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基于構造動力體制與復合造山作用探析

2021-4-9 | 地質學論文

本文旨在以前人研究成果為基礎,對全球構造動力體制和復合造山作用的一些基本問題提出認識,供大家討論,而有關不同構造動力體制下形成的區域成礦地質環境及其專屬的成礦作用將另文再行討論。

全球構造動力體制

1.大洋動力體制

全球性的構造動力體制決定全球性的構造體系。自20世紀50~60年代海底擴張-板塊構造學說提出以來,經過幾十年的豐富和發展,其理論體系日趨成熟和完善,逐漸成為統一固體地球科學領域全球性構造研究的經典學說。板塊構造理論的提出,成功的回答了先前其他構造學說難以解釋的一些地學問題,如大陸裂解、大洋擴張、板塊俯沖、火山地震和板塊(大陸)邊緣成礦等。其最大的成功之處就在于解決了這些現象產生的動力來源,認為板塊的相互作用是引起大地構造活動的基本原因。有關于板塊構造理論的基本觀點、基本理論、基本知識及其最新發展已有眾多的文獻加以報道,此不詳述。板塊構造源于大洋,描述和解釋的是以水平運動為主導(水平運動激發垂直運動)的板塊構造導致的大陸邊緣增生和大洋板塊消失及與其相關的構造、巖漿(火山)、成礦、地震和運動現象。

盡管至今還沒有完整理論闡明板塊運動的驅動力和地幔對流機制,但基于板塊運動開啟自海底擴張,不妨將板塊構造的動力學體制稱為大洋動力體制,基于大洋動力學體制研究的科學就是大洋動力學(馬宗晉和高祥林,2004;李錦軼,2009)。現代地球上,大西洋、印度洋屬于大洋動力體制演化的早期階段,太平洋中脊及東西兩岸地區屬于高峰期,而地中海則屬于其晚期。而在地球化學的歷史上,可能與超大陸旋回一致,許多地區曾經歷了大洋構造動力體制的演化。如在青藏高原和西南三江地區,李光明等(2000)論證了夾于班公湖-怒江和雅魯藏布江兩條巨型板塊結合帶之間的岡底斯構造帶,是一個經歷有晚古生代-中生代復雜的多島弧-盆系演化歷史;而潘桂棠等(2001)則系統討論了東特提斯古生代-中新生代多島弧盆系的演化過程。顯然其歷史上經歷了典型的大洋構造動力體制的控制。

2.大陸動力體制

“板塊構造”并不直接等價于全球構造(馬宗晉和高祥林,2004;張旗,2008)。近代大陸巖石圈流變學、地震反射剖面及大陸科學鉆探的成果揭示,不同于簡單的大洋剛性塊體,大陸巖石圈是一個不均一、不連續、具多層結構和復雜流變學特征的復合體(許志琴等,2008)。大陸下面的軟流圈也沒有全球意義,一些古老大陸的山根深深地插入(可達400km)地幔之中,構成穩定的大陸核心,大陸巖石圈的“殼內流層”使其剛性明顯不足,并且其化學邊界層和熱邊界層要比大洋厚得多和老得多,大陸流變學結構和演化過程十分復雜,所以,其動力學過程與大洋巖石圈是不同的。因此人們愈來愈發現運用經典的板塊理論很難解釋大陸地質,具有復雜流變特征的大陸巖石圈使板塊構造理論“登陸”受到很大的阻力。這正如美國大陸動力學計劃(1989年)所指出的“大陸物質的增生和消減過程仍然是一個謎”,“板塊構造理論并未闡明大多數動力作用,特別是發生在大陸地區的作用”,所以,當20世紀90年代國際巖石圈計劃從結構構造演化轉向過程與動力學時,大陸動力學作為優先發展的領域就應運而生了,現已迅速成為當代地球科學的重要前沿。

近十幾年來,隨著大陸巖石圈流變學、現代大陸變形、熱點和地幔柱理論、大陸深俯沖、巖石圈減薄、陸內造山、盆-山耦合以及大陸構造環境與陸內成礦等相互交織或關聯領域研究不斷取得重要進展,大陸動力學理論正在得到極大的豐富和完善。可以看出,上述有關大陸動力學的研究領域中,除大陸巖石圈流變學、現代大陸變形、盆-山耦合等屬于基本原理和表象層次外,其他涉及到的是以殼幔相互作用(垂直運動)為主導的動力體制,描述和解釋的也主要是大陸內部(包括大洋板內)而不是邊緣發生的大陸(板內)物質增生和消失及與其相關的構造、巖漿(火山)、成礦、地震、運動等現象。相應的,在大洋板內也有類似的以垂直運動為主導(垂直運動激發水平運動)的構造構造現象發生,可能具有與大陸(內部)相應現象相似的動力機制。但由于大洋板塊的結構遠沒有大陸那樣復雜,同時又因在深海水下進行而難以觀察,因此人們的研究重點自然聚焦到大陸上。

很明顯,只要大陸內部的問題搞清楚了,大洋板內的相應現象也就迎刃而解。基于人們的研究重點放在大陸(內部),因此,不妨將這種體制稱為大陸動力體制,基于大陸動力學體制研究的科學就是大陸動力學(馬宗晉和高祥林,2004)。業已證明,中國大陸是由多個規模不等的陸塊拼合而成的,并被認為是歐亞板塊的重要組成部分。但從巖石圈結構狀態看,其深部特征是不均一的。例如中國東部和北部較早結束大洋演化和洋陸轉換的歷史,目前已進入典型的陸內構造時期,并受大陸構造動力體制控制。由于中國大陸的多陸塊拼合歷史,造成了中國大陸內部的地質作用和成礦作用更為豐富多彩和復雜;而西南部(青藏高原地區)較晚結束大洋演化過程,目前處于碰撞-伸展造山階段,其北部和東部(三江地區)已基本與大陸的整體融合,進行陸內階段,但其主體(印度板塊和歐亞板塊碰撞帶)并未完全實現融合過程,統一的大陸巖石圈并未最終定型。

3.轉換動力體制

雖然大洋巖石圈與大陸巖石圈有重大差別,大洋板塊與大陸板塊也明顯不同,但兩者之間卻不是完全獨立演化、一成不變的,而是有著復雜的相互關系并可以相互轉換。大洋板塊向大陸板塊下的俯沖,使大陸得以增生,大洋板塊物質通過復雜的途徑加入到大陸上,解釋了一部分大陸的形成,然而,現代相對穩定大陸上占主體地位的巖石組合均為深海沉積物或海相火山巖,似乎表明,大陸的主體是由帶有覆蓋物的大洋通過某種體制直接抬升形成。此外,大洋板塊上,由于持續的火山噴發及后續地質作用可以導致新的大陸形成。另一方面,新的大洋則多是通過大陸裂解形成的。業已表明,地球形成以來,可能發生了若干次超級大陸和泛大洋之間的轉換,是謂超大陸旋回;次級大陸和大洋間的轉換和相互作用更為廣泛和普遍。大洋與大陸間的轉換并非一朝一夕形成的,而是經歷了漫長的時間,并具有特定的機制。上述表明,板塊俯沖導致大陸邊緣增生而不形成新的大陸,洋底火山活動可以形成小型大陸(陸核)并逐漸發展為新的大陸,只有當板塊通過縫合、碰撞、伸展等過程,才能形成真正意義上的大陸(馬文璞,1999),而大陸通過更深層次的裂解又形成新的大洋。由此可以看出,碰撞和伸展過程是洋陸得以轉換的關鍵。

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