莱阳盆地沉积物物源示踪及其对苏鲁造山作用的指示

Orogenic extensional collapse and the huge amount of the orogenic core rock exhumation are forefront scientific issues with important continental geodynamical significance. The project will select the Laiyang Basin and its edge Sulu orogenic belt, and do multidisciplinary and comprehensive analyses of sedimentology, structural geology, geochemistry and tectonic thermal geochronology. The focused key scientific issues of this project are the provenance of Cretaceous sediments in Laiyang Basin and uplift-exhumation process of high pressure (HP) and ultra-high pressure (UHP) metamorphic rocks in Sulu orogenic belt. This project will determine dispersal pattern of lithic fragments and rock development in source area through study on the detrital (or gravel) composition; quantitatively calculate contribution of rock end-members in source areas to basin sedimentary strata by studying on isotope geochemical composition of basin sedimentary rocks and their possible rock endmenbers in source areas; obtain the information of source-rock constitution and change at different stage by study of detrital zircon U-Pb age spectrum and Hf isotope composition; define uplift and unroofing rates and T-t trajectory of source regions in the Sulu orogenic belt by testing the thermal ages of different minerals in the sedimentary gravels; probe into mountain uplift and basin sediment burial history by measuring fission tracks of basin sedimentary rocks and source-area rocks. And then this project will achieve the purpose of revealing the exhumation process of the huge amount of HP and UHP metamorphic rocks and extensional collapse process of the Sulu orogenic belt.

造山演化过程中的伸展塌陷和巨量核部岩石剥露是具重要大陆动力学意义的前沿科学问题。本项目选择莱阳盆地及其边缘的苏鲁造山带，通过沉积学、构造地质学、地球化学和构造热年代学等多学科综合分析，集焦于莱阳盆地白垩系沉积物物源与苏鲁造山带高压－超高压变质岩隆升剥露过程这一核心问题，研究沉积地层碎屑（或砾石）成分，确定岩屑分散形式和蚀源区可能的岩石组成；研究盆地沉积岩同位素地球化学组成及其可能的蚀源区岩石端元，定量计算源区岩石端元对盆地沉积地层相对贡献；研究盆地沉积岩碎屑锆石U-Pb 年龄谱和Hf 同位素组成，获取不同沉积期源区岩石组成和变化的信息；研究来自于造山带的盆地沉积砾石中不同矿物封闭年龄，获取源区山脉各种岩块的隆升剥露速率和T-t 轨迹；研究盆地沉积岩和源区岩石的裂变径迹，揭示源区山脉的隆升史和沉积物埋藏史；进而，实现揭示苏鲁造山带巨量高压、超高压变质岩剥露过程及造山带伸展塌陷过程的目的。

盆地是探索大地构造演化的重要窗口，记录了构造变形、隆升、剥蚀、搬运和沉积等地表过程信息。位于苏鲁造山带北侧中新生代胶莱盆地构造、地层和源-汇系统是白垩纪至新生代东亚伸展和苏鲁造山带后造山作用的产物。通过盆地构造变形、沉积和锆石U-Pb年代学分析基本厘定了盆地年代地层格架；通过砾石成分和砂岩碎屑成分统计、碎屑锆石U-Pb测年、古流向观察和测量等多种物源分析方法，重建盆地了盆地在不同阶段的源-汇体系；通过基于断层擦痕的应力反演，恢复了盆地演化的应力场状态。源-汇系统重建结果表明，胶莱盆地各凹陷早期经历了独立各异的、多阶段演化，并在盆地演化末期分享相似的物源供给系统。通过对与苏鲁超高压变质事件相关锆石的示踪，提出在后造山阶段苏鲁造山带的高压-超高压单元，以多个独立岩片的形式遭受折返抬升；在大约121Ma，苏鲁造山带北段高压-超高压岩片抬升至地表，遭受剥蚀，为盆地提供沉积物物源；而在整个莱阳群沉积期间，直至113Ma，苏鲁造山带南段的高压-超高压岩片尚未抬升至地表；王氏群下部林家庄组沉积时期，盆地源-汇体系巨变，南侧的苏鲁造山带作为主要物源区，明显不同于在其他时期盆地的物源区主要以北侧胶北隆起为主的特征，这一事实指示了苏鲁造山带在晚白垩世早期（ca. 83Ma）再次经历了一次快速抬升剥露事件。盆地地层格架、物源演化、古应力场反演等多种分析结果一致表明，胶莱盆地莱阳期经历了明确的两阶段演化：早白垩世早期(ca. 135-122Ma)，受控于近E-W向伸展，盆地南部诸城、高密凹陷首先伸展，接受沉积；随后，在早白垩世晚期(ca. 121-113Ma), 受控于近NW-SE向伸展，北部莱阳凹陷强烈伸展，并在高密凹陷形成响应此事件的杜村组再旋回沉积；随后胶莱盆地依次经历了NE-SW向挤压，活动时间为93-77Ma；近S-N向伸展，活动时间为77-60Ma； NW-SE向挤压，活动时间为60-55Ma； NE-SW向伸展，活动时间应晚于55Ma。通过与太平洋地区Izanagi、Pacific板块俯冲历史比较，揭示出盆地内部构造伸展应力场的转换，主要受控于Izanagi和Pacific板块不同时间的俯冲方向改变和始新世的洋脊俯冲；板块俯冲作用加速了苏鲁造山带伸展塌陷及超高压变质岩片的剥露。