郯庐断裂带的演化及其对西太平洋板块运动的响应_朱光

　3国家自然科学基金项目(批准号:49872074,40272094)资助。

朱　光,男,1959年3月生,博士,教授,构造地质学专业。

2002-03-25收稿,2002-05-14改回。

郯庐断裂带的演化及其对西太平洋

板块运动的响应3

朱　光　王道轩　刘国生　牛漫兰　宋传中

(合肥工业大学资源与环境工程学院合肥　230009)

摘　要　首次从郯庐断裂带走滑糜棱岩中获得了白云母127162±0119Ma 的40Ar 239Ar 年龄,其与糜棱岩的全岩40Ar 239Ar 年龄相吻合。这些年代学研究成果以及同走滑期岩浆活动,表明郯庐断裂带于早白垩世发生了大规模的左行平移。这一早白垩世构造—岩浆事件是伊泽纳崎板块突然发生高速、斜向俯冲的结果。晚白垩世2早第三纪郯庐断裂带转变成巨型的伸展构造,普遍控制发育了断陷盆地。太平洋板块的高角度正向俯冲使中国东部出现软流圈上涌、岩石圈拆沉,从而造成了郯庐断裂带与整个中国东部卷入了强烈的伸展活动。晚第三纪初期起动的挤压活动,使郯庐断裂带上的断陷盆地同步抬升和闭合;断裂带的逆冲活动则断续延至今日,成为中国东部最大的近代地震活动带。郯庐断裂带晚第三纪以来的挤压活动是西太平洋弧后扩张的响应,而印度板块碰撞的构造挤出起着辅助作用。

关键词　同位素年龄　构造演化　伊泽纳崎板块　太平洋板块　郯庐断裂带

中图分类号:P542 文献标识码:A 文章编号:0563-5020(2004)01-0036-14

1　引　言

中国东部的巨型郯庐断裂带,中生代以来经历过长期、复杂的演化。关于其演化规律,目前仍然存在着较大的认识分歧。徐嘉炜(1984)曾总结该断裂带经历过印支期的平移、晚白垩世2早第三纪的伸展及晚第三纪以来的挤压,后来又将大平移的时间修正为晚侏罗2早白垩世(Xu and Zhu ,1994)。万天丰等(1996)主张郯庐断裂带在三叠纪发生了左行平移,在白垩纪和晚第三纪分别发生了两次伸展,而在侏罗纪、早第三纪和第四纪以来经历过3次挤压。王小凤等(2001)认为该断裂带在中三叠世2侏罗纪发生了左行平移,白垩纪2早第三纪处于伸展活动,而晚第三纪以来为右行平移或挤压。许志琴(1984)认为该断裂带伸展活动经历了晚侏罗2晚白垩世和早第三纪以来2个演化阶段。李家灵等(1984)则认为该断裂带中生代晚期发生的伸展活动一直持续到第四纪。

郯庐断裂带的整体演化及其相关地质过程,必然是区域板块运动的响应。对该断裂带演化规律的正确认识,并与区域板块动力学进行对比,既可了解断裂带演变的动力学成因,也可揭示中国东部中生代以来地球动力学的演变规律及其构造响应。本文根据笔者近年来对郯庐断裂带的大量综合研究,总结断裂带在华北、扬子板块碰撞之后所发生的演化规　

2004年1月地　质　科　学CHI NESE JOURNA L OF GE O LOGY 39(1):36—49

律,并探讨各期演化的区域动力学背景与机制及其对西太平洋板块运动的响应。

2　断裂带的演化

郯庐断裂带南起长江北岸湖北广济,经安徽庐江、江苏宿迁、山东郯城和渤海,过沈阳后分为西支的依兰—伊通断裂带和东支的密山—抚顺断裂带,总体呈缓S 状北北东向延伸(图1),中国境内长达2400km 。断裂带南部(皖、苏和鲁南)将大别造山带与苏鲁造山带左行错开达550km ,其间牵引残留的北北东向造山带部分为张八岭隆起,并构成了华北板块与扬子板块的边界。断裂带山东段(即沂沭断裂带)醒目的断裂特征为四条北北东向的大型伸展断裂,控制出现了“两堑一垒”的格局。渤海地区的郯庐断裂带被莱州湾—渤中—辽东湾盆地所覆盖。依兰—伊通断裂带在松辽盆地东部切过张广才岭地块后进入三江盆地。密山—抚顺断裂带(也称敦密断裂带)构成了兴凯地块与张广才岭地块、佳木斯地块和那丹哈达岭地块之间的边界。由于郯庐断裂带的多期演化,目前断裂带内走滑、伸展和逆冲构造交互出现。

211　早白垩世的左行平移活动

关于该断裂带的平移构造前人已进行过大量的研究和总结(Xu et al.,1987;Xu ,1993;Wan ,1996;王小凤等,2001)。总体上,在断裂带内的走滑构造表现为北东—北北东向左旋走滑韧性剪切带和脆性的左行平移断裂。韧性剪切带出现在高级变质岩中,产状陡立,其中普遍出现近水平的拉伸线理。在大别造山带东缘、张八岭隆起带上及沂沭断裂带内,左旋走滑韧性剪切带广泛出现,其中的糜棱岩、超糜棱岩多属于低绿片岩相糜棱岩。而脆性的左行平移断裂主要出现在中生代岩浆岩中(详见后)。

郯庐断裂带在华北、华南板块陆—陆碰撞中是否就开始出现及其型式,目前还存着很大的争论(如Y in and Nie ,1993;万天丰等,1996;Zhu and Xu 1997;王小凤等,2001)。然而,郯庐断裂带的左行平移构造在苏鲁造山带以北继续存在,至少造成了华北板块北界100km 左右的左行平移(图1),表明这些造山带以外的平移构造显然与板块的碰撞无关,应属于碰撞之后的陆内平移断裂,也即郯庐断裂带在华北、扬子板块碰撞后确有大规模左行平移发生。笔者近年来对断裂带安徽段糜棱岩的同位素年代学研究及走滑期岩浆活动的研究,证实了其早白垩世发生过大规模的左行平移。

(1)同位素年代学证据

郯庐断裂带平移运动形成了大规模的韧性剪切带。选取其中的糜棱岩进行同位素年代学测年是确定平移时间最直接的方法。郯庐断裂带安徽段左旋走滑韧性剪切带中,大量出露了糜棱岩、超糜棱岩和千糜岩等。其中糜棱面理走向NE —NNE ,矿物拉伸线理近水平。露头上各种小构造(如C 2S 组构、剪切弯曲、碎斑的拖尾等)皆指示为左行平移成因。根据显微镜下观察,这些糜棱岩皆属于低温糜棱岩,同变形期的低绿片岩相变质矿物普遍出现,前期的角闪石、黑云母等暗色矿物广泛为绿泥石所交代。

笔者曾报道了张八岭隆起段与大别山东缘郯庐断裂带内6个糜棱岩类全岩的40Ar 239Ar 测年结果(朱光等,2001a )。最近又分别获得了张八岭隆起南段超糜棱岩全岩(N o.422)和大别山东缘糜棱岩中白云母(样品G CH 21,桐城挂车胡老屋)40Ar 239Ar 年龄(图1、图

731期朱　光等:郯庐断裂带的演化及其对西太平洋板块运动的响应

图1　郯庐断裂带构造简图(附图2和图3位置)

N o.422和G CH 21为表1中样品的采样位置,A ～H 为图3中的剖面位置

Fig.1　A tectonic sketch map showing the T an 2Lu fault z one and localities of Fig.2and Fig.3

2,表1),其中白云母40Ar 239Ar 年龄是郯庐断裂带上首次获得的糜棱岩中单矿物数据。这些测试都在中国科学院地质与地球物理研究所进行,采用的实验方法与相关参数详见胡世玲等(1993)。张八岭隆起段新获得的超糜棱岩全岩40Ar 239Ar 坪年龄为118175±0145Ma (样品N o.422,采自安徽肥东烟头山东麓),与该段曾获得的千糜岩全岩(120196±0166)Ma 和糜棱岩全岩40Ar 239Ar 坪年龄(120148±0175)Ma 在误差范围内基本吻合,皆属早白垩世。这3个数据可以相互验证,指示分析结果是可靠的。笔者解释它们反映了该段郯

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图2　郯庐断裂带安徽段超糜棱岩全岩及糜棱岩中白云母40Ar 239Ar 年龄谱

Fig.2　40Ar 239Ar age spectra of ultra 2mylonite whole 2rock and muscovite from mylonite of the T an 2Lu fault z one

庐断裂带走滑变形的冷却年龄。

大别山东缘原先获得的4个糜棱岩、超糜棱岩全岩40Ar 239Ar 坪年龄分别为124167±0174Ma 、128135±0164Ma 、130161±0188Ma 和132150±0153Ma (朱光等,2001a ,详见该文献的图1和图2),也皆属早白垩世。新获得的糜棱岩中白云母(G CH 21)年龄为127162±0119Ma (图2),与它们基本上吻合。特别值得指出的是,来自同一采场的白云母(G CH 21)、超糜棱岩全岩(样品N o.8212)和糜棱岩全岩(样品N o.82322)分别给出了误差范围内相互吻合的3个40Ar 239Ar 坪年龄:127162±0119Ma 、128135±0164Ma 和130161±0188Ma ,完全验证了所分析数据是可靠的,反映糜棱岩化期间K 2Ar 同位素体系达到了重新平衡,并且没有受到后期热事件的挠动。笔者认为128Ma 的白云母40Ar 239Ar 坪年龄应最真实地记录了该段走滑变形的冷却年龄。郯庐断裂带大别山段与张八岭隆起段冷却年龄相差8Ma 左右,可能是由于前者走滑期间或期后较快抬升的反映。

上述一系列的40Ar 239Ar 测年结果表明,在郯庐断裂带南段这些大规模低温走滑糜棱岩是早白垩世初形成的。由此证明了郯庐断裂带在早白垩世发生了大规模的左行走滑运动。

(2)岩浆活动证据

大型走滑断层的活动往往伴随有岩浆活动,这些岩浆活动又是确定走滑活动时间的重要证据。郯庐断裂带山东段控制形成了大规模的青山组火山岩,其K 2Ar 全岩年龄为10017～125Ma (苏尚国等,1999),Rb 2Sr 年龄为11114～11916Ma (邱检生等,1996),皆指示为早白垩世。该带内火山岩与带外鲁东、鲁西同期中2酸性的钙碱性火山岩相比,碱性显著增高,主要属于富碱、富钾的橄榄安粗岩系(牛漫兰等,2002),具有大型断裂控制下的岩浆活动特点。郯庐断裂带张八岭隆起北段西缘,有规律地出现了3个NNE 向排列的长条状花岗岩体,自北向南依次为管店、瓦屋刘和瓦屋薛岩体(见牛漫兰等,2002,图1)。它们的排列现象明显指示为受断裂带控制侵位的岩体。牛漫兰等(2002)从瓦屋刘和瓦屋薛岩体中分别获得了黑云母40Ar 239Ar 坪年龄为127187±0146Ma 和120±015Ma 。李学明等(1985)从管店岩体中获得了锆石U 2Pb 年龄为128±1Ma 。另外,牛漫兰等(2002)还从该带西缘肥东龙山毛坦厂组安山玄武质熔岩中获得了11912±213Ma 的K 2Ar 全岩年龄。

931期朱　光等:郯庐断裂带的演化及其对西太平洋板块运动的响应

表1　郯庐断裂带安徽段超糜棱岩全岩及糜棱岩中白云母40Ar239Ar分析数据

T able1　40Ar239Ar analytical data of ultra2mylonite whole2rock and muscovite from mylonite of the T an2Lu fault z one

加热阶段加热温

度/℃

(40Ar/39Ar)m(36Ar/39Ar)m(37Ar/39Ar)m(38Ar/39Ar)m

39Ar

K

/10-12m ol

(38Ar/39Ar)

(±1σ)

39Ar

K

/%

视年龄/Ma

(t±1σ)

No.422超糜棱岩全岩,样品重量W=0.1138g,照射参数J=0.00984,λ=5.543×10-10/a,坪年龄t p=118.75±0.45Ma(2～6阶段) 142022.4090.04210.89070.1481 1.92410.05±0.01 3.82147.52±2.23 254014.6740.0224 1.29860.1278 3.9178.145±0.007.79120.38±1.72 367012.1160.01410.79370.07087.5598.005±0.0015.0118.37±1.47 47709.63020.00580.55720.065113.177.940±0.0026.2117.45±1.44 587011.8630.0133 1.09800.1190 6.0968.016±0.0012.1118.54±1.66 696013.2590.0178 1.18410.0963 4.1618.088±0.008.27119.57±1.57 7106015.2970.0208 1.01760.0928 3.8949.299±0.007.74135.81±1.76 8118018.7580.0294 1.02680.0934 3.54710.16±0.007.05149.06±1.93 9130021.9420.0374 1.11360.0992 3.22211.00±0.00 6.41160.83±2.10 10150026.2760.0502 1.21790.0979 2.77011.58±0.00 5.51168.89±2.20

G CH21糜棱岩中白云母,样品重量W=0.238g,照射参数J=0.008471,λ=5.543×10-10/a,t p=127.62±0.19Ma(3～9阶段)

140014.3440.02070.77840.1584 4.2438.280±0.010.94141.32±2.21 25009.03580.01650.53770.09368.418 4.192±0.00 1.8472.92±0.96 36008.70370.00410.13670.036125.057.460±0.00 5.58127.81±1.50 47008.27900.00250.06740.015849.877.502±0.0011.1128.49±1.49 57808.44320.00320.08070.022643.967.457±0.009.80127.76±1.48 68607.92120.00150.03900.0130147.37.430±0.0032.8127.31±1.48 79408.11380.00210.06940.018865.187.461±0.0014.5127.82±1.48 810508.49460.00340.08500.022043.147.443±0.009.62127.53±1.48 911509.31030.00640.12960.031826.907.390±0.00 6.00126.64±1.48 10130010.8080.00850.14380.041422.968.265±0.00 5.12141.08±1.66 11145012.1390.01130.28760.076111.278.809±0.00 2.51149.97±1.86这一系列数据都指示郯庐断裂带安徽段的岩浆活动也发生在早白垩世。

近年来笔者的野外调查表明,无论是郯庐断裂带山东段或张八岭隆起段,还是大别山东缘,早白垩世的火山岩、侵入岩都受到一系列NNE向脆性左行平移断裂的切割。断裂带山东段青山组火山岩中出现了许多NE—NNE向左行平移断层。张八岭隆起段的瓦屋刘岩体受到一系列北北东向脆性、脆2韧性左行平移断裂切割,其中局部出现了蚀变岩型金矿。张八岭隆起西缘的早白垩世安山玄武质熔岩(肥东龙山),露头上是宽达1km的北北东向左行平移断裂带,主断面产状为300°∠80°。野外观察发现,该断裂破碎带广泛受到火山热液交代,表现为大量铁碧玉沿裂隙的充填及蚀变形成了孔雀石与绿帘石。这04地　质　科　学2004年

指示左行平移断裂活动与早白垩世火山喷发是同期的。大别山东缘庐江一带的早白垩世火山岩及正长岩脉,野外也常见NE 向左行平移断裂的切割,部分断裂中还形成了火山热液型萤石矿。这些岩浆岩中构造现象反映,郯庐断裂带早白垩世的岩浆活动为同走滑期岩浆活动,反过来也佐证了断裂带在早白垩世发生了大规模的左行平移。牛漫兰等(2002)对这些早白垩世岩浆岩的岩石学和地球化学研究,反映它们既有壳源的信息,又有幔源的信息,可能是断裂深切影响下,壳幔过渡带发生部分熔融的产物,也指示走滑期的郯庐断裂带可能已切入了壳幔边界。

212　晚白垩世2早第三纪的伸展活动

晚白垩世2早第三纪期间,郯庐断裂带转变成巨型的伸展构造,控制发育了一系列陆相断陷盆地。自南向北断裂带上依次出现了大别山东侧的潜山盆地(K 22E 1沉积)、张八岭隆起西侧的合肥盆地(K 22E )、皖北嘉山盆地(K 2)、鲁南郯城盆地(K 2)、沂沭断裂带上的

“两堑一垒”构造即马站—苏村地堑(K 2)、

汞丹山地垒和安丘—莒县地堑(K 2)、渤海湾盆地(E ,包括莱州湾—潍北盆地、渤中盆地和下辽河—辽东湾盆地)、依兰—伊通地堑(E 223)及密山—抚顺断裂带上的抚顺盆地(E )、梅河盆地(E )和虎林—鸡西盆地(E )等(朱光等,2001b ,图1)。在地表露头上,控制盆地形成的盆缘正断层都呈现为脆性断层,并可见其切割早期的韧性走滑构造(如大别山东缘、张八岭隆起西缘及沂沭断裂带内)。朱光等(2001b )曾据其上断陷盆地内充填物的时限,指出安徽段的断陷活动主要发生于晚白垩世至早第三纪,山东段(潍坊以南)发生于晚白垩世(早第三纪维持陆地状况),而渤海湾及其以北发生于早第三纪。这一空间上的变化规律,总体显现郯庐断裂带断陷活动具有南早北晚、由南向北迁移的规律。

213　晚第三纪以来的挤压活动

郯庐断裂带上的伸展盆地,在下第三系沉积之后皆结束了断陷活动。断裂带上这一系列断陷盆地的同步消亡事件绝非偶然现象,而是起因于区域上近东西向挤压动力的出现和郯庐断裂带的相应逆冲活动的开始。

郯庐断裂带的逆冲构造,主要表现为前述盆缘正断层的正反转,旁侧也有同期的北东—北北东向逆冲断层形成,并且具有多次逆冲活动的现象。依兰—伊通断裂带内,既出现了切过早更新世玄武岩的逆断层(如小河屯—亮甲断裂),也有切割下更新统砂砾层的清真寺断层;地震勘探还揭示断裂带的逆冲造成了第三系沉积的明显褶皱(图3A ;刘茂强等,1993)。渤海湾盆地的详细地震勘探(图3B 和3C ,陈义贤,1985;陈全茂等,1998),清楚地反映郯庐断裂带逆冲活动发生在渐新统沉积之后,应起始于中新世。其中早第三纪的断陷盆地在消亡后,又为晚第三纪—第四纪坳陷式披盖式沉积所覆盖,并且上第三系与下第三系之间为一区域性角度不整合。沂沭断裂带逆冲活动在4条主干伸展断裂上出现了大规模的断层泥带,并在郯城马陵山地区可见主断裂切过全新统沉积(图3D )。皖北泗县赤山段的郯庐断裂,逆冲断层切割中更新统沉积(图3E )。笔者近年来在合肥盆地东缘的野外观察发现,整个盆缘的郯庐断裂都发生了以向东为主的逆冲活动,出现了大规模的挤压破碎带(如图3F )、盆缘地层掀斜与剥蚀等现象。大别山东缘的郯庐断裂带

141期朱　光等:郯庐断裂带的演化及其对西太平洋板块运动的响应

图3　郯庐断裂带逆冲断层剖面图

A.依兰—伊通盆地搜登站地区的西缘边界断裂(据刘茂强等,1993);

B.下辽河盆地西部凹陷冷家堡逆断层(据陈义贤,1985);

C.下辽河盆地东部凹陷中逆断层(据陈全茂等,1998);

D.郯庐断裂带皖北赤山段剖面(据国家地震局地质研究所,1987);

E.郯庐断裂带郯城马陵山剖面(据国家地震局地质研究所,1987);

F.安徽肥东山王十八拱水库合肥盆地 东缘郯庐断裂带剖面;

G.安徽桐城柏庄潜山盆地西缘郯庐断裂带剖面;

H.安徽太湖小池郯庐断裂带剖面

Fig.3　Cross sections of thrusts along the T an 2Lu fault z one

上,既可见潜山盆地边缘断层的逆冲反转(图3G ),也出现了切割中更新统沉积的较新逆冲活动(图3H )。起始于中新世使盆地消亡的郯庐断裂带逆冲活动,一直断续至今,近代造成了一系列的地震活动(如山东郯城1668年815级大地震及渤海地区多次强震),使其成为中国东部最大的地震活动带。因而,晚第三纪以来,郯庐断裂带反转成逆冲构造带,

24地　质　科　学2004年

呈现为多期次的挤压活动,局部兼有右行平移。

现代震源机制解和地应力测量显示(图4,应力资料据李开善,1987;国家地震局中国地震区划图编委会,1991),郯庐断裂带附近现代挤压应力σ1以NWW —

SEE 向为主,总体上与断裂带的走向垂直。近年来的G PS 资料揭示(Shen et al.,2000),郯庐断裂带附近的现代地壳运动方向呈向SEE 为主,也垂直于断裂带走向。这些都表明郯庐断裂带目前仍处于挤压应力中,从而会表现出逆冲活动。

郯庐断裂带新生代时还是中国东部最大的玄武岩喷发带(图4)。其玄武岩喷发起始于早第三纪,其时断陷活动处于最强时期。但是,断裂带内最强的玄武岩喷发出现于晚第三纪,并且持续到第四纪。晚第三纪—第四纪玄武岩喷发空间上在断裂带北段(东北地区)最为广泛,规模宏大,其次为沂沭断裂带北部(潍坊—沂水),皖北女山也区也集中了较大范围的喷发(图4)。大规模玄武岩喷发的出现,反映郯庐断裂带在新生代时已切入了上地幔,构成了幔源玄武岩喷发的通道。从早第三纪→晚第三纪→第四纪,断裂带上喷发的玄武岩依次为拉斑玄武岩→碱性玄武岩→强碱性玄武岩(牛漫兰,2001),显示了源区不断加深、断裂切割深度不断加大的变化规律。前已述及郯庐断裂带中生代的岩浆活动反映走滑期切入了壳幔边界,早第三纪开始出现的玄武岩喷发指示其时已进入上地幔上部,而晚第三纪—第四纪的玄武岩活动及其中的幔源包体(牛漫兰,2001),则反映断裂最终应切穿了整个岩石圈。

3　断裂带演化对西太平洋板块运动的响应

311　早白垩世平移活动与西太平洋板块运动

伴随着郯庐断裂带的形成,中国东部此时还形成了一系列NE —NNE 向的左行平移断裂,较大规模的有:东南地区的长乐—南澳断裂、丽水—海丰断裂、莲花山断裂和吴川—四会断裂等,下扬地区的天目山—白际山断裂、宁国—绩溪断裂和茅东断裂等,和鲁东地区的牟平—青岛断裂。徐嘉炜(1984)称这些同方位、同性质、同时代的断裂系为郯庐断裂系。郯庐断裂带早白垩世的岩浆活动同样也不是孤立的现象。中国东部在早白垩世是最强烈的岩浆活动期,出现了大规模的中2酸性的钙碱性岩为主的岩浆侵入与喷发,因此也出现了所谓的“成矿大爆发”。这些岩浆岩带主要呈NE —NNE 向展布,多受同方位断裂系统的控制,如宁芜火山岩盆地、庐枞火山岩盆地等。因而,郯庐断裂带在早白垩世的构造—岩浆活动,是中国东部同期动力学演化的缩影。它们叠加在印支期板块南北汇聚而形成的古特提斯东西向构造之上。中国东部大陆边缘早白垩世这一压扭性背景和活动大陆边缘的岩浆弧环境,显然应该是太平洋区大洋板块强烈活动的产物。

根据Engebrets on et al.(1985)和Maruyama et al.(1997)的研究,中侏罗世时(距今180Ma ),东亚大陆东部的伊泽纳崎(I zanagi )板块是以非常缓慢的低速(417cm/y )正向俯冲于东亚大陆之下。到早白垩世初期(距今140Ma ),可能由于太平洋超地幔柱的活动(Maruyama et al.,1997),伊泽纳崎板块突然改变了运动方向和速度,呈30cm/y 的高速向正北斜向俯冲于东亚大陆之下(俯冲带走向北东)。在早白垩世中期(距今120Ma ),还保持着高速俯冲(2017cm/y ),运动方向逐渐变成向NNW (图5A ),仍为高斜度斜向俯冲。

341期朱　光等:郯庐断裂带的演化及其对西太平洋板块运动的响应

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图4　郯庐断裂带附近现代主压应力方位及新生代玄武岩分布

1.露头玄武岩;

2.隐伏玄武岩;

3.玄武岩时代;

4.断裂;

5.震源机制解;

6.现代应力测量

Fig.4　Present com pressive principal stress around the T an2Lu fault z one and distribution of Cenoz oic basalts

这一时期的高斜度俯冲在日本东北及远东东部甚至出现无俯冲的转换边缘(trans form margin)。由此可见,早白垩世伊泽纳崎板块突然出现的高速斜向俯冲与郯庐断裂带大规

模的左行平移和强烈岩浆活动在时间上是一致的,在成因上也是明显耦合的。笔者认为:正是由于早白垩世伊泽纳崎板块高速斜向俯冲于东亚大陆之下,使中国东部呈现左旋压扭及活动大陆边缘的岩浆弧环境,从而发生了郯庐断裂带及旁侧断裂系的大规模左行平移及同期的岩浆活动。根据Chough et al.(2000)的研究,朝鲜半岛在早白垩世时也是呈现为一系列的NNE 向左行平移断裂和同期的岩浆活动,表明东亚大陆边缘该时期具有类似的动力学背景。东亚大陆边缘早白垩世的压扭断裂和岩浆弧环境,类似于北美西部滨太平洋边缘晚白垩世至早第三纪时由法拉隆(Farallon )板块的斜向俯冲而导致的压扭(transpression )和岩浆弧环境(Rusm ore et

al.,2001)。

图5　西太平洋白垩纪以来的板块活动演变示意图(据Maruyama et al.,1997修改)

1.早白垩世岩浆岩;

2.断陷盆地沉积;

3.新生代玄武岩;T LF.郯庐断裂带;QDO.秦岭—大别造山带;S LO.苏鲁造山带

Fig.5　A sketch map showing plate m otion ev olution in W est Pacific area since Cretaceous

312　伸展活动与西太平洋板块运动

郯庐断裂带在晚白垩世2早第三纪的伸展活动,同样也是中国东部同期动力学演化的缩影。这一时期,整个中国东部卷入了强烈的伸展活动,除了华南地区一系列晚白垩世的断陷红盆外,苏皖及邻区出现周口盆地(K 22E 形成)、苏北盆地(K 22E )、滁河—全椒盆地(K 22E )、无为—望江盆地(K 22E )、南陵盆地(K 22E )、宣广盆地(K 22E )和句容盆地(K 22E )等;

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64地　质　科　学2004年

山东、河北一带出现了莱阳盆地(K2)、济阳盆地(E)和黄骅盆地(E)等。集中出现在中国东部这一时期的大规模断陷活动,显然应是区域岩石圈上拱的结果,其区域动力学背景应与邻近的太平洋板块活动密不可分。

在晚白垩世初期(距今90Ma),西太平洋板块活动又发生了重大的调整(图5B,Enge2 brets on et al.,1985;Maruyama et al.,1997)。伊泽纳崎板块已运动到东亚东北部边缘(日本中部以北),并转变成正向俯冲。太平洋板块出现在中国东部大陆边缘,表现的是中速(1316cm/y)正向俯冲,这一正向俯冲持续至整个早三第纪(Maruyama et al.,1997)。Zhou and Li(2000)研究表明,从侏罗纪至晚白垩世初期(距今85Ma),西太平洋板块俯冲角由早期的10°左右逐渐转变成约80°。笔者认为,正是由于太平洋板块转变成高角度正向俯冲,使中国东部大陆下出现了软流圈上涌、岩石圈拆沉(Zhou and Li,2000),从而造成了大规模的断陷发生及郯庐断裂带转变成伸展活动。中国东部这一时期的广泛断陷活动,实际上类似于北美西部科迪勒拉盆岭省新生代后期由于岩石圈拆沉而出现的强烈伸展活动(Vanderhaeghe and T eyssier,2001)。

313　挤压活动与西太平洋板块运动

中国东部晚第三纪以来近东西向的挤压及郯庐断裂带的逆冲活动,其动力学背景有两个可能的因素,一是印度板块与欧亚板块碰撞所造成向东的构造挤出作用,二是西太平洋板块活动。众所周知,印度板块与欧亚板块的陆—陆碰撞发生在约50Ma前(Bow2 ley,1998),当时中国东部及郯庐断裂带还处在强烈的伸展期,并无受挤压现象。因而,印度板块的碰撞不应是郯庐断裂带于晚第三纪初开始遭受挤压的主要原因。然而,现代G PS资料(Shen et al.,2000)确实显示中国东部呈自西向东的运动(约1cm/y),因而印度板块碰撞后的陆内附冲及持续挤压可能在中国东部造成了构造挤出作用,并对晚第三纪以来中国东部近东西向的挤压起着部分作用。可是,主要动力还应是最邻近的西太平洋板块活动。

大量的研究(Otofuji et al.,1985;K aneoka et al.,1990;Maruyama et al.,1997)表明进入晚第三纪以来,西太平洋板块活动的最大变化是开始出现了弧后扩张及弧后盆地(图5C2D)。日本海盆的强烈弧后扩张发生在中新世(距今25～15Ma)。这一弧后扩张在形成弧后盆地的同时(图5C),还向东推挤着日本列岛使其显著旋转。古地磁资料揭示西南日本此时相对于东北日本顺时针旋转了约50°(Otofuji et al.,1985),从而形成了日本列岛现今的排列状况。由此可见,日本海的弧后扩张在侧向上具有巨大的推挤力,并且发生时间与郯庐断裂带出现挤压时间一致。笔者认为郯庐断裂带晚第三纪以来的挤压活动与中国东部近东西向的挤压应力场主要就归因于西太平洋板块的弧后扩张而造成的向西的侧向推挤力。更新世以来持续至今的冲绳海槽弧后扩张(图5D,Park et al.,1998),同样也向西推挤着中国东部大陆。而这期间印度板块碰撞所造成的向东构造挤出作用对中国东部应力状态也起着一定的辅助作用。这便是郯庐断裂带晚第三纪以来挤压活动的动力学背景。

总之,郯庐断裂带经历了早白垩世的大规模左行平移、晚白垩世2早第三纪的伸展活动及晚第三纪以来的逆冲活动。其早白垩世的左行平移是西太平洋伊泽纳崎板块突然

高速、低角度斜向俯冲的结果;而随后的伸展活动是由于太平洋板块转变为高角度正向俯冲而使中国东部大陆出现岩石圈上拱的响应;晚第三纪以来西太平洋弧后扩张向西推挤着中国东部大陆,辅以印度板块向北的陆内俯冲造成的向东挤出作用,使郯庐断裂带发生了广泛的逆冲活动及其上断陷盆地的消亡。由此可见,早白垩世以来郯庐断裂带的多期演化是西太平洋板块活动的响应,属于滨太平洋构造。它叠加在早期古特提斯构造之上,并且是中国东部大陆早白垩世以来动力学演化的缩影。

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EV OL UTION OF THE TAN 2L U FAU LT ZONE AN D

ITS RESPONSES TO P LATE MOVEMENTS IN WEST PACIFIC BASIN

Zhu G uang Wang Daoxuan Liu G uosheng Niu Manlan S ong Chuanzhong

(College o f Resource and Environment Engineering ,H e fei Univer sity o f Technology ,H e fei 230009)

Abstract

A muscovite 40Ar 239Ar age of 127.62±0.19Ma was firstly obtained from strike 2slip mylonite in the T an 2Lu fault ,which was consistent with mylonite whole 2rock 40Ar 239Ar ages.The is otopic dating as well as syn 2strike 2slip magmatism showed that a large 2scale strike 2slip m ovement of the T an 2Lu fault zone occurred in Early Cretaceous.The Early Cretaceous tectono 2magmatism event re 2sulted from a suddenly high 2speed and oblique subduction of the I zanagi plate.The T an 2Lu fault zone turned into a huge extensional structure during Late Cretaceous to E ogene ,leading to a series of development of fault 2bounded basins.It was suggested that extensional activities of the T an 2Lu fault zone might be related to asthenospheric upwelling and lithospheric delamination in East China caused by high 2angle ,orthog onal subduction of the Pacific plate.The com pressive activities from the earliest Neogene closed the above 2mentioned basins.The thrusting of the T an 2Lu fault zone last 2ed to present days with several intervals.Therefore ,the fault zone became the largest earthquake belt in East China.The post 2E ogene com pressive activity was a response to backarc spreading in West Pacific area ,and the extrusion from the Indian plate collision als o played a partial role in the E 2W com pression in East China.

K ey Words Is otopic ages ,T ectonic ev olution ,The I zanagi plate ,The Pacific plate ,The T an 2Lu fault zone 941期朱　光等:郯庐断裂带的演化及其对西太平洋板块运动的响应