蒙古高原的地壳和上地幔构造概况.pdf
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1、第3 0卷 第4期2 0 2 3年7月地学前缘(中国地质大学(北京);北京大学)E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s(C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s(B e i j i n g);P e k i n g U n i v e r s i t y)V o l.3 0 N o.4J u l.2 0 2 3h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4
2、)收稿日期:2 0 2 3 0 4 2 0;修回日期:2 0 2 3 0 5 1 0基金项目:中国科学院学部咨询评议项目(2 0 2 2-ZW 1 1-A-0 0 2 4)作者简介:杨文采(1 9 4 2),男,教授,博士生导师,中国科学院院士,主要从事综合地球物理研究。E-m a i l:y a n g 0 0 7 z j u.e d u.c nD O I:1 0.1 3 7 4 5/j.e s f.s f.2 0 2 3.4.3 0蒙古高原的地壳和上地幔构造概况杨文采1,2,陈召曦2,石战结11.浙江大学 地球科学学院,浙江 杭州 3 1 0 0 5 82.中国地质大学(北京)地球物理与信
3、息技术学院,北京 1 0 0 0 8 3YA N G W e n c a i1,2,C H E N Z h a o x i2,S H I Z h a nji e11.S c h o o l o f E a r t h S c i e n c e s,Z h e j i a n g U n i v e r s i t y,H a n g z h o u 3 1 0 0 5 8,C h i n a2.S c h o o l of G e ophys i c s a n d I nfo r m a t i o n T e c h n o l og y,C h i n a U n i v e r s
4、i ty of G e o s c i e n c e s(B e iji ng),B e iji ng 1 0 0 0 8 3,C h i n aY A N G W e n c a i,C H E N Z h a o x i,S H I Z h a n j i e.O v e r v i e w o f t h e c r u s t a l a n d u p p e r-m a n t l e s t r u c t u r e s o f t h e M o n g o l i a n P l a t e a u.E a r t h S c i e n c e F r o n t i
5、e r s,2 0 2 3,3 0(4):2 1 8-2 2 8A b s t r a c t:G e ophys i c a l s u r v ey a n d c o mpr e h e n s i v e ge o l ogi c a l a n a lys i s s h o w t h a t t h e c r u s t a l s t r u c t u r e o f t h e M o ngo l i a n P l a t e a u i s m a i n ly f o r m e d u n d e r t h e e f f e c t s o f t e r r
6、 a n e a m a lga m a t i o n a n d c l o s u r e s o f t h e P a l e o-A s i a n a n d M o ngo l i a-O k h o t s k O c e a n s.A m o ng t h e m,t h e c l o s u r e o f t h e P a l e o-A s i a n O c e a n a f f e c t e d m a i n ly t h e w e s t a n d s o u t h o f t h e M o ngo l i a n P l a t e a u
7、,c a u s i ng t h e c r u s t a l upl i f t i n t h e A l t a i c o l l i s i o n a l o r oge n i c b e l t a n d t h e s u b s i d e n c e o f t h e U b u d s-B aya n h o ng go l c r u s t,a n d a f f e c t i ng t h e s e c o n d a ry upl i f t o f t h e H a nga i M o u n t a i n m a s s i f.I n t
8、h e e a s t o f t h e M o ngo l i a n P l a t e a u,t h e r e w a s n o s t r o ng c o l l i s i o n a t t h e c l o s i ng o f t h e a n c i e n t M o ngo l i a-O k h o t s k i O c e a n i n t h e M e s o z o i c E r a,a n d t h e up pe r a n d l o w e r A m u r m a s s i f s a n d t h e X i l i n
9、h o t l a n d b l o c k c o mpl e t e ly m e rge d t oge t h e r i n t o o n e l a n d b l o c k.T h i s ty pe o f t e r r a n e a m a lga m a t i o n i n d i c a t e d s l o w l a n d-t o-l a n d s u b d u c t i o n pl aye d a m ajo r r o l e.O f c o u r s e,s l o w l a n d-l a n d s u b d u c t i
10、o n m igh t a l s o c a u s e n u m e r o u s c r u s t a l d e f o r m a t i o n a n d m agm a i n t r u s i o n s l e a d i ng t o c o n t i n e n t a l a c c r e t i o n.T h e c l o s u r e o f t h e M o ngo l i a n-O k h o t s k O c e a n d i d n o t r e s u l t i n o b v i o u s s h o r t e n i
11、 ng a n d t h i c k e n i ng o f t h e E a r t hs c r u s t,b u t l a rge-s c a l e m a n t l e s o u r c e m agm a i n t r u s i o n s o c c u r r e d,w h i c h c a u s e d t h e c r u s t t o m e l t a n d t h e c rys t a l l i n e b e d r o c k t o c r a t o n i z e r api d ly.I n t h e up pe r m
12、 a n t l e b e n e a t h M o ngo l i a,t h e r e a r e r e s i d u a l t r a c e s o f a pl u m e r e f l e c t i ng t h e t h e r m a l f l u i d upw e l l i ng t o t h e up pe r m o s t m a n t l e.K e y w o r d s:c o n t i n e n t a l dyn a m i c s;M o ngo l i a P l a t e a u;t e r r a n e a m a
13、lga m a t i o n;c r u s t s t r u c t u r e;c o n t i n e n t a l a c c r e t i o n摘 要:地球物理调查和地质资料的综合分析表明,现今蒙古高原的地壳构造主要是由于古亚洲洋和蒙古鄂霍茨克洋两次大洋闭合和拼合造山作用形成的。其中古亚洲洋闭合作用主要发生在蒙古高原的西部和南部,造成阿尔泰碰撞造山带地壳隆升、乌布斯 巴彦洪戈尔地壳沉降,也牵连到杭爱山地块发生次级的地壳隆升。蒙古高原的东部,中生代古蒙 鄂洋封闭时没有发生强烈的碰撞,上、下阿穆尔地体和锡林浩特地体就完全拼合成陆地。这种类型的拼合造山,速度缓慢的陆 陆俯冲起主
14、要作用。当然,速度缓慢的陆 陆俯冲作用同样会造成众多的地壳变形和岩浆侵入,使大陆增生。蒙 鄂洋的闭合没有发生明显的地壳缩短加厚,而是发生大规模幔源岩浆侵入,使地壳熔解和结晶基底快速克拉通化。在蒙古下方的上地幔,有反映上地幔羽毛状热流体上涌的痕迹残留。关键词:大陆动力学;蒙古高原;拼合造山;地壳构造;大陆增生中图分类号:P 5 4 2 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 5-2 3 2 1(2 0 2 3)0 4-0 2 1 8-0 0 1 1杨文采,陈召曦,石战结/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)2 1
15、 9 h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)0 引言对于大陆动力学研究来说,显生宙地体拼合造山作用是一个与大陆增生密切相关的课题1-4。拼合造山作用最典型的地区发生在蒙古高原,从石炭纪开始,经历了3亿年5-8。T u r u t a n o v等9利用西伯利亚中部蒙古1 0、贝加尔蒙古1 1、西伯利亚东部1 2、蒙古东部1 34条地学大断面地质与地球物图1 蒙古高原地质略图(a)及蒙古高原大地构造略图(b)(图1(b)据文献1 修改)F i g.1 (a)S
16、 i m p l i f i e d g e o l o g i c a l m a p a n d(b)t e c t o n i c u n i t s(m o d i f i e d a f t e r 1)o f t h e M o n g o l i a P l a t e a u理数据,构建了俄罗斯蒙古沿线的地壳模型,主要分析了地壳构造特征。但是,拼合造山带下方岩石圈的构造是如何演变的?未能找到更多的有关该问题研究的文献。本文根据已有的地球物理数据,分析研究蒙古高原及其周边地区岩石圈的动力学作用痕迹,以及中亚造山带地体拼合造山作用的基本轮廓。1 显生宙古大洋的封闭和拼合造山蒙古高原
17、的地表地质构造已经有充分的研究,图1(a)为法国学者公布的全球地质图中研究区的地质略图;图1(b)1为多国学者编著的东北亚大地构造略图。由此可见,蒙古高原广泛分布海西燕2 2 0 杨文采,陈召曦,石战结/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2 3,3 0(4)h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)山期岩浆岩,大地构造总体上属于大陆拼合造山带,是全球显生宙大陆增生最典型的区域2-8。根据古地磁和
18、古地理资料可知,在早古生代,现今亚洲大陆的地表主要部分被古亚洲洋覆盖,它包围着几个克拉通地体8,1 4-1 5。大陆上的地体指地壳(a)泥盆纪北亚大陆块分布;(b)石炭纪北亚大洋分布;(c)中侏罗世北亚大陆块分布;(d)早白垩世北亚大陆块分布。古亚洲洋构造域地体符号:AMR阿穆尔;MO N蒙古,包括AMR 和后加拼合带;S I B西伯利亚;TM塔里木;N C B中国华北;S C B中国华南;I N C印支;S H南海苏拉威西;E U R欧洲;K A Z哈萨克斯坦。图2 根据古地磁资料恢复的中亚造山带演化图(图2(a)据文献3 修改,图2(c,d)据文献1 8 修改)F i g.2 R e c
19、o n s t r u c t e d p a l e o m a p s s h o w i n g t e r r a n e d i s t r i b u t i o n s a l o n g t h e C e n t r a l A s i a n O r o g e n i c B e l t i n t h e D e v o n i a n(a),E a r l y C a r b o n i t e r o u s(b),J u r a s s i c(c)a n d C r e t a c e o u s(d).a m o d i f i e d f r o m 3;c
20、 d m o d i f i e d f r o m 1 8.AMRAm u r;MO NM o n g o l i a;K A ZK a z a k h s t a n;S I BS i b e r i a;TMT a r i m;N C BN o r t h C h i n a;S C BS o u t h C h i n a;I N CI n d o c h i n a;S HS o u t h C h i n a S e a;E U PE u r o p e.演化过程有统一属性和结晶基底的地块。西伯利亚地体是与古亚洲洋相邻的最大的克拉通地体。哈萨克斯坦和阿穆尔地体属于是1 6亿年以前就
21、形成了统一结晶基底的地体,它们是古亚洲洋中的老陆块。在泥盆纪这些陆块的分布如图2(a)3所示。在西伯利亚西部为乌拉尔洋,西南部为萨彦岭 阿尔泰洋,它们都是古亚洲洋的一部分1 6-1 7。在西伯利亚东部与阿穆尔地体之间,蒙古 鄂霍茨克洋(以下简称为蒙 鄂洋)开始打开。到石炭纪(如图2(b)所示),蒙 鄂洋扩展并向古亚洲洋俯冲;同时南方的古特提斯洋也在扩张,古亚洲洋处在萎缩之中。二叠纪时华北、阿拉善和塔里木地体也已经碰撞连接,古亚洲洋西段已经完全闭合了,形成了天山造山带杨文采,陈召曦,石战结/地学前缘(E a r t h S c i e n c e F r o n t i e r s)2 0 2
22、3,3 0(4)2 2 1 h t t p s:/w w w.e a r t h s c i e n c e f r o n t i e r s.n e t.c n 地学前缘,2 0 2 3,3 0(4)和内蒙古索伦西拉木伦河缝合带。三叠纪古亚洲洋的完全封闭,使欧洲、西伯利亚、哈萨克斯坦、塔里木、阿拉善和华北等克拉通地体都连接起来,形成了亚欧大陆,反过来包围了蒙鄂洋1 8。古亚洲洋的封闭是蒙古高原的地壳和上地幔物质运动的第一个重大事件。但是,这时东边的蒙 鄂洋还没有闭合6-8,阿穆尔地体群顺时针旋转接近华北克拉通地体。在侏罗纪,由于华北和阿拉善等克拉通地体继续向北陆 陆俯冲,蒙古高原的岩石圈破
23、碎隆升,阿穆尔地体分裂为多个地体群。同时蒙 鄂洋逐渐萎缩(如图2(c)1 8所示)。到白垩纪蒙 鄂洋完全闭合,形成了克鲁伦河与额尔古纳河以北洼地带为标志的地体拼合带(如图2(d)1 8所示)。蒙 鄂洋的封闭是蒙古高原的地壳和上地幔物质运动的第二个重大事件。这两次大洋的封闭事件都伴随着大规模的幔源岩浆侵入,通过拼合造山作用形成了中亚造山带,造成了大陆体积的明显增生,形成了蒙古高原。与强烈碰撞形成的特提斯造山带不同,该造山带为以地体拼合作用主导的弱碰撞造山带8,多个老克拉通地体与俯冲带火山岛弧交织在一起,成为叠加的新克拉通地体,例如锡林浩特地体1 9-2 0。地震观测表明,现今蒙古鄂霍次克带仍然是
24、板内地震频繁发生的地区,说明中亚造山带虽然包含多个老克拉通地体,但是现今的岩石圈地幔在整体上还未实现克拉通化。与雄伟高穹的青藏高原相比,中亚造山带的核心区域为蒙古高原,虽然没有那么高挺雄伟,但是形成的作用周期漫长,其地壳地幔的演化过程更加复杂1 4-1 7。2 陆 陆俯冲地体拼合造山的岩石圈特征地质学的研究表明1 4,2 1-2 3,在岩石圈物质组成、形成年代信息方面,中亚造山带中出现许多元古宙基底岩石,它们分布在哈萨克斯坦地体、蒙古 图瓦地体和阿穆尔地体群。在阿穆尔地体群的东部和西南部,如布列亚和白云鄂博一带,出露的结晶基底多是高级变质岩系(角闪岩相、麻粒岩相、榴辉岩相)和花岗片麻岩,形成年
25、龄为1.8 51.0 5 G a。在新元古代 R o d i n i a 超级大陆裂解后,这些地体成为出现在古亚洲洋中的陆块。根据古地理和古地磁资料可知3,在早古生代阿穆尔地体可能位于西伯利亚克拉通的大陆边缘(图2(a)。苏联时期曾经开展过从西伯利亚到蒙古北部的深反射地震剖面调查,结果见图3(a)1 6。由此可见,现今贝加尔裂谷带南北两侧的地壳,都有大陆地体俯冲形成的俯冲带,南部的俯冲带位于蒙古国北部(在图3(b)中以AB线标明其位置)。图3(b)为卫星布格重力测量结果,表明贝加尔南的AB线俯冲带是属于负布格重力异常的低密度带。从图3(a)看,这是阿穆尔地体向北边西伯利亚地体俯冲造成的俯冲拼合
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