北极地区地质构造及主要构造事件

李学杰，姚永坚，杨楚鹏，陈振林，汪 俊，张亚玲

1.广州海洋地质调查局/国土资源部海底矿产资源重点实验室，广州 510760 2.中国地质大学资源学院，武汉 430074



北极地区地质构造及主要构造事件

李学杰1，姚永坚1，杨楚鹏1，陈振林2，汪 俊1，张亚玲1

1.广州海洋地质调查局/国土资源部海底矿产资源重点实验室，广州 510760 2.中国地质大学资源学院，武汉 430074

北极地区范围很广，北极圈面积达2 100×104km2，区域地质复杂。通过对北极地区区域地质编图，笔者认为前寒武纪主要由波罗的、劳伦和西伯利亚三大克拉通，以及其间的微板块或地块组成。主要造山带包括新元古代--早寒武世的贝加尔造山带、晚志留世--早石炭世的加里东造山带、晚古生代--早中生代的海西造山带、晚中生代的上扬斯克造山带、新西伯利亚造山带与楚科奇--布鲁克斯造山带。根据北极地区区域地质构造特征，显生宙以来经历的构造事件大致包括：新元古代--早寒武世的贝加尔运动，致使波罗的古陆与斯瓦尔巴--喀拉地块碰撞造山；晚泥盆世--早石炭世的加里东运动，在劳伦古陆周边形成规模巨大的加里东造山带；晚古生代的海西运动，波罗的古陆与西伯利亚古陆的碰撞造山形成海西造山带；北极阿拉斯加--楚科奇微板块裂离加拿大边缘，侏罗纪加拿大海盆开始张开；早白垩世，阿拉斯加--楚科奇微板块继续与西伯利亚碰撞，阿纽伊洋(Anyui Ocean)消亡，形成上扬斯克--布鲁克斯造山带。受北极调查程度影响，许多问题有待进一步研究。

北极；北冰洋；区域地质；构造事件；克拉通；造山带

0 概述

北极地区范围很大，66°34′N以北的北极圈面积达2 100×104km2。北极区域地质构造是全球构造的重要组成部分。该区不仅经历多期构造运动，形成复杂的地质构造特征，而且受自然条件的限制，现在的认识程度还较低，许多问题还有待进一步研究[1-3]。北极地区油气资源极为丰富[3]，盆地通常经历多期改造。北极地区区域地质构造对于研究北极地区沉积盆地的形成演化及其油气资源潜力是十分重要的。

分析北极地区区域地质构造特征，首先要了解在北冰洋张开之前，即晚侏罗世末加拿大海盆初始扩张前的基底构造特征及其演化阶段。在漫长的地质演化历程中，这些构造单元经历不同程度的构造重组，而且总体调查程度低，至今未见完整的基底构造图。笔者通过收集大量文献，进行整理与分析，试图编制北极区域基底构造图，进而分析克拉通及主要造山带的分布特征及其形成阶段。

北极地区的区域地质构造单元包括前寒武纪的克拉通基底、不同时期形成的造山带，包括新元古代--寒武纪的贝加尔造山带(或称蒂曼造山带)、加里东造山带(图1)、海西造山带及中生代造山带。

MJ.莫里斯--杰塞普高地；Y.亚马尔高地；NR.北风脊；CP.楚科奇台地；LN.勒拿河口。图1 北极地区构造简图(据文献[1-12]编制)Fig.1 Tectonic scheme of the Arctic Region (compiled after references [1-12])

1 前寒武纪克拉通基底

北极地区前寒武纪基底主要由三大克拉通——波罗的(欧洲西北)、劳伦(北美)和西伯利亚，以及其间的微板块或地块组成。对于这些克拉通，已有大量的研究，通常认为是从罗迪尼亚(Rodinia)超级大陆中分离出来的[13-14]。

除这三大克拉通之外，争议很大的是，是否存在北极(Hyperborean)克拉通，或北极古陆。所谓北极克拉通，应包括巴伦支海陆架、北喀拉陆架以及罗蒙诺索夫海岭、阿尔法海岭、门捷列夫海岭和楚科奇隆起等[15]。由于这些地区均处于高纬度，大多位于北冰洋之下，研究程度很低，而且从现有资料来看，构成也很复杂，可能不是统一的克拉通。阿尔法海岭和门捷列夫海岭是否为陆壳，仍有很大争议。本文暂将巴伦支海陆架、北喀拉陆架部分称为斯瓦尔巴--喀拉地块。

波罗的克拉通构成北欧的主体，其西部为加里东造山带，北部、东部为蒂曼造山带，东南为乌拉尔缝合线。波罗的古陆可能在文德期(Vendian)与冈瓦纳大陆的卡多姆(Cadomian)地区碰撞，导致蒂曼地区和乌拉尔地区产生变形[16]。伯朝拉--蒂曼(Timanskiy)构造带、乌拉尔碎块、新地岛和泰梅尔[17-18]与卡多姆构造带同期[19]。

1. 浊积岩；2. 砂岩和石英岩；3. 砾岩；4. 石灰岩、白云岩和大理岩；5. 泥岩和页岩；6. 冰碛岩；7. 火山岩和角闪岩；8. 辉绿岩；9a. 花岗岩，9b.辉长岩；10. 结晶基底；11. 混合岩；12. 不整合面；13. 逆冲断层。问号指示剖面的未知部分。图2 格陵兰(劳伦克拉通)、加拿大、斯瓦尔巴群岛(斯瓦尔巴--喀拉地块)前寒武纪--早古生代地层、岩浆与变质事件的对比(据文献[1]修编)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])

劳伦克拉通包括北美主体、爱尔兰西北、苏格兰、格陵兰和楚科奇半岛，其北部和东北为加里东造山带。劳伦克拉通东北以斯堪的亚加里东造山带与波罗的克拉通和斯瓦尔巴--喀拉地块为邻，北部主体为埃尔斯米尔加里东造山带，从格陵兰至加拿大北部以及阿拉斯加。

在格陵兰，劳伦克拉通由太古宙--古元古代结晶基底、中元古代--新元古代变质砂岩和石英岩以及新元古代的碳酸盐岩和页岩组成(图2)。格陵兰东北和东部石英岩中的火山岩测年分别为1 250和930 Ma[1]。

西伯利亚克拉通，主要分布于俄罗斯地区，西部和西北部主要为海西期造山带，北部海西造山带中应存在贝加尔造山带，南为蒙古地体和蛇绿岩带，东北为上扬斯克(Verkhoyansk)褶皱带(图1)。这三大板块在显生宙早期位于赤道以南(图3)[14]。

图3 新元古代末古构造图(据文献[14]修编)Fig.3 Paleoreconstruction of the Arctic blocks in the latest Neoproterozoic(modified after reference[14])

斯瓦尔巴--喀拉地块，通常认为包括斯瓦尔巴地块和喀拉地块。西为斯堪的亚加里东造山带、南为蒂曼造山带，东南为新地岛褶皱带，东为北泰梅尔褶皱带(图1)。斯瓦尔巴--喀拉地块构造在斯瓦尔巴群岛以及新地岛、北地群岛和泰梅尔半岛的局部地区研究较详细(图2)。

斯瓦尔巴群岛出露太古宙--中元古代结晶基底和新元古代--早古生代沉积盖层，两者为显著的构造不整合(图2)。在西部新弗利斯地半岛基底原岩年龄为1 750 Ma，变粒玄岩岩墙年龄1 300 Ma[20]。

喀拉地块或微板块(KM)，传统上以喀拉海北部为轮廓[3];构造上将晚古生代至早中生代南喀拉盆地(SKB)基底与明显线性的北西伯利亚基底穹窿分开。喀拉地块的研究程度很低，其地质特征主要依据北地群岛和泰梅尔半岛北部推测。最近，Metelkin等[21]及Lorenz等[22]发表了北地群岛新的地质资料。

2 贝加尔造山带

贝加尔造山带(或称蒂曼造山带)，形成于新元古代--寒武纪之交，不连续分布于斯瓦尔巴--喀拉地块的南缘(图1)。该构造从西往东，由蒂曼--极地乌拉尔和喀拉--泰梅尔组成。往东方向，该构造的出露及研究程度均下降。该构造带是否东延仍颇有争议。在弗兰格尔岛、楚科奇、苏厄德半岛和布鲁克斯山脉已发现蛇绿岩和花岗岩链[23-24]，弗兰格尔岛变质基性岩锆石U-Pb定年为(699±1) Ma[24]。因此，该构造带可东延至楚科奇--阿拉斯。但资料较少，暂不做深入分析。

2.1 蒂曼--瓦朗厄尔段

贝加尔造山带西部为蒂曼--瓦朗厄尔段，位于斯堪的纳维亚半岛北部，介于斯瓦尔巴--喀拉地块与波罗的古陆之间，研究程度较高[1,25]。该段西北以加里东造山带为界(图1)，加里东造山带中可能含有贝加尔造山带的碎块。东部，乌拉尔和新地岛的海西推覆体逆冲至该造山带之上。在乌拉尔，贝加尔构造总体走向西北，与海西期构造明显不同[17，24]。它们经常被看作倾向西南拼贴于波罗的古陆的蛇绿岩、岛弧和微大陆增生体。新资料证实蒂曼造山带是波罗的古陆与斯瓦尔巴--喀拉地块碰撞的结果。

综合地质地球物理资料，可以将本段构造带分为：外蒂曼造山带、中蒂曼造山带及Novozemel’sky带。外蒂曼造山带为波罗的古陆变形边缘;Novozemel’sky带属斯瓦尔巴--喀拉地块变形边缘;中蒂曼造山带为波罗的克拉通与斯瓦尔巴--喀拉地块之间挤压形成的造山带。该造山带以大型逆冲断裂系统为界，西南部为伯朝拉断裂系，东北为新地岛断裂系(图4)。

外蒂曼造山带西南为蒂曼前渊，充填文德期磨拉石，沿前逆冲断层分布[26]。蒂曼带的辉长辉绿岩和辉绿岩K-Ar测年分别为710～603 Ma和584 Ma[1]，表明与元古宙洋张开导致波罗的拉伸有关。伯朝拉逆冲断裂系中的花岗片麻岩穹窿，沿外蒂曼带的西北边界分布。该断裂系是碰撞造山带的西南边界。

中蒂曼造山带以复杂推覆体——逆冲构造为特征，由构造并列的新元古代洋，包括岛弧地层组成。此外，该缝合域包含从斯瓦尔巴--喀拉地块边缘拆离的构造岩席，通常被看作前寒武纪微克拉通[27]。

Novozemel’sky带由陆源碎屑岩组成，属于推测的新元古代洋对面的东北边缘。很可能这些地层属异地逆冲至斯瓦尔巴--喀拉地块的斯瓦尔巴边缘。该区构造的研究很少，存在争议。

2.2 喀拉--泰梅尔段

贝加尔造山带喀拉--泰梅尔段应是蒂曼--瓦朗厄尔段的向东延伸，其形成时应是连续的。该段构造受到海西运动的强烈影响，碎块主要出露在海西造山带内(图1)，位于喀拉--泰梅尔段的中泰梅尔带，由新元古代洋的岩石-构造体组成，包括里菲--文德期超镁铁岩、带状辉长岩、火山岩、页岩和凝灰质石英岩以及洋壳、边缘海和岛弧型岩石等[22]。蛇绿岩包括拉斑玄武岩和岛弧玄武岩，与蛇绿岩同成因的斜长花岗岩，测年为760～630 Ma。石榴石角闪岩的变质作用年龄为600 Ma，该年龄对应于斯瓦尔巴--喀拉地块与波罗的/西伯利亚克拉通碰撞形成的贝加尔造山作用早期。

3 加里东造山带

加里东造山带呈窄环状分布于北极地区，为劳伦古陆与斯瓦尔巴-喀拉地块以及其他地块的分界(图1)。该造山带可以分为两段：斯堪的亚段与埃尔斯米尔段，其形成时间不同。斯堪的亚段，或斯堪的亚加里东造山带，分布于西挪威--东格陵兰，形成于加里东早期，或斯堪的纳维亚期，为晚志留世--早泥盆世；而埃尔斯米尔段，或埃尔斯米尔加里东造山带，分布于格陵兰北部--加拿大北部--阿拉斯加，形成于加里东晚期，或埃尔斯米尔期，为泥盆纪--早石炭世。

图4 北极贝加尔造山带蒂曼--瓦朗厄尔段构造简图(据文献[1，28]修编)Fig.4 Tectonic scheme of the Timan-Varanger segment of the Arctic Baikalides (modified after references [1，28])

3.1 斯堪的亚加里东造山带

斯堪的亚加里东造山带，主体埋于海底(图1)，主要根据地球物理资料推测。巴伦支海西南地震剖面，以及重磁资料揭示该带呈扇形、分叉状[28]。斯堪的亚造山带分为两支[1]:南支向东延伸至斯瓦尔巴群岛与法兰士·约瑟夫地之间，或法兰士·约瑟夫地与新地群岛之间;而近南北向的北支穿过斯瓦尔巴群岛[29]。这两支造山带可能对应古大西洋的两个分支，成为劳伦古陆与斯瓦尔巴--喀拉地块的边界。

南支往西下插，轴部最深处在剖面上具强反射特征，根部接近莫霍面，分为两部分，西部深20 km，东部35 km。轴部岩性解释为高压榴辉岩型，属于古大西洋板块的俯冲残余。

在斯堪的纳维亚半岛，加里东造山带约300 km宽，沿挪威海近岸和陆架分布，构成东--东南倾的构造岩席，从西往东逆冲至波罗的克拉通边缘之上达数百千米。造山带中下部包括已位移的波罗的结晶基底和盖层。镁铁质岩墙从中央切穿其上部。造山带上部为古大西洋地层，由早古生代大洋蛇绿岩、火山岩及陆源的岛弧、边缘海地层组成，受到奥陶纪辉长岩、辉长闪长岩、英云闪长岩、花岗闪长岩和奥长花岗岩侵入。从化石判断，上寒武统和奥陶系主要为深水板岩，以及岛弧陆源碎屑岩和火山岩。

斯堪的纳维亚加里东褶皱带北支沿斯瓦尔巴群岛西缘分布(图5)。斯匹次卑尔根岛西部发现了斯堪的亚缝合线的露头。在后格林期基底上覆盖外来的Vestgötabreen岩体，由蓝片岩和榴辉岩组成。早奥陶世出现高压变质作用，随后，至沉积志留纪砾岩之前，蓝片岩和榴辉岩经历挤压作用。外来体上部高压片麻岩席，形成于碰撞期，即泥盆纪砾岩沉积之前的挤压和剥露作用。

3.2 埃尔斯米尔加里东造山带

埃尔斯米尔加里东造山带，形成于晚加里东期，泥盆纪--早石炭世，又称因纽特(Innuit)褶皱-逆冲带，往东，可能延伸至波弗特海及北阿拉斯加(图1)。因纽特带沿格陵兰和加拿大北极群岛，即劳伦克拉通的北缘分布。

该带加拿大段发育最完整。其轴部最老地层是Hazen盆地文德期--寒武纪大洋沉积(包括蛇绿岩)。寒武系--奥陶系由深水隧石和泥质沉积组成，往上至上奥陶统--下泥盆统过渡为碳酸盐-复理石沉积[1]。该段地层已变形，不整合上覆上泥盆统粗碎屑沉积，部分夹含煤磨拉石。在北部，分布于埃尔斯米尔和Axel Heiberg群岛最北部的帕里外来岩体，逆冲至Hazen带晚加里东构造(埃尔斯米尔构造带)之上。斯瓦尔巴--喀拉地块大陆性后格林维尔块体构成外来岩体的底部。帕里外来岩体由新元古代--早古生代后格林维尔大陆盖层，以及新元古代--早白垩世蛇绿岩、黑色页岩和各种火山岩组成。中奥陶世，这些地层经历早加里东变形、变质和花岗岩的侵位。新元古代--早古生代盆地及洋内岛弧，持续演化至中志留世。晚泥盆世--早石炭世，帕里外来岩体逆冲至Hazen洋盆，并伴随变质作用和花岗岩化。

加拿大海盆洋壳扩张过程中，埃尔斯米尔构造受到破坏，现在构成加拿大海盆的边缘(图1)，分布于波弗特海、楚科奇海和东西伯利亚海。在楚科奇海陆架，延伸至阿拉斯加北部，包括Colville盆地基底[14，30]。钻孔揭示富兰克林层序的深水页岩和砂岩，含奥陶纪、志留纪和早--中泥盆世动物群。往巴罗穹窿南部，奥陶纪--志留纪的富兰克林层序，含远端浊积岩、半深海笔石页岩、碧玉、燧石和火山岩，受到构造不整合面的削截[30]。埃尔斯米尔期结束，其形成裂谷相关的上泥盆统--下石炭统Endicott群。

加里东造山带碎块还可能分布于门捷列夫海岭(图1)和德朗群岛。Henrietta岛出现奥陶纪碎屑岩和凝灰岩、玄武岩、安山岩，以及俯冲的钙碱性玄武岩。相关的闪长岩岩墙、岩床的全岩Ar/Ar测年为440 Ma。上部的粗面玄武岩K/Ar测年为390～300 Ma[24]。

4 海西造山带

北极地区海西造山带，形成于晚古生代至早中生代，分布范围相对较小，主要分布于东北极区，分为两段：一段位于新地岛，一段分布于泰梅尔半岛和北地群岛。这两段可能形成于同一造山带，后期被走滑断层错开(图1)。

4.1 新地岛褶皱带

新地岛褶皱带(NZFB)，介于波罗的克拉通、西伯利亚克拉通及斯瓦尔巴--喀拉地块之间(图1)，对了解俄罗斯北极陆架西段构造历史具有重要意义[3]。该造山带还是两大含油气省：东巴伦支与西伯利亚西北的分界，并且两省古生代含油气系统均有出露，是可以直接进行研究的唯一地区。

该造山带基底有局部出露，由中元古代--新元古代变质碎屑岩和变质碳酸盐岩组成，受到东--西向挤压变形及绿帘石-角闪石相和绿片岩相变质作用，还有新元古代花岗岩和花岗闪长岩的侵入[31](图6)。

据研究[32-33]，新地岛造山带主要由古生代至早三叠世陆架至盆地沉积组成，总厚度超过13 km。在三叠纪--侏罗纪初严重变形，形成西倾的弓形造山带。

新地岛构造通常归为乌拉尔海西造山带，始于晚古生代，结束于晚三叠世--早侏罗世。根据新地岛造山期花岗岩新测年资料，再结合地质资料认为该构造属晚海西期，形成凸弧。新地岛构造分为两段：南段(南岛)和北段(北岛)，以Baidaratsky走滑断裂带为界(图6)。

新地岛西岸和东岸分别出露有裂谷期Sarychev花岗岩体和裂后期Chernogorsky花岗岩体。Sarychev岩体的花岗岩(混合岩和岩株)含有钙碱性、高钾造山期和造山后系列的成分。Chernogorsky岩体为闪长岩-花岗闪长岩-花岗岩组合，由造山期和造山后的碱性与中等碱性岩浆岩组成。Sarychev岩体钾长石Ar/Ar测年为(256±2) Ma，Chernogorsky岩体花岗岩中黑云母的Ar/Ar测年为(244±0.8) Ma，表明属二叠纪造山期岩浆作用，而早三叠世的花岗岩可能属后造山期。二叠纪的造山期岩浆作用，决定了新地岛构造运动为海西期，比乌拉尔带造山运动略晚。

4.2 泰梅尔造山带

泰梅尔海西造山带，或海西造山带泰梅尔段，介于西伯利亚克拉通与斯瓦尔巴--喀拉地块之间(图7)，形成于晚石炭世--二叠纪，以晚古生代碰撞期岩浆作用为特征，是北极关键的区域构造之一。该造山带在喀拉海沿岸可以追踪近1 000 km，其南界伏于叶尼塞--哈坦加槽(盆地)中、新生代沉积之下，北部出露于北地群岛[7]。

图5 巴伦支海西南加里东造山带简图(据文献[1，29]修编)Fig.5 Tectonic scheme of Caledonides in the Southwestern Barents Sea(modified after references[1，29])

图6 新地群岛海西构造带简图(据文献[1，31]修编)Fig.6 Tectonic scheme of Hercynides in Novaya Zemlya(modified after references[1，31])

图7 泰梅尔--喀拉地区构造简图(据文献[1，7，21]修编)Fig.7 Tectonic scheme of the Taimyr-Kara region (modified after references [1，7，21])

由于斯瓦尔巴--喀拉地块与西伯利亚克拉通在北部的碰撞，导致二云母花岗岩的侵入，年龄为306～250 Ma[7]。泰梅尔--新地群岛造山带可以分为NE--SW向的南、中、北三带(图7)[7，21]。

南带，由未变质的奥陶纪--二叠纪沉积岩和晚二叠世--早三叠世火山-沉积岩组成，含溢流玄武岩及辉绿岩岩脉和岩床[7，34]。南部地层的变形强度，包括褶皱和断层，往南均增强。这些沉积岩和沉积-火山岩受到233～245 Ma的A型花岗岩和正长岩的侵入。南泰梅尔造山带位于晚古生代--早中生代乌拉尔--新地岛造山带与上扬斯克造山带之间。

北带，由新元古代--寒武纪类复理石沉积，即砂岩、粉砂岩和泥质岩的韵律层组成，解释为陆坡沉积(图8)。其内部构造由于晚古生代区域变质作用和花岗岩侵入(锆石年龄，300～265 Ma)[35]，各种规模的逆冲断层和褶皱复杂化。北地群岛新元古代--寒武纪类复理石沉积上覆奥陶纪--泥盆纪浅水、泻湖和滨海相地层。一些研究者[34]认为，其基底与Novosibirsk群岛、楚科奇半岛、苏厄德半岛、加拿大北极群岛和北格陵兰(图1)构成北极古陆。

这两带代表两个古陆的被动边缘。南泰梅尔带是西伯利亚大陆的被动边缘，而北带是外来喀拉地块的陆坡沉积。

中泰梅尔增生带位于它们之间，主要由新元古代沉积岩和火山岩组成，包括蛇绿岩和岛弧岩浆岩套，以及格林维尔期(Grenville)和后格林维尔期陆壳地体[10-11]。各块体之间沿逆冲断层构造接触，通常以碎裂状、糜棱状混杂岩带为标志[7]。这些前寒武纪地层在新元古代末受到褶皱逆冲变形，上覆文德期--古生代地层[34]。因此中泰梅尔带被看作贝加尔造山带。

该造山带被最大的区域性逆冲断层：主泰梅尔和Pyasina-Faddey逆冲断层所分割(图7)。每条逆冲断层的水平位移估计在几十千米至几百千米[34]。

新地岛段和泰梅尔段的形成，标志着海西乌拉尔洋的结束。从造山期花岗岩的测年来看，新地岛段形成时间比泰梅尔段略晚[36]。

5 晚中生代造山带与微板块

东北极，勒拿河以东的广大地区，主要由晚中生代造山带及一些微板块或地体组成(图1)。

5.1 晚中生代造山带

晚中生代造山带包括上扬斯克造山带、新西伯利亚--楚科奇造山带和布鲁克斯造山带。这些造山带一方面与前寒武纪西伯利亚及斯瓦尔巴--喀拉地块相连，另一方面与古太平洋边缘相接[37-38]。

晚古生代至中生代，西伯利亚与北美洲之间存在泛大陆的大型海湾，称为阿纽伊洋(South Anyui Ocean)。中侏罗世--早白垩世，随着泛大陆的裂解，阿拉斯加--楚科奇微板块裂离加拿大北部陆缘，加拿大海盆张开，最终导致阿拉斯加--楚科奇微板块与西伯利亚边缘碰撞，形成南阿纽伊缝合线，以及新西伯利亚--楚科奇造山带和布鲁克斯造山带[12，39-40]。

上扬斯克造山带，围绕西伯利亚克拉通东缘和东北分布，可能是科捷利内地体和科雷马超地体与西伯利亚碰撞的结果。该造山带由超过10 km厚上古生界--下白垩统(欧特里夫阶)硅质碎屑沉积组成[3]，称为上扬斯克杂岩，其岩性变化大，包括靠近克拉通的河流--浅海沉积至远离克拉通的深水浊流沉积。该杂岩下伏里斯期至中古生代碳酸盐岩和碎屑岩-碳酸盐岩地层，属西伯利亚克拉通边缘。

新西伯利亚--楚科奇造山带和布鲁克斯造山带是德朗地块和楚科奇--北阿拉斯加微板块与西伯利亚之间的碰撞构造带，由逆冲推覆体构成，包括泥盆纪--晚侏罗世的大洋、边缘海和岛弧沉积体(图9)[41]。

图9 北极阿拉斯加布鲁克斯--波弗特海剖面图(据文献[41]修编)Fig.9 Geological profile in Alaska-Beaufort Sea(modified after reference[41])

5.2 北极阿拉斯加--楚科奇微板块

北极阿拉斯加--楚科奇微板块，由德朗高地地体、楚科奇边缘地地体、新西伯利亚--楚科奇--布鲁克斯造山带及阿拉斯加北坡的加里东造山带组成。

新西伯利亚--楚科奇--布鲁克斯造山带，可以分为新西伯利亚--楚科奇造山带和布鲁克斯造山带。新西伯利亚--楚科奇造山带分布于楚科奇半岛，推测可能向海延伸至弗兰格尔岛晚中生代造山带以及南阿纽伊缝合线以北的东西伯利亚海的广大区域[3,12]。

布鲁克斯造山带，位于北极阿拉斯加，是早白垩世晚期太平洋向北极地区逆冲的结果，其北部形成前陆盆地，是北极油气资源最丰富的地区之一。

德朗高地，位于晚中生代变形前缘的北侧，由下、中古生界组成。由于基底高度隆升剥蚀，出现早白垩世的溢流玄武岩，其重磁场特征与周围明显不同。前苏联地质学家多次认为，该地块属前寒武纪克拉通，经常称为斯瓦尔巴--喀拉地块，或东北极台地。但现有大量证据认为，应属加里东期或埃尔斯米尔期(晚泥盆世)构造。

楚科奇边缘地，位于加拿大海盆中，认为是加拿大海盆扩张过程中裂离加拿大北部陆缘，之后出现顺时针旋转侵位到美亚海盆西部[5，36]。

此外，东北极地区还有科雷马--奥莫隆超地体、科捷利内地体、鄂霍次克--楚科奇火山岩带等构造单元，在此不做赘述。

6 主要构造事件

通过对北极区域地质构造分析得知，显生宙以来，对北极地区产生重大影响的主要构造事件包括：

1)新元古代至早寒武世的贝加尔造山运动(或称蒂曼造山运动)。该造山运动使波罗的古陆与斯瓦尔巴--喀拉地块碰撞造山。

2)贝加尔造山作用停止，地壳出现拉伸，形成裂谷与沉积盆地；随后晚泥盆世--早石炭世出现加里东造山运动。加里东运动对北极地区影响极大，在北极周边形成规模巨大的加里东造山带。

3)晚古生代的海西运动，又称乌拉尔运动，波罗的古陆与西伯利亚古陆的碰撞，形成海西造山带，主要分布于东北极陆架区。该造山带往东延伸，受到中生代构造的改造，难以认识。

4)海西运动之后，是地壳构造松弛阶段，伴随着泛大陆的裂解，北极阿拉斯加--楚科奇微板块裂离加拿大边缘，侏罗纪加拿大海盆开始张开。

5)阿拉斯加--楚科奇微板块继续向西伯利亚板块汇聚，并最终于早白垩世阿纽伊洋消亡，与上扬斯克、科雷马--奥莫隆边缘碰撞，形成上扬斯克--布鲁克斯造山带与南阿纽伊缝合线。晚中生代是北极构造重组的重要阶段。

6)新生代，罗蒙诺索夫海岭裂离欧亚大陆边缘，欧亚海盆张开，相关的裂谷及微板块在拉普捷夫海--东西伯利亚海区重组。

7 结论及存在问题

北极欧亚大陆边缘固结基底主要由劳伦、波罗的和西伯利亚三大克拉通，以及其间的大量微板块，显生宙以来经一系列碰撞而成。不同时期的板块碰撞，形成一系列规模不一的造山带。早期的造山带经历了后期不同程度的改造，使得对原始构造的认识难度明显增大。

北极地区主要造山带，包括贝加尔造山带、加里东造山带、海西造山带、上扬斯克造山带与新西伯利亚--楚科奇--布鲁克斯造山带。

贝加尔造山带，分为蒂曼--瓦朗厄尔段和喀拉-泰梅尔段，前者处于波罗的克拉通与斯瓦尔巴地块之间，后者介于西伯利亚克拉通与喀拉地块之间，是新元古代--寒武纪之交，斯瓦尔巴--喀拉地块与波罗的克拉通及西伯利亚克拉通碰撞的产物。

加里东造山带，广泛分布于劳伦克拉通的周缘，分为斯堪的亚段与埃尔斯米尔段，前者分布于西挪威--东格陵兰，形成于加里东早期，即晚志留世--早泥盆世；后者分布于格陵兰北部--加拿大北部--阿拉斯加，形成于加里东晚期，即泥盆纪--早石炭世。

海西造山带，至少可以分为新地岛造山带和泰梅尔造山带，前者介于波罗的克拉通、西伯利亚克拉通及斯瓦尔巴--喀拉地块之间，形成于晚古生代至晚三叠世--早侏罗世；后者介于西伯利亚克拉通与斯瓦尔巴--喀拉地块之间，形成于晚石炭世--二叠纪。

晚中生代造山带包括上扬斯克造山带与新西伯利亚--楚科奇--布鲁克斯造山带，是随着泛大陆的裂解，加拿大海盆的张开，阿拉斯加--楚科奇微板块、科捷利内地体和科雷马超地体与西伯利亚边缘碰撞的结果。

由于北极地区调查程度较低，许多区域地质问题的研究还不够深入，甚至存在诸多争议，诸如：

1)是否存在北极克拉通，即阿尔法海岭、门捷列夫海岭是否为陆壳，是否与罗蒙诺索夫海岭、德朗地块及斯瓦尔巴--喀拉地区一起构成统一的北极克拉通。

2)蒂曼造山带从泰梅尔半岛往东是否可以延伸，以及如何延伸。

3)斯瓦尔巴地块是由喀拉地块与斯瓦尔巴地块构成，两者的关系如何。

4)晚古生代--早中生代新地岛海西造山带与泰梅尔造山带的关系，以及新地岛造山带展布特征的形成机制。

5)晚中生代造山带的海域延伸，南阿纽伊缝合线如何西延及其控制因素。

6)加拿大海盆的形成时间及其机制。

这些问题，现在尚无可靠资料约束，需要进一步的研究。但通过编图，对北极的区域地质已有大致的整体认识，这不仅有助于对全球构造的认识，对该区盆地的形成演化与油气地质将有十分重要的指导意义。

[1] Filatova N I, Khain V E. The Arctida Craton and Neoproterozoic-Mesozoic Orogenic Belts of the Circum-Polar Region[J]. Geotectonics, 2010,44(3): 203-227.

[2] 李学杰，万玲，万荣胜，等. 北冰洋地质构造及其演化[J]. 极地研究，2010，22(3): 271-285. Li Xuejie, Wan Ling, Wan Rongsheng,et al. The Structure and Tectonic Revolution of Arctic Ocean[J]. Chinese Journal of Polar Research, 2010, 22(3): 271-285.

[3] Drachev S S，Malyshev N A，Nikishin A M. Tectonic History and Petroleum Geology of the Russian Arctic Shelves: An Overview[C]//Vinnig, B A, Pickering S C. Petroleum Geology: From Mature Basins to New Frontiers-Proceedings of the 7th Petroleum Geology Conference. London: London Geological Society, 2010:591-619. Doi: 10.1144/0070591.

[4] 李学杰，万荣胜，万玲,等. 北冰洋的地形地貌与地质构造特征[C]//南海地质研究:2009.北京：地质出版社,2010：56-68. Li Xuejie, Wan Rongsheng, Wan Ling, et al. The Topography and Tectonics of the Arctic Ocean[C]//Geological Research of South China Sea:2009. Beijing：Geological Publishing House,2010：56-68.

[5] 李学杰，姚永坚，韩冰，等. 北极地区区域地质及美亚海盆的演化[J]. 吉林大学学报:地球科学版，2012，42(增刊2)：224-233. Li Xuejie,Yao Yongjian, Han Bing, et al. Regional Geology of the Arctic Polar Area and the Evolution of the Amerasian Basin[J]. Journal of Jilin University : Earth Science Edition, 2012, 42(Sup.2): 224-233.

[6] Khain V E, Polyakova I D, Filatova N I. Tectonics and Petroleum Potential of the East Arctic Province[J]. Russian Geology and Geophysics, 2009, 50: 334-345.

[7] Li Z X, Bogdanova S V, Collins A S, et al. Assembly, Configuration, and Break-Up History of Rodinia: A Synthesis[J]. Precambrian Research, 2008, 160: 179-210.

[8] Shipilov E V, Vernikovsky V A. The Svalbrd-Kala Plates Junction: Structure and Geodynamic History[J]. Russian Geology and Geophysics, 2010, 51: 58-71.

[9] Spencer A M, Embry A F, Gautier D L, et al. An Overview of the Petroleum Geology of the Arctic[C]//Spencer A M, Embry A F, Gautier D L, et al. Arctic Petroleum Geology. London: London Geological Society, Memoirs, 2011, 35:1-15.

[10] Pease V, Scott R A. Crustal Affinities in the Arctic Uralides, Northern Russia: Significance of Detrital Zircon Ages from Neoproterozoic and Paleozoic Sediments in Novaya Zemlya and Taimyr[J]. Journal of the Geological Society, 2009, 166: 517-527.

[11] Pease V. Eurasian Orogensand Arctic Tectonics: An Overview[C]//Spencer A M, Embry A F, Gautier D L, et al. Arctic Petroleum Geology. London : London Geological Society, Memoirs,2011, 35:311-324.

[12] Kuzmichev A B. Where Does the South Anyui Suture Go in the New Siberian Islandsand Laptev Sea?: Implications for the Amerasia Basin Origin[J]. Tectonophysics，2009，463: 86-108.

[13] Pavlov V E, Gallet Y, Petrov P Yu, et al. Uy Series and Late Riphean Sills of the Uchur-Maya Area: Isotopic and Palaeomagnetic Data and the Problem of the Rodinia Supercontinent[J]. Geotectonics, 2002, 36: 278-292.

[14] Lawver L A, GrantzA, Gahagan L M. Plate Kinematic Evolution of the Present Arctic Region Since the Ordovician[C]//Miller E L,Grantz A,Klemperer S L. Tectonic Evolution of the Bering Shelf-Chukchi Sea-Arctic Margin and Adjacent Landmasses. Boulder:Geol Soc America, 2002: 333-358.

[15] Pushcharovsky Yu M. Tectonics of the Arctic Ocean[J].Geotektonika, 1976, 6(2): 3-14.

[16] Golonka J，Bocharova N Y，Ford D，et al. Paleogeographic Reconstruction and Basins Development of the Arctic[J]. Marine and Petroleum，2003，20: 211-248.

[17] Puchkov V N.Tectonics of the Urals: Moden Concepts[J].Geotectonics, 1997, 31(4): 294-312.

[18] Vernikovsky V A, Vernikovskaya A E, Chernykh A I, et al. Petrology and Geochemistry of the Riphean Ophiolites in North Taimyr[J]. Geol Geofiz,1996, 37(1): 113-129.

[19] Golonka J，Bocharova N Y，Ford D，et al. Paleogeographic Reconstruction and Basins Development of the Arctic[J]. Marine and Petroleum，2003，20: 211-248.

[20] Gee D G, Tebenkov A M. Svalbard: A Fragmentof Laurentian Margin[J]. Geological Society, Memoirs, 2004, 30: 191-206.

[21] Metelkin D V, Vernikovsky V A, Kazansky A Yu, et al. Paleozoic History of the Kara Microcontinent and Its Relation to Siberia and Baltica: Paleomagnetism, Paleogeography and Tectonics[J].Tectonophysics, 2005, 398: 225-243.

[22] Lorenz H，Männik P，Gee D, et al. Geology of the Severnaya Zemlya Archipelagoand the North Kara Terrane in the Russian High Arctic[J]. Int J Earth Sci:Geol Rundsch, 2008, 97:519-547.

[23] Kos’ko M K,Cecile M P,Harrison J C,et al.Geology of Wrangel Island Between Chukchi and East Siberian Seas[J].Russia Geol Surv Canada Bull,1993, 461: 1-101.

[24] Kos’ko M K.Terranes of the Russian East Arctic Shelf[J].Dokl Earth Sci,2007, 413(2): 183-186.

[25] Pease V, Dovzhicova, Beliakova L, et al. Late Neoproterozoic Granitoid Magmatismin the Basement to the Pechora Basin, NW Russia: Geochemical Constraints Indicate Westward Subduction Beneath NE Baltica[J]. Geological Society, Memoirs , 2004, 30: 75-85.

[26] Baluev A S. Geodynamics of the Riphean Stage of Evolution of the Northern Passive Margin of the EastEuropean Craton[J].Geotectonics, 2006, 40 (3): 183-196.

[27] Roberts D, Olovyanishnikov V. Structural and Tectonic Development of the Timanide Orogen[C]//The Neoproterozoic Timanide Orogen of Eastern Baltica. London : London Geological Society, Memoirs,2004, 30: 47-57.

[28] Ritzmann O , Faleide J I.Caledonian Basement of the Western Barents Sea[J]. Tectonophysics, 2007, 26: 1-20.

[29] Breivik A J, Mjelde R, Grogan P, et al. Caledonide Development Offshore-Onshore Svalbard Based on Ocean Bottom Seismometer, Conventional Seismic and Potential Field Data[J]. Tectonophysics, 2005, 401: 79-117.

[30] Klemperer S L, Miller E L, Scholl D W.Crustal Structure of the Bering and Chukchi Shelves: Deep Seismic Refnection Profiles Across the North American Continent Between Alaska and Russia[C]//Miller E L, Grantz A, Klemperer S L. Tectonic Evolution of the Bering Shelf-Chukchi Sea-Arctic Margin and Adjacent Landmasses. Boulder: Geol Soc America, 2002: 1-24.

[31] KoragoEu A, Kovaleva G N, Lopatin B G, et al. The Precambrian Rocks of Novaya Zemlya[C]//The Neoproterozoic Timanide Orogen of Eastern Baltica. London: London Geological Society, Memoirs,2004, 30: 135-143.

[32] Pogrebitskiy Yu E, Novaya Zemlya,Vaigach Island. Geological Structure and Miragenia[C]//Niiga-Vniio Keangeologiya. St Petersburg: [s.n.],2004:205.

[33] Vinokurov I Yu, Belyaev V I, Egorov A S, et al. Deep-Crustal Model and Evolution of Barents-Kara Region[C]// Geology of Polar Regions of the Earth. Moscow：Materials of Xlii Tectonic Conference, I Geos, 2009: 102-106.

[34] Uflyand A K, Natapov L M, Lopatin V M, et al. To the Taimyr Tectonic Nature[J]. Geotectoniks, 1991, 6: 76-93.

[35] Vernikovsky V. Riphean and Paleozoic Metamorphic Complexes of the Taimyr Foldbelt: Condition of Formation[J]. Petrol, 1995, 3: 55-72.

[36] Männik P, Bogolepova O G, Pöldvere A, et al. New Data on Ordovician-Silurian Conodontsand Stratigraphy from the Severnay Zemlya Archipelago, Russian Arctic[J]. Geological Magazine, 2009,146(4):497-516.

[37] Drachev S S, Johnson G L, Laxon S, et al. Main Structural Elements of the Eastern Russian Arctic Continental Margin Derived from Satellite Gravity and Multichannel Seismic Reflection Data[C]//Kassens H, Bauch H A. Land-Ocean Systems in the Siberian Arctic: Dynamics and History. Berlin: Springer, 1999: 667-682.

[38] Drachev S S, Elistratov A V, Savostin L A. Structure and Seismostratigraphy of the East Siberian Sea Shelf Along the Indigirka Bay-Jeannette Island Seismic Profile[J]. Doklady Earth Sciences, 2001, 377: 293-297.

[39] Grantz A, Hart P, Childers V A. Geology and Tectonic Development of the Amerasia and Canada Basins, Arctic Ocean[C]//Spencer A M, Embry A F, Gautier D L, et al.Arctic Petroleum Geology. London: London Geological Society, Memoirs,2011, 35: 771-799.

[40] Sokolov S D, Bondarenko G Ye, Morozov O L, et al. South Anui Suture, Northeast Arctic Russia[C]//Miller E L, Grantz A, Klemperer S L. Tectonic Evolution of the Bering Shelf-Chukchi Sea-Arctic Margin and Adjacent Landmasses. [S.l.]: Geol Soc America, Boulder, 2002: 209-223.

[41] Houseknecht D，Bird K. Geology and Petroleum Potential of the Rifted Margins of Arctic Alaska and the Chukchi Borderland[C]//AAPG International Conference and Exhibition. Calgary:[s.n.],2010：12-15.

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

国土资源部专项项目(GZH201200601)

李学杰(1964--)，男，教授级高级工程师，博士，主要从事海洋地质研究工作，E-mail:xuejieli@yeah.net。

10.13278/j.cnki.jjuese.201502101

P561.662

A

李学杰，姚永坚，杨楚鹏，等.北极地区地质构造及主要构造事件.吉林大学学报:地球科学版,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.