特提斯中西段古生代洋陸格局與構造演化

耿全如,李文昌,王立全,曾祥婷,彭智敏,張向飛,張 璋,叢 峰,關俊雷

(中國地質調查局成都地質調查中心,四川 成都 610081)

特提斯是一個古老的地質概念,最初由奧地利地質學家Suess于1893年提出,原意是指現今的歐亞大陸以南和南美-非洲大陸以北,從加勒比海越過大西洋,從阿爾卑斯山、喀爾巴阡山、土耳其-伊朗高原、喜馬拉雅山,直至東南亞的廣大地域存在一個巨型的中生代海洋(,1979;Stampfli and Borel,2002,2004)。隨著全球地質調查與研究的不斷深入,特提斯的概念已經擴展了。目前認為,中元古代全球范圍內的格林威爾期造山作用(發生于10～13億年前)形成Rodinia超大陸,而新元古代開始的Rodinia裂解已進入原特提斯洋起始階段(潘桂棠等,1997,2002,2015)。從早古生代開始,可劃分為原、古、新三個特提斯演化階段(St?cklin,1968;黃汲清和陳炳蔚,1987;,1989;吳福元等,2020)。

特提斯構造域從早古生代到新生代的地質演化決定了現今全球的洋陸分布格局,造就了全球性的緯向構造帶,控制了金屬和能源礦產資源的時空分布。因此,特提斯地質研究具有重要的理論意義和資源戰略意義。我國學者近年來在特提斯東段的青藏高原及其鄰區開展了大量的地質調查,對本區構造單元進行了詳細的劃分(潘桂棠等,2002),以此為基礎提出了特提斯主洋盆的觀點,并得到普遍認可。目前認為龍木錯-雙湖-昌寧-孟連縫合帶代表連續演化的原特提斯、古特提斯主洋盆(李才等,2006,2008,2009);另一種觀點認為班公湖-雙湖-怒江-昌寧-孟連對接帶整體代表原特提斯、古特提斯大洋自北向南后退式俯沖消亡形成的巨型俯沖增生雜巖帶(潘桂棠等,2004,2008,2009,2020;王立全等,2008a,2008b),向南可連接東南亞的清邁和文東-勞勿帶(潘桂棠等,2002;Pan et al.,2012),該帶在東特提斯構造域構筑了岡瓦納大陸與勞亞-泛華夏大陸的分界,代表原、古特提斯主洋盆(潘桂棠等,2004,2008,2009;李才等,2008;王保弟等,2013;彭智敏等,2014;張克信等,2015)。針對特提斯東段兩側大陸邊緣有眾多的SSZ型蛇綠巖帶、巖漿弧和弧后盆地等構造單元,不少學者提出大陸邊緣多島弧盆系統和增生型造山模式(Hsüet al.,1995;潘桂棠等,2004,2009,2015;李三忠等,2016a)。

特提斯地質演化的主要特征表現為南側岡瓦納大陸不斷裂解、地塊向北漂移并與Laurentia(勞倫)、Laurussia(勞俄)、Laurasia(勞亞)大陸持續聚合,而地塊單向裂解與聚合的驅動力可能來自洋脊俯沖和被動大陸邊緣的裂解(萬博等,2019;Zhong and Li,2019,2020)。特提斯中西段主要指歐洲、中亞和西亞一帶,從北向南包括加里東造山帶、華力西造山帶、基梅里造山帶和阿爾卑斯造山帶,總體顯示從老到新的構造格局。目前對特提斯中西段的地質研究主要集中在新特提斯洋的演化、阿爾卑斯期的造山過程和逆沖推覆構造等方面,對古生代的洋陸格局和構造演化研究相對薄弱(Robertson,2004;Schmid et al.,2020;袁四化等,2020,2021)。

總的看來,我國學者對于特提斯東段青藏高原及鄰區的地質調查和研究已取得重大進展,但對于特提斯中西段的地質認識尚顯不足。2017年國家自然科學基金委員會發布了“特提斯地球動力系統”重大研究計劃。2020年啟動了整個特提斯構造域的綜合研究項目并計劃編制地質、構造系列圖件,為我國學者認識、掌握特提斯的構造格架和演化規律提供了良好的研究平臺。筆者在參加這項研究的過程中,根據初步的文獻收集與研究,將特提斯中西段及鄰區的構造單元劃分為Iapetus-Tornquist洋加里東造山帶、Rheic洋華力西期造山帶、烏拉爾-天山中亞造山帶、古特提斯Pontides-高加索-Mashhad造山帶、新特提斯阿爾卑斯-巴爾干-扎格羅斯造山帶、岡瓦納大陸非洲-阿拉伯-印度板塊(圖1)。本文著重對特提斯中西段的古生代縫合帶、增生雜巖帶和主要地塊等進行了初步劃分,并以我國青藏高原及鄰區取得的重要地質認識為基礎,對古生代特提斯的構造演化進行討論。由于篇幅所限,筆者將另文發表對于新特提斯構造格架的研究進展。

圖1 特提斯中西段構造格架圖(底圖據Google Earth軟件)古生代縫合帶:①—Iapetus;②—Iberia-Thuringian,RS-Rheic;③—Rheic和Rheno-Hercynian,GMS-Galicia-Moldanubian;④—Tornquist;⑤—南紹山;⑥—Rhodope地塊西段變輝長巖;⑦—Lesvos;⑧—Karakaya;⑨—Almacik;⑩—高加索;○1—Takab;?—烏拉爾;?—Rasht-Mashhad;?—Jandagh-Anarak;?—Turkestan;?—Misho鎂鐵質雜巖;?—齋桑-額爾齊斯;?—南天山;?—庫地;?—康西瓦;?—阿尼瑪卿;○2—西金烏蘭;○23—龍木錯-雙湖中生代縫合帶:①—阿爾卑斯蛇綠巖帶-喀爾巴阡山;②—Ligurian亞平寧;③—Mirdita;④—Pindos;⑤—Vardar;⑥—Izmir-Ankara;⑦—Intra-Pontides;⑧—Sevan;⑨—Lycian蛇綠巖推覆體;⑩—Troodos;○1—Kizildag;?—Bitlis-Zagros;?—Zagros內帶;?—Makran;?—Birjand-Nehbandan-Tchehel-Kureh;?—Oman;?—Bela-Waziristan;?—Sabzevar-Torbat;?—Shyok;?—班公湖-怒江;?—獅泉河;○2—印度河-雅魯藏布江縮寫代號:OM—Ossa Morena地塊(結晶巖系);Cib—中伊比利亞地塊;Eib—東伊比利亞地塊;Py—比利牛斯(Pyrenees)地塊;Arm—Armorica地塊;Rhine—萊茵地塊;CF—法國中部地塊;MG—德國中部地塊(結晶巖系);Th—Thuringian地塊;Bm—波西米亞地塊;AA—奧地利阿爾卑斯地塊;EH—External Hellanides構造帶;Pg—Pelagonian地塊;Rs—Rhodope-Strandja地塊;Is—Istanbul-Zonguldak地塊;Sk—Sakarya地塊;Sm—Strandja地塊;Md—Menderes地塊;EAZ—東Anatolia增生雜巖帶;SSZ—Sanandaj-Sirjan Zone增生雜巖帶;ZFTB—Zagros褶沖帶;AKB—阿富汗-喀布爾地塊;KTB—Katawaz盆地;PMB—帕米爾地塊;YLB—Yazd-Lut地塊;KHA—Kohistan巖漿弧;LDA—拉達克巖漿弧;ACT—阿爾卑斯-喀爾巴阡山逆沖帶;CUYF—Central Ust Yurt斷裂;EAF—東Anatolia斷裂;NAF—北Anatolia斷裂;Levant—里凡特斷裂;KKF—喀喇昆侖斷裂Fig.1 Tectonic framework of the central and western parts of the Tethys

需要說明的是,歐洲的特提斯研究已經形成一套有歷史傳說的地質術語,這些術語的中文翻譯差異很大,如Tornquist洋,有托恩奎斯特、托奎斯特、特恩奎斯特等不同中文名稱。Iapetus洋有伊阿珀托斯、伊阿佩托斯等名稱。Rheic洋有瑞亞克、瑞克等名稱。因此筆者對于有不同中文名稱的地質術語一般采用原文名稱,以便于讀者理解。

1 Iapetus-Tornquist洋-加里東造山帶

全球性的Rodinia超大陸在新元古代發生裂解,勞倫(Laurentia)、波羅地(Baltica)、西伯利亞(Siberia)等古陸塊向北漂移,并形成Iapetus、Tornquist、烏拉爾(Uralian)、古亞洲(Asiatic)和原特提斯(Proto-Tethys)等新元古代—奧陶紀洋盆(圖2)。勞倫古陸包括北美和格陵蘭板塊,在北歐的英國、挪威、瑞典、芬蘭和斯堪的納維亞一帶出露的基底巖系主要為新太古代和古元古代長英質片麻巖,并且出露大量堿性花崗巖。格陵蘭東北部出露的中元古代玄武巖代表裂谷環境。在斯堪的納維亞克拉通上,始歐洲哥德巖系卷入里菲期造山事件,其時限為1100～900 Ma,與全球Rodinia超大陸匯聚期相吻合。其上的約特尼新元古代地層巖性為磨拉石特征的變碎屑巖、冰磧巖以及廣泛分布的基性巖(Ager,1980),顯示出Rodinia超大陸裂解。上部為被動陸緣沉積的寒武—奧陶紀碳酸鹽地層,可能與Iapetus洋的打開有關。早古生代地層的褶皺變形、稍后的碰撞型花崗巖侵入和廣泛發育的高壓變質作用均代表加里東期強烈的造山作用(Kalsbeek et al.,2001;李三忠等,2016a)。

北歐的Iapetus結合帶分布于東格陵蘭、斯堪的納維亞、Svalbard和英國中部。Iapetus洋蛇綠混雜巖帶以新元古代—早奧陶世蛇綠巖、晚寒武世—早奧陶世火山弧巖漿雜巖和殘留洋殼沉積為代表。造山帶中榴輝巖分布廣泛,變質年齡為505～391 Ma,代表從俯沖到碰撞的長期造山過程(Augland et al.,2012)。歐洲大陸東緣與Baltica地塊之間為中歐Tornquist加里東造山帶,主要分布于德國北部、波蘭、丹麥以及法國一帶。Tornquist洋盆的時代為490～460 Ma,根據榴輝巖變質年齡判斷,閉合時代為440～400 Ma(Torsvik and Rehnstr?m,2003;李三忠等,2016b)。阿爾卑斯帶前中生代基底巖系中寒武紀的SSZ型蛇綠巖殘片、弧前增生雜巖帶和歐洲Amorica地塊群中的島弧型巖漿巖為原特提斯向南俯沖消減形成的弧盆系(圖2A)(Von Raumer,2009;Bonev and Dilek,2010;袁四化等,2020)。隨著Iapetus洋和Tornquist洋在440～400 Ma閉合,形成北歐和中歐加里東造山系(帶),使得勞倫古陸、Avalonia地塊群與Baltica地塊拼合,形成勞俄大陸(Laurussia)(圖2B)(王鴻禎,1997;Kalvoda and Bábek,2010;Fernández et al.,2016)。歐洲加里東期造山作用的顯著特征,一是持續時間長,大約從500 Ma到370 Ma;二是形成俯沖和折返兩期UHPHP變質作用,以榴輝巖和藍片巖為代表;三是形成強烈的逆沖推覆構造;四是大量的同碰撞花崗巖侵入,時代為440～420 Ma。加里東造山之后,中志留世—中泥盆世的老紅色礫巖陸相磨拉石建造(Old Red Sandstone)角度不整合于早古生代地層之上。石炭系及其之上的地層為穩定的海相沉積,中生代后北大西洋打開,出現大量大洋盆性質的玄武質火山巖。

圖2 原特提斯、古特提斯洋陸重建與演化示意圖(據Torsvik and Cocks,2013;吳福元等,2020;袁四化等,2020修編)AVA—Avalonia地塊群;ATA—Armorica地塊群;Tm—塔里木;Kz—哈薩克斯坦;①—華南;②—印支;③—秦嶺;④—柴達木;⑤—昆侖;⑥—土蘭(卡拉庫姆);⑦—昌都;⑧—甜水海;⑨—高加索;⑩—Iberia中東部地塊;○1—北Armorica(Franconia、Thuringia);?—南Armorica(Bohemia)和CF法國中部地塊等;?—阿爾卑斯Helvetic、Penninic和奧地利阿爾卑斯地質單元;?—北羌塘;?—南羌塘;?—拉薩;?—SibumasuFig.2 Schematic illustration showing the reconstruction and evolution of the Proto-Tethys and Paleo-Tethys oceans(modified from Torsvik and Cocks,2013,Wu et al.,2020;Yuan et al.,2020)

在巴爾干東部,Tornquist縫合帶地表出露并不明顯,但地球物理調查證明該帶為切穿地殼的深大斷 裂 帶,稱 為 Tornquist-Teisseyre lineament(Hippolyte,2002)。該斷裂帶分隔東側的Baltica地塊厚地殼和西側的Avalonian地塊古生代臺地薄地殼,具有右行走滑性質(Mazur et al.,2018)。從黑海北緣到Scythian-土蘭構造帶北緣,Tornquist-Teisseyre均為大型右旋走滑斷裂帶,并作為Baltica地塊的南界,其東段被稱為Central Ust Yurt斷裂帶(Natal’in and,2005)(圖1)。

從洋盆和閉合造山時代看,歐洲加里東造山系與我國秦祁昆造山系的時空結構相似,它們分別代表新元古代晚期—奧陶紀Iapetus-Tornquist和原特提斯大洋俯沖制約的多島弧盆系,在440～400 Ma閉合形成弧-弧、弧-陸碰撞造山系。

2 Rheic洋-華力西造山帶

位于北歐Iapetus-Tornquist加里東造山系(帶)以南的歐洲中南部屬于華力西期造山系(帶),一般將其劃分為Avalonia地塊群、Rheic縫合帶和Armorica地塊群等構造單元(Okay et al.,2008;Kalvoda and Bábek,2010)。地質、生物地理和古地磁證據表明,歐洲華力西造山帶不是由單一洋盆形成的,早奧陶世—泥盆紀的洋盆包括Rheic洋、Galicia-Moldanubian洋、Saxo-Thuringian洋、Rheno-Hercianian洋等,局部保留志留紀—早泥盆世巖漿弧(Fernández et al.,2016;Franke et al.,2017)。有三個來自岡瓦納大陸的地塊群卷入了華力西碰撞造山作用,分別為Avalonia地塊、北Armorica地塊(Franconia和Thuringia)和南Armorica地塊(中Iberia、Armorica、Bohemia)。歐洲東南部的Adria、Apulia統稱為古亞德里地塊,也受到華力西造山作用影響(Abati et al.,2010;Franke et al.,2017;袁四化等,2020)。

2.1 Avalonia地塊群

Avalonia地塊群位于西班牙西部、英格蘭西南部、德國中北部、波蘭西部和捷克Moravo-Silesian一帶(Okay et al.,2008),主要包括Ossa Morena地塊(結晶巖系)、萊茵地塊和Bruno-Vistulian地塊等(圖1)。歐洲東部的Moesia、伊斯坦布爾和Zonguldak等地塊可能也屬于Avalonia地塊群(Okay et al.,2008;Kalvoda and Bábek,2010)。該地塊群的基底巖系為片巖、長英質片麻巖(混合巖)、島弧型的變質火山巖和SSZ型變質蛇綠巖透鏡體,時代可能為中、晚元古代,被時代為590～570 Ma的泛非期變花崗巖侵入。蓋層為不整合覆蓋的晚志留世紅層和泥盆紀—石炭紀雜砂巖等。Avalonia地塊群是寒武紀從岡瓦納大陸北緣裂離出去的(圖2A),其顯著特征是具有泛非和加里東兩期造山作用形成的構造界面和同碰撞花崗巖侵入(Yiitba et al.,2004;Franke et al.,2017)。哈薩克斯坦、塔里木和華北地塊可能也是大致同期從岡瓦納大陸裂解出去的(Torsvik and Rehnstr?m,2003;Torsvik,2019)。

Moesia地塊除了具有泛非和加里東兩期造山界面之外,其晚古生代—早石炭世為海相砂礫巖和濁積巖沉積,早石炭世出現含煤建造。晚石炭世—早二疊世火山巖、砂礫巖不整合覆蓋在下伏地層之上。上述特征說明Moesia地塊在晚石炭世之后屬于古特提斯北緣的島弧帶(Okay et al.,2008;Kalvoda and Bábek,2010)。

2.2 Rheic及其分支洋盆

一般認為Rheic為橫跨歐洲的大洋,時代為晚寒武世—中泥盆世(490～380 Ma)(Kalvoda and Bábek,2010)。最近的研究認為真正代表Rheic大洋的縫合帶保留較少,而出露較多的Rheno-Hercynian、Saxo-Thuringian、Galicia-Moldanubian縫合帶和志留紀—早泥盆世巖漿弧等構造單元均代表生命短暫的小洋盆(圖2B),它們代表Rheic洋向南俯沖形成的巖漿弧和弧后洋盆(Franke et al.,2017)。袁四化等(2020)在中奧地利阿爾卑斯基底的Plankogel雜巖中最新發現的南紹山(Saualpe)蛇綠巖,代表Rheic多島洋最南側的弧后洋盆,相當于古特提斯。Rheic及其弧后分支洋盆在晚泥盆世—早石炭世逐漸閉合,形成歐洲著名的華力西造山系(帶)(圖3A),包括HP-UHP變質帶、早石炭世維憲期弧前盆地復理石沉積和晚石炭世的陸相礫巖沉積等(Abati et al.,2010;Fernández et al.,2016)。

圖3 古特提斯洋陸重建與演化示意圖(據Torsvik and Cocks,2013;吳福元等,2020;袁四化等,2020修編)地塊編號①～?等等同圖2,?—Anatolia;?—伊朗;?—阿富汗Fig.3 Schematic illustration showing the reconstruction and evolution of the Paleo-Tethys ocean(modified from Torsvik and Cocks,2013;Wu et al.,2020;Yuan et al.,2020)

歐洲華力西縫合帶向東延伸到東歐和喀爾巴阡山一帶已經難覓蹤跡,但有學者認為Rheic洋向東可能延伸到Pontides和高加索一帶。證據主要有兩條:一是在Pannon盆地、Vardar縫合帶到巴爾干一帶,存在維憲期復理石沉積(Yanev,2000;Anti et al.,2016),可能作為華力西洋盆東延的標志;二是在伊斯坦布爾、Rhodope-Strandja帶和高加索等地都存在600～560 Ma的泛非期造山作用,以及約350 Ma和331～300 Ma的同造山弧花崗巖侵入,可能代表Armorica地塊群拼貼到Laurussia大陸南側的 標 志(Okay et al.,2008;Kalvoda and Bábek,2010)。筆者認為歐洲華力西造山作用廣泛影響到巴爾干、希臘Hellenide外帶和土耳其北部Pontides帶,但Rheic及其分支洋盆是否延伸到這里尚無定論。因為這些地區尚未發現早古生代或泥盆紀蛇綠巖,而石炭紀花崗巖侵入是歐洲華力西期造山的產物。該區在卡多米期島弧巖漿作用之后未發現明確的華力西洋的蛇綠巖證據,在華力西造山之后直到中三疊世均處于板內伸展環境(Anti et al.,2016)。土耳其北部的Pontides帶和高加索帶則是古特提斯向北俯沖形成的石炭紀—三疊紀增生雜巖帶。

2.3 Armorica地塊群

分布于Rheic結合帶以南的Iberia中東部、Armorica、法國中部、Bohemia等地塊統稱為Armorica地塊群(圖1),被認為是早志留世隨著Rheic南側分支小洋盆的形成,從岡瓦納大陸北緣裂離出去的小型地塊群,也被稱為岡瓦納外圍地塊群(Peri-Gondwanan terranes)(Okay et al.,2008;Abati et al.,2010)。Stampfli and Borel(2002,2004)稱之為Hun超級地塊群。Franke et al.(2017)將它們細分為南、北Armorica地塊和古-Adria地塊等。這些地塊的基底為新元古代花崗質片麻巖、副片麻巖、云母片巖、角閃片巖、千枚巖、變雜砂巖、變火山巖等,還有大量巖漿巖侵入體,代表泛非期造山形成的結晶基底。在Iberian地塊西北部的西班牙、葡萄牙和奧地利一帶,基底巖系中識別出時代為494～493 Ma和479～457 Ma的鈣堿性系列英云閃長巖、花崗閃長巖、高鉀花崗巖,以及時代為472～466 Ma的堿性系列的石英正長巖、花崗巖、過鋁質鉀長花崗巖和堿性花崗巖等。它們分別代表寒武紀的巖漿弧和寒武—奧陶紀時期的裂谷事件(Abati et al.,2010;Anti et al.,2016),推測與原特提斯洋向南的俯沖消減有關?；讕r系中榴輝巖相的變質年齡為372～350 Ma,代表歐洲華力西造山事件。

分布于阿爾卑斯造山帶的Helvetic、Penninic和奧地利阿爾卑斯地質單元的前中生代變質基底也屬于Armorica地塊群(圖2B)(Palmeri et al.,2004;von Raumer et al.,2009)。據最新研究,最北側的Helvetic地塊是原特提斯向南俯沖消減形成的寒武紀陸緣增生雜巖帶,包含約497 Ma的蛇綠巖,被晚奧陶世和華力西花崗巖侵入(Guillot et al.,2002;Von Raumer and Stampfli,2008)。寒武紀至早石炭世地層以碎屑沉積為主,夾碳酸鹽巖和基性火山巖。Penninic地塊具有泛非期結晶基底,在寒武紀—早奧陶世主體相當于弧后盆地,包含539～486 Ma的弧后盆地蛇綠巖殘片和約547 Ma的洋內弧殘片。奧陶紀變質期的榴輝巖代表原特提斯洋的深俯沖作用。南阿爾卑斯和薩丁島具有與Penninic和奧地利阿爾卑斯相似的泛非期結晶基底,屬于亞德里亞板塊,其顯著特征是經歷了寒武紀弧后裂解(507～494 Ma),奧陶紀島弧巖漿作用和角閃巖相(約480 Ma)、榴輝巖相(457 Ma、453 Ma、443 Ma)變質事件和花崗巖侵入(約457 Ma),說明它們也卷入了早古生代增生楔(Palmeri et al.,2004;Torsvik and Cocks,2013;Franke et al.,2017;Maino et al,2019)。Helvetic和Penninic基底巖系在泥盆紀—早石炭世均卷入強烈的華力西造山作用,作為華力西造山帶的內帶。它們后期發育石炭—二疊紀島弧型花崗閃長巖、英云閃長巖和中酸性火山巖,推測是古特提斯向南俯沖的結果(Liu et al.,2019;袁四化等,2020)。

奧地利阿爾卑斯地塊代表新元古代—寒武紀的巖漿弧和弧后盆地組合。奧陶紀變質深熔作用花崗巖侵入,代表原特提斯俯沖造山作用。晚志留世至中泥盆世地層包含臺地相碳酸巖、遠洋灰巖和含板內玄武巖的碎屑巖,晚泥盆世碳酸鹽臺地沉積過渡到遠洋沉積。早石炭世主要為復理石沉積,到晚石炭世轉化為陸相磨拉石堆積。在中奧地利阿爾卑斯地塊南側Plankogel雜巖中最新發現南紹山蛇綠巖,獲得418～414 Ma和266～249 Ma年齡值(Liu et al.,2019;袁四化等,2020),推測它們分別代表Rheic洋(相當于原古特提斯)最南部弧后-分支洋盆,即古特提斯洋盆開啟和閉合階段的洋殼殘余。

整體看來,Armorica和亞德里亞地塊為岡瓦納北緣的泛非期地塊群,卷入了寒武—奧陶紀的原特提斯活動陸緣系統。在志留紀—泥盆紀,Armorica為Rheic及其分支洋盆中的分散地塊群(圖2B)。Armorica和亞德里亞地塊都卷入了古特提斯活動陸緣弧盆系統,并轉化為華力西造山系(帶)(圖3A)。

3 烏拉爾-天山中亞造山帶

烏拉爾-天山造山系(帶)包括西伯利亞克拉通、哈薩克-準格爾地塊群、烏拉爾-Turkestan-南天山縫合帶、齋桑-額爾齊斯古亞洲洋縫合帶和阿爾泰弧盆系等構造單元(圖1),該區也稱為哈薩克-天山-準噶爾-北山造山系或中亞造山帶(Altides)(G?rür,1991; Zuza and Yin,2017;et al.,2018)。

烏拉爾洋(Uralian)是寒武紀—奧陶紀期間位于勞倫克拉通與西伯利亞克拉通之間的洋盆,在晚奧陶世洋盆開始俯沖消減并萎縮,晚泥盆世—早石炭世發生 Magnitogorsk島弧和勞俄地塊(Laurussian)之間的早期碰撞,之后進入殘留洋盆階段(Brown et al.,2006;Ivanov et al.,2013)。在泥盆紀末期到石炭紀早期,烏拉爾殘留洋盆縮小成為一個海道,在晚石炭世—二疊紀增生到Baltica克拉通西緣(劉鳳山,1999)。烏拉爾縫合帶向南可能延伸到突厥斯坦縫合帶(Turkestan suture),它們的洋盆演化和閉合造山時代與古亞洲洋的南天山縫合帶、額爾齊斯-西拉木倫縫合帶類似。

哈薩克斯坦-準格爾地塊群北側的齋桑-額爾齊斯-西拉木倫縫合帶以洪古勒楞、阿爾曼泰、布爾根、溫都爾廟、索倫山、西拉木倫等蛇綠巖為代表,根據同位素測年和放射蟲化石的年齡,指示洋盆的時代主要為寒武—奧陶紀(張克信等,2015)。該帶東段延續至泥盆—石炭紀,直至二疊紀才俯沖消亡(潘桂棠等,2015)。哈薩克斯坦-準格爾地塊南側的南天山縫合帶向西延伸到吉爾吉斯斯坦境內。我國庫米什蛇綠巖中鋯石核部年齡為640～452 Ma、變質邊時代為392～390 Ma(周鼎武等,2004),南天山蛇綠巖其他地段獲得440 Ma、418.2 Ma、406.6 Ma等同位素年齡值(馬中平等,2007;黃崗等,2011;王斌等,2016)。位于吉爾吉斯斯坦南天山縫合帶附近的Djanydjer蛇綠混雜巖由蛇紋石化橄欖巖、輝長巖、玄武巖、硅質巖等組成。通過對輝長巖中鋯石U-Pb年代學研究獲得422.0 Ma和397.3 Ma年齡值,認為分隔吉爾吉斯斯坦和塔里木地塊的洋盆在新元古代晚期已經存在,直至晚石炭世才俯沖消亡(潘桂棠等,2015)。

齋桑-額爾齊斯-西拉木縫合帶和南天山縫合帶為古亞洲洋的兩個分支洋盆,它們在泥盆紀—中二疊世逐漸俯沖消亡,形成阿爾泰-興蒙造山系和天山-準噶爾-北山造山系(圖3A)(Alvarez-Marron et al.,2000;Charvet et al.,2011;潘桂棠等,2015)。

中亞烏拉爾和古亞洲洋的閉合造山均發生弧-弧和弧-陸碰撞,但沒有發生陸-陸碰撞,這種大陸地殼的巨量增長模式稱為突厥式造山(Turkictype)或增生型造山,大陸地殼的增長占全球總量的1/3(et al.,2018)。中亞增生型造山帶都有寬闊的俯沖-增生雜巖帶(≥400 km寬),其中包括巨厚的強變形復理石細碎屑巖、洋殼、洋島、海山殘片和以榴輝巖發育為特征的UHP-HP變質帶(李繼亮,2004;李三忠等,2016a)。華力西和中亞造山帶形成之后,歐洲和亞洲已基本連為一體形成勞亞大陸的主體,而古特提斯東段的揚子克拉通、印支、南羌塘和拉薩等地塊仍處于分散狀態(圖3A)。

4 古特提斯Pontides-高加索-Mashhad造山帶

我國學者一般將晚古生代的洋盆稱為古特提斯,主要位于秦祁昆造山帶以南的北羌塘-三江造山帶,但在龍木錯-雙湖和昌寧-孟連結合帶中可能存在原、古特提斯連續演化的大洋(李才等,2006;潘桂棠等,2015,2020;吳福元等,2020),與歐洲的Rheic及其分支洋盆有一定的相似性。

4.1 南阿爾卑斯-Hellenide帶古特提斯活動陸緣

據本文前述分析,在歐洲大陸和阿爾卑斯山脈,華力西造山帶的Rheic洋和Armorica地塊群構成了志留紀—早石炭世的多島洋格局(Franke et al.,2017;袁四化等,2020)。Rheic多島洋至少在泥盆紀—早石炭世與南側的古特提斯實際上是連通的大洋,相當于我國的古特提斯(圖2B、圖3A)。分布于阿爾卑斯南部和巴爾干一帶的石炭—二疊紀古特提斯洋盆,為Rheic多島洋閉合之后南側繼續發育的弧后洋盆,但以往對該期洋盆的分布范圍并不清楚,直到在奧地利阿爾卑斯南部的Plankogel增生雜巖帶中南紹山古生代蛇綠巖的確認,表明石炭—二疊紀的古特提斯洋最西端可能到達奧地利阿爾卑斯和意大利北部Ligurian一帶(Maino et al.,2019;袁四化等,2020)。從伊比利亞半島、南阿爾卑斯和希臘的Hellenide外帶,存在石炭—二疊紀的島弧型巖漿巖(Reischmann et al.,2001;Pereira et al.,2015;Zulauf et al.,2015),為石炭—二疊紀古特提斯南緣的活動大陸邊緣。

在希臘克里特島的石炭—二疊系分為兩個構造層,分別為晚石炭世弧前盆地沉積和早二疊世—中三疊世島弧火山巖系(Zulauf et al.,2015)。弧前盆地為變質碎屑巖和石英巖等,其中碎屑鋯石的測年結果為321～300 Ma。Tyros單元島弧火山作用包括兩期,時代分別為310～285 Ma和約249 Ma,巖漿活動在晚二疊世停止,但在早三疊世恢復。這套晚石炭—中三疊世弧盆系統為古特提斯北部的活動大陸邊緣,在中三疊世晚期(拉丁期)發生閉合和逆沖推覆造山。

4.2 土耳其北部Pontides古特提斯構造帶

在土耳其北部Izmir-Ankara縫合帶以北至黑海南緣稱為Pontides構造帶,包括伊斯坦布爾地塊、Sakarya帶和Rhodope-Strandja帶等地質單元。在Sakarya和Rhodope帶中包括石炭—二疊紀蛇綠巖和增生雜巖帶(Koglin et al.,2009;Moix et al.,2008;Bonev and Dilek,2010;Topuz et al.,2018)。

伊斯坦布爾地塊是Avalonia地塊群的一部分,新元古代晚期基底巖系包括片巖、混合巖(片麻巖)、SSZ型變質蛇綠巖及其洋內弧巖塊和弧后盆地變質火山巖組合。它們被時代為590～570 Ma的變花崗巖侵入。變質基底之上為奧陶紀—石炭紀沉積蓋層,包括變砂巖、重結晶石灰巖、變質粉砂巖、頁巖等。伊斯坦布爾地塊發育泛非造山界面,也經歷了晚石炭世的造山擠壓變形(Yiitbas et al.,2004;Okay et al.,2008;Kalvoda and Bábek,2010)。

4.2.1 Karakaya增生雜巖帶

在伊斯坦布爾地塊以南,Karakaya增生雜巖帶為Sakarya構造地層單元的一部分。增生雜巖帶下段主要為千枚巖、大理巖等,包含蛇紋巖巖塊、變質輝長巖和灰巖塊體(時代為泥盆紀和二疊紀),局部出露榴輝巖構造透鏡體。以蛇紋巖和強變形輝長巖等為代表的蛇綠混雜巖帶長約40 km,寬0.3～1.8 km。三件變輝長巖的鋯石U-Pb測年結果為約262 Ma,多硅白云母40Ar/39Ar測年結果為201 Ma。巖石地化特征表明該帶為SSZ型蛇綠巖。Karakaya增生雜巖帶上段為強烈變形的三疊紀砂巖、基性火山巖和外來巖塊組成。外來巖塊為石炭紀、三疊紀灰巖和中泥盆世—早三疊世放射蟲硅質巖。這些特征表明Karakaya是中二疊—早三疊世增生雜巖帶,但古特提斯洋盆可能在中泥盆世已存在(Moix et al.,2008;Koglin et al.,2009;Bonev and Dilek,2010;Topuz et al.,2018)。該帶在三疊紀末期造山隆起(圖3B)。

Sakarya俯沖增生雜巖單元向西延伸,在愛琴海東側的Lesvos島包括4個亞單元(Koglin et al.,2009):(1)片巖-大理巖巖組,包括弱變質強變形的頁巖、千枚巖、變質砂石、礫巖,夾大理巖和白云巖等,根據化石確定這套地層的時代為石炭紀—三疊紀;(2)蛇綠混雜巖帶,包括強變形的變枕狀玄武巖、變輝長巖、片巖、結晶灰巖和變砂巖等,變質強度為綠片巖相,構造混雜強烈,根據沉積物中的牙形刺確定該混雜帶的時代為二疊紀至中三疊世,輝長巖的鋯石SHRIMP測年結果為253 Ma,而鋯石變質邊的年齡為236 Ma;(3)超鎂鐵巖逆沖巖片,逆沖到上述單元之上,巖性為蛇紋石化的二輝橄欖巖、少量方輝橄欖巖、純橄欖巖,底部逆沖帶中出露角閃片巖類,仰沖及構造變質時代為158～153 Ma;(4)廣泛分布的新生代蓋層,為中新世到上新世高鉀安山巖和少量碎屑巖、泥灰巖。Sakarya單元在區域上還有大量的代表基梅里造山晚期的晚三疊世A-型花崗巖(Schmid et al.,2008,2020;Koglin et al.,2009)。

4.2.2 Rhodope增生雜巖帶

位于Moesia地塊以南,伊斯坦布爾地塊以西的Rhodope-Strandja單元相當于Sakarya單元的西部延伸(圖1)。Rhodope單元前中生代基底巖系主要為片麻巖、各類片巖、大理巖、角閃巖等,并包含大量的MORB成分特征的鎂鐵-超鎂鐵巖透鏡體。有些地段含拉斑玄武系列和鈣堿性系列的變輝長巖和變閃長巖巖塊,顯示島弧特征。據SHRIMP和Rb-Sr法測年結果,角閃巖(變輝長巖)的原巖年齡為石炭—二疊紀(310～253 Ma),代表古特提斯的島弧和弧后盆地的殘余。Rhodope地塊中西段還發現三疊紀裂谷型的輝長巖和玄武巖類,在侏羅紀—中新世有花崗巖侵入,為新特提斯Vardar洋盆演化的結果。本區在阿爾卑斯期普遍達到角閃巖相變質,局部達到榴輝巖相變質強度(Bonev and Dilek,2010;Furnes et al.,2020)。

綜合分析認為,Rhodopes和Pontides帶在石炭紀—早中三疊世為古特提斯向北俯沖形成的多島弧-弧后盆地系統,晚期轉化為基梅里造山帶(系)(圖3A,B)(Schmid et al.,2020)。Rhodopes帶在晚三疊世之后發生裂谷事件,隨后形成侏羅紀的新特提斯洋Vardar等洋盆。巴爾干—愛琴海地區在晚侏羅世—始新世以強烈的擠壓應力為主,先后發生蛇綠巖巖片仰沖、大規模逆沖推覆和走滑作用。始新世之后發生地殼伸展,形成拉分盆地沉積,同時伴隨始新世—漸新世的大量火山噴發(Bonev and Dilek,2010)。

4.3 Scythian-高加索-土蘭弧盆系

位于歐洲-俄羅斯-中亞華力西造山系與特提斯構造域之間的Scythian-土蘭和塔里木地塊群被稱為“中間構造單元(Intermediate units)”(Zuza and Yin,2017;et al.,2018),相當于Stampfli and Borel(2002,2004)提出的Hunic超級地塊群的東段,他們認為Hun超級地塊群在志留紀末(約420 Ma)從岡瓦納大陸北緣裂解出去并開始形成古特提斯洋。由于中、新生界的強烈覆蓋,該帶在古生代的構造屬性并不清楚。

4.3.1 Scythian-土蘭弧盆系

分布于里海東、西兩側的Scythian和土蘭是兩個中新生代沉積盆地(圖1),盆地的基底為古生代至三疊紀地層,地表出露較少。Scythian-Turan弧盆系向西延伸到黑海北側尖滅,向東延伸到伊朗北部的Kopet-Dagh帶和北帕米爾-Mashhad島弧帶(Moghadam and Stern,2014)。它們的北界為Scytho-Turanian斷裂,南界為大高加索構造帶。由于里海周圍是歷史上著名的油氣資源產區,積累了大量的鉆井和地球物理勘探資料。根據這些資料和少量露頭,判斷Scythian和土蘭盆地的基底是一系列NW向展布的透鏡狀構造斷片,可劃分為巖漿弧、弧前增生雜巖帶、陸塊殘片等構造單元(Natal’in and,2005)。

Scythian盆地基底包括 Stavropol、Eysk-Berezansk、Kuma和Dagestan等地質單元。Stavropol單元主要由早石炭世千枚巖、頁巖、硅質頁巖、砂巖、石灰巖、泥灰巖、輝綠巖、安山巖和英安巖組成。這些巖石被晚石炭世和二疊紀花崗巖侵入(同位素年齡為320～230 Ma),二疊系出現陸相紅層沉積。Kuma和Dagestan單元為三疊紀島弧帶,鉆孔巖心以大量的鈣堿性基性—酸性火山巖為特征,還包括三疊紀弧前盆地頁巖和碳酸鹽沉積。巖心還有晚古生代花崗巖類(Tikhomirov et al.,2004)。Eysk-Berezansk單元為弧前增生雜巖帶,除了少量二疊紀碎屑巖外,主要由強烈變形的海相三疊系和下侏羅統巖石組成,包括暗色粉砂巖、頁巖、細砂巖(通常為濁積巖)、石灰巖(含生物礁)、細碧巖和石英角斑巖等(Nikishin et al.,2002)。Scythian盆地基底的石炭紀—三疊紀巖漿巖均具有島弧特征(Natal’in and,2005),略早于Eysk-Berezansk弧前增生雜巖帶的沉積時代。

土蘭盆地侏羅紀—新生代地層廣泛覆蓋在晚古生代褶皺基底上,其中南里海的侏羅紀—古新世為弧后盆地洋殼沉積(Moghadam and Stern,2014)(圖1)。根據鉆探和少量的露頭地質調查,土蘭地塊古生代基底劃分出Bukhara、Chardjou、Karakum、Tuarkyr和Karabogaz等地質單元(構造巖片),每個單元均包括島弧和弧前增生雜巖帶兩類地質體。島弧巖石主要為晚古生代—三疊紀的花崗巖、鎂鐵質和長英質火山巖。島弧帶包括晚石炭—中二疊世大型花崗巖體(316～274 Ma)和上覆二疊—三疊紀玄武巖、英安巖、流紋巖、安山巖、凝灰巖、粉砂巖等。花崗巖侵入的圍巖可能為志留紀—早泥盆世的綠片巖類。弧前增生雜巖帶位于島弧帶以南,主要為強變形弱變質的砂板巖、灰巖和少量細碧巖、安山巖等,其中火山巖測得270±15 Ma的年齡(Natal’in and,2005)。

4.3.2 高加索弧盆系

該帶包括北部的大高加索(Great Caucasus)和南部的小高加索(Lesser Caucasus)。地質學家對該帶研究程度低,且爭議較大。根據對小高加索的研究,認為該帶是一個古生代微地塊,有明確的泛非期基底,包括新元古代的變蛇綠巖、島弧巖漿巖和頁巖等。寒武系—下奧陶統蓋層為石英巖、頁巖、火山碎屑巖和碳酸鹽,其上不整合覆蓋了下石炭統火山碎屑巖、碳酸鹽和板巖等,上石炭統含煤碎屑巖,早中二疊世磨拉石建造(Okay et al.,2008;Kalvoda and Bábek,2010)。Manafi et al.(2013)認為高加索中部存在向北俯沖到Baltic克拉通之下的原特提斯弧盆系和向南俯沖到伊朗地塊之下的古特提斯弧盆系。Rolland(2017)認為整個高加索是一個450～350 Ma期間從岡瓦納北緣裂解出去的地塊,屬于Armorica地塊群,并且隨著Rheic洋在石炭紀閉合,形成華力西造山帶。

綜合以上信息,筆者認為高加索弧盆系存在原特提斯的地質信息,可能代表Tornquist洋的東段。大高加索的晚古生代—三疊紀火山-沉積巖系與Scythian-土蘭帶類似,也反映古特提斯島弧和弧前增生雜巖帶特征。

4.4 伊朗北部Rasht-Mashhad古特提斯縫合帶

伊朗北部的古生代蛇綠巖主要出露于Rasht、Mashhad和 Aghdarband 一 帶(圖 1)。Rasht-Mashhad蛇綠巖帶北側為Scythian-高加索-土蘭一帶的石炭紀—三疊紀弧盆系,南側是Alborz地塊和中伊朗地塊。該帶向西可能對應于土耳其北部與Karakaya增生雜巖帶相關的古特提斯縫合帶(et al.1991;Karimpour and Farmer,2010;Saccani et al.,2013;Moghadam and Stern,2014)。該帶向東在帕米爾地塊北部延伸情況不明。

4.4.1 Aghdarband蛇綠混雜巖帶

Aghdarband蛇綠混雜巖帶位于伊朗北部的Kopet-Dagh構造帶。該帶出露基質為泥盆—石炭紀火山碎屑巖、頁巖和碳酸鹽巖塊,蛇綠巖帶出露范圍達5×2 km,包括蛇紋石化橄欖巖(二輝橄欖巖、純橄巖)、輝長巖(局部層狀構造)、枕狀玄武巖和放射蟲頁巖等等,表現為不同巖石構成的蛇綠混雜巖帶。玄武巖具有OIB和IAB成分特征。蛇綠巖帶上覆巖系的灰巖中含早二疊世微體化石,碎屑巖含晚二疊世化石,它們不整合覆蓋在蛇綠巖之上。Aghdarband蛇綠巖獲得鋯石U-Pb年齡383～380 Ma,蛇綠巖以南的Misho輝長巖中獲得了鋯石U-Pb年齡為356.7±3.4 Ma(Saccani et al.,2013;Furnes et al.,2020),獲得40Ar/39Ar測年結果為288～282 Ma(Moghadam and Stern,2014)。深海沉積巖中微體化石的時代為早、中二疊世?？梢奤-Pb同位素年齡比40Ar/39Ar測年結果和地層中化石時代要老100 Ma左右。Aghdarband蛇綠混雜巖帶可能代表最早為晚泥盆世的古特提斯洋盆,在二疊紀向北俯沖形成島弧和弧后盆地。

4.4.2 Mashhad和Rasht蛇綠混雜巖帶

Mashhad蛇綠巖位于Aghdarband蛇綠巖以西約80 km,包括地幔橄欖巖、輝長巖(局部呈層狀)、枕狀玄武巖、重結晶的深海灰巖和硅質巖等。局部硅質巖與深?；規r、玄武巖等互層。蛇綠巖與深海濁積巖和火山碎屑巖共生。蛇綠巖的圍巖為深海復理石變質沉積巖系,包括板巖、千枚巖、片巖、大理巖夾火山巖,時代可能為二疊—三疊紀。Mashhad蛇綠巖仰沖巖片被時代為217～199.8 Ma的晚三疊世同碰撞—后碰撞花崗巖侵入。再上不整合覆蓋中侏羅世礫巖、砂巖和頁巖等,并且底礫巖中含有這套花崗巖的礫石,說明在晚三疊世之前Mashhad蛇綠巖已經發生仰沖和構造疊置(Karimpour and Farmer,2010;Moghadam and Stern,2014)。

Rasht蛇綠混雜巖帶位于里海西南緣,包括Gasht雜巖和Shanderman雜巖,為一套強變形的板巖、千枚巖、片巖、片麻巖、角閃巖類等。蛇綠巖混雜帶以蛇紋石化橄欖巖、鎂鐵質榴輝巖、石榴石藍晶石片巖、變玄武巖等構造巖塊為代表。該帶白云母的40Ar/39Ar測年結果為約330 Ma,代表UHP變質年齡,因此推測Rasht蛇綠巖與Darrehanjir-Mashhad蛇綠巖帶相當,時代為380～375 Ma(Moghadam and Stern,2014)。

4.4.3 Takab和Jandagh-Anarak蛇綠混雜巖帶

Takab蛇綠混雜巖帶位于伊朗地塊西部,也可能屬于東Anatolia或Sanandaj-Sirjan增生雜巖帶(圖1)。巖石組合為麻粒巖、片巖、角閃巖、花崗片麻巖等,包含蛇紋石化橄欖巖(尖晶石二輝橄欖巖和純橄巖)透鏡體。本帶缺乏研究,這套巖石是否代表肢解的蛇綠巖尚不清楚,蛇綠巖的時代不詳(Moghadam and Stern,2014),也有人解釋為原特提斯的殘余(Hajialioghli et al.,2007;Saki,2010)。

Jandagh-Anarak蛇綠混雜巖帶位于伊朗中部Lut地塊西部邊界斷裂帶中。該帶出露中伊朗地塊泛非期基底變質巖系,上覆晚泥盆世—早石炭世海相沉積巖系。蛇綠混雜巖帶包括肢解的橄欖巖、輝長巖、玄武巖、碳酸鹽巖和島弧型中酸性火山巖等巖塊。基質為強烈變質、變形的碎屑巖。斜長(奧長)花崗巖的鋯石U-Pb年齡為262.3 Ma(晚二疊世)。這些特征說明Jandagh-Anarak帶可能在晚泥盆世為古特提斯洋盆,在二疊紀演化為島弧環境(Buchs et al.,2013)。后期侵入的花崗巖和英云閃長巖的鋯石U-Pb年齡為215 Ma(晚三疊世),與Mashahd和Torbat蛇綠混雜巖帶相似(Bagheri and Stampfli,2008)。

Takab和Jandagh-Anarak蛇綠巖并不位于Rasht-Mashhad縫合帶之中,目前對它們的時代和構造環境研究程度不夠。它們是古特提斯的不同分支洋盆,還是Rasht-Mashhad帶蛇綠巖后期構造錯位的結果,甚至可能有原特提斯的殘余,尚需研究(Poshtkoohi et al.,2018)。

伊朗北部的古生代蛇綠巖具有SSZ型、MORB型和OIB型巖石地化特征,代表洋盆和弧后盆地的時代為泥盆紀—晚二疊世,持續了至少120 Ma。與蛇綠巖共生的增生雜巖帶主體為二疊紀濁積巖,局部與UHP-和HP-變質巖共生。古特提斯在晚三疊世(約225 Ma)閉合造山(圖3B),伴隨同碰撞、后碰撞花崗巖侵入,上部被中侏羅世Kashafrud組礫巖、砂巖和頁巖不整合覆蓋。侏羅紀之后為新特提斯演化階段。

4.4.4 特提斯帶內主要地塊

位于特提斯構造帶內的地塊大致包括兩類,一類是來自北部華力西造山帶的Anatolide地塊和Pannon地塊,另一類是來自南部岡瓦納板塊的基梅里地塊,如中伊朗地塊、Alborz地塊、Taurus-Menderes地塊和阿富汗-喀布爾地塊等(Moghadam and Stern,2015)。

Pannon盆地具有泛非期變質基底,早古生代—早石炭世為海相碎屑巖、碳酸鹽和復理石沉積,晚石炭世形成華力西造山帶。中生代主要為新特提斯洋形成的弧盆系統,中生代的前陸盆地沉積巖系形成Pannon盆地的油氣資源儲集層(Pami,1993)。

Anatolia地塊包括中部結晶雜巖系和南側的Lycian、Bey ehir-Hoyran逆沖推覆體等構造單元。Anatolia地塊在志留紀—石炭紀主要為被動邊緣相的深海碎屑巖(Whitney and Dilek,1997,1998)。Anatolia地塊南側的Lycian逆沖巖片發現早石炭世構造混雜帶殘余,包含MORB巖塊、復理石沉積、深?；規r和放射蟲硅質巖,以及晚石炭世海山殘片等等。晚二疊世和三疊紀有島弧火山巖噴發,其中三疊紀島弧火山巖是Anatolia地塊的一個重要地質特征。由此可見Anatolia地塊在華力西造山之后卷入古特提斯島弧、弧前盆地和陸緣弧系統中,并在晚三疊世閉合(Moix et al.,2008)。

Taurus-Menderes是典型的基梅里地塊,核部為新元古代—寒武紀片麻巖、片巖、變質花崗巖和混合巖、變輝長巖等,代表約550 Ma的泛非基底(Baran et al.,2017)。蓋層為奧陶紀—泥盆紀片巖、變質砂礫巖,石炭—二疊紀變石英砂巖、碳酸鹽,上三疊統礫巖、砂巖砂巖等(Hetzel and Reischmann,1996;Gessner et al.,2001)。它們不含華力西構造界面,但廣泛存在古特提斯閉合形成的基梅里構造界面和新特提斯裂解、打開的地質信息,上覆侏羅—白堊系為臺地相灰巖。在伊朗地塊也有類似信息。Menderes是新生代的變質核雜巖,在4～2 Ma的隆升剝蝕速率達3.25～1.75 km/Myr(Baran et al.,2017)。

中伊朗和Yazd-Lut地塊的前寒武紀基底雜巖包括花崗質片麻巖、角閃(片)巖類、變輝長巖、變閃長巖、云母片巖和鎂鐵、超鎂鐵巖巖塊。超鎂鐵巖為變橄欖巖、滑石蛇紋巖、蛇紋巖等?；◢徺|片麻巖具有陸緣弧巖漿巖特征,它們代表元古代的裂谷或巖漿弧環境。中伊朗地塊基底巖系克拉通化和泛非期造山作用發生于新元古代(Poshtkoohi,2012;Moghadam and Stern,2015;Poshtkoohi et al.,2018)。Alborz地塊屬于古特提斯南側的早古生代被動邊緣盆地沉積系統。白堊紀—中新世均為海相碳酸鹽巖、碎屑巖和火山巖沉積,不整合覆蓋在侏羅紀Shemshak組之上(Guest et al.,2006)。中伊朗和Alborz等地塊經受了古特提斯閉合的基梅里造山作用,中生代為相對穩定的淺海盆地。

5 原特提斯、古特提斯構造演化

大部分學者認為大約在10億年前全球形成Rodinia超大陸,并在約8億年前后開始裂解(Torsvik,2003)。Laurentia、Baltica、西伯利亞和北極克拉通從超大陸裂解出去。裂谷作用在這些地塊的邊緣持續到約600 Ma,Iapetus打開和Rodinia超大陸最終解體(Robert et al.,2020)。在約550 Ma,南極、南非、印度、阿拉伯和西澳大利亞等板塊重新匯聚,形成岡瓦納大陸。本次匯聚在歐洲南部和北非稱為卡多米(Cadomian)造山,在東非、馬達加斯加和印度稱為泛非造山(Torsvik and Rehnstr?m,2003)。在整個早古生代,全球洋陸格局均為北散、南聚的狀態(潘桂棠等,1997),而位于南、北大陸之間的大洋經歷了原特提斯、Rheic和古特提斯的演化,在320～310 Ma岡瓦納大陸西部與北美克拉通碰撞,形成Pangea超大陸(圖2、圖3A、圖4A-C)。

5.1 原特提斯演化

Rodinia超大陸在新元古代裂解形成的原特提斯大洋,在寒武紀開始向南俯沖、消減,在岡瓦納大陸北緣形成島弧、弧后盆地和弧前增生雜巖帶,并導致Avalonia和Armorica地塊群裂解出去。在Armorica地塊群中形成494～460 Ma的島弧型巖漿作用(Abati et al.,2010;Anti et al.,2016),550～490 Ma的SSZ型蛇綠巖和增生雜巖帶(圖4A)。也有人認為該期活動陸緣導致了Bimphedian造山和岡瓦納大陸的最終形成(Cawood et al.,2007)。

原特提斯洋的擴張和Rheic的打開可能與西澳大利亞的中寒武世Kalkarindji大火成巖省(約510 Ma)活動有關(Glass and Phillips,2006)。寒武—奧陶紀之交發生顯著的裂谷事件,奧陶紀期間狹長的Avalonia地塊群脫離岡瓦納大陸,加速向北西方向漂移,使Rheic和原特提斯洋進一步擴張(Torsvik and Cocks,2013)。

早古生代是板塊構造的運動活躍時期,Avalonia地塊群與Baltica大陸之間的Tornquist洋大約在450～440 Ma閉合,Iapetus洋盆于約420 Ma完全閉合。隨著歐洲北部和東部加里東造山作用的完成,北方大陸的主體Laurussia(勞俄大陸)已經形成(圖4B)。英國加里東造山帶和格陵蘭地塊中早古生代變質巖系被中志留世—中泥盆世老紅色砂巖陸相磨拉石不整合覆蓋,逆沖推覆體、榴輝巖相變質和柯石英的形成時代為505～380 Ma(Brueckner et al.,1998;Johnston et al.,2010;Bingen et al.,2011),說明加里東期造山作用持續時間較長。

我國的原特提斯構造域主要分布于秦祁昆造山系中,也有學者稱中央造山帶(潘桂棠等,2002),包括阿爾金、北祁連、柴北緣、中昆侖等結合帶和弧盆系統中,造山時代為530～480 Ma。造山系南緣為阿尼瑪卿-勉略結合帶,向西接古生代南昆侖俯沖增生雜巖帶,再向西為西昆侖帶的庫地-祁曼于特和康西瓦-蘇巴什兩條蛇綠混雜巖帶,在帕米爾和Kopet-Dagh帶以北走向不明。秦祁昆弧盆系在早古生代末消亡,形成廣泛分布的泥盆紀前陸盆地磨拉石不整合覆蓋在下伏構造地層之上和以榴輝巖、藍片巖等為代表的HP-UHP變質帶,榴輝巖相變質作用的形成時代在阿爾金(約500 Ma)、北祁連(520～460 Ma)、柴北緣(440～423 Ma)和東昆侖(430～410 Ma)等結合帶中有一定差異(許志琴等,2006;宋述光等,2013;Song et al.,2018)。綜合判斷秦祁昆原特提斯弧盆系最終關閉的時代為440～420 Ma(張克信等,2015;Li et al.,2018;吳福元等,2020),與歐洲加里東造山帶相似(圖2B、圖4B)。

李三忠等(2016a,b)認為,全球早古生代造山作用以板塊或地塊之間的碰撞作用為特征,并且在500～400 Ma普遍發生榴輝巖相變質作用,可能表明在早古生代期間的1億年內發生了全球性板塊聚合運動。

5.2 Rheic與古特提斯演化

岡瓦納超大陸北緣大約在晚寒武世開始裂解,早奧陶世Avalonia地塊脫離出去,Rheic洋在中奧陶世擴張成為寬闊大洋,并在志留—泥盆紀演化為華力西多島洋系統(Stampfli and Borel,2002;Franke et al.,2017;Torsvik,2019)(圖2B、圖4B)。在奧陶紀末,由于Avalonia地塊與Baltica和勞倫大陸的匯聚,岡瓦納克拉通的非洲西北部發生裂谷,并先后打開Saxo-Thuringian、Rheno-Hercynian和Galicia-Moldanubian小洋盆,導致 Franconia-Thuringia,Iberian-Armorica-Bohemia等微地塊群先后從非洲西北部分離出去。Rheic洋在志留—泥盆紀由分支小洋盆和Armorica裂離地塊群組成(圖4B)。晚志留世開始,Rheic的分支洋盆Rheno-Hercynian向西北部的勞俄大陸和南側的Franconia地塊發生雙向俯沖和洋脊俯沖,形成巖漿弧活動和弧后盆地,最終在早石炭世閉合。Saxo-Thuringian和 Galicia-Moldanubian分支洋盆在晚泥盆世(約380 Ma)閉合,造成Famennian濁積巖系逆沖到Thuringian地塊之上和中壓變質作用。Galicia-Moldanubian、Saxo-Thuringian和Rheno-Hercynian分支洋盆從南向北先后關閉,岡瓦納來源的地塊群通過復雜的華力西運動重新聚合在一起(Franke et al.,2017;袁四化等,2020)(圖4C)。

傳統觀點認為古特提斯洋的打開起源于Rheic洋向南俯沖形成的弧后盆地擴張。泥盆紀期間位于Armorica地塊群和岡瓦納大陸之間的弧后盆地逐漸打開為寬闊的古特提斯洋(Stampfli and Borel,2002,2004)。但是按照新的構造古地理模式和華力西造山帶古生代多島洋格局(Franke et al.,2017;Torsvik,2019),現今的歐洲大陸到南阿爾卑斯帶在志留紀—泥盆紀實際上是一個由Rheic洋衍生出的分支洋盆、地塊群和邊緣弧盆系統。在泥盆紀時期,古特提斯是該多島弧盆系統的一個分支洋盆(Zulauf et al.,2015;Franke et al.,2017)(圖4B)。大約在石炭紀晚期(320～310 Ma),勞俄(Laurussia)大陸與岡瓦納大陸匯聚形成Pangea超大陸,Rheic各分支洋盆最終關閉(圖4C)。之后的晚石炭世—早三疊世古特提斯洋是華力西造山之后一個向東開口的殘余洋盆(圖3A,B)。在中奧地利阿爾卑斯地塊最新發現的南紹山早泥盆世蛇綠巖(418～414 Ma),可能代表古特提斯最早、最西端的洋殼記錄,再往西則未見古特提斯蛇綠巖的報導(袁四化等,2020)。

圖4 特提斯演化示意圖(據文獻Abati et al.,2010;Moghadam and Stern,2014;Zulauf et al.,2015;Franke et al.,2017匯編)Ava—Avalonia地塊群;Arm—Armorica地塊群;N.Am—北Armorica(Franconia、Vesser Rift、Thuringia);S.Am—南Armorica(Bohemia);(A)在寒武—奧陶紀,原特提斯向南俯沖、消減,在岡瓦納大陸北緣形成島弧、弧后盆地和弧前增生雜巖帶;(B)志留紀晚期,勞倫地塊與Baltica、Avalonia聚合形成勞俄大陸,志留紀—泥盆紀,Rheic洋南部演化成為華力西多島洋系統,傳統意義上的泥盆紀古特提斯僅為多島洋中的分支洋盆;(C)在320～310 Ma,勞俄大陸、Armorica地塊群與岡瓦納大陸西緣匯聚形成Pangea超大陸,形成華力西造山帶;(D)基梅里地塊群大約在二疊紀從岡瓦納北緣裂離出去,并形成新特提斯洋;(E)晚三疊世在勞亞大陸南緣形成基梅里增生造山帶Fig.4 Diagrammatic sketches showing the evolution of the Tethys(modified from Abati et al.,2010;Moghadam and Stern,2014;Zulauf et al.,2015;Franke et al.,2017)

華力西造山導致的地殼縮短量超過1000 km,主要由Rheno-Hercynian縫合帶匯聚吸收(Hatcher,2002)。在造山過程中Armorica地塊群與古亞德里亞地塊匯聚,并發生與西北非洲岡瓦納之間大規模的右旋走滑,使各地體發生位移、旋轉(Doublier et al.,2012)。該機制有助于解釋Moesia和伊斯坦布爾地塊的南移(Franke et al.,2017)。

筆者認為Rheic洋實質上具有Iapetus-Tornquist洋連續演化的地質記錄,為古生代的特提斯主大洋的西段,而特提斯大洋的東段為班公湖-雙湖-昌寧-孟連洋(圖2B、圖4B)。該洋盆的西段在晚石炭世閉合,而中東段在晚三疊世閉合(圖3A,B)。金沙江-哀牢山帶和甘孜-理塘帶為該主洋盆閉合期間俯沖消減形成的弧后盆地或弧后擴張帶(潘桂棠等,2002,2004,2012)。

5.3 絲綢之路巖漿弧與增生造山帶

南阿爾卑斯Plankogel帶、土耳其北部Pontides帶和伊朗北部Rasht-Mashhad為古特提斯縫合帶,代表泥盆紀—二疊紀的洋盆。該洋盆在晚石炭世—早三疊世向北西方向斜向俯沖,形成以Scythian-土蘭和高加索為代表的一系列增生雜巖帶、巖漿弧和弧后盆地等。有學者認為該帶向東經Kopet-Dagh帶和北Pamir帶,可能延伸到西昆侖弧盆系,構成一條長約8300 km的絲綢之路巖漿弧(Silk Road Arc)(Natal’in and,2005;Moghadam and Stern,2014),而我國學者認為西昆侖弧盆系屬于秦祁昆原特提斯構造域。實際上秦祁昆原特提斯構造域相當于特提斯中西段的Iapetus-Tornquist加里東構造域。Scythian-高加索-土蘭弧盆系應對應于我國羌塘中部石炭紀的望果山組島弧火山巖和石炭—二疊紀弧前增生楔盆地(圖3A、圖4C,D)。它們同為古特提斯石炭—二疊紀弧盆系統,在晚三疊世分別形成基梅里和印支期造山帶(耿全如等,2011;江慶源等,2014;Liang et al.,2017)(圖4E)。

這兩條造山帶的另一個共同特征是擁有寬闊的增生雜巖帶和高壓變質帶。在土耳其、伊朗北部,基梅里期的增生雜巖帶包括洋殼、巖漿弧殘片和巨厚的弧前盆地復理石沉積,寬度超過300 km。在羌塘中部,印支期的增生雜巖帶、蛇綠混雜巖帶和以榴輝巖、藍片巖為主的高壓變質帶寬度超過200 km。它們都是增生型造山帶的典型代表(李繼亮,2004;毛曉長等,2015;et al.,2018)。

最新的研究表明古特提斯向北俯沖的驅動力來自洋脊俯沖,并導致南側的被動大陸邊緣裂解(萬博等,2019;Zhong and Li,2019,2020)。據此模式,伊朗地塊中部的Jandagh-Anarak和Takab蛇綠巖帶也可能是北部俯沖階段南側拉張的結果。由于古特提斯向北西方向的斜向俯沖,在增生造山過程中使基梅里造山帶前緣著名的Scytho-Turanian斷裂帶發生強烈的右旋走滑(圖1)。據估算位移距離達300～350 km。在俯沖雜巖帶和巖漿弧不斷增生和走滑斷裂的雙重作用下,造成基梅里造山帶古特提斯弧盆系地質體平行位移和最終斜列式拼合(Natal’in and,2005;Moghadam and Stern,2014)。

6 結論

(1)Rodinia超大陸在新元古代裂解形成的原特提斯大洋,在寒武紀開始向南俯沖消減,在岡瓦納大陸北緣形成活動大陸邊緣。歐洲原特提斯閉合(約420 Ma)形成的加里東造山作用以出現陸相磨拉石建造、逆沖推覆體和高壓變質帶為代表,持續時間為505～380 Ma,主要保存于Iapetus和Tornquist縫合帶及相關構造單元中。我國的原特提斯構造域主要分布于秦祁昆造山系中,洋盆以及弧盆系統的閉合造山時代為530～480 Ma,具有與歐洲加里東造山帶類似的地質特征。

(2)歐洲Rheic洋在奧陶紀擴張成為寬闊大洋,在志留—泥盆紀演化為由Saxo-Thuringian、Rheno-Hercynian和Galicia-Moldanubian等分支小洋盆以及Armorica游離地塊群構成的多島洋格局。泥盆紀形成的古特提斯實際上為Rheic洋向南俯沖形成的弧后盆地。Rheic洋類似于特提斯東段的班公湖-雙湖-昌寧-孟連洋,為古生代的特提斯主大洋。金沙江-哀牢山帶和甘孜-理塘帶為主洋盆閉合期間俯沖消減形成的弧后洋盆。Rheic洋各分支洋盆在320～310 Ma閉合,形成華力西造山帶和Pangea超大陸。

(3)南阿爾卑斯Plankogel帶、土耳其北部Pontides帶和伊朗北部Rasht-Mashhad帶為古特提斯縫合帶,代表泥盆紀—二疊紀的洋盆。該洋盆在晚石炭世—早三疊世向北西方向斜向俯沖,形成以Scythian-土蘭和高加索為代表的一系列增生雜巖帶、巖漿弧和弧后盆地等。其中的晚石炭世—早三疊世絲綢之路巖漿弧與我國羌塘中部的望果山火山弧相對應。

(4)特提斯中西段的基梅里造山帶和羌塘中部的印支期造山帶為古特提斯增生型造山的典型代表。它們均包括巨厚、強變形的弧前復理石沉積建造,洋殼和巖漿弧殘片,并伴隨以榴輝巖、藍片巖為主的高壓變質帶。

2021年是我國著名大地構造學家潘桂棠研究員80歲華誕,也是他從事地質事業整整60周年。筆者作為潘老師的學生,祝老師生日快樂、幸福安康!在本文的寫作過程中始終得到潘老師的親自指導和學術思想的指引。筆者認識到潘老師提出的主大洋模式、多島弧盆系和增生造山理論對于探討特提斯洋陸格局演化的重要性,并且以此為依據,通過大量的文獻閱讀和研究,最終完成了本篇論文。