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          4. 科研進展

            廣州地化所揭示蒙古山彎構造幾何學樣式與動力學機制

              
            山彎構造(Orocline,也稱彎山構造),是相對線性的造山帶繞著鉛直軸發生彎曲所形成的弧形或馬蹄形構造,其廣泛發育于全球造山帶中,控制著造山帶的構造樣式、巖漿演化、沉積過程及古地理格局。理解山彎構造形成的地球動力學機制,重建其彎曲過程中俯沖板片及上覆造山帶三維幾何學、運動學演化過程,是匯聚板塊邊界造山帶4D重建首要解決的科學問題。近年來,國際地質對比計劃專門設立項目(IGCP 574),推動全球山彎構造幾何學、運動學與動力學研究,探究山彎構造形成與造山帶巖漿、沉積演化的時空耦合關系,完善造山帶發生大規模彎曲的理論體系。
            蒙古山彎構造位于中亞造山帶中東部(圖1),其彎曲程度近180°,波幅近3000km,是全球彎曲程度最高的匯聚板塊邊界,其保存著蒙古鄂霍茨克洋俯沖消亡的連續地質記錄,是探究增生造山環境下俯沖帶大規模彎曲動力學機制的天然實驗室。經過多年的研究,學術界已從巖石構造單元空間分布的角度證實了蒙古山彎構造的存在,但對其三維幾何學樣式、運動學過程及其彎曲動力學機制仍未有系統約束。鑒于此,中國科學院廣州地球化學研究所李鵬飛研究員及其合作者,圍繞蒙古山彎構造轉折端(蒙古杭愛山地區Zag地體;圖1, 2)開展了系統的變形構造解析工作,并綜合航磁、古地磁、地震層析成像及區域地質資料,揭示了蒙古山彎構造的幾何學、運動學及動力學特征。

            圖1. 蒙古山彎構造及鄰區大地構造簡圖(A, C)及航磁圖(B)。MOS: 蒙古鄂霍茨克縫合帶;MOO: 蒙古鄂霍茨克造山帶。

            圖2. 蒙古山彎構造轉折端Zag地體構造地質圖(A)、主期面理S2野外及顯微照片(B)和變形構造赤平投影圖(C-J;藍色— Domain 1; 黑色—Domain 2; 綠色—Domain 3)。注:區域性主期面理S2近直立產出,并逐漸發生彎曲形成區域尺度的大型傾豎褶皺構造,對應著山彎構造轉折端的幾何學樣式。
            研究發現,蒙古山彎構造轉折端Zag地體巖石發生強烈變形,產出近直立的透入性面理構造S2(圖2B),其逐漸發生彎曲形成區域尺度的大型傾豎褶皺構造,對應著山彎構造轉折端的幾何學樣式,其樞紐(傾伏向~077°,傾伏角~75°;圖2H)及軸面(傾向北,傾角~87°)產狀量化了蒙古山彎構造的三維幾何學要素。在此基礎上,研究人員發現,蒙古山彎構造具有低應變特征,并不發育前人所推測的平行其軸面的面理構造,顯示其形成過程中并未經歷平行于造山帶的大規??s短。結合古地磁及地震層析成像資料(圖3),項目組約束了蒙古山彎構造彎曲的運動學過程,認識到蒙古山彎構造主要形成于二疊至侏羅紀,其彎曲過程伴隨著蒙古鄂霍茨克洋的逐漸俯沖及剪刀式消亡,并可能受控于蒙古鄂霍茨克俯沖板片沿走向的差異后撤或西伯利亞與華北的相向旋轉(圖4)。

            圖3. 亞洲地區下地幔地震層析成像圖。白色虛線刻畫了殘留在下地幔中的蒙古鄂霍茨克俯沖板片(高速體)延伸方向,其在1770公里深處(A)較2150公里深處(B)更為彎曲,指示蒙古山彎構造兩翼俯沖體系向海溝方向的逐漸后退。

            圖4. 蒙古山彎構造形成的兩種端元模式簡圖。(A)蒙古鄂霍茨克洋俯沖板片沿著走向差異后撤(兩翼較快),導致俯沖帶彎曲及山彎構造形成,同時伴隨著弧后裂谷盆地的打開;(B)西伯利亞和華北相向旋轉,迫使俯沖帶后退及山彎構造形成,對應著上覆板塊的壓縮變形。
            該項工作闡明了蒙古山彎構造的三維幾何學樣式及低應變成因,建立了耦合俯沖帶彎曲與上覆板塊變形、巖漿、沉積演化的概念模型,揭示了俯沖帶側向遷移在山彎構造形成過程中扮演的關鍵角色,相關成果發表在國際地質學期刊《Geological Society of America Bulletin》。
            論文信息:Pengfei Li, Min Sun, Tserendash Narantsetseg, Fred Jourdan, Wanwan Hu, Chao Yuan; First structural observation around the hinge of the Mongolian Orocline (Central Asia): Implications for the geodynamics of oroclinal bending and the evolution of the Mongol-Okhotsk Ocean. GSA Bulletin 2021; doi: https://doi.org/10.1130/B36200.1
             
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