全球背景下中国华北与华南板块重建：从Rodinia裂解到Gondwana形成

摘要

板块重建是理解板块构造运动体制的直接途径，即通过反演地质历史时期地球表面刚性板块的运动轨迹，揭示板块构造体制的动力学特征与内在动力学机制。由威尔逊旋回(Wilson cycle)所阐释的大洋演化旋回机制带来了超级大陆旋回研究热潮，无论是从地壳形成初期的Vaalbar到距离现今最近的Pangea，无不说明了地质工作者对于超级大陆循环演化的热情。作为地球前寒武纪克拉通的重要组成部分，中国华北以及华南板块在早前寒武纪全球超级大陆演化当中的重建问题却一直未有定论。本论文通过综合华北和华南板块的地球化学、地球物理、地质年代学、古生物学、层序地层学以及古地磁等方面资料，又结合能够反映二者早前寒武纪初步汇聚地质演化关联的秦岭-大别造山带的构造-岩浆-变质事件，最后通过GPlates板块重建应用程序进行计算机软件成图。具体而言，首先通过层序对比以及地球化学、地球物理资料，参考传统板块划分方案，对中国区板块进行了合理的重建单元划分;再通过GPlates应用古地磁资料定量-半定量约束中国区主要重建板块的古纬度，生成初步的板块重建旋转文件;然后，根据地质年代学来定量约束构造事件发生时序以及影响范围;应用锆石定年信息定量一半定量确定洋壳/扩张盆地等演化时限;最后再根据古生物资料、层序底层/岩相资料对比等半定量-定性约束板块之间的亲缘性。通过一系列的资料约束，最终得到一个初步的从新元古代至早古生代（即从Rodinia裂解到Gondwana形成）的GPlates动态板块重建模型，并得到一下认识:(1)关于超级大陆Rodinia，古地磁证据揭示华北板块与劳伦板块二者在～1200-700Ma可能靠近同一个板块，间接说明华北板块也应该属于Rodinia的一部分，这种相同的漂移轨迹在650-615Ma之间停止且此时的华北板块应处于赤道附近低纬度地区。同时，从华北板块得到～1770Ma和～1350Ma两个高质量的古地磁数据还显示华北板块在Rodinia中还可能靠近西伯利亚板块，这种关连可能从～1800Ma就已经开始并一直持续到Rodinia裂解之后(～600Ma)。但是来自更年轻一点的元古代岩石古地磁数据显示华北板块在～1200-700 Ma之间卷入了大约90°的旋转，且在此期间与劳伦板块有着共同的古地磁极漂移轨迹并，在大约615 Ma才终止这种联系。但是在此之前，华北板块与劳伦板块之间在1800-1350Ma之间应该为某个板块(可能为Siberia)所隔开。同时，由于华北板块普遍缺失广泛分布在澳大利亚板块和华南板块的新元古代岩浆纪录，因此此时的华北板块应该远离澳大利亚-华南板块域而处于Rodinia超级大陆的边缘。而华南板块为澳大利亚板块东部与劳伦板块西部的“Missing-Link”的观点在Rodinia重建中影响力比较大，但这一理论需要Rodinia从中心完全裂解从而释放华南板块且要求华南板块再作比较复杂的运动到达早古生代Gondwana超级古陆的北部边缘。通过碎屑锆石年龄以及古地磁资料分析，作者认为华南板块一直就停靠于印度-澳大利亚板块北部并在Rodinia的晚新元古代裂解至早古生代Gondwana的形成过程当中始终保持与印度-澳大利亚板块的关联。(2)至Gondwana超级古陆联合之时，也没有具体证据证实华北板块直接参与了Gondwana的建立，但古生物证据显示其与华南板块在早古生代一起共同属于大澳大利亚生物省。而来自古地磁的证据则还显示华北板块在寒武纪-奥陶纪可能处于南半球15°位置，且在早古生代与华南板块分享相似纬度范围。与此同时，多种证据均显示华南板块应处于Gondwana超级古陆印度-澳大利亚板块的北缘，古地磁资料显示了华南板块地磁极自Rodinia时期就与澳大利亚板块几乎重合，另外古生物资料显示了其与澳大利亚的亲缘性以及岩相古地理也支持华南板块处于澳大利亚所处低纬度地区。另外，(3)地质资料还显示北秦岭地体在前寒武纪可能为一个独立地体，且很有可能在Rodinia时期靠近华夏板块，共同构成Grenvillie造山带的一部分，后卷入华北、华南板块的汇聚过程之中。

目录

声明

摘要

0．引言

0．1．研究背景与选题依据

0．1．1．研究背景

0．1．2．选题依据及意义

0．2．研究现状及存在问题

0．2．1．全球板块重建研究历史

0．2．2．华北、华南板块重建研究现状及存在问题

0．3．研究内容及方案

0．3．1．研究内容

0．3．2．研究方案

1．前人超级大陆重建模式以及华北和华南板块位置

1．1．Rodinia

1．1．1．Rodinia全球重建方案

1．1．2．华北、华南在Rodinia中的位置

1．2．Gondwana

1．2．1．Gondwana全球重建方案

1．2．2．华北、华南在Gondwana中的位置

1．3．小结

2．GPlates板块重建应用程序

2．1．GPlates介绍

2．2．现有功能

2．3．未来发展方向

2．4．小结

3．中国板块划分与板块重建约束条件

3．1．区域地质背景

3．1．1．华北板块

3．1．2．华南板块

3．1．3．秦岭造山带

3．1．4．蛇绿岩套(洋壳／裂谷属性地体／缝合带)

3．2．中国板块划分

4．板块重建约束资料

4．1．古地磁资料—定量／半定量约束

4．2．板块间沉积物源亲缘性—定性约束

4．3．古生物等其它定性约束条件

4．4．小结

5．秦岭—大别造山带构造属性及其前—早寒武纪构造演化

5．1．陆壳属性地体

5．1．1．华北板块南缘

5．1．2．北秦岭地体

5．1．3．南秦岭地体

5．2．古大洋／盆地演化

5．2．1．新元古代大洋／扩张盆地演化

5．2．2．早古生代大洋／扩张盆地演化

5．3．小结

6．GPlates全球板块重建模型

6．1．构造事件演化时间序列

6．2．秦岭—大别造山带重建单元在超级大陆中的位置

6．3．GPlates全球板块重建模型

6．4．小结

7．结论

参考文献

致谢

个人简历