北極地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及主要構(gòu)造事件

李學杰，姚永堅，楊楚鵬，陳振林，汪 俊，張亞玲

1.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局/國土資源部海底礦產(chǎn)資源重點實驗室，廣州 510760 2.中國地質(zhì)大學資源學院，武漢 430074

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北極地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及主要構(gòu)造事件

李學杰1，姚永堅1，楊楚鵬1，陳振林2，汪 俊1，張亞玲1

1.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局/國土資源部海底礦產(chǎn)資源重點實驗室，廣州 510760 2.中國地質(zhì)大學資源學院，武漢 430074

北極地區(qū)范圍很廣，北極圈面積達2 100×104km2，區(qū)域地質(zhì)復(fù)雜。通過對北極地區(qū)區(qū)域地質(zhì)編圖，筆者認為前寒武紀主要由波羅的、勞倫和西伯利亞三大克拉通，以及其間的微板塊或地塊組成。主要造山帶包括新元古代--早寒武世的貝加爾造山帶、晚志留世--早石炭世的加里東造山帶、晚古生代--早中生代的海西造山帶、晚中生代的上揚斯克造山帶、新西伯利亞造山帶與楚科奇--布魯克斯造山帶。根據(jù)北極地區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征，顯生宙以來經(jīng)歷的構(gòu)造事件大致包括：新元古代--早寒武世的貝加爾運動，致使波羅的古陸與斯瓦爾巴--喀拉地塊碰撞造山；晚泥盆世--早石炭世的加里東運動，在勞倫古陸周邊形成規(guī)模巨大的加里東造山帶；晚古生代的海西運動，波羅的古陸與西伯利亞古陸的碰撞造山形成海西造山帶；北極阿拉斯加--楚科奇微板塊裂離加拿大邊緣，侏羅紀加拿大海盆開始張開；早白堊世，阿拉斯加--楚科奇微板塊繼續(xù)與西伯利亞碰撞，阿紐伊洋(Anyui Ocean)消亡，形成上揚斯克--布魯克斯造山帶。受北極調(diào)查程度影響，許多問題有待進一步研究。

北極；北冰洋；區(qū)域地質(zhì)；構(gòu)造事件；克拉通；造山帶

0 概述

北極地區(qū)范圍很大，66°34′N以北的北極圈面積達2 100×104km2。北極區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造是全球構(gòu)造的重要組成部分。該區(qū)不僅經(jīng)歷多期構(gòu)造運動，形成復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造特征，而且受自然條件的限制，現(xiàn)在的認識程度還較低，許多問題還有待進一步研究[1-3]。北極地區(qū)油氣資源極為豐富[3]，盆地通常經(jīng)歷多期改造。北極地區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造對于研究北極地區(qū)沉積盆地的形成演化及其油氣資源潛力是十分重要的。

分析北極地區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征，首先要了解在北冰洋張開之前，即晚侏羅世末加拿大海盆初始擴張前的基底構(gòu)造特征及其演化階段。在漫長的地質(zhì)演化歷程中，這些構(gòu)造單元經(jīng)歷不同程度的構(gòu)造重組，而且總體調(diào)查程度低，至今未見完整的基底構(gòu)造圖。筆者通過收集大量文獻，進行整理與分析，試圖編制北極區(qū)域基底構(gòu)造圖，進而分析克拉通及主要造山帶的分布特征及其形成階段。

北極地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造單元包括前寒武紀的克拉通基底、不同時期形成的造山帶，包括新元古代--寒武紀的貝加爾造山帶(或稱蒂曼造山帶)、加里東造山帶(圖1)、海西造山帶及中生代造山帶。

MJ.莫里斯--杰塞普高地；Y.亞馬爾高地；NR.北風脊；CP.楚科奇臺地；LN.勒拿河口。圖1 北極地區(qū)構(gòu)造簡圖(據(jù)文獻[1-12]編制)Fig.1 Tectonic scheme of the Arctic Region (compiled after references [1-12])

1 前寒武紀克拉通基底

北極地區(qū)前寒武紀基底主要由三大克拉通——波羅的(歐洲西北)、勞倫(北美)和西伯利亞，以及其間的微板塊或地塊組成。對于這些克拉通，已有大量的研究，通常認為是從羅迪尼亞(Rodinia)超級大陸中分離出來的[13-14]。

除這三大克拉通之外，爭議很大的是，是否存在北極(Hyperborean)克拉通，或北極古陸。所謂北極克拉通，應(yīng)包括巴倫支海陸架、北喀拉陸架以及羅蒙諾索夫海嶺、阿爾法海嶺、門捷列夫海嶺和楚科奇隆起等[15]。由于這些地區(qū)均處于高緯度，大多位于北冰洋之下，研究程度很低，而且從現(xiàn)有資料來看，構(gòu)成也很復(fù)雜，可能不是統(tǒng)一的克拉通。阿爾法海嶺和門捷列夫海嶺是否為陸殼，仍有很大爭議。本文暫將巴倫支海陸架、北喀拉陸架部分稱為斯瓦爾巴--喀拉地塊。

波羅的克拉通構(gòu)成北歐的主體，其西部為加里東造山帶，北部、東部為蒂曼造山帶，東南為烏拉爾縫合線。波羅的古陸可能在文德期(Vendian)與岡瓦納大陸的卡多姆(Cadomian)地區(qū)碰撞，導(dǎo)致蒂曼地區(qū)和烏拉爾地區(qū)產(chǎn)生變形[16]。伯朝拉--蒂曼(Timanskiy)構(gòu)造帶、烏拉爾碎塊、新地島和泰梅爾[17-18]與卡多姆構(gòu)造帶同期[19]。

1. 濁積巖；2. 砂巖和石英巖；3. 礫巖；4. 石灰?guī)r、白云巖和大理巖；5. 泥巖和頁巖；6. 冰磧巖；7. 火山巖和角閃巖；8. 輝綠巖；9a. 花崗巖，9b.輝長巖；10. 結(jié)晶基底；11. 混合巖；12. 不整合面；13. 逆沖斷層。問號指示剖面的未知部分。圖2 格陵蘭(勞倫克拉通)、加拿大、斯瓦爾巴群島(斯瓦爾巴--喀拉地塊)前寒武紀--早古生代地層、巖漿與變質(zhì)事件的對比(據(jù)文獻[1]修編)Fig.2 Correlation of stratigraphic sections, magmatic and metamorphic events in the Precambrian and Early Paleozoic of Greenland (Laurentian craton), Canada, and Svalbard Archipelago (Svalbard-Kara block)(modified after reference[1])

勞倫克拉通包括北美主體、愛爾蘭西北、蘇格蘭、格陵蘭和楚科奇半島，其北部和東北為加里東造山帶。勞倫克拉通東北以斯堪的亞加里東造山帶與波羅的克拉通和斯瓦爾巴--喀拉地塊為鄰，北部主體為埃爾斯米爾加里東造山帶，從格陵蘭至加拿大北部以及阿拉斯加。

在格陵蘭，勞倫克拉通由太古宙--古元古代結(jié)晶基底、中元古代--新元古代變質(zhì)砂巖和石英巖以及新元古代的碳酸鹽巖和頁巖組成(圖2)。格陵蘭東北和東部石英巖中的火山巖測年分別為1 250和930 Ma[1]。

西伯利亞克拉通，主要分布于俄羅斯地區(qū)，西部和西北部主要為海西期造山帶，北部海西造山帶中應(yīng)存在貝加爾造山帶，南為蒙古地體和蛇綠巖帶，東北為上揚斯克(Verkhoyansk)褶皺帶(圖1)。這三大板塊在顯生宙早期位于赤道以南(圖3)[14]。

圖3 新元古代末古構(gòu)造圖(據(jù)文獻[14]修編)Fig.3 Paleoreconstruction of the Arctic blocks in the latest Neoproterozoic(modified after reference[14])

斯瓦爾巴--喀拉地塊，通常認為包括斯瓦爾巴地塊和喀拉地塊。西為斯堪的亞加里東造山帶、南為蒂曼造山帶，東南為新地島褶皺帶，東為北泰梅爾褶皺帶(圖1)。斯瓦爾巴--喀拉地塊構(gòu)造在斯瓦爾巴群島以及新地島、北地群島和泰梅爾半島的局部地區(qū)研究較詳細(圖2)。

斯瓦爾巴群島出露太古宙--中元古代結(jié)晶基底和新元古代--早古生代沉積蓋層，兩者為顯著的構(gòu)造不整合(圖2)。在西部新弗利斯地半島基底原巖年齡為1 750 Ma，變粒玄巖巖墻年齡1 300 Ma[20]。

喀拉地塊或微板塊(KM)，傳統(tǒng)上以喀拉海北部為輪廓[3];構(gòu)造上將晚古生代至早中生代南喀拉盆地(SKB)基底與明顯線性的北西伯利亞基底穹窿分開?？貕K的研究程度很低，其地質(zhì)特征主要依據(jù)北地群島和泰梅爾半島北部推測。最近，Metelkin等[21]及Lorenz等[22]發(fā)表了北地群島新的地質(zhì)資料。

2 貝加爾造山帶

貝加爾造山帶(或稱蒂曼造山帶)，形成于新元古代--寒武紀之交，不連續(xù)分布于斯瓦爾巴--喀拉地塊的南緣(圖1)。該構(gòu)造從西往東，由蒂曼--極地烏拉爾和喀拉--泰梅爾組成。往東方向，該構(gòu)造的出露及研究程度均下降。該構(gòu)造帶是否東延仍頗有爭議。在弗蘭格爾島、楚科奇、蘇厄德半島和布魯克斯山脈已發(fā)現(xiàn)蛇綠巖和花崗巖鏈[23-24]，弗蘭格爾島變質(zhì)基性巖鋯石U-Pb定年為(699±1) Ma[24]。因此，該構(gòu)造帶可東延至楚科奇--阿拉斯。但資料較少，暫不做深入分析。

2.1 蒂曼--瓦朗厄爾段

貝加爾造山帶西部為蒂曼--瓦朗厄爾段，位于斯堪的納維亞半島北部，介于斯瓦爾巴--喀拉地塊與波羅的古陸之間，研究程度較高[1,25]。該段西北以加里東造山帶為界(圖1)，加里東造山帶中可能含有貝加爾造山帶的碎塊。東部，烏拉爾和新地島的海西推覆體逆沖至該造山帶之上。在烏拉爾，貝加爾構(gòu)造總體走向西北，與海西期構(gòu)造明顯不同[17，24]。它們經(jīng)常被看作傾向西南拼貼于波羅的古陸的蛇綠巖、島弧和微大陸增生體。新資料證實蒂曼造山帶是波羅的古陸與斯瓦爾巴--喀拉地塊碰撞的結(jié)果。

綜合地質(zhì)地球物理資料，可以將本段構(gòu)造帶分為：外蒂曼造山帶、中蒂曼造山帶及Novozemel’sky帶。外蒂曼造山帶為波羅的古陸變形邊緣;Novozemel’sky帶屬斯瓦爾巴--喀拉地塊變形邊緣;中蒂曼造山帶為波羅的克拉通與斯瓦爾巴--喀拉地塊之間擠壓形成的造山帶。該造山帶以大型逆沖斷裂系統(tǒng)為界，西南部為伯朝拉斷裂系，東北為新地島斷裂系(圖4)。

外蒂曼造山帶西南為蒂曼前淵，充填文德期磨拉石，沿前逆沖斷層分布[26]。蒂曼帶的輝長輝綠巖和輝綠巖K-Ar測年分別為710～603 Ma和584 Ma[1]，表明與元古宙洋張開導(dǎo)致波羅的拉伸有關(guān)。伯朝拉逆沖斷裂系中的花崗片麻巖穹窿，沿外蒂曼帶的西北邊界分布。該斷裂系是碰撞造山帶的西南邊界。

中蒂曼造山帶以復(fù)雜推覆體——逆沖構(gòu)造為特征，由構(gòu)造并列的新元古代洋，包括島弧地層組成。此外，該縫合域包含從斯瓦爾巴--喀拉地塊邊緣拆離的構(gòu)造巖席，通常被看作前寒武紀微克拉通[27]。

Novozemel’sky帶由陸源碎屑巖組成，屬于推測的新元古代洋對面的東北邊緣。很可能這些地層屬異地逆沖至斯瓦爾巴--喀拉地塊的斯瓦爾巴邊緣。該區(qū)構(gòu)造的研究很少，存在爭議。

2.2 喀拉--泰梅爾段

貝加爾造山帶喀拉--泰梅爾段應(yīng)是蒂曼--瓦朗厄爾段的向東延伸，其形成時應(yīng)是連續(xù)的。該段構(gòu)造受到海西運動的強烈影響，碎塊主要出露在海西造山帶內(nèi)(圖1)，位于喀拉--泰梅爾段的中泰梅爾帶，由新元古代洋的巖石-構(gòu)造體組成，包括里菲--文德期超鎂鐵巖、帶狀輝長巖、火山巖、頁巖和凝灰質(zhì)石英巖以及洋殼、邊緣海和島弧型巖石等[22]。蛇綠巖包括拉斑玄武巖和島弧玄武巖，與蛇綠巖同成因的斜長花崗巖，測年為760～630 Ma。石榴石角閃巖的變質(zhì)作用年齡為600 Ma，該年齡對應(yīng)于斯瓦爾巴--喀拉地塊與波羅的/西伯利亞克拉通碰撞形成的貝加爾造山作用早期。

3 加里東造山帶

加里東造山帶呈窄環(huán)狀分布于北極地區(qū)，為勞倫古陸與斯瓦爾巴-喀拉地塊以及其他地塊的分界(圖1)。該造山帶可以分為兩段：斯堪的亞段與埃爾斯米爾段，其形成時間不同。斯堪的亞段，或斯堪的亞加里東造山帶，分布于西挪威--東格陵蘭，形成于加里東早期，或斯堪的納維亞期，為晚志留世--早泥盆世；而埃爾斯米爾段，或埃爾斯米爾加里東造山帶，分布于格陵蘭北部--加拿大北部--阿拉斯加，形成于加里東晚期，或埃爾斯米爾期，為泥盆紀--早石炭世。

圖4 北極貝加爾造山帶蒂曼--瓦朗厄爾段構(gòu)造簡圖(據(jù)文獻[1，28]修編)Fig.4 Tectonic scheme of the Timan-Varanger segment of the Arctic Baikalides (modified after references [1，28])

3.1 斯堪的亞加里東造山帶

斯堪的亞加里東造山帶，主體埋于海底(圖1)，主要根據(jù)地球物理資料推測。巴倫支海西南地震剖面，以及重磁資料揭示該帶呈扇形、分叉狀[28]。斯堪的亞造山帶分為兩支[1]:南支向東延伸至斯瓦爾巴群島與法蘭士·約瑟夫地之間，或法蘭士·約瑟夫地與新地群島之間;而近南北向的北支穿過斯瓦爾巴群島[29]。這兩支造山帶可能對應(yīng)古大西洋的兩個分支，成為勞倫古陸與斯瓦爾巴--喀拉地塊的邊界。

南支往西下插，軸部最深處在剖面上具強反射特征，根部接近莫霍面，分為兩部分，西部深20 km，東部35 km。軸部巖性解釋為高壓榴輝巖型，屬于古大西洋板塊的俯沖殘余。

在斯堪的納維亞半島，加里東造山帶約300 km寬，沿挪威海近岸和陸架分布，構(gòu)成東--東南傾的構(gòu)造巖席，從西往東逆沖至波羅的克拉通邊緣之上達數(shù)百千米。造山帶中下部包括已位移的波羅的結(jié)晶基底和蓋層。鎂鐵質(zhì)巖墻從中央切穿其上部。造山帶上部為古大西洋地層，由早古生代大洋蛇綠巖、火山巖及陸源的島弧、邊緣海地層組成，受到奧陶紀輝長巖、輝長閃長巖、英云閃長巖、花崗閃長巖和奧長花崗巖侵入。從化石判斷，上寒武統(tǒng)和奧陶系主要為深水板巖，以及島弧陸源碎屑巖和火山巖。

斯堪的納維亞加里東褶皺帶北支沿斯瓦爾巴群島西緣分布(圖5)。斯匹次卑爾根島西部發(fā)現(xiàn)了斯堪的亞縫合線的露頭。在后格林期基底上覆蓋外來的Vestg?tabreen巖體，由藍片巖和榴輝巖組成。早奧陶世出現(xiàn)高壓變質(zhì)作用，隨后，至沉積志留紀礫巖之前，藍片巖和榴輝巖經(jīng)歷擠壓作用。外來體上部高壓片麻巖席，形成于碰撞期，即泥盆紀礫巖沉積之前的擠壓和剝露作用。

3.2 埃爾斯米爾加里東造山帶

埃爾斯米爾加里東造山帶，形成于晚加里東期，泥盆紀--早石炭世，又稱因紐特(Innuit)褶皺-逆沖帶，往東，可能延伸至波弗特海及北阿拉斯加(圖1)。因紐特帶沿格陵蘭和加拿大北極群島，即勞倫克拉通的北緣分布。

該帶加拿大段發(fā)育最完整。其軸部最老地層是Hazen盆地文德期--寒武紀大洋沉積(包括蛇綠巖)。寒武系--奧陶系由深水隧石和泥質(zhì)沉積組成，往上至上奧陶統(tǒng)--下泥盆統(tǒng)過渡為碳酸鹽-復(fù)理石沉積[1]。該段地層已變形，不整合上覆上泥盆統(tǒng)粗碎屑沉積，部分夾含煤磨拉石。在北部，分布于埃爾斯米爾和Axel Heiberg群島最北部的帕里外來巖體，逆沖至Hazen帶晚加里東構(gòu)造(埃爾斯米爾構(gòu)造帶)之上。斯瓦爾巴--喀拉地塊大陸性后格林維爾塊體構(gòu)成外來巖體的底部。帕里外來巖體由新元古代--早古生代后格林維爾大陸蓋層，以及新元古代--早白堊世蛇綠巖、黑色頁巖和各種火山巖組成。中奧陶世，這些地層經(jīng)歷早加里東變形、變質(zhì)和花崗巖的侵位。新元古代--早古生代盆地及洋內(nèi)島弧，持續(xù)演化至中志留世。晚泥盆世--早石炭世，帕里外來巖體逆沖至Hazen洋盆，并伴隨變質(zhì)作用和花崗巖化。

加拿大海盆洋殼擴張過程中，埃爾斯米爾構(gòu)造受到破壞，現(xiàn)在構(gòu)成加拿大海盆的邊緣(圖1)，分布于波弗特海、楚科奇海和東西伯利亞海。在楚科奇海陸架，延伸至阿拉斯加北部，包括Colville盆地基底[14，30]。鉆孔揭示富蘭克林層序的深水頁巖和砂巖，含奧陶紀、志留紀和早--中泥盆世動物群。往巴羅穹窿南部，奧陶紀--志留紀的富蘭克林層序，含遠端濁積巖、半深海筆石頁巖、碧玉、燧石和火山巖，受到構(gòu)造不整合面的削截[30]。埃爾斯米爾期結(jié)束，其形成裂谷相關(guān)的上泥盆統(tǒng)--下石炭統(tǒng)Endicott群。

加里東造山帶碎塊還可能分布于門捷列夫海嶺(圖1)和德朗群島。Henrietta島出現(xiàn)奧陶紀碎屑巖和凝灰?guī)r、玄武巖、安山巖，以及俯沖的鈣堿性玄武巖。相關(guān)的閃長巖巖墻、巖床的全巖Ar/Ar測年為440 Ma。上部的粗面玄武巖K/Ar測年為390～300 Ma[24]。

4 海西造山帶

北極地區(qū)海西造山帶，形成于晚古生代至早中生代，分布范圍相對較小，主要分布于東北極區(qū)，分為兩段：一段位于新地島，一段分布于泰梅爾半島和北地群島。這兩段可能形成于同一造山帶，后期被走滑斷層錯開(圖1)。

4.1 新地島褶皺帶

新地島褶皺帶(NZFB)，介于波羅的克拉通、西伯利亞克拉通及斯瓦爾巴--喀拉地塊之間(圖1)，對了解俄羅斯北極陸架西段構(gòu)造歷史具有重要意義[3]。該造山帶還是兩大含油氣省：東巴倫支與西伯利亞西北的分界，并且兩省古生代含油氣系統(tǒng)均有出露，是可以直接進行研究的唯一地區(qū)。

該造山帶基底有局部出露，由中元古代--新元古代變質(zhì)碎屑巖和變質(zhì)碳酸鹽巖組成，受到東--西向擠壓變形及綠簾石-角閃石相和綠片巖相變質(zhì)作用，還有新元古代花崗巖和花崗閃長巖的侵入[31](圖6)。

據(jù)研究[32-33]，新地島造山帶主要由古生代至早三疊世陸架至盆地沉積組成，總厚度超過13 km。在三疊紀--侏羅紀初嚴重變形，形成西傾的弓形造山帶。

新地島構(gòu)造通常歸為烏拉爾海西造山帶，始于晚古生代，結(jié)束于晚三疊世--早侏羅世。根據(jù)新地島造山期花崗巖新測年資料，再結(jié)合地質(zhì)資料認為該構(gòu)造屬晚海西期，形成凸弧。新地島構(gòu)造分為兩段：南段(南島)和北段(北島)，以Baidaratsky走滑斷裂帶為界(圖6)。

新地島西岸和東岸分別出露有裂谷期Sarychev花崗巖體和裂后期Chernogorsky花崗巖體。Sarychev巖體的花崗巖(混合巖和巖株)含有鈣堿性、高鉀造山期和造山后系列的成分。Chernogorsky巖體為閃長巖-花崗閃長巖-花崗巖組合，由造山期和造山后的堿性與中等堿性巖漿巖組成。Sarychev巖體鉀長石Ar/Ar測年為(256±2) Ma，Chernogorsky巖體花崗巖中黑云母的Ar/Ar測年為(244±0.8) Ma，表明屬二疊紀造山期巖漿作用，而早三疊世的花崗巖可能屬后造山期。二疊紀的造山期巖漿作用，決定了新地島構(gòu)造運動為海西期，比烏拉爾帶造山運動略晚。

4.2 泰梅爾造山帶

泰梅爾海西造山帶，或海西造山帶泰梅爾段，介于西伯利亞克拉通與斯瓦爾巴--喀拉地塊之間(圖7)，形成于晚石炭世--二疊紀，以晚古生代碰撞期巖漿作用為特征，是北極關(guān)鍵的區(qū)域構(gòu)造之一。該造山帶在喀拉海沿岸可以追蹤近1 000 km，其南界伏于葉尼塞--哈坦加槽(盆地)中、新生代沉積之下，北部出露于北地群島[7]。

圖5 巴倫支海西南加里東造山帶簡圖(據(jù)文獻[1，29]修編)Fig.5 Tectonic scheme of Caledonides in the Southwestern Barents Sea(modified after references[1，29])

圖6 新地群島海西構(gòu)造帶簡圖(據(jù)文獻[1，31]修編)Fig.6 Tectonic scheme of Hercynides in Novaya Zemlya(modified after references[1，31])

圖7 泰梅爾--喀拉地區(qū)構(gòu)造簡圖(據(jù)文獻[1，7，21]修編)Fig.7 Tectonic scheme of the Taimyr-Kara region (modified after references [1，7，21])

由于斯瓦爾巴--喀拉地塊與西伯利亞克拉通在北部的碰撞，導(dǎo)致二云母花崗巖的侵入，年齡為306～250 Ma[7]。泰梅爾--新地群島造山帶可以分為NE--SW向的南、中、北三帶(圖7)[7，21]。

南帶，由未變質(zhì)的奧陶紀--二疊紀沉積巖和晚二疊世--早三疊世火山-沉積巖組成，含溢流玄武巖及輝綠巖巖脈和巖床[7，34]。南部地層的變形強度，包括褶皺和斷層，往南均增強。這些沉積巖和沉積-火山巖受到233～245 Ma的A型花崗巖和正長巖的侵入。南泰梅爾造山帶位于晚古生代--早中生代烏拉爾--新地島造山帶與上揚斯克造山帶之間。

北帶，由新元古代--寒武紀類復(fù)理石沉積，即砂巖、粉砂巖和泥質(zhì)巖的韻律層組成，解釋為陸坡沉積(圖8)。其內(nèi)部構(gòu)造由于晚古生代區(qū)域變質(zhì)作用和花崗巖侵入(鋯石年齡，300～265 Ma)[35]，各種規(guī)模的逆沖斷層和褶皺復(fù)雜化。北地群島新元古代--寒武紀類復(fù)理石沉積上覆奧陶紀--泥盆紀淺水、瀉湖和濱海相地層。一些研究者[34]認為，其基底與Novosibirsk群島、楚科奇半島、蘇厄德半島、加拿大北極群島和北格陵蘭(圖1)構(gòu)成北極古陸。

這兩帶代表兩個古陸的被動邊緣。南泰梅爾帶是西伯利亞大陸的被動邊緣，而北帶是外來喀拉地塊的陸坡沉積。

中泰梅爾增生帶位于它們之間，主要由新元古代沉積巖和火山巖組成，包括蛇綠巖和島弧巖漿巖套，以及格林維爾期(Grenville)和后格林維爾期陸殼地體[10-11]。各塊體之間沿逆沖斷層構(gòu)造接觸，通常以碎裂狀、糜棱狀混雜巖帶為標志[7]。這些前寒武紀地層在新元古代末受到褶皺逆沖變形，上覆文德期--古生代地層[34]。因此中泰梅爾帶被看作貝加爾造山帶。

該造山帶被最大的區(qū)域性逆沖斷層：主泰梅爾和Pyasina-Faddey逆沖斷層所分割(圖7)。每條逆沖斷層的水平位移估計在幾十千米至幾百千米[34]。

新地島段和泰梅爾段的形成，標志著海西烏拉爾洋的結(jié)束。從造山期花崗巖的測年來看，新地島段形成時間比泰梅爾段略晚[36]。

5 晚中生代造山帶與微板塊

東北極，勒拿河以東的廣大地區(qū)，主要由晚中生代造山帶及一些微板塊或地體組成(圖1)。

5.1 晚中生代造山帶

晚中生代造山帶包括上揚斯克造山帶、新西伯利亞--楚科奇造山帶和布魯克斯造山帶。這些造山帶一方面與前寒武紀西伯利亞及斯瓦爾巴--喀拉地塊相連，另一方面與古太平洋邊緣相接[37-38]。

晚古生代至中生代，西伯利亞與北美洲之間存在泛大陸的大型海灣，稱為阿紐伊洋(South Anyui Ocean)。中侏羅世--早白堊世，隨著泛大陸的裂解，阿拉斯加--楚科奇微板塊裂離加拿大北部陸緣，加拿大海盆張開，最終導(dǎo)致阿拉斯加--楚科奇微板塊與西伯利亞邊緣碰撞，形成南阿紐伊縫合線，以及新西伯利亞--楚科奇造山帶和布魯克斯造山帶[12，39-40]。

上揚斯克造山帶，圍繞西伯利亞克拉通東緣和東北分布，可能是科捷利內(nèi)地體和科雷馬超地體與西伯利亞碰撞的結(jié)果。該造山帶由超過10 km厚上古生界--下白堊統(tǒng)(歐特里夫階)硅質(zhì)碎屑沉積組成[3]，稱為上揚斯克雜巖，其巖性變化大，包括靠近克拉通的河流--淺海沉積至遠離克拉通的深水濁流沉積。該雜巖下伏里斯期至中古生代碳酸鹽巖和碎屑巖-碳酸鹽巖地層，屬西伯利亞克拉通邊緣。

新西伯利亞--楚科奇造山帶和布魯克斯造山帶是德朗地塊和楚科奇--北阿拉斯加微板塊與西伯利亞之間的碰撞構(gòu)造帶，由逆沖推覆體構(gòu)成，包括泥盆紀--晚侏羅世的大洋、邊緣海和島弧沉積體(圖9)[41]。

圖9 北極阿拉斯加布魯克斯--波弗特海剖面圖(據(jù)文獻[41]修編)Fig.9 Geological profile in Alaska-Beaufort Sea(modified after reference[41])

5.2 北極阿拉斯加--楚科奇微板塊

北極阿拉斯加--楚科奇微板塊，由德朗高地地體、楚科奇邊緣地地體、新西伯利亞--楚科奇--布魯克斯造山帶及阿拉斯加北坡的加里東造山帶組成。

新西伯利亞--楚科奇--布魯克斯造山帶，可以分為新西伯利亞--楚科奇造山帶和布魯克斯造山帶。新西伯利亞--楚科奇造山帶分布于楚科奇半島，推測可能向海延伸至弗蘭格爾島晚中生代造山帶以及南阿紐伊縫合線以北的東西伯利亞海的廣大區(qū)域[3,12]。

布魯克斯造山帶，位于北極阿拉斯加，是早白堊世晚期太平洋向北極地區(qū)逆沖的結(jié)果，其北部形成前陸盆地，是北極油氣資源最豐富的地區(qū)之一。

德朗高地，位于晚中生代變形前緣的北側(cè)，由下、中古生界組成。由于基底高度隆升剝蝕，出現(xiàn)早白堊世的溢流玄武巖，其重磁場特征與周圍明顯不同。前蘇聯(lián)地質(zhì)學家多次認為，該地塊屬前寒武紀克拉通，經(jīng)常稱為斯瓦爾巴--喀拉地塊，或東北極臺地。但現(xiàn)有大量證據(jù)認為，應(yīng)屬加里東期或埃爾斯米爾期(晚泥盆世)構(gòu)造。

楚科奇邊緣地，位于加拿大海盆中，認為是加拿大海盆擴張過程中裂離加拿大北部陸緣，之后出現(xiàn)順時針旋轉(zhuǎn)侵位到美亞海盆西部[5，36]。

此外，東北極地區(qū)還有科雷馬--奧莫隆超地體、科捷利內(nèi)地體、鄂霍次克--楚科奇火山巖帶等構(gòu)造單元，在此不做贅述。

6 主要構(gòu)造事件

通過對北極區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造分析得知，顯生宙以來，對北極地區(qū)產(chǎn)生重大影響的主要構(gòu)造事件包括：

1)新元古代至早寒武世的貝加爾造山運動(或稱蒂曼造山運動)。該造山運動使波羅的古陸與斯瓦爾巴--喀拉地塊碰撞造山。

2)貝加爾造山作用停止，地殼出現(xiàn)拉伸，形成裂谷與沉積盆地；隨后晚泥盆世--早石炭世出現(xiàn)加里東造山運動。加里東運動對北極地區(qū)影響極大，在北極周邊形成規(guī)模巨大的加里東造山帶。

3)晚古生代的海西運動，又稱烏拉爾運動，波羅的古陸與西伯利亞古陸的碰撞，形成海西造山帶，主要分布于東北極陸架區(qū)。該造山帶往東延伸，受到中生代構(gòu)造的改造，難以認識。

4)海西運動之后，是地殼構(gòu)造松弛階段，伴隨著泛大陸的裂解，北極阿拉斯加--楚科奇微板塊裂離加拿大邊緣，侏羅紀加拿大海盆開始張開。

5)阿拉斯加--楚科奇微板塊繼續(xù)向西伯利亞板塊匯聚，并最終于早白堊世阿紐伊洋消亡，與上揚斯克、科雷馬--奧莫隆邊緣碰撞，形成上揚斯克--布魯克斯造山帶與南阿紐伊縫合線。晚中生代是北極構(gòu)造重組的重要階段。

6)新生代，羅蒙諾索夫海嶺裂離歐亞大陸邊緣，歐亞海盆張開，相關(guān)的裂谷及微板塊在拉普捷夫海--東西伯利亞海區(qū)重組。

7 結(jié)論及存在問題

北極歐亞大陸邊緣固結(jié)基底主要由勞倫、波羅的和西伯利亞三大克拉通，以及其間的大量微板塊，顯生宙以來經(jīng)一系列碰撞而成。不同時期的板塊碰撞，形成一系列規(guī)模不一的造山帶。早期的造山帶經(jīng)歷了后期不同程度的改造，使得對原始構(gòu)造的認識難度明顯增大。

北極地區(qū)主要造山帶，包括貝加爾造山帶、加里東造山帶、海西造山帶、上揚斯克造山帶與新西伯利亞--楚科奇--布魯克斯造山帶。

貝加爾造山帶，分為蒂曼--瓦朗厄爾段和喀拉-泰梅爾段，前者處于波羅的克拉通與斯瓦爾巴地塊之間，后者介于西伯利亞克拉通與喀拉地塊之間，是新元古代--寒武紀之交，斯瓦爾巴--喀拉地塊與波羅的克拉通及西伯利亞克拉通碰撞的產(chǎn)物。

加里東造山帶，廣泛分布于勞倫克拉通的周緣，分為斯堪的亞段與埃爾斯米爾段，前者分布于西挪威--東格陵蘭，形成于加里東早期，即晚志留世--早泥盆世；后者分布于格陵蘭北部--加拿大北部--阿拉斯加，形成于加里東晚期，即泥盆紀--早石炭世。

海西造山帶，至少可以分為新地島造山帶和泰梅爾造山帶，前者介于波羅的克拉通、西伯利亞克拉通及斯瓦爾巴--喀拉地塊之間，形成于晚古生代至晚三疊世--早侏羅世；后者介于西伯利亞克拉通與斯瓦爾巴--喀拉地塊之間，形成于晚石炭世--二疊紀。

晚中生代造山帶包括上揚斯克造山帶與新西伯利亞--楚科奇--布魯克斯造山帶，是隨著泛大陸的裂解，加拿大海盆的張開，阿拉斯加--楚科奇微板塊、科捷利內(nèi)地體和科雷馬超地體與西伯利亞邊緣碰撞的結(jié)果。

由于北極地區(qū)調(diào)查程度較低，許多區(qū)域地質(zhì)問題的研究還不夠深入，甚至存在諸多爭議，諸如：

1)是否存在北極克拉通，即阿爾法海嶺、門捷列夫海嶺是否為陸殼，是否與羅蒙諾索夫海嶺、德朗地塊及斯瓦爾巴--喀拉地區(qū)一起構(gòu)成統(tǒng)一的北極克拉通。

2)蒂曼造山帶從泰梅爾半島往東是否可以延伸，以及如何延伸。

3)斯瓦爾巴地塊是由喀拉地塊與斯瓦爾巴地塊構(gòu)成，兩者的關(guān)系如何。

4)晚古生代--早中生代新地島海西造山帶與泰梅爾造山帶的關(guān)系，以及新地島造山帶展布特征的形成機制。

5)晚中生代造山帶的海域延伸，南阿紐伊縫合線如何西延及其控制因素。

6)加拿大海盆的形成時間及其機制。

這些問題，現(xiàn)在尚無可靠資料約束，需要進一步的研究。但通過編圖，對北極的區(qū)域地質(zhì)已有大致的整體認識，這不僅有助于對全球構(gòu)造的認識，對該區(qū)盆地的形成演化與油氣地質(zhì)將有十分重要的指導(dǎo)意義。

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Tectonic Features and Main Tectonic Events in the Arctic Area

Li Xuejie1, Yao Yongjian1, Yang Chupeng1, Chen Zhenlin2,Wang Jun1, Zhang Yaling1

1.GuangzhouMarineGeologicalSurvey/KeyLaboratoryofMarineMineralResouces,MLR,Guangzhou510760,China2.SchoolofMineralResources,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China

It is quite big area, with about 21×106km2, in the north of Arctic Circle, and complicated in tectonics. A basal structural map of Arctic area was compiled, based on the published data. It can be suggested that Precambrian base is composed of 3 cratons, such as Laurentia, Siberian and Baltica, and some terrains between them. The main orogenic belts include Baikalides, Caledonides, Hercynides, Verkhoyansk, and New Siberian-Chukotka-Brooks orogenic belts. Based on the tectonic features, the Arctic area should undergo the following main tectonic events in Phanerozoic Eon: 1)Baikalidian movement in Late Neoproterozoic-Early Cambrian, which resulted in the collision of Baltica continent with Svalbard-Kara massif and formation of Baikalides; 2)Caledonian movement in Late Silurian-Early Carbonferous, which resulted in the formation of Caledonides around the Laurentia continent; 3)Hercynidian movement in Late Palaeozoic-Early Mesozoic, which led to the collision between Baltica continent and Siberian continent; 4)Microplate of Alaska-Chukotka split from the north margin of Canada;and the Canadian Ocean started opening as the breakup of Pangea in Jurassic; 5)Alaska-Chukotka microplate shifted forward to the Siberia and collided to the northern Siberia in Early Cretaceous, which resulted in the formation of Verkhoyansk and New Siberian-Chukotka-Brooks orogenic system. In consideration with the limited geological and geophysical survey, further research is needed to discover much more tectonic features in Arctic region.

Arctic; Arctic Ocean; regional geology; tectonic event; craton; orogeny

10.13278/j.cnki.jjuese.201502101.

2014-06-13

國土資源部專項項目(GZH201200601)

李學杰(1964--)，男，教授級高級工程師，博士，主要從事海洋地質(zhì)研究工作，E-mail:xuejieli@yeah.net。

10.13278/j.cnki.jjuese.201502101

P561.662

A

李學杰，姚永堅，楊楚鵬，等.北極地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及主要構(gòu)造事件.吉林大學學報:地球科學版,2015,45(2):335-348.

Li Xuejie, Yao Yongjian, Yang Chupeng,et al.Tectonic Features and Main Tectonic Events in the Arctic Area.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(2):335-348.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201502101.