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华南陆块深部结构与中生代深部过程研究

陈昌昕  
【摘要】:华南陆块于中生代时期经历了重大构造体制转换,发生了强烈的物质交换和构造变形,造就了华南陆块“成矿大爆发”,在华南陆块不同位置形成了成矿时代、成矿组合特征迥异的成矿系统,是研究大陆演化、成岩成矿机制的理想区域。本论文采用天然地震P波接收函数共转换点叠加(CCP)和H-k叠加方法以及S波接收函数共转换点叠加方法,在华南陆块开展两方面研究工作:1)探测华南陆块上地幔主要速度间断面结构特征和平均地壳波速比(Vp/Vs)。包括揭示地壳(Moho)结构和物质组成、岩石圈和软流圈边界(LAB)结构和地幔过渡带(MTZ)结构特征;查明华南陆块是否存在莫霍面隆升、岩石圈减薄、软流圈上涌、“地幔热柱”上涌,板块俯冲及其对应深部构造响应。2)探讨华南陆块中生代时期大规模构造-岩浆-成矿事件的深部动力学机制,并讨论与华南特色陆内成矿系统时空分布、成矿组合差异有关的源区特征。地壳结构和Vp/Vs结果表明:华南陆块地壳结构复杂,地壳厚度整体表现为由东向西减薄,东部由南向北增厚;波速比呈现出“两高夹一低”特征。1)华夏地块Moho大体近水平展布,地壳厚度26-34km;在南岭、云开地区和沿海区域出现地壳厚度明显减薄现象,波速比表现出高、低间或分布,数值大小分布于1.66-1.82,且有从内陆向沿海增大趋势,或与中生代多期次挤压-伸展构造背景转换、俯冲板片脱水熔融,导致地幔物质上涌有关,在沿海地区发生基性幔源物质底侵,造成下地壳基性程度增加,也反应古太平洋板块俯冲仅发生在沿海区域。2)研究区内上扬子地区地壳厚度相对稳定,平均地壳厚度约42km,波速比变化范围1.74~1.84,且波速比与地壳厚度存在正相关性,推测稳定的克拉通存在较厚基性下地壳。3)下扬子地区地壳结构复杂,地壳减薄明显,厚度32-36km,在不同地质单元交汇部位,波速比相对较高,基本大于1.76,反应地壳基性程度较高,或与区域中生代发生拆沉导致地幔上涌,最终在下地壳发生大面积底侵,在中、下地壳形成多级岩浆房有关。4)江南造山带则呈现出过渡特征,地壳厚度由东向西增厚,由东部约32km逐渐增厚至40km,整体波速比较低(1.75),可能与中生代多期次挤压-伸展构造背景转换导致上地壳发生拆离增厚、下地壳伸展减薄有关。岩石圈和软流圈边界(LAB)结构研究表明:华南陆块南部LAB整体呈现东薄西厚,不同地质单元差异较大。1)华夏地块南部LAB厚度约90km,南岭地区出现LAB明显隆起,岩石圈厚度约80km,岩石圈于中生代期间受古太平洋俯冲、后撤和(或)南岭地区“地幔热柱”上涌影响,发生多期次挤压-伸展构造背景转换,形成了陆内差异构造演化,导致华南陆块东南部岩石圈减薄明显。2)研究区内上扬子地块LAB深度约110km,推测受四川盆地厚而冷的岩石圈地幔根阻挡,LAB受改造程度较低。3)江南造山带则表现为过渡性质,LAB深度由东向西逐步加深。4)在下扬子地区LAB整体厚度约80-110km,西部的华北克拉通岩石圈厚度约110km,其余部分LAB基本稳定在约90km;中生代期间,下扬子地区受到古太平洋板块西向俯冲及其远程应力影响,受到秦岭-大别造山带和华北板块的阻挡,下扬子地区发生强烈构造变形,形成了晚中生代陆内造山带;随着古太平洋板块俯冲应力减弱(后撤、回卷/角度变化/方向改变),发生岩石圈拆沉,导致岩石圈减薄明显,尤其在扬子地块与华北克拉通交汇部位,岩石圈减薄和改造更加剧烈。MTZ研究结果表明:华南陆块内部MTZ结构和厚度均存在较大差异。1)下扬子地区d660凹陷明显,且MTZ厚度大于250km,反映MTZ内存在低温扰动,存在滞留板片,结合已有研究推测其为古太平洋板块/太平洋板块俯冲滞留板片或中生代拆沉大陆岩石圈。2)29°N以南华夏地块南部在南岭和海南岛北部地区d410和d660均出现凹陷和抬升,MTZ厚度小于250km,反映其内部存在高温扰动,推测其与“地幔热柱”上涌有关。在前人研究基础上,结合本论文研究结果,本论文提出:1)华南陆块存在29°N地幔结构分界线。2)中生代期间,界限以北下扬子地区受控于古太平洋板块俯冲运动影响,诱发强烈构造变形,造成岩石圈拆沉,最终导致软流圈物质上涌以及岩石圈减薄;大规模幔源岩浆在上升过程中,充分发生壳幔物质交换,在钦杭成矿带形成以壳幔混合源为特征Cu-Au-W多金属成矿系统。随着俯冲远程应力传递至长江中下游地区,挤压-伸展转换导致更加剧烈的拆沉作用,诱发基性岩浆沿深大断裂快速上升,在长江中下游成矿带形成以幔源物质为主,混合有少量壳源物质Cu-Au-Fe多金属成矿系统。3)界限以南华南陆块东部,随着古太平洋板块沿华南边缘俯冲,晚侏罗世,在武夷成矿带形成弧火山岩及相关壳幔混合Au-Cu成矿作用。同时,由于古太平洋板块俯冲在陆内弧后区域形成伸展背景,亦或“地幔热柱”上涌,导致南岭一带岩石圈强烈减薄,壳幔相互作用增强,上覆地壳部分重融(remelting/anatexis),形成了大量与高分异花岗岩相关的壳源南岭W-Sn稀有金属成矿带。白垩世期间,由于古太平洋板块的后撤/回卷形成的弧后环境,伴随地幔物质上涌,在华夏地块东部发生底侵作用,富含成矿物质的岩浆沿断裂带上升,在浅部富集成矿,形成壳幔混合源的武夷山Au-Cu多金属成矿系统。


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