特提斯中西段古生代洋陆格局与构造演化

耿全如,李文昌,王立全,曾祥婷,彭智敏,张向飞,张 璋,丛 峰,关俊雷

(中国地质调查局成都地质调查中心,四川 成都 610081)

特提斯是一个古老的地质概念,最初由奥地利地质学家Suess于1893年提出,原意是指现今的欧亚大陆以南和南美-非洲大陆以北,从加勒比海越过大西洋,从阿尔卑斯山、喀尔巴阡山、土耳其-伊朗高原、喜马拉雅山,直至东南亚的广大地域存在一个巨型的中生代海洋(,1979;Stampfli and Borel,2002,2004)。随着全球地质调查与研究的不断深入,特提斯的概念已经扩展了。目前认为,中元古代全球范围内的格林威尔期造山作用(发生于10～13亿年前)形成Rodinia超大陆,而新元古代开始的Rodinia裂解已进入原特提斯洋起始阶段(潘桂棠等,1997,2002,2015)。从早古生代开始,可划分为原、古、新三个特提斯演化阶段(Stöcklin,1968;黄汲清和陈炳蔚,1987;,1989;吴福元等,2020)。

特提斯构造域从早古生代到新生代的地质演化决定了现今全球的洋陆分布格局,造就了全球性的纬向构造带,控制了金属和能源矿产资源的时空分布。因此,特提斯地质研究具有重要的理论意义和资源战略意义。我国学者近年来在特提斯东段的青藏高原及其邻区开展了大量的地质调查,对本区构造单元进行了详细的划分(潘桂棠等,2002),以此为基础提出了特提斯主洋盆的观点,并得到普遍认可。目前认为龙木错-双湖-昌宁-孟连缝合带代表连续演化的原特提斯、古特提斯主洋盆(李才等,2006,2008,2009);另一种观点认为班公湖-双湖-怒江-昌宁-孟连对接带整体代表原特提斯、古特提斯大洋自北向南后退式俯冲消亡形成的巨型俯冲增生杂岩带(潘桂棠等,2004,2008,2009,2020;王立全等,2008a,2008b),向南可连接东南亚的清迈和文东-劳勿带(潘桂棠等,2002;Pan et al.,2012),该带在东特提斯构造域构筑了冈瓦纳大陆与劳亚-泛华夏大陆的分界,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;张克信等,2015)。针对特提斯东段两侧大陆边缘有众多的SSZ型蛇绿岩带、岩浆弧和弧后盆地等构造单元,不少学者提出大陆边缘多岛弧盆系统和增生型造山模式(Hsüet al.,1995;潘桂棠等,2004,2009,2015;李三忠等,2016a)。

特提斯地质演化的主要特征表现为南侧冈瓦纳大陆不断裂解、地块向北漂移并与Laurentia(劳伦)、Laurussia(劳俄)、Laurasia(劳亚)大陆持续聚合,而地块单向裂解与聚合的驱动力可能来自洋脊俯冲和被动大陆边缘的裂解(万博等,2019;Zhong and Li,2019,2020)。特提斯中西段主要指欧洲、中亚和西亚一带,从北向南包括加里东造山带、华力西造山带、基梅里造山带和阿尔卑斯造山带,总体显示从老到新的构造格局。目前对特提斯中西段的地质研究主要集中在新特提斯洋的演化、阿尔卑斯期的造山过程和逆冲推覆构造等方面,对古生代的洋陆格局和构造演化研究相对薄弱(Robertson,2004;Schmid et al.,2020;袁四化等,2020,2021)。

总的看来,我国学者对于特提斯东段青藏高原及邻区的地质调查和研究已取得重大进展,但对于特提斯中西段的地质认识尚显不足。2017年国家自然科学基金委员会发布了“特提斯地球动力系统”重大研究计划。2020年启动了整个特提斯构造域的综合研究项目并计划编制地质、构造系列图件,为我国学者认识、掌握特提斯的构造格架和演化规律提供了良好的研究平台。笔者在参加这项研究的过程中,根据初步的文献收集与研究,将特提斯中西段及邻区的构造单元划分为Iapetus-Tornquist洋加里东造山带、Rheic洋华力西期造山带、乌拉尔-天山中亚造山带、古特提斯Pontides-高加索-Mashhad造山带、新特提斯阿尔卑斯-巴尔干-扎格罗斯造山带、冈瓦纳大陆非洲-阿拉伯-印度板块(图1)。本文着重对特提斯中西段的古生代缝合带、增生杂岩带和主要地块等进行了初步划分,并以我国青藏高原及邻区取得的重要地质认识为基础,对古生代特提斯的构造演化进行讨论。由于篇幅所限,笔者将另文发表对于新特提斯构造格架的研究进展。

图1 特提斯中西段构造格架图(底图据Google Earth软件)古生代缝合带:①—Iapetus;②—Iberia-Thuringian,RS-Rheic;③—Rheic和Rheno-Hercynian,GMS-Galicia-Moldanubian;④—Tornquist;⑤—南绍山;⑥—Rhodope地块西段变辉长岩;⑦—Lesvos;⑧—Karakaya;⑨—Almacik;⑩—高加索;○1—Takab;⑫—乌拉尔;⑬—Rasht-Mashhad;⑭—Jandagh-Anarak;⑮—Turkestan;⑯—Misho镁铁质杂岩;⑰—斋桑-额尔齐斯;⑱—南天山;⑲—库地;⑳—康西瓦;㉑—阿尼玛卿;○2—西金乌兰;○23—龙木错-双湖中生代缝合带:①—阿尔卑斯蛇绿岩带-喀尔巴阡山;②—Ligurian亚平宁;③—Mirdita;④—Pindos;⑤—Vardar;⑥—Izmir-Ankara;⑦—Intra-Pontides;⑧—Sevan;⑨—Lycian蛇绿岩推覆体;⑩—Troodos;○1—Kizildag;⑫—Bitlis-Zagros;⑬—Zagros内带;⑭—Makran;⑮—Birjand-Nehbandan-Tchehel-Kureh;⑯—Oman;⑰—Bela-Waziristan;⑱—Sabzevar-Torbat;⑲—Shyok;⑳—班公湖-怒江;㉑—狮泉河;○2—印度河-雅鲁藏布江缩写代号:OM—Ossa Morena地块(结晶岩系);Cib—中伊比利亚地块;Eib—东伊比利亚地块;Py—比利牛斯(Pyrenees)地块;Arm—Armorica地块;Rhine—莱茵地块;CF—法国中部地块;MG—德国中部地块(结晶岩系);Th—Thuringian地块;Bm—波西米亚地块;AA—奥地利阿尔卑斯地块;EH—External Hellanides构造带;Pg—Pelagonian地块;Rs—Rhodope-Strandja地块;Is—Istanbul-Zonguldak地块;Sk—Sakarya地块;Sm—Strandja地块;Md—Menderes地块;EAZ—东Anatolia增生杂岩带;SSZ—Sanandaj-Sirjan Zone增生杂岩带;ZFTB—Zagros褶冲带;AKB—阿富汗-喀布尔地块;KTB—Katawaz盆地;PMB—帕米尔地块;YLB—Yazd-Lut地块;KHA—Kohistan岩浆弧;LDA—拉达克岩浆弧;ACT—阿尔卑斯-喀尔巴阡山逆冲带;CUYF—Central Ust Yurt断裂;EAF—东Anatolia断裂;NAF—北Anatolia断裂;Levant—里凡特断裂;KKF—喀喇昆仑断裂Fig.1 Tectonic framework of the central and western parts of the Tethys

需要说明的是,欧洲的特提斯研究已经形成一套有历史传说的地质术语,这些术语的中文翻译差异很大,如Tornquist洋,有托恩奎斯特、托奎斯特、特恩奎斯特等不同中文名称。Iapetus洋有伊阿珀托斯、伊阿佩托斯等名称。Rheic洋有瑞亚克、瑞克等名称。因此笔者对于有不同中文名称的地质术语一般采用原文名称,以便于读者理解。

1 Iapetus-Tornquist洋-加里东造山带

全球性的Rodinia超大陆在新元古代发生裂解,劳伦(Laurentia)、波罗地(Baltica)、西伯利亚(Siberia)等古陆块向北漂移,并形成Iapetus、Tornquist、乌拉尔(Uralian)、古亚洲(Asiatic)和原特提斯(Proto-Tethys)等新元古代—奥陶纪洋盆(图2)。劳伦古陆包括北美和格陵兰板块,在北欧的英国、挪威、瑞典、芬兰和斯堪的纳维亚一带出露的基底岩系主要为新太古代和古元古代长英质片麻岩,并且出露大量碱性花岗岩。格陵兰东北部出露的中元古代玄武岩代表裂谷环境。在斯堪的纳维亚克拉通上,始欧洲哥德岩系卷入里菲期造山事件,其时限为1100～900 Ma,与全球Rodinia超大陆汇聚期相吻合。其上的约特尼新元古代地层岩性为磨拉石特征的变碎屑岩、冰碛岩以及广泛分布的基性岩(Ager,1980),显示出Rodinia超大陆裂解。上部为被动陆缘沉积的寒武—奥陶纪碳酸盐地层,可能与Iapetus洋的打开有关。早古生代地层的褶皱变形、稍后的碰撞型花岗岩侵入和广泛发育的高压变质作用均代表加里东期强烈的造山作用(Kalsbeek et al.,2001;李三忠等,2016a)。

北欧的Iapetus结合带分布于东格陵兰、斯堪的纳维亚、Svalbard和英国中部。Iapetus洋蛇绿混杂岩带以新元古代—早奥陶世蛇绿岩、晚寒武世—早奥陶世火山弧岩浆杂岩和残留洋壳沉积为代表。造山带中榴辉岩分布广泛,变质年龄为505～391 Ma,代表从俯冲到碰撞的长期造山过程(Augland et al.,2012)。欧洲大陆东缘与Baltica地块之间为中欧Tornquist加里东造山带,主要分布于德国北部、波兰、丹麦以及法国一带。Tornquist洋盆的时代为490～460 Ma,根据榴辉岩变质年龄判断,闭合时代为440～400 Ma(Torsvik and Rehnström,2003;李三忠等,2016b)。阿尔卑斯带前中生代基底岩系中寒武纪的SSZ型蛇绿岩残片、弧前增生杂岩带和欧洲Amorica地块群中的岛弧型岩浆岩为原特提斯向南俯冲消减形成的弧盆系(图2A)(Von Raumer,2009;Bonev and Dilek,2010;袁四化等,2020)。随着Iapetus洋和Tornquist洋在440～400 Ma闭合,形成北欧和中欧加里东造山系(带),使得劳伦古陆、Avalonia地块群与Baltica地块拼合,形成劳俄大陆(Laurussia)(图2B)(王鸿祯,1997;Kalvoda and Bábek,2010;Fernández et al.,2016)。欧洲加里东期造山作用的显著特征,一是持续时间长,大约从500 Ma到370 Ma;二是形成俯冲和折返两期UHPHP变质作用,以榴辉岩和蓝片岩为代表;三是形成强烈的逆冲推覆构造;四是大量的同碰撞花岗岩侵入,时代为440～420 Ma。加里东造山之后,中志留世—中泥盆世的老红色砾岩陆相磨拉石建造(Old Red Sandstone)角度不整合于早古生代地层之上。石炭系及其之上的地层为稳定的海相沉积,中生代后北大西洋打开,出现大量大洋盆性质的玄武质火山岩。

图2 原特提斯、古特提斯洋陆重建与演化示意图(据Torsvik and Cocks,2013;吴福元等,2020;袁四化等,2020修编)AVA—Avalonia地块群;ATA—Armorica地块群;Tm—塔里木;Kz—哈萨克斯坦;①—华南;②—印支;③—秦岭;④—柴达木;⑤—昆仑;⑥—土兰(卡拉库姆);⑦—昌都;⑧—甜水海;⑨—高加索;⑩—Iberia中东部地块;○1—北Armorica(Franconia、Thuringia);⑫—南Armorica(Bohemia)和CF法国中部地块等;⑬—阿尔卑斯Helvetic、Penninic和奥地利阿尔卑斯地质单元;⑭—北羌塘;⑮—南羌塘;⑯—拉萨;⑰—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)

在巴尔干东部,Tornquist缝合带地表出露并不明显,但地球物理调查证明该带为切穿地壳的深大断 裂 带,称 为 Tornquist-Teisseyre lineament(Hippolyte,2002)。该断裂带分隔东侧的Baltica地块厚地壳和西侧的Avalonian地块古生代台地薄地壳,具有右行走滑性质(Mazur et al.,2018)。从黑海北缘到Scythian-土兰构造带北缘,Tornquist-Teisseyre均为大型右旋走滑断裂带,并作为Baltica地块的南界,其东段被称为Central Ust Yurt断裂带(Natal’in and,2005)(图1)。

从洋盆和闭合造山时代看,欧洲加里东造山系与我国秦祁昆造山系的时空结构相似,它们分别代表新元古代晚期—奥陶纪Iapetus-Tornquist和原特提斯大洋俯冲制约的多岛弧盆系,在440～400 Ma闭合形成弧-弧、弧-陆碰撞造山系。

2 Rheic洋-华力西造山带

位于北欧Iapetus-Tornquist加里东造山系(带)以南的欧洲中南部属于华力西期造山系(带),一般将其划分为Avalonia地块群、Rheic缝合带和Armorica地块群等构造单元(Okay et al.,2008;Kalvoda and Bábek,2010)。地质、生物地理和古地磁证据表明,欧洲华力西造山带不是由单一洋盆形成的,早奥陶世—泥盆纪的洋盆包括Rheic洋、Galicia-Moldanubian洋、Saxo-Thuringian洋、Rheno-Hercianian洋等,局部保留志留纪—早泥盆世岩浆弧(Fernández et al.,2016;Franke et al.,2017)。有三个来自冈瓦纳大陆的地块群卷入了华力西碰撞造山作用,分别为Avalonia地块、北Armorica地块(Franconia和Thuringia)和南Armorica地块(中Iberia、Armorica、Bohemia)。欧洲东南部的Adria、Apulia统称为古亚德里地块,也受到华力西造山作用影响(Abati et al.,2010;Franke et al.,2017;袁四化等,2020)。

2.1 Avalonia地块群

Avalonia地块群位于西班牙西部、英格兰西南部、德国中北部、波兰西部和捷克Moravo-Silesian一带(Okay et al.,2008),主要包括Ossa Morena地块(结晶岩系)、莱茵地块和Bruno-Vistulian地块等(图1)。欧洲东部的Moesia、伊斯坦布尔和Zonguldak等地块可能也属于Avalonia地块群(Okay et al.,2008;Kalvoda and Bábek,2010)。该地块群的基底岩系为片岩、长英质片麻岩(混合岩)、岛弧型的变质火山岩和SSZ型变质蛇绿岩透镜体,时代可能为中、晚元古代,被时代为590～570 Ma的泛非期变花岗岩侵入。盖层为不整合覆盖的晚志留世红层和泥盆纪—石炭纪杂砂岩等。Avalonia地块群是寒武纪从冈瓦纳大陆北缘裂离出去的(图2A),其显著特征是具有泛非和加里东两期造山作用形成的构造界面和同碰撞花岗岩侵入(Yiitba et al.,2004;Franke et al.,2017)。哈萨克斯坦、塔里木和华北地块可能也是大致同期从冈瓦纳大陆裂解出去的(Torsvik and Rehnström,2003;Torsvik,2019)。

Moesia地块除了具有泛非和加里东两期造山界面之外,其晚古生代—早石炭世为海相砂砾岩和浊积岩沉积,早石炭世出现含煤建造。晚石炭世—早二叠世火山岩、砂砾岩不整合覆盖在下伏地层之上。上述特征说明Moesia地块在晚石炭世之后属于古特提斯北缘的岛弧带(Okay et al.,2008;Kalvoda and Bábek,2010)。

2.2 Rheic及其分支洋盆

一般认为Rheic为横跨欧洲的大洋,时代为晚寒武世—中泥盆世(490～380 Ma)(Kalvoda and Bábek,2010)。最近的研究认为真正代表Rheic大洋的缝合带保留较少,而出露较多的Rheno-Hercynian、Saxo-Thuringian、Galicia-Moldanubian缝合带和志留纪—早泥盆世岩浆弧等构造单元均代表生命短暂的小洋盆(图2B),它们代表Rheic洋向南俯冲形成的岩浆弧和弧后洋盆(Franke et al.,2017)。袁四化等(2020)在中奥地利阿尔卑斯基底的Plankogel杂岩中最新发现的南绍山(Saualpe)蛇绿岩,代表Rheic多岛洋最南侧的弧后洋盆,相当于古特提斯。Rheic及其弧后分支洋盆在晚泥盆世—早石炭世逐渐闭合,形成欧洲著名的华力西造山系(带)(图3A),包括HP-UHP变质带、早石炭世维宪期弧前盆地复理石沉积和晚石炭世的陆相砾岩沉积等(Abati et al.,2010;Fernández et al.,2016)。

图3 古特提斯洋陆重建与演化示意图(据Torsvik and Cocks,2013;吴福元等,2020;袁四化等,2020修编)地块编号①～⑰等等同图2,⑱—Anatolia;⑲—伊朗;⑳—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)

欧洲华力西缝合带向东延伸到东欧和喀尔巴阡山一带已经难觅踪迹,但有学者认为Rheic洋向东可能延伸到Pontides和高加索一带。证据主要有两条:一是在Pannon盆地、Vardar缝合带到巴尔干一带,存在维宪期复理石沉积(Yanev,2000;Anti et al.,2016),可能作为华力西洋盆东延的标志;二是在伊斯坦布尔、Rhodope-Strandja带和高加索等地都存在600～560 Ma的泛非期造山作用,以及约350 Ma和331～300 Ma的同造山弧花岗岩侵入,可能代表Armorica地块群拼贴到Laurussia大陆南侧的 标 志(Okay et al.,2008;Kalvoda and Bábek,2010)。笔者认为欧洲华力西造山作用广泛影响到巴尔干、希腊Hellenide外带和土耳其北部Pontides带,但Rheic及其分支洋盆是否延伸到这里尚无定论。因为这些地区尚未发现早古生代或泥盆纪蛇绿岩,而石炭纪花岗岩侵入是欧洲华力西期造山的产物。该区在卡多米期岛弧岩浆作用之后未发现明确的华力西洋的蛇绿岩证据,在华力西造山之后直到中三叠世均处于板内伸展环境(Anti et al.,2016)。土耳其北部的Pontides带和高加索带则是古特提斯向北俯冲形成的石炭纪—三叠纪增生杂岩带。

2.3 Armorica地块群

分布于Rheic结合带以南的Iberia中东部、Armorica、法国中部、Bohemia等地块统称为Armorica地块群(图1),被认为是早志留世随着Rheic南侧分支小洋盆的形成,从冈瓦纳大陆北缘裂离出去的小型地块群,也被称为冈瓦纳外围地块群(Peri-Gondwanan terranes)(Okay et al.,2008;Abati et al.,2010)。Stampfli and Borel(2002,2004)称之为Hun超级地块群。Franke et al.(2017)将它们细分为南、北Armorica地块和古-Adria地块等。这些地块的基底为新元古代花岗质片麻岩、副片麻岩、云母片岩、角闪片岩、千枚岩、变杂砂岩、变火山岩等,还有大量岩浆岩侵入体,代表泛非期造山形成的结晶基底。在Iberian地块西北部的西班牙、葡萄牙和奥地利一带,基底岩系中识别出时代为494～493 Ma和479～457 Ma的钙碱性系列英云闪长岩、花岗闪长岩、高钾花岗岩,以及时代为472～466 Ma的碱性系列的石英正长岩、花岗岩、过铝质钾长花岗岩和碱性花岗岩等。它们分别代表寒武纪的岩浆弧和寒武—奥陶纪时期的裂谷事件(Abati et al.,2010;Anti et al.,2016),推测与原特提斯洋向南的俯冲消减有关。基底岩系中榴辉岩相的变质年龄为372～350 Ma,代表欧洲华力西造山事件。

分布于阿尔卑斯造山带的Helvetic、Penninic和奥地利阿尔卑斯地质单元的前中生代变质基底也属于Armorica地块群(图2B)(Palmeri et al.,2004;von Raumer et al.,2009)。据最新研究,最北侧的Helvetic地块是原特提斯向南俯冲消减形成的寒武纪陆缘增生杂岩带,包含约497 Ma的蛇绿岩,被晚奥陶世和华力西花岗岩侵入(Guillot et al.,2002;Von Raumer and Stampfli,2008)。寒武纪至早石炭世地层以碎屑沉积为主,夹碳酸盐岩和基性火山岩。Penninic地块具有泛非期结晶基底,在寒武纪—早奥陶世主体相当于弧后盆地,包含539～486 Ma的弧后盆地蛇绿岩残片和约547 Ma的洋内弧残片。奥陶纪变质期的榴辉岩代表原特提斯洋的深俯冲作用。南阿尔卑斯和萨丁岛具有与Penninic和奥地利阿尔卑斯相似的泛非期结晶基底,属于亚德里亚板块,其显著特征是经历了寒武纪弧后裂解(507～494 Ma),奥陶纪岛弧岩浆作用和角闪岩相(约480 Ma)、榴辉岩相(457 Ma、453 Ma、443 Ma)变质事件和花岗岩侵入(约457 Ma),说明它们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基底岩系在泥盆纪—早石炭世均卷入强烈的华力西造山作用,作为华力西造山带的内带。它们后期发育石炭—二叠纪岛弧型花岗闪长岩、英云闪长岩和中酸性火山岩,推测是古特提斯向南俯冲的结果(Liu et al.,2019;袁四化等,2020)。

奥地利阿尔卑斯地块代表新元古代—寒武纪的岩浆弧和弧后盆地组合。奥陶纪变质深熔作用花岗岩侵入,代表原特提斯俯冲造山作用。晚志留世至中泥盆世地层包含台地相碳酸岩、远洋灰岩和含板内玄武岩的碎屑岩,晚泥盆世碳酸盐台地沉积过渡到远洋沉积。早石炭世主要为复理石沉积,到晚石炭世转化为陆相磨拉石堆积。在中奥地利阿尔卑斯地块南侧Plankogel杂岩中最新发现南绍山蛇绿岩,获得418～414 Ma和266～249 Ma年龄值(Liu et al.,2019;袁四化等,2020),推测它们分别代表Rheic洋(相当于原古特提斯)最南部弧后-分支洋盆,即古特提斯洋盆开启和闭合阶段的洋壳残余。

整体看来,Armorica和亚德里亚地块为冈瓦纳北缘的泛非期地块群,卷入了寒武—奥陶纪的原特提斯活动陆缘系统。在志留纪—泥盆纪,Armorica为Rheic及其分支洋盆中的分散地块群(图2B)。Armorica和亚德里亚地块都卷入了古特提斯活动陆缘弧盆系统,并转化为华力西造山系(带)(图3A)。

3 乌拉尔-天山中亚造山带

乌拉尔-天山造山系(带)包括西伯利亚克拉通、哈萨克-准格尔地块群、乌拉尔-Turkestan-南天山缝合带、斋桑-额尔齐斯古亚洲洋缝合带和阿尔泰弧盆系等构造单元(图1),该区也称为哈萨克-天山-准噶尔-北山造山系或中亚造山带(Altides)(Görür,1991; Zuza and Yin,2017;et al.,2018)。

乌拉尔洋(Uralian)是寒武纪—奥陶纪期间位于劳伦克拉通与西伯利亚克拉通之间的洋盆,在晚奥陶世洋盆开始俯冲消减并萎缩,晚泥盆世—早石炭世发生 Magnitogorsk岛弧和劳俄地块(Laurussian)之间的早期碰撞,之后进入残留洋盆阶段(Brown et al.,2006;Ivanov et al.,2013)。在泥盆纪末期到石炭纪早期,乌拉尔残留洋盆缩小成为一个海道,在晚石炭世—二叠纪增生到Baltica克拉通西缘(刘凤山,1999)。乌拉尔缝合带向南可能延伸到突厥斯坦缝合带(Turkestan suture),它们的洋盆演化和闭合造山时代与古亚洲洋的南天山缝合带、额尔齐斯-西拉木伦缝合带类似。

哈萨克斯坦-准格尔地块群北侧的斋桑-额尔齐斯-西拉木伦缝合带以洪古勒楞、阿尔曼泰、布尔根、温都尔庙、索伦山、西拉木伦等蛇绿岩为代表,根据同位素测年和放射虫化石的年龄,指示洋盆的时代主要为寒武—奥陶纪(张克信等,2015)。该带东段延续至泥盆—石炭纪,直至二叠纪才俯冲消亡(潘桂棠等,2015)。哈萨克斯坦-准格尔地块南侧的南天山缝合带向西延伸到吉尔吉斯斯坦境内。我国库米什蛇绿岩中锆石核部年龄为640～452 Ma、变质边时代为392～390 Ma(周鼎武等,2004),南天山蛇绿岩其他地段获得440 Ma、418.2 Ma、406.6 Ma等同位素年龄值(马中平等,2007;黄岗等,2011;王斌等,2016)。位于吉尔吉斯斯坦南天山缝合带附近的Djanydjer蛇绿混杂岩由蛇纹石化橄榄岩、辉长岩、玄武岩、硅质岩等组成。通过对辉长岩中锆石U-Pb年代学研究获得422.0 Ma和397.3 Ma年龄值,认为分隔吉尔吉斯斯坦和塔里木地块的洋盆在新元古代晚期已经存在,直至晚石炭世才俯冲消亡(潘桂棠等,2015)。

斋桑-额尔齐斯-西拉木缝合带和南天山缝合带为古亚洲洋的两个分支洋盆,它们在泥盆纪—中二叠世逐渐俯冲消亡,形成阿尔泰-兴蒙造山系和天山-准噶尔-北山造山系(图3A)(Alvarez-Marron et al.,2000;Charvet et al.,2011;潘桂棠等,2015)。

中亚乌拉尔和古亚洲洋的闭合造山均发生弧-弧和弧-陆碰撞,但没有发生陆-陆碰撞,这种大陆地壳的巨量增长模式称为突厥式造山(Turkictype)或增生型造山,大陆地壳的增长占全球总量的1/3(et al.,2018)。中亚增生型造山带都有宽阔的俯冲-增生杂岩带(≥400 km宽),其中包括巨厚的强变形复理石细碎屑岩、洋壳、洋岛、海山残片和以榴辉岩发育为特征的UHP-HP变质带(李继亮,2004;李三忠等,2016a)。华力西和中亚造山带形成之后,欧洲和亚洲已基本连为一体形成劳亚大陆的主体,而古特提斯东段的扬子克拉通、印支、南羌塘和拉萨等地块仍处于分散状态(图3A)。

4 古特提斯Pontides-高加索-Mashhad造山带

我国学者一般将晚古生代的洋盆称为古特提斯,主要位于秦祁昆造山带以南的北羌塘-三江造山带,但在龙木错-双湖和昌宁-孟连结合带中可能存在原、古特提斯连续演化的大洋(李才等,2006;潘桂棠等,2015,2020;吴福元等,2020),与欧洲的Rheic及其分支洋盆有一定的相似性。

4.1 南阿尔卑斯-Hellenide带古特提斯活动陆缘

据本文前述分析,在欧洲大陆和阿尔卑斯山脉,华力西造山带的Rheic洋和Armorica地块群构成了志留纪—早石炭世的多岛洋格局(Franke et al.,2017;袁四化等,2020)。Rheic多岛洋至少在泥盆纪—早石炭世与南侧的古特提斯实际上是连通的大洋,相当于我国的古特提斯(图2B、图3A)。分布于阿尔卑斯南部和巴尔干一带的石炭—二叠纪古特提斯洋盆,为Rheic多岛洋闭合之后南侧继续发育的弧后洋盆,但以往对该期洋盆的分布范围并不清楚,直到在奥地利阿尔卑斯南部的Plankogel增生杂岩带中南绍山古生代蛇绿岩的确认,表明石炭—二叠纪的古特提斯洋最西端可能到达奥地利阿尔卑斯和意大利北部Ligurian一带(Maino et al.,2019;袁四化等,2020)。从伊比利亚半岛、南阿尔卑斯和希腊的Hellenide外带,存在石炭—二叠纪的岛弧型岩浆岩(Reischmann et al.,2001;Pereira et al.,2015;Zulauf et al.,2015),为石炭—二叠纪古特提斯南缘的活动大陆边缘。

在希腊克里特岛的石炭—二叠系分为两个构造层,分别为晚石炭世弧前盆地沉积和早二叠世—中三叠世岛弧火山岩系(Zulauf et al.,2015)。弧前盆地为变质碎屑岩和石英岩等,其中碎屑锆石的测年结果为321～300 Ma。Tyros单元岛弧火山作用包括两期,时代分别为310～285 Ma和约249 Ma,岩浆活动在晚二叠世停止,但在早三叠世恢复。这套晚石炭—中三叠世弧盆系统为古特提斯北部的活动大陆边缘,在中三叠世晚期(拉丁期)发生闭合和逆冲推覆造山。

4.2 土耳其北部Pontides古特提斯构造带

在土耳其北部Izmir-Ankara缝合带以北至黑海南缘称为Pontides构造带,包括伊斯坦布尔地块、Sakarya带和Rhodope-Strandja带等地质单元。在Sakarya和Rhodope带中包括石炭—二叠纪蛇绿岩和增生杂岩带(Koglin et al.,2009;Moix et al.,2008;Bonev and Dilek,2010;Topuz et al.,2018)。

伊斯坦布尔地块是Avalonia地块群的一部分,新元古代晚期基底岩系包括片岩、混合岩(片麻岩)、SSZ型变质蛇绿岩及其洋内弧岩块和弧后盆地变质火山岩组合。它们被时代为590～570 Ma的变花岗岩侵入。变质基底之上为奥陶纪—石炭纪沉积盖层,包括变砂岩、重结晶石灰岩、变质粉砂岩、页岩等。伊斯坦布尔地块发育泛非造山界面,也经历了晚石炭世的造山挤压变形(Yiitbas et al.,2004;Okay et al.,2008;Kalvoda and Bábek,2010)。

4.2.1 Karakaya增生杂岩带

在伊斯坦布尔地块以南,Karakaya增生杂岩带为Sakarya构造地层单元的一部分。增生杂岩带下段主要为千枚岩、大理岩等,包含蛇纹岩岩块、变质辉长岩和灰岩块体(时代为泥盆纪和二叠纪),局部出露榴辉岩构造透镜体。以蛇纹岩和强变形辉长岩等为代表的蛇绿混杂岩带长约40 km,宽0.3～1.8 km。三件变辉长岩的锆石U-Pb测年结果为约262 Ma,多硅白云母40Ar/39Ar测年结果为201 Ma。岩石地化特征表明该带为SSZ型蛇绿岩。Karakaya增生杂岩带上段为强烈变形的三叠纪砂岩、基性火山岩和外来岩块组成。外来岩块为石炭纪、三叠纪灰岩和中泥盆世—早三叠世放射虫硅质岩。这些特征表明Karakaya是中二叠—早三叠世增生杂岩带,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)。该带在三叠纪末期造山隆起(图3B)。

Sakarya俯冲增生杂岩单元向西延伸,在爱琴海东侧的Lesvos岛包括4个亚单元(Koglin et al.,2009):(1)片岩-大理岩岩组,包括弱变质强变形的页岩、千枚岩、变质砂石、砾岩,夹大理岩和白云岩等,根据化石确定这套地层的时代为石炭纪—三叠纪;(2)蛇绿混杂岩带,包括强变形的变枕状玄武岩、变辉长岩、片岩、结晶灰岩和变砂岩等,变质强度为绿片岩相,构造混杂强烈,根据沉积物中的牙形刺确定该混杂带的时代为二叠纪至中三叠世,辉长岩的锆石SHRIMP测年结果为253 Ma,而锆石变质边的年龄为236 Ma;(3)超镁铁岩逆冲岩片,逆冲到上述单元之上,岩性为蛇纹石化的二辉橄榄岩、少量方辉橄榄岩、纯橄榄岩,底部逆冲带中出露角闪片岩类,仰冲及构造变质时代为158～153 Ma;(4)广泛分布的新生代盖层,为中新世到上新世高钾安山岩和少量碎屑岩、泥灰岩。Sakarya单元在区域上还有大量的代表基梅里造山晚期的晚三叠世A-型花岗岩(Schmid et al.,2008,2020;Koglin et al.,2009)。

4.2.2 Rhodope增生杂岩带

位于Moesia地块以南,伊斯坦布尔地块以西的Rhodope-Strandja单元相当于Sakarya单元的西部延伸(图1)。Rhodope单元前中生代基底岩系主要为片麻岩、各类片岩、大理岩、角闪岩等,并包含大量的MORB成分特征的镁铁-超镁铁岩透镜体。有些地段含拉斑玄武系列和钙碱性系列的变辉长岩和变闪长岩岩块,显示岛弧特征。据SHRIMP和Rb-Sr法测年结果,角闪岩(变辉长岩)的原岩年龄为石炭—二叠纪(310～253 Ma),代表古特提斯的岛弧和弧后盆地的残余。Rhodope地块中西段还发现三叠纪裂谷型的辉长岩和玄武岩类,在侏罗纪—中新世有花岗岩侵入,为新特提斯Vardar洋盆演化的结果。本区在阿尔卑斯期普遍达到角闪岩相变质,局部达到榴辉岩相变质强度(Bonev and Dilek,2010;Furnes et al.,2020)。

综合分析认为,Rhodopes和Pontides带在石炭纪—早中三叠世为古特提斯向北俯冲形成的多岛弧-弧后盆地系统,晚期转化为基梅里造山带(系)(图3A,B)(Schmid et al.,2020)。Rhodopes带在晚三叠世之后发生裂谷事件,随后形成侏罗纪的新特提斯洋Vardar等洋盆。巴尔干—爱琴海地区在晚侏罗世—始新世以强烈的挤压应力为主,先后发生蛇绿岩岩片仰冲、大规模逆冲推覆和走滑作用。始新世之后发生地壳伸展,形成拉分盆地沉积,同时伴随始新世—渐新世的大量火山喷发(Bonev and Dilek,2010)。

4.3 Scythian-高加索-土兰弧盆系

位于欧洲-俄罗斯-中亚华力西造山系与特提斯构造域之间的Scythian-土兰和塔里木地块群被称为“中间构造单元(Intermediate units)”(Zuza and Yin,2017;et al.,2018),相当于Stampfli and Borel(2002,2004)提出的Hunic超级地块群的东段,他们认为Hun超级地块群在志留纪末(约420 Ma)从冈瓦纳大陆北缘裂解出去并开始形成古特提斯洋。由于中、新生界的强烈覆盖,该带在古生代的构造属性并不清楚。

4.3.1 Scythian-土兰弧盆系

分布于里海东、西两侧的Scythian和土兰是两个中新生代沉积盆地(图1),盆地的基底为古生代至三叠纪地层,地表出露较少。Scythian-Turan弧盆系向西延伸到黑海北侧尖灭,向东延伸到伊朗北部的Kopet-Dagh带和北帕米尔-Mashhad岛弧带(Moghadam and Stern,2014)。它们的北界为Scytho-Turanian断裂,南界为大高加索构造带。由于里海周围是历史上著名的油气资源产区,积累了大量的钻井和地球物理勘探资料。根据这些资料和少量露头,判断Scythian和土兰盆地的基底是一系列NW向展布的透镜状构造断片,可划分为岩浆弧、弧前增生杂岩带、陆块残片等构造单元(Natal’in and,2005)。

Scythian盆地基底包括 Stavropol、Eysk-Berezansk、Kuma和Dagestan等地质单元。Stavropol单元主要由早石炭世千枚岩、页岩、硅质页岩、砂岩、石灰岩、泥灰岩、辉绿岩、安山岩和英安岩组成。这些岩石被晚石炭世和二叠纪花岗岩侵入(同位素年龄为320～230 Ma),二叠系出现陆相红层沉积。Kuma和Dagestan单元为三叠纪岛弧带,钻孔岩心以大量的钙碱性基性—酸性火山岩为特征,还包括三叠纪弧前盆地页岩和碳酸盐沉积。岩心还有晚古生代花岗岩类(Tikhomirov et al.,2004)。Eysk-Berezansk单元为弧前增生杂岩带,除了少量二叠纪碎屑岩外,主要由强烈变形的海相三叠系和下侏罗统岩石组成,包括暗色粉砂岩、页岩、细砂岩(通常为浊积岩)、石灰岩(含生物礁)、细碧岩和石英角斑岩等(Nikishin et al.,2002)。Scythian盆地基底的石炭纪—三叠纪岩浆岩均具有岛弧特征(Natal’in and,2005),略早于Eysk-Berezansk弧前增生杂岩带的沉积时代。

土兰盆地侏罗纪—新生代地层广泛覆盖在晚古生代褶皱基底上,其中南里海的侏罗纪—古新世为弧后盆地洋壳沉积(Moghadam and Stern,2014)(图1)。根据钻探和少量的露头地质调查,土兰地块古生代基底划分出Bukhara、Chardjou、Karakum、Tuarkyr和Karabogaz等地质单元(构造岩片),每个单元均包括岛弧和弧前增生杂岩带两类地质体。岛弧岩石主要为晚古生代—三叠纪的花岗岩、镁铁质和长英质火山岩。岛弧带包括晚石炭—中二叠世大型花岗岩体(316～274 Ma)和上覆二叠—三叠纪玄武岩、英安岩、流纹岩、安山岩、凝灰岩、粉砂岩等。花岗岩侵入的围岩可能为志留纪—早泥盆世的绿片岩类。弧前增生杂岩带位于岛弧带以南,主要为强变形弱变质的砂板岩、灰岩和少量细碧岩、安山岩等,其中火山岩测得270±15 Ma的年龄(Natal’in and,2005)。

4.3.2 高加索弧盆系

该带包括北部的大高加索(Great Caucasus)和南部的小高加索(Lesser Caucasus)。地质学家对该带研究程度低,且争议较大。根据对小高加索的研究,认为该带是一个古生代微地块,有明确的泛非期基底,包括新元古代的变蛇绿岩、岛弧岩浆岩和页岩等。寒武系—下奥陶统盖层为石英岩、页岩、火山碎屑岩和碳酸盐,其上不整合覆盖了下石炭统火山碎屑岩、碳酸盐和板岩等,上石炭统含煤碎屑岩,早中二叠世磨拉石建造(Okay et al.,2008;Kalvoda and Bábek,2010)。Manafi et al.(2013)认为高加索中部存在向北俯冲到Baltic克拉通之下的原特提斯弧盆系和向南俯冲到伊朗地块之下的古特提斯弧盆系。Rolland(2017)认为整个高加索是一个450～350 Ma期间从冈瓦纳北缘裂解出去的地块,属于Armorica地块群,并且随着Rheic洋在石炭纪闭合,形成华力西造山带。

综合以上信息,笔者认为高加索弧盆系存在原特提斯的地质信息,可能代表Tornquist洋的东段。大高加索的晚古生代—三叠纪火山-沉积岩系与Scythian-土兰带类似,也反映古特提斯岛弧和弧前增生杂岩带特征。

4.4 伊朗北部Rasht-Mashhad古特提斯缝合带

伊朗北部的古生代蛇绿岩主要出露于Rasht、Mashhad和 Aghdarband 一 带(图 1)。Rasht-Mashhad蛇绿岩带北侧为Scythian-高加索-土兰一带的石炭纪—三叠纪弧盆系,南侧是Alborz地块和中伊朗地块。该带向西可能对应于土耳其北部与Karakaya增生杂岩带相关的古特提斯缝合带(et al.1991;Karimpour and Farmer,2010;Saccani et al.,2013;Moghadam and Stern,2014)。该带向东在帕米尔地块北部延伸情况不明。

4.4.1 Aghdarband蛇绿混杂岩带

Aghdarband蛇绿混杂岩带位于伊朗北部的Kopet-Dagh构造带。该带出露基质为泥盆—石炭纪火山碎屑岩、页岩和碳酸盐岩块,蛇绿岩带出露范围达5×2 km,包括蛇纹石化橄榄岩(二辉橄榄岩、纯橄岩)、辉长岩(局部层状构造)、枕状玄武岩和放射虫页岩等等,表现为不同岩石构成的蛇绿混杂岩带。玄武岩具有OIB和IAB成分特征。蛇绿岩带上覆岩系的灰岩中含早二叠世微体化石,碎屑岩含晚二叠世化石,它们不整合覆盖在蛇绿岩之上。Aghdarband蛇绿岩获得锆石U-Pb年龄383～380 Ma,蛇绿岩以南的Misho辉长岩中获得了锆石U-Pb年龄为356.7±3.4 Ma(Saccani et al.,2013;Furnes et al.,2020),获得40Ar/39Ar测年结果为288～282 Ma(Moghadam and Stern,2014)。深海沉积岩中微体化石的时代为早、中二叠世。可见U-Pb同位素年龄比40Ar/39Ar测年结果和地层中化石时代要老100 Ma左右。Aghdarband蛇绿混杂岩带可能代表最早为晚泥盆世的古特提斯洋盆,在二叠纪向北俯冲形成岛弧和弧后盆地。

4.4.2 Mashhad和Rasht蛇绿混杂岩带

Mashhad蛇绿岩位于Aghdarband蛇绿岩以西约80 km,包括地幔橄榄岩、辉长岩(局部呈层状)、枕状玄武岩、重结晶的深海灰岩和硅质岩等。局部硅质岩与深海灰岩、玄武岩等互层。蛇绿岩与深海浊积岩和火山碎屑岩共生。蛇绿岩的围岩为深海复理石变质沉积岩系,包括板岩、千枚岩、片岩、大理岩夹火山岩,时代可能为二叠—三叠纪。Mashhad蛇绿岩仰冲岩片被时代为217～199.8 Ma的晚三叠世同碰撞—后碰撞花岗岩侵入。再上不整合覆盖中侏罗世砾岩、砂岩和页岩等,并且底砾岩中含有这套花岗岩的砾石,说明在晚三叠世之前Mashhad蛇绿岩已经发生仰冲和构造叠置(Karimpour and Farmer,2010;Moghadam and Stern,2014)。

Rasht蛇绿混杂岩带位于里海西南缘,包括Gasht杂岩和Shanderman杂岩,为一套强变形的板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、角闪岩类等。蛇绿岩混杂带以蛇纹石化橄榄岩、镁铁质榴辉岩、石榴石蓝晶石片岩、变玄武岩等构造岩块为代表。该带白云母的40Ar/39Ar测年结果为约330 Ma,代表UHP变质年龄,因此推测Rasht蛇绿岩与Darrehanjir-Mashhad蛇绿岩带相当,时代为380～375 Ma(Moghadam and Stern,2014)。

4.4.3 Takab和Jandagh-Anarak蛇绿混杂岩带

Takab蛇绿混杂岩带位于伊朗地块西部,也可能属于东Anatolia或Sanandaj-Sirjan增生杂岩带(图1)。岩石组合为麻粒岩、片岩、角闪岩、花岗片麻岩等,包含蛇纹石化橄榄岩(尖晶石二辉橄榄岩和纯橄岩)透镜体。本带缺乏研究,这套岩石是否代表肢解的蛇绿岩尚不清楚,蛇绿岩的时代不详(Moghadam and Stern,2014),也有人解释为原特提斯的残余(Hajialioghli et al.,2007;Saki,2010)。

Jandagh-Anarak蛇绿混杂岩带位于伊朗中部Lut地块西部边界断裂带中。该带出露中伊朗地块泛非期基底变质岩系,上覆晚泥盆世—早石炭世海相沉积岩系。蛇绿混杂岩带包括肢解的橄榄岩、辉长岩、玄武岩、碳酸盐岩和岛弧型中酸性火山岩等岩块。基质为强烈变质、变形的碎屑岩。斜长(奥长)花岗岩的锆石U-Pb年龄为262.3 Ma(晚二叠世)。这些特征说明Jandagh-Anarak带可能在晚泥盆世为古特提斯洋盆,在二叠纪演化为岛弧环境(Buchs et al.,2013)。后期侵入的花岗岩和英云闪长岩的锆石U-Pb年龄为215 Ma(晚三叠世),与Mashahd和Torbat蛇绿混杂岩带相似(Bagheri and Stampfli,2008)。

Takab和Jandagh-Anarak蛇绿岩并不位于Rasht-Mashhad缝合带之中,目前对它们的时代和构造环境研究程度不够。它们是古特提斯的不同分支洋盆,还是Rasht-Mashhad带蛇绿岩后期构造错位的结果,甚至可能有原特提斯的残余,尚需研究(Poshtkoohi et al.,2018)。

伊朗北部的古生代蛇绿岩具有SSZ型、MORB型和OIB型岩石地化特征,代表洋盆和弧后盆地的时代为泥盆纪—晚二叠世,持续了至少120 Ma。与蛇绿岩共生的增生杂岩带主体为二叠纪浊积岩,局部与UHP-和HP-变质岩共生。古特提斯在晚三叠世(约225 Ma)闭合造山(图3B),伴随同碰撞、后碰撞花岗岩侵入,上部被中侏罗世Kashafrud组砾岩、砂岩和页岩不整合覆盖。侏罗纪之后为新特提斯演化阶段。

4.4.4 特提斯带内主要地块

位于特提斯构造带内的地块大致包括两类,一类是来自北部华力西造山带的Anatolide地块和Pannon地块,另一类是来自南部冈瓦纳板块的基梅里地块,如中伊朗地块、Alborz地块、Taurus-Menderes地块和阿富汗-喀布尔地块等(Moghadam and Stern,2015)。

Pannon盆地具有泛非期变质基底,早古生代—早石炭世为海相碎屑岩、碳酸盐和复理石沉积,晚石炭世形成华力西造山带。中生代主要为新特提斯洋形成的弧盆系统,中生代的前陆盆地沉积岩系形成Pannon盆地的油气资源储集层(Pami,1993)。

Anatolia地块包括中部结晶杂岩系和南侧的Lycian、Bey ehir-Hoyran逆冲推覆体等构造单元。Anatolia地块在志留纪—石炭纪主要为被动边缘相的深海碎屑岩(Whitney and Dilek,1997,1998)。Anatolia地块南侧的Lycian逆冲岩片发现早石炭世构造混杂带残余,包含MORB岩块、复理石沉积、深海灰岩和放射虫硅质岩,以及晚石炭世海山残片等等。晚二叠世和三叠纪有岛弧火山岩喷发,其中三叠纪岛弧火山岩是Anatolia地块的一个重要地质特征。由此可见Anatolia地块在华力西造山之后卷入古特提斯岛弧、弧前盆地和陆缘弧系统中,并在晚三叠世闭合(Moix et al.,2008)。

Taurus-Menderes是典型的基梅里地块,核部为新元古代—寒武纪片麻岩、片岩、变质花岗岩和混合岩、变辉长岩等,代表约550 Ma的泛非基底(Baran et al.,2017)。盖层为奥陶纪—泥盆纪片岩、变质砂砾岩,石炭—二叠纪变石英砂岩、碳酸盐,上三叠统砾岩、砂岩砂岩等(Hetzel and Reischmann,1996;Gessner et al.,2001)。它们不含华力西构造界面,但广泛存在古特提斯闭合形成的基梅里构造界面和新特提斯裂解、打开的地质信息,上覆侏罗—白垩系为台地相灰岩。在伊朗地块也有类似信息。Menderes是新生代的变质核杂岩,在4～2 Ma的隆升剥蚀速率达3.25～1.75 km/Myr(Baran et al.,2017)。

中伊朗和Yazd-Lut地块的前寒武纪基底杂岩包括花岗质片麻岩、角闪(片)岩类、变辉长岩、变闪长岩、云母片岩和镁铁、超镁铁岩岩块。超镁铁岩为变橄榄岩、滑石蛇纹岩、蛇纹岩等。花岗质片麻岩具有陆缘弧岩浆岩特征,它们代表元古代的裂谷或岩浆弧环境。中伊朗地块基底岩系克拉通化和泛非期造山作用发生于新元古代(Poshtkoohi,2012;Moghadam and Stern,2015;Poshtkoohi et al.,2018)。Alborz地块属于古特提斯南侧的早古生代被动边缘盆地沉积系统。白垩纪—中新世均为海相碳酸盐岩、碎屑岩和火山岩沉积,不整合覆盖在侏罗纪Shemshak组之上(Guest et al.,2006)。中伊朗和Alborz等地块经受了古特提斯闭合的基梅里造山作用,中生代为相对稳定的浅海盆地。

5 原特提斯、古特提斯构造演化

大部分学者认为大约在10亿年前全球形成Rodinia超大陆,并在约8亿年前后开始裂解(Torsvik,2003)。Laurentia、Baltica、西伯利亚和北极克拉通从超大陆裂解出去。裂谷作用在这些地块的边缘持续到约600 Ma,Iapetus打开和Rodinia超大陆最终解体(Robert et al.,2020)。在约550 Ma,南极、南非、印度、阿拉伯和西澳大利亚等板块重新汇聚,形成冈瓦纳大陆。本次汇聚在欧洲南部和北非称为卡多米(Cadomian)造山,在东非、马达加斯加和印度称为泛非造山(Torsvik and Rehnström,2003)。在整个早古生代,全球洋陆格局均为北散、南聚的状态(潘桂棠等,1997),而位于南、北大陆之间的大洋经历了原特提斯、Rheic和古特提斯的演化,在320～310 Ma冈瓦纳大陆西部与北美克拉通碰撞,形成Pangea超大陆(图2、图3A、图4A-C)。

5.1 原特提斯演化

Rodinia超大陆在新元古代裂解形成的原特提斯大洋,在寒武纪开始向南俯冲、消减,在冈瓦纳大陆北缘形成岛弧、弧后盆地和弧前增生杂岩带,并导致Avalonia和Armorica地块群裂解出去。在Armorica地块群中形成494～460 Ma的岛弧型岩浆作用(Abati et al.,2010;Anti et al.,2016),550～490 Ma的SSZ型蛇绿岩和增生杂岩带(图4A)。也有人认为该期活动陆缘导致了Bimphedian造山和冈瓦纳大陆的最终形成(Cawood et al.,2007)。

原特提斯洋的扩张和Rheic的打开可能与西澳大利亚的中寒武世Kalkarindji大火成岩省(约510 Ma)活动有关(Glass and Phillips,2006)。寒武—奥陶纪之交发生显著的裂谷事件,奥陶纪期间狭长的Avalonia地块群脱离冈瓦纳大陆,加速向北西方向漂移,使Rheic和原特提斯洋进一步扩张(Torsvik and Cocks,2013)。

早古生代是板块构造的运动活跃时期,Avalonia地块群与Baltica大陆之间的Tornquist洋大约在450～440 Ma闭合,Iapetus洋盆于约420 Ma完全闭合。随着欧洲北部和东部加里东造山作用的完成,北方大陆的主体Laurussia(劳俄大陆)已经形成(图4B)。英国加里东造山带和格陵兰地块中早古生代变质岩系被中志留世—中泥盆世老红色砂岩陆相磨拉石不整合覆盖,逆冲推覆体、榴辉岩相变质和柯石英的形成时代为505～380 Ma(Brueckner et al.,1998;Johnston et al.,2010;Bingen et al.,2011),说明加里东期造山作用持续时间较长。

我国的原特提斯构造域主要分布于秦祁昆造山系中,也有学者称中央造山带(潘桂棠等,2002),包括阿尔金、北祁连、柴北缘、中昆仑等结合带和弧盆系统中,造山时代为530～480 Ma。造山系南缘为阿尼玛卿-勉略结合带,向西接古生代南昆仑俯冲增生杂岩带,再向西为西昆仑带的库地-祁曼于特和康西瓦-苏巴什两条蛇绿混杂岩带,在帕米尔和Kopet-Dagh带以北走向不明。秦祁昆弧盆系在早古生代末消亡,形成广泛分布的泥盆纪前陆盆地磨拉石不整合覆盖在下伏构造地层之上和以榴辉岩、蓝片岩等为代表的HP-UHP变质带,榴辉岩相变质作用的形成时代在阿尔金(约500 Ma)、北祁连(520～460 Ma)、柴北缘(440～423 Ma)和东昆仑(430～410 Ma)等结合带中有一定差异(许志琴等,2006;宋述光等,2013;Song et al.,2018)。综合判断秦祁昆原特提斯弧盆系最终关闭的时代为440～420 Ma(张克信等,2015;Li et al.,2018;吴福元等,2020),与欧洲加里东造山带相似(图2B、图4B)。

李三忠等(2016a,b)认为,全球早古生代造山作用以板块或地块之间的碰撞作用为特征,并且在500～400 Ma普遍发生榴辉岩相变质作用,可能表明在早古生代期间的1亿年内发生了全球性板块聚合运动。

5.2 Rheic与古特提斯演化

冈瓦纳超大陆北缘大约在晚寒武世开始裂解,早奥陶世Avalonia地块脱离出去,Rheic洋在中奥陶世扩张成为宽阔大洋,并在志留—泥盆纪演化为华力西多岛洋系统(Stampfli and Borel,2002;Franke et al.,2017;Torsvik,2019)(图2B、图4B)。在奥陶纪末,由于Avalonia地块与Baltica和劳伦大陆的汇聚,冈瓦纳克拉通的非洲西北部发生裂谷,并先后打开Saxo-Thuringian、Rheno-Hercynian和Galicia-Moldanubian小洋盆,导致 Franconia-Thuringia,Iberian-Armorica-Bohemia等微地块群先后从非洲西北部分离出去。Rheic洋在志留—泥盆纪由分支小洋盆和Armorica裂离地块群组成(图4B)。晚志留世开始,Rheic的分支洋盆Rheno-Hercynian向西北部的劳俄大陆和南侧的Franconia地块发生双向俯冲和洋脊俯冲,形成岩浆弧活动和弧后盆地,最终在早石炭世闭合。Saxo-Thuringian和 Galicia-Moldanubian分支洋盆在晚泥盆世(约380 Ma)闭合,造成Famennian浊积岩系逆冲到Thuringian地块之上和中压变质作用。Galicia-Moldanubian、Saxo-Thuringian和Rheno-Hercynian分支洋盆从南向北先后关闭,冈瓦纳来源的地块群通过复杂的华力西运动重新聚合在一起(Franke et al.,2017;袁四化等,2020)(图4C)。

传统观点认为古特提斯洋的打开起源于Rheic洋向南俯冲形成的弧后盆地扩张。泥盆纪期间位于Armorica地块群和冈瓦纳大陆之间的弧后盆地逐渐打开为宽阔的古特提斯洋(Stampfli and Borel,2002,2004)。但是按照新的构造古地理模式和华力西造山带古生代多岛洋格局(Franke et al.,2017;Torsvik,2019),现今的欧洲大陆到南阿尔卑斯带在志留纪—泥盆纪实际上是一个由Rheic洋衍生出的分支洋盆、地块群和边缘弧盆系统。在泥盆纪时期,古特提斯是该多岛弧盆系统的一个分支洋盆(Zulauf et al.,2015;Franke et al.,2017)(图4B)。大约在石炭纪晚期(320～310 Ma),劳俄(Laurussia)大陆与冈瓦纳大陆汇聚形成Pangea超大陆,Rheic各分支洋盆最终关闭(图4C)。之后的晚石炭世—早三叠世古特提斯洋是华力西造山之后一个向东开口的残余洋盆(图3A,B)。在中奥地利阿尔卑斯地块最新发现的南绍山早泥盆世蛇绿岩(418～414 Ma),可能代表古特提斯最早、最西端的洋壳记录,再往西则未见古特提斯蛇绿岩的报导(袁四化等,2020)。

图4 特提斯演化示意图(据文献Abati et al.,2010;Moghadam and Stern,2014;Zulauf et al.,2015;Franke et al.,2017汇编)Ava—Avalonia地块群;Arm—Armorica地块群;N.Am—北Armorica(Franconia、Vesser Rift、Thuringia);S.Am—南Armorica(Bohemia);(A)在寒武—奥陶纪,原特提斯向南俯冲、消减,在冈瓦纳大陆北缘形成岛弧、弧后盆地和弧前增生杂岩带;(B)志留纪晚期,劳伦地块与Baltica、Avalonia聚合形成劳俄大陆,志留纪—泥盆纪,Rheic洋南部演化成为华力西多岛洋系统,传统意义上的泥盆纪古特提斯仅为多岛洋中的分支洋盆;(C)在320～310 Ma,劳俄大陆、Armorica地块群与冈瓦纳大陆西缘汇聚形成Pangea超大陆,形成华力西造山带;(D)基梅里地块群大约在二叠纪从冈瓦纳北缘裂离出去,并形成新特提斯洋;(E)晚三叠世在劳亚大陆南缘形成基梅里增生造山带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)

华力西造山导致的地壳缩短量超过1000 km,主要由Rheno-Hercynian缝合带汇聚吸收(Hatcher,2002)。在造山过程中Armorica地块群与古亚德里亚地块汇聚,并发生与西北非洲冈瓦纳之间大规模的右旋走滑,使各地体发生位移、旋转(Doublier et al.,2012)。该机制有助于解释Moesia和伊斯坦布尔地块的南移(Franke et al.,2017)。

笔者认为Rheic洋实质上具有Iapetus-Tornquist洋连续演化的地质记录,为古生代的特提斯主大洋的西段,而特提斯大洋的东段为班公湖-双湖-昌宁-孟连洋(图2B、图4B)。该洋盆的西段在晚石炭世闭合,而中东段在晚三叠世闭合(图3A,B)。金沙江-哀牢山带和甘孜-理塘带为该主洋盆闭合期间俯冲消减形成的弧后盆地或弧后扩张带(潘桂棠等,2002,2004,2012)。

5.3 丝绸之路岩浆弧与增生造山带

南阿尔卑斯Plankogel带、土耳其北部Pontides带和伊朗北部Rasht-Mashhad为古特提斯缝合带,代表泥盆纪—二叠纪的洋盆。该洋盆在晚石炭世—早三叠世向北西方向斜向俯冲,形成以Scythian-土兰和高加索为代表的一系列增生杂岩带、岩浆弧和弧后盆地等。有学者认为该带向东经Kopet-Dagh带和北Pamir带,可能延伸到西昆仑弧盆系,构成一条长约8300 km的丝绸之路岩浆弧(Silk Road Arc)(Natal’in and,2005;Moghadam and Stern,2014),而我国学者认为西昆仑弧盆系属于秦祁昆原特提斯构造域。实际上秦祁昆原特提斯构造域相当于特提斯中西段的Iapetus-Tornquist加里东构造域。Scythian-高加索-土兰弧盆系应对应于我国羌塘中部石炭纪的望果山组岛弧火山岩和石炭—二叠纪弧前增生楔盆地(图3A、图4C,D)。它们同为古特提斯石炭—二叠纪弧盆系统,在晚三叠世分别形成基梅里和印支期造山带(耿全如等,2011;江庆源等,2014;Liang et al.,2017)(图4E)。

这两条造山带的另一个共同特征是拥有宽阔的增生杂岩带和高压变质带。在土耳其、伊朗北部,基梅里期的增生杂岩带包括洋壳、岩浆弧残片和巨厚的弧前盆地复理石沉积,宽度超过300 km。在羌塘中部,印支期的增生杂岩带、蛇绿混杂岩带和以榴辉岩、蓝片岩为主的高压变质带宽度超过200 km。它们都是增生型造山带的典型代表(李继亮,2004;毛晓长等,2015;et al.,2018)。

最新的研究表明古特提斯向北俯冲的驱动力来自洋脊俯冲,并导致南侧的被动大陆边缘裂解(万博等,2019;Zhong and Li,2019,2020)。据此模式,伊朗地块中部的Jandagh-Anarak和Takab蛇绿岩带也可能是北部俯冲阶段南侧拉张的结果。由于古特提斯向北西方向的斜向俯冲,在增生造山过程中使基梅里造山带前缘著名的Scytho-Turanian断裂带发生强烈的右旋走滑(图1)。据估算位移距离达300～350 km。在俯冲杂岩带和岩浆弧不断增生和走滑断裂的双重作用下,造成基梅里造山带古特提斯弧盆系地质体平行位移和最终斜列式拼合(Natal’in and,2005;Moghadam and Stern,2014)。

6 结论

(1)Rodinia超大陆在新元古代裂解形成的原特提斯大洋,在寒武纪开始向南俯冲消减,在冈瓦纳大陆北缘形成活动大陆边缘。欧洲原特提斯闭合(约420 Ma)形成的加里东造山作用以出现陆相磨拉石建造、逆冲推覆体和高压变质带为代表,持续时间为505～380 Ma,主要保存于Iapetus和Tornquist缝合带及相关构造单元中。我国的原特提斯构造域主要分布于秦祁昆造山系中,洋盆以及弧盆系统的闭合造山时代为530～480 Ma,具有与欧洲加里东造山带类似的地质特征。

(2)欧洲Rheic洋在奥陶纪扩张成为宽阔大洋,在志留—泥盆纪演化为由Saxo-Thuringian、Rheno-Hercynian和Galicia-Moldanubian等分支小洋盆以及Armorica游离地块群构成的多岛洋格局。泥盆纪形成的古特提斯实际上为Rheic洋向南俯冲形成的弧后盆地。Rheic洋类似于特提斯东段的班公湖-双湖-昌宁-孟连洋,为古生代的特提斯主大洋。金沙江-哀牢山带和甘孜-理塘带为主洋盆闭合期间俯冲消减形成的弧后洋盆。Rheic洋各分支洋盆在320～310 Ma闭合,形成华力西造山带和Pangea超大陆。

(3)南阿尔卑斯Plankogel带、土耳其北部Pontides带和伊朗北部Rasht-Mashhad带为古特提斯缝合带,代表泥盆纪—二叠纪的洋盆。该洋盆在晚石炭世—早三叠世向北西方向斜向俯冲,形成以Scythian-土兰和高加索为代表的一系列增生杂岩带、岩浆弧和弧后盆地等。其中的晚石炭世—早三叠世丝绸之路岩浆弧与我国羌塘中部的望果山火山弧相对应。

(4)特提斯中西段的基梅里造山带和羌塘中部的印支期造山带为古特提斯增生型造山的典型代表。它们均包括巨厚、强变形的弧前复理石沉积建造,洋壳和岩浆弧残片,并伴随以榴辉岩、蓝片岩为主的高压变质带。

2021年是我国著名大地构造学家潘桂棠研究员80岁华诞,也是他从事地质事业整整60周年。笔者作为潘老师的学生,祝老师生日快乐、幸福安康!在本文的写作过程中始终得到潘老师的亲自指导和学术思想的指引。笔者认识到潘老师提出的主大洋模式、多岛弧盆系和增生造山理论对于探讨特提斯洋陆格局演化的重要性,并且以此为依据,通过大量的文献阅读和研究,最终完成了本篇论文。