中国中央造山系造山过程

中国中央造山系原－古特提斯多阶段复合造山过程

董云鹏^＊，惠博，孙圣思，杨钊，张菲菲，何登峰，孙娇鹏，史小辉

西北大学地质学系，大陆动力学国家重点实验室

作者简介：董云鹏，教授，博士生导师，从事大地构造学与地球系统科学研究。

导读：

中央造山系呈东西向横亘于中国大陆中部，长达5000km，由昆仑造山带、祁连造山带和秦岭-大别造山带组成，是中国大陆完成主体拼合的主要结合带。

中央造山系既是中国南北地球物理和深部结构的重要边界，也是中国南北地质、地理、气候、环境、水文和生态的天然界线，还是中国重要的成矿构造带，这里有全国著名的小秦岭金矿带、世界级超大型夏日哈木镍铜矿床、世界钼都（栾川钼矿）和全国最重要的盐湖卤水型锂矿资源等。

董云鹏等基于近年来秦岭、祁连、昆仑造山带大量的蛇绿混杂岩、岩浆作用和变质作用的岩石、构造、地球化学和同位素年代学资料，概括总结了沿中央造山系原特提斯、古特提斯扩张、俯冲闭合的时空演化过程和晚中生代—新生代陆内造山作用，为揭示东亚板块拼合历史和地球动力学过程提供了线索，为昆仑、祁连和秦岭-大别等成矿带地质找矿提供了分析构造环境与成矿作用重要研究成果，有助于勘查区成矿模型研究和勘查方案设计。

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内容提要

0 引言

1 中央造山系构造格架

2 中央造山系北部原特提斯造山作用

2.1 原特提斯洋扩张

2.2 原特提斯洋俯冲消减

2.3 原特提斯洋闭合与造山

3 中央造山系南部西段:原-古特提斯昆仑洋连续增生造山

3.1 原-古特提斯昆仑洋

3.2 原-古特提斯昆仑洋两阶段俯冲

3.3 昆南带增生作用与弧前沉积

4 中央造山系南部东段:古特提斯秦岭勉略洋俯冲碰撞造山

4.1 古特提斯勉略洋初始扩张

4.2 勉略洋俯冲消减

4.3 勉略洋关闭与秦岭全面造山

5 中央造山系晚中生代—新生代陆内造山

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内容提要：中国中央造山系是由亲劳亚的北方陆块群、亲冈瓦纳的南方陆块群及其间大量过渡性微陆块历经复杂拼合而成的复合型造山带，是中国大陆完成主体拼合的构造结合带。中央造山系自西而东包括昆仑造山带、祁连造山带和秦岭－大别造山带，保存了古生代—早中生代时期华北、华南、柴达木、塔里木、羌塘等众多大小陆块造山过程的丰富信息，是研究东特提斯构造域原、古特提斯洋构造演化的重要窗口。本文综述了中央造山系地质、地球化学和高精度年代学等多学科研究成果，得到以下主要认识：

①550Ma之前，众多大小陆块孤立散布于原特提斯洋；②541〜485Ma，原特提斯洋各分支开始俯冲；③485〜444Ma，原特提斯洋持续俯冲，导致秦岭二郎坪弧后盆地、昆仑祁漫塔格弧后盆地打开；④444〜420Ma，原特提斯北祁连洋、南祁连洋和商丹洋闭合，昆仑祁漫塔格弧后盆地关闭；⑤420〜300Ma昆仑地区古特提斯洋继承原特提斯洋，古特提斯勉略洋逐步扩张；⑥300〜250Ma昆仑洋自阿其克库勒湖-昆中缝合带向木孜塔格-布青山-阿尼玛卿缝合带发生俯冲后撤；⑦250〜200Ma原-古特提斯昆仑洋、古特提斯勉略洋关闭；⑧200Ma以来，中央造山系转入陆内造山阶段。

关键词：中央造山系；昆仑造山带；祁连造山带；秦岭-大别造山带；原-古特提斯洋

0  引言

中央造山系横亘于中国大陆中部，近东西向延伸约5000km，自西经昆仑造山带和祁连造山带，向东连接秦岭-大别造山带(图1)。作为中国大陆完成主体拼合的主要结合带，中央造山系不仅代表了中国南北地球物理和深部结构的重要边界，也是中国南北地质、地理、气候、环境、水文和生态的天然界线。最新研究表明，中央造山系以多块体、多阶段复合造山为特征，由华北和塔里木等北方陆块群、华南和羌塘等南方陆块群、以及柴达木等具有过渡性质的陆块于古生代—早中生代长期拼合而成，并遭受晚中生代—新生代强烈的陆内构造改造。各陆块间不同的物质组成和结构构造导致昆仑、祁连、秦岭-大别等造山带具有复杂的构造格局和时空演化过程。

图1 中央造山系与中国大陆及其邻区主要陆块构造配置关系

本文基于近年来秦岭、祁连、昆仑造山带大量的蛇绿混杂岩、岩浆作用和变质作用的岩石、构造、地球化学和同位素年代学资料，概括总结了沿中央造山系原特提斯、古特提斯扩张、俯冲闭合的时空演化过程，为更好地理解东亚大陆拼贴的构造和地球动力学提供线索。

1  中央造山系构造格架

中央造山系西段包括北部的祁连造山带和南部的昆仑造山带。北部的祁连造山带夹持于阿拉善地块(华北克拉通)和柴达木地块之间，呈北西-南东向延伸约1000km，宽约300km。北缘以龙首山断裂为界与阿拉善地块相依，南侧以柴达木北缘断裂为界与柴达木地块相隔，西侧被阿尔金走滑断裂截切与塔里木克拉通毗邻。在东侧，祁连造山带以宝鸡－天水断裂与秦岭造山带相接，并沿六盘山弧形断裂带向北东逆冲推覆于鄂尔多斯西南缘之上。祁连造山带及其邻区自北向南可以划分为北祁连构造带（含走廊过渡带）、中祁连构造带、南祁连构造带、欧龙布鲁克地块和柴北缘构造带五个构造单元（图2），记录了阿拉善、柴达木及其之间的中祁连、欧龙布鲁克地块复杂的早古生代俯冲—增生—碰撞造山过程。

 

图2 祁连造山带及邻区地质简图

南部的昆仑造山带呈东西向延伸约2500km，以北东东向阿尔金走滑断裂为界，昆仑造山带可分为东昆仑造山带和西昆仑造山带。西昆仑造山带北临塔里木克拉通，西接帕米尔高原。西昆仑造山带及其邻区以库地－其曼于特缝合带和麻扎－康西瓦缝合带为界，自北向南可依次分为西昆仑北带（塔里木南缘）、西昆仑中带、巴颜喀拉浊积岩带和甜水海地块。西昆仑造山带总体形成于塔里木、西昆仑中带和甜水海之间长期的俯冲—增生—碰撞造山过程。东昆仑造山带北接柴达木地块，南邻巴颜喀拉构造带（有学者称之为松潘－甘孜地块），东以共和盆地为界与秦岭造山带相接，西以阿尔金走滑断裂与西昆仑造山带分割。东昆仑造山带自北向南发育祁漫塔格－香日德、阿其克库勒湖－昆中和木孜塔格－布青山－阿尼玛卿三条蛇绿混杂岩带。以此为界，可以将东昆仑造山带及其邻区分为北祁漫塔格构造带、昆中构造带、昆南构造带和松潘-甘孜构造带四个构造单元（图3）。祁漫塔格－香日德蛇绿混杂岩带向西被阿尔金走滑断裂错断后可与西昆仑造山带的库地－其曼于特缝合带相接，而阿其克库勒湖－昆中和木孜塔格－布青山－阿尼玛卿蛇绿混杂岩带则对应于西昆仑造山带的麻扎－康西瓦缝合带。东昆仑造山带主要形成于柴达木、羌塘和松潘－甘孜的相互作用，经历了古生代—早中生代长期的俯冲—增生造山过程。

图3 东昆仑造山带及邻区地质简图

祁连和昆仑造山带之间的柴达木地块是一个独立的微陆块，记录了前寒武纪形成、早古生代造山运动及随后的陆内构造演化过程。柴达木地块多数地区覆盖巨厚的新生代地层，前新生界岩石主要分布于南部地区，包括古元古代高级变质基底和上覆奥陶系—志留系、中—上泥盆系、石炭系—下二叠系、中一上三叠统和侏罗系盖层。钻井资料显示，柴达木地块内部同样发育有与地块南部和东昆仑造山带北部类似的古一新元古代基底岩系、古生代地层和晚古生代侵入岩。

在中央造山系东段，秦岭－大别造山带呈东西向延伸近2500km，北侧沿灵宝-鲁山蕃阳断裂向北逆冲于华北南缘之上，南侧沿勉略－巴山－襄广断裂向南逆冲于华南北缘之上。秦岭-大别造山带及其邻区以洛南-栾川断裂、商丹缝合带和勉略缝合带为界，自北向南依次划分为华北南缘、北秦岭构造带、南秦岭构造带和华南北缘四个构造单元(图4)。该造山带是由华北、南秦岭和华南陆块分别于早泥盆世、中—晚三叠世由北向南沿商丹和勉略缝合带俯冲碰撞形成。印支期后，秦岭-大别造山带转入陆内造山，突出地表现为晚侏罗世—早白垩世华北、华南分别向造山带之下陆内俯冲，奠定了扇型抬升造山的特征。

图4 秦岭造山带及邻区地质简图

现有研究表明，中央造山系分布有大量的蛇绿岩、相关俯冲碰撞的岩浆和变质作用记录，约束了原特提斯和古特提斯构造演化过程(图5)。中央造山系北部的祁连造山带和北秦岭主要形成于原特提斯洋俯冲碰撞造山过程。相比之下，中央造山系南部则经历了更为复杂的演化过程。西段的东昆仑造山带经历了从早古生代到三叠纪原特提斯-古特提斯洋持续的俯冲—增生造山过程，而东段的南秦岭构造带则记录了古特提斯洋沿勉略缝合带的俯冲碰撞造山作用(图6)。

图5 中央造山系及邻区构造单元区划图以及主要蛇绿岩分布位置

2  中央造山系北部原特提斯造山作用

中央造山系北部祁连造山带和北秦岭广泛记录了原特提斯造山作用。祁连造山带北祁连构造带(蛇绿混杂岩带)、南祁连构造带(增生杂岩带)相当于北秦岭商丹缝合带(蛇绿混杂岩带)，代表了原特提斯洋缝合带(图5)。北秦岭构造带为秦岭商丹带早古生代原特提斯洋向北俯冲的活动大陆边缘，二郎坪蛇绿混杂岩带代表了弧后盆地缝合带。

2.1 原特提斯洋扩张

中央造山带西段的北祁连构造带以广泛分布寒武纪—奥陶纪蛇绿混杂岩、洋岛火山岩、岛弧火山岩和侵入岩、以及相关变质记录为特征。在熬油沟、玉石沟、边马沟、祁连县、老虎山、大岔大坂、九个泉和扁都口等地区(图5)，出露有大量代表北祁连洋岩石圈残片的e-mor或n-mor型蛇绿岩，主要由橄榄岩、辉长岩、辉绿岩、枕状玄武岩和放射虫硅质岩组成。玉石沟蛇绿岩的辉长岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为548〜529Ma；祁连县蛇绿岩中的玄武岩锆石U-Pb年龄为499±6Ma和497±7Ma；九个泉和老虎山蛇绿岩中的辉长岩时代分别为490±5Ma和4485±47Ma；大岔大坂蛇绿岩中的辉长岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为517±4Ma；扁都口蛇绿岩中的辉长岩时代为479±2Ma。洋岛玄武岩主要分布于熬油沟地区，其SIMS锆石U-Pb年龄为600±7Ma，辉长岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为5014±43Ma和495士4Ma。这些年代学资料约束北祁连洋至少存在于600〜448Ma(图6a、c)。

南祁连构造带主要由被肢解的早古生代蛇绿岩、俯冲相关火山-沉积岩和少量增生的前寒武纪基底组成。蛇绿混杂岩主要出露于党河南山、大道尔吉、木里和拉脊山(图5)。具E-MOR或N-MOR性质的蛇绿岩主要分布于拉脊山和清水地区，主要岩石组合为蛇纹石化橄榄岩、辉石橄榄岩、辉长岩、块状和枕状熔岩以及少量硅质岩。拉脊山蛇绿岩中辉长岩的锆石U-Pb年龄为525士3Ma，辉绿岩形成时代为4910士51Ma；清水蛇绿岩中辉长岩和玄武岩的锆石U-Pb年龄介于534〜440Ma。这些年龄信息限定南祁连洋至少存在于534〜440Ma期间(图6a、c)。

中央造山带东段的北秦岭商丹缝合带可与北祁连构造带和南祁连构造带对比。商丹缝合带含有大量蛇绿混杂岩(图5)，主要由一系列断续出露于鸳鸯镇、武山、关子镇、伯阳、唐藏、岩湾、下黑湾、黑河、小王涧、丹凤和信阳地区的蛇绿岩残片和俯冲相关火山岩组成。蛇绿岩残片包括具有成熟洋中脊性质的关子镇、小王涧、丹凤资峪N-MOR型蛇绿岩，以及来自过渡或初始扩张洋中脊的武山、鸳鸯镇、岩湾、唐藏E-MOR型蛇绿岩(图5)，以不同程度发育变质橄榄岩、辉长岩、(枕状)玄武岩、斜长花岗岩和硅质岩为特征，代表了商丹洋大洋岩石圈的残留。年代学研究显示，关子镇蛇绿岩中的辉长岩锆石U-Pb年龄为471士14Ma和534士9Ma，斜长花岗岩形成于517士8Ma；岩湾蛇绿岩中的辉长岩锆石U-Pb年龄为5178士28Ma，玄武岩为483士13Ma和523士26Ma。结合丹凤蛇绿岩中玄武岩伴生硅质岩内寒武纪一奥陶纪放射虫化石记录，这些年代学资料约束商丹洋至少在534〜471Ma已经演化为成熟的大洋(图6b、d)。

2.2 原特提斯洋俯冲消减

北祁连洋的俯冲极性仍存在北向、南向或双向的争议。但综合不同岩性单元的时空对比，特别是北祁连构造带残留的SSZ型蛇绿岩残片和高压-氐温变质岩，以及北祁连构造带和中祁连构造带内大量的俯冲型花岗岩记录，我们认为北祁连洋更可能是向南俯冲于中祁连地块之下。在北祁连构造带，SSZ型蛇绿岩残片主要分布于大岔大坂和扁都口地区(图5)，以发育变橄榄岩、辉长岩、玄武岩、安山岩、玻安岩和硅质岩为特征。大岔大坂蛇绿岩中的玻安岩锆石U-Pb年龄为505士8Ma和487士9Ma；扁都口蛇绿岩中的安山岩锆石U-Pb年龄为479士3Ma和460士1Ma。高压-氐温变质岩以清水沟、香子沟和百经寺等地区发育的榴辉岩和蓝片岩为特征，原岩包括N-MORB、E-MORB和OIB。榴辉岩的两期变质年龄为502〜489Ma和468〜463Ma，蓝片岩的两期变质年龄为528〜485Ma和466〜462Ma，蓝片岩中多硅白云母的40Ar/39Ar年龄介于462〜446Ma。结合北祁连构造带和中祁连构造带内天水、景泰、祁连县等地区出露的大量516〜460Ma的俯冲型花岗岩。上述年代学资料约束北祁连洋南向的俯冲作用至少存在于528〜446Ma期间(图6a、c)。

图6 中央造山系西段祁连、昆仑造山带和东段秦岭造山带原-古特提斯构造演化模式图(侧向)

QTB、SKL、CKL和QDB—分别为羌塘地块、昆南带、昆中带和柴达木地块；SQLB、CQLB、NQLB和ALT—分别为南祁连构造带、中祁连构造带、北祁连构造带和阿拉善地块；MBAM、AKM和QXS—分别为木孜塔格-布青山-阿尼玛卿蛇绿混杂岩带、阿其克库勒湖-昆中蛇绿混杂岩带和祁漫塔格-香日德缝合带；SCB、SQB、NQB和NCB—分别为华南板块、南秦岭构造带、北秦岭构造带和华北板块；MLS、SDS、ELPS和KPS—分别为勉略缝合带、商丹缝合带、二郎坪缝合带和宽坪缝合带.

南祁连洋向北的俯冲作用形成了南祁连构造带内众多断续分布的SSZ型蛇绿岩、俯冲相关火山岩和侵入岩。SSZ型蛇绿岩分布在大道尔吉和木里地区(图5)，主要由蛇纹石化橄榄岩、(堆晶)辉长岩、玄武岩、安山岩、斜长花岗岩和硅质岩组成。大道尔吉蛇绿岩中堆晶辉长岩的Sm-Nd等时线年龄为441士58Ma；木里蛇绿岩中辉长岩的锆石U-Pb年龄为521.9士3.7Ma，斜长花岗岩形成于525.3士3.1Ma。俯冲相关火山岩和侵入岩以党河南山、木里和拉脊山地区出露的辉长岩、玄武岩、安山岩和安山玢岩为特征，木里辉长岩形成时代为539〜453Ma，拉脊山玄武岩年龄为456士2Ma。在南祁连构造带以南的柴北缘，除超高压—高压变质岩外，还保存有大量与俯冲相关的火成岩，以中基性火山岩为主，部分为酸性火山岩和埃达克质岩。代表性的岩石包括滩间山群流纹岩(486士1.3Ma)、绿梁山变玄武岩(464.2Ma)、赛什腾山变安山岩(514.2士8.5Ma)和柴北缘岛弧型花岗岩(496〜445Ma)。综合上述资料共同限定南祁连洋的俯冲至少存在于539〜441Ma(图6a、c)。

商丹洋于523〜420Ma向北俯冲，一方面在商丹缝合带形成了系列俯冲相关火山岩，另一方面在北秦岭构造带形成了大量的俯冲型辉长岩和花岗岩体，同时，这一俯冲作用也进一步导致了二郎坪弧后盆地的扩开。商丹缝合带俯冲相关火山岩分布于下黑湾、小王涧、黑河等地(图5)，岩石类型为玄武岩和玄武质安山岩，时代为523〜472Ma。北秦岭构造带中俯冲型辉长岩自西向东依次包括鸳鸯镇辉长岩(457士3Ma)、关子镇辉长岩(507士30Ma和499士18Ma)、百花辉长岩(434士15Ma)、厚畛子辉长岩(475士4Ma7)、拉鸡庙辉长岩(422士7Ma)和富水辉长岩(514〜490Ma)。俯冲相关I型花岗岩以北秦岭西部455〜434Ma的草川铺、阎家店、王家岔、唐藏、涝峪闪长岩-花岗岩，以及东部488〜420Ma的丹凤、商南花岗岩为主要代表。这些同位素年代学研究资料限定商丹洋的北向俯冲至少存在于523〜420Ma(图6b、d、f)。

商丹洋的持续俯冲导致弧后盆地沿二郎坪一线扩开(图6b、d、f)，形成了系列蛇绿岩残片和俯冲相关火山岩。蛇绿岩普遍具E-MOR性质，出露于伯阳、二郎坪等地，岩石类型为枕状玄武岩、块状玄武岩和放射虫硅质岩，时代为448〜443Ma，标定了二郎坪弧后盆地的存在。俯冲相关火山岩主要分布于草凉驿、鹦鸽咀、湾潭和火神庙等地区，以不同程度发育超基性岩、辉长岩、变质玄武岩、安山岩和流纹岩为特征。草凉驿地区俯冲型玄武岩锆石U-Pb年龄为472士11Ma；湾潭地区俯冲型枕状玄武岩锆石U-Pb年龄为467士7Ma。结合区域509〜480Ma的高压一超高压变质作用、侵入二郎坪蛇绿混杂岩带的461〜459Ma西庄河、张家大庄和五垛山I型花岗岩及441〜436Ma二郎坪、四棵树、灰池子和漂池S型花岗岩，上述同位素年代学资料标定二郎坪弧后盆地于509Ma之前已经打开，经历了509〜469Ma的南向俯冲，并在441〜436Ma最终关闭(图6b、d、f)。

2.3 原特提斯洋闭合与造山

北祁连洋的闭合被一系列碰撞型花岗岩、高压-氐温变质岩和构造-沉积事件所记录。北祁连构造带和中祁连构造带金佛寺、董家庄、白石崖和托莱南山等地分布的440〜415Ma的碰撞相关二长花岗岩和钾长花岗岩，指示北祁连洋的关闭应该发生于晚志留世。这一认识与北祁连构造带内洋壳型蓝片岩的俯冲折返和退变质作用时限一致，例如，九个泉地区洋壳型蓝片岩和石榴石角闪岩的多硅白云母40Ar/39Ar年龄为423〜410Ma。考虑到上泥盆统老君山群造山磨拉石角度不整合覆盖于北祁连构造带早古生代单元之上，上述资料印证了北祁连洋在晚志留世一早泥盆世闭合(图6e)。

南祁连构造带南侧柴北缘构造带高压—超高压变质岩研究表明，祁连与柴达木之间在早古生代经历了大洋关闭、大陆的深俯冲及超高压变质岩石折返过程。柴北缘高压—超高压变质岩以出露于鱼卡、绿梁山和锡铁山等地的榴辉岩、含柯石英片麻岩和石榴石橄榄岩为代表。含柯石英片麻岩和石榴橄榄岩超高压变质时代为430〜420Ma，并于400Ma发生折返，记录了南祁连洋的关闭过程。结合上泥盆统牦牛山组磨拉石覆盖于上述单元之上等证据，推断南祁连洋同样于晚志留世一早泥盆世关闭(图6e)。

秦岭造山带原特提斯商丹洋的闭合被证明发生在早泥盆世，但也有一些学者认为商丹洋的闭合以北秦岭不同区段的514〜485Ma的高压—超高压变质岩所记录的陆壳俯冲为标志。然而考虑到这些所谓的高压—超高压变质岩石主要出露于商丹缝合带北侧的秦岭岛弧基底岩系中，而且商丹缝合带内还存在更为年轻的蛇绿岩记录、北秦岭大量523〜420Ma俯冲相关的岩浆作用，以及至今未见深俯冲上覆板块，我们认为北秦岭514〜485Ma的高压—超高压变质岩可能仅是商丹洋内微陆块俯冲的产物。相比之下，北秦岭构造带内广泛分布的420〜400Ma的S型花岗岩、南秦岭中上泥盆统双向物源的碎屑锆石年龄、中泥盆统与下伏地层间明显沉积间断以及南北秦岭的差异变质变形和隆升历史，共同限定商丹洋的关闭应发生于早泥盆世(图6f、h)。

3  中央造山系南部西段：原－古特提斯昆仑洋连续增生造山

4 中央造山系南部东段：古特提斯秦岭勉略洋俯冲碰撞造山

5  中央造山系晚中生代—新生代陆内造山

致谢：谨以此文纪念中国地质学会成立100周年暨《地质学报》创刊100周年。

原文来源：引用本文：董云鹏，惠博，孙圣思，杨钊，张菲菲，何登峰，孙娇鹏，史小辉.2022.中国中央造山系原-古特提斯多阶段复合造山过程.地质学报，96.doi：10.19762/j.cnki.dizhrxuebao.2022245.

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