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《秦岭造山带—鄂尔多斯盆地野外实践》课程之“造山带构造演化”野外教学设计

2022-06-29孙圣思董云鹏

高校地质学报 2022年3期
关键词:造山观察点秦岭

孙圣思,董云鹏

大陆动力学国家重点实验室,西北大学 地质学系,西安 710069

地质学是研究固体地球(和行星)的物质组成、结构构造、地质作用过程和形成演化规律的一门自然科学。因为该学科具有空间的广泛性与微观性、时间的漫长性与瞬间性、地球系统的整体性与差异性、地质过程的复杂性与有序性等特点(舒良树,2020),所以野外实践是地质学研究的突出特色和创新源泉。

对于地质学本科教学,野外实践同样是不可缺少的环节,是课堂理论教学的补充和延伸,对激发学生专业兴趣、培养科学的地球思维观、提高实践动手能力和科研创新水平具有重要的意义。在地质学本科教学计划中,一、二年级野外教学实习的目标是培养学生基本地质技能,重点是对岩性的正确识别和准确描述、地质现象的科学理解;而三年级的野外教学实习则是培养地质学专业人才的关键,是在学生基本完成了专业课程的学习、具备有一定的地学专业素养和理论储备的基础上进行的,教学目标强调提高区域地质综合调查研究的能力、培训科学严谨的研究方法,尤其是启发和培养学生如何利用纷繁复杂的地质记录、抽丝剥茧地开展宏观地质构造的时—空演化过程与规律的研究。本文拟以西北大学地质学系《秦岭造山带—鄂尔多斯盆地野外实践》课程之“秦岭造山带构造演化过程”为例,通过教师对横穿整个造山带的诸多野外现象的剖析讲解,指导学生进行精细观察、系统调查和分析研究。以板块构造理论为指导,通过多条地质剖面和典型路线的考察和对比,通过对不同区段采获到的珍贵地质记录(如古洋壳蛇绿岩残片、古俯冲—碰撞过程中形成的岩浆岩、变质—变形岩、沉积岩等)的综合分析和研究,指导学生开展其空间位置—构造环境—时间过程—成因机制的合理划分与分期配套。在大量地质事实和综合研究的基础上,重建造山带形成与演化的地球动力学过程。

1 课程设置思路和特色

西北大学地质学系本科生野外地质教学遵循“加强基础、拓宽专业、增强能力”的原则,系统设计了三个年级循序渐进的野外地质教学实践课程。一年级本科生野外地质实践为陕西韩城地区华北地块的地质特征认知实践,在基本地质技能培训基础上,重点学习华北地块古生界沉积建造特征;二年级本科生野外地质实践在陕西汉中地区,培训学生测制地质剖面、地质填图的基本技能,重点学习扬子地块的沉积建造序列,分析扬子地块的古生代—中生代沉积盆地演化。三年级本科生已经较为系统地学习了专业理论课程,通过前两年野外地质实践掌握了野外调查工作的基本方法和地质技能,尤其是学习了华北、扬子地块的沉积建造和演化规律,因此,三年级野外地质实践设置了《秦岭造山带—鄂尔多斯盆地野外实践》课程。本课程是面对高年级地质学及相关专业本科生设计的研究性综合野外教学实习,设想通过跨越不同大地构造单元的路线地质观察、典型区段地质解剖,提高对复杂野外地质现象的识别判断能力和对区域构造演化过程的全面综合分析能力。野外实践区域包括秦岭造山带和鄂尔多斯盆地两大构造单元,前者通过多条路线剖面典型地质现象的观察学习,分析研究不同路线剖面上保存的古洋壳蛇绿岩残片、俯冲—碰撞过程的岩浆、变质、变形、沉积记录,培养学生对不同的关键地质记录进行成因机制—构造环境—空间位置—时间过程的综合分期配套,进而以板块构造理论为指导,重建造山带构造演化过程;后者则主要学习鄂尔多斯盆地沉积建造特征、沉积相与环境、盆地演化过程,以及鄂尔多斯资源赋存特征。通过这两个区域的野外实践教学,期望从盆山耦合的角度,培养学生客观认识大陆两个主要单元(造山带和盆地)之间协同演化的宏观大地构造学研究思路和思维方式。

《秦岭造山带—鄂尔多斯盆地野外实践》课程自1996年正式开设,1998年进入国家教育部首批精品课程建设,2002年被评为优秀项目,2007年开始获国家自然科学基金委“基础科学人才培养基地”项目资助,经过西北大学地质学系老中青三代教师的精心建设,已经成为国内外知名的教学和青年人才培养基地。近10余年来,除了承担本系三年级本科生教学实践课程之外,还先后吸引了来自美国、奥地利等国外知名大学本科生和研究生、以及南京大学、南京师范大学、吉林大学、中国地质大学(北京)、中国地质大学(武汉)、成都理工大学等本科生教学实习,并且多次主办了国内外青年地学人才野外培训课程。

本课程路线跨越秦岭造山带、渭河地堑和鄂尔多斯盆地,包括为期约20天野外实习和5天室内报告和讲解。根据实习区域地质露头特点、地层连续性、岩石类型和组合相关性、构造组合和层次的差异性, 野外教学采取以主干剖面地质观察研究为主, 辅助剖面和典型区段地质解析为辅的点—线—面相结合的区域地质调查方法。主干剖面保证对不同大地构造单元地表地质特点及其时—空相关性的全面的、宏观的理解和认识;辅助剖面和典型区段一方面补充因露头限制的缺憾, 另一方面弥补了由地质作用的特殊性造成的地质现象的差异。野外教学实践包含了丰富的多学科地质现象,为培养学生观察、认知和综合分析能力提供了宝贵资料。同时,鉴于跨区域地质多学科内容的复杂性、地质过程的时空演化综合认知和分析研究的困难性,本课程出版了专门的指导教材《区域地质综合研究的方法与实践:鄂尔多斯盆地—秦岭造山带野外实习指导书》(周鼎武等, 2002),而且,近年来新的科学认识和研究成果也在不断地补充传授给学生。授课教师分别来自构造地质学、岩浆岩/沉积岩/变质岩岩石学、地球化学、第四纪地质学、石油地质学等多个基础专业,在野外教学过程中实现多学科交叉和互补。

在二十余年的教学实践中,本课程不断改进、教学相长、精益求精,形成了三个鲜明的优势和特色:第一,课程的设计和实践以培养高层次地质学研究人才为目的,以“板块构造理论”为指导思想,以造山带构造和盆地沉积演化过程为主线,贯穿所有露头、剖面地质现象的讲解和学习,实现多学科交叉和融汇;第二,西北大学地处西安, 北抵鄂尔多斯盆地, 南傍秦岭造山带,占据得天独厚的盆地和造山带交接位置,是研究造山带和盆地构造演化的天然实验室,而且具有长期的科学研究积累和优势。本野外实践课程将西北大学地质学系的地域和科研优势直接转化为教育资源;第三,本野外实践课程寓教于研,引导学生在野外观察和讨论中发现科学问题,通过设立大学生创新项目解决问题,并将学生的科研成果应用于新一轮野外教学中。

此外,本课程在野外实践过程中根据沿途的自然景观、人文历史和爱国教育基地积极融入思政教育。在“中国脊梁”秦岭山脉,黄河壶口瀑布等,欣赏祖国壮丽的河流山脉和独特的地质景观;在仓颉造字的洛南县,白居易创作《长恨歌》的仙游寺等,感受中华民族五千年文明的魅力;在富平县习仲勋故居,延安枣园革命旧址等,体会老一辈革命先烈的艰苦奋斗、英勇卫国的红色精神与事迹!经过本课程20余天野外实践与室内教学的综合授课,不仅可以显著提升学生们的野外实践专业技能和科研创新思维能力,也培养了新一代大学生爱国爱党的红色情怀,同时增强了年轻人对于中华民族起源的了解、知识分子社会担当的认知以及文化传承的民族自信。

受篇幅所限,本文聚焦于《秦岭造山带—鄂尔多斯盆地野外实践》课程的“秦岭造山带构造演化过程”,介绍高年级本科生野外实践课程中以“板块构造理论”为指导,利用考察研究典型路线地质剖面上保存的典型地质现象和记录,培养学生重建造山带构造演化过程的思路和方法。

秦岭造山带具有漫长的演化历史、复杂多样的物质组成和变质变形记录,出露不同时期不同层次的岩石构造单元,变形—变质作用—深熔作用—岩浆作用等各种地质作用集中发育。对于高年级本科生来说,秦岭造山带既是野外实践训练的天然理想课堂,也学习重建造山带构造演化过程的重大挑战。因此,课程首先安排构造地质学专业资深教师进行室内讲座,重点介绍秦岭造山带的构造单元划分、物质组成以及多期复合造山的研究进展。在学生建立初步认识的基础上,开展野外路线实践。本课程在秦岭造山带主要穿越十几条主干路线剖面和辅助剖面,观察不同大地构造单元的物质组成、变质变形特征及其时空分布规律。在每一条路线剖面结束时,教师会指导学生绘制路线剖面,总结观察到的地质现象并推测相关构造事件。在完成所有路线剖面后,课程安排了秦岭造山带的构造变形、岩浆活动、变质作用、沉积事件等专题总结讲座,最后进行的秦岭造山带构造演化讲座以板块构造为主线,将所有观察到的地质现象进行串联,引导学生探讨和理解中国南北大陆主体的拼合机制、重建秦岭造山带多期复合造山过程。

2 秦岭造山带构造格局及其演化过程

秦岭造山带南、北两侧分别以勉略—巴山—襄广断裂、灵宝—鲁山—舞阳断裂为界,向外逆冲推覆于华南北缘和华北南缘之上(张国伟等, 2001;董云鹏等, 2019)。造山带内部分别以洛南—栾川断裂、商丹缝合带和勉略缝合带为界,由北向南划分为:华北地块南部带、北秦岭构造带、南秦岭构造带和华南地块北部带(图1,2)。

商丹缝合带是北秦岭构造带和南秦岭构造带之间最主要的构造边界(图1,2),以广泛发育早古生代蛇绿岩、俯冲相关火山岩和沉积岩为特征,传统上被称为丹凤蛇绿混杂岩或丹凤群,包含一系列大洋岩石圈残片(534~471 Ma)、俯冲相关火山(523~472 Ma)和弧前沉积岩(455~435 Ma),断续分布于鸳鸯镇、武山、关子镇、唐藏、岩湾、黑河、丹凤地区(张成立等, 1994; Zhang et al.,1995; 张国伟等, 2001; Dong et al., 2011a, b, 2013),代表了早古生代华北地块与扬子地块之间大洋岩石圈残片及板块缝合带(Dong et al., 2011a, b; 2021)。

图1 秦岭造山带及邻区地质简图(据Dong et al., 2011a; 董云鹏等, 2019)Fig.1 Tectonic outline of the Qinling Orogen and adjacent areas

勉略缝合带以沿勉县—略阳—高川地区,以及东部的大洪山地区断续分布的一系列蛇绿岩和俯冲相关火山岩为标志(Zhang et al., 2004;Dong et al.,2011a)。主要包括黑沟峡和勉县地区的双峰火山岩,指示勉略初始开启的裂谷背景海洋(Li et al.,1996);南坪—琵琶寺—康县(赖绍聪等, 2002; Lai et al., 2004a, b)、文家沟—庄科、安子山和勉略地区(Zhang et al., 1995, 2004;Li et al., 1996;Xu et al., 2000; 许继锋等, 2000; 张国伟等, 2001)的大洋中脊玄武岩。勉略缝合带向西与东昆仑南部缝合带相连,标志着古特提斯洋的残迹(Dong et al.,2011a, 2018;Dong and Santosh, 2016)。

华北地块南部带北以灵宝—鲁山—舞阳断裂、南以洛南—栾川断裂为界。该带发育了一套深变质强变形的基底岩系,称上太古界—下元古界太华岩群。太华岩群之上被中元古界熊耳群裂谷型火山岩系呈角度不整合覆盖。熊耳群之上依次堆积中—新元古代时期的海相碎屑岩系(高山河群)和碳酸盐岩沉积建造(洛南群),以及新元古代成冰纪时期的罗圈组冰碛岩和早古生代寒武纪至奥陶纪时期的被动大陆边缘沉积序列(张国伟等,2001)。

北秦岭构造带位于洛南—栾川断裂和商丹缝合带之间,自北至南依次出露宽坪岩群、二郎坪群和秦岭杂岩,相互之间以断层或韧性剪切带为界(图1, 2)。宽坪岩群主要由绿片岩、斜长角闪岩、二云母石英片岩和大理岩组成。详细的地质填图、岩石地球化学和年代学研究表明,宽坪群可以划分为中—新元古代蛇绿岩和新元古代晚期碎屑沉积岩两套岩石单元,代表了沿着华北地块南缘展布的新元古代缝合带(Dong et al., 2014)。二郎坪群由蛇绿岩、硅质岩、碎屑沉积岩和碳酸盐岩组成,蛇绿岩包括沿甘肃清水、伯阳、陕西草凉驿、鹦哥嘴、河南湾潭和火神庙一线断续分布的534~440 Ma的超镁铁质岩石、块状和枕状玄武岩(Sun et al., 1996;Xue et al., 1996; 陆松年等, 2003; 闫全人等,2007;Zhang et al., 2007; 陈隽璐等, 2008; 李王晔, 2008;Dong et al., 2011b),以及少量含放射虫硅质岩夹层,代表了早古生代沿商丹缝合带向北的俯冲作用导致的弧后盆地(Dong et al., 2011a, b; 2021)。秦岭杂岩主要由黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩和大理岩组成,含有少量黑云斜长变粒岩和混合岩,在局部地区还有退变质榴辉岩出露,代表了北秦岭古元古代基底变质杂岩系(Dong and Santosh, 2016)。其中侵位有大量的978~889 Ma花岗岩体 (陆松年等, 2003; Chen et al., 2004; 王涛等, 2005; 裴先治等,2007),早古生代514~420 Ma岛弧型辉长岩—闪长岩—花岗岩(Xue et al., 1996; 董云鹏等, 1997; Dong et al., 2011a, b; 李伍平等, 2000; 陆松年等, 2003; Su et al., 2004; 裴先治等, 2005; 李王晔, 2008; 刘军锋等, 2009; 徐学义等, 2007; 陈隽璐等, 2008; Yan et al., 2008; Wang et al., 2009), 代表了早古生代商丹洋北向俯冲的岛弧(Dong et al., 2011a, 2011b, 2021)

南秦岭构造带位于商丹缝合带与勉略缝合带(勉略—巴山—襄广断裂带)之间,除了在其北缘出露古元古代陡岭杂岩之外,主要发育新元古代武当岩群和耀岭河岩群,前者主要为高绿片岩相变质沉积—酸性火山岩夹少量基性火山岩,后者主要为绿片岩相变质基性火山岩、少量酸性火山岩和沉积岩系。上覆新元古界震旦系主要为碎屑岩、冰碛岩和碳酸盐岩,其上连续沉积大套寒武系—奥陶系灰岩、志留系粉砂岩—页岩,泥盆系—石炭系碎屑岩夹灰岩不整合覆盖于前述地层之上(Dong et al.,2011a)。以安康断裂为界,南秦岭北部广泛出露泥盆系地层,包括下泥盆统灰岩、中—上泥盆统浊积岩和页岩,同时保存少量石炭系—三叠系碎屑沉积岩(图2);而南秦岭南部则主要为早古生代地层发育区(Dong and Santosh, 2016)。南秦岭构造带以发育薄皮构造为特征,包括一系列向南逆冲的叠瓦状逆冲褶皱系(张国伟等, 2001; Dong et al.,2011a, 2021)。

图2 横穿东秦岭的构造剖面图(据Dong et al., 2011a)Fig.2 Cross-section showing the main tectonic units across the eastern Qinling orogenic belt (After Dong et al., 2011a)

3 课程的路线设计

本课程在秦岭造山带主要穿越了十几条主干路线剖面和辅助剖面,主要观察华北南缘、北秦岭构造带、商丹缝合带、南秦岭构造带等不同大地构造单元的物质组成、变质变形特征及其时空分布规律,从而引导学生探讨和理解中国南北大陆主体的拼合机制、时—空规律以及秦岭造山带多期复合造山过程。其中,8条主干路线剖面及其观察点内容如下:

(1)华阴罗敷—洛南公路路线剖面

穿越华北南缘,观察点:1.1新太古界太华岩群结晶基底变质杂岩系;1.2华阳川早古生代韧性剪切带;1.3金堆城中元古界熊耳群火山岩;1.4陈家涧中元古界高山河群变石英砂岩;1.5 中元古界洛南群白云岩;1.6上张湾震旦系罗圈组冰碛岩;1.7石门寒武系张夏组鲕粒灰岩。

(2)洛南—山阳路线剖面

穿越华北南缘、北秦岭构造带和南秦岭构造带,观察点:2.1窑底奥陶系陶湾群构造变形及其与上覆二叠系不整合接触关系;2.2 红土岭二叠系大荆组与下伏中—新元古界宽坪群不整合接触关系;2.3红土岭隧道晚白垩—新近纪河流相沉积及其与宽坪岩群断层接触关系;2.4洪门河宽坪群二云母石英片岩多期构造变形;2.5 商县南秦水库古元古界秦岭杂岩及其变形构造;2.6 拉鸡庙早古生代辉长岩侵入体;2.7 沙河湾印支期环斑花岗岩;2.8 闫村南秦岭中上泥盆统刘岭群沉积建造特征及其构造变形。

(3)山阳—镇安铁厂—锡铜沟路线剖面

穿越南秦岭构造带,观察点:3.1色河铺泥盆系及山阳—凤镇断裂;3.2上泥盆统—下石炭统界河街组;3.3镇安—板岩镇断裂;3.4镇安米粮—高桥石炭系—三叠系;3.5金鸡岭二叠系龙洞川组生物碎屑灰岩;3.6下三叠统金鸡岭组;3.7下三叠统金鸡岭组与中三叠统岭沟组;3.8 镇安铁厂上泥盆统棱水河组生物礁灰岩;3.9 志留系梅子垭组及其与上覆泥盆系不整合关系;3.10锡铜沟口下泥盆统公馆组。

(4)镇安—柞水路线剖面

穿越南秦岭构造带,观察点:4.1南秦岭中带泥盆系星红铺组;4.2龙脖子上泥盆统九里坪组及其构造变形;4.3乾佑河中泥盆统与下伏寒武-奥陶系不整合接触关系;4.4石瓮镇中泥盆统古道岭组与下伏奥陶系不整合接触关系;4.5新元古代小磨岭基性杂岩体;4.6印支期柞水花岗岩体。

(5)周至黑河—虎豹河—沙梁子路线剖面

穿越北秦岭构造带、商丹缝合带和南秦岭构造带,观察点:5.1黑河水库秦岭北缘山前断裂构造特征;5.2中—新元古界宽坪群变基性火山岩及其多期构造变形;5.3早古生代二郎坪群基性火山岩;5.4柳叶河二郎坪群与上古生界沉积岩逆冲接触关系;5.5古元古界秦岭杂岩岩石组合规律;5.6秦岭杂岩的揉流变形构造;5.7小王涧丹凤群枕状熔岩;5.8虎豹河弧前盆地沉积砾岩;5.9沙梁子弧前盆地沉积砂砾岩及其构造变形;5.10马鞍桥韧性剪切带;5.11南秦岭中上泥盆统刘岭群;5.12板房子侏罗系及其构造变形特征。

(6)沣峪口—沙沟街—广货街路线剖面

穿越北秦岭构造带、商丹缝合带和南秦岭构造带,观察点:6.1鸡窝子古元古代秦岭杂岩固态流变;6.2喂子坪秦岭杂岩混合岩化;6.3八里坪印支期花岗岩体;6.4关石秦岭群变质杂岩的固态流变及混合岩化;6.5沙沟街韧性剪切带及其变质变形分异作用;6.6广货街中上泥盆统刘岭群。

(7)江口—旬阳坝—平和梁路线剖面

穿越南秦岭构造带,观察点:7.1东江口印支期岩体;7.2江口泥盆系;7.3旬阳坝泥盆系;7.4旬阳坝前寒武系基底—奥陶系;7.5平河梁胭脂坝岩体及其与围岩接触关系。

(8)户县—涝峪路线剖面

穿越南秦岭构造带和北秦岭构造带,观察点:8.1皇冠南秦岭泥盆系变形;8.2涝峪秦岭杂岩;8.3涝峪韧性剪切带;8.4涝峪上古生界;8.5栗园沟宽坪群构造变形;8.6塔庙宽坪群;8.7渭河地堑南缘和秦岭北缘山前断裂;8.8侏罗纪断陷盆地砾岩。

在每一个观察点,首先让学生们仔细观察地质现象,各抒己见。然后,教师对该观察点的地质现象进行补充,并介绍最新的科学研究数据和进展。根据野外观察和介绍,启发学生回忆《板块构造》室内教学相关内容、思考板块重建所需要的关键地质证据,开展小组讨论和交流,探讨该观察点的构造意义。最后,教师进行开放式的总结和补充。如果某一个观察点的构造意义证据不够充分,会引导学生带着科学问题在其他观察点寻找答案。在此基础上,如果野外观察和文献资料都没有充足证据,那么鼓励学生将科学问题作为大学生科研创新项目的选题,开展室内实验研究,并在次年的本课程野外实践中做介绍。

4 课程的设计思想

对秦岭造山带及其邻区的地质学、地球化学、地质年代学进行的详细综合研究表明,秦岭造山带经历了五阶段复合造山过程:(1)格林威尔期(~1.0 Ga)北秦岭和华北地块的碰撞拼贴;(2)新元古代华南地块北部的俯冲/增生;(3)古生代北秦岭和南秦岭地块的两阶段俯冲造山;(4)三叠纪南秦岭地块和华南地块的碰撞造山,以及(5)晚白垩世—新生代秦岭造山带陆内造山(图3; Dong et al., 2011a, 2021; Dong and Santosh, 2016)。以上路线和观察点的选取,涵盖了秦岭造山带五期复合造山事件的蛇绿岩,岩浆、变质、变形和沉积记录。在野外讲解和讨论过程中,始终以板块构造理论为指导,以秦岭造山带的构造演化过程为主线,将不同路线剖面、不同时—空位置上的观察点有机联系起来。

(1)格林威尔期北秦岭地体和华北地块的造山作用(Dong and Santosh, 2016)

中元古代,广阔的宽坪洋分隔了北秦岭地体和华北地块(图3a)。华北地块的基底岩系以太华群为代表(观察点1.1),上覆1.78 Ga熊耳群双峰式火山岩显示裂谷作用(观察点1.3)、并逐步演化为被动大陆边缘构造环境,沉积了中元古界高山河群海相碎屑岩(观察点1.4)和洛南群碳酸盐岩(观察点1.5)。而南侧的北秦岭地体则以秦岭杂岩(观察点2.5,5.5~5.6,6.1~6.2,6.4,8.2)为代表。大约1.0 Ga时期,宽坪洋开始向北秦岭地体之下俯冲,导致大量979~911 Ma的 I型花岗岩侵入北秦岭地体(图3b)。900~850 Ma,宽坪洋闭合导致北秦岭地体和华北地块的碰撞(图3c),残存的大洋岩石圈保存为宽坪群蛇绿岩(观察点2.2,2.4,5.2,8.5~8.6)。在后碰撞阶段,约889~844 Ma的A型花岗岩在北秦岭侵位。此后发生造山垮塌和伸展(图3d),844 Ma的碱性正长岩体侵入北秦岭地体和洛南—栾川断裂带。

(2)新元古代华南地块北部的俯冲/增生作用(Dong and Santosh, 2016)

在1.1~1.0 Ga期间,华南地块北侧还存在一个主大洋,其中离散分布着中元古代神农架和古元古代陡岭地体(图3a)。大约在1.0 Ga时,洋壳开始沿着黄陵缝合线向南俯冲到华南地块之下(图3b)。约900 Ma,随着黄陵北侧的持续俯冲,神农架地体与陡岭地体之间的洋壳开始了向南的洋内俯冲,并形成了小磨岭岛弧(图3c;观察点4.5)。在900~810 Ma期间,小磨岭北侧缝合带形成了约865 Ma的N-MORB和IAB型岩石,并被925~812 Ma俯冲相关的辉长岩和闪长岩侵入。在大约850~830 Ma,伴随着大洋沿着黄陵和小磨岭北缘向南俯冲,沿着陡岭地体的北侧出现了一次新的南向俯冲过程(图3d),并在黄陵弧、武当弧后裂谷盆地、小磨岭弧、陡岭弧等地形成了弧前火山—沉积序列和大量新元古代弧相关的镁铁质和花岗质侵入体。在约810~800 Ma,小磨岭弧与陡岭地体,神农架地体与华南地块发生碰撞拼合(图3e),增厚的黄陵地体在约810~800 Ma迅速垮塌,并被806~797 Ma的长英质—镁铁质岩脉侵入。碰撞和垮塌事件诱发大洋沿着凤凰山南侧发生北向俯冲,形成年龄约为797~704 Ma的弧相关花岗岩和闪长岩侵入体以及武当岩群火山—沉积建造(图3f)。

(3)古生代北秦岭和南秦岭地块之间的两阶段俯冲造山作用(Dong and Santosh, 2016)

大约600 Ma,商丹洋以关子沟大洋辉长岩为代表,分隔了华南地块和华北地块(观察点1.6,1.7;图3g)。在约540 Ma,商丹洋开始向北俯冲至北秦岭地块之下,并且在北秦岭地块中形成大量的俯冲相关的辉长岩和花岗岩侵入体(图3h)。在俯冲带残留的大洋岩石圈即丹凤群蛇绿岩,例如小王涧枕状玄武岩(观察点5.7)。大约515 Ma,商丹洋的俯冲作用在北秦岭地块中形成大量的辉长岩和花岗岩侵入体,并导致二郎坪弧后盆地打开(图3i)。大约500 Ma,商丹洋岩石圈向北俯冲至北秦岭地块之下形成高压/超高压变质岩,二郎坪弧后盆地开始向南俯冲至北秦岭地块之下(图3j),并于440 Ma最终闭合,残留的洋壳保存为二郎坪群变基性火山岩(图3k;观察点2.1, 5.3~5.4)。商丹洋在约460~422 Ma期间继续向北俯冲,在北秦岭地块中形成大量的458~434 Ma辉长岩侵入体,例如拉鸡庙岩体(观察点2.6)。商丹洋俯冲过程中在弧前盆地形成了弧前增生杂岩,以虎豹河(观察点5.8)和沙梁子(观察点5.9,5.10)粗碎屑沉积岩为代表。同时,勉略洋盆开始扩张,南秦岭地块从华南地块中逐步分离出来(图3k-l)。直到约400 Ma,大洋岩石圈的俯冲消减最终导致商丹洋闭合(图3 m),形成了商丹缝合带的蛇绿岩(观察点5.7)、高应变带(观察点6.5,1.2)以及不整合(观察点2.1、3.9,4.3~4.4)。南秦岭地块与北秦岭地块发生陆—陆碰撞,导致秦岭杂岩的深熔和混合岩化作用(观察点5.6,6.1,6.2,6.4)。约400 Ma以后,南秦岭地块继续向北秦岭地块以下进行大陆俯冲,最终在南秦岭北部地区形成了一个中泥盆世至早三叠世的前陆盆地(观察点2.8,3.1~3.10,4.1~4.4,5.11,6.6,7.2~7.4,8.1,8.4)。

图3 秦岭造山带造山模式图 (据Dong and Santosh, 2016)Fig.3 Schematic cartoon showing the tectonic evolutionary history of the Qinling Orogenic belt (After Dong and Santosh, 2016)

(4)三叠纪南秦岭和华南地块之间的碰撞造山作用(Dong and Santosh, 2016)

勉略洋志留纪初始扩张,南秦岭地块从华南地块中分离(图3k)。大约250 Ma,勉略洋向北俯冲至南秦岭地块之下,形成俯冲相关火山岩(图3n)。220~210 Ma期间,勉略洋壳的逐渐消减导致南秦岭地块和华南地块的碰撞拼合(图3o),并且引起大陆地壳的增厚和部分熔融,在南秦岭地块产生大量220~210 Ma的花岗岩,如柞水岩体(观察点4.6),八里坪岩体(观察点6.3),东江口岩体(观察点7.1),胭脂坝岩体(观察点7.5)。同时,碰撞造山作用导致南秦岭和商丹缝合带均发生了大规模挤压逆冲、走滑构造变形(观察点3.1,4.2,5.8~5.10,6.5)。大约在210~200 Ma,地壳的增厚和造山带快速垮塌,形成后造山期沙河湾环斑花岗岩(观察点2.7)、秦岭内部早中侏罗统红色断陷盆地沉积(观察点5.12,8.8),以及高压麻粒岩199-192 Ma的折返。勉略缝合带在晚侏罗世-早白垩世期间被沿着勉略—巴山—襄广断裂发生的向南逆冲作用所叠加改造。

(5)晚白垩世—新生代秦岭造山带的陆内造山作用(Dong and Santosh, 2016)

三叠纪的碰撞作用之后,华北地块、北秦岭地块、南秦岭地块和华南地块最终拼合成为中国大陆的主体。至此,整个秦岭造山带进入陆内造山演化阶段,包括早中侏罗世时期秦岭造山带的伸展垮塌和断陷作用、晚侏罗世至早白垩世期间的挤压和逆冲作用(观察点5.12,8.8)以及晚白垩世至古近纪的秦岭造山带抬升和北侧渭河地堑的断陷沉降作用(观察点5.1,2.3,8.7)。

5 结语

高年级本科生的野外实习是提高地质学专业学生野外实践能力、培养宏观区域构造演化思维、实现地学人才培养目标的必要课程。西北大学“鄂尔多斯盆地—秦岭造山带野外教学实习”课程设计始终贯彻以构造演化为主线,通过观察—讲解—讨论—启发的模式,实现多学科知识的交叉融合,开展造山带尺度的不同路线、不同地质观察点的时—空配置关系的有机串联,有效引导学生从课堂理论学习向野外实践和科学研究过渡,建立宏观的构造演化地学思维方式,为培养高水平地学优秀人才起到了重要作用。

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