造山帶與造山作用

造山帶與造山作用

巖石圈全球巖石圈的最大構(gòu)造單元就是巖石圈板塊。全球巖石圈的基本結(jié)構(gòu)單元是大陸巖石圈和大洋巖石圈。地殼分為大陸地殼和大洋地殼，簡稱陸殼和洋殼。兩者之間常有過渡性地殼，簡稱過渡殼。巖石圈的基本構(gòu)造單位分兩個類型：活動構(gòu)造帶和穩(wěn)定地塊，即造山帶和克拉通。也即地貌上的山脈和盆地或高原，或大洋的中脊、俯沖帶、轉(zhuǎn)換斷層帶、洋島山脈和深海盆地與高原等。造山帶研究的重要性造山帶是研究巖石圈和地殼形成、演化、成因及其動力學(xué)的最重要地帶。是巖石圈和地殼中最強烈的活動帶，因此也就成為巖石圈和地殼形成演化信息儲存和記錄最多的關(guān)鍵研究地帶?，F(xiàn)今正在發(fā)生和進行著的地質(zhì)作用與過程，主要是這些板塊以側(cè)向運動為主的分離、剪切轉(zhuǎn)換與會聚的相互作用及其產(chǎn)物。造山帶造山帶(orogenicbelt)是地球上部由巖石圈劇烈構(gòu)造變動和其物質(zhì)與結(jié)構(gòu)的重新組建使地殼擠壓收縮所造成的狹長強烈構(gòu)造變形帶，并往往在地表形成線狀相對隆起的山脈，一般與褶皺帶、構(gòu)造活動帶等同義或近乎同義。包括地殼擠壓收縮，巖層褶皺、斷裂，并伴隨巖漿活動與變質(zhì)作用所形成的山脈，以及拉伸構(gòu)造、剪切走滑在形成裂谷、裂陷盆地的同時，相對造成周邊抬升，構(gòu)成山系。這種橫向收縮、垂向增厚，隆升成山而造成構(gòu)造山脈的作用叫作造山作用或造山運動，與地殼運動中的造陸運動相對而提。對造山作用或造山運動含義的理解：(1)造山作用或造山運動指因地殼和巖石圈成分重組、結(jié)構(gòu)重建而形成造山帶的復(fù)雜地質(zhì)過程。不是簡單的全球性同時幕式的發(fā)生發(fā)展，而是此起彼伏的不斷發(fā)生，但就具體地區(qū)而言又是有階段性、周期性的以相對和緩平靜與劇烈的量變到質(zhì)變的不同形式在發(fā)生發(fā)展的漫長連續(xù)地質(zhì)作用過程。地貌上高起成山脈，只是造山作用的最終產(chǎn)物之一，既不是造山作用全貌，也不是其本質(zhì)，而是造山運動最終結(jié)果的一種明顯表現(xiàn)形式，成山不成山并非關(guān)鍵，更不應(yīng)成為判別造山作用的主要標(biāo)準(zhǔn)。往往造山運動最終導(dǎo)致成山脈，隆升高起，但并非都要成山。(2)大洋造山帶與大陸造山帶雖然含義相同，但兩者形成與發(fā)展差異顯著。大洋中的造山帶以大洋中脊伸展增生構(gòu)造成山、洋底火山山脈和邊界俯沖碰撞造山為特征。大陸雖然也有重要巨大的伸展構(gòu)造，但更以收縮擠壓性造山帶為突出特色。自然這是由大洋與大陸巖石圈間的本質(zhì)差異及其構(gòu)造動力學(xué)背景的不同所決定的。造山作用定義造山作用是由于地殼的縮短(包括由走滑作用衍生的縮短)所引起的塑性流動、韌性剪切、褶皺、沖斷、剪壓、變質(zhì)作用、巖漿作用、地體拼合增生和地殼增厚地形隆升等作用的總和。這種作用主要發(fā)生在匯聚板塊邊緣帶上(板緣造山)，少部分形成于板塊內(nèi)部(板內(nèi)造山)。造山作用的定義造山帶6種特征標(biāo)志①造山帶是地殼的縮短帶。造山帶的地殼縮短可以由擠壓作用直接產(chǎn)生，也可以由斜向走滑作用衍生；②造山帶廣泛發(fā)育塑性流動、韌性剪切、褶皺、沖斷和/或剪壓構(gòu)造帶。早期造山作用和褶皺作用有相通的意思，現(xiàn)在看來褶皺和沖斷推覆構(gòu)造的發(fā)育程度仍然是造山帶和克拉通地區(qū)的主要宏觀構(gòu)造區(qū)別之一；③造山帶有廣泛的變質(zhì)作用發(fā)生，巖石組構(gòu)發(fā)生改變。④造山帶有強烈的中酸性巖漿活動，有廣泛的熱參與；⑤造山帶沉積以非史密斯地層為主。較大規(guī)模的造山帶通常有蛇綠混雜巖帶存在；⑥地殼中參與造山作用的主體是硅鋁層陸殼物質(zhì)，洋殼物質(zhì)以殘留體形式存在，在整個造山帶中所占的比例很小。威爾遜旋回與造山帶的分類造山帶主要包括：板塊邊緣和板內(nèi)造山帶。有三種類型的板塊邊緣：離散型、匯聚型和轉(zhuǎn)換型，造山作用主要產(chǎn)生在匯聚型板塊邊緣帶上。威爾遜旋回指大洋開合的歷史，即大陸張裂的初期，形成大陸裂谷；然后逐漸發(fā)展成為紅海型的初生洋盆和大西洋型的年輕大洋；最后發(fā)展成為太平洋型的成熟大洋，太平洋型的成熟大洋通過向活動大陸邊緣之下的消減作用而逐漸萎縮，當(dāng)大洋最終消亡的時候，原來位于大洋兩岸的大陸相互碰撞拼合，形成碰撞造山帶。碰撞造山帶分類方案陸—陸碰撞型造山帶參與碰撞的單元可以是兩個大陸板塊，或者是大陸板塊與微板塊或兩個微板塊(圖4a)。這類碰撞造山帶得到的確證很少。陸—前緣弧碰撞造山帶典型實例有臺灣的海岸山脈造山帶和澳大利亞與斐濟島弧碰撞形成的造山帶(圖4b)。這兩個碰撞造山帶的碰撞造山作用均發(fā)生在弧前位置?；『笪恢靡部梢陨蛇@類碰撞造山帶，例如阿巴拉契亞的塔康時期的碰撞造山作用便發(fā)生在弧前位置。陸—殘留弧碰撞造山帶著名的阿爾卑斯造山帶成為了陸—殘留弧碰撞型造山帶的典型實例(圖4c)。

陸—增生弧碰撞造山帶如喜瑪拉雅(圖4d)、天山和昆侖造山帶。增生弧大都是由前緣弧向大洋方向增生的。如果把造山作用的變形復(fù)原，增生弧的火山巖和花崗巖都有向大洋變年輕的趨勢。增生弧的一個尚未解決的問題是其巖漿來源問題。Nicholls等(1977)提出，弧拉斑玄武巖巖漿和鈣堿系列巖漿生成于消減帶之上的地幔楔中。但是，混雜帶增生楔的長程增生，這種大陸地幔楔不可能緊跟在消減帶之上。增生弧巖漿可能來自混雜帶的復(fù)石基質(zhì)和或鐵鎂質(zhì)火成巖的部分熔融作用，而韌性剪切帶的剪切熱可能是引起部分熔融的機制?；　∨鲎苍焐綆缥覈綎|太平寨弧與三屯營弧的碰撞(圖4e)和新疆北部西準(zhǔn)噶爾增生弧碰撞造山帶。這種類型可以進一步劃分出前緣弧—前緣弧碰撞、前緣弧—殘留弧碰撞、前緣弧—增生弧碰撞、殘留弧—增生弧碰撞4個亞類。陸—弧—陸碰撞造山帶這種類型指的是3個參與碰撞的單元在同一地質(zhì)時期發(fā)生碰撞的造山帶。碰撞事件的時限標(biāo)志碰撞造山帶最令人矚目的是大洋巖石圈消亡后，兩個陸殼塊體碰撞接觸的時間，即碰撞事件的時間。從大洋巖石圈消減到大陸巖石圈消減是一個連續(xù)的過程。地表和近地表的變形作用由混雜帶的疊瓦沖斷漸變?yōu)榇箨懬瓣懙鸟薨櫅_斷作用，找不到突變的地質(zhì)記錄。也就是說，碰撞事件沒有留下明顯可見的直接地質(zhì)記錄，是碰撞造山帶中普遍的情況。板塊構(gòu)造理論把碰撞事件作為碰撞造山作用的起始時代，因而就必須利用碰撞事件下限時間與上限時間之間的間隔，使其逐漸縮小，來限定該事件的時代。我們方法是運用碰撞前和碰撞后的各種時間標(biāo)志，分別選取其中下限的最小年齡值和上限的最大年齡值，推斷碰撞事件的時代。增生型造山帶的基本特征①具有很寬的增生楔，增生楔中的復(fù)理石基質(zhì)向著海溝后退方向時代逐漸變新；②增生楔中有多條蛇綠巖帶，是海溝后退到適宜的構(gòu)造位置時沿滑脫斷層就位形成的；③增生型造山帶中有多條鈣堿性火山巖和花崗巖帶，其生成時代也向著海溝后退方向變新；④增生地體內(nèi)含有海山、大洋島和大洋臺地的構(gòu)造碎塊，使增生型造山帶復(fù)雜化；⑤增生型造山帶中具有多條韌性剪切帶，可能是蛇綠巖構(gòu)造就位的滑脫帶；⑥增生型造山帶含有大型—超大型銅、金和多金屬礦床。走滑造山帶板內(nèi)造山的兩種類型一類形成于克拉通之上；另一類形成于顯生宙特別是中新生代造山帶之上，或稱之為造山帶的復(fù)活。古克拉通下面是沒有山根的，巖石圈本身不存在失穩(wěn)的條件，造山活動的起源只能從軟流圈的運動狀態(tài)來尋找。解釋克拉通基礎(chǔ)上板內(nèi)造山的最成功模式是巖石圈拆離——陸內(nèi)俯沖模式(圖1)。該模式的實質(zhì)是說穩(wěn)定克拉通下部的軟流圈由于某種原因發(fā)生離散運動，但還沒有達到破壞巖石圈完整性的程度便發(fā)生反轉(zhuǎn)。在這種快速的由離散到匯聚的振蕩運動中，巖石圈的運動幅度和節(jié)拍沒有同步跟上軟流圈的運動。在相對穩(wěn)定的板塊內(nèi)部軟流圈的單獨活動破壞了上下層圈間的和諧運動，也就是說巖石圈和軟流圈運動的不一致性導(dǎo)致了這類造山帶的形成。巖石圈殼—幔拆離和陸內(nèi)俯沖模式Kroner提出了一個Martin等(1983)稱之為拆沉模型(delaminationmodel)的Damara造山帶造山作用模式(圖1)。在840Ma前，由于地幔柱上升至下地殼底部，使下地殼加熱并開始伸展，在地殼底部發(fā)生部分熔融作用。在上地殼中形成了3個地塹系，接受了早期的裂谷火山—沉積巖系。從840～750Ma，熱的軟流圈物質(zhì)在殼幔邊界侵入和橫向擴展、下地殼加熱及部分熔融和韌性伸展，使上部地殼大規(guī)模拗陷，接受巨厚的地槽型沉積，并有原始拉斑玄武巖巖漿噴出于盆地中。巖石圈破裂以后由于自身的重力不穩(wěn)定性，殼下巖石圈與下地殼分離并下沉，開始發(fā)生A型俯沖作用。從750～650Ma，直到500Ma，熱的下地殼繼續(xù)部分熔融并與地幔相互作用而誘發(fā)同構(gòu)造侵入作用，加厚地殼的放射性增溫和摩擦熱作用產(chǎn)生了造山后期和造山期后的花崗質(zhì)巖漿活動。在地殼表層強烈擠壓下，產(chǎn)生高位逆沖推覆構(gòu)造，并伴有磨拉石盆地沉積。Damara造山帶造山作用模式

造山帶的復(fù)活新生代造山帶的復(fù)活是我國西部大地構(gòu)造活動的一大特點。所謂造山帶的復(fù)活，應(yīng)該和原生造山帶連續(xù)長期的活動有不同的特點，和原生造山帶不屬于同一地球動力學(xué)過程，而只是在空間上繼承老造山帶的位置，或是在老造山帶基礎(chǔ)上重新發(fā)展起來的造山帶。這時它們的板塊構(gòu)造背景已經(jīng)改變。因此，從本質(zhì)上說造山帶的復(fù)活應(yīng)該是板內(nèi)造山的一種類型。如印度板塊和歐亞板塊之間的喜馬拉雅碰撞造山帶在始新世相撞后，北部軟流圈受南部持續(xù)向北運動的影響運動方式發(fā)生改變，直到現(xiàn)在青藏高原下的軟流圈還拖動著印度板塊、青藏高原和塔里木板塊持續(xù)地北移。這種運動如果沒有邊界條件的改變在板塊內(nèi)部是不會形成造山作用力的。山根的存在必然導(dǎo)致塑性流動層運動條件的改變。原生造山帶的山根還沒有來得及消失，凸出于粘性流動的軟流圈中，接受軟流圈流動所施加的力的作用，這種力的作用造成上部巖石圈層的褶皺、沖斷、推覆、剪切，引發(fā)變形變質(zhì)和巖漿活動，形成造山帶的復(fù)活及新生，這種過程所反映的本質(zhì)是巖石圈板塊和軟流圈之間的相對運動。這就是我國西部造山帶復(fù)活的運動學(xué)和動力學(xué)背景。因此，造山帶復(fù)活的作用力，本質(zhì)上不是碰撞作用力的遠距離傳遞，而是遠距離粘性流動受阻于早期造山帶的山根，改變了原先運動背景所產(chǎn)生的新生作用力。與板塊俯沖和碰撞有關(guān)的陸內(nèi)造山作用模式在這類陸內(nèi)造山作用模式中，最具代表性的當(dāng)屬關(guān)于拉拉米造山帶的低角度俯沖模式。異常厚且具浮力的巨大的大洋高原的俯沖，導(dǎo)致了俯沖角度的變緩。有一個面積大體與拉拉米造山帶相當(dāng)?shù)拇笱蟾咴诎讏准o(jì)末第三紀(jì)初(65～40Ma)俯沖至拉拉米之下，是拉拉米構(gòu)造變形發(fā)生的原因(圖2)。除了低角度俯沖模式之外，板塊間相互作用的遠程效應(yīng)也被用來解釋板內(nèi)造山帶的形成。許多地質(zhì)學(xué)家均將板內(nèi)構(gòu)造變形歸因于板塊的俯沖或碰撞。但是，板塊的俯沖或碰撞所產(chǎn)生的邊界應(yīng)力可否產(chǎn)生有效的遠程傳遞效應(yīng)，及如何傳遞的問題，目前尚無一致的認識。大洋高原低角度俯沖導(dǎo)致Laramide造山帶變形的造山作用模式

造山帶內(nèi)部的大地構(gòu)造相構(gòu)造樣式當(dāng)代造山帶研究的重要前沿課題(1)大陸造山帶的形成演化、機制與其特殊復(fù)雜性及其大陸動力學(xué)與地球動力學(xué)意義。(2)大陸造山帶地殼、巖石圈及其之下的地幔各圈層的相互作用、過程與動力學(xué)。(3)造山作用與全球變化，尤其現(xiàn)代造山作用、車免近時期陸