大巴山深部地壳结构与平衡剖面研究取得新进展

近日，中国地质科学院地质力学研究所李建华副研究员在国际权威地学期刊《Tectonics》上发表了题为“Mesozoic tectonic evolution of the Daba Shan Thrust Belt in the southern Qinling orogen, central China: constraints from surface geology and reflection seismology” （中国中部南秦岭大巴山造山带中生代构造演化：源于地表地质和深反射地震剖面的约束）论文，这是继董树文研究员团队2013年首次在《Geology》发表大巴山深反射地震剖面后的新进展。

大巴山造山带是一个远离板块边缘的陆内造山带，位于我国中部秦岭造山带的南缘，几何特征为向南西的弧形凸起。这样一个造山带的成因和演化一直为地质学家所关注。如何将地表与深部资料结合，建立深部—浅部构造变形样式耦合的地质剖面，是理解这一构造带构筑格局及演化的关键。在动力学机理上，大巴山构造带的形成与华北、华南陆块的三叠纪碰撞和晚侏罗世的持续汇聚作用有关。值得注意的是，古特提斯洋在晚三叠世就已经关闭，由此衍生的科学问题是：晚侏罗世华北、华南陆块陆—陆汇聚的驱动力是什么？

围绕这些科学问题，在中石化海相油气专项和深部探测技术与实验专项联合支持下，中国地质科学院董树文研究员团队完成了横穿大巴山的深地震反射剖面和详尽地表构造研究，对反射地震剖面进行了特殊处理和解释，于2013年上发表了地壳结构与构造模型（Dong et al., 2013, Geology）。李建华副研究员在董树文研究员（通讯作者）等老师指导下对大巴山深反射地震剖面进行了进一步解译，通过平衡地质剖面的制作，精细地揭露了大巴山陆内造山带的深部地壳结构和演化过程（图1），重建了大巴山深—浅变形相耦合的中—上地壳几何样式（Li et al., 2015, Tectonics）。研究表明：

1. 北大巴山以地表韧性剪切、紧闭褶皱和深部双重推覆构造变形为主，南大巴山以具多层滑脱特征的冲断—褶皱变形为主。总体来看，大巴山构造带的变形强度由北东向南西呈减弱趋势（图1）。

2. 新元古代—中生代，大巴山构造带经历了五阶段的构造-岩浆演化（图2）。中三叠世，华北、华南陆块的碰撞作用导致了北大巴山韧性剪切和双重推覆构造的形成；晚侏罗世，华北、华南陆块的持续陆—陆汇聚作用进一步奠定了北大巴山的构造格局，并导致南大巴山前陆褶皱冲断带的形成。

3. 大巴山构造带中—上地壳陆内变形的总缩短量大于130 km，这一缩短量足以使向北俯冲的华南陆块北缘镁铁质下地壳发生由麻粒岩相向榴辉岩相的转变，导致密度和重力增大并进一步诱发板片拖拽作用，其为三叠纪古特提斯洋关闭后，导致华北和华南陆块持续陆—陆汇聚作用的关键。

大巴山造山带地壳结构与成因研究，丰富了陆内变形的理论，是我国陆内造山带研究的典型实例。

 
图1 大巴山构造带深反射地震剖面解释(A)和中、上地壳精细变形样式解析图(B)

图2 大巴山构造带新元古代-中生代五阶段构造-岩浆演化重建模式图