造山带中增生楔识别与地质意义

闫臻1付长垒1牛漫兰2张继恩3肖文交3王宗起4

1. 中国地质科学院地质研究所2. 合肥工业大学资源与环境学院3. 中国科学院地质与地球物理研究所4. 中国地质调查局发展研究中心

摘要：增生楔主要由海沟复理石、远洋—半远洋沉积和洋岛/海山等大洋板块地层岩石及蛇绿岩共同构成,是汇聚板块边缘古俯冲带构造—沉积作用的综合产物,以发育叠瓦状逆冲断层、双冲断层和紧闭—倒转褶皱,以及片理、碎裂构造、小型褶皱、膝折等不同尺度的构造为特征。增生楔组成包括连续单元和混杂岩两部分,严格受滑脱面位置控制。增生楔是增生型造山带最基本大地构造相,它与弧前盆地、岛弧/大陆边缘弧的时空配置关系可直接指示大洋板块俯冲极性、揭示洋盆演化与造山作用方式。准确识别增生楔,详细解剖其结构特征与组成特征,综合判别并恢复大洋板块地层,可为古板块边界与古大洋盆地消亡位置确定、造山带结构精细划分及造山作用过程重建提供基本依据。大比例尺地质填图是研究增生楔结构和组成、以及大洋板块地层重建的有效手段。以南祁连拉脊山石灰窑增生楔为例,地质填图结果表明它是由中寒武世—早奥陶世洋壳物质构成,自北而南依次可分为海沟—大洋盆地—海山OPS和六道沟SSZ型蛇绿岩,被南倾逆冲断层分割成多个岩片。海沟—大洋盆地OPS岩片基本保留完整地层序列,海山OPS岩片包括连续单元和混杂岩两部分。顶帽山增生楔主要由海山OPS构成,内部结构层序相对完好,是南祁连构造带中保留最为完整、规模最大的海山OPS岩石组合序列。上述不同类型OPS片段和六道沟SSZ型蛇绿岩组成的增生楔与其南侧岛弧带同时代。增生楔—岩浆弧的时空配置暗示寒武纪—早奥陶世时期原特提斯洋自北向南俯冲极性。这些认识为南祁连早古生代火山—岩浆—沉积构造演化以及是否存在古洋盆与古洋盆演化重建提供基本佐证。 

关键词：增生楔;大洋板块地层;海山;俯冲极性;造山作用

增生楔（accretionary wedge）也称增生棱柱体（accretionary prism）或增生杂岩（accretionary complex），发育于海沟和岛弧之间，是汇聚板块边缘俯冲带构造—岩浆—沉积作用的综合产物，是洋—洋、或洋—陆消减过程中通过刮削、滑脱、海底滑动、底侵、底辟和无序逆冲等地质作用，从俯冲大洋板块上剥离并堆叠在仰冲板块前端的楔形地质体，以发育双冲构造（duplex）以及紧闭—倒转褶皱等为典型特征（图1a）。它们主要形成并分布于汇聚板块边缘，不仅是链接沟—弧系的纽带，而且是弧前盆地基底的重要组成部分。它的形成受俯冲角度、弧前构造隆升—垮塌、构造剥蚀作用和沉积物供给量的共同制约。增生楔由海沟复理石、远洋—半远洋沉积物和洋岛/海山/大洋高原物质共同组成，可包含有高压变质岩、微陆块和蛇绿岩残片，如美国加利福尼亚弗朗西斯科杂岩（Wakabayashi，2015）、日本四万十市增生楔（Isozaki et al., 1990；Wakita, 2012, 2015）、新西兰陶利斯增生楔（Cooper and Palin, 2018）、希腊中部洛多皮增生楔（Barr et al., 1999）、伊朗莫克兰增生楔（McCall et al., 1982; Platt et al., 1985）、我国北祁连造山带托莱山—走廊南山增生楔（许志琴等，1994；张建新等，1998）、南祁连石灰窑—顶帽山增生楔（本文）、中亚造山带西准噶尔地区晚石炭世增生楔（Şengör and Natal’in, 1996; Xiao et al., 2008; 张继恩等, 2009; Zhang et al., 2011；肖文交等，2019）、北山马鬃山增生杂岩（王盛栋等，2021）。

图1　OPS序列与增生杂岩结构—组成的时空关系示意图（a. 据闫臻等，2018修改）；祁连县川刺沟增生杂岩中OPS混杂岩露头照片(b)；彭罗斯型蛇绿岩层序示意图(c)

MORB. 大洋中脊玄武岩；OIB. 洋岛玄武岩；CCD. 碳酸盐补偿深度

Fig. 1　Schematic diagram of spatial-temporal relationship between OPS sequence and texture-composition of accretionary prism (a. modified after Yan et al., 2018); Outcrop photo of OPS mélange within Chuancigou accretionary prism in Qilian County (b);  Schematic diagram between Penrose sequence of ophiolite, OPS, and associated mélange (c)

Uyeda（1983）根据板块俯冲角度将俯冲带分为智利型和马里亚纳型两类。智利型俯冲带俯冲角度小，俯冲板块和上驮板块耦合紧密，不利于大洋沉积物的俯冲消减，可形成宽阔的（30~100 km）增生楔，例如阿拉斯加、莫克兰、巴巴多斯、日本西南部四十万市增生楔。马里亚纳型俯冲带俯冲角度大，俯冲板块与上驮板块之间耦合不紧密，海沟附近通常缺乏或仅形成小规模增生楔。Stern（2002）根据弧前域沉积物发育状况，将弧前域划分为增生型和非增生型两类。其中增生型弧前域的海沟充填物充裕，发育增生楔和弧前盆地；非增生型弧前域沉积物不发育，弧前基底裸露，并且可见大量蛇纹岩泥火山。Scholl and von Huene（2007）根据增生楔发育情况把这两类弧前域分别定义为增生型和侵蚀型板块边缘。

增生楔是增生型造山带中最基本和常见的大地构造相单元之一，与弧前盆地、岛弧/大陆边缘弧共同作为增生型造山带的主要识别标志，三者的时空配置关系可直接指示大洋板块的俯冲极性、并揭示洋盆演化历史。空间上，增生楔与同时期就位的SSZ型蛇绿岩在造山带内相互共存（Dewey and Bird, 1970；Isozaki et al., 1990；Shervais, 2006），它们的结构、组成及形成过程，客观地记录了大洋盆地演化的地球动力学信息、洋—陆物质循环地球化学信息，以及大陆地壳侧向和垂向增长历史，因而被视为研究大陆生长的重要“窗口”（Şengör et al., 1993；Nichols et al., 1994；Maruyama, 1997；Staudigel et al., 2010）。

因此，造山带内增生楔存在与否的识别，是正确认识古俯冲带和古洋盆存在、以及造山作用类型的关键，是古洋盆恢复和造山带结构研究的最直接证据。

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