研究表明,近十几年来各巨型古陆块是由许多大小不同的陆块所构成。古元古代末期和中元古代末期是它们增生拼合最重要的两个时期,中国各陆块早期也经历了与此大体相同的演化趋势,但基底结构区域性差异显著。中国最古老的花岗质表壳岩石见于华北和塔里木地区(任纪舜等,1990;王云山等,1990)。在冀东地区获得距今3850~3550Ma、鞍山附近有距今3804Ma同位素地层年龄数据(刘敦一,1991),在甘肃北部红柳峡有距今3488Ma、塔里木库鲁克塔格有距今3263Ma年龄数据(胡霭琴等,1992),表明华北和塔里木地区在古太古代就已出现规模不等的古陆核。在这些陆核边缘的很多地方已发现大量新太古代火山-沉积岩系,包括各类火山岩、富铝陆源碎屑岩、钙镁质碳酸盐岩和硅铁质岩。陆核间则以蛇绿岩建造为主,花岗岩、混合岩和岩石变质年龄集中在距今2500~3000Ma。华北古陆块主体和塔里木几个较大的陆块经过这一构造-热事件已经形成。古元古代末期(距今1850Ma左右)发生强烈的构造-热活动,华北古陆块最终固结,中元古界长城系成为华北陆块的沉积盖层和陆内、陆缘裂谷沉积的底部岩系(伍家善等,1991)。
在华南地区(包括扬子区和华夏区)陆核形成比华北和塔里木要晚些。该区已发现最早的角闪岩相表壳岩石,多种同位素测定年龄多数在距今3000~2500Ma,个别距今3300~3200Ma。它们主要分布在康滇、鄂西黄陵-神农架、江西东北部障公山和浙江龙泉、福建建宁等地(林金录,1989;马长信,1993;赵宗溥,1993)。在广西本洞、摩天岭,福建德化、尤溪,广东河台等地古生代至中生代花岗岩中继承性锆石,广西四堡、福建清流中新元古界中的碎屑锆石及海南岛抱板群中的暗色包体中都测得有距今3200~2400Ma年龄值。此外,在航磁上延10km平面图上,松潘、川中、云开、增城均有平稳高磁块层,推断为角闪岩相变质岩所引起。以上证据表明,在中新太古代,随着壳幔物质分异,在康滇、松潘、川中、鄂西、湘黔桂边界、云开、增城、海南岛和浙闽等地已出现大小不等的陆核。
古元古代时,上述陆核已初步成熟,沉积了石英质砂岩、富碳铝泥质岩夹碳酸盐岩。古元古代晚期是陆核增生和拼合相连的重要时期。沈渭洲(1993)据浙闽地区变质岩Sm-Nd等时年龄、锆石U-Pb年龄提出2000~1800Ma是该区最重要的地壳形成时期,“华夏古陆”已基本形成。此时上扬子(川中-鄂西)和苏北-南黄海也已形成两个较大的陆块。它们在中元古代沉积了稳定的陆源碎屑岩和镁质碳酸盐岩。在川滇和摩天岭等地则以裂谷火山-沉积岩为主。
经过距今1400Ma左右,特别是距今1000Ma左右的地热变动,华南成为统一的稳定程度低的陆块。这次构造-热事件,在扬子地区有显著的反映,中元古界地层强烈褶皱,普遍出现绿片岩相变质。广西北部、贵州东部梵净山、安徽休宁、南秦岭-大巴山、康滇-龙门山都发生了年龄值在1000Ma左右的花岗岩侵入。中元古代变质岩、花岗岩被新元古界青白口系-震旦系不整合覆盖。在浙闽地区也广泛存在距今1400Ma和距今1100~950Ma花岗岩侵入和热变质作用,并与扬子陆块在浙江绍兴-江山一线拼合。
塔里木和柴达木元古宙演化历程与华南相似,也是在中元古代末期增生为较大陆块。
至此,原先各自以太古宙陆核为中心增生的华北、华南、塔里木等陆块联合成一个大型古陆——原中国古陆,华北陆块与华南陆块的拼接,这已被分布于交接带及其两侧众多花岗岩形成年龄、混合岩化年龄和变质年龄所证实(赵宗溥,1995),也可由发育于华南、华北并由柴达木、塔里木相联系的新元古代3套冰碛岩加以确认(表1.1;图1.1,图1.2)。
图1.1 中国布格重力异常图
图1.2 中国及邻区莫霍面的分布(据吴奇之等,1997)
表1.1 中国大陆形成演化表
塔里木、扬子与华北地块对比。
研究表明,除扬子与塔里木克拉通化的特点和时代具有相似性外,新元古代早期发育的钙碱性富铝花岗岩、南华纪裂解型岩浆活动和同时代冰碛层的发育提供了重要的证据。但华北克拉通中-新元古代主要处于相对宁静的构造状态,地层记录中出现了巨厚的碳酸盐岩沉积,它们与塔里木-扬子克拉通中-新元古代地质历史存在着重要差异,表现在下列几个方面:
(1)克拉通化完成的时间存在明显差异。克拉通化是一个地质块体从相对活动状态转变为相对稳定状态的重要过程,它不仅表现在地壳的厚度增大和地表山脉的形成,而且深部壳、幔物质发生强烈交换。因此克拉通化的时间和特点是一个地质块体地史演化历程中的里程碑。华北克拉通化发生于距今2000~1850Ma之间。而塔里木-扬子克拉通化则是通过晋宁运动或塔里木造山运动完成了从相对活动状态到相对稳定状态的转变,其时间介于距今1000~850Ma,比华北克拉通化结束时间晚了近10亿年。
(2)中元古代末至新元古代早期历史存在明显差异。当塔里木-扬子地块经历这一时期的造山历程时,克拉通边缘出现了指示汇聚和碰撞带的岛弧火山岩带和大量深成侵入岩,克拉通内部则发育弧后盆地及克拉通盆地沉积。因此,在塔里木-扬子克拉通边缘保留了大量新元古代早期构造-热事件的地质记录。而此时的华北克拉通正处于从中元古代广海碳酸盐岩盆地沉积到青白口纪局限盆地的调整过程中。克拉通内部及边缘的青白口系出现碎屑岩+碳酸盐岩组合,没有大量的火山喷发和深成侵入活动,其相对宁静的构造状态与塔里木-扬子克拉通所处的极为活动的构造状态形成明显反差。
(3)南华纪演化特征存在明显差异。塔里木-扬子克拉通在南华纪出现了大规模裂解,这一过程经历了约100Ma,出现了指示地壳裂解和减薄的双峰式火山岩、基性岩墙群、板内花岗岩和辉长岩侵人体、A型花岗岩及裂谷盆地等。然而,华北克拉通及其边缘没有出现上述南华纪裂解事件群,其构造背景与塔里木-扬子克拉通迥然不同。
(4)冰碛层的层位及时代存在差异。塔里木-扬子克拉通南华系中发育典型的冰碛层,以南沱组(扬子克拉通)和特瑞爱肯组(塔里木克拉通)为代表,其层位位于南华系顶部,时代约为距今700Ma,而华北克拉通南缘和西缘发育的罗圈组和正目观组层位位于寒武系之下,属于震旦系顶部,时代在距今600~550Ma之间,与南沱组及特瑞爱肯组不属于同一时代的冰碛层。
(5)地壳厚度变化较大,总体西部厚,东部薄,南厚北薄。
联合国教科文组织研究了中国重力和磁力异常特征,并对青藏高原东北缘进行了岩石圈结构实验研究,对布格重力异常进行了延拓和分离、构造增强和重要界面反演(沉积基底面、莫霍面)。结果表明莫霍面深度由中国东北到西南逐渐变深,鄂尔多斯地块和阿拉善地块的莫霍面平均深度为37~44km,而青藏高原祁连褶皱系、秦岭褶皱系和松潘-甘孜褶皱系的莫霍面平均深度为44~67km。同时对穿过研究区内海原-六盘山地区的两条重要剖面进行重力正反演拟合建模,发现在上地壳底部及中地壳顶部有低密度体存在,与深地震测深低速度体和大地电磁测深低阻体位置相对应,认为与滑脱构造有关。塔里木西南部莫霍面深度为58~60km。磁异常图反映各个时代磁性体分布和强度,特别体现出个地区磁性体与构造体系的密切关系。
(6)根据构造体系特征、地壳厚度、基底及沉积发育特征,将中国划分若干个地块(图1.3)。
(7)地壳厚度急剧变化带。①阿勒泰山地壳厚度急剧变化带;②天山地壳厚度急剧变化带;③北祁连山北缘地壳厚度急剧变化带,在这里分布有北祁连山北缘(或酒泉盆地南缘)新近纪-第四纪陆内前陆盆地;④西昆仑山北缘地壳厚度急剧变化带,在这里分布有西昆仑山北缘(或塔里木盆地西南缘)新近纪-第四纪陆内前陆盆地;⑤东昆仑山北缘地壳厚度急剧变化带,在这里分布有东昆仑山北缘(或柴达木盆地西南缘)新近纪-第四纪陆内前陆盆地;⑥喜马拉雅山南缘地壳厚度急剧变化带,在这里分布有喜马拉雅山南缘新近纪-第四纪印度河、恒河和阿萨姆周缘前陆盆地;⑦四川西部至云南西部地区地壳厚度急剧变化带,沿此带从南至北分布有楚雄和川西晚三叠世弧后前陆盆地;⑧鄂尔多斯盆地西缘地壳厚度变化带,沿此带分布有晚侏罗世陆内前陆盆地;⑨中国台湾西部地壳厚度急剧变化带,沿此带分布有上新世晚期-更新世弧后前陆盆地。
在国外喀尔巴阡、亚平宁、安第斯和扎格罗斯造山带前缘分布的前陆盆地下面也可见到这种地壳厚度急剧变化的现象。
图1.3 中国地块划分示意图