西太平洋板片俯冲与后撤引起华北东部地幔置换并导致陆内盆 - 山耦合

Abstract

华北中生代构造-岩浆活动频繁, 深部岩石圈地幔性质发生变化, 即克拉通发生活化作用. 活化作用大致可分为三个阶段: (1) 晚古生代至早侏罗世(至~170Ma), (2) 中侏罗世至早白垩世早期(160~140Ma), (3) 早白垩世至新生代(~140Ma以来). 其中后两个阶段与古太平洋板片俯冲及后撤导致华北东部深部的岩石圈地幔置换并引起陆内浅部的盆山耦合过程是本文讨论的重点. 在第一阶段, 古亚洲洋俯冲和关闭引起华北北缘经历弧后拉张、碰撞挤压及碰撞后伸展等构造-岩浆活动, 而且造成陆块边缘完整性的机械破坏和地幔性质的化学改造, 成为后续软流圈物质上涌的通道和岩浆活动的优先发生区; 受华南陆块俯冲的影响, 华北南缘也发生了类似的过程. 在第二阶段, 蒙古鄂霍次克洋闭合及古太平洋板片俯冲剪切, 引起华北北缘的两次近S-N向的挤压作用(燕山运动的A、B幕), 近E-W向分布的陆缘盆地被晚中生代岩体和NE-SW断裂肢解为零星分布的盆岭省, 岩浆作用由东北角向西迁移进入地块内部, 同时郯庐断裂的性质由左行走滑转换为正断层, 华北由早期的近S-N向的压扭性背景进入NW-SE向的弧后拉张阶段. 第三阶段是华北克拉通破坏和岩石圈地幔增生的关键时期, 深部难熔的克拉通型地幔被饱满的大洋型地幔置换, 实现岩石圈大幅度减薄后的小幅增生增厚过程; 浅部的表现是岩浆作用持续向东南迁移, 陆内岩石圈薄弱带优先发生伸展变形, 包括在早白垩世(140~110Ma)中部带侏罗纪逆冲断层反转为正断层、郯庐断裂的持续拉张引起中地壳拆离和大渤海湾盆地的沉降; 晚白垩世至今(110Ma~), 中部山带发生断陷作用形成汾渭盆地和沁水盆地, 大渤海盆地内部断陷形成盆-山相间的地貌特征, 苏鲁造山带则发育莱阳盆地等. 华北克拉通规模小并发育陆内薄弱带, 是克拉通容易破坏的内因. 具这种特性的克拉通容易受周边多个俯冲构造域和上涌软流圈物质的共同影响. 晚中生代(~160Ma)以来, 华北克拉通破坏主要表现为周边块体的俯冲导致软流圈物质上涌、岩石圈减薄和浅部地壳滑脱, 岩石圈薄弱带处(如中部山带)出现褶皱和逆冲, 实现伸展背景下的局部挤压; 俯冲板块后撤(~140Ma)则使上涌的软流圈回落形成岩石圈并实现地幔小幅增生置换(~125Ma)与伸展背景下浅部地壳断陷和成盆过程. 因此, 西太平洋板片俯冲和后撤是引起华北东部深部岩石圈地幔置换并导致陆内浅部盆-山耦合的外在动力来源, 表明华北克拉通破坏是地块内部与地块边缘、深部过程与浅部盆-山耦合响应的综合地质记录, 我们认为这也是燕山运动的本质.