Structural Styles and Chronological Evidences from Dulong-Song ChayTectonic Dome: Earlier Spreading of South China Sea Basin due toLate Mesozoic to Early Cenozoic Extension of South China Block
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摘要: 南海盆地的扩张经历了早期(中生代晚期至新生代早期)和晚期(32~17Ma)2个快速阶段,但2阶段在时间上相继,在形成机制上也可能是一致的.然而由于南海盆地与周围板块侧向作用的关系复杂,对扩张机制的认识一直极具争议,新的构造分析和测年资料表明“弧后扩张”及“走滑扩张”模式均与事实有出入.对位于华南地块西南缘的都龙SongChay变质穹隆体的研究表明,在中生代至新生代时期,至少经历了2期重要的伸展构造: D1期(237~228Ma)穹隆的隆升与表露阶段,代表了印支期造山作用前的伸展构造; D2期(86~78Ma)叠加和改造阶段,并有可能始于176~146Ma,致使穹隆进一步隆升和表露.D2期构造在发育时间、伸展方向及变形方式等上既与华南地块同时期区域伸展构造特征相一致,也与南海盆地北缘早期扩张特征相一致.因此,作为华南地块的组成部分,南海盆地北缘的早期扩张也是华南中生代晚期至新生代早期伸展构造的构成部分.由此推测,南海盆地扩张的动力学机制可能主要来自于华南地块的板内变形作用,而哀牢山-红河断裂带的左行走滑作用对南海盆地新生代的扩张起到推动和加强作用.
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关键词:
- 南海盆地北缘 /
- 都龙-Song Chay变质穹隆体 /
- 华南地块 /
- 伸展构造 /
- 构造年代
Abstract: The South China Sea basin expanded firstly from Late Mesozoic to Early Cenozoic,and then at 32-17 Ma.The second stage of extension formed immediately after the first stage,and both extensions are consistent with the forming mechanism.New structural analysis and geochronological data are both inconsistent with the current models of backarc extension and extension by strike-slip fault.New data of structural styles and geochronometry in the Dulong-Song Chay metamorphic dome indicate at least two epoches of major extensional tectonics: the D2 deformation of the rising and exhumation of the dome occurred at 237-228 Ma; and the D2 deformation overprinted and re-deformed on the dome at 86-78 Ma.Of them,the D2 deformation shows a consistent forming time,extensional direction and tectonic regime amongst the Dulong-Song Chay dome,South China block and the north margin of the South China Sea basin.Regional geology shows that the north margin of the South China Sea basin belongs to the South China block.Therefore,we interpret that the Late Mesozoic to Early Cenozoic extensional tectonics occurred in the north margin of the South China Sea basin as a result of the interplate deformation of the South China block The Ailaoshan-Red River sinistral slip strengthened the Cenozoic extension in the South China Sea. -
0. 引言
对于南海盆地扩张机制及其与南海周围板块的侧向作用的关系, 特别是与新生代哀牢山-红河断裂带左行走滑作用的联系(图 1), 一直是极具争议的课题.
Fig. 1. An outline tectonic map of South China block and Indochina block研究已经证明, 在南海盆地北部中生代晚期至新生代早期及新生代均形成了陆缘张裂带(龚再升等, 1997;邹和平, 1997;李思田等, 1998;中国科学院南海海洋研究所海洋地质构造研究室, 1998).事实上, 南海盆地北部陆缘张裂开始于晚白垩世—古新世(Ru and Pigott, 1986), 南海北部含油气盆地主要形成于晚白垩世—早第三纪, 而南海中央海盆的海底扩张一般认为是发生在晚渐新世—中中新世(32~17 Ma)(Taylor and Hayes, 1980), 它们在形成时间上有明显的先后关系, 在形成机制上则具有明显的继承性和一致性.关于这些张裂带的形成机制、演化阶段和演化模式的认识虽各有不同(Karig, 1971; Taylor and Hayes, 1980; Tapponnier et al., 1982), 但这些模式都给出了一个共同特点, 即主要是考虑侧向上的板块相互作用, 并主要围绕着南海盆地中央海盆新生代的海底扩张来论述问题, 而对陆缘区, 特别是华南的构造演化与南海盆地扩张的关系考虑不足.
哀牢山-红河断裂带发生的强烈的左行走滑作用在华南、滇西三江地区和印支半岛产生不同程度和不同形式的板内变形作用, 如大规模的块体顺时针旋转、深部构造调整和伸展变形等(Tapponnier et al., 1990;Schärer et al., 1994; Leloup et al., 1995; Harrison et al., 1996; Jolivet et al., 1999; Yan et al., 2005), 并产生了巨大的板内变形量(Rangin et al., 1995a; Jolivet et al., 1999)(图 1).与此同时, 在印支半岛(Rangin et al., 1995b)和泰国境内(Lacassin et al., 1997), 还发育了与之平行的北西向左行走滑断裂, 如Song Ma、Wang Chao和Pagoda 3断裂(图 1).与北北西向左行走滑断裂系配套, 还发育了与之共轭配套的北东向右行走滑断裂系.二组共轭断裂系控制了华南、滇西南-印支半岛地区各地块新生代的边界环境, 并形成独具特色的菱形块体及伸展走滑构造和构造盆地(Roger et al., 2000; Maluskia et al., 2001; Yan et al., 2005).然而, 对于哀牢山红河断裂带左行走滑是否控制南海盆地的扩张, 以及如何控制的解释各有不同.
从构造变形及地质年代学研究出发, 多数研究结果认为是晚渐新世—早中新世哀牢山-红河断裂带左行走滑和同期活动的东越南断裂的右行走滑共同主导了南海洋盆的打开和扩张(Tapponnier et al., 1990; Jolivet et al., 1999;胥颐等, 2003).然而, 从区内片麻岩穹隆冷却史和岩石地质年代学分析表明, 哀牢山-红河断裂带左行韧性走滑形成于27~22 Ma, 其脆性变形可能持续至20~17 Ma (Leloup et al., 1995;Chung et al., 1997), 而南海洋盆的磁异常条带及新生代古地磁极研究表明, 南海洋盆打开于32~16 Ma(Taylor and Hayes, 1980, 1983; Briais et al., 1993).这些说明, 南海洋盆的扩张要早于哀牢山-红河断裂带的左行走滑, 而且在左行走滑作用停止后, 洋盆还在继续扩张(Chung et al., 1997).因此, 在时间上南海盆地的扩张也与印度板块和欧亚板块的碰撞不一致(李思田等, 1998;张进江等, 1999;邹和平, 2001), 而且, 南海北部陆缘张裂的成因也很难与大洋板块俯冲造成的“弧后扩张”相联系(邹和平, 2001).
长期以来, 对于南海盆地扩张的机制, 很少从华南地块本身的构造演化来寻找.实际上, 近年更详细的构造分析和更精确的年代学约束结果越来越多地显示, 哀牢山-红河断裂带的左行走滑作用及周边板块和太平洋板块的俯冲作用, 可能主要是对南海盆地的扩张进行了叠加和改造, 并非扩张的原动力. 因此, 从中生代末-新生代华南地块构造演化寻找突破, 是解决南海盆地早期扩张机制的关键.
本文在前人研究基础上, 通过对位于哀牢山红河断裂北侧、华南地块西南的都龙(Li and Deng, 1996)-Song Chay变质穹隆体(Roger et al., 2000; Maluskia et al., 2001)(图 2)的构造变形样式和地质年代学分析后认为, 在晚白垩世—早第三纪华南地块内部发生的近南北向的板内伸展作用, 是导致南海盆地北缘发生早期张裂作用的原动力, 随后印度板块的碰撞和楔入产生的挤出构造, 使哀牢山红河断裂带形成左行走滑, 越(南)东断裂产生右行走滑, 加剧了南海盆地的扩张, 并最终形成洋盆.
图 2 都龙变质穹隆体地质图南部完整的Song Chay变质穹隆体参见Roger et al.(2000)和Maluskia et al.(2001)Fig. 2. Geological map of Dulong metamorphidome1. 区域地质背景
以哀牢山-红河断裂带为界, 北东为华南地块, 南西为印支地块(滇西南及印支半岛)(图 1).华南地块由扬子和华夏2个块体在新元古—古生代拼合而成(Ren, 1996; Yan et al., 2003a).华南地块由震旦系至新生界扬子区稳定型沉积盖层与不整合伏于其下的前震旦纪变质基底组成, 变质基底包括中元古代昆阳群、板溪群及与其相当层位组成的褶皱基底(云南省地质矿产局, 1990; Yan et al., 2003a).中生代以后, 随着华南地块与华北地块碰撞拼合, 华南的构造和沉积发生分异而变得较为复杂. 华南中生代最显著的构造变形是印支期-燕山早期大规模的由南东向北西的推覆构造(Yan et al., 2003a), 并造成地壳加厚, 其后由于地壳调整, 在华南地块内部, 中生代末期至新生代发生区域性伸展作用, 并形成了一系列的北东-南西向伸展断陷盆地(陈跃辉等, 1996a, 1996b;舒良树等, 1998;梁新权和郭定良, 2003).
滇西南及印支半岛是由若干小地块组成, 并为一系列的走滑断层所分隔(图 1)(云南省地矿局, 1990; Arhendt et al., 1993; Fan et al., 2000; Yan et al., 2005).主要的地块包括越老地块、Khorat-Kontum地块、Uttaradit地块、Chiang MaiKachin西地块.各主要地块陆壳可能最终形成于震旦纪末-寒武纪的晚泛非运动, 基底主要由前震旦纪变质岩系组成, 主要包括变质年龄806~1 102 Ma的元古宇高黎贡山群和察隅群千枚岩、片岩系、片麻岩、混合岩系及其相当岩石.盖层发育不完整, 在区域西部的察隅—腾冲一带, 富含冈瓦纳生物群的泥盆—二叠系碎屑-碳酸盐岩夹中基性火山岩和石炭—二叠系冰海相含砾板岩假整合于下奥陶统桑曲组之上, 但在保山地区, 震旦-寒武系具浅变质特征, 而且寒武—泥盆纪沉积盖层之间呈整合渐变过渡关系, 表明陆壳基底未经剧烈的造山作用, 是一种未成熟陆壳地块体.在更东侧, 与保山地块毗邻的临沧地块澜沧群顶部南坑河组与下伏惠民组不整合接触, 且岩石组合与保山奥陶系非常相似, 表明早古生代存在保山-临沧联合地块, 并为滇缅板块的一部分.
2. 都龙-Song Chay变质穹隆体后期构造变形形迹与变质作用
都龙变质穹隆体位于哀牢山-红河断裂带与文山-麻粟坡断裂之间, 一部分分布于我国云南省, 另一部分向南延入越南境内, 名叫Song Chay穹隆体, 本文合并称之为都龙-Song Chay变质穹隆体(图 1, 2).文山-麻粟坡断裂与哀牢山-红河断裂平行延伸, 具有左行韧-脆性变形特征.都龙-Song Chay变质穹隆体平面上呈椭圆状, 东西宽度约35 km, 南北长约75 km.
都龙变质穹隆体(图 2)由2个构造单元组成, 即由前寒武纪变质基底组成的变质核及由寒武-泥盆系组成的沉积盖层, 2者为脆-韧性拆离断层分割, 拆离断层中发育S-C组构、同构造变形等(Roger et al., 2000; Maluskia et al., 2001; Yan et al., 2005)(图 3).此外, 在寒武系和泥盆系之间也发育一条规模较小的脆-韧性拆离断层, 在变质核及沉积盖层中均不同程度地发育了D1期构造变形, 包括S1构造面理和L1矿物拉伸线理.S1为S0顺层掩卧褶皱的轴面劈理或顺层韧性剪切带面理, 剪切运动指向SSE方向, 因此S1与S0总体上近于平行; L1总体上呈NW-SE方向; S1L1构造岩变质矿物组合白云母+黑云母+斜长石+石榴子石+ (角闪石)+十字石+石英, 向拆离断层及盖层变为白云母+黑云母+斜长石+绿泥石+石英, 分别代表高绿片岩相至低绿片岩相变质作用.D1构造组合表明变质穹隆体是在NW-SE向的伸展构造体制下形成的.
D2期韧-脆性构造变形明显叠加于D1期变形变质作用之上(图 2, 3), 主要包括: (1)在全区较广泛发育的NWW向的左行走滑断层; (2)在穹隆体西侧和北侧少量发育的NE向右行走滑断层; (3)仅在穹隆体东侧发育的近SN向向东陡倾的逆冲断层; (4)野外及显微构造尺度下发育明显的叠加组构(图 3);(5)低绿片岩相变质矿物组合黑云母+绿泥石+石英+方解石.其中NWW向左行走滑断层带在都龙变质穹隆体中由6条平行的断层组成, 总体呈右列排列, 普遍规模不大, 沿走向延伸仅几km至10余km; NE向断层规模则更小, 延伸一般在10 km以内.NWW向断层与NE向断右行层在都龙北西呈明显的互切关系, 表明2者为共轭断层, 其显示的主压应力方向为近EW向.因此, 近SN向的逆断层可能是在这个应力场作用下派生出来的小规模变形(图 2).
有的D2期断层显示一定的韧性变形特征.除断层面上发育了断层擦痕外, 还发育了构造面理S2和定向分布矿物线理L2, 具明显的组构叠加特征. 新生变质矿物主要是细粒黑云母和石英.擦痕和矿物线理指向为北北西-南南东向.D2期变形明显叠加于早期糜棱岩化组构之上(图 3).
新生代哀牢山-红河断裂带左行走滑作用对都龙-Song Chay变质穹隆体进行了再次强烈的构造叠加和改造(D3), 但主要表现为脆性变形特征.对这类构造的研究, 前人已经作了详细的研究和报道(Tapponnier et al., 1990; Leloup et al., 1995; Rangin et al., 1995; Li and Deng, 1996; Harrison et al., 1996; Gilley et al., 2003).
3. 地质年代学分析
3.1 样品及分析测试原理
样品DL-2为采自2条NW向走滑断层之间的新鲜花岗质片麻岩.经薄片鉴定和分析, 属正片麻岩.碎样至60目, 用常规电磁选和磁选获得纯度大于90%的锆石, 再在双目镜下进行挑纯.最终得到的锆石外表浑圆, 以长柱状或圆柱状为主, 长约100~200μm, 长/宽比约为3∶ 1.菲利普XL30SEM阴极发光显微照片显示, 锆石内部较暗, 大多具有清晰的环带结构, 具有岩浆成因特征.将锆石与标准锆石TEM粘贴在环氧树脂表面(标准锆石CZ3U/Pb年龄为564 Ma), 抛光后将待测锆石进行透射光、反射光和阴极发光扫描电镜显微照相.锆石U/Pb同位素分析在澳大利亚Curtin技术大学的SHRIMP-Ⅱ离子探针上用标准测定程序条件进行(Compston et al., 1984), 数据处理程序参见Ludwig(2001).分析结果列于表 1.
表 1 DL-2锆石SHRIMP Ⅱ U-Pb分析结果Table Supplementary Table SHRIMP Ⅱ U-Pb isotopic analyses for zircon from sample DL-2
样品DL-1为片麻状糜棱岩, 采样位置见图 2. 其中发育D1和D2期变形组构, 镜下鉴定D1期主要变质矿物组合包括石英、斜长石、角闪石和白云母等, 发育S-C组构; D2期矿物组合主要有黑云母和石英, 发育S-C组构.使用标准碎样、筛选、重液分离和磁选方法, 在加拿大Dalhousie大学对上述样品进行分离, 通过双目镜挑选得到纯度在90%以上的黑云母单矿物.样品在McMaster大学核反应堆进行照射, Ar同位素分析在一个连接到双真空管钽阻炉的VG3600质谱仪上进行, 分析标准样角闪石MMhb-1设定年龄值为(520±2)Ma(Samson and Alexander, 1987), 实验流程参见Muecke et al. (1988).分析结果列于表 2.
表 2 DL-1黑云母40Ar/39Ar同位素年龄测试结果Table Supplementary Table 40Ar/39Ar analyses of the biotites from the DL-1
3.2 结果分析
对DL-2中的锆石共测试了17个点(表 1), 其中的数据结果较为复杂, 仔细分析, 得到了一些有用的信息.DL2-5和DL2-10显示强烈的Pb丢失, 导致误差明显偏大, 因此不参加计算.15个有用的点均沿不一致曲线分布(图 4a), 其中3个点位于150 Ma年龄值以上, 且年龄值分散, Th/U比值较大(图 4b), 有可能代表了较早期的岩浆活动年龄; 另外的12个点中, 有2组较集中的点(图 4c-d): 一组由3个点组成, 获得(146±3)Ma的206Pb/238U平均年龄值(图 4c); 另一组由6个点组成, 获得(86±2)Ma的206Pb/238U平均年龄值(图 4d), 另外有3个点206Pb/238U年龄值较分散, 年龄值介于上述2个组别之间(图 3a), 可能也显示为一个连续的构造热事件过程.
图 4 DL-2锆石SHRIMPⅡ离子探针分析结果a.15个分析点的不一致曲线; b.17个点的Th/U比值; c.3个点的206Pb/238U平均年龄; d.6个点的206Pb/238U平均年龄Fig. 4. SHRIMPⅡ U-Pb zircon dating results from sample DL-2DL-1中的变质黑云母在650~1 100℃间的39Ar释放量达到99%, 并给出了很好的坪年龄值(84±1)Ma(表 2, 图 5).对构造热阶段的数据进行40Ar/36Ar和39Ar/36Ar等时线年龄计算, 数据的相关系数为0.998 97.
4. 问题讨论
都龙-Song Chay变质穹隆体的基底拆离断层及其上下盘均发育完善的韧性剪切带和糜棱岩, 代表了D1期区域伸展作用, Yan et al.(2005)对D1期变质成因角闪石进行的Ar-Ar测年结果为(237±5)Ma, 区内上三叠统灰岩及泥岩互层不整合覆盖于D1期变形之上(图 2), 表明变质穹隆体隆升的主体时间为中三叠世早期, 可能代表了印支期造山作用前的地壳调整(Yan et al., 2005).各构造单元为中生代多期花岗岩体侵入, 花岗岩中黑云母单矿物曾获得K-Ar年龄为186 Ma(云南第二区调队, 1976), 可能代表了最早期的岩浆侵位年龄.
D2期变形是叠加在D1期之上的另一次区域伸展构造, 矿物拉伸线理和断层擦痕指示其主体伸展方向为NNW-SSE, 而且都龙和Song Chay穹隆体显示了相似的变形特征, 即目前出露的部分以韧脆性变形为主, 进一步说明在D2期变形前, 穹隆已经历了隆升过程(Roger et al., 2000; Maluskia et al., 2001).在Song-Chay变质穹隆体中, 也发育了D1和D2期伸展构造变形组合, 其变形特征与都龙变质穹隆体相类似.D1期变形新生的白云母ArAr年龄为(234±0.8)Ma和(228±0.5)Ma, 可能代表了印支期造山作用前的区域伸展构造; D2期以韧-脆性变形为主, 在其中除获得了岩浆锆石U-Pb年龄(78±4)Ma外, 在变质矿物中还获得了下列Ar-Ar年龄: (176±2)Ma、(166±2)Ma(黑云母) 和(164±2)Ma(白云母)(Maluskia et al., 2001), 与侵位于都龙穹隆体中的花岗岩一起, 可能说明D2期伸展作用在中侏罗世即已开始(Roger et al., 2000; Maluskia et al., 2001).
在都龙穹隆体中, 与D2期伸展作用相关的花岗质岩石中锆石206Pb/238U平均年龄值为(86±2)Ma, 代表了岩浆的结晶年龄; D2期变质作用新生的黑云母40Ar/39Ar坪年龄值为(84±1)Ma, 指示了构造热事件年龄.上述年龄与Song Chay变质穹隆体获得的78 Ma锆石U-Pb年龄相似(Roger et al., 2000), 均代表了中生代末期的NNW-SSE向伸展构造.由于锆石U-Pb、黑云母和白云母代表的封闭温度依次降低, 如将在都龙Song Chay变质穹隆体获得的地质年代进行整理, 可以分为3个构造热事件旋回, 即176~164 Ma、86~84 Ma和78~0 Ma.这说明, 中侏罗世以来, 都龙-Song Chay变质穹隆体至少经历了3个旋回的构造热事件.这3个构造热事件可能均发生于燕山期以来的板内伸展构造背景下, 这个伸展构造从中生代末期延至新生代早期(Roger et al., 2000).
都龙-Song Chay穹隆体在中生代晚期的伸展作用是华南地块的一个代表.区域上的研究表明, 华南地块在晚白垩世至早第三纪早期表现为区域性伸展构造特征, 其伸展方向为NW-SE向(梁新权和郭定良, 2003)、江西(舒良树等, 1998; Yan et al., 2003b), 这次构造变形在华南地块内部还形成了一系列的北东东向断陷盆地和变质穹隆体(陈跃辉等, 1996; Yan et al., 2003a, 2003b).
在南海盆地进行的地质、地球物理综合调查表明(龚再升等, 1997), 南海北部陆缘莫霍等深线呈北东向展布, 深度从内陆架的30 km向东南变浅, 至陆坡为22 km, 到陆坡坡脚处约14 km, 中央海盆莫霍面深度为10~12 km, 曾母盆地莫霍面深度较浅, 最浅处为16 km.表明南海盆北部边缘基底是华南陆壳自然延伸的(邹和平, 2001).
南海盆地北部中生代晚期及早第三纪形成了大规模陆缘张裂带(龚再升等, 1997;邹和平, 1997;李思田等, 1998;中国科学院南海海洋研究所海洋地质构造研究室, 1998), 其断陷盆地走向为NEE向(图 1), 指示其伸展方向为北北西-南南东向.显然, 从张裂的时间、伸展方向及构造热事件的表现看, 与华南地块内部广泛发育的伸展构造是一致的. 因此, 南海盆地的早期张裂是华南地块内部裂陷构造的构造组成部分, 其动力学机制是华南地块板内构造调整.
5. 结论
(1) 都龙-Song Chay变质穹隆体中生代至新生代早期至少经历了2期伸展构造: D1期形成于237~228 Ma, 造成了穹隆体的隆升和表露, 可能代表了印支期造山作用前的地壳调整; D2期形成于86~78 Ma, 代表了中生代末期NNW-SSE向伸展构造.(2)D2期伸展构造在形成时间、伸展方向及区域构造体制等上与南海盆地北缘基底的早期张裂及华南地块中生代末期大规模的区域伸展作用是一致的, 3者间应指示相同的伸展动力学机制.(3)中生代末期-新生代早期华南块的伸展构造体制主要是板内构造变形和调整的结果.
致谢: 锆石测年是澳大利亚Curtin技术大学SHRIMPⅡ实验室Allen K.Kennedy博士帮助完成的, Ar-Ar测年是加拿大Dellhouse大学Peter博士帮助完成, 审稿人的建设性意见提高了论文质量, 在此一并致谢. -
图 1 华南地块、印支地块区域构造略图(Chung et al., 1997;胥颐等, 2003)
Fig. 1. An outline tectonic map of South China block and Indochina block
图 2 都龙变质穹隆体地质图
南部完整的Song Chay变质穹隆体参见Roger et al.(2000)和Maluskia et al.(2001)
Fig. 2. Geological map of Dulong metamorphidome
图 4 DL-2锆石SHRIMPⅡ离子探针分析结果
a.15个分析点的不一致曲线; b.17个点的Th/U比值; c.3个点的206Pb/238U平均年龄; d.6个点的206Pb/238U平均年龄
Fig. 4. SHRIMPⅡ U-Pb zircon dating results from sample DL-2
表 1 DL-2锆石SHRIMP Ⅱ U-Pb分析结果
Table 1. SHRIMP Ⅱ U-Pb isotopic analyses for zircon from sample DL-2
表 2 DL-1黑云母40Ar/39Ar同位素年龄测试结果
Table 2. 40Ar/39Ar analyses of the biotites from the DL-1
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