中国侏罗纪构造变革与燕山运动新诠释.pdf

第8 1卷 第1 1期 2 0 0 7年1 1月 地 质 学 报 ACTA GEOLOGICA SINICA Vol. 81 No. 11 Nov . 2007 注本文为国家自然科学基金编号40572120、 大陆深俯冲作用编号1999055和中石化项目 大巴山前陆演化与油气远景 联合资助项 目的成果。 收稿日期2007207228 ;改回日期2007210202 ;责任编辑郝梓国。 作者简介董树文,男,1954年生。1975年毕业于合肥工业大学地质系,1988年毕业于中国地质科学院研究生部,获博士学位。现任中国 地质科学院副院长,研究员,博士生导师。长期从事动力成岩成矿与大别山碰撞造山带研究,近年来重点探讨燕山运动和东亚大陆地球动 力学问题。通讯地址100037 ,北京市百万庄26号,中国地质科学院;电话01068999606 ;Email swdong cags. 。 中国侏罗纪构造变革与燕山运动新诠释 董树文 1 ,张岳桥 1 ,2 ,龙长兴 1 ,杨振宇 1 ,2 ,季强 3 ,王涛 3 ,胡建民 1 ,陈宣华 1 1 中国地质科学院地质力学研究所,北京,100081 ; 2 南京大学地球科学系,210093 ; 3 中国地质科学院地质研究所,北京,100037 内容提要随着一系列新构造观察资料和高精度同位素测年数据的累积,加深了对发生在中国东部晚侏罗 世 早白垩世时期构造变革事件的认识,对燕山运动的性质、 时限和动力学内涵有了新的诠释。中 晚侏罗世初 期1655 Ma东亚多板块拼贴运动学发生重大调整,构造体制发生重大转换,启动了以中朝地块为中心、 来自北、 东、 南西不同板块向东亚大陆 “多向汇聚” 的构造新体制,形成以陆内俯冲和陆内造山为特征的东亚汇聚构造体系。 同时大陆地壳岩石圈发生显著增厚,并紧随早白垩世以剧烈的大陆岩石圈伸展和火山 岩浆活动为特征的岩石圈 巨量减薄和克拉通破坏,导致燕辽生物群灭绝和热河生物群兴盛的重大生物群更替,成为中国大陆和东亚重大构 造变革事件,这是燕山运动的基本内涵。本文依据燕山运动构造变形型式、 动力学背景以及产生的深部过程,将 “燕山运动” 定义为起始于1655 Ma的 “东亚多向汇聚” 构造体制及其形成的广泛陆内造山和构造变革,并将中国 东部岩石圈巨量减薄视作燕山期陆内造山和陆内变形的后效。 关键词晚侏罗世;燕山运动;东亚多向汇聚;陆内造山与变形;岩石圈增厚与减薄 翁文灏先生Wong , 1926 ,1927 ,1929最早命 名的 “燕山运动”,是指发生在华北燕山地区中晚侏 罗世时期的重大构造事件,包括中侏罗世晚期的构 造运动A幕、 侏罗纪末期的构造运动B幕和晚侏罗 世期间的中间幕。崔盛芹等2002将燕山地区的燕 山运动分为两个时期,即早 中侏罗世的早燕山期 和晚侏罗世 白垩纪的晚燕山期。任纪舜等1999 将燕山运动分为早、 中、 晚3个旋回,时限包括整个 侏罗纪和白垩纪。有的学者将燕山期构造演化划分 为初始造山 J 1 , 早期造山 J 2 , 峰期造山 J 3 , 晚期 造山 K 1 , 后造山 K 2 5 个构造幕,同样概括了侏 罗纪与白垩纪全部。对燕山运动的性质目前大多数 学者认为,燕山运动的本质是中国东部近东西向的 特提斯构造域向北北东向的滨太平洋构造域的转 换,即从大陆碰撞构造体制转为以西太平洋陆缘俯 冲构造体制为主导的陆内变形和陆内造山。另外, 构造运动导致岩浆侵入2火山爆发作用使得燕山期 成为我国最重要的成矿期,约80 的大中型金属矿 床的形成与这个阶段有关陈毓川等,2007 ,构造作 用形成地质环境的巨变导致燕辽生物群向热河生物 群的更替,成为生物进化的激变期季强等,2004。 因此,燕山运动在我国甚至在东亚具有特殊的地质 意义,是全球中生代构造演变的重大事件。 中国中东部地区中晚三叠世经历了华北、 扬子 和华夏陆块碰撞 拼贴的过程,形成了古中国大陆 和古亚洲大陆的雏形。通常将三叠纪微陆块拼合碰 撞和大陆形成的过程归结为印支运动,其标志为近 东西向的古特提斯海洋关闭。印支运动之后,中国 大陆进入陆内构造变形阶段,尤其是侏罗纪太平洋 板块向西俯冲,形成濒太平洋北北东方向大陆边缘 体系即新华夏构造体系。崔盛芹等1999 ,2002 提出印支运动与燕山运动之间连续性的观点,认为 自印支运动开始,濒太平洋构造带的活动性加强,到 燕山期达到高潮,将印支运动视为燕山运动的前奏。 赵越等1994 ,2004则强调燕山运动是特提斯构造 域向太平洋构造域和动力体制转变的产物。董树文 等2000曾构想,燕山运动记录了侏罗纪来自北、 东、 西南3个方向向东亚汇聚挤压的变形图像。 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 地 质 学 报2007年 Davis等2001则解释燕山运动是北方蒙古 鄂霍 次克海关闭、 向南推挤缩短和太平洋向西俯冲作用 交替影响的结果。翟明国等Zhai et al. , 2004强 调华北中生代构造转换不是陆内造山结果,而是与 周边块体夹击引起华北地幔大规模上隆有关。张宏 仁2000则提出了中侏罗世天体事件引发燕山运动 的观点。 关于燕山运动发生的时限,赵越等2004根据 中侏罗世日本海沟增生楔和东亚火山弧的出现,认 为作为燕山运动主幕构造转换时代为中侏罗世。任 纪舜等1999以张家口组火山岩系喷发之前约145 5 Ma作为中国东部构造体制转换时期。 牛宝贵 等Niu et al. , 2004在张家口火山岩底部获得锆石 U2Pb SHRIMP年龄,将135 Ma定为从挤压构造体 制向伸展构造体制转换时间。 由于中国东部甚至亚洲东部中新生代一系列重 大地质作用的过程和效应均涉及了印支运动和燕山 运动问题,时代跨越了三叠纪、 侏罗纪和白垩纪,逐 渐成为东亚大地构造研究的新热点,但是仍有许多 问题存在重大争议或根本性分歧。诸如早白垩世 伸展或岩石圈减薄是属于三叠纪造山印支运动后 效、 还是侏罗纪造山燕山运动后效大别山 苏 鲁三叠纪超高压碰撞造山带内大片早白垩世花岗岩 是否为三叠纪碰撞造山后期的产物燕山运动仅仅 是太平洋板块俯冲的响应吗晚侏罗世陆内造山机 制是什么中新生代东亚大陆地势反转的原因何 在燕山运动是局部的、 还是全球的等等。这些 问题均涉及到燕山运动或侏罗纪构造活动的时限、 机理和动力学背景。随着近年华北地块周边和中国 东部构造地质研究的重要进展和高精度同位素测年 数据的累积,以及东亚深部地球物理探测计划的实 施,使我们能更加全面审视侏罗纪构造演化及其区 域动力学机理,从多层面诠释燕山运动的内涵及其 动力学本质。 1 燕山运动 “多向挤压” 与 “多向造山” 格局 我国学者通常强调燕山运动的实质是特提斯构 造域向濒太平洋构造域的转换,也就是原三叠纪形 成的近东西向的构造系统在侏罗纪转变成北东 北 北东向的构造系统,环太平洋构造主导了我国东部 或亚洲东部的构造演化赵越等,2004 ;任纪舜等, 1999。显然,华北地块的构造演化离不开周边块体 对其的相互作用,近年来随着华北地块周边和中国 东部侏罗纪构造变形与演化研究的深入,发现侏罗 纪变形存在多方位、 多层次和多幕次的特点。 1. 1 大别山 大巴山侏罗纪陆内造山 位于华北地块南缘的大别山 秦岭 大巴山造 山带及其前陆侏罗纪大规模褶皱与缩短,变质造山 带超覆于前陆褶皱带之上,位于前陆与造山带之间 的北倾襄樊 广济断裂带深切Moho与上地幔,对 应发育一套完整的侏罗纪同造山 后造山岩浆系 列,构成了侏罗纪陆内造山系统。晚侏罗世构造变 形与运动学分析指示扬子陆块向北东方向挤压和俯 冲。在大别山 大巴山一带,侏罗纪造山效应表现 在下列几个方面。 1扬子陆块向秦岭 大别山俯冲,导致扬子 前陆早 中侏罗世地层褶皱,三叠纪变质造山带叠 覆于前陆早侏罗世盆地之上。大别山前陆侏罗纪盆 地被超高压变质岩系所超覆董树文等,2005 ,其边 界断裂襄樊 广济断裂带向北倾,直接切割Moho 面深达地幔Dong et al. , 2004 ,高锐等,2004。大 巴山前陆下侏罗统强烈褶皱,叠加在三叠纪褶皱之 上,形成紧密的弧形前陆褶皱带董树文等,2006。 这些研究成果与依据古地磁资料所提出华北与扬子 陆块拼合的最后时限为中侏罗世是一致的杨振宇 等,2001 ,而晚侏罗世进入了陆内造山时期。 2侏罗纪陆内俯冲导致超高压岩石从下地壳 抬升折返到上地壳,剥露了造山带深部构造和岩石。 大别山超高压岩石折返过程基本可确定为两阶段模 式,即236～210 Ma期间的同碰撞快速折返下地壳 过程 3mm/ a和16010Ma折返到中地壳过程 1mm/ a ;侏罗纪陆内造山导致地壳缩短加厚和山 脉抬升,使超高压岩石进一步抬升至近地表或部分 出露地表,所以在大别山北麓合肥盆地晚侏罗世凤 凰台组出现含柯石英榴辉岩砾石 Wang et al. , 2002 ,这个时期中国东部高原可能形成董树文等, 2000 ,张旗等, 2001。 3晚侏罗世陆内造山诱发了早白垩世大规模 的岩浆作用和火山活动。在大别山和苏鲁地区造山 带和前陆带以及东部广大地域,发育早白垩世135 ～110 Ma的I2A型花岗岩岩浆系列Chen et al. , 2003 ,郭敬辉等,2005。其中130～110 Ma的巨量 岩浆岩和火山岩可能为侏罗纪岩石圈根拆沉的结 果,对应中国东部燕山期岩石圈减薄和岩浆 成矿 大爆发时期Mao et al. , 2003。 1. 2 燕山 阴山构造带侏罗纪逆冲2推覆构造 在华北地块北缘,郑亚东等 Zheng et al. , 0541 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第11期 董树文等中国侏罗纪构造变革与燕山运动新诠释 1996在中蒙边界区传统的海西构造带中发现侏罗 纪特大型推覆构造 亚干推覆体,最大推覆距离 达120 km以上。大青山逆冲断层为一长达155 km 以上的大型推覆构造.上盘向北北西方向逆冲,逆 冲断距至少22 km ,很可能超过35 km ,覆盖整个东 大青山地区。推覆体涉及的最新地层为大青山组, 推覆事件应在晚侏罗世与早白垩世之间。郑亚东等 Zheng et al. , 1998在大兰旗附近侵入于大青山 逆冲断层上下盘的花岗岩体中采集了样品,获得锆 石U2Pb年龄为 119 2 Ma ,限定了推覆构造的 时代上限。Davis等1998在燕山承德地区发现的 晚侏罗世逆冲推覆构造,推覆距离在40～45km。 这 些作者Davis et al. , 2001将侏罗纪 白垩纪变形 图1 鄂尔多斯地块周缘晚侏罗世变形格局与多向挤压作用据张岳桥等,2007 Fig. 1 Late Jurassic deation pattern and multi2direction compressions around the Ordos Block after Zhang et al. ,2007 划分为① 大于180Ma的向南逆冲推覆作用,② 中 侏罗纪 晚侏罗纪早期的伸展断层作用,③ 晚侏罗 纪 早白垩纪早期的向北逆冲作用,④ 早白垩纪晚 期的挤压作用,⑤ 中白垩纪伸展变形,⑥ 晚白垩纪左 旋走滑作用。提出燕山运动是蒙古 鄂霍次克海关 闭形成的南北向挤压与太平洋板块向东亚大陆俯冲 形成的向西北方向挤压的交替作用的结果。 沿华北克拉通北部的内蒙地轴或阴山纬向构造 带,出现大规模的逆冲推覆构造,被认为是蒙古 鄂 霍茨克扬关闭的远程效应郑亚东等,1998 ; Yang et al. ,1998。据地质和古地磁资料,位于西伯利亚板 块与华北板块之间的蒙古 鄂霍茨克洋,直到早白 垩世才完全闭合Enkin et al. , 1992 ; Yang et al. , 1992 ; Yin et al. ,1996 ,所以这些晚侏罗世的推覆 构造属于典型的板内变形,与北部上千公里外蒙 古 鄂霍茨克洋闭合和碰撞有关。 1. 3 鄂尔多斯地块周边晚侏罗世多向挤压变形 在华北地块核部鄂尔多斯盆地,最新研究结果 显示张岳桥等, 2006 ,2007 ,鄂尔多斯盆地及其周 缘在早中侏罗世处于弱伸展应力环境,晚侏罗世盆 地遭受多向的挤压应力作用,形成了鄂尔多斯盆地 周缘呈环形展布的侏罗纪构造变形格局图 1 。张 抗1989早已认识到鄂尔多斯盆地周缘燕山期挤压 变形呈环形格局,边缘的逆冲断裂2褶皱构成外环, 盆地中部为环形格局的稳定地快。盆地西缘逆冲2 推覆构造带北段和中段的根部隐伏在新生代地堑盆 地之下,南段的根带位于青铜峡 固原断裂。晚侏 1541 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 地 质 学 报2007年 罗世再次挤压,造成古老造山带向盆地方向逆冲推 覆,形成近南北向的西缘逆冲2推覆构造带。盆地东 部及山西台褶带的变形带,由南北向的离石断裂带、 北东向芦牙山复向斜、 北北东向鹅毛口断裂组成,构 成山西台褶带深部断坪 断坡系统的前缘上盘断坡 构造。鹅毛口断裂、 芦牙山北缘断裂、 离石断裂等均 是断坡构造的反向冲断层。根据前缘反向冲断层卷 入地层判断,深部滑脱带可能位于上下地壳的过渡 带,动力应来自东部。鄂尔多斯盆地北缘,早中侏罗 纪断陷盆地 石拐子盆地发生强烈褶皱变形,前寒 武系岩石逆冲在侏罗纪地层之上,挤压方向为近南 北向。内蒙地轴的南缘边界断裂向南逆冲,在其前 缘形成规模不等的类前陆盆地,沉积了巨厚的砂砾 岩地层土城子组砾岩层,何政军等,1998。大青山 一带发现大型的推覆构造,表明阴山造山带在晚侏 罗世发生强烈的挤压复活 Zheng et al. , 1998。 鄂尔多斯盆地由地块周缘向地块中央多向挤压 变形格局,是中国大陆晚侏罗世变形的典型构造样 式,这种周缘挤压变形样式也出现在四川盆地,形成 时代大致同时,即晚侏罗世初期～160Ma。由于 在东亚各板块汇聚过程中,一些中间小的刚性地块 周边较软的褶皱带向中央挤压,结果造成在巨型汇 聚系统下产生若干次级汇聚中心的格局。而且,这 种机制使前侏罗纪的稳定地块反转成侏罗纪 白垩 纪盆地,成为中国大型含油气盆地形成的机理,即 在侏罗纪多向挤压背景下稳定地块薄层盖层或剥 蚀区周边的软弱的凹陷沉积层系向中央地块超覆、 冲断和堆积。 1. 4 华南 胶东 辽东地区侏罗纪左行走滑2逆冲 构造 在华北地块东缘中国东部沿海,甚至东亚太平 洋带发育了一系列大型的左行走滑断裂带,如日本 中央构造线 台东平移断裂带、 中央锡霍特哈林 澳川 南澳平移断裂带、 郯城 庐江平移断裂带、 大 兴安岭 太行山 武陵山平移断裂带。这些北北东 向巨型断裂带在中晚侏罗世发生左旋走滑和逆冲活 动戚建中等,2000 ,形成时代由西向东呈逐步变新 的趋势,代表了太平洋或伊泽奈崎洋板块向亚洲板 块持续俯冲 挤压的构造样式。东南沿海地区同时 发育晚侏罗世的推覆构造,指示了南东 北西向的 挤压,中侏罗世地层卷入构造,并被早白垩世的火山 岩覆盖,在浙江、 福建和广东沿海广为分布关玉祥 等,1994 ,郑志强等,2000 ,黄昌旗等,2001。在大别 山 苏鲁三叠纪超高压碰撞造山带内往往发育 130 ～160 方向的线理构造,线理矿物的年龄大致 在170～150Ma Hacker et al. , 2000 ,这组线理在 辽东半岛也可见到王宗秀等,2000 ,与东南沿海推 覆NW2SE向方向近于平行。李三忠等2004在辽 东发现160Ma的 “S” 型重熔花岗岩,推测是太平 洋板块俯冲的最早记录。杨进辉等2004报道了辽 东丹东侏罗纪花岗岩的变形年龄,产于158Ma片麻 状花岗岩中向北西逆冲的构造其40Ar/ 39 Ar年龄为 143Ma。Zhu等2005 , Wang 2006在大别山东 缘和肥东 张八岭地区发现大型基底走滑韧性剪切 带,其中超糜棱岩中的白云母、 多硅白云母、 角闪石 等单矿物的40Ar/ 39Ar 测年,获得了晚侏罗世160～ 143 Ma变形时代。这些可能是典型的晚侏罗世挤 压逆冲和剪切变形的记录。 2 晚侏罗世东亚大陆汇聚板块构造体 系 1西伯利亚板块向南运动与蒙古 鄂克斯霍 洋关闭。西伯利亚陆块与华北和蒙古联合古亚洲 构造带地块发生对接及蒙古 鄂霍茨克洋消失的 时间发生在晚侏罗世,并有三叠纪 中侏罗世海相 地层在鄂霍茨克洋的发现及其它地质等证据证明 Enkin et al. , 1992 ; Zhao et al. , 1992 , Nie and Rowley , 1994。一般认为,侏罗纪 早白垩世时期 西伯利亚和华北 蒙古板块之间的蒙古 鄂霍次克 海的闭合及碰撞是从西向东逐步发展的 Yin and Nie , 1996 , Yang et al. ,1998。但是,古地磁研究 认为,西伯利亚板块与华北 蒙古板块之间的鄂霍 茨克洋在晚侏罗纪时期尚有1000 km距离,直到早 白垩世130 Ma两者的古磁极才趋于一致,而且证 明侏罗纪以来西伯利亚板块是向南运动,最后与华 北 蒙古板块碰撞 Enkin et al. ,1992 ; Gilder and Courtillot ,1997。 2太平洋板块向西俯冲消减与东亚大陆陆缘 构造体系。日本或东亚的大陆边缘发现了中侏罗世 连续的含反射虫复理石的增生楔,而从前推测的三 叠纪增生楔并没有证据,从而证实了太平洋板块的 俯冲时间不会早于中侏罗世水谷伸治郎等,1989 ; Maruyama et al. , 1989 , 1997 ;Isozaki , 1997 ,研究 揭示太平洋板块曾在140～80Ma之间以大于 200mm/ a的速度和较低的角度快速俯冲。地球物 理探测证明太平洋或伊泽奈崎洋板块向东亚俯冲的 时间为晚侏罗世,地震层析成像技术在壳幔边界上 追踪到晚侏罗纪洋壳沉没的高速堆集体Van der 2541 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第11期 董树文等中国侏罗纪构造变革与燕山运动新诠释 voo et al. , 1999 ;Richards , 1999。太平洋洋底磁 条带仍证实其最老的年代为晚侏罗世Wallick et al. ,1992。古太平洋板块从中 晚侏罗世开始向 亚洲板块俯冲,直接导致了东亚晚侏罗世大陆内部 的广泛变形和陆内造山张岳桥等,本期。 3印度板块向北运动与印度洋开启。特提斯 洋向亚洲大陆俯冲时间的记录也是在晚侏罗世。印 度板块脱离澳大利亚等冈瓦纳古陆的时间和特提斯 洋反时针旋转关闭的启始点、 拉萨地块和几梅里地 块群与亚洲大陆拼贴等构造过程都是同步的165～ 150Ma 图 2 。印度洋拖拉着印度陆块最终与亚 洲大陆碰撞 50 10Ma Chang , 1986 ;Leader et al. , 1988 ; Yin et al. , 1996。 3 燕山运动的新诠释 燕山运动的概念最先由翁文灏在东京泛太平 洋科学大会上提出Wong ,1927 ,1929年他详细 地阐述并明确定义Wong ,1929 ,将华北燕山运 动分为A、B两幕,分别与北美西部的侏罗纪和拉 拉米运动对比,燕山运动B幕以强烈的褶皱和冲 断层为特征。并明确指出,秦岭、 北淮阳、 大青山、 甚至华南,特别是东南沿海都发生燕山运动。如 前所述,几十年来,燕山运动的概念在我国广泛地 应用,并在构造运动波及范围、 精细过程与定年和 动力学起因等方面不断发展和进步。显然,也存 在许多、 甚至根本性的分歧。对此提出本文的观 点,以供讨论。 3. 1 燕山运动主幕主要发生在晚侏罗世1655～ 136 Ma 燕山运动主幕主要发生在晚侏罗世 165 5～ 136 Ma ,其起始点位于燕山地区髫髻山组火山岩 和九龙山砾岩下的角度不整合,而在缺失髫髻山组 和九龙山组的地区,以后城子组砾岩层与下伏地层 的不整合为界,与翁文灏定义的燕山运动原义一致。 根据国际地科联地层委员会公布的最新地层年代表 Gradstein ,2004 ,侏罗纪与白垩纪界限在145 Ma , 晚侏罗世底限161Ma。髫髻山组火山岩底部的时 代为158～160Ma赵越等,2002 ;刘建等,2006 ,属 于晚侏罗世。但是富含燕辽生物群的髫髻山组火山 岩时代约165Ma 季强等,2004。据此,早 中侏 罗世的地质作用范畴原则上应划为 “印支运动”,作 为三叠纪大陆碰撞的后续影响,这与地质实际是符 合的。我国东部几乎所有的早中侏罗世地层或盆地 都是近东西方向展布的,而真正北东方向的盆地出 现是晚侏罗世,这不仅在燕山地区,而且包括大别山 前后陆,大巴山前陆均如此。当然,构造运动的萌动 时间要稍早一些,很可能启动于中侏罗世晚期,但作 为一个大区域甚至全球意义的构造运动,有必要明 确其顶底界限和上下时限,以便对比。本文将 “燕山 运动” 底界时间定为1655 Ma ,顶界时间为83 Ma。同样,燕山运动的上限也存在争论,本文考虑 到一个特殊的地质现象,即地球磁场的磁宁静期的 时限大致为120～83Ma ,尽管对这种现象还没有很 好的地质解释Zhu et al. , 2002 ,但是,这种磁异 常发生在早白垩世华北岩石圈垮塌减薄之后,并叠 合在西太平洋地域,不能不将二者进行联系。假设, 此白垩纪磁宁静与岩石圈垮塌减薄有关,那么,将它 们作为一个构造事件来考虑可能是合理的。83Ma 后磁宁静的消失,核幔边界的重新活跃定会导致另 一个重大的地质事件。另外,考虑到华南沿海地区 最新岩浆侵入和火山喷发的测年数据,将83Ma作 为燕山旋回的上限,其后进入到喜玛拉雅运动表 1 。 3. 2 燕山运动分期及其构造含义 本文将燕山运动分为3个时期燕山运动主幕 强挤压陆内造山期1655Ma～136Ma ,主伸展 垮塌与岩石圈减薄期 135 ～100Ma ,燕山运动晚幕 弱挤压变形期 100 ～83Ma 表 2 。 1强挤压陆内造山期 165 5 Ma～136 Ma 这是传统意义上的燕山运动主变形时期。由 于来自东侧太平洋板块、 北侧蒙古 鄂霍次克海、 南 西拉萨地块和特提斯洋向东亚大陆的多向汇聚,形 成以华北地块为中心的汇聚构造运动样式和多向挤 压变形统一的汇聚构造体系。西伯利亚板块侏罗纪 的持续南向运动使陆块之间的强烈缩短造成近东西 向的陆内强烈变形,形成远离板块边缘的造山带和 相伴的褶皱 冲断带。这个时期的特征是前中侏罗 统地层褶皱和160～140Ma的逆冲推覆构造,燕山 地区出现艾迪克岩型髫髻山火山岩系和九龙山砾岩 下的不整合为底界,代表了地壳增厚的产物。中晚 侏罗世濒太平洋俯冲作用加强在东亚边缘形成巨型 左型走滑断裂系统。 2主伸展垮塌与岩石圈减薄期 135 ～100 Ma 由于中晚侏罗世板块汇聚和多向挤压变形和 陆内造山导致中国东部地壳岩石圈增厚,特别是华 北地块地壳大幅度增厚,从而诱发了以华北为中心 的岩石圈垮塌减薄和克拉通破坏,大规模的软流圈 地幔上涌发生的底板垫托作用引发了巨量的岩浆侵 3541 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 地 质 学 报2007年 入和火山喷发,伴随着大范围的区域巨量金属堆积 成矿作用。这个构造作用时期应是燕山运动主变形 时期地壳岩石圈增厚的后效,其深部过程深刻地影 响了表层环境,在地表堆积了约6106km3体积的 表1 华北地区侏罗纪地层单元对比与主要构造事件划分 Table 1 Stratigraphic correlation of Jurassic units and division of the major tectonic events in North China 表2 中国东部中生代构造体制重大转换与燕山运动分期 Table 2 Change of Mesozoic tectonic regimes in East China and division of the Yanshan Movement 4541 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第11期 董树文等中国侏罗纪构造变革与燕山运动新诠释 火山岩陶奎元等,1999 ,热河生物群由繁盛转为几 乎灭绝季强等,2004 ,东亚高原隆升张旗等, 2001等。地质上以覆盖中国东部的 130～100 Ma 的火山岩和135～110 Ma的岩浆作用和大规模成 矿作用为特征,底部常有底砾岩。 3弱挤压变形期100～83 Ma 早白垩世末 期至晚白垩世中期,华北地区构造应力机制以NW2 SE向挤压为主,这期挤压应力场使早期形成的伸展 断陷盆地发生不同程度的构造反转,也使中国东部 郯庐断裂系发生左旋走滑活动 Zhang et al. , 2003。这期挤压应力场是对主伸展垮塌期构造应 力场的调整,区域动力主要受控于古太平洋向亚洲 大陆俯冲板块的边界应力场。 3. 3 燕山运动是周邻板块汇聚作用引起的陆内变 形和陆内造山 虽然翁文灏先生并没有明确 “燕山运动” 发生的 动力学背景,但他清晰地指出 “燕山运动” 的A、B两 幕与北美的侏罗纪和拉拉米运动可以对比。拉拉米 运动Laramide revolution或拉拉米 哥伦比亚运 动Laramide2Columbian Orogeny是 指 法 拉 隆 Farallon板块向北美板块之下俯冲产生的构造作 用。本文将“燕山运动” 定义为周邻板块向亚洲大 陆汇聚引起的广泛的多向陆内造山与陆内变形表 2 ,图 2 。众所周知,中国东部自中三叠纪后,随着 华北与华南、 华北与蒙古陆块的碰撞缝合,其间的特 提斯海洋关闭,形成古中国大陆,古亚洲大陆雏形也 基本出现。中侏罗世后进入到陆内变形和陆内造山 作用阶段。晚侏罗世陆内造山作用在全球构造演化 中具有重要的地位,其中远离板块边界的大型推覆 构造和强烈变形是周邻板块汇聚产生的远程效应, 而中国东部早白垩世大规模的岩石圈伸展减薄和古 老克拉通破坏更是陆内俯冲与陆内造山之后的直接 结果。这一系列构造概念的相继提出,极大地丰富 了构造地质学理论和大陆动力学理论,“燕山运动” 作为陆内造山的典型记录,成为中国地质学家对世 界地质科学理论贡献的经典。 3. 4 燕山运动是板块多向汇聚而不是太平洋板块 单向作用的结果 近年的构造地质研究表明,中晚侏罗世中国东 部甚至东亚大陆不仅处于太平洋板块俯冲边界动力 系统的控制,同时受控于来自北部的西伯利亚板块 与古亚洲构造带沿蒙古 鄂霍次克洋汇聚碰撞产生 的远程构造作用,还有来自拉萨地块与羌塘地块的 碰撞产生的来自西南方向的挤压,构成中晚侏罗世 多向挤压汇聚的板块动力学格局图 3 。这在华北 地块的南部大别山、 大巴山地区、 东侧的沿海地区、 北面的阴山 大青山、 中蒙边界和燕山地区的各种 方向的侏罗纪变形带和造山带及其运动学得以证 实。其中以鄂尔多斯盆地周缘的晚侏罗世多向挤压 变形最为典型图 1 张岳桥等,2007。实际上翁 文灏1929在阐述中国东部中生代造山运动时,已 经注意到侏罗纪构造的不同方向,在他的图1中,至 少标注了挤压方向由南北向、 南东向、 东西向、 和北 西 向。Yin等 1996 ,董 树 文 等 2000 , Ratschbacher等2000、Davis等2001、Zhai等 2004、 张岳桥等2007已经从不同侧面讨论了这 个问题。多向挤压汇聚的动力学分析与以往将 “燕 山运动” 仅仅是太平洋板块作用的观点相比,可能更 全面揭示了 “燕山运动” 的板块动力学内涵和它的全 球构造意义,从而更加合理地解释了发育在东亚大 陆各个不同方向的晚侏罗世陆内变形和构造体系, 并从逻辑和机制上将东亚中新生代构造演化有机地 联系起来,特别是将东亚东部构造与西部构造联系 起来,也能探试性地考虑新生代印度板块向北漂移 的动因以及喜马拉雅碰撞造山的原因。如果从全球 的视野着眼,中晚侏罗世东亚板块汇聚可能造成太 平洋中脊的拉开、 特提斯大洋关闭和印度洋扩张等。 4 与燕山运动相关的重大地质问题的 解疑 4. 1 中国东部岩石圈减薄是燕山运动而不是印支 运动的后效 中国东部发现软流圈地幔与地壳直接接触吴 福元等,2000 ,原岩石圈地幔在白垩纪发生拆沉而 消失。软流圈地幔与地壳直接接触的动力学效应是 产生强烈的岩浆底板垫托作用及伴随地壳深部的高 温作用和部分熔融,导致巨量的岩浆侵位和爆发、 壳 幔物质的强烈交换和大规模流体作用,形成大面积 和突发性的成矿作用。有关中国东部岩石圈减薄主 要发生在早白垩世的认识基本趋于一致,但是,早白 垩世岩石圈减薄是三叠纪大陆碰撞造山的后效还是 侏罗纪陆内造山的后效,存在严重的分歧。例如,认 为是三叠纪碰撞后效的观点,将大别山 苏鲁超高 压造山带内的130Ma左右的花岗岩划为大陆深俯 冲的后造山产物Li et al. , 1997 ; Hacker et al. , 2000 ;郭敬辉等,2005 ;而作为晚侏罗世造山后效 观点则将早白垩世花岗岩作为侏罗纪后造山伸展阶 段的产物董树文等,2005。由于晚侏罗世的陆内 5541 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 地 质 学 报2007年 图2 东亚中晚侏罗世板块多向汇聚作用与变形型式 Fig. 2 Middle to Late Jurassic multi2directed convergence of plates in East Asia and its deation pattern 图3 东亚大陆侏罗纪板块汇聚作用与早白垩世岩石圈拆沉减薄机制示意图 Fig. 3 Schech map showing Jurasic plate convergence of the East Asian continents and thinning mechanism of Early Cretaceous lithospheric delamination 6541 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第11期 董树文等中国侏罗纪构造变革与燕山运动新诠释 造山将导致地壳或岩石圈的增厚,而且因围绕华北 地块的多向汇聚可能形成华北地块岩石圈和地壳的 巨大增厚,所以随后发生岩石圈垮塌并引发底侵作 用和大规模岩浆活动是必然的,属于燕山运动的后 效。 4. 2 侏罗纪燕辽生物群与白垩纪热河生物群更替 的大地构造背景 中侏罗世早期,我国北方东部地区仍处于岩石 圈伸展、 内陆盆地发育的阶段,同时出现了一个具有 东亚特色的陆生生物群 燕辽生物群季强等, 2004。盆地发育初期,冀北 辽西地区主要发育了 一套以砾岩、 砂岩为主的沉积九龙山组或海房沟 组 , 化石稀少,属种单调,常见者有L iaotherium gracilis 哺乳动物 ; L iaosteus hongi 鱼 类 ; Karataviellachinesis ,Sinopsocusoligovenus , Rhipidoblattina hebeiensis , Mesoneta antiqua 昆 虫 , Euestheria haif anggouensis 叶肢介以及少 量植物化石,代表了燕辽生物群发育的初始阶段。 随着盆地的发育,分布面积不断扩大,该区主要发育 了一套火山 沉积建造髫髻山组或蓝旗组。火山 岩以中基性岩类为主,如安山岩、 安山玄武岩、 玄武 安山岩、 粗安岩等。沉积岩主要为一套浅灰色薄层 凝灰岩、 凝灰质泥岩、 页岩和粉砂岩,产出丰富多彩 的各 门 类 化 石,如Jeholotritonparadoxus和 Chunerpetontianyiensis蝾 螈 ; Jeholopterus ningchengensis和Pterorhynchus wellnhof eri 翼 龙 ; Scansorioptery x heilmanni和 Pedopenna daohugouensis 手 盗 龙 类 ; Mesobaetis sibirica , Mesoneta antique , Rhipidoblattina Canaliblatta hebeiensis,B runneushaif anggouensis , Palaeontinodeshaif anggouensis等昆 虫 ; Euestheria ziliujingensis ,E.haif anggouensis, E. jingyuanensis和E.luanpingensis 叶肢介 ; Cladophlebis Osmunda sp. ,A nomozamites angulatus , A. Trymia sp. ,Cycadolepis sp. , Ginkgoitessp. ,Pityospermussp. ,Pityocladus sp. ,Zamitesgigas ,Yanliaoiasinensis和 Coniopteris burejensis等植物 , 代表了燕辽生物 群发育的辐射 繁盛阶段王武力等,1987 ;任东等, 1995 ;Ren et al. ,2002 ;Liu et al. ,2004 ;季强等, 2005。推测当时冀北 辽西地区应是温暖、 湿润的 环境条件。大约从晚侏罗世早期160Ma开始至早 白垩世早期136Ma ,冀北 辽西地区受到了多向 的强烈挤压,岩石圈增厚、 抬升,形成高山,正是这次 强烈的构造运动使得冀北 辽西地区气候环境条件 发生了重大变化,由原来的温暖、 湿润的环境条件变 为干燥、 阴冷的