华北克拉通北缘燕山褶皱-逆冲构造带的中生代演化受控于古亚洲洋、古特提斯洋和蒙古-鄂霍茨克洋三大构造域的构造叠加,经历多期变形、岩浆和沉积作用,形成复杂的地质面貌。厘清燕山构造带中生代的变形过程和驱动机制对于陆内变形和构造叠加研究具有重要科学意义。然而,对于燕山构造带三叠纪变形过程的认识受到侏罗纪燕山运动的叠加改造、研究基础薄弱等因素的限制而存在较大争议。其中最大的争议是晚三叠世燕山构造带的构造属性(挤压或者伸展)及其与强烈岩浆活动的关系,导致多种不同的动力学模型被提出来解释燕山构造带三叠纪的地质演化。
针对上述燕山构造带三叠纪变形过程的关键科学问题,中国地质大学(北京)地球科学与资源学院林成发讲师与刘少峰教授和张博副教授等聚焦燕山构造带的下板城盆地,开展系统的地层学、沉积学和年代学研究。团队基于沉积-构造耦合研究的思路,利用生长地层-生长构造分析,结合区域大量沉积学、岩浆岩年代学和地球化学数据,首次完整建立燕山构造带三叠纪变形过程(图1),并探讨了双向汇聚系统中多构造域叠加作用如何控制仰冲大陆的陆内变形,取得了以下主要的成果和认识:
1. 下板城盆地属于逆冲活动控制的挠曲盆地,三叠纪期间经历两期主要的逆冲断层活动和一期伸展变形(图2),包括中三叠世(约242-232Ma)主体指向南的逆冲断层活动,控制盆地形成和充填;晚三叠世(约217-198 Ma)南、北极性的逆冲断层同时发育,控制杏石口组巨厚砾岩沉积。两期收缩变形之间,晚三叠世早期(约230-215 Ma)盆地受伸展变形控制发生湖泛和岩浆活动。
2. 燕山构造带三叠纪经历三阶段构造演化:早-中三叠世(252-230 Ma)极性向南的逆冲活动和岩浆活动减弱阶段,受控于古亚洲洋的俯冲和闭合造山作用;晚三叠世早期(230-215 Ma)伸展变形与强烈幔源岩浆活动,响应造山后垮塌和蒙古-鄂霍茨克洋俯冲带弧后伸展;晚三叠世晚期-早侏罗世早期(215-195 Ma)双向逆冲活动与岩浆活动停歇,受古特提斯洋闭合造山作用引发的远场应力传递、蒙古-鄂霍茨克洋俯冲作用的应力阻挡和早期岩石圈弱化作用的共同控制(图3)。
3. 该研究为理解双向汇聚系统中板块边界作用如何控制陆内变形提供了新的视角,华北克拉通北缘作为构造叠加作用区,其演化依赖于:(1)俯冲动力学(三大构造域的俯冲和闭合造山作用);(2)岩石圈弱化(造山后垮塌和弧后伸展);以及(3)远场应力传递作用(刚性克拉通块体)。这项研究不仅解开了燕山构造带构造演化的长期争议,也为全球多板块汇聚背景下的陆内变形研究提供了“中国案例”。

图1 燕山褶皱-逆冲带三叠纪地质演化序列和地质证据:(a)沉积学数据与盆地演化;(b)构造数据与变形序列;(c)岩浆岩年代学、Hf同位素、主量元素、反演地壳厚度数据与岩浆活动序列。

图2 燕山褶皱-逆冲带中段承德地区下板城盆地三叠纪盆地演化。(a-d-g)中三叠世丁家沟组沉积期古地理格局、构造剖面和生长地层模式;(b-e-h)晚三叠世早期胡杖子组沉积期古地理格局、构造剖面和生长地层模式;(c-f-i)晚三叠世-早侏罗世杏石口组沉积期古地理格局、构造剖面和生长地层模式。

图3 华北克拉通北缘三阶段地质演化和动力学模型。(a-b)早-中三叠世古亚洲洋俯冲和闭合造山作用;(c)晚三叠世早期造山后垮塌和弧后伸展过程;(d)晚三叠世-早侏罗世古特提斯洋闭合和蒙古-鄂霍茨克洋俯冲。
本研究受国家自然科学基金(42102258和41820104004)、深时数字地球(DDE)种子基金(GJ-C03-2023-002)和中国地质大学(北京)教师基本科研能力提升项目(2-9-2022-055)资助。
上述成果发表在《Tectonics》:Lin, C.F., Liu, S.F.*, Zhang, B., Ran, C.L., Tian, C., Tian, M.Y. 2026. Tectonic Overprinting From Distinct Orogenic Domains: Evidence From Syntectonic Depositions and Magmatic Records in the Overriding Continent. Tectonics, 45(3), e2025TC009279.
全文链接:https://doi.org/10.1029/2025TC009279