东秦岭地区流变性能、多尺度构造及大地构造边界条件的野外和数值模拟研究

For a long time the rheology of the continental lithosphere has been the most fundamental problem in structural geology and geodynamics. As a main component of the continental lithosphere, the rheology and its spatial and temporal evolution in collisional orogenic belts are key factors influencing all geological processes (particularly multiscale deformation). The recently developed theory and numerical methods, by the applicant, which relate orogen-scale boundary conditions, multiscale fabric development, and rheology variation, provide the foundation for using multiscale structural studies to reconstruct continental rheology. Accumulating geological studies in eastern Qinling also make it possible for us to ask more fundamental questions regarding lithospheric rheology of the region. We propose to carry out detailed field structural analysis in selected key areas in eastern Qinling (including the Xixia, Xinyang, and Wudang areas) to establish the structural geometry and deformation sequences of these areas. Combining 39Ar-40Ar cooling age dating and zircon or other deformation-related accessary minerals U-Pb geochronology, we plan to constrain the time of deformation. Based on the above, we apply the above-mentioned numerical modeling method to constrain the tectonic-scale boundary conditions and lithospheric rheology. The successful completion of the proposed work shall also contribute significantly to the tectonic evolution of East Qinling from late Paleozoic and the deformation of collisional belts in general.

大陆岩石圈的流变性能是构造地质学和地球动力学领域的重大问题。作为大陆岩石圈的重要组成部分，碰撞造山带流变性能在时空上的变化是造山带地质过程（特别是多尺度构造变形）的重要控制因素。近年来，申请者建立了将造山带规模的边界条件、多尺度构造的形成、岩石流变性能时空变化联系起来的理论和数值模拟方法，为使用多尺度构造来重建岩石的流变性能奠定了基础。东秦岭地区地质工作的积累也为我们进一步探索该区岩石圈流变问题提供了必要条件。本项目将在现有野外地质资料的基础上，选择东秦岭一些关键地区（包括西峡、信阳、武当）进行详细的野外构造解析，建立这些区域的变形几何学和序列；结合39Ar-40Ar年龄、锆石及与变形相关的副矿物U-Pb年龄确定变形时间。在此基础上应用申请者的理论和模拟方法确定秦岭造山带变形大构造边界条件和岩石圈流变性能。本项目的顺利完成也将对东秦岭晚古生代以来的构造演化和碰撞造山带的变形规律有重要贡献。

大陆岩石圈的流变性能是构造地质学和地球动力学领域的重大问题。作为大陆岩石圈之重要组成部分的碰撞造山带流变性能在时空上的变化是造山带多尺度构造变形的重要控制因素。本项目将理论模拟和实验研究的最新进展与东秦岭地区地质构造的实际相结合探讨碰撞造山带流变性能在时空上的变化。理论模拟建立在非线性微力学基础上并结合石英的流变律研究的最新进展，考虑围压和位错滑移系统对应变率的影响。多尺度构造研究选择了东秦岭机构关键地区（西峡、信阳、武当）进行详细的野外构造解析，建立这些区域的变形几何学和序列；结合室内显微构造分析和年龄研究确定变形的显微机制和时间。在此基础上应用理论模拟以确定秦岭造山带变形大构造边界条件和岩石圈流变性能。同时本项目的显微构造研究与申请者对加拿大Grenville 前沿构造带的研究一起限定碰撞造山带韧性变形时的力学行为。重要结果包括：1）首次定量确定了东秦岭印支期变形（240-201Ma）为左行斜向汇聚，汇聚角在20°-40°之间； 2）斜向汇聚的边界运动在商丹构造带内产生简单剪切变形，在围岩刘岭群中产生与造山带近平行的强烈褶皱变形；3）初步查明了东秦岭至大别山广泛出露L构造岩，其分布规模和连续性为迄今为止全球之最；是研究大陆岩石圈中下地壳流变性的宝贵地质资源；4）初步确定了东秦岭-大别山地区L构造岩的形成时代和几何学特征，揭示了在燕山期秦岭-大别造山带经历了与造山带平行的强烈拉伸变形。这些结果对东亚大地构造演化、中央造山带的区域构造历史、及大陆岩石圈的流变性能具有重要科学意义。