中國(guó)地處歐亞大陸東南緣、印度板塊和太平洋(菲律賓)板塊交匯位置(圖1),地表起伏巨大,經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化過(guò)程,是地球上地質(zhì)構(gòu)造最復(fù)雜的地區(qū)之一。區(qū)內(nèi)青藏高原被稱為世界屋脊,喜馬拉雅山脈中珠穆朗瑪峰全球海拔最高,同時(shí)全球海拔最低點(diǎn)也十分靠近中國(guó)大陸(陸上海拔最低貝加爾湖,海底海拔最低馬里亞納海溝)。中國(guó)大陸同時(shí)又受世界兩大地震帶(環(huán)太平洋地震帶和地中海-喜馬拉雅地震帶)影響,地震等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)(最近如2008年8.0級(jí)四川大地震和2010年7.2級(jí)玉樹(shù)地震)。中國(guó)大陸板塊內(nèi)部構(gòu)造變形復(fù)雜,使之成為世界著名的板內(nèi)構(gòu)造和大陸動(dòng)力學(xué)研究的熱點(diǎn)地區(qū)之一。另外,西北太平洋板塊在東亞(以及東南亞)地區(qū)的深俯沖作用,形成了世界上最典型的溝-弧-盆(trend-arc-basin)體系,是研究火山活動(dòng)、板塊俯沖、中深源地震等極好的地區(qū)。因此,了解和認(rèn)識(shí)現(xiàn)今中國(guó)大地構(gòu)造格局,具有重要的意義。
圖1. 中國(guó)及臨區(qū)主要的構(gòu)造單元(Zhao et al.,2011). 說(shuō)明:彩色指示地形的起伏變化,白線指示板塊邊界,灰色線指示大斷裂以及區(qū)內(nèi)主要的構(gòu)造板塊邊界,黑色三角指示主要的火山。相類似的圖如下圖(Huang and Zhao,2006)
常用術(shù)語(yǔ):
臨區(qū)板塊:Pacific Plate 太平洋板塊 Philippine Sea Plate 菲律賓板塊 Indian Plate 印度板塊 Kazak Shield 哈薩克地盾 West Siberia Plain 西西伯利亞平原 Sino-Korean Craton 中朝板塊 North China Craton(NCC) 華北克拉通 Yangtze (para-)Platform(Block) 揚(yáng)子(準(zhǔn))地臺(tái)(板塊) Cathaysia Block 華夏板塊(注:對(duì)于華夏板塊的認(rèn)識(shí)目前比較有爭(zhēng)議,這里暫且以“華夏板塊”稱呼)
臨區(qū)海洋:the Pacific (ocean) 太平洋 Sea of Okhotsk 鄂霍次克海 Japan Sea 日本海 Bohai Bay 渤海灣 Yellow Sea 黃海 East China Sea 東海 South China Sea 南海
平原盆地:North China (rift)Basin(HBB) 華北(裂谷)盆地(平原) Sichuan Basin 四川盆地 Jungger Basin 準(zhǔn)葛爾盆地 Tarim Basin 塔里木盆地 Qiadam Basin柴達(dá)木盆地 Ordos Basin 鄂爾多斯盆地
山脈(系):Himalaya Mountains 喜馬拉雅山 Pamir 帕米爾 Tian Shan 天山 Kunlun Mountains 昆侖山 Altay Mountains 阿爾泰山 Qilian Mountains 祁連山 Qinling-Dabie-Sulu Orogens 秦嶺-大別-蘇魯造山帶
青藏高原:Himalaya Block 喜馬拉雅地塊 Lhasa Block 拉薩地塊 Qiangtang Block 羌塘地塊 Songpan Ganzi Fold Belt 松潘甘孜褶皺帶
火山活動(dòng):Japan islands 日本諸島 Wudalianchi 五大連池 Changbai Mountains 長(zhǎng)白山 Tengchong 騰沖
中國(guó)大陸主要包括三大板塊/克拉通(中朝、塔里木、揚(yáng)子)以及三大構(gòu)造域(特提斯、古亞洲、環(huán)太平洋),這是對(duì)中國(guó)大地構(gòu)造格局的總體概括。
中國(guó)東部(Eastern China)
這里中國(guó)東部地區(qū)主要包括了東北地區(qū)、華北大部分地區(qū)、山東江蘇部分江淮地區(qū)等。之所以將東北地區(qū)也劃入中國(guó)東部考慮是因?yàn)闁|北及華北地區(qū)在地球物理上(上地幔結(jié)構(gòu))均受西北太平洋的俯沖影響。
圖2. 東北地區(qū)主要構(gòu)造單元(Li and Niu,2010)
東北地區(qū)以東北平原(松遼盆地)斷陷盆地為主要特征,板內(nèi)有火山活動(dòng)(五大連池和長(zhǎng)白山地區(qū)),西北為近NS走向的大興安嶺-太行山北段,屬興-蒙造山帶的一部分。東北地區(qū)總體上構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不是十分劇烈,這里不作詳述。
圖3&4. 華北克拉通主要構(gòu)造單元(兩圖分別來(lái)自Chen et al.,2009和An et al.,2009)
華北克拉通(North China Craton,NCC)
華北克拉通(中朝板塊中國(guó)境內(nèi)部分)是世界上最古老的克拉通之一,保存有38億年的基底巖石。NCC經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng),分為三部分:西部鄂爾多斯地塊,是一古生代-中生代盆地;中間過(guò)渡區(qū)(Trans-North China Orogen);東部華北地塊,變形微弱。西部地塊(West Block, WB)相對(duì)較為穩(wěn)定,內(nèi)有銀川-河套裂谷系(Yinchuan-Hetao rift system)發(fā)育,北部陰山,南部靠近黃土高原。中部過(guò)渡區(qū)內(nèi)發(fā)育NNE太行山和呂梁山,陜西-山西裂谷系以及汾渭地塹縱貫其中,東北燕山毗鄰東部地塊。東部華北地塊(East Block)以渤海灣盆地(Bohai Bay Basin, BBB)為中心,東部NNE郯廬大斷裂穿過(guò)山東,形成大別蘇魯超高壓構(gòu)造變質(zhì)帶東段,其西為魯西隆起(uplift)。
圖5. 華北克拉通主要地質(zhì)構(gòu)造單元(Zhai and Santosh,2011)Jiaoliao Block (JL), the Qianhuai Block (QH), the Ordos Block (OR,上圖中作者表示為ER,可能是錯(cuò)誤標(biāo)記,作者注), the Jining Block (JN), the Xuchang Block (XCH), the Xuhuai Block (XH) and the Alashan Block (ALS)
大量研究表明,NCC內(nèi)各地塊在地球化學(xué)、巖石學(xué)、地球物理等方面具有較大的差差異,其中近年來(lái)最關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題是NCC巖石圈的演化,尤其是東部克拉通(有時(shí)華北克拉通NCC這一稱呼也專指東部地塊,西部稱為鄂爾多斯地塊(盆地))巖石圈減薄特別明顯,從古生代時(shí)的~200km減少到目前的大約80km,而且目前的厚度也遠(yuǎn)比中生代時(shí)減薄很多。關(guān)于NCC巖石圈減薄機(jī)制,有眾多的模型,其中較為流行的兩種模型分別是拆沉作用(delamination)和熱機(jī)械-化學(xué)侵蝕(thermomechanic and chemical erosion);另外關(guān)于巖石圈減薄的時(shí)間和幅度,也具有較大的時(shí)空差異性,難于達(dá)成一致的認(rèn)識(shí)。
華南地區(qū)(South China)
圖6. 中國(guó)大陸構(gòu)造單元簡(jiǎn)圖(Chen et al.,2010)
華南地區(qū)(板塊)主要包括揚(yáng)子板塊(克拉通,地臺(tái)等稱呼有一定的爭(zhēng)議)和華南褶皺帶,是由揚(yáng)子板塊和華夏地塊(包括華南褶皺帶和向東水下部分)拼合而成。四川盆地有時(shí)會(huì)根據(jù)具體研究的需要而被當(dāng)作獨(dú)立的單元。印支期華北板塊和揚(yáng)子板塊(華南板塊)的陸陸碰撞拼合,是一次特別重要的地質(zhì)事件,形成了秦嶺-大別-蘇魯造山帶,奠定了現(xiàn)今中國(guó)中東部構(gòu)造格局的基礎(chǔ)。揚(yáng)子板塊內(nèi)部沉積作用明顯(如西南大面積石灰?guī)r覆蓋區(qū)),構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不是很強(qiáng)烈。而華南地區(qū)(華夏地塊)的主要特點(diǎn)是大面積的巖漿巖的出露,是研究巖漿作用極好的地區(qū),晚中生代的巖漿作用被認(rèn)為與古太平洋板塊的俯沖作用有內(nèi)在的成因聯(lián)系(請(qǐng)參考南大周新民老師的研究成果等)(當(dāng)然這一問(wèn)題還需要更多的研究)。
圖7. 西南地區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)圖(Wang et al.,2010)
西南地區(qū)構(gòu)造較為復(fù)雜,地處多個(gè)板塊邊緣交匯處,這里常常被當(dāng)作印度-青藏高原碰撞形成的“擠出構(gòu)造”。東臨四川盆地、揚(yáng)子板塊和華南褶皺帶,內(nèi)部主要有松潘甘孜褶皺帶、羌塘地塊以及拉薩地塊的東南分支部構(gòu)成,西南毗鄰印度板塊和孟加拉板塊,南部是印支板塊,周圍及內(nèi)部有多條斷裂(縫合帶)發(fā)育。
西北地區(qū)(Northwest China)
圖8. 中國(guó)大陸構(gòu)造單元簡(jiǎn)圖(Li and van der Hilst, 2010)
西北地區(qū)以盆山構(gòu)造體系為特點(diǎn),東北為阿爾泰山,西北毗鄰哈薩克斯坦,內(nèi)部南北分別發(fā)育準(zhǔn)葛爾和塔里木盆地,兩者之間為天山。西部緊鄰帕米爾地區(qū),向東延伸至阿拉善地區(qū)以及祁連山區(qū),南部為青藏高原北緣昆侖山脈,昆侖山向東延伸為阿爾金山。
青藏高原(Qinghai-Tibet Plateau)
青藏高原地區(qū)受印度板塊的強(qiáng)烈快速俯沖作用,在過(guò)去的50Ma里迅速隆升形成現(xiàn)今的世界屋脊,吸引了世界范圍內(nèi)的關(guān)注。青藏高原的隆升,對(duì)中國(guó)大陸的構(gòu)造格局產(chǎn)生了極其深遠(yuǎn)的影響。但是作者學(xué)識(shí)有限,這里對(duì)于青藏高原的隆升演化過(guò)程以及相關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造的時(shí)空分布將不作討論;其內(nèi)部部分地塊以及邊界的劃分,不同學(xué)者可能也有不同的認(rèn)識(shí)。
圖9. 青藏高原地區(qū)主要構(gòu)造單元(Kind et al.,2002) MBT (Main Himalaya Thrust), MCT (Main Central Thrust), YZS (Yarlung-Zangbo suture),BNS (Bangong-Nujiang suture), JRS (Jinsha River suture), KF (Kunlun Fault), and ATF (Altyn Tagh Fault).
青藏高原北緣和塔里木盆地以阿爾金斷裂為界,東北為柴達(dá)木盆地,由北向南依次主要為松潘甘孜地塊、羌塘地塊、拉薩地塊和喜馬拉雅地塊,這些地塊之間分別以金沙江縫合帶、班公-怒江縫合帶和雅魯藏布江縫合帶為界。這些地塊內(nèi)部根據(jù)具體研究目的可能會(huì)再細(xì)分為一些微地塊,這些(微)地塊之間的邊界可能也具有一定的爭(zhēng)議,地塊和邊界(斷裂、縫合帶)的名稱也會(huì)隨之略有變化(如圖9和10)。
圖10. 青藏高原地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖(Zhou and Murphy). AKMS, Ayimaqin-Kunlun Mutztagh suture; BNS, Bangong-Nujiang suture; IYS, Indus-Yalu suture; JS, Jinsha suture; MFT, Main Frontal thrust; MBT, Main Boundary thrust; MCT, Main Central thrust; STD, South Tibet detachment; GCT, Great Counter thrust; ATF, Altyn Tagh fault; LM, lithospheric mantle.
青藏高原地區(qū)的一個(gè)突出特點(diǎn)就是具有加厚的地殼(以及巖石圈),地殼厚度達(dá)80km;相關(guān)的研究也表明青藏高原的地殼厚度在空間上也存在著一定的差異,這與印度板塊的俯沖過(guò)程可能具有一定的關(guān)系,青藏高原周緣其他板塊也會(huì)有一定的影響。另外一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題是青藏高原下地殼的流動(dòng),關(guān)于這一問(wèn)題具有較多的爭(zhēng)議,作者學(xué)識(shí)有限在此不作討論,可以參考白登海2010年Nature Geoscience文章
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