北极地区大地构造特征及其构造演化——北极地区大地构造编图研究进展

李江海， 刘仲兰*， 王洛， 张华添

(1.北京大学 地球与空间科学学院 造山带与地壳演化教育部重点实验室， 北京 100871; 2. 中国极地研究中心，上海 200136)



北极地区大地构造特征及其构造演化
——北极地区大地构造编图研究进展

李江海1， 刘仲兰1*， 王洛2， 张华添1

(1.北京大学 地球与空间科学学院 造山带与地壳演化教育部重点实验室， 北京 100871; 2. 中国极地研究中心，上海 200136)

摘要：北极地区具有丰富的油气资源，但是受极度寒冷气候和广泛分布冰盖的影响，北极是全球地质研究程度最低的地区之一。为此，基于最新地球物理数据，结合文献资料中的地貌、地质、矿产资源资料，编制了北极地区大地构造图(1∶500万)。通过系统的编图研究，认为北极地区位于泛大陆腹地，中生代以来的构造演化受到冰岛地幔柱的垂向作用和欧亚-劳伦板块缓慢的顺时针旋转的水平作用共同制约。其构造演化可归纳为3个阶段：(1)早中生代：北亚-北美西北部(远东-科迪勒拉)造山带俯冲-造山增生阶段，古太平洋向北俯冲，古亚洲洋最终关闭，泛大陆最终形成;(2)侏罗纪-白垩纪：伴随着加拿大盆地张开，南阿纽伊洋盆俯冲消亡并形成南阿纽伊缝合带，两者之间在运动学上具有耦合联系，并伴随其间转换断层的调节作用；(3)新生代以来北大西洋中脊持续扩展传播，造成欧亚盆地张开和加科尔洋中脊发育。北极地区处于全球不同构造域之间的桥梁和枢纽。随着北冰洋洋盆伸展作用发展及加科尔洋中脊向南传播，它将西南贯通北太平洋构造域(远东造山带)，彻底改变全球中生代以来的构造格局。

关键词：北极地区；大地构造图；热点轨迹；构造格局；构造演化

1引言

北极地区是指地球北极圈(66°33′N)以北的区域，包括北冰洋及其环绕的岛屿和欧亚、北美大陆，总面积约2 100×104km2，其中陆地面积800×104km2，水深小于500 m的陆架面积超过700×104km2。北冰洋是四大洋中面积最小的大洋(面积1.470×107km2)(图1)，也是平均深度最小的大洋(平均深度约1 225 m)。北冰洋被陆地和岛屿半封闭环绕，处于欧亚板块、北美板块和太平洋板块之间，也是北大西洋中脊向北扩张传播的末端与北太平洋俯冲系的交汇部位[1—2]。为此，北冰洋对于认识全球构造格局调整及不同板块边界的运动学相互作用具有无法取代的大地构造演化意义[3]。

受极度寒冷气候和广泛分布冰盖的影响，北极是全球研究程度最低的地区之一，北极地区具有丰富的油气资源，据美国地质调查局北极资源评价机构CARA研究评估[4]，北极未发现的油气资源量为石油近9×1010桶、天然气1.669×1015立方英尺和凝析油4.4×1010桶，其中84%的未发现资源分布于海区。已证实的含油气盆地主要分布于环北极大陆架和相邻陆地[5—6]。近年的调查发现，加科尔洋脊作为全球有效扩张速率最慢的洋中脊端元，其热液硫化物的发育频率极高，热液异常点发育频率甚至超过快速扩张的东太平洋洋隆。这对现今洋中脊热液硫化物的发育模式是一个新的挑战[7—8]。

图1　北极地区海底深度图(极球面投影，海底等深数据据GEBCO_08 Grid)Fig.1　Bathymetric map of circumpolar Arctic (stereographic polar projection， bathymetric data from GEBCO_08 Grid)

尽管北极地区已有大量的科学论文不断发表，本区系统的基础地质地球物理调查资料非常有限，公开发表的地质资料也不丰富，相关地质构造研究也处于初步阶段，由此造成部分地区构造演化认识存在争议。北冰洋洋盆的演化涉及其中两个盆地的扩张事件：加拿大海盆扩张(约140～80 Ma BP)、欧亚盆地扩张(约58 Ma BP至今)。前者扩张中心仅在布格重力异常中有所显示，且海盆磁条带杂乱，构造过程争论较大；后者磁条带清晰，对海盆演化过程的争议较小[9]。另外，两次扩张事件涉及怎样的构造演化过程，与周缘盆地发展有何关系等科学问题也存在研究空白。

大地构造图是表述一个地区最基础的地质图件，对于表述地质构造特征及其构造演化具有重要意义。因此，从北极地区大地构造特征入手，利用最新的地球物理数据，编制北极地区大地构造图，对于理解和推进北冰洋盆构造演化和资源分布研究是非常必要的。通过北极地区大地构造图的编图研究1)，可以为我国北极地区地质的科学研究和大洋勘探调查研究，提供基础理论支撑。

2前人相关的重要研究及其本次编图研究

2.1前人研究进展及存在问题

“Atlas of Geological Maps of Circumpolar Arctic at 1∶5M scale”，联合国教科文组织(UNESCO)下属世界地质图编图委员会(CGMW)资助，2009年在加拿大和挪威出版。包括环北极地质图(加拿大地质调查局牵头)和环北极重力、磁力异常图(挪威地质调查局牵头)。图件内容包括主要地质单元年代(地层、岩浆岩)及范围、主要断层位置及性质、洋壳年龄等。存在主要问题：(1)洋底信息比较简单；(2)地质单元图例以年代区分，资料性较强，但表达性和思想性缺乏；(3)缺乏资源等概念。

“Tectonic Map of the Arctic at 1∶5M scale” (TeMAr Project)[10]，由俄罗斯地质研究所(VSEGEI)Karpinsky牵头，2011年启动，目前尚未正式出版。包括环北极大地构造图主图，及5幅插图：构造区划图、沉积物厚度图、地壳厚度图、固结地壳厚度图、地壳类型分布图。图件内容包括洋壳年龄、沉积物厚度等值线、地质单元年龄、大地构造单元(蛇绿岩、裂谷系、LIP(Large Igneous Province))、沉积盆地、主要断层等。存在主要问题：(1)缺乏地球物理数据，尤其是较高精度的海底地形数据(对海底构造最直接的制约)；(2)构造演化表达不足；(3)缺乏矿产资源表述等。

其他专题图件，如北极圈内沉积盆地分布及构造纲要图(美国地质调查局， 2008)，其专题性较强、综合性较弱，大地构造格局与演化及矿产资源分布的研究薄弱。

2.2北极地区大地构造编图方法

本次采用极球面投影(Polar Stereographic)，以1∶500万(A0图幅)比例尺对65°～90°N， 180°E～180°W范围内进行编图研究。以洋底地形为底图，结合北极地区最新的地质、地球物理研究成果，编制洋底大地构造图，补充陆上地质信息和海陆联系，及北冰洋地区油气、洋底矿产等资源分布，具体编图方法如下：

(1)编制统一的地形底图：选用1∶500万比例尺，以30″分辨率的GEBCO_08 Grid卫星地形数据为基础，对地形进行色阶调节，并添加阴影效果以直观表达。根据北冰洋底水深特征，选取并生成3 000 m等深线作为深海盆地和海底隆起(大洋中脊、洋底高原、无震海隆等)界线，形成统一的地形底图。

(2)编制大地构造图：在统一地形底图基础上，结合现有数据库、前人研究成果及大洋钻探报告，叠加洋底地质信息与研究进展，包括：① 补充洋壳年龄等时线，表达洋壳年龄信息；② 补充洋中脊扩张矢量、板块现今运动矢量，表达板块运动学特征；③ 补充地应力分布，表达岩石圈浅层应力状态；④ 补充断裂运动方向，表达板块边界运动和板块内变形特征；⑤ 补充大洋钻探的基底深度、岩性和同位素年龄等信息。

(3)补充陆上地质数据和海-陆数据整合：以Geological Map of the World-3rd Edition (CGMW)陆上地质资料为基础，补充主要断裂性质，着重表达陆上一级构造单元(板块)及其边界(造山带、边界断裂带、裂谷系等)。结合洋底地貌特征及前人研究，统一表达海、陆相连的断裂，以体现海、陆构造的相关性。

(4)补充油气、洋底矿产等资源分布：在大地构造图基础上，结合前人文献研究、网站公开数据及相关专题研究成果，叠加油田分布、热液硫化物矿点、热液异常区等资源分布，突出图件的资源意义。

2.3主要数据及来源

本图海底地形数据为GEBCO_08 Grid，重力异常数据为WGM2012，海底磁异常数据为EMAG3，洋壳年龄据Earth Byte(2008)，地壳应力数据为World Stress Map， GFZ (2008)。沉积厚度据NOAA(2013)，陆缘盆地数据来源于IHS(2009)，陆上地质据世界地质图(Geological Map of the World-3rd

1)李江海，刘仲兰，王洛. 北极地区大地构造图[M].北京：地质出版社， 2016, 出版中。

Edition)，地壳应力数据来源WSM(World Stress Map Project， German Research Center for Geosciences， 2008)，洋底断裂数据来源于GEBCO SCUFN(Sub-Committee on Undersea Feature Names)，硫化物矿点据InterRdige Vents Database (2015)，研究区资源评价据美国地质调查局北极资源评价机构CARA[11]。

需要说明的是，由于北极地区资源调查程度较低，北极资源评价机构CARA对该区油气资源评估方法与USGS标准评估方法有一定差异，主要在于类比数据库的选取和应用，这明显依赖于评估地质师的经验水平[11]，因此结果会存在较大偏差。2011年，俄罗斯部分学者与CARA合作，对北极油气预期储量进行了调整，调高了西伯利亚北部近海区域的预测储量[12]。虽然目前完成的储量预测基于已知的有限资料，准确性不高，并且很可能有一定程度的高估[13]。

3北极地区大地构造特征及其构造区划

北极地区总体上可以划分为北冰洋及其周缘沉积盆地和下伏的前新生代基底两大构造层。

3.1前新生代基底

前新生代基底，又可以划分为克拉通和造山带两类构造单元。主要有3个克拉通，分别为北美、东欧和西伯利亚克拉通，另外，还有许多属性未明的离散地块。8条古生代-中生代的造山带褶皱带包括：季曼造山带、斯堪的纳维亚造山带、埃尔斯米尔造山带、新地岛-乌拉尔造山带、泰梅尔造山带、维尔霍扬斯克造山带、南阿纽依造山带、布鲁克斯造山带(图2)。

季曼造山带位于北极克拉通与波罗的大陆之间，西北以加里东造山带为界，乌拉尔和新地岛的海西推覆体逆冲至该造山带东部边界之上。它们经常被看作倾向西南拼贴于波罗的古陆的蛇绿岩、岛弧和微大陆增生体。综合地质地球物理资料，可以将本段构造带分为外蒂曼构造带、Novozemel’sky带(分别为波罗的克拉通和北极克拉通的变形边缘)，以及克拉通之间挤压形成的中央碰撞造山带。往东方向，该构造的出露及研究程度均下降，是否东延仍颇有争议。Kos’ko根据在弗兰格尔岛、楚科奇、苏厄德半岛和布鲁克斯山脉已发现蛇绿岩和花岗岩链，弗兰格尔岛变质基性岩锆石U-Pb定年为(699±1)Ma，该构造带可能东延至楚科奇-阿拉斯[14]。

斯堪的纳维亚造山带出现于挪威西北部和斯瓦尔巴特群岛，代表了波罗的板块与劳伦板块之间的早古生代古缝合带。在斯堪的纳维亚半岛，造山带活动时间为早奥陶世-中志留世，发育大量飞来峰和构造窗。在斯瓦尔巴特群岛，该期构造变形被造山后花岗岩(400 Ma BP)穿切[15]。

新地岛-乌拉尔造山带南起咸海，向北地质年代逐渐变新，北极地区与新地岛造山带相连，是造山带晚期产物，代表劳亚板块与哈萨克斯坦板块晚古生代的缝合带，造山带活动时期为晚泥盆世-二叠纪[16]。

维尔霍扬斯克造山带围绕西伯利亚克拉通东缘和东北分布，是欧姆龙和科雷马微陆块与西伯利亚碰撞的结果。该造山带由超过10 km厚上古生界—下白垩统(欧特里夫阶)硅质碎屑沉积组成[17]，称为维尔霍扬斯克杂岩，其岩性变化大，包括靠近克拉通的河流—浅海沉积至远离克拉通的深水浊流沉积。该杂岩下伏里斯期至中古生代碳酸盐岩和碎屑岩-碳酸盐岩地层，属西伯利亚克拉通边缘。在早白垩世(130～125 Ma BP)，该被动陆缘沉积序列与科雷马-欧姆龙发生碰撞从而形成向西的逆冲和褶皱变形[18]。维尔霍扬斯克造山带通过勒拿裂谷系和Stolboboi走滑断裂，与南阿纽伊造山带相连[19]。

南阿纽依造山带是一条窄并且变形强烈的缝合带，其地表出露不连续的蛇绿岩及岛弧火山主要分布在Bol’shoiLyakhov岛[20]。在大地磁异常中显示其从西Bol’shoiLyakhov岛一直延伸至拉普帖夫海裂谷系，长达1 500 km[19]，但是其东南方向向白令海峡和阿拉斯加的延伸范围由于遭到后期鄂霍茨克-楚科奇火山岩带的覆盖而至今不清楚。南阿纽依缝合带包含零散分布的晚古生代以及中生代蛇绿岩，侏罗-白垩纪的岛弧火山岩以及中生代碎屑岩和火山碎屑浊积岩[21]。布鲁克斯造山带是由北极阿拉斯地体向南与育空等岛弧地体碰撞形成，造山事件导致Angayucham洋盆关闭，形成了以侏罗纪蛇绿岩和增生杂岩、岛弧火山岩为主的Angayucham地体，该地体后期拼贴到北极阿拉斯加地体上[22]，与南阿纽依缝合带的结构具有一定的相似性。

北冰洋及其周围还发育许多隐伏的陆块、地体、洋底高原，有待地球物理研究探测和厘定。包括：斯瓦尔巴德-喀拉陆块、楚科奇-阿拉斯加微板块、阿尔法-门捷列夫陆块(被早白垩世大火成岩省覆盖)[19]。

3.2北冰洋盆及周缘盆地

北冰洋被3条近于平行的海岭分割成不同的海盆，其中，罗蒙诺索夫海岭将北冰洋分为欧亚盆地和美亚盆地。加科尔海岭又将欧亚盆地分为阿蒙森海盆和南森海盆，阿尔法-门捷列夫海岭再将美亚盆地分为加拿大海盆和马卡罗夫海盆[23](图2)。

欧亚盆地是北极地区最年轻的海盆，其构造演化历史从保存完好的磁条带中可以得到很好的约束。早始新世—中始新世(约53～44 Ma BP)海盆初始打开，扩张速率较大。渐新世-早中新世，扩张速率急速下降。自20 Ma BP至今，全扩张速率略有增加。欧亚盆地具有独特的地壳结构，其厚度小于3 km，上覆沉积物平均厚度在1～2 km，而全球洋盆的层2和层3的实测平均厚度为6.5 km。欧亚盆地洋壳较薄，被认为是洋中脊以5 mm/a的速率缓慢扩张的产物，从轴部岩浆房溢出的岩浆也较少。

图2　北极地区大地构造略图[12，20，24]Fig.2　Brief tectonic map of circumpolar Arctic[12，20，24]

美亚盆地地貌地球物理特征复杂，可以识别出加拿大海盆、阿尔法-门捷列夫海岭、马卡罗夫海盆和罗蒙诺索夫海岭等构造单元[19]。加拿大海盆出现于西伯利亚和北美克拉通之间，其磁异常值分布紊乱，没有明显的线性特征，因而该盆地的构造演化目前并没有统一的认识[24]。其早期扩张轴与欧亚盆地加科尔洋中脊走向方向直交于此，我们推测加拿大海盆与欧亚盆地在构造属性上没有直接的成因联系。

北冰洋周缘的中、新生代沉积盆地群主要处于伸展背景，呈近东西走向展布，主要包括巴伦支海盆地、喀拉海盆地、叶尼塞-哈坦加盆地、拉普捷夫海盆地、科累马盆地、东西伯利亚海盆地、北极斜坡盆地、北极海岸盆地、斯沃特里普盆地、巴芬湾盆地和东格陵兰盆地等[17，25—26]。欧亚大陆架宽度显然大于北美大陆架，集中了主要的中、新生代海上伸展型沉积盆地群，如巴伦支海盆地、喀拉海盆地、拉普捷夫海盆地、东西伯利亚海盆地、斯维尔德鲁普盆地(P)、阿拉斯加北坡盆地(T-J)、北楚科奇盆地(T-J)等[5]。而北美大陆、格陵兰岛的北冰洋边缘陡峭，大陆架海海盆地并不发育，格陵兰岛北缘出现魏格纳转换断层以及加拿大海盆白垩纪短期扩张后扩张夭亡，决定了其大陆架陡峭地貌。

4北极地区大地构造属性

欧亚板块与北美板块边界尚难以清晰划分，它们也可以归并为一个正在分裂中的北美-欧亚超级大陆，北大西洋-北冰洋洋中脊，构成它们重要的扩张边界。北大西洋洋中脊持续向北冰洋传播，加科尔洋中脊向南传播对应西伯利亚北部的勒拿裂谷系，再向南变为远东地区的多条走滑断裂系，并以地震震中位置所显示[25]。北冰洋盆的扩张被北太平洋周缘的俯冲带消减所调节。GPS测量表明，北美板块和欧亚板块分别以逆时针和顺时针旋转的方式，向太平洋汇聚，推断欧亚板块向东南顺时针旋转运动。

从北大西洋洋中脊到加科尔洋中脊，全扩张速率逐渐降低，由冰岛以北的17.7 mm/a， 到加科尔洋脊末端降为7.3 mm/a，加科尔洋中脊延伸从俄罗斯北部勒拿河口到格陵兰岛北侧，长约2 000 km，宽约200 km，具有极低的全扩张速率(7.3～10.8 mm/a)[19]。加科尔洋中脊从北冰洋洋盆向南扩展传播，衔接勒拿裂谷系以及更南端的多条走滑断层系[26—27]，成为北大西洋和太平洋构造衔接和转换的纽带。

加科尔洋中脊-拉普捷夫裂谷系与千岛-日本俯冲带、阿留申俯冲带，形成天平状构造系，代表正在发育的三联点。这种独特的构造格局展示了北冰洋洋盆枢纽式的张开模式，欧亚板块与北美板块代表正在分裂的劳伦-欧亚超级板块，北大西洋-北冰洋洋盆的扩张，被北太平洋俯冲带(白令海、阿拉斯加)所消减，北太平洋洋盆持续收缩，形成“钳式张合”构造。与北冰洋类似，红海与东地中海的交汇，也是类似的枢纽构造，也形成“钳式张合”构造，衔接新特提斯构造域与印度洋卡斯伯格洋中脊。

北极地区的前新生代基底构造单元具有花瓣状构造特点，它们在几何形态上向北极地区聚敛，相关的造山带，如乌拉尔造山带、上扬斯克造山带、科迪勒拉-阿拉斯加造山带等沿着走向由南向北，造山事件具有穿时变年轻特点[21]。北冰洋周缘中生代以来的造山带主要有：南阿纽依造山带、布鲁克斯期造山带、维尔霍扬斯克造山带，它们均发育在美亚盆地张开、楚科奇-阿拉斯加微板块旋转的背景下，由岛弧和地体拼贴形成。

北极地区广泛出现不同时期的陆块或地块[28]，如美亚盆地中的阿尔法海岭、门捷列夫海岭以及楚科奇高地、Northwind海岭均有陆壳成分，其中阿尔法海岭-门捷列夫海岭，从亚洲的弗兰格尔岛起，延伸到格陵兰岛一侧的埃尔斯米尔岛附近，长约1 500 km，相对高度小，坡度平缓[19]。由此推测，它们可能构成北冰洋张开之前的存在过的北极古陆。对于北极古陆是否存在，其规模和组成，尚待深入的地球物理勘探去证实。近期研究表明，阿尔法-门捷列夫海岭与西南太平洋的翁通爪哇、印度洋的莫桑比克等无震海岭等热点成因的洋底高原，具有相似的地震波速结构及磁异常分布特征[29]，是热点作用相关洋底高原的产物。

北冰洋出现复杂的扩张体系，加拿大海盆扩张中心轴与欧亚盆地扩张轴(加科尔洋中脊)近于垂直。巴芬湾扩张中心轴通过转换断层与加科尔洋中脊运动上调节[30]。欧亚盆地出现于波罗的板块和北美板块之间，克拉通的基底构造格局决定了其裂解位置。

5北极地区的热点轨迹与板块真实运动

二叠纪-三叠纪随着海西期乌拉尔造山作用，喀拉-北泰梅尔地块与巴伦支地块碰撞，形成新地岛造山带，泛大陆完成最终聚合。中生代鄂霍茨克洋盆的关闭以及远东造山带的形成，北极地区处于泛大陆北部的核心区域，并与北太平洋构造域邻近。早中生代中亚造山带的造山结束期，衔接或对应于本区裂谷盆地初始扩张期，形成一系列的伸展盆地。在多条造山带汇聚的构造薄弱位置，北极地区还受冰岛地幔柱的垂向作用，造成其有限的大陆裂解作用背景，发育相关的大火成岩省。

西西伯利亚大火成岩省(LIP)是全球已知最大的大岩浆岩省，喷发时代为处于二叠纪—三叠纪界线附近(250～251 Ma BP，持续时间小于1 Ma)，LIP的最大厚度约3 500 m，面积约5×106km2。火山活动早于西西伯利亚盆地T-J裂谷事件，这也是世界最大的沉积盆地之一[31]。叶尼塞-哈坦加裂谷盆地代表其早期三叉裂谷系的东北分支[32]，并在侏罗纪—白垩纪持续发展沉降。三叠纪-侏罗纪期间泛大陆开始大规模裂解，西西伯利亚、东巴伦支、斯维尔德鲁普、北阿拉斯加等相继发生(陆内)裂谷作用。

冰岛火山作用和西西伯利亚LIP之间的构造联系，一直是重要的构造问题，它们之间是否具有地幔柱成因联系、是否构成连续的热点活动轨迹，有许多猜测[33—35]。北冰洋底及其周缘岛屿和大陆架地区处于两者之间，发育丰富的中、新生代火山活动，为构建这条经过陆地的热点轨迹创造有利条件。近期的北冰洋磁异常研究，还识别出了中生代洋底高原的分布范围[11，33]。它们构成了西西伯利亚与冰岛热点轨迹之间衔接的关键链条，由此可以重建这条陆上保留的、冰穿过北冰洋的热点轨迹[30，36—37](图3)，尽管随着北冰洋盆的张开，它已被分隔了东、西两段。

图3　西伯利亚-冰岛热点轨迹示意图[11，33]Fig.3　Hotspots track between Siberia trap and Iceland mantle plume[11，33]

由图3的热点轨迹分析，泛大陆自三叠纪形成以来，劳亚大陆整体上具有顺时针旋转、向东北运动特点，并在此持续旋转的构造背景下，热点活动造成北冰洋洋盆的张开。其中，劳伦大陆旋转速度相对快于欧亚大陆、北美大陆旋转又相对快于格陵兰陆块。地处泛大陆腹地，持续的地幔热能累积是西西伯利亚二叠纪地幔柱形成并上涌活动的重要原因之一。

6北冰洋盆侏罗纪以来的张开演化历史

北冰洋盆的构造演化一直存在较多争议[38—39]，争论焦点主要围绕美亚盆地中、晚白垩世的张开模式，这些模式包括：(1)多边伸展-旋转调节模式[40]；(2)旋转走滑模式[41]；(3)俯冲带后撤、地壳减薄伸展模式。这主要是由于对北冰洋底构造的认识尚缺乏系统深入的地球物理调查和地质资料积累。目前的研究主要通过北冰洋及周缘古板块再造、大地构造单元识别和划分(依据重、磁资料)、周边陆地构造外推北冰洋底等手段来恢复北冰洋盆的构造演化历史及构造模式[30]。

6.1美亚盆地的张开模式

美亚盆地在中-晚侏罗世伴随着全球泛大陆裂解开始形成。由于盆地地球物理资料有限，因此，目前对其海盆扩张模式及扩张时间有不同认识。本文以挤压-伸展耦合模式解释美亚盆地的形成：晚侏罗世，门捷列夫海岭从加拿大陆缘裂离，并伴随着美亚盆地的张开。美亚盆地张开时间(155～65 Ma BP)与南阿纽伊洋盆的关闭俯冲时间(200～120 Ma BP)相耦合。随着阿纽伊缝合带的俯冲，造成北极板块旋转，在南阿纽伊洋盆关闭同时加拿大海盆张开。这种挤压-伸展耦合模式，是泛大陆腹地邻近太平洋，在有限伸展空间下洋盆发育的独特的构造演化模式，类似于西地中海洋盆等地洋盆，如特立尼亚海盆的形成模式。

美亚盆地的张开可以划分为两个阶段(图4)：晚侏罗纪-早白垩时期：(J3-K1，155～115 Ma BP)加拿大海盆旋转式张开(洋盆张开的幅度向欧亚逐渐增大)，伴随楚科奇等地体发生逆时针旋转，分别于欧亚大陆和北美大陆俯冲碰撞，造成南阿纽依洋和Angayucham洋关闭，形成相应造山带。早白垩世-晚白垩世(K1-K2，115～65 Ma BP)马可罗夫盆地张开，阿尔法-门捷列夫海岭由原先邻近罗蒙诺索夫海岭的位置逐渐远离。这一构造过程发生的动力学机制目前认为主要是由阿尔法-门捷列夫海岭之下的俯冲作用后撤造成的伸展。持续的俯冲带后撤造成阿尔法-门捷列夫海岭和楚科奇高原伸展，并保存了大量该时期的裂谷系。

美亚盆地的张开受到北极大火成岩省火山活动的影响(130～80 Ma BP)，在有限空间内，向北通过走滑边界调节[41]，洋脊的扩张向南为前进式扩张，扩张末端对应麦肯齐三角洲沉积盆地形成。

6.2欧亚盆地的张开模式

欧亚盆地张开受到北大西洋中脊的向北扩展的影响(图4)。其发育位置，对应加拿大盆地张开过程中大规模转换断层位置上的构造薄弱带。欧亚盆地地壳厚度最小值出现在海盆边缘，表明它的初始张开受到北极大火成岩省第二期火山作用的影响，因此造成了地壳的大幅度减薄。从加拿大海盆的扩张到欧亚盆地的扩张，其间经历了区域构造应力场的剧烈调整，对应本区从北太平洋构造域向北大西洋构造域的转折。

晚白垩世-古新世，巴芬湾、北大西洋、欧亚盆地相继张开[34]，形成巴芬湾、西格陵兰、拉布拉多海等裂谷和东格陵兰、挪威海、巴伦支海西缘和北缘等被动边缘。并且在西伯利亚北部形成拉普捷夫裂谷系，南北向截切泰梅尔造山带[27]，以走滑断裂系向南衔接太平洋构造域西北缘，使大西洋-北冰洋中脊末端以走滑断裂调节。拉普捷夫海裂谷盆地、东西伯利亚海盆地以及楚科奇海盆地的形成，均与北冰洋洋盆白垩纪-新生代向南传播的伸展作用有关[42]。本区伸展地堑系的形成，并控制深水盆地的持续发展。

7讨论和结论

(1)北冰洋及其周缘中、新生代裂谷盆地记录了靠近太平洋边缘的泛大陆腹地中生代以来持续发生的裂解作用。北冰洋地区代表全球不同构造域之间的桥梁和枢纽。随着北冰洋洋盆伸展作用发展及加科尔洋中脊向南传播，它将西南贯通北太平洋构造域(远东造山带)，彻底改变全球中生代以来的构造格局。从西北欧到阿拉斯加，造山带碰撞时代整体上沿着逆时针方向逐渐由早古生代变为中生代，先后涉及亚皮特斯洋、乌拉尔洋、古亚洲洋、南阿纽伊洋盆的关闭。而洋盆张开时代方面，从加拿大海盆到马科夫海盆、到欧亚盆地再到巴芬湾，具有沿着顺时针方向，逐渐由中生代变为新生代。它们共同展示出泛大陆由汇聚到裂解的构造调整过程，即裂解作用开始于或耦合于最晚造山活动的位置。

(2)中生代以来，北极地区处于北亚最晚期的造山汇聚区与西西伯利亚地幔柱热点相关的伸展作用的复合、交汇和叠加部位。在此构造背景下，决定了它具有3阶段式的构造演化：① 早中生代北亚-北美西北部(远东-科迪勒拉)造山带俯冲-造山增生阶段，古太平洋向北俯冲，古亚洲洋最终关闭，泛大陆最终形成;② 侏罗纪-白垩纪期间加拿大海盆张开，与南阿纽伊洋盆俯冲消亡相耦合，最终形成南阿纽伊缝合带，两者之间在运动学上具有耦合联系，并伴随其间转换断层的调节作用;③ 新生代以来北大西洋中脊持续扩展传播，造成欧亚盆地张开和加科尔洋中脊发育。

图4　北冰洋洋盆张开构造演化模式图 Fig.4　Tectonic evolution model of Arctic Ocean

(3)北冰洋洋盆形成于泛大陆腹地，为此，伸展作用和洋盆扩张受控于有限空间内的构造变形。中生代以来不同方向的大陆裂谷系和洋中脊记录了扩张过程的旋转式调整，不同时代的伸展方位及其变形在空间上发生大幅度迁移和旋转，显示了超大陆格局对其腹地伸展变形的有效制约。

(4)通过北冰洋及周缘LIP及其火山岩区的研究比对，可以恢复出欧亚板块经过冰岛地幔柱(250 Ma BP至今)在板块上形成的热点运动轨迹。热点作用并对北冰洋盆张开过程产生深刻影响，造成其岩石圈组成的强烈变化。受大陆岩石圈不均质性及其巨厚的影响，LIP分布具有片段状和弥散状分布特点，不同于简单的大洋岛热点特征。

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The tectonic setting and geological evolution of the Arctic——From compiling of tectonic map of the Arctic

Li Jianghai1, Liu Zhonglan1, Wang Luo2, Zhang Huatian1

(1.TheKeyLaboratoryofOrogenicBeltsandCrustalEvolution,MinistryofEducation,SchoolofEarthandSpaceSciences,PekingUniversity,Beijing100871,China;2.PolarResearchInstituteofChina,Shanghai200136,China)

Abstract:The Arctic is rich in hydrocarbon resources, but its level of geological research is almost lowest in the world due to harsh natural climatic conditions and complicated tectonic evolution. Herein, the tectonic map of the Arctic (1∶5 000 000) was compiled based on newly updated geophysical data, and combination of geology, geomorphology, and resource data. From compiling of the tectonic map, this paper recognized the tectonic evolution of Arctic to be influenced by the vertical effect of Iceland Mantle Plume, and the horizontal effect of clockwise rotation of Eurasia-Laurentia supercontinent. The tectonic evolution of Arctic Ocean is divided into three stages: (1) Early Mesozoic. Paleo-Pacific Ocean subducted northwards. Paleo-Asian Ocean closed, leading to the formation of supercontinent. (2) Jurassic-Cretaceous. South Anui Suture was formed, accompanied by the coupling of Canada Basin opening and South Anui Ocean closing. This process is accommodated by development of transform faults. (3) Cenozoic. North Mid-Atlantic Ridge extended northwards, leading to the forming of Gakkel Ridge. Arctic Ocean represents the hinge of global tectonic domains. Along with the extension of Gakkel Ridge, it will connect with North Pacific tectonic domain (Far East Orogen), changing the global tectonic pattern since Mesozoic．

Key words:the Arctic; tectonic map; hotspot track; tectonic pattern; tectonic evolution

收稿日期：2015-11-06；

修订日期：2016-02-16。

基金项目：国家海洋局国际合作司和中国极地研究中心联合项目——北极圈大地构造编图(QY201501-02)；印度洋脊多金属硫化物成矿潜力与资源环境评价(DY125-12-R-03)；西南印度洋脊合同区多金属硫化物资源评价(DY125-11-R-01)。

作者简介：李江海(1965—)，男，山西省太原市人，教授，博士生导师，从事全球构造、洋中脊成矿研究。E-mail:jhli@pku.edu.cn *通信作者：刘仲兰(1991—)，男，湖南省衡山市人，博士研究生，从事洋中脊构造、洋中脊成矿研究。E-mail:zlliu-sess@pku.edu.cn

中图分类号:P548

文献标志码：A

文章编号：0253-4193(2016)07-0085-12

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