李廷栋院士:关于发展洋板块地质学的思考

1   为什么要研究洋板块地质

大洋是一个复杂的地质地理系统,现代的太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋等大洋洋底地形、地貌、地质条件都异常复杂,有高山(海山),也有深谷(深海沟、裂谷);有洋中脊海岭,也有裂离地块;有平原(深海平原),也有盆地(弧前盆地、弧间盆地、弧后盆地);有火山岛弧,也有洋内弧。

2   研究洋板块地质有助于深化造山系的认识

中国大陆广泛分布有不同地质时代、不同类型、不同规模的造山系,构成中国地质的一大特色(潘桂棠和肖庆辉,2016).除板内型造山带以外,各种类型的造山系都记录了洋板块形成、发展和消亡的历史,它们不仅发育了复杂的洋板块地层 系 统,而且蕴藏着洋板块特殊的沉积建造、岩浆岩组合、变质作用、构造形迹、成矿作用和地球物理场、地球化学场特征等丰富的地质信息,记录了洋板块从洋中脊形成到海沟俯冲消亡洋陆转换的全过程和大陆增生的轨迹.造山系物质组成和结构构造异常复杂,特别是经历多次构造运动影响,使得许多岩石建造组合和构造形迹遭受了不同程度的变质、变形、变位,更增加了研究的难度.因此,只有加强洋板块地层系统在内的洋板块地质的精细研究,才能正确识别造山系岩石建造组合及其构造背景,才能破解造山系若干地质难题,提出一些创新性成果.

3  研究洋板块地质有助于阐明大陆形成演化的动力来源

大洋岩石圈如何演化形成大陆岩石圈?大洋板块如何演化形成大陆板块?是当代板块构造和大陆动力学重大前沿性科学问题之一.研究表明,洋内俯冲带是洋盆演化形成大陆的起源地,洋内俯冲作用形成的洋内弧是洋盆演化形成大陆的雏体,洋陆转换作用是大洋板块演变形成大陆的主要过程.中国大陆是由多个陆块和造山系拼贴而形成的大陆.驱动中国大陆形成演化的动力,主要来源于大洋洋底扩张,当然也来自大陆深部壳幔相互作用和软流圈物质的上涌.也就是说,中国大陆的形成与古亚洲洋、古太平洋、特提斯洋的形成、演化、消亡和洋陆转换密切相 关.现代中国大陆地质构造格架是由于西伯利亚板块、太平洋板块与印度-澳大利亚板块 向中国大陆相向挤压汇聚而形成的,驱动三大板块相向汇聚的动力来源于北冰洋、太平洋和印度洋的洋底扩张.因此,加强洋板块地质的研究有助于查明洋陆转换的过程和大陆形成的动力来源.

研究洋板块地质有助于查明矿床形成分布的时空规律

现在的问题是,随着古大洋板块的俯冲、消亡,这些金属元素都到哪里去了?是不是一部分俯冲到地壳深部或地幔,另一部分滞留在俯冲增生杂岩带,随之都汇聚到俯冲增生杂岩带及其深部,构成金属矿床形成的物质来源.所以近年来的研究发现,增生型造山带储存着大量流体,蕴藏有众多大型、超大型铜、金、多金属矿床.全球2/3的铜矿和1/3的金矿都与俯冲型和碰撞型造山作用有关,大多分布于俯冲增生型杂岩体内.亚洲大陆东缘滨太平洋成 矿 域和美洲安第斯巨型斑岩型铜矿成矿带是俯冲增生造山作用成矿的典型代表;我国西藏冈底斯乃至整个特提斯构造域南缘则是典型碰撞造山作用成矿的实例.因此,通过洋板块地质和壳幔相互作用的研究有助于查明这些矿床形成和分布的时空规律和特点.

研究蛇绿岩类型及其形成的构造环境

Dilek and Robinson(2003)经过多年研究探索,提出了新的蛇绿岩定义和分类方案.新的分类方案把蛇绿岩分两大类:一类为与俯 冲 作 用 无 关 的 蛇 绿 岩,包 括 陆 缘 型 蛇 绿 岩(CM)、洋中脊型蛇绿岩(MOR)和地 幔柱型蛇绿岩P);另一类为与俯冲作用有关的蛇绿岩,包括俯冲带上盘型蛇绿岩(SSZ)和火山弧型蛇绿岩(VA)(图5).基于Dilek(2011)蛇绿岩的新定义、分类,在利用蛇绿岩研究成果重建古大洋时,应重点研究以下 3 个问题.首先,要 研 究 查 明 蛇 绿 岩 类型、岩石组合序列、地球化学特征、时代及其形成的构造环境;第二,从分析造山系地质演化入手,再造威尔逊旋回各阶段蛇绿岩所代表的洋板块性质及其演化历史,探索大陆形成演化的历史及其动力学背景;第三,从洋陆转换的角度出发,首先寻找初始洋内弧,研究俯冲带上盘 SSZ 型蛇 绿岩演变过程,进而分析洋内弧演变为成熟弧-岛弧-岛弧链而最后岛弧拼合形成大陆的全过程 其地质演化的两大支柱.

研究洋-陆转换带成矿作用形成与演化

古老造山系中绝大多数矿床都形成于洋内俯冲背景的岛弧构造岩浆环境,并在岛弧增生带中保存下来.所以,洋内俯冲背景的弧-陆碰撞带是当今全球多数矿产 资 源 的 产 地,尤 其 是斑岩型Cu-Mo-Au床、浅成热液型Au-Ag矿床和火山型块状硫化物VMS)矿床产地,它们是全球勘探公司寻找贱金属和贵金属的首要探测目标 (Bierlein et al., 2006,2009).形成于不同洋内俯冲背景的岛弧构造岩浆环境和不同构造演化历程的矿产类型和规 模 都 不 同(图9).现在斑岩型 Cu矿的勘探重点是寻找深部隐伏矿体,这需要对区域地质演化历史和岛弧构造岩浆环境下斑岩型 Cu矿的成因及成矿过程等有一个比较综合的认识.洋内弧构造演化和改造过程中成矿作用方面要重点研究:(1)增生作用和俯冲极性反转作用;(2)增生作用和俯冲后退作用;(3)增生作用和裂谷作用.

本文摘录自:《地球科学》第44卷第5期

李廷栋,肖庆辉,潘桂棠,等,2019.关于发展洋板块地质学的思考.地球科学,44(5):1441-1451.

https://doi.org/10.3799/dqkx.2019.970

END
本文作者:张庆黎   康志刚  吴晓慧
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