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科學研究

劉俊來:跨北太平洋早白堊世大地構造:歐亞大陸東部多階段伸展新見解【ESR,2021】
2021-05-27 閱讀:1887

大陸構造演化、再造與穩定性是當代地球科學的前沿命題,大陸在什么地方發生變形、發生怎樣的變形以及為什么會發生變形,淺表板塊相互作用與深部地幔過程的貢獻等諸多問題,成為我們理解和認識大陸演變的重要方面,也是發展板塊構造學的學科前緣方向。早白堊世時期在歐亞大陸東部發生了多階段伸展及期間較弱的收縮反轉,為認識大陸巖石圈再造與破壞提供了典型案例。

我?!皫r石圈構造”求真研究群體劉俊來教授重點以東亞早白堊世伸展構造研究對象,結合與北美西部同期構造對比分析,側重探討了早白堊世大陸巖石圈減薄與破壞特點與表現、區域變化、構造過程與動力學。取得了以下創新性成果:

1. 歐亞大陸東部與北美大陸西緣晚中生代大地構造演化具有鮮明的反差(圖1)。在歐亞大陸東部發育從晚侏羅世到早白堊世多階段伸展構造,以貝加爾湖畔到俄羅斯遠東、東北亞,從中國東北到華北、華南大于3000×3000 km的范圍內廣泛發育早白堊世多階段伸展型構造-巖漿活動性為峰期。在貝加爾、興蒙、松遼、膠遼、燕遼、大別-合肥-小秦嶺和華南伸展構造省,廣泛發育具有共性特點的伸展構造-巖漿組合,歸咎于多階段區域巖石圈伸展作用的結果。與此同時,在北美大陸西部旋回性收縮型構造-巖漿過程,依次發育Nevadan、SevierLaramide造山作用,伴隨著擠壓型弧巖漿活動、弧后擠壓組合、弧后區地表抬升及弧后前陸盆地演化,形成科迪勒拉造山帶(圖2)。

2. 歐亞大陸東部受古太平洋板塊俯沖影響可能追溯到晚三疊世晚期到早侏羅世,直到晚侏羅世時期一直具有安第斯型俯沖帶特點。從晚侏羅世(~160 Ma)開始出現回退型俯沖(Retreating subduction),持續發育陸緣收縮與陸內伸展的分化,并于約145~120 Ma達到峰期陸內伸展,隨后短暫微弱擠壓反轉后出現新一輪的巖石圈伸展(122-120 Ma之后)。此間,始于約180 Ma,北美大陸西緣Farallon板塊的前進型俯沖(advancing subduction)形成的安第斯型俯沖帶持續發展到早白堊世晚期甚至近現代。洋陸板塊會聚速率、弧后擠壓收縮及弧巖漿活動在約160 Ma達到峰期,與東亞地區回退相伴的晚侏羅世陸內伸展一致。與早白堊世早期(145~120 Ma)歐亞大陸東部區域巖石圈伸展相伴,北美大陸西緣出現巖漿寧靜期并伴隨大規模的走滑構造活動性。(圖3

3. 晚中生代(尤其是早白堊世)時期以來,跨太平洋構造系統發生了相異但統一的大地構造過程,包括古太平洋板塊與歐亞板塊間的回退型俯沖及俯沖板塊的回轉、太平洋中脊的東向遷移以及Farallon板塊與北美大陸間的前進型俯沖及俯沖板塊俯沖角度減小。暗示太平洋及大陸下伏的地幔對流系統相對于兩個大陸的東向遷移。板塊間的相互作用為陸緣構造-巖漿活動性提供了重要的動力學機制(圖3)。

4. 本文建立了雙層地幔對流模型(圖4),淺層地幔對流解釋了板塊相互作用,如洋中脊擴展、洋陸俯沖,以及洋陸會聚帶及附近的構造過程,包括俯沖板塊俯沖角度變化、溝弧系統發育與陸緣造山過程。深層地幔對流體現作為傳送帶,致使淺層地幔對流系相對東向遷移,并造成太平洋西側的回退型俯沖、東側前進型俯沖及洋脊的東向遷移,影響俯沖板塊(深達過渡帶)俯沖深度、產狀與形態變化,并為歐亞大陸東部寬域(>3000 km)陸內伸展提供動力學條件。

圖1. 跨太平洋構造格架


圖2. 歐亞東部華北、華南、東部、蒙古及貝加爾湖畔與北美大陸西緣科迪勒拉造山帶晚中生代構造-巖漿活動性對比


圖3. 晚中生代跨古太平洋(泛大洋)大地構造演化


圖4. 跨古太平洋(泛大洋)晚中生代雙層地幔對流模型


上述研究成果發表在國際權威地學刊物《Earth-Science Reviews》上:Liu, JL., Ni, JL., Chen, X.Y., Craddock, J.P., Zheng, YY., Ji, L., Hou, C.R., 2021. Early Cretaceous tectonics across the North Pacific: New insights from multiphase tectonic extension in Eastern Eurasia. Earth-Science Reviews, 217: 103552. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2021.103552. 全文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012825221000519?via%3Dihub

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