秦岭构造演化史

构造发展史——秦岭
【摘要】秦岭作为分隔中国南北大陆的著名大陆造山带，长期受到国际地学界的广泛关注与研究。

近20余年来，随着板块构造理论与造山带新思想的发展，研究者们对秦岭造山带的形成与演化进行了不同领域的研究，认识到秦岭造山带是华北陆块与扬子陆块对接碰撞而成的造山带。

经历了长期复杂的构造演化过程，在不同的构造时期以不同的构造体制、不同的造山作用和造山过程复合叠加而成现今的造山带景观。

地质、地球化学和地球物理综合研究表明，其主要经历了3 个不同演化阶段：1.晚太古代—早元古代造山带基底形成演化阶段；
2.晚元古代—中三叠世板块构造演化阶段；
3.中新生代陆内造山作用与构造演化阶段（张国伟等，1996 ）。

在这一长期、复杂的演化过程中造就并残存了大量的地质构造形迹，赋存了有关造山带形成、演化及其地球动力学的丰富信息。

尤其是元古代作为大陆生长的主要时期而倍受重视，得到了广泛研究，取得了长足的进展。

随着秦岭研究工作的不断深入和资料的大量积累，以及超大陆形成与裂解的恢复重建，对于秦岭地区元古代构造格局、构造体制与演化细节开始出现越来越多的争议。

主要涉及华北、北秦岭、扬子陆块的时空演化关系和相应的构造体制，最关键的是北秦岭的构造属性问题。

【关键词】秦岭演化构造作用
一概述
地壳形成和发展过程中花岗岩类的活动占有重要地位，花岗岩的广泛分布是大陆地壳尤其是造山带的重要特征之一。

秦岭造山带中不同时代、不同成因、不同类型的花岗岩十分发育，其形成与造山带的发展演化息息相关，是秦岭造山带构造演化的真实记录。

每次岩浆活动及其特定的岩石类型都表征了秦岭造山带板块构造发展的一个特定阶段和型式。

深入研究秦岭花岗岩是阐明秦岭造山带形成、发展、演化和动力学过程的关键之一。

秦岭花岗岩的主要特征：
1.秦岭花岗岩明显的有七个重要形成期：①阜平期(25～29亿年)；②吕梁期(17～20亿年)；
③晋宁期(8～11亿年)；④加里东期(4～6亿年)；⑤海西期(2．4～3．8亿年)；⑥印支期(1．9～2．2亿年)；⑦燕山期(0．8～1．7亿年)。

2．空间分布特点：在造山带南北两侧的时代老、中间新，元古代及太古代的花岗岩分布于扬子与华北两大古陆的边缘。

3．花岗岩的时代自东向西逐渐变新。

4．秦岭造山带南北两侧十分特征和醒目的分布着两条A型花岗岩及碱性岩带，并伴有同期的双峰式火山岩与碱性火山岩(卢欣祥，1986)。

但南北的时代早晚不同，北带早且旋回多(15～20亿年、2～10亿年、4～5亿年、1～2亿年)；南部新且旋回少(8～10亿年、4～5亿年、l～1．5亿年)。

显示华北板块比扬子板块有较早的裂解历史。

5．秦岭花岗岩的矿物组成和化学成分也独具特征。

表现为岩性整体上偏基性和相对富碱.
6.秦岭花岗岩几乎没有接触变质(少数岩体和小斑岩除外)，有时围岩破碎明显，具“冷侵位”特点.
7．秦岭地壳(尤其前寒武纪)分异演化不强、成熟度不高，是造成秦岭花岗岩普遍偏基性及特殊性的根本原因，以致当今国内外已有的花岗岩分类在秦岭的适用性都遇到了困难。

8.岩石圈不同圈层改造重熔是秦岭花岗岩的主要形成作用。

野外产状及地质地球化学特征揭示出了这个现象，在同一岩体可以见到残留变质地层一混合岩一混合花岗岩一中细粒黑云母花岗岩一似斑状黑云二长花岗岩有规律的演化关系。

9.秦岭花岗岩的时空分布揭示出秦岭造山带不同时期有不同的构造体制中生代燕山期由于岩浆活动造成地壳伸展作用，使造山带发生垮塌、抬升、顶蚀、剥离，从而形成了不少热穹和变质核杂岩(如佛坪、小秦岭、崤山等地区)，深部的岩浆剖面被剥露出来，并使中生代的花岗
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岩可以超覆叠加在各个岩浆旋回之上。

10．秦岭花岗岩的时空分布揭示出秦岭造山带不同时期有不同的构造体制。

从早到晚反映出伸展拉张(早、中元古代)一俯冲碰撞(晚元古代一古生代一早中生代)一伸展抬升(晚中生代)的构造演化过程。

早、中元古代A型花岗岩的出现记录了在太古代代一早元古代已完全克拉通化的华北陆块的最先最早的裂解过程及被动大陆边缘性质，晋宁一加里东一海西一印支期的俯冲碰撞型花岗岩则保留了秦岭进入板块构造体制演化阶段和秦岭主造山阶段的完整记录，以沙河湾奥长环斑花岗岩的出现为转折，标志着中生代扬子与华北两大板块已完且对接拼合，形成了新的克拉通陆块，整个秦岭的岩浆作用已成为造山后的陆内岩浆作用，与中生代之前有着完全不同的活动样式和构造体制，开始了新的演化历史。

二、秦岭造山带
秦岭造带位于中国中部，被称为中国大陆的“脊梁"，在中国大陆形成与演化中占有突出的地位，向西与昆仑和祁连造山带相连，向东被郯庐断裂所截，东西向延伸约2000km。

同时，这里也是世界上著名的超高压变质带之一，发育含金刚石和柯石英的榴辉岩(Xu等，1992)。

古亚洲构造域、特提斯一喜马拉雅构造域和滨太平洋构造域(任纪舜等，1999b)动力体系在此交会、复合、叠加，成为研究中国大陆乃至东亚大陆中部巨型复杂构造带的关键地段。

秦岭造山带经历了长期发展和演化，具有复杂组成和结构，是一个独具特色的典型的复合型大陆造山带(张国伟等，2001)。

秦岭造山带以商丹缝合带为界，划分为南秦岭(即秦岭地块)和北秦岭(归属华北地块)两个亚带(或者以山阳断裂和商丹带为界，分为南、中、北三个亚带)。

南秦岭现今地表地质组成包括前寒武纪结晶基底和过渡性基底、古生界和中下三叠统。

南秦岭南部出露的前寒武纪基底以过渡性基底为主，以武当群和陨西群为代表，主要岩性为浅变质的火山岩、火山碎屑岩等。

从下震旦统至中三叠统的盖层为一套在典型的被动陆缘地堑一地垒环境下发育的沉积建造；它们主要为碎屑岩及碳酸盐岩建造，但其中许多层位发育有火山岩及火山碎屑岩建造，如青白口系耀岭河组、中下奥陶统和下志留统中的火山岩建造；另外，还有一些水下滑塌沉积。

上三叠统
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及以上地层仅存在于一些小型山间盆地中。

秦岭造山带现今上地壳结构以褶皱一冲断系统为主要特征，北秦岭表现为结晶基底卷入的厚皮变形，而南秦岭则沿下震旦统发生滑脱的薄皮冲断和褶皱为特征(Meng&Zhang，2000)。

秦岭造山带在南、北向剖面上主体呈现为不对称扇形陆壳
岩片叠置结构(张国伟等，2001)。

自北而南依次以秦岭造山带北缘指向北的逆冲推覆构造系、以商丹带为主断裂的指向南的北秦岭叠瓦逆冲推覆构造系和以大巴山弧形断裂为总拆离滑脱界面的南秦岭多层次逆冲推覆构造系等为东西向的主体构造，并以南北边缘相向造山带内的巨大陆内俯冲构造为边界，共同构成现今秦岭造山带地壳上部北翼窄而陡、南翼宽而缓的不对称扇形结构剖面总体形态。

南秦岭板块的形成是华北大陆和扬子大陆在现代板块构造机制下活动的产物，晚三叠世时，南北陆块碰撞拼合，南秦岭海域闭合隆升，沿商丹带和勉略带以北广泛发育碰撞花岗岩体群，与海盆海相沉积结束时期一致，标志着陆陆俯冲碰撞造山作用结束，转入陆内造山作用阶段。

三、岭造山作用的类型及其演变
现代秦岭山脉主要是中新生代陆内造山的产物。

而秦岭造山带的历史则至少可以追溯到早元古代。

在长期演化过程中，秦岭岩石圈经历了多种构造体制的转换和多次造山运动的影响，因此必须筛分消除晚期构造影响，追溯恢复早期造山作用遗迹，重建秦岭造山历史。

图1 秦岭地质略图
秦岭造山带内部次级构造单元可划分为华北板内造山作用(以下分别简称为俯冲造山作用、碰撞造块(NcP)南缘、北秦岭(NQ)、南秦岭(SQ)、扬子板山作用和陆内造山作用)。

其中，碰撞造山作用可进块(YP)北缘，分别以洛南(F1)、二郎坪(F2)、商丹(F3)和她略(F4)断裂带为界(见图1)。

其中，南秦岭在泥盆纪之前属扬子板块北缘，后裂离成为独立微型板块。

商丹断裂带至少自震旦纪以来一直是分隔华北与扬子板块的主要界线，印支期经碰撞造山成为秦岭主缝合带。

3.1 俯冲造山作用
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秦岭地区俯冲造山作用以扬子板块向北俯冲，导致北秦岭南缘发生造山为代表。

扬子板块向北俯冲的时代主要发生在奥陶一志留纪，俯冲作用的时间上限应当不晚于泥盆纪晚期一早石炭世。

俯冲造山形成了具有陆缘弧性质的丹凤岛弧。

其主要表现如下：
3.1.1 商丹带北侧秦岭杂岩中分布的同位素年龄为452～382 Ma的俯冲型岛弧花岗岩多为幔壳混源的I型，少数属典型壳源s型。

在siO。

含量相似时显示其K。

o，K。

o+Na：O，REE，Th 含量和K：O／Na。

o比值自南向北的规律增长，反映岩浆岩具有穿弧极性，指示俯冲方向是由南向北的。

3.1.2 岛弧南侧弧前沉积岩系中含有来自秦岭杂岩的碎屑(矿物碎屑和片麻岩岩屑)，砂岩地球化学性质受到基性火山岩(丹风蛇绿岩)和云斜片麻岩(秦岭杂岩的主要岩性)的双重控制，反映丹风蛇绿岩／岛弧火山岩和秦岭杂岩同为其沉积源岩，是同一岛弧的不同组分。

丹风岛弧的构造性质与现代张性弧比较接近，主要表现为发育二郎坪弧后盆地．弧前缺乏大型加积楔，造山带相对狭窄。

但是，应该指出的是，上驮板块的应变状态在岛弧发育的不同阶段(尤其在俯冲一碰撞的转化阶段)是变化的。

丹风岛弧在早古生代末处于岛弧发育的晚期阶段，此时洋壳的大规模俯冲作用即将结束，区域应力状态发生明显变化．具有强烈的挤压性质。

俯冲造山的发育程度与洋盆的大小，一般呈正相关关系。

秦岭南部勉略小洋盆和北部二郎坪弧后盆地的关闭虽然伴随一定程度的俯冲作用，但由于洋盆规模较小，俯冲造山作用不十分明显。

3.2 碰撞造山作用
3.2.1 弧一陆碰撞造山秦岭弧一陆碰撞造山，以二郎坪弧后盆地的关闭及北秦岭岛弧与华北板块的碰撞造山为代表。

3.2.2 陆一陆碰撞造山包括属于华北板块南缘的北秦岭与南秦岭板块沿着商丹缝合带一线的碰撞造山、南秦岭板块与扬子板块沿着勉略带的碰撞造山。

本文主要讨论前者碰撞的时代、方式、过程和碰撞造山带类型。

主要的证据包括：①南秦岭泥盆系与下伏地层呈角度不整合，底部砾岩为造山期磨拉石建造，并且可以与祁连山地区的泥盆系底砾岩对比；
②蛇绿岩的时代为早古生代。

另一种意见认为秦岭地区存在印支期大洋，碰撞造山发生在中生代[9一，主要依据是蛇绿岩的年龄为中生代，南秦岭泥盆纪化石产于外来岩块中，所谓“泥盆纪”的时代为三叠纪。

南，北秦岭沿商丹带从洋盆的初始闭合到最终全面碰撞成山，经历了3个主要时期。

1)秦岭洋的初始闭合／点接触碰撞(晚泥盆世一中石炭世)。

南秦岭志留一泥盆系沉积岩具二元混源特点，南秦岭古生代末俯冲板块发生弯曲上拱和裂陷，丹凤岛弧火山岩j俯冲型花岗岩年龄的上限值(约380 Ma)、泥盆纪末与初始碰撞有关的弧前沉积岩系变形和板缘走滑年龄(314，279 Ma)、石炭纪板缘拉分盆地的发育等“]，反映早古生代末～晚古生代初南、北秦岭之间的突出地段发生局部小规模碰撞。

初始接触碰撞使秦岭洋盆逐渐转化为残余海盆并趋于消失，但没有引发实质性的碰撞造山，而是转入了以局部反复作用的走滑、拉张和挤压变形为特征的板缘变形和残余海盆的发育时期。

2)秦岭洋的全面闭合——残余海盆／面接触碰撞。

初始碰撞后．北秦岭南缘和内部自石炭纪开始逐渐出现煤系或河流相地层，而南秦岭则以浅海相地层的连续发育为特征，并且一直延续至中三叠世。

二郎坪弧后盆地的海相沉积也持续到早三叠世。

因此，沉积记录一致反映残余海盆的缓慢充填过程，而不是初始碰撞后即相继发生强烈的挤压一隆升。

秦岭地区这一时期花岗岩岩浆括动微弱，投有与全面碰撞造山对应的强烈变形变质作用，也反映这一时期的构造活动相对微弱。

造成上述构造态势的区域构造背景是，古特提斯在石炭一二叠纪达到最大扩张期。

南秦岭板内拉张型碱性岩浆活动此时加剧(355～25l Ma)，勉略带达到最大扩张时期，并出现洋壳。

在总体扩张的背景下南、北秦岭在初始碰撞后减缓了碰撞造山的速度，导致了残余海的长期发育。

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3)残余海盆的最终闭合／整体隆升成山。

秦岭地区残余海盆的完全封闭和全面碰撞造山发生在中三叠世末至晚三叠世。

其主要依据包括：①南秦岭震旦纪一中三叠世沉积地层为基本连续的海相沉积，其变形协调一致，变质程度均为低绿片岩相，晚三叠世以上全部转为陆相沉积，出现磨拉石建造．变形显著减弱；②震旦一中三叠统地层卷入统一的变形变质，印支期碰撞型花岗岩(245～2ll Ma)普遍发育；；3 横切缝合带、完全未变形的沙河湾奥长环斑花岗岩锆石U —Pb年龄194.5，195.5 Ma，39Ar-40Ar年龄213 Ma士2．9 Ma，标志著碰撞造山运动的结束。

3.3 陆内造山作用
碰擅造山使华北板块、北秦岭、南秦岭和扬子板块结合成为一个整体。

然而，秦岭地区并未由此向着稳定克拉通的方向发展，而是转入了陆内造山作用演化阶段，可分为以下两个主要阶段。

1)晚三叠世一早白垩世，秦岭地区发育一系列小型箕状山间断陷盆地和拉分盆地．其中的后造山磨拉石普遍遭受低绿片岩相变质作用和较强的变形。

这些盆地的发育与主造山期后持续的会聚作用(陆内俯冲)引起的岩石圈浅一表层的塌陷和平行造山带的走滑有关，反映碰撞期后持续的南北向挤压。

进一步的挤压导致上部岩石圈由拉张状态转为收缩状态，形成了一系列的逆冲推覆构造，使基底变质岩系叠覆于晚三叠一早自垩世地层之上。

这一时期深部岩石圈处于持续的挤压状态，而浅部地壳则经历了挤压一拉张+平移一挤压的递进变形和应力转
换。

2)中生代晚期，秦岭岩石圈整体转入强烈伸展状态，沿着秦岭内部主要的断裂带发生广泛的近南北向拉张作用，形成了一系列具拉张性质的晚白垩第三系断陷盆地堆积。

这些盆地比晚三叠世一早白垩世山间盆地的规模大，分布广，未变质，变形弱。

岩石圈的伸展同时伴随着秦岭北部一大别山一线的大规模花岗岩侵入和有关的成矿作用。

在地貌上，秦岭再次强烈隆升，形成现代秦岭山脉及相关盆地的雏形，使现代秦岭主峰自中自垩世以来相对隆升幅度选12 km以上。

纵观秦岭地区造山类型和造山演化史可以看出，秦岭地区自古生代以来随着由板块构造体制到陆内构造体制的复杂转化，经历了多次、多种类型造山作用的复合叠加，仅仅根据板块理论，用单一造山作用不能对秦岭的演化历史做出完整的解释。

与经典板块构造的造山理论相比，即使在古生代一早中生代板块构造体制阶段．秦岭造山作用的总体框架虽然就总体而言可以在板块构造的造山模型中得到解释，但在造山细节过程和特征上也存在很大差异。

这是与古特提斯东部构造域独特的构造背景有关的。

四秦岭造山运动的结论
（1）秦岭与华北陆块之间存在明显的地球化学边界，北秦岭具有明显高的初始∈Nd（t）值和Pb同位素比值特征，区别于明显低初始∈Nd（t）值和Pb同位素比值特征的华北陆块，并不同于扬子地幔同位素组成，是2 000 Ma 左右形成于华北陆块外侧洋岛基础上的独立微陆块。

地球化学边界反映了早元古代洋、陆地幔分异界线。

（2）1600Ma左右，秦岭古洋盆向华北陆块俯冲消减，秦岭首次拼接于华北陆块。

1300Ma 开始扩张裂解，，形成宽坪小洋盆，并于1000Ma消减闭合，北秦岭块体与华北块体再次对接，同时，南侧可能与南秦岭陆块群中的陡岭微陆块拼接。

（3））北秦岭陆块经历2200～1800Ma和1400～900Ma，两次主要的地壳生长，分别以垂向加积增生和侧向加积增生为主要机制。

（4）1000Ma左右，华北、北秦岭与扬子块体群临近，北秦岭与扬子块体群之间的洋盆向北俯冲消减，导致扬子陆块群总体向北秦岭会聚靠拢，并有个别陆块与北秦岭发生碰撞，扬子陆块群之间总体则呈现扩张离散状态。

参考文献
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