華北侏羅紀構造變形樣式與巖漿活動序列

華北侏羅紀構造變形樣式與巖漿活動序列

中國北方的許多土地區(qū)域都包含各種結構單元。南北兩側(cè)分別為秦嶺—大別山脈和陰山—燕山山脈,西側(cè)為狼山—賀蘭山—六盤山;東側(cè)郯廬斷裂帶——一條巨型巖石圈不連續(xù)構造帶,縱切華北地塊的東部地區(qū)。塊體內(nèi)部可以劃分為5個構造地貌域,從西向東依次為:鄂爾多斯盆地,山西高地,北華北平原(也稱大渤海灣盆地),南華北平原(也稱河淮盆地),以及位于郯廬斷裂東側(cè)的膠—遼塊體,各構造地貌單元之間的界線明顯可辨(圖1)。從大地構造角度,華北地塊屬于中朝克拉通的組成部份,其結晶基底形成于(2500Ma之前)阜平運動、(2300Ma之前)五臺運動和(1800Ma)呂梁運動(黃汲清,1954;WangandMo,1995),其克拉通臺地經(jīng)歷了4個巨構造演化階段:①中晚元古代沿著克拉通北緣和西緣陸內(nèi)裂谷和坳拉槽的發(fā)育階段;②古生代穩(wěn)定海相臺地發(fā)育階段;③晚古生代至早中生代期間與西伯利亞板塊和華南地塊相繼的拼合和陸-陸碰撞階段;④晚中生代至新生代期間克拉通巖石圈的減薄、破壞和肢解。前人早已認識到,中新生代時期華北地塊發(fā)生強烈活化,經(jīng)歷了周期性幕式構造-熱事件,導致巖石圈增厚和減薄,這種現(xiàn)象在山西高地以東地區(qū)尤為顯著(馬杏垣,1989)。然而,至今人們對巨厚而穩(wěn)定的華北克拉通發(fā)生破壞和減薄的過程和機制并不十分清楚,日益成為地學研究的核心問題之一,引起了全世界地質(zhì)學家的關注。侏羅紀作為東亞大地構造發(fā)展的一個重要轉(zhuǎn)折時期,在中國得到了廣泛的關注和研究(董樹文等,2000)。翁文灝(Wong,1927,1929)最早提出的“燕山運動”,專指侏羅紀構造變形事件,已經(jīng)成為地質(zhì)學界最廣泛引用的構造術語。目前對這一概念的內(nèi)涵得到了擴大和提升,它包含了侏羅紀至白堊紀之間發(fā)生的所有構造-熱事件(黃汲清,1954;任紀舜等,1990;崔盛芹等,2002;董樹文等,2007)。本文收集了近20年來不同學科(沉積學、石油地質(zhì)學、構造地質(zhì)學、巖石學、地質(zhì)年代學等)獲得的研究成果和重要的巖體年代學測試數(shù)據(jù),在整理分析這些文獻和數(shù)據(jù)資料的基礎上,結合作者近年來的研究成果,編制了華北侏羅紀構造綱要圖,重點剖析了華北地塊侏羅紀地層、構造變形和巖漿作用,旨在從一個區(qū)域宏觀的角度闡述華北地塊侏羅紀板內(nèi)變形和巖漿作用過程、構造體制轉(zhuǎn)換及其板塊和深部地球動力學背景。1地質(zhì)時代和地層單元的年齡關系侏羅紀地層主要保存在山西高地以西的鄂爾多斯盆地、南華北南部的合肥盆地、沿著陰山—燕山構造帶發(fā)育的地塹盆地中。在北華北平原之下也鉆遇了侏羅紀地層,但其年代學格架研究程度較低(漆家福等,2003,2004)。表1匯總了基于地層接觸關系、層序分析和同位素年代資料匯總的華北地塊地層單元對比。燕山—遼西構造帶和北京西山的侏羅紀地層中發(fā)育大量的火山巖。前人對這些火山巖進行了大量的40Ar-39Ar和SHRIMP年齡測試,這些測試數(shù)據(jù)成為建立華北地區(qū)侏羅紀地層年代格架的基礎?？傮w來說,侏羅紀地層包括上、中、下侏羅統(tǒng)三個序列,地層之間或為侵蝕接觸,或為角度不整合接觸,它們構成了劃分華北地區(qū)侏羅紀階段性構造演化歷史的基礎。1.1中奧羅統(tǒng)地層和富煤層序覆蓋多種地層的性質(zhì)在鄂爾多斯盆地內(nèi)部,下侏羅統(tǒng)包括富縣組和延安組2個地層單元。最下部的侏羅系隨著華北板塊和華南地塊三疊紀碰撞引起的隆升剝蝕而缺失(劉池陽等,2005,2006)。富縣組對應于一套河流、湖泊相的沉積,延安組為一套厚度穩(wěn)定且富煤的沉積地層,總厚度在250～400m。這套地層可與山西北部大同和寧武殘留盆地中的侏羅系對比(程守田等,1997)。古地理重建結果顯示,下侏羅統(tǒng)地層和富煤層序覆蓋了整個鄂爾多斯盆地和山西高地,向東或許延伸到華北平原之下的廣泛范圍內(nèi)(王雙明等,1999)。大青山地區(qū)發(fā)育的下侏羅統(tǒng)以五當溝組為代表,沉積在受南緣北傾主干正斷層控制的引張盆地中(Rittsetal.,2001)。200～300m厚的礫巖沿邊界斷裂上盤堆積,向上被河流—湖泊相和三角洲相的砂巖、粉砂巖、泥巖所覆蓋,形成一個遞進沉積序列(彭向東等,2001)。在合肥盆地,沿著盆地南部邊緣出露的下侏羅統(tǒng)命名為防虎山群,對應一套粗粒砂巖、粉砂巖和泥巖沉積,厚度大約為1000m(李雙應等,2002,2005)。這套地層在合肥盆地內(nèi)被安參—1井鉆遇,厚約230m,主要由泥巖和泥質(zhì)粉砂巖組成(徐佑德等,2002),代表半深水的湖泊沉積環(huán)境。在北京西山和沿燕—遼構造帶,下侏羅統(tǒng)以火山巖為主,在北京西山和燕山西段為南大嶺組,在遼西地區(qū)以興隆溝組或水泉溝組為代表?；鹕絿姲l(fā)時代在180～194Ma(趙越等,2002,2006;徐剛等,2005)?；鹕綆r系被北京西山窯坡組和遼西北票組等含煤碎屑沉積所覆蓋,這些地層可與鄂爾多斯盆地中的下侏羅統(tǒng)延安組對比。1.2中-下侏羅統(tǒng)地層中侏羅世的沉積環(huán)境發(fā)生了改變,在鄂爾多斯盆地以湖水逐漸變深的湖泊相沉積為特征(程守田等,1997;劉池陽等,2006)。包含兩個組:下部直羅組由砂巖、粉砂巖和泥灰?guī)r組成的湖泊相沉積地層,不含煤層,厚約200～300m,基底以指示早中侏羅世盆地上隆的剝蝕界面為標志;上部安定組由泥巖夾層、鈣質(zhì)粉砂巖、泥灰?guī)r和白云巖等組成,厚約50～400m,指示干燥的湖泊沉積環(huán)境。大青山盆地的中侏羅統(tǒng)地層以長漢溝組為代表,包含由淺水到深水的湖泊相沉積,由灰色到綠色的粉砂巖、砂巖、鈣質(zhì)粉砂巖、泥灰?guī)r、碳酸鹽巖以及凝灰質(zhì)砂巖組成。在合肥盆地,中侏羅統(tǒng)地層在安參-1井鉆探中顯示與下侏羅統(tǒng)為連續(xù)沉積,總厚度達2407m(徐佑德等,2002),主要由泥巖和砂巖互層組成。在北京西山和沿燕-遼構造帶,中侏羅統(tǒng)由一套遞進沉積序列組成,下部為礫巖與粗砂巖,向上變?yōu)樯皫r到粉砂巖,可與鄂爾多斯盆地中侏羅統(tǒng)地層對比。在北京西山,龍門組底部為剝蝕間斷面,九龍山組底部為不整合面,指示中侏羅世晚期該區(qū)快速抬升(趙越等,2002)。1.3中晚侏羅統(tǒng)的發(fā)育鄂爾多斯盆地上侏羅統(tǒng)局限在盆地西緣,以芬芳河組為代表,對應一套巨厚的礫巖沉積(張抗,1989,見表1)。這一地層出露于鄂爾多斯盆地西緣南部的芬芳河谷中,地震剖面上表現(xiàn)為楔形體,南厚、北薄(劉池陽等,2006),以角度不整合超覆于早中侏羅世和其他較老的地層之上,并被下白堊統(tǒng)礫巖層所超覆。礫石成分混雜,以變質(zhì)巖、脈石英、碳酸鹽巖、砂巖等為主,它代表了一套伴隨鄂爾多斯西緣逆沖褶皺構造帶發(fā)育的同構造生長地層。在大青山的石拐盆地,上侏羅統(tǒng)稱為大青山組,對應一套較厚的礫巖沉積,底部以角度不整合超覆在中晚侏羅統(tǒng)之上(圖2b),總厚度為332m(彭向東等,2003)。這套礫巖層代表了同構造生長地層,伴隨著中晚侏羅世大青山褶皺沖斷帶的發(fā)育而堆積。沿燕-遼構造帶,上侏羅統(tǒng)發(fā)育在火山盆地之中,可以劃分為上下兩個組:下部的髫髻山組或藍旗組和上部以礫巖為主的后城組或土城子組。前人對這兩個地層組的年齡做了大量的工作,Davis(2005)、劉建等(2006)、孫立新等(2007)做了相繼的述評。髫髻山組或藍旗組中的火山巖多為中酸性巖石組合,其中夾有碎屑巖層,在不同盆地所做的火山巖40Ar-39Ar和SHRIMP年齡測試結果集中在153～165Ma(Cope,2003;Swisheretal.,2001;柳永清等,2004;Gaoetal.,2004;張宏等,2002;徐剛等,2005;劉建等.2006;孫立新等,2007)。較厚的后城組或土城子組沉積在氣候干燥的河流—湖泊相環(huán)境之下,包含3個巖性組合:下部為紫色粉砂巖、頁巖、砂巖和碳酸鹽巖互層;中部為凝灰質(zhì)泥巖、礫巖;上部為礫巖和砂巖,沉積厚度在1000～3000m(和政軍等,1998)。其中夾有火山巖層,測年結果在152～136Ma(劉建等,2006)。2空間上發(fā)生變形華北地塊侏羅紀變形非常廣泛,前人對此進行了大量的調(diào)查和研究。侏羅紀變形是不均勻分布,在空間上發(fā)生變形分解。圖1展示了華北地區(qū)典型的侏羅紀構造,這些包括鄂爾多斯盆地西緣的褶皺沖斷帶(WOTFB)、山西逆沖褶皺系統(tǒng)(STFS),郯廬走滑斷裂系(TSFS),兩個緯向構造帶:北側(cè)的陰山—燕山構造帶和南側(cè)的秦嶺—大別構造帶,均受逆沖推覆作用的改造活化。2.1前寒武紀構造格局該帶沿鄂爾多斯西緣發(fā)育,在東經(jīng)106°和107°之間沿NS向延伸,NS向長600km,EW向?qū)?0～80km。該構造帶被視作為亞洲中部典型的板內(nèi)變形帶(Darbyetal,2002)。眾多學者從地球物理、鉆孔資料(楊俊杰,2002;趙重遠等,1990)以及野外調(diào)查的角度(張抗,1989;張岳橋等,2006,2007)對該區(qū)進行了詳細的研究。從展布形態(tài)看,這一“Z”字形展布的構造帶可以劃分為3段,從北向南依次為:桌子山和橫山堡段,中間馬家灘段和南段,3段之間構造差異顯著。桌子山復合沖斷帶卷入前寒武紀結晶基底,典型構造樣式表現(xiàn)為向東逆沖的疊瓦狀斷裂組合,如桌子山斷裂,主干斷裂向西陡傾,傾角在60°～70°,斷距從千米以上至數(shù)百米不等,縮短率達32%。南段疊瓦沖斷帶以蓋層的拆離和滑脫為特征,其根帶位于青銅峽—固原斷裂帶和海原—六盤山斷裂帶,在馬家灘地區(qū),縮短量達33.6%～42.8%。相對而言,中段沖斷帶的構造樣式較特殊,它由一組向東傾的階狀逆沖斷層組成,斷距大者超過千米,但縮短率僅為10%。由于受到新生代銀川地塹發(fā)育的影響和后期的改造作用,該階狀沖斷帶與賀蘭山褶皺造山帶之間的構造關系并不十分清楚,因而出現(xiàn)不同的構造解釋。大多數(shù)學者認為,賀蘭山北端的WE向正宜關斷裂向東延伸與桌子山?jīng)_斷帶南端一條橫向斷裂相連,該斷裂與賀蘭山褶皺系和西緣沖斷帶發(fā)育過程中起著重要的橫向位移調(diào)節(jié)作用。但根據(jù)Darby等(2002)的解釋,正宜關斷裂與桌子山北端的一條橫向斷裂原是同一條,后被近NS走向的黃河斷裂左旋錯移了近60km。這些作者根據(jù)這種推斷進行的位移復原圖得出,桌子山?jīng)_斷帶是賀蘭山褶皺帶的前陸部分。根據(jù)斷層發(fā)育特征與接觸關系,以及褶皺逆沖造帶卷入的最新地層推斷,西緣沖斷帶主要形成于中侏羅世晚期至晚侏羅世時期的燕山運動。沿盆地西緣發(fā)育的晚侏羅世芬芳河組巨厚礫巖層(1200～3000m),代表了同構造期的沉積記錄;礫巖層向東陡傾,其上被早白堊世砂礫層不整合超覆。賀蘭山地區(qū)侏羅紀地層河流流向和物源分析表明,賀蘭山盆地發(fā)生倒轉(zhuǎn)的時間在中侏羅世沉積之后。另外,野外調(diào)查顯示,賀蘭山褶皺沖斷帶西緣的小松山斷裂,奧陶紀碳酸鹽巖逆掩到中侏羅世直羅組和安定組之上(圖2c),表明逆沖推覆作用發(fā)生在中侏羅世沉積之后。2.2中侏羅世構造基底該帶位于華北地塊中部,構造形跡包括NNE至NE走向的逆沖斷層,以及山西高地“S”型展布的斷層相關褶皺。沿著高地軸向發(fā)育的晚新生代山西地塹系,其多數(shù)邊界正斷層是由中晚侏羅世逆沖斷裂轉(zhuǎn)變而成。以系周山斷層為例(圖1中XZSF),斷層邊界位于忻縣地塹東緣。椐孫戰(zhàn)良等(2004)的野外調(diào)查,這是一條晚中生代逆沖斷裂,逆沖方向由西向東,估算最小水平位移量為5.8km(圖2i)。逆沖斷層傾向東或西,卷入了前寒武紀變質(zhì)基底至中侏羅世沉積蓋層。斷層破碎帶和角礫指示以脆性變形為主。褶皺構造多呈箱狀,受前寒武紀基底中的滑脫構造所控制。早中侏羅世地層保存在殘留的向斜盆地中,如山西地塹系西緣的大同盆地和靜樂盆地、太行山南緣的沁水盆地等。小規(guī)模的早白堊世巖體侵入其中,但未受擠壓變形的影響。廖昌珍等(2007)和張岳橋等(2007)基于對鄂爾多斯盆地東緣和山西斷褶帶西部地區(qū)構造樣式的分析結果,認為整個山西臺褶帶的構造樣式可以解釋為與山西高地深部向西擴展的基底滑脫構造有關。詳細的遙感圖像和野外調(diào)查表明,這一復雜地貌邊界帶表現(xiàn)為一系列向西陡傾的沖斷層和上盤斷坡,指示鄂爾多斯東緣構造帶受控于深部背沖式的滑脫構造。2.3晚三疊世至早侏羅世郯廬走滑斷裂系,也稱為郯廬扭動斷裂系(Xuetal.,1987),是指NNE-SSW走向、近平行于郯廬斷裂帶、不同規(guī)模斷層或斷裂帶組合的總稱,它縱切了東亞大陸東部,構成了東亞大陸東部特征的陸緣走滑斷裂系。除了錯移大別—蘇魯超高壓變質(zhì)帶的郯廬斷裂帶以外,位于郯廬斷裂東側(cè)、切穿膠遼塊體的鴨綠江—青島斷裂(YQF,圖1)也是一條重要的地殼尺度斷裂帶。郯廬斷裂帶本身在三疊紀華北與華南地塊碰撞階段,表現(xiàn)為走滑特征(Zhuetal.,2005;朱光等,2006。郯廬斷裂系的一個共同特征是其左旋走滑運動性質(zhì),并認為左旋走滑主要發(fā)生在晚三疊世至早侏羅世時期,盡管這個時期走滑位移量的估算一直是一個未曾解決的問題。由于白堊紀時期廣泛的伸展和沉降(朱光等,2002;Zhangetal.,2003),郯廬斷裂帶侏羅紀變形特征很難直接觀察和研究。然而,沿大別山東緣、郯廬斷裂帶東緣的張八嶺—肥東塊體和蘇魯帶的西緣,陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了左旋韌性剪切變形形跡。通過韌性剪切帶中角閃石、多硅白云母和黑云母的40Ar/39Ar測試,獲得的年齡為136～143Ma(Zhuetal.,2005)和162±1Ma～156±2Ma(WangY,2006),這一年齡代表了剪切帶在晚侏羅世不同時段的冷卻時代。另外,在膠遼塊體中廣泛發(fā)育的晚侏羅世“S”型花崗巖體,結晶年齡在165～150Ma(苗來成等,1998;關康等,1998;郭敬輝等,2005),其特征的片麻理構造指示了晚侏羅世花崗巖體侵位過程的韌性變形。在膠北隆起區(qū),晚侏羅世花崗巖體侵位后期的脆性變形十分明顯,表現(xiàn)為一系列NW傾向的低角度逆沖斷層,時代早于早白堊世伸展之前,限定在150～135Ma之間。楊進輝等(2004)利用激光40Ar/39Ar測年技術,對遼東半島晚侏羅世侵入巖的擠壓變形時代進行了測試,獲得的結果顯示巖體韌性變形發(fā)生在約143Ma,早于早白堊世伸展作用(128Ma)。葉慧文等(1994)報道了一組脈狀青鋁閃石40Ar/39Ar年齡測試結果,約154Ma,樣品來自于東北牡丹江地區(qū)沿敦化—密山斷裂帶出露的藍閃石片巖之中。所有這些研究成果和測年結果表明晚侏羅世郯廬斷裂帶以左旋走滑剪切變形為主。2.4逆沖斷層與構造變形陰山—燕山構造帶位于華北地塊的北緣,經(jīng)歷了多階段的演化歷史。北部邊界的西拉木倫(或索倫)縫合帶將華北板塊和興蒙造山帶相分割。沿陰山—燕山構造帶,侏羅紀擠壓變形形跡十分顯著。燕山構造帶是中國中生代構造研究最為詳細的地區(qū)?；谠搮^(qū)地層角度不整合接觸關系,翁文灝(Wong,1927,1929)將“燕山運動”的主要變形事件劃分為“A”幕,“B”幕和“中間”幕。根據(jù)侏羅紀火山巖的同位素年代學研究(趙越等,2002,2004;徐剛等,2005;劉建等,2006),將“A”幕(髫髻山火山巖下部的角度不整合)作為該時期構造變形的最強烈階段,起始時代為160±5Ma;“B”幕以早白堊世張家口組火山巖底部的角度不整合為代表、以向南傾的逆沖作用為特征,時代早于135.8±3.1Ma(牛寶貴等,2003;Niuetal.,2004);“中間”幕表現(xiàn)為髫髻山組或藍旗組,時代為160～139Ma。Davis等(1996,1998,2001)和鄭亞東等(2000)對燕山構造帶進行了系統(tǒng)的研究,并識別出幾個變形幕。最早變形幕(phase-I變形)記錄在平泉關—古北口斷裂帶向南傾的逆沖斷層(PGF,圖1),時代早于180Ma,很可能界于晚三疊紀至早侏羅世之間。燕山構造帶最主要的擠壓變形發(fā)生在晚侏羅世時期(phase-III變形)。該變形時期形成的許多逆沖推覆構造被識別和鑒定出來,包括向北至北西向逆沖的承德推覆體,時代為161～148Ma,十三陵逆沖帶時代為161～141Ma,云蒙山褶皺和變質(zhì)時代為141～143Ma,向南傾的四合堂和古北口逆沖推覆構造時代起始于148～143Ma,持續(xù)到127～132Ma。通過對沿陰山—燕山構造帶晚侏羅世沉積特征研究,和政軍等(1998,1999)推斷,沿陰山—燕山前陸帶發(fā)育一個延伸1200km長的盆地群,并將其與陰山—燕山構造帶向南逆沖推覆作用聯(lián)系起來。這一假設受到了Davis(2005)的質(zhì)疑,他認為晚侏羅世擠壓作用既有向南逆沖,也有向北逆沖?；趯ρ嗌綐嬙鞄е卸魏瓦|西地區(qū)的逆沖推覆構造和古北口—平泉斷裂帶(PGF,圖1)和密云—喜峰口斷裂帶(MXF,圖1)兩個主要WE走向的斷裂帶幾何學和內(nèi)部結構的分析,張長厚等(2001,2002)建立了一個統(tǒng)一的運動學模型來解釋該區(qū)復雜的構造變形特征。這些作者研究發(fā)現(xiàn),近WE走向的主干斷裂帶以右旋走滑的方式橫切燕山構造帶中部,向東延伸至遼西地區(qū),與北東向的逆沖斷層及其相關褶皺相連,它們共同形成了一個雙重右旋走滑系統(tǒng),其主要活動時期在148～132Ma。這一運動學模型與內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)的西拉木倫(索倫)右旋走滑活動相一致,劉偉等(2003)報道了在這一地區(qū)西拉木倫(索倫)右旋走滑變形的一個Rb-Sr同位素測年結果為165Ma,這一年齡代表了該斷裂帶韌性變形的時代。沿大青山構造帶發(fā)現(xiàn)了大規(guī)模的逆沖巖席,主要發(fā)育在大青山北緣斷裂和南緣斷裂帶之間的狹長地帶(NDQF,SDQSF,圖1)。大青山北緣斷裂帶作為內(nèi)蒙古地軸的南界,被認為向南逆沖,而大青山南緣斷裂帶向北逆沖,發(fā)生的時代早于早白堊世伸展構造。在這兩條斷裂帶之間地帶,發(fā)育一系列侏羅紀斷陷盆地和大型逆沖推覆構造,陳志勇等(2002)和劉正宏等(2002)對其進行了詳細的調(diào)查和研究。根據(jù)鄭亞東(Zhengetal.,1998)對大青山東部逆沖巖片的幾何學和運動學研究結果,該區(qū)前寒武紀變質(zhì)基底巖石逆掩到早中侏羅世沉積地層之上,形成飛來峰和構造窗構造,估算最小位移量為25～30km,根帶位于大青山南緣斷裂帶。在大青山西部地區(qū),將北部邊緣的逆沖系統(tǒng)劃分位3個構造區(qū)帶(杜菊民等,2005),從南向北依次為:逆沖疊瓦帶、同斜至倒轉(zhuǎn)的褶皺逆沖帶、斷層相關褶皺帶,變形強度由南向北依次減弱。逆沖方向由SSE向NNW,最小位移量為10～20km。由于早中侏羅世地層卷入到逆沖推覆帶中,由此推斷構造運動時代為晚侏羅世。陰山構造帶最南部邊界位于鄂爾多斯盆地北緣斷裂帶,這是一條向北傾的正斷層(NOFZ,圖1),構成了新生代河套地塹盆地的南界。劉正宏等(2004)沿著鄂爾多斯北緣詳細的野外調(diào)查,發(fā)現(xiàn)一個小規(guī)模的前寒武紀變質(zhì)巖片推覆到二疊系之上,估算最小水平位移量為5km。這進一步說明,隱伏在河套地塹盆地之下的基底曾是一個W-E向延伸的構造凸起或高地,在晚侏羅世受到南北兩側(cè)邊界斷層的反向逆沖所致。2.5疊紀—秦嶺—大別構造帶該構造帶演化歷史相當復雜,主要表現(xiàn)為沿華北地塊南緣的多階段碰撞和增生歷史(張國偉等,1996,1997;Ratschbacheretal.,2003)。三疊紀時期華北與華南地塊的拼合碰撞和陸內(nèi)深俯沖作用形成了這一巨大的緯向構造帶,同時沿大別—蘇魯構造帶出露了世界上分布面積最大的超高壓變質(zhì)巖。侏羅紀變形雖然重要,但研究程度較低。最好的侏羅紀變形在大別山北部的北淮陽構造帶有發(fā)現(xiàn),沿該帶不同的變質(zhì)巖系和侏羅紀巖層被推覆到晚侏羅世沉積序列之上,并被早白堊紀火山巖所覆蓋(孫曉孟等,2004a,b)。最為強烈的縮短變形發(fā)生在曉天—磨子潭斷裂帶(XMF)和信陽—舒城斷裂帶(XSF)之間(劉文燦等,1999)。主干逆沖斷層的傾向指示了NNE-SSW向的擠壓。3晚三疊世—侏羅紀巖漿作用侏羅紀侵入巖體主要出露于郯廬斷裂以東的膠萊—遼東塊體、郯廬斷裂帶以西的徐-淮地區(qū)以及燕山—遼西地區(qū)。對這些地區(qū)侵入巖體高精度年代學測試數(shù)據(jù)資料進行了收集和整理,從而建立了中生代巖漿作用的年代序列,見散點圖3和圖4。出露于膠遼地區(qū)和蚌埠隆起帶的大多數(shù)片麻狀花崗巖,以往的區(qū)調(diào)認為該類巖體形成于元古宙,而通過高精度SHRIMP測年手段的應用,確定了這些巖體的侵入時代為150～160Ma,即晚侏羅世?；谀z遼和徐淮地區(qū)高可信度巖體年齡測試數(shù)據(jù)分析(圖3),表明侏羅紀巖漿序列與晚三疊世和早白堊世巖漿序列之間的界限是明顯的。在晚三疊世與早侏羅世早期之間,存在一個明顯的巖漿活動間隙期,時代在205～190Ma,它很可能對應著三疊紀時期華北與華南地塊碰撞和陸內(nèi)深俯沖的最后階段。晚侏羅世巖漿序列與早白堊世巖漿序列之間似乎也存在一個很短暫的巖漿活動間隙期,時間界于143～136Ma?？傮w來說,膠遼地區(qū)和蚌埠隆起帶侏羅紀巖漿活動包含兩個巖石組合:早中侏羅世輝長巖和閃長巖,晚侏羅世“S”型花崗巖。早侏羅世侵入巖體年齡位于190～175Ma,巖石類型和地球化學特征指示巖體形成于伸展構造環(huán)境下幔源巖漿的上升侵位。晚侏羅世巖體形成時代集中在160～150Ma,個別形成于172～165Ma和149～142Ma之間。巖石類型、地球化學特征和野外觀察表明巖體屬于殼源巖漿作用,明顯不同于早白堊世殼幔混合型侵入巖體。沿燕山—遼西構造帶,侏羅紀巖體主要分布在遼西地區(qū)。巖體年齡數(shù)據(jù)的散點圖分析顯示(圖4),在210～195Ma存在一個巖漿活動的間隙時期。侏羅紀巖漿序列和早白堊世巖漿序列之間的界線不是很清楚?？傮w來說,這個地區(qū)侏羅紀巖體可以劃分為三個時間階段:早侏羅世(195～180Ma)以輝長巖-閃長巖-石英閃長巖-花崗巖組合為特征,中侏羅世(180～170Ma)以閃長巖-石英閃長巖-花崗巖組合為特征,而晚侏羅世(165～138Ma)則以花崗巖為主。在170Ma和165Ma之間似乎存在一個短暫的巖漿活動間隙期。在燕山西部地區(qū),侏羅紀巖體出露較差,僅有部分巖體出露于云蒙山地區(qū),測定的侵入時代在160～141Ma(Davisetal.,2001,2003)。這些作者認識到,這地區(qū)包含兩個巖石組合:一個為起源于原始地幔的輝長巖和閃長巖,另一個為殼源的花崗閃長巖。4中晚侏羅世之擠壓變形事件構造發(fā)育時代以上的介紹和分析表明,華北侏羅紀大地構造發(fā)展具有幕式和擠壓-伸展交替演化特征。通過綜合分析和對比華北地區(qū)侏羅紀地層、巖漿活動序列和構造變形事件,建立了侏羅紀大地構造發(fā)展的三階段演化歷史,從早到晚,闡述如下。階段I:早侏羅世早期擠壓階段(205～191Ma)。這一階段顯著特征是缺乏侵入巖漿活動,華北地塊內(nèi)部發(fā)生區(qū)域隆升和剝蝕,其代表性的標志是鄂爾多斯盆地和合肥盆地下侏羅統(tǒng)底部的侵蝕不整合面。侵入巖體僅零星出露于遼西地區(qū)。對這個階段的構造變形特征認知較少,盡管在燕山地區(qū)識別出了發(fā)生在180Ma之前的構造擠壓變形事件(鄭亞東等,2000;Davisetal.,2001)。這個階段板塊運動背景包括:華北地塊和華南地塊沿著秦嶺—大別—蘇魯構造帶的持續(xù)陸內(nèi)匯聚,北部西伯利亞板塊與蒙古—華北板塊的持續(xù)碰撞和匯聚(YinandNie,1996;Chang,1996)。階段II:早中侏羅世弱伸展(190Ma～165±5Ma)。該階段構造相對比較平靜,華北地塊巖石圈處于弱伸展狀態(tài),表現(xiàn)為:①沿燕—遼構造帶和郯廬斷裂帶兩側(cè),發(fā)生幔源巖漿侵入和基性到酸性火山噴發(fā);②沿陰山—燕山構造帶,發(fā)生強烈的地殼引張和伸展盆地的形成和發(fā)育;③華北地塊整體發(fā)生沉降,形成一個統(tǒng)一的含煤坳陷,覆蓋了現(xiàn)今的鄂爾多斯盆地、山西高地和華北平原。垂向差異抬升和下降控制著早中侏羅世地層的沉積序列。鄂爾多斯盆地及其周緣地區(qū)的正斷層發(fā)育,它們繼承了華北地塊基底WE向構造,引張方向為NS向至NNE—SSW向(張岳橋等,2007)。從區(qū)域角度來看,這個階段沿陰山—燕山構造帶的伸展作用較強,而沿秦嶺—大別構造帶的伸展作用較弱。早中侏羅世華北地塊伸展作用的動力可能與三疊紀和早侏羅世地塊碰撞作用后的板內(nèi)應力調(diào)整有關,這個階段的大地構造屬性可看作是印支運動的后效(董樹文等,2007)。階段III:中晚侏羅世多向擠壓階段(165Ma±5～136Ma)。自中侏羅世晚期,區(qū)域板塊運動學發(fā)生重大調(diào)整,東亞構造體制發(fā)生重大轉(zhuǎn)換,華北地塊遭受多向擠壓變形,早中侏羅世形成的大型統(tǒng)一含煤盆地發(fā)生肢解,華北地塊構造發(fā)生東西分異,鄂爾多斯盆地由此形成。這個階段,至少發(fā)生兩幕主要的擠壓變形事件(見表1):①早幕以上侏羅統(tǒng)礫巖層底部的角度不整合為標志(鄂爾多斯盆地西緣的芬芳河組,北京西山的髫髻山組或九龍山組,遼西地區(qū)的藍旗組),這個地層的頂部年齡在156～166Ma(季強等,2004;劉建等,2006;孫立新等,2007),而構造變形的起始時代應該更早,但晚于170Ma。在燕-遼構造帶識別出的170～165Ma的巖漿作用間隙期,可能是對這一擠壓變形事件的響應。事實上,沿著燕山構造帶和膠遼地塊160～150Ma的同構造“S”型花崗巖原地侵位,以及北京西山和燕—遼地區(qū)同期基性到酸性火山作用,均指示中侏羅世晚期華北地塊東部一次重要的地殼增厚事件。②晚幕擠壓變形以鄂爾多斯盆地和陰山—燕山構造帶下白堊統(tǒng)和上侏羅統(tǒng)之間的角度不整合為標志,發(fā)生時代在135±1Ma(張家口火山巖底部)之前、150Ma之后。膠遼和徐淮地區(qū)143～135Ma之間短暫的巖漿活動間隙,可能是對這一擠壓變形事件的響應。這一階段華北地區(qū)構造變形表現(xiàn)為不同方向的地殼擠壓縮短(見圖5)。北緣陰山—燕山構造帶受NNW—SSE向擠壓而沖斷活化,南緣秦嶺—大別構造帶受NNE—SSW向擠壓而逆沖活化,鄂爾多斯盆地西緣受近WE向擠壓而活化,山西臺地受NW—SE向擠壓發(fā)生斷褶變形,郯廬斷裂帶發(fā)生左旋走滑活動,郯廬斷裂帶東側(cè)膠遼塊體的構造變形既有逆沖、又有左旋走滑,是NW—SE向至NWW—SEE向擠壓結果。5討論5.1中晚侏羅世地殼擠壓構造的對照多方面的證據(jù)顯示華北地塊巖石圈地殼在中侏羅世經(jīng)歷了一次重要的增厚過程。①在郯廬斷裂帶東側(cè)的膠遼地塊和郯廬斷裂西側(cè)的蚌埠隆起帶、以及沿燕-遼構造帶出現(xiàn)大量的地殼重熔型花崗巖,指示了中侏羅世末期華北地殼發(fā)生了重要的增厚作用;②地球化學研究結果暗示,燕山構造帶晚侏羅世髫髻山組或藍旗組中的火山活動發(fā)生在擠壓構造背景下(李伍平等,2001,2004)。路鳳香等(2006)估算在髫髻山組火山噴發(fā)之前,地殼厚度達到40～45km;③此外,沿鄂爾多斯盆地西緣發(fā)育的晚侏羅世芬芳河組、沿燕遼構造帶發(fā)育的的土城子組或后城組、沿大青山發(fā)育的大青山組,均是對中晚侏羅世地殼擠壓增厚事件的沉積響應。華北地塊中晚侏羅世擠壓構造展示了具有顯著對照的、東西分異的構造樣式。一方面,山西臺地的逆沖斷層及其相關褶皺被解釋為與上地殼內(nèi)的滑脫構造有關,而下地殼沒有卷入到縮短變形,可以將此看作是薄皮構造。這種薄皮構造樣式同樣適用于大青山逆沖推覆構造帶。另一方面,位于郯廬斷裂帶東側(cè)的膠遼地區(qū),大量晚侏羅世花崗巖的侵位指示了卷入下地殼的厚皮構造特征。在郯廬斷裂帶西側(cè)蚌埠隆起帶上,小規(guī)模片麻狀S型花崗巖的侵位同樣指示了該區(qū)卷入下地殼的厚皮構造變形特征。在山西臺褶帶中未見中晚侏羅世巖體侵入,這個事實說明,太行山東緣——一條著名的重力梯度帶,成為了東部地區(qū)卷入下地殼的厚皮構造向西部地區(qū)卷入上地殼的薄皮構造的轉(zhuǎn)換帶。這種構造變形樣式進一步指示,中晚侏羅世的地殼增厚作用主要發(fā)生在位于太行山以東的華北東部地區(qū)。兩個緯向構造帶(陰山—燕山構造帶和秦嶺—大別構造帶)侏羅紀變形樣式同樣存在東西分異的特點。例如,卷入下地殼的燕山—遼西構造帶,晚侏羅世巖漿作用十分活躍,而僅卷入上地殼的陰山構造帶,沒有晚侏羅世巖漿活動。相應地,中晚侏羅世的地殼變形在時間和空間上分解為逆沖作用和走滑活動。通常的解釋是,近NS向地殼擠壓和縮短變形主要發(fā)生在兩個緯向構造帶,而NW-SE向擠壓和地殼縮短變形主要發(fā)生在華北地塊的廣大地區(qū),包括了山西高地、華北平原北部和膠遼塊體。特別地,郯廬斷裂帶東側(cè)的膠遼塊體以逆沖和走滑共同作用為主要特征,山西高地以逆沖和斷層相關褶皺變形為主,北華北平原區(qū)則以左旋走滑為主。這一應變分解型式指示了華北地塊在中晚侏羅世時期多向擠壓的大地構造背景。5.2區(qū)域構造背景華北地區(qū)中晚侏羅世多向擠壓變形的識別具有重要的大地構造意義。自從翁文灝(Wong,1927,1929)提出燕山運動之后,華北地塊的中晚侏羅世構造事件研究已經(jīng)有80余年的歷史。趙越等(1994,2004)強調(diào),燕-遼和北京西山地區(qū)的中晚侏羅世構造熱事件,記錄了古亞洲和特提斯構造域向古太平洋構造域的轉(zhuǎn)換過程,起始于170Ma,終止于135±1Ma。最近十年,有關中國東部燕山運動的本質(zhì)和晚中生代構造體制轉(zhuǎn)換過程問題成為中國地學界討論的熱點主題(Zhaietal.,2004;翟明國等,2004;吳福元等2000,2003;周新華,2006)。在這些討論中,人們往往聚焦于華北巖石圈減薄和克拉通破壞問題,卻忽視了巖石圈減薄之前發(fā)生的地殼增厚作用。筆者認為,正是中國東部中晚侏羅世時期的多向擠壓和地殼增厚,才誘發(fā)了白堊紀時期的巖石圈伸展和巨量減薄。事實上,侏羅紀是東亞大陸構造體制轉(zhuǎn)折和板內(nèi)變形的重要階段,周鄰板塊向東亞大陸同時匯聚導致了華北地區(qū)中晚侏羅世多向擠壓變形和不同構造體系復活或新生。這個時期板塊活動邊界有3個:亞洲東部的古太平洋俯沖消減帶,位于羌搪和拉薩地塊之間的碰撞俯沖帶,位于西伯利亞地塊和蒙古—華北板塊之間的碰撞帶。華