增生造山带及构造野外工作方法

增生造山带及构造研究方法王根厚中国地质大学（北京）2015年11月25日第一部分俯冲增生造山带研究阿尔泰-兴蒙造山系南天山对接带华北陆块区扬子陆块区宽坪-佛子岭对接带台东弧盆系和南海弧后洋盆印度陆块区钦杭对接带中国大地构造图1:2500000我国造山带区大于稳定克拉通区，必须强化造山带地质调查方法研究，夯实造山带地质填图基础弧后盆地地层系统岛弧-弧间盆地地层系统弧前-海沟系统海山地层系统大洋盆地地层系统裂离地块地层系统大洋盆地地层系统被动陆缘地层系统2011年Cowan,1985Festaetal.，2010Wakabayashietal.,2011Codegoneetal.,2012Wakita,2013Saitoetal.,2014A.M.C.Sengor（1993）—阿尔泰型（突厥型）造山带由宽阔的消减一增生杂岩组成，周期性向洋跃迁的岩浆弧把这些增生楔体连同洋壳碎片焊接起来。如中亚、图瓦一蒙古、我国新疆和东北，阿拉斯加和日本等。IODP和DSDP研究表明：俯冲、增生造山作用形成的俯冲杂岩由复理石和混杂堆积组成。尽管俯冲杂岩在碰撞之后经受了强烈的构造变形和变质作用，但其仍保留了一定的原始特征（如复理石的碎屑组成、地层序列、沉积构造和古生物等）和残留各种变形记录。研究这些残留地质信息如高温低压变质岩石－蓝片岩、榴辉岩可能残留有岩石发生高压变质作用之前的矿物组合和构造样式，记录着洋壳俯冲-增生的演化历史，是研究解造山带深部构造-热演化的珍贵样品。（SamanthaR.Barretal.1999）海洋地球物理勘探和深海钻探已经表明：下冲板块沉积物在增生楔变形前缘增生的复杂构造地质作用主要是“前缘增生（frontalaccretion）”、“刮削作用（offscraping）”、“底侵作用（underplating）”和“前缘构造剥蚀作用（frontaltectonicerosion）”。前缘增生和刮削作用实现增生楔侧向增长，底侵作用同时实现增生楔发生垂向和侧向生长。前缘构造剥蚀作用为前端新逆冲岩片的形成及其这些活动逆冲岩片顶部沉积盆地形成提供物源（vonHueneandLallemand,1990）。由此可见，增生楔形成过程是引起陆壳侧向和垂向生长过程(Mooreetal.,1991;vonHuenceandScholl,1993;Yeetal.,1997)，也是山脉的初始形成过程(Ohmorietal.,1997)。增生楔及其顶部盆地的形成可为消减带处陆壳生长以及造山带演化提供重要信息（Sengor,1991）。•大量研究表明，增生型造山带有以下基本地质特征•（Sengör,1991,1993；李继亮，1999，2004；Cawood,2007,2009；袁四化与潘桂棠，2009；王根厚等，2009，Xiaoetal.，2010；李光明等，2012;LiangandWangetal.,2012）：•1、发育很宽的增生杂岩带，宽度几十—几百公里，主要成分为形成于大陆边缘半深海—深海相的复理石细碎屑岩建造与大洋表壳沉积物，以及规模不等的外来岩块，这些强烈面理化的碎屑岩以基质的形式存在，包裹蛇绿岩残块及高压变质岩。•2、增生杂岩带中包括规模不等、成分复杂的（刚性）岩块，这些岩块往往具有迥异大地构造相，岛弧、洋壳、洋岛、弧前盆地等及陆块残片（包括盖层与变质基底）均有可能卷入主动大陆边缘的巨型增生系统（潘桂棠等，2008；袁四化与潘桂棠等，2009）。•3、增生造山带可以分为后退和推进类型。后退的造山带（如现代西太平洋）响应下盘俯冲区的上冲板块，进行着长期的扩展并具有弧后盆地​​的特征。推进造山带（如安第斯山脉）发展的环境中，上冲板块朝着下行板块发展，导致前陆褶皱，冲断带和地壳增厚。•4、增生杂岩带变质、变形作用强烈，但洋壳俯冲期塑性流变构造常作为其主体构造样式，发育巨型的韧性剪切带，并且可能主导了岩块的混杂就位过程（LiangandWangetal.,2012）。•5、增生杂岩带中发育有钙碱性火山岩和花岗岩带，也可能发育有同碰撞花岗岩带。造山带中增生的火成岩组合的可分为三种类型，这取决于他们是否来自海山、洋脊、或者是否与俯冲蛇绿岩有关（CostasXenophontos,2004）。。•6、遍布时空的加积造山作用代表着形成及保存各种各样矿床类型极端优越的背景。从大陆边缘或者洋内盆地背景下活跃的岩浆弧，到发展成各种各样的弧壳环境，例如大陆边缘变形和剥落作用的前弧和后弧。近年来，有关“俯冲－增生造山作用”正成为造山带研究的前沿或热点，尤其是海山、岛弧、海底高原和外来地质体（allochthones）等的俯冲、增生作为造山带形成的重要机制已深受地质学家的关注和研究。第二部分造山带区域地质调查技术思考（SamanthaR.Barretal.1999）一、俯冲增生杂岩的表现宏观特征板块俯冲形成的增生－杂岩带蛇绿岩就位机制就位方式不同变形样式构造组合形态变质程度不同板块俯冲形成的增生－杂岩带物质组成岩块洋壳残片基质深水细碎屑沉积岩块改造而成的细粒物及构造岩外来岩块台地相岩块斜坡相岩块基底岩块构造组成增生杂岩带内部俯冲期构造(残留构造)边界断裂韧性剪切带（糜棱岩）脆性断裂（碎裂岩）隆升走滑构造（叠加改造构造）脆性断裂等厚褶皱非透入性劈理碰撞期构造（主体构造）挤压增生岩块及韧性断层蛇绿岩变形构造（韧性边界）逆冲推覆构造岩片（多为相邻陆缘浅海沉积）俯冲-增生杂岩特征变质杂岩系形成过程明显的“集成性”。“集成性”主要表现为：(1)岩系内部的等时介面往往受到复杂的构造置换，难以在宏观填图尺度上加以追索；(2)杂岩系所涉及的整体时空范畴往往是“单向有限”的，类似数学上的“半序空间”，也就是说，杂岩系通常有比较确切的时代上限，而其时代下限往往是不确切的，它取决于杂岩系组构所“集入”的原始成岩空间。杂岩系时空范畴类似一个“奇异吸引子”，其内部信息必然是“混沌有序”，并具有“分形”的特点。雪水河增生杂岩构造样式及变形变质序列B处前两期构造特征及其叠加关系C处M1D1灰岩构造变形特征蓝岭地区增生杂岩构造样式及变形变质序列蓝岭构造置换样式的自然剖面A处大理岩的构造变形特征大理岩紧闭褶皱的转折端大理岩的构造石香肠B处大理岩的构造变形特征C处大理岩的构造变形特征俯冲－增生杂岩石无论在平面上还是剖面上都为“透镜状”，变形分解的作用明显，可划分为三个区域：核部无应变区，托尾共轴收缩变形区，边缘单剪变形的强面理化带。俯冲－增生杂岩带的填图以“基质”和“岩块”为基本填图单位，客观填绘增生杂岩带的物质组成，通过详细的构造几何学、运动学调查研究查明变形-变质序列，在此基础上厘定构造环境，探讨演化过程增生造山带填图理论和方法S2S1E第一期右行剪切第二期南北向收缩第三期纵弯褶皱EXZ面XY面物性填图意义：俯冲－增生杂岩填图为构造与岩性双重填图法，不但要根据物质组成差异圈定不同地质体，而且对圈定的地质体赋予不同的属性，这对物质组成相同而属性不同的单元尤其重要。构造填图意义：物质变形样式（几何学）是俯冲－增生杂岩形成温压条件的指示，运动学组合是岩块就位过程的反映。俯冲－增生杂岩填图的理想：物性与构造变形的有机结合！√×1、正确勾绘岩块的边界2、围绕岩块添加基质构造岩花纹显微尺度、露头尺度旋转斑与基质的关系，就是岩块与基质的缩写！写实表达客观存在是填图的理想天山石炭纪蛇绿岩（据徐学义，2006修改）通过主成分分析准确把握吐鲁番盆地台北拗陷山前构造带的地层分布b)原图像a)3,5,2主成分的假彩色合成图像二、野外区域地质调查（一）收集已有资料和充分利用遥感资料通过主成分分析准确把握吐鲁番盆地台北拗陷山前构造带的地层分布b)原图像a)3,5,2主成分的假彩色合成图像二、野外区域地质调查（二）区域地质调查的程序和组织填图工作的程序简单地层区填图以传统的填图为主进行;复杂地层区（非史密斯地层区）填图的合理程序主要表现在两个方面：1、先填图后测剖面；2、先填图后在进行关键区段重点研究，建立研究区总体构造样式；填图工作的组织就复杂地层区填图地质填图而言，组织形式主要突出两个方面：1、系统学习、对填图区地质现象的统一认识2、分组、分片填图为主，交流讨论随时进行。色哇组（J1-2s）-色哇大比例尺图范围色哇组（J1-2s）-色哇大比例尺图色哇组（J1-2s）-色哇大比例尺图（三）地质路线调查工作1、地质路线的布置根据地质构造复杂程度和露头发育情况，合理布置观察路线。衡量地质路线布置是否合理，主要根据是否能达到填图比例尺所规定的研究精度，能否有效的控制和不遗漏按照填图比例尺应填出的构造地质现象和地质体。1）对于线状展布的构造以穿越为主；2）对于重要的构造现象应辅以追索。蓝片岩与大理岩构造样式(同斜褶皱)0S1N=41B0N=77max.dens.=6.90(at134/12)min.dens.=0.00Contoursat:0.60,1.20,1.80,2.40,3.00,3.60,4.20,4.80,5.40,6.00,6.60,F2C2、地质路线调查的主要内容路线地质调查涉及到岩石学、地层古生物学、构造变形、变质作用特征、接触关系和层序等方面。因此，扎实的地质基础知识是野外地质测量的关键。岩石学是基础，如沉积岩、岩浆岩、变质岩及构造增生杂岩或造山带混杂岩中，识别深海复理石建造、海山建造及超高压榴辉岩、蓝片岩等组成是基础；对于岩石地层的变质原岩、区域变质岩、动力变质岩的识别是关键。1）岩石学方面2）构造变形方面在相同的变形环境和机制下，岩层的能干性不同，其变形构造特征明显各异。如石香肠构造、褶皱样式、劈理弯曲与折射等。调查中除了认识构造变形外，更重要的是合理划分岩石地层单位。3）变质作用方面主要收集区域变质作用中变质相指相矿物或矿物的组合，了解进变质与退变质作用，特别注意变质相带界线与岩石地层与构造关系方面的野外资料，野外要区分出韧性剪切带相关的糜棱岩。4）接触关系方面接触关系包括不同级别和相同级别岩石地层单位间的接触关系，尤其构造混杂带，岩块之间的接触关系。接触关系的识别是个地质认识和地质思维的问题，要正确对待。2mChc150Ar342525505）地层层序方面3、地质剖面的测量剖面工作涉及到剖面工作阶段、选择剖面位置、解决重要的地质问题、收集各种原始资料、采集各种样品。1）确立了填图单位和第一阶段填图基础上进行；2）剖面位置选择在地质内容齐全、露头较好，尽可能解决重点问题的地段；3）剖面测制既可以分段，也可以局部追索测制；4）比例尺一般1：2000——1：5000。4、地质记录工作（建议：用传统的填图方法与数字填图结合进行野外描述、记录，加强素描）地质记录要保证其客观性，同时还要注意完整性、连续性、统一性和直观性。1）客观性：对地质现象进行具体的如实描述和测量准确；2）完整性：一是总体记录完整性、二是单项记录完整性；3）连续性：点、线、面有机结合；4）统一性：理论和指导思想统一，概念、术语和格式统一；花纹、符号、代号统一；5）直观性：地质编录要图文并茂，照片和素描必须具备。特别是构造变形要以素描为主。第三部分构造的野外工作方法国外地质填图相关要求参考书第一节不同尺度构造研究作用•全球构造：大于108cm•大型或巨型构造：106——108cm•大中型构造：104——106cm•小型构造：10-1——104cm•显微构造：10-4——10-1cm•超显微构造：小于10-4cm1．大地构造位置是前提2．区域构造背景是关键3．露头尺度构造是基础4、显微构造手段断层线理褶皱节理劈理第二节构造野外观察与测量韧性剪切带、不整合等一、面理研究与野外观察劈理顾名思义：劈：具有可劈性；理：具有面性劈理是一种能按一定方向将岩石分裂成无数薄片或薄板的平行面状构造。它发育于强烈变形的岩石里。劈理组成要素：劈理域和微劈石劈理域微劈石（一）劈理的分类劈理分类包括传统分类和劈理结构分类传统分类：流劈理、滑劈理、破劈理结构分类：根据劈理域和微劈石的特征分为连续劈理和不连续劈理两大类连续劈理：板劈理、千枚理、片理不连续