西太平洋俯沖帶的演變: 來自東北亞陸緣增生雜巖的制約

許文良，王旖旎，王楓，唐杰，龍欣雨，董玉，李宇，張興洲

1) 吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春，130061；2) 吉林大學(xué)自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春，130061；3) 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京，100029

內(nèi)容提要: 本文系統(tǒng)總結(jié)了東北亞陸緣晚古生代和中生代增生雜巖的構(gòu)成與形成時(shí)代，并結(jié)合同時(shí)代火成巖組合及其時(shí)空變異以及沉積建造組合，重塑了西太平洋板塊俯沖帶的演變歷史。結(jié)果表明: ① 位于佳木斯地塊東緣的躍進(jìn)山雜巖代表了二疊紀(jì)俯沖帶，它是古亞洲洋構(gòu)造體制的產(chǎn)物；② 侏羅紀(jì)增生雜巖代表了侏羅紀(jì)俯沖帶，與陸緣同期鈣堿性火成巖組合以及含煤建造一起，共同揭示了古太平洋板塊西向俯沖的開始；③ 侏羅紀(jì)增生雜巖中—晚侏羅世和早白堊世早期陸源碎屑巖物源的變化，與古地磁和生物學(xué)證據(jù)一起，共同揭示了古太平洋板塊小角度斜向俯沖和東北亞陸緣走滑的構(gòu)造屬性，導(dǎo)致了低緯度侏羅紀(jì)增生雜巖向高緯度的推移；④ 白堊紀(jì)—古近紀(jì)增生雜巖與陸緣白堊紀(jì)—古近紀(jì)巖漿作用一起代表了該期俯沖帶的存在，自早白堊世到晚白堊世再到古近紀(jì)巖漿作用范圍向海溝方向的收縮，揭示了古太平洋板塊西向俯沖以及俯沖板片后撤(rollback)過程的發(fā)生，同時(shí)標(biāo)志著東亞大地幔楔的形成；⑤ 古近紀(jì)晚期—新近紀(jì)早期日本海的打開，標(biāo)志著現(xiàn)今太平洋板塊俯沖帶以及東北亞大地幔楔的形成。

歐亞大陸東緣中—新生代的構(gòu)造演化及其相關(guān)重大地質(zhì)事件(諸如華北克拉通破壞、華南大陸的再造、深源地震、板內(nèi)火山等)的發(fā)生主要受古太平洋—太平洋板塊俯沖作用過程的控制(Xu Wenliang et al., 2013; Tang Jie et al., 2018; Zhu Rixiang and Xu Yigang, 2019)。然而，古太平洋板塊在歐亞大陸下的俯沖演化歷史以及東亞或東北亞大地幔楔形成的時(shí)間與機(jī)制卻一直是固體地球科學(xué)領(lǐng)域爭(zhēng)論的焦點(diǎn)問題之一。這些爭(zhēng)論之所以存在追其根本原因是由于東亞陸緣缺少與大洋板塊俯沖過程密切相關(guān)的直接物質(zhì)記錄(尤其是增生雜巖)。慶幸的是東北亞陸緣至今保存了晚古生代和中生代—古近紀(jì)早期陸緣增生雜巖，它們是重建板塊俯沖歷史的關(guān)鍵證據(jù)。因此，本文在系統(tǒng)總結(jié)前人對(duì)陸緣增生雜巖研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合同時(shí)代火成巖組合以及同時(shí)代沉積建造組合的時(shí)空變異，重塑了西太平洋俯沖帶的演變歷史，進(jìn)而揭示了古太平洋—太平洋板塊在歐亞大陸下的俯沖歷史以及東亞和東北亞大地幔楔形成的時(shí)間與機(jī)制。

1 東北亞陸緣的基本構(gòu)造格架和演化

在地理上，東北亞陸緣包括中國(guó)東北、俄羅斯遠(yuǎn)東、日本以及朝鮮半島。在構(gòu)造上，東北亞陸緣包括中亞造山帶東段(中文文獻(xiàn)中表述的興蒙造山帶)、華北克拉通東北緣、中國(guó)東北和俄羅斯遠(yuǎn)東中生代陸緣增生雜巖帶以及日本島弧(圖1)。該區(qū)在古生代期間經(jīng)歷了古亞洲洋構(gòu)造體制的演化——主要表現(xiàn)為微陸塊間的拼合和古亞洲洋的最終閉合(Li Jinyi, 2006; Liu Yongjiang et al., 2017; 許文良等，2019)。這里需要明確的是本文所指的古亞洲洋是指——位于中亞造山帶東段微陸塊之間的古生代洋盆均定義為古亞洲洋的范疇。在中生代期間，該區(qū)又經(jīng)歷了來自北西方向蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造體制和來自東部環(huán)太平洋構(gòu)造體制的疊加和改造(Xu Wenliang et al., 2013; Tang Jie et al., 2018)。目前，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為古亞洲洋的最終閉合發(fā)生在中三疊世，并且是沿西拉木倫—長(zhǎng)春—延吉縫合線自西向東呈剪刀式閉合(Wang Yini et al., 2018; Wang Feng et al., 2019)；少數(shù)學(xué)者認(rèn)為最終閉合時(shí)間更晚，且位于兒狼山—陰山一線(呂洪波等，2018)。對(duì)于蒙古—鄂霍茨克大洋板塊南向俯沖的起始時(shí)間至少可以追溯到晚二疊世(Li Yu et al., 2017)，并且經(jīng)歷了早中生代的南向俯沖(Tang Jie et al., 2016a)、中侏羅世的閉合(李宇等，2015；Sorokin et al., 2020)和晚中生代閉合后的伸展過程(Tang Jie et al., 2018)。然而，對(duì)環(huán)太平洋構(gòu)造體制的演化還存在較多爭(zhēng)論，這主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)古太平洋板塊在歐亞大陸下俯沖的起始時(shí)間？目前主要有以下幾種觀點(diǎn)：二疊紀(jì)(Ernst et al., 2007; Yang Hao et al., 2015; Sun Mingdao et al., 2015a)、晚三疊世—早侏羅世(Wu Fuyuan et al., 2011; Zhou Jianbo et al., 2014)和早侏羅世(Yu Jiejiang et al. 2012; Xu Wenliang et al., 2013; Tang Jie et al., 2018; Guo Feng et al., 2015)。

(2)晚侏羅世—早白堊世早期古太平洋板片俯沖的形式？主要有以下3種觀點(diǎn)：平板俯沖(Wu Fuyuan et al., 2019; Zheng Yongfei et al., 2018; Ma Qiang and Xu Yigang, 2021)、正常的俯沖(Zhou Xinmin et al., 2006)和小角度斜向俯沖(Tang Jie et al., 2018; Li Yu et al., 2020; Wang Yini et al., 2021)。

(3)東亞大地幔楔形成的時(shí)間與機(jī)制？目前對(duì)大地幔楔形成的時(shí)間主要有兩種觀點(diǎn)，一是認(rèn)為大地幔楔形成于早白堊世晚期(Li Shuguang et al., 2017; Ma Qiang and Xu Yigang, 2021)，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為形成于古近紀(jì)(許文良等，2019)，還有人認(rèn)為在古太平洋和太平洋板塊俯沖體系里，曾經(jīng)存在兩個(gè)大地幔楔——侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)(190～90 Ma)和新生代(50～0 Ma)(Sun Pu et al., 2021)；對(duì)于大地幔楔形成的機(jī)制主要有兩種觀點(diǎn)：一是認(rèn)為俯沖板片后撤(rollback)(Sun Pu et al., 2021)，另一種觀點(diǎn)認(rèn)為是海溝的快速后撤(Griffiths et al., 1995)。

綜上所述，可以看出東北亞陸緣古生代的構(gòu)造演化主要受到古亞洲洋構(gòu)造體制的影響，而中生代的構(gòu)造演化同時(shí)受到蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造體制和環(huán)太平洋構(gòu)造體制的影響，新生代的構(gòu)造演化主要受控于太平洋板塊俯沖體系的影響。在不同構(gòu)造體系演化過程中，尤其是大洋板塊俯沖過程中往往形成陸緣增生雜巖帶(楊文采，2019)，它們是大洋板塊俯沖體系的直接物質(zhì)記錄，對(duì)其物質(zhì)組成和形成時(shí)代的詳細(xì)解剖，是重塑俯沖帶演變歷史的關(guān)鍵(Natal’in, 1993; Maruyama, 1997)。因此，東北亞陸緣不同時(shí)代增生雜巖的存在為重建古太平洋—太平洋板塊俯沖歷史提供了直接證據(jù)。

2 二疊紀(jì)俯沖帶：躍進(jìn)山雜巖——古亞洲洋構(gòu)造體制的產(chǎn)物

近年來，對(duì)躍進(jìn)山雜巖的詳細(xì)解剖，對(duì)其物質(zhì)組成及其形成時(shí)代有了明確的認(rèn)識(shí)，雖然部分學(xué)者仍將躍進(jìn)山雜巖與饒河雜巖歸于一個(gè)雜巖(晚三疊世—早侏羅世；Zhou Jianbo et al., 2014)，但多數(shù)學(xué)者將二者劃歸為兩套增生雜巖——即躍進(jìn)山雜巖形成于晚石炭世—早二疊世，構(gòu)造就位于晚二疊世(Bi Junhui et al., 2015, 2016; Sun Mingdao et al., 2015a)，而饒河雜巖形成于侏羅紀(jì)，并經(jīng)歷了兩次構(gòu)造就位——即晚侏羅世的海山與陸緣的碰撞以及侏羅紀(jì)雜巖向北推移后的早白堊世晚期的最終構(gòu)造就位(Li Yu et al., 2020)。

2.1 躍進(jìn)山雜巖的構(gòu)成和時(shí)代

躍進(jìn)山雜巖位于佳木斯地塊東緣，東鄰饒河增生雜巖，呈近南北向帶狀展布。該雜巖由不連續(xù)出露的強(qiáng)變形的變沉積巖、綠片巖相變質(zhì)巖、鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖和花崗質(zhì)巖石構(gòu)成 (楊金中等,1998)。鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)火山巖主要分布在西部，而弧型輝長(zhǎng)巖主要分布在東部，并穿切鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)火山巖 (圖2)。

圖2 佳木斯地塊東緣躍進(jìn)山雜巖和饒河雜巖的分布圖Fig. 2 Distribution map of the Yuejinshan Complex and the Raohe Complex on eastern margin of the Jiamusi Block

躍進(jìn)山雜巖中的變碎屑巖包括石英巖、石英片巖、二云母片巖和石英云母片巖，它們經(jīng)歷了綠片巖相變質(zhì)，并且被解釋為陸緣斜坡沉積 (張魁武等,1997; 楊金中等,1998)。躍進(jìn)山雜巖中的鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖石包括典型的蛇綠巖序列——變玄武巖、輝長(zhǎng)巖和純橄巖、易剝橄欖巖和單斜輝石巖，個(gè)別地方產(chǎn)有鉻鐵礦 (Zhou Jianbo et al., 2014)。鎂鐵質(zhì)火山巖主要包括洋中脊型(MORB)拉斑玄武巖和洋島型(OIB)堿性玄武巖(Bi Junhui et al., 2017)。上述蛇綠巖序列巖石被東方紅輝長(zhǎng)巖所穿切，后者的形成時(shí)代介于274～290 Ma之間，結(jié)合上述地質(zhì)證據(jù)和輝長(zhǎng)巖定年結(jié)果可以判定上述變玄武巖的形成時(shí)代應(yīng)在290 Ma之前。東方紅弧型輝長(zhǎng)巖是由一套層狀堆積體構(gòu)成。鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，其中的角閃輝長(zhǎng)巖和斜長(zhǎng)花崗巖的形成時(shí)代分別為290～274 Ma 和 277 Ma (Bi Junhui et al., 2015)，它們均顯示弧型火成巖的地球化學(xué)屬性(Bi Junhui et al., 2015；Sun Mingdao et al., 2015a)。此外，東方紅輝長(zhǎng)巖中包含有大量來自陸殼的捕獲鋯石，揭示它們形成于大陸弧的環(huán)境，佳木斯地塊東緣早二疊世鈣堿性火山巖組合的存在也證明了這一點(diǎn)(Meng En et al., 2008)。

2.2 躍進(jìn)山雜巖與饒河雜巖的對(duì)比

東北亞陸緣躍進(jìn)山雜巖與饒河雜巖關(guān)系的確定是揭示東北亞大陸邊緣構(gòu)造演化的關(guān)鍵。正如前述，躍進(jìn)山雜巖與饒河雜巖的關(guān)系一直存在不同認(rèn)識(shí)，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是二者是一個(gè)雜巖(張魁武等,1997; Zhou Jianbo et al., 2014)還是兩個(gè)雜巖(Sun Mingdao et al., 2015a; Bi Junhui et al., 2017)？二是躍進(jìn)山雜巖代表的是古亞洲洋(許文良等，2019)還是古太平洋俯沖的產(chǎn)物(Bi Junhui et al., 2015; Sun Mingdao et al., 2015a; Yang Hao et al., 2015)？?jī)商自錾s巖的構(gòu)成和時(shí)代及其變質(zhì)作用特征的對(duì)比，很好地揭示了各自的形成過程及其二者的關(guān)系。

2.2.1原巖類型和變質(zhì)變形程度的對(duì)比

躍進(jìn)山雜巖和饒河雜巖在巖石組合構(gòu)成上具有相似的特點(diǎn)——除了饒河雜巖中存在石炭紀(jì)—二疊紀(jì)灰?guī)r團(tuán)塊之外，它們都廣泛發(fā)育鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)火山巖和堆晶巖，尤其是具有MORB和OIB特征的枕狀玄武巖以及純橄巖、輝石巖和堆晶輝長(zhǎng)巖；同時(shí)這些團(tuán)塊被陸緣碎屑巖所膠結(jié)，這些陸源碎屑巖代表了陸緣增生楔，后經(jīng)與洋島碰撞混雜形成了陸緣增生雜巖。

雖然躍進(jìn)山雜巖與饒河雜巖在原巖組合上具有相似性，但二者經(jīng)歷了不同程度變質(zhì)變形作用的改造。躍進(jìn)山雜巖經(jīng)歷了低綠片巖相變質(zhì)作用和強(qiáng)變形的改造(Zhou Jianbo et al., 2014)，原巖為石英砂巖的變成了石英巖、原巖為MORB型和OIB型的玄武巖變成了綠片巖、原巖為泥質(zhì)—粉砂質(zhì)的變成了片巖；原來的橄欖巖變成了蛇紋巖(畢君輝,2018；圖3)。相反，饒河雜巖并沒有經(jīng)歷變質(zhì)變形作用的改造，地表出露新鮮的具有枕狀構(gòu)造的玄武巖和橄欖巖以及堆晶輝長(zhǎng)巖(圖3)。

2.2.2躍進(jìn)山雜巖與饒河雜巖形成時(shí)代的對(duì)比

正如前述，躍進(jìn)山雜巖中的鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)火山巖被弧型輝長(zhǎng)巖所穿切，后者的形成時(shí)代介于 290～274 Ma 之間(Bi Junhui et al., 2015)，這表明躍進(jìn)山雜巖形成于早二疊世之前，該雜巖的最終構(gòu)造就位發(fā)生在晚二疊世，這與該區(qū)早—中三疊世沉積建造的缺乏和晚三疊世被動(dòng)陸緣沉積以及晚三疊世A型流紋巖的存在相吻合(邵濟(jì)安和唐克東,1995; Xu Wenliang et al., 2009; Bi Junhui et al., 2015; Wang Yini et al., 2021)。

相反，饒河雜巖中除少量石炭紀(jì)—二疊紀(jì)灰?guī)r團(tuán)塊外，主要形成于三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)的深海硅質(zhì)巖沉積(Kojima, 1989)、晚侏羅世MORB型玄武巖和堆晶輝長(zhǎng)巖(Zhou Jianbo et al., 2014; Wang Zhihui et al., 2015)以及晚侏羅世和早白堊世早期陸源碎屑巖(Zhou Jianbo et al., 2014; Sun Mingdao et al., 2015b)，它們共同被早白堊世晚期花崗巖所穿切(ca. 130 Ma; 程瑞玉等，2006; Zhou Jianbo et al., 2014)，饒河雜巖最終構(gòu)造就位發(fā)生在早白堊世晚期(Li Yu et al., 2020)。

綜上所述，可以看出躍進(jìn)山雜巖與饒河雜巖分屬于兩個(gè)不同時(shí)代的增生雜巖，前者代表了晚古生代晚期大洋板塊俯沖形成的陸緣增生雜巖，而后者代表了中生代晚期最終構(gòu)造就位的陸緣增生雜巖。

2.3 饒河雜巖之下陸殼的物質(zhì)屬性和躍進(jìn)山雜巖形成的構(gòu)造體制

躍進(jìn)山雜巖和饒河雜巖分屬于兩個(gè)不同時(shí)代的陸緣增生雜巖，那么，饒河雜巖之下深部陸殼的物質(zhì)組成是判定躍進(jìn)山雜巖形成過程的關(guān)鍵——即躍進(jìn)山雜巖是位于一個(gè)大陸邊緣的一套構(gòu)造混雜巖還是位于兩個(gè)陸塊之間的一個(gè)構(gòu)造混雜巖？前者可能代表了古太平洋板塊在歐亞大陸下俯沖作用的產(chǎn)物，而后者代表了古亞洲洋(微陸塊之間)演化的產(chǎn)物。

對(duì)饒河雜巖進(jìn)行的大地電磁測(cè)深(MT)結(jié)果表明，饒河雜巖是一個(gè)構(gòu)造推覆片體，其埋深在2 km左右(劉國(guó)興等，2006a, 2006b)。饒河雜巖之下，MT結(jié)果顯示具有與佳木斯地塊深部陸殼相類似的物質(zhì)組成(電性結(jié)構(gòu))——即饒河雜巖之下應(yīng)是一套具有佳木斯地塊屬性的陸殼物質(zhì)，而不是新增生的島弧地體(圖4)。這一認(rèn)識(shí)也得到了穿切饒河雜巖的早白堊世晚期(約130 Ma)S型花崗巖的證實(shí)——即該期花崗巖是一套含堇青石花崗巖，說明巖漿源區(qū)為一套成熟陸殼物質(zhì)——富鋁質(zhì)源巖部分熔融所成(程瑞玉等，2006)，再次證明饒河雜巖之下為一個(gè)古老的微陸塊，其物質(zhì)組成與佳木斯地塊上的夕線石榴片麻巖相類似。也就是說，躍進(jìn)山雜巖應(yīng)是兩個(gè)微陸塊之間一個(gè)古大洋板塊西向俯沖作用的結(jié)果，鑒于本文的古亞洲洋定義——古生代期間位于中亞造山帶東段中微陸塊之間的洋盆都?xì)w于古亞洲洋的范疇，由此可以認(rèn)為躍進(jìn)山雜巖應(yīng)是古亞洲洋構(gòu)造體制的產(chǎn)物，而非古太平洋板塊俯沖的結(jié)果。由躍進(jìn)山雜巖代表的二疊紀(jì)俯沖帶的存在也得到了反射地震剖面的證實(shí)(圖5；Xu Ming et al., 2017)。

圖3 佳木斯地塊東緣躍進(jìn)山雜巖與饒河雜巖變質(zhì)程度的對(duì)比: (a)石英巖；(b)硅質(zhì)巖；(c)綠片巖；(d)枕狀玄武巖；(e)綠片巖；(f)玄武巖；(g)蛇紋巖；(h)橄欖巖Fig. 3 Comparison of the degree of metamorphism between the Yuejinshan Complex and the Raohe Complex on the eastern margin of the Jiamusi Block: (a)quartzite；(b)silicalite；(c)greenschist；(d)pillow basalt；(e)greenschist；(f)basalt；(g)serpentinite；(h)peridotite

圖4 MT揭示饒河雜巖之下深部陸殼物質(zhì)組成： (a)MT剖面二維反演；(b)MT剖面地質(zhì)解譯Fig. 4 The composition of deep continental crust beneath the Raohe Complex revealed by magnetotelluric(MT)method：(a)two-dimensional inversion of the MT profile；(b)geological interpretation of the MT profile

3 侏羅紀(jì)俯沖帶：侏羅紀(jì)增生雜巖——古太平洋板塊的起始俯沖

3.1 侏羅紀(jì)陸緣增生雜巖的構(gòu)成和時(shí)代：美濃、饒河、哈巴雜巖

在東北亞陸緣，侏羅紀(jì)增生雜巖保存最為完整，這不僅包括位于松嫩地塊和佳木斯地塊之間的黑龍江雜巖，而且也包括位于東北亞大陸邊緣的日本美濃地體、俄羅斯遠(yuǎn)東的哈巴雜巖以及我國(guó)東北的饒河雜巖(圖1；Safonova et al., 2009; Safonova and Santosh, 2014)。除黑龍江雜巖位于陸內(nèi)裂解的洋盆于早—中侏羅世構(gòu)造就位外(Long Xinyu et al., 2020)，其他陸緣增生雜巖均具有類似的巖石組合，正如前述饒河雜巖的物質(zhì)組成一樣，它們既包括海山階段形成的侏羅紀(jì)枕狀玄武巖和堆晶巖，也包括石炭紀(jì)—二疊紀(jì)的灰?guī)r團(tuán)塊和大量三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)的深海硅質(zhì)巖沉積，并含有大量的生物化石(邵濟(jì)安和唐克東，1995；Isozaki, 1997; Zyabrev and Matsuoka, 1999)。除上述物質(zhì)外，在侏羅紀(jì)雜巖中還存在作為膠結(jié)物產(chǎn)出的陸源碎屑巖，它們代表了陸緣增生楔，其碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)與Hf同位素組成表明，它們主要由低緯度地區(qū)侏羅紀(jì)沉積物構(gòu)成(Li Yu et al., 2020)。

3.2 侏羅紀(jì)雜巖的構(gòu)造就位歷史和古太平洋板塊的起始俯沖

侏羅紀(jì)增生雜巖中代表海山階段的物質(zhì)主要是三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)的深海沉積物和洋島玄武巖以及堆晶巖，其中枕狀玄武巖和堆晶巖的形成時(shí)代為167～169 Ma(Zhou Jianbo et al., 2014; Wang Zhihui et al., 2015)，說明中侏羅世期間，海山還尚未達(dá)到歐亞大陸邊緣。海山物質(zhì)隨著板塊俯沖的進(jìn)行，于160 Ma左右與歐亞大陸碰撞、并與陸緣碎屑沉積物(增生楔)相混合，構(gòu)成了侏羅紀(jì)雜巖的第一次構(gòu)造就位(Li Yu et al., 2020)，其碰撞時(shí)間可以美濃地體約160 Ma的低級(jí)變質(zhì)事件為證據(jù)(Isozaki, 1997)。侏羅紀(jì)增生雜巖的第一次構(gòu)造就位揭示了古太平洋板塊在歐亞大陸下俯沖作用的發(fā)生。這一認(rèn)識(shí)也得到了黑龍江雜巖早—中侏羅世構(gòu)造就位時(shí)間的支持(Zhou Jianbo et al., 2009; Dong Yu et al., 2019; Long Xinyu et al., 2020)。此外，佳木斯地塊東緣早侏羅世鈣堿性火山巖的發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步證實(shí)古太平洋板塊在歐亞大陸下俯沖作用的發(fā)生(Xu Wenliang et al., 2013; Guo Feng et al., 2015; Wang Zhihui et al., 2017; Tang Jie et al.,. 2018; Wang Feng et al., 2019)。侏羅紀(jì)俯沖帶的位置一直是個(gè)爭(zhēng)論的問題，因?yàn)槟壳百_紀(jì)增生雜巖被后期(尤其是白堊紀(jì))構(gòu)造—巖漿作用以及白堊紀(jì)增生雜巖的構(gòu)造就位所改造。但是，基于佳木斯地塊東緣早侏羅世鈣堿性火山巖的存在，可以推斷在佳木斯地塊的東緣——饒河雜巖之下應(yīng)該是早侏羅世俯沖帶的位置。根據(jù)俄羅斯遠(yuǎn)東地質(zhì)研究所早期文獻(xiàn)記載(個(gè)人通訊，2019)，在興凱地塊的東緣彼金地區(qū)曾有早侏羅世藍(lán)片巖的報(bào)道，據(jù)此可以進(jìn)一步判定，該處藍(lán)片巖可能代表了古太平洋板塊向歐亞大陸下俯沖作用發(fā)生的早侏羅世俯沖帶(圖6)。

圖6 東北亞陸緣早—中侏羅世古太平洋板塊的起始俯沖作用Fig. 6 The onset of the subduction of the Paleo-Pacific Plate beneath NE Asian continental margin during the Early—Middle Jurassic

4 侏羅紀(jì)增生雜巖的北移和東北亞陸緣的走滑構(gòu)造

4.1 侏羅紀(jì)增生雜巖的原始位置

圖7 東北亞陸緣侏羅紀(jì)增生雜巖的原始位置(a)和東北亞陸緣的走滑構(gòu)造(b)Fig. 7 The original position of the Jurassic accretionary complexes in NE Asian continental margin(a) and the strike-slip structure of the NE Asian continental margin(b)

侏羅紀(jì)增生雜巖中的生物組合表明該雜巖的原始位置處于低緯度(Kojima and Mizutani, 1987; 邵濟(jì)安等，1990; 邵濟(jì)安和唐克東，1995; Isozaki, 1997; Zyabrev and Matsuoka, 1999)，而非現(xiàn)在的高緯度位置。這一認(rèn)識(shí)也得到了古地磁研究結(jié)果的證實(shí)——即饒河侏羅紀(jì)增生雜巖的原始位置應(yīng)在北緯20°左右(邵濟(jì)安等，1991)。此外，作為侏羅紀(jì)增生雜巖膠結(jié)物的陸緣碎屑巖的物源研究表明，哈巴雜巖和饒河雜巖中的陸源碎屑巖具有長(zhǎng)江中下游華南地塊的物源，而日本美濃地體中陸源碎屑巖的物源則主要來自于華夏地塊，它們均位于低緯度地區(qū)(Li Yu et al., 2020)。綜合上述證據(jù)，可以判定，東北亞陸緣哈巴和饒河侏羅紀(jì)增生雜巖的原始位置應(yīng)是位于北緯20°的低緯度地區(qū)，而日本美濃侏羅紀(jì)雜巖的原始位置位于華夏地塊的東緣(圖7a；Li Yu et al., 2020)。

4.2 侏羅紀(jì)增生雜巖的北移時(shí)間

東北亞陸緣侏羅紀(jì)增生雜巖之上又沉積有早白堊世早期的陸源沉積(如永福橋組、大架山組等)，它們與晚侏羅世的沉積巖(如位于饒河雜巖西部紅旗地區(qū)的大嶺橋組)具有不同的沉積物源，早白堊世的陸源沉積主要為中亞造山帶東部的物源(Li Yu et al., 2020)。侏羅紀(jì)雜巖中陸源碎屑巖沉積物源的變化不僅揭示了該雜巖從低緯度到高緯度平移的發(fā)生，而且限定了這一走滑事件應(yīng)發(fā)生在早白堊世早期(永福橋組最年輕鋯石年齡為137 Ma；Zhou Jianbo et al., 2014; Sun Mingdao et al., 2015a)之前。結(jié)合侏羅紀(jì)增生雜巖——海山與陸緣碰撞的變質(zhì)時(shí)間(約160 Ma)，可以判定侏羅紀(jì)增生雜巖從低緯度到高緯度的走滑時(shí)間應(yīng)介于160～137 Ma之間(Li Yu et al., 2020)。這一走滑時(shí)間與前人對(duì)敦化—密山斷裂帶研究的走滑時(shí)間相吻合(Zhu Guang et al., 2009, 2010; Utkin, 2012)。這一走滑事件的發(fā)生與古太平洋板塊小角度斜向俯沖有關(guān)，東北亞陸緣(包括中國(guó)東北東部、俄羅斯遠(yuǎn)東、日本和朝鮮半島)晚侏羅世—早白堊世早期(160～135 Ma)巖漿作用的缺乏也進(jìn)一步證明東北亞陸緣走滑的構(gòu)造屬性和古太平洋板塊小角度斜向俯沖的發(fā)生(圖7b；Xu Wenliang et al., 2013; Tang Jie et al., 2018)。

5 白堊紀(jì)—古近紀(jì)俯沖帶：白堊紀(jì)—古近紀(jì)早期增生雜巖——古太平洋板塊俯沖和后撤

5.1 侏羅紀(jì)雜巖的二次構(gòu)造就位和古太平洋板塊的西向俯沖

侏羅紀(jì)增生雜巖向北平移到現(xiàn)在的緯度位置(約北緯40°)后，又沉積了早白堊世早期的沉積建造，這些沉積建造與侏羅紀(jì)增生雜巖一起發(fā)生了相同的構(gòu)造變形，表明侏羅紀(jì)雜巖二次構(gòu)造就位的發(fā)生，這也證明古太平洋板塊西向俯沖作用的發(fā)生，這一過程也得到了東北亞陸緣約130 Ma鈣堿性火山巖形成的印證(Xu Wenliang et al., 2013)。因此，東北亞陸緣白堊紀(jì)陸緣增生雜巖的形成更好地證明了古太平洋板塊向歐亞大陸下俯沖作用的發(fā)生(Safonova and Santosh, 2014)。

5.2 白堊紀(jì)—古近紀(jì)巖漿作用范圍的向東收縮和俯沖板片后撤過程

在東北亞(乃至東亞)陸緣，130 Ma左右的巖漿作用呈帶狀平行陸緣廣泛分布，陸緣顯示鈣堿性火成巖組合，而陸內(nèi)具有雙峰式火成巖組合特征，它們共同揭示了古太平洋板塊在歐亞大陸下俯沖作用的發(fā)生(Xu Wenliang et al., 2013; Tang Jie et al., 2018)。然而，自陸內(nèi)向陸緣，隨著巖漿作用時(shí)代的變新(130 Ma—110 Ma—90 Ma—古近紀(jì))，巖漿作用的空間范圍向東收縮(Xu Wenliang et al., 2013; Tang Jie et al., 2018)，巖漿作用范圍的向東收縮揭示了古太平洋俯沖板片后撤過程的發(fā)生。

5.3 東亞大地幔楔的形成時(shí)間和機(jī)制

假如以135 Ma作為古太平洋板塊西(正)向俯沖的起始時(shí)間，依據(jù)現(xiàn)代滯留板片的時(shí)間估算(目前滯留在地幔過渡帶的大洋板片年齡約是30 Ma；Lai Yujing et al., 2019)，可以判定古太平洋俯沖板片在大約105 Ma左右的時(shí)間可以到達(dá)陸內(nèi)約1000 km左右的地幔過渡帶，這與中生代晚期阜新玄武巖所具有低δ26Mg值的特征相吻合，后者反映了再循環(huán)沉積碳酸鹽對(duì)地幔的改造過程(Li Shuguang et al., 2017)。上述事實(shí)都表明，中生代晚期在東亞陸緣形成了一個(gè)大地幔楔——我們將其為東亞大地幔楔。

東亞大地幔楔的形成已經(jīng)得到相關(guān)玄武巖地球化學(xué)研究的證實(shí)。那么，東亞大地幔楔的形成機(jī)制如何？這可從巖漿作用的空間變化以及歐亞大陸周邊地質(zhì)事件的發(fā)生得到回答。首先，從東亞陸緣巖漿作用的空間變化可知，從早白堊世晚期到古近紀(jì)，巖漿作用范圍的自陸內(nèi)向陸緣的收縮，揭示了俯沖板片后撤過程的發(fā)生(Xu Wenliang et al., 2013; Tang Jie et al., 2018)——也就是說俯沖板片后撤可能是形成東亞大地幔楔的主導(dǎo)機(jī)制。然而，地球動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果表明，僅僅依靠板片后撤還不足以導(dǎo)致大地幔楔的形成，海溝的快速后撤應(yīng)是導(dǎo)致大地幔楔形成的關(guān)鍵(Griffiths et al., 1995)。其次，古太平洋板塊在白堊紀(jì)早期正向俯沖于歐亞大陸之下發(fā)生的時(shí)間，恰恰是大西洋北部初始打開的時(shí)間(Seton et al., 2012; Barbarand et al., 2021)，隨著大西洋的快速打開，歐亞大陸快速東移，歐亞大陸的向東推移導(dǎo)致了俯沖帶東移和俯沖板片后撤滯留的發(fā)生。綜上所述，可以認(rèn)為東亞大地幔楔形成的機(jī)制應(yīng)是歐亞大陸快速東移和板片后撤共同作用的結(jié)果。

5.4 白堊紀(jì)—古近紀(jì)俯沖帶的位置

圖8 西北太平洋邊緣現(xiàn)今(a)和古近紀(jì)早期(b)白堊紀(jì)—古近紀(jì)俯沖帶的位置(據(jù)Kimura, 1994)Fig. 8 The present(a) and early Paleogene(b) position of the Cretaceous—Paleogene subduction zone along the northwest Pacific Ocean margin (after Kimura, 1994)

東北亞陸緣白堊紀(jì)—古近紀(jì)俯沖帶的位置可以通過白堊紀(jì)—古近紀(jì)的俯沖增生雜巖、因板塊俯沖作用產(chǎn)生的高P/T值變質(zhì)帶的分布以及同時(shí)代巖漿弧的分布得到制約。首先，在東北亞陸緣的東部邊緣沿日本北海道的日高山脈和俄羅斯遠(yuǎn)東薩哈林群島的中部存在一條近南北向展布的白堊紀(jì)—古近紀(jì)早期的增生雜巖帶，它代表了日本海打開之前白堊紀(jì)—古近紀(jì)俯沖帶的位置(Kimura,1994; 圖8)。其次，在該增生雜巖的西側(cè)分布一條近南北展布的高P/T變質(zhì)帶(Liao Jiaping et al., 2018)，代表了其東側(cè)古太平洋板塊西向俯沖作用的發(fā)生。第三，在俄羅斯遠(yuǎn)東的東錫霍特阿林廣泛分布晚白堊世—古近紀(jì)具有弧型火成巖地球化學(xué)屬性的火山巖和同時(shí)代的花崗巖(Xu Wenliang et al., 2013; Jahn Bor-ming et al., 2014, 2015; Tang Jie et al., 2016b, 2018)，它們平行陸緣和陸緣增生雜巖帶分布，進(jìn)一步揭示了白堊紀(jì)—古近紀(jì)早期俯沖帶的存在。

6 現(xiàn)今西太平洋板塊俯沖帶: 古近紀(jì)晚期日本海打開和東北亞大地幔楔形成

現(xiàn)代地球物理測(cè)深、深源地震和現(xiàn)代火山噴發(fā)等研究成果都很好地限定了現(xiàn)今西太平洋板塊俯沖帶的位置(強(qiáng)祖基和張立人，1983；圖1)，那么，現(xiàn)今俯沖帶是何時(shí)形成的？這還要追溯日本海的打開歷史，是日本海的打開才形成了現(xiàn)今西太平洋板塊俯沖帶。

6.1 日本海打開的時(shí)間與機(jī)制

日本海打開的時(shí)間一直是個(gè)爭(zhēng)論的問題，根據(jù)已有的地質(zhì)和地球物理學(xué)研究資料，對(duì)日本海打開時(shí)間的認(rèn)識(shí)其跨度可達(dá)侏羅紀(jì)—新生代早期。結(jié)合有限的海底巖石年齡測(cè)定和地磁異常的分析，認(rèn)為日本海的擴(kuò)張發(fā)生于白堊紀(jì)末期至新生代早期(Fukuma et al., 1998; Baba et al., 2007)。利用熱流數(shù)據(jù)計(jì)算得到日本海的打開大致開始于20 Ma之前(Lallemand and Jolivet, 1985)。Kaneoka 等 (1992) 基于日本海域放射性年代學(xué)的數(shù)據(jù)，并結(jié)合古地磁資料，推測(cè)日本海的形成時(shí)間為17～25 Ma。Tamaki (1995) 認(rèn)為日本海的形成始于古日本島弧的地殼減薄及擴(kuò)張，且初始島弧擴(kuò)張始于30 Ma 之前，初始的海底擴(kuò)張則發(fā)生于約28 Ma，至18 Ma 時(shí)停止，并形成了日本盆地典型的洋殼。近年來，隨著日本北海道日高山脈麻粒巖相變質(zhì)作用的研究，認(rèn)為約37 Ma中壓型變質(zhì)作用與太平洋板塊的西向俯沖作用有關(guān)，而約19 Ma麻粒巖相變質(zhì)作用的發(fā)生，與鎂鐵質(zhì)巖漿作用一起，共同揭示了日本海的打開(Kemp et al., 2007)。此外，對(duì)東北亞陸緣新生代玄武質(zhì)巖漿源區(qū)性質(zhì)隨著時(shí)間的演化揭示日本海的打開時(shí)間應(yīng)在20 Ma左右(Xiong Shuai et al., 2021)。綜上所述，可以判定日本海的打開時(shí)間應(yīng)在24～19 Ma之間(Zhang Jinrui et al., 2021)。

圖9 東北亞陸緣晚古生代晚期—新生代俯沖帶演變模式圖Fig. 9 The evolution of the late Late Paleozoic—Mesozoic subduction zones in the NE Asian continental margin

日本海打開的機(jī)制同樣是一個(gè)存在較大爭(zhēng)論的問題。早期在研究弧后盆地成因時(shí)曾提出弧后板塊后撤機(jī)制——即弧后擴(kuò)張主要是由上覆板塊(即弧后板塊)向陸地一側(cè)后撤引起的(Chase, 1978; Uyeda and Kanamori, 1979)。Molnar 等 (1978) 基于弧后盆地演化、Seno 等 (1984) 基于動(dòng)力學(xué)模擬，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)學(xué)、地層學(xué)和生物化石等資料提出了“海溝后撤”模型——即海溝后撤導(dǎo)致日本海的打開。近年來，隨著對(duì)東北亞陸緣新生代玄武巖成分時(shí)空變異的研究表明，俯沖板片后撤與海溝后撤一起共同制約了東北亞陸緣邊緣海盆地的打開(Xiong Shuai et al., 2021)。

6.2 東北亞大地幔楔形成的時(shí)間和機(jī)制

東北亞大陸邊緣的演化經(jīng)歷了古太平洋板塊俯沖和太平洋板塊的俯沖以及二者之間洋脊俯沖作用的發(fā)生。正如前述，中生代晚期古太平洋俯沖板塊的后撤和大西洋打開導(dǎo)致的歐亞大陸的快速東移導(dǎo)致了東亞大地幔楔的形成。隨著古太平洋和太平洋之間洋脊俯沖作用的發(fā)生(通常認(rèn)為該事件發(fā)生在50～55 Ma之間；Guo Feng et al., 2007; Tang Jie et al., 2018; Wu Jeremy Tsung-Jui and Wu Jonny, 2019)和太平洋板塊在歐亞大陸下約52 Ma起始俯沖作用的發(fā)生(Sun Weidong et al., 2020)，自此開始了太平洋板塊俯沖歷史。需要說明的是，在太平洋板塊起始俯沖作用發(fā)生的幾乎同時(shí)，形成了菲律賓板塊的雛形 (Deschamps, 2002)，由于菲律賓板塊的形成，導(dǎo)致現(xiàn)今太平洋板塊俯沖方向發(fā)生了變化——即由原來的西向俯沖，轉(zhuǎn)向北西方向俯沖，其空間范圍只限于東北亞，因此，本文將由太平洋板塊俯沖形成的大地幔楔稱其為東北亞大地幔楔，它在形成時(shí)間與機(jī)制上不同于東亞大地幔楔。

首先，東北亞大地幔楔的形成時(shí)間可以從日本海的打開時(shí)間以及現(xiàn)代滯留板片的估算年齡得到制約?；谧钚碌臇|北亞大陸邊緣新生代玄武巖成分時(shí)空變異的研究(Xiong Shuai et al., 2021)以及日本北海道日高山脈麻粒巖兩期(37 Ma中壓型和19 Ma麻粒巖相)變質(zhì)事件的研究(Kemp et al., 2007; Zhang Jinrui et al., 2021)，可以判定日本海打開的時(shí)間發(fā)生在24～19 Ma之間，這一時(shí)間基本上代表了東北亞大地幔楔形成的時(shí)間。這一認(rèn)識(shí)與現(xiàn)今滯留板塊的估計(jì)年齡相吻合——即現(xiàn)在滯留在地幔過渡帶的太平洋板塊的年齡約為30 Ma(Lai Yujing et al., 2019)。依據(jù)太平洋板塊俯沖的起始時(shí)間約為50 Ma，那么按照現(xiàn)今滯留板塊年齡推算，到約20 Ma前，起始俯沖的太平洋板塊將滯留在地幔過渡帶，從而形成東北亞大地幔楔(Xu Wenliang et al., 2021)。因此，綜合上述研究可以判定，東北亞大地幔楔的形成時(shí)間應(yīng)在20 Ma左右。

其次，關(guān)于東北亞大地幔楔形成的機(jī)制，雖然目前還存在爭(zhēng)論，但最新的研究成果揭示太平洋俯沖板塊的后撤(rollback)和海溝的后撤(retreating)一起共同制約了日本海的打開，我們認(rèn)為這也是東北亞大地幔楔的形成機(jī)制(Xiong Shuai et al., 2021)。

綜上所述，可以得出，東北亞大地幔楔形成的時(shí)間在20 Ma左右，而俯沖板片后撤與海溝后撤一起共同導(dǎo)致了東北亞大地幔楔的形成(圖9)。

7 結(jié)論

本文在綜合前人研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)西太平洋俯沖帶演變歷史進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，得出如下結(jié)論：

(1)佳木斯地塊東緣躍進(jìn)山雜巖代表了二疊紀(jì)俯沖帶，它是古亞洲洋構(gòu)造體制的產(chǎn)物，而非代表古太平洋板塊的起始俯沖。

(2)侏羅紀(jì)增生雜巖的形成代表了侏羅紀(jì)俯沖帶的存在，并揭示了古太平洋板塊向歐亞大陸下的起始俯沖發(fā)生在早侏羅世。

(3)侏羅紀(jì)增生雜巖的構(gòu)造就位歷史及其陸源碎屑巖的物源變化，與古地磁和生物學(xué)證據(jù)一起，共同揭示晚侏羅世—早白堊世早期古太平洋板塊小角度斜向俯沖和東北亞陸緣的走滑構(gòu)造屬性。

(4)白堊紀(jì)—古近紀(jì)早期增生雜巖與同時(shí)期的高P/T變質(zhì)帶和陸緣白堊紀(jì)—古近紀(jì)弧巖漿作用一起，共同揭示了白堊紀(jì)—古近紀(jì)俯沖帶的存在。而白堊紀(jì)—古近紀(jì)巖漿作用范圍向海溝方向的收縮，揭示了古太平洋板塊西向俯沖以及俯沖板片后撤(rollback)過程的發(fā)生，同時(shí)標(biāo)志著東亞大地幔楔的形成。

(5)古近紀(jì)晚期—新近紀(jì)早期日本海的打開，標(biāo)志著現(xiàn)今太平洋板塊俯沖帶以及東北亞大地幔楔的形成。

致謝：感謝主編楊文采院士的邀請(qǐng)，同時(shí)感謝評(píng)審專家和責(zé)任編輯對(duì)本文修改提出的寶貴意見。