西北大学地质学系

我系在定量估算石炭纪-二叠纪古亚洲洋范围的研究中取得重要进展

 近日,我系超大陆学科团队张东海博士、赵国春院士联合北京大学黄宝春教授及其他国内外合作者对蒙古板块南缘(南蒙-兴安构造带)320-280 Ma宝力高庙组的一套火山沉积地层开展了系统的古地磁学和年代学研究。研究精确限定了晚石炭世-早二叠世古亚洲洋北岸蒙古板块的古地理位置,并结合古生物地理及其他地质证据约束,对Pangea超大陆中中亚造山带的古地理格局进行了系统重建。这一研究成果已在线发表于国际地学顶级期刊Geophysical Research Letters (GRL; Nature Index源期刊)

在现有的Pangea超大陆重建方案中,通常不将东亚主要的块体(华北、华南、印支及蒙古)作为晚古生代Pangea的一部分。其中,古亚洲洋分隔了华北-塔里木与蒙古、西伯利亚等板块,其闭合时间争论已久,极大地制约了东亚块体在Pangea超大陆中的古地理重建。现有的关于古亚洲洋闭合的争议时间可大致分为晚泥盆世(380 Ma, Tang et al., 1990; Xu et al., 2013; Zhao et al., 2013; Shao et al., 2014)和晚二叠世(250 Ma, Li et al., 2006; Deng et al., 2009; Eizenhöfer and Zhao, 2018; Xiao et al., 2018; Zhang et al., 2018; Ren et al., 2020两种观点。其争论的核心就在于380-250 Ma (石炭纪-二叠纪)该地区的古地理重建。古地磁学是用来进行古板块重建最有效的方法,但是以往的研究中没有高质量的古地磁数据来约束古亚洲洋北岸蒙古板块在晚石炭世-早二叠世的古地理位置,使得我们无法有效解决上述争议

1. a)中亚造山带构造格局划分(改自Liu et al., 2017; Xiao et al., 2018; Zhang et al., 2018; (b, c, d) 采样地区地质图及古地磁采样剖面位置。

 在本次研究中,我们从蒙古板块南缘(南蒙-兴安构造带)320-280 Ma宝力高庙组的一套火山沉积地层中获得了320-296 Ma300-280 Ma的两个高质量古地磁结果(图1, 2),稳定的特征剩磁分量均通过了褶皱检验和长期变检验,单一负极性显示了与Kiaman负极性超时的一致性,指示岩石很可能记录了可靠的原生剩磁。

2. 乌里雅斯太陆缘320-296 Ma300-280 Ma火山岩古地磁结果

 根据本文获得的最新结果,并结合已发表的可靠古地磁数据以及古生物和其他地质证据约束,我们对中亚造山带晚石炭世-早二叠世的古地理进行了重建(图3):

1在古亚洲洋北岸,蒙古板块在320-296 Ma300-280 Ma期间分别位于34.0° ± 3.8°N 43.6 ° ± 6.6°N,发育北方大区腕足动物群和安加拉植物群;在古亚洲洋南岸,华北板块和锡林浩特地块位于赤道低纬度地区,发育特提斯大区动物群和华夏植物群(Shen et al., 2006; Wang et al., 2013; Tian et al., 2016; Niu et al., 2021)。古亚洲洋作为主要的地理分隔,阻碍了两岸的生物混生。

2)古亚洲洋的宽度从西往东逐渐变宽,呈喇叭状开口,在中段(靠近苏尼特右旗地区,43°N/114°E)的南北向距离大约为2700 km;在西段(43°N/102°E)的南北向距离大约为1300 km

3)华北和蒙古在晚石炭世至早二叠世发生了协同北移,这一运动趋势与Pangea大陆的主体部分Laurussia的运动趋势相一致,表明此时华北和蒙古可能已经是Pangea超大陆的一部分。

4古亚洲洋的闭合过程整体呈剪刀式由西往东穿时完成,古生物的混生也显示了同样的穿时性,安加拉植物群和华夏植物群的混生在中二叠世已在天山-北山地区大量出现,而在东段兴蒙造山带地区则要持续到晚二叠世才广泛出现。

3. a)西伯利亚、华北、蒙古和锡林浩特板块在石炭纪-二叠纪的古纬度变化曲线;(b300 Ma中亚造山带地区的古地理重建图,箭头指示了华北、蒙古、锡林浩特和劳俄大陆、西伯利亚板块存在一致的协同北移。

 本研究为解决古亚洲洋的最终闭合争议以及重建石炭纪-二叠纪的全球古地理格局提供了坚实的支撑。

文章标题Quantifying the extent of the Paleo-Asian Ocean during the Late Carboniferous to Early Permian.

原文链接https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021GL094498

第一作者及共同通讯作者:张东海,男,29岁,西北大学地质学系超大陆学科团队、大陆动力学国家重点实验室。主要研究方向为构造古地理重建及生物、环境的协同演化;共同通讯作者:北京大学黄宝春教授。本研究受国家自然科学基金NSFC41902229, 41730213, 92055205, 42072264, 41902229, 41972237, 41972237)、中国博士后面上基金(2019M650271)、陕西省自然科学基础研究计划(2020JQ-586)、973项目子课题(2013CB429802)和Hong Kong RGC GRF17307918)等项目联合资助。

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