科学研究

刘俊来:大陆伸展与岩石圈不均匀减薄:华北东部早白垩世胶-辽伸展构造省【GSA Bulletin,2021】
2021-01-11 阅读:38695

大陆岩石圈作为大陆板块的主体在克拉通化之后何如演化、再造与保存,是板块构造登陆和发展板块构造理论的前缘方向。开展基于大陆地壳变形与对应地幔过程研究,阐明陆缘或深部动力作用下大陆岩石圈的改造,成为揭示大陆演化与再造的关键突破口。华北克拉通及邻区早白垩世岩石圈伸展与再造为认识和理解大陆构造过程提供了天然实验室。我校“岩石圈构造”求真研究群体刘俊来教授及其团队选择胶东-辽东早白垩世构造-岩浆活动为研究对象,尤其侧重伸展构造发育及其深部过程制约关系研究,探索大陆伸展与岩石圈改造的机理。取得了以下创新性成果:

1. 胶东、辽东早白垩世伸展构造省发育了具有不同特点的两阶段构造伸展构造组合、沉积组合和岩浆岩组合(图1,图2)。在辽东地区,宽裂谷组合中小型断陷盆地、拆离断层和变质核杂岩遍布整个地区,伸展断陷盆地底部主体为大于120 Ma的火山岩组合被上部沉积岩所覆盖,盆地发育伴随着125±5 Ma的巨量花岗质岩石就位。在胶东地区,三个变质核杂岩(五莲、玲珑和鹊山)围限着巨型胶莱盆地这样一个窄裂谷构造,盆地下部发育巨厚的莱阳群沉积岩系(135-122 Ma)被青山组巨量火山岩(<122 Ma)覆盖。

2. 胶东地区伸展作用从约135 Ma开始,伴随着五莲变质核杂岩下盘的快速剥露,并于120 Ma停止了伸展拆离;辽东地区同期开始的伸展作用持续至约105 Ma,期间辽南变质核杂岩在120 Ma之前缓慢剥露,而在此后伴随持续的伸展作用发生快速剥露(图3)。

3. 胶东、辽东伸展构造省早白垩世岩浆源区具有显著差异的源区及变化规律。辽东伸展省的岩浆活动来源于古老下地壳、富集地幔物质加入以及年轻的新生下地壳,从早到晚具有显著的源区演化趋势。而胶东伸展省的岩浆则来源于多样的、混染的岩浆源区,且在122 Ma有强烈的幔源源区岩浆活动(图4)。

4. 被动裂谷作用主导华北克拉通乃至东亚早白垩世岩石圈伸展,岩石圈壳-幔拆离(Parallel Extension Tectonics)造成华北克拉通岩石圈减薄与破坏(图5)。开始于135 Ma的克拉通拆离断层作用在地壳和岩石圈地幔都很普遍。在具有较弱岩石圈的辽东伸展构造省,宽裂谷作用导致地壳独自拆离,被塑性伸展拆离的岩石圈地幔可能导致软流圈上涌和壳幔边界玄武质岩浆的底辟上涌,形成一个构造-岩浆带。胶东高强度的冷岩石圈在早期中上地壳出现局部拆离断层作用,晚期发生深部的垮塌诱发大规模岩浆活动。


图1 胶东-辽东伸展构造省构造简图,注意胶东地区大型断陷盆地与< 122Ma花岗岩与火山岩大规模发育、辽东地区遍布式断陷盆地群及大于120 Ma的大规模花岗岩


图2 胶辽地区盆地火山-沉积序列与火山岩年龄分布  


图3 胶辽巨型岩浆活动年代与冷却历史



图4 胶辽地区早白垩世火山-沉积盆地火山岩Sr-Nd同位素变化规律图


图5 华北克拉通胶东-辽东伸展构造省两阶段岩石圈伸展、拆离与构造-岩浆活动


上述研究成果发表在构造地质学国际权威刊物《Bulletin of Geological Society of America》上:Liu, JL., Ji, M., Ni, JL., Shen, L., Zheng, YY., Chen, XY., Craddock, JP., 2021. Inhomogeneous thinning of a cratonic lithospheric keel by tectonic extension: The Early Cretaceous Jiaodong Peninsula–Liaodong Peninsula extensional provinces, eastern North China craton. GSA Bulletin, 133(1-2): 159-176. Doi: 10.1130/B35470.1.

全文链接:https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/gsabulletin/article/133/1-2/159/586181/Inhomogeneous-thinning-of-a-cratonic-lithospheric




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