新闻动态广州地化所揭示蒙古山弯构造几何学样式与动力学机制
山弯构造（Orocline，也称弯山构造），是相对线性的造山带绕着铅直轴发生弯曲所形成的弧形或马蹄形构造，其广泛发育于全球造山带中，控制着造山带的构造样式、岩浆演化、沉积过程及古地理格局。理解山弯构造形成的地球动力学机制，重建其弯曲过程中俯冲板片及上覆造山带三维几何学、运动学演化过程，是汇聚板块边界造山带4D重建首要解决的科学问题。近年来，国际地质对比计划专门设立项目(IGCP 574)，推动全球山弯构造几何学、运动学与动力学研究，探究山弯构造形成与造山带岩浆、沉积演化的时空耦合关系，完善造山带发生大规模弯曲的理论体系。
蒙古山弯构造位于中亚造山带中东部（图1），其弯曲程度近180°，波幅近3000km，是全球弯曲程度最高的汇聚板块边界，其保存着蒙古鄂霍茨克洋俯冲消亡的连续地质记录，是探究增生造山环境下俯冲带大规模弯曲动力学机制的天然实验室。经过多年的研究，学术界已从岩石构造单元空间分布的角度证实了蒙古山弯构造的存在，但对其三维几何学样式、运动学过程及其弯曲动力学机制仍未有系统约束。鉴于此，中国科学院广州地球化学研究所李鹏飞研究员及其合作者，围绕蒙古山弯构造转折端（蒙古杭爱山地区Zag地体；图1, 2）开展了系统的变形构造解析工作，并综合航磁、古地磁、地震层析成像及区域地质资料，揭示了蒙古山弯构造的几何学、运动学及动力学特征。
图1. 蒙古山弯构造及邻区大地构造简图（A, C）及航磁图（B）。MOS: 蒙古鄂霍茨克缝合带；MOO: 蒙古鄂霍茨克造山带。
图2. 蒙古山弯构造转折端Zag地体构造地质图（A）、主期面理S2野外及显微照片（B）和变形构造赤平投影图（C-J；蓝色— Domain 1; 黑色—Domain 2; 绿色—Domain 3）。注：区域性主期面理S2近直立产出，并逐渐发生弯曲形成区域尺度的大型倾竖褶皱构造，对应着山弯构造转折端的几何学样式。
研究发现，蒙古山弯构造转折端Zag地体岩石发生强烈变形，产出近直立的透入性面理构造S2（图2B），其逐渐发生弯曲形成区域尺度的大型倾竖褶皱构造，对应着山弯构造转折端的几何学样式，其枢纽（倾伏向~077°，倾伏角~75°；图2H）及轴面（倾向北，倾角~87°）产状量化了蒙古山弯构造的三维几何学要素。在此基础上，研究人员发现，蒙古山弯构造具有低应变特征，并不发育前人所推测的平行其轴面的面理构造，显示其形成过程中并未经历平行于造山带的大规模缩短。结合古地磁及地震层析成像资料（图3），项目组约束了蒙古山弯构造弯曲的运动学过程，认识到蒙古山弯构造主要形成于二叠至侏罗纪，其弯曲过程伴随着蒙古鄂霍茨克洋的逐渐俯冲及剪刀式消亡，并可能受控于蒙古鄂霍茨克俯冲板片沿走向的差异后撤或西伯利亚与华北的相向旋转（图4）。
图3. 亚洲地区下地幔地震层析成像图。白色虚线刻画了残留在下地幔中的蒙古鄂霍茨克俯冲板片（高速体）延伸方向，其在1770公里深处（A）较2150公里深处（B）更为弯曲，指示蒙古山弯构造两翼俯冲体系向海沟方向的逐渐后退。
图4. 蒙古山弯构造形成的两种端元模式简图。（A）蒙古鄂霍茨克洋俯冲板片沿着走向差异后撤（两翼较快），导致俯冲带弯曲及山弯构造形成，同时伴随着弧后裂谷盆地的打开；（B）西伯利亚和华北相向旋转，迫使俯冲带后退及山弯构造形成，对应着上覆板块的压缩变形。
该项工作阐明了蒙古山弯构造的三维几何学样式及低应变成因，建立了耦合俯冲带弯曲与上覆板块变形、岩浆、沉积演化的概念模型，揭示了俯冲带侧向迁移在山弯构造形成过程中扮演的关键角色，相关成果发表在国际地质学期刊《Geological Society of America Bulletin》。
论文信息:Pengfei Li, Min Sun, Tserendash Narantsetseg, Fred Jourdan, Wanwan Hu, Chao Yuan; First structural observation around the hinge of the Mongolian Orocline (Central Asia): Implications for the geodynamics of oroclinal bending and the evolution of the Mongol-Okhotsk Ocean. GSA Bulletin 2021; doi: https://doi.org/10.1130/B36200.1
