發(fā)育二郎坪弧后盆地.弧前缺乏大型加積楔，造山帶相對(duì)狹窄。但是，應(yīng)該指出的是，上馱板塊的應(yīng)變狀態(tài)在島弧發(fā)育的不同階段（尤其在俯沖一碰撞的轉(zhuǎn)化階段）是變化的。丹風(fēng)島弧在早古生代末處于島弧發(fā)育的晚期階段，此時(shí)洋殼的大規(guī)模俯沖作用即將結(jié)束，區(qū)域應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生明顯變化.具有強(qiáng)烈的擠壓性質(zhì)。俯沖造山的發(fā)育程度與洋盆的大小，一般呈正相關(guān)關(guān)系。秦嶺南部勉略小洋盆和北部二郎坪弧后盆地的關(guān)閉雖然伴隨一定程度的俯沖作用，但由于洋盆規(guī)模較小，俯沖造山作用不十分明顯。3.2碰撞造山作用3.2.1弧一陸碰撞造山秦嶺弧一陸碰撞造山，以二郎坪弧后盆地的關(guān)閉及北秦嶺島弧與華北板塊的碰撞造山為代表。3.2.2陸一陸碰撞造山包括屬于華北板塊南緣的北秦嶺與南秦嶺板塊沿著商丹縫合帶一線的碰撞造山、南秦嶺板塊與揚(yáng)子板塊沿著勉略帶的碰撞造山。本文主要討論前者碰撞的時(shí)代、方式、過程和碰撞造山帶類型。主要的證據(jù)包括：①南秦嶺泥盆系與下伏地層呈角度不整合，底部礫巖為造山期磨拉石建造，并且可以與祁連山地區(qū)的泥盆系底礫巖對(duì)比；②蛇綠巖的時(shí)代為早古生代。另一種意見認(rèn)為秦嶺地區(qū)存在印支期大洋，碰撞造山發(fā)生在中生代［9一，主要依據(jù)是蛇綠巖的年齡為中生代，南秦嶺泥盆紀(jì)化石產(chǎn)于外來巖塊中，所謂“泥盆紀(jì)”的時(shí)代為三疊紀(jì)。南，北秦嶺沿商丹帶從洋盆的初始閉合到最終全面碰撞成山，經(jīng)歷了3個(gè)主要時(shí)期。1） 秦嶺洋的初始閉合/點(diǎn)接觸碰撞（晚泥盆世一中石炭世）。南秦嶺志留一泥盆系沉積巖具二元混源特點(diǎn)，南秦嶺古生代末俯沖板塊發(fā)生彎曲上拱和裂陷，丹鳳島弧火山巖］俯沖型花崗巖年齡的上限值（約380Ma）、泥盆紀(jì)末與初始碰撞有關(guān)的弧前沉積巖系變形和板緣走滑年齡（314,279Ma）、石炭紀(jì)板緣拉分盆地的發(fā)育等“］，反映早古生代末?晚古生代初南、北秦嶺之間的突出地段發(fā)生局部小規(guī)模碰撞。初始接觸碰撞使秦嶺洋盆逐漸轉(zhuǎn)化為殘余海盆并趨于消失，但沒有引發(fā)實(shí)質(zhì)性的碰撞造山，而是轉(zhuǎn)入了以局部反復(fù)作用的走滑、拉張和擠壓變形為特征的板緣變形和殘余海盆的發(fā)育時(shí)期。2） 秦嶺洋的全面閉合一一殘余海盆/面接觸碰撞。初始碰撞后.北秦嶺南緣和內(nèi)部自石炭紀(jì)開始逐漸出現(xiàn)煤系或河流相地層，而南秦嶺則以淺海相地層的連續(xù)發(fā)育為特征，并且一直延續(xù)至中三疊世。二郎坪弧后盆地的海相沉積也持續(xù)到早三疊世。因此，沉積記錄一致反映殘余海盆的緩慢充填過程，而不是初始碰撞后即相繼發(fā)生強(qiáng)烈的擠壓一隆升。秦嶺地區(qū)這一時(shí)期花崗巖巖漿括動(dòng)微弱，投有與全面碰撞造山對(duì)應(yīng)的強(qiáng)烈變形變質(zhì)作用，也反映這一時(shí)期的構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)微弱。造成上述構(gòu)造態(tài)勢(shì)的區(qū)域構(gòu)造背景是，古特提斯在石炭一二疊紀(jì)達(dá)到最大擴(kuò)張期。南秦嶺板內(nèi)拉張型堿性巖漿活動(dòng)此時(shí)加?。?55?25lMa），勉略帶達(dá)到最大擴(kuò)張時(shí)期，并出現(xiàn)洋殼。在總體擴(kuò)張的背景下南、北秦嶺在初始碰撞后減緩了碰撞造山的速度，導(dǎo)致了殘余海的長(zhǎng)期發(fā)育。4班號(hào)：1050122 學(xué)號(hào)：105012219 姓名：穆曉哲殘余海盆的最終閉合/整體隆升成山。秦嶺地區(qū)殘余海盆的完全封閉和全面碰撞造山發(fā)生在中三疊世末至晚三疊世。其主要依據(jù)包括：①南秦嶺震旦紀(jì)一中三疊世沉積地層為基本連續(xù)的海相沉積，其變形協(xié)調(diào)一致，變質(zhì)程度均為低綠片巖相，晚三疊世以上全部轉(zhuǎn)為陸相沉積，出現(xiàn)磨拉石建造.變形顯著減弱；②震旦一中三疊統(tǒng)地層卷入統(tǒng)一的變形變質(zhì)，印支期碰撞型花崗巖(245?2llMa)普遍發(fā)育；；3橫切縫合帶、完全未變形的沙河灣奧長(zhǎng)環(huán)斑花崗巖鋯石U—Pb年齡194.5，195.5Ma，39Ar-40Ar年齡213Ma士2.9Ma，標(biāo)志著碰撞造山運(yùn)動(dòng)的結(jié)束。3.3陸內(nèi)造山作用碰擅造山使華北板塊、北秦嶺、南秦嶺和揚(yáng)子板塊結(jié)合成為一個(gè)整體。然而，秦嶺地區(qū)并未由此向著穩(wěn)定克拉通的方向發(fā)展，而是轉(zhuǎn)入了陸內(nèi)造山作用演化階段，可分為以下兩個(gè)主要階段。1)晚三疊世一早白堊世，秦嶺地區(qū)發(fā)育一系列小型箕狀山間斷陷盆地和拉分盆地.其中的后造山磨拉石普遍遭受低綠片巖相變質(zhì)作用和較強(qiáng)的變形。這些盆地的發(fā)育與主造山期后持續(xù)的會(huì)聚作用(陸內(nèi)俯沖)引起的巖石圈淺一表層的塌陷和平行造山帶的走滑有關(guān)，反映碰撞期后持續(xù)的南北向擠壓。進(jìn)一步的擠壓導(dǎo)致上部巖石圈由拉張狀態(tài)轉(zhuǎn)為收縮狀態(tài)，形成了一系列的逆沖推覆構(gòu)造，使基底變質(zhì)巖系疊覆于晚三疊一早自堊世地層之上。這一時(shí)期深部巖石圈處于持續(xù)的擠壓狀態(tài)，而淺部地殼則經(jīng)歷了擠壓一拉張+平移一擠壓的遞進(jìn)變形和應(yīng)力轉(zhuǎn)換。2)中生代晚期，秦嶺巖石圈整體轉(zhuǎn)入強(qiáng)烈伸展?fàn)顟B(tài)，沿著秦嶺內(nèi)部主要的斷裂帶發(fā)生廣泛的近南北向拉張作用，形成了一系列具拉張性質(zhì)的晚白堊第三系斷陷盆地堆積。這些盆地比晚三疊世一早白堊世山間盆地的規(guī)模大，分布廣，未變質(zhì)，變形弱。巖石圈的伸展同時(shí)伴隨著秦嶺北部一大別山一線的大規(guī)?；◢弾r侵入和有關(guān)的成礦作用。在地貌上，秦嶺再次強(qiáng)烈隆升，形成現(xiàn)代秦嶺山脈及相關(guān)盆地的雛形，使現(xiàn)代秦嶺主峰自中自堊世以來相對(duì)隆升幅度選12km以上?？v觀秦嶺地區(qū)造山類型和造山演化史可以看出，秦嶺地區(qū)自古生代以來隨著由板塊構(gòu)造體制到陸內(nèi)構(gòu)造體制的復(fù)雜轉(zhuǎn)化，經(jīng)歷了多次、多種類型造山作用的復(fù)合疊加，僅僅根據(jù)板塊理論，用單一造山作用不能對(duì)秦嶺的演化歷史做出完整的解釋。與經(jīng)典板塊構(gòu)造的造山理論相比，即使在古生代一早中生代板塊構(gòu)造體制階段.秦嶺造山作用的總體框架雖然就總體而言可以在板塊構(gòu)造的造山模型中得到解釋，但在造山細(xì)節(jié)過程和特征上也存在很大差異。這是與古特提斯東部構(gòu)造域獨(dú)特的構(gòu)造背景有關(guān)的。四秦嶺造山運(yùn)動(dòng)的結(jié)論秦嶺與華北陸塊之間存在明