區(qū)域大地構(gòu)造第二章造山帶沉積建造(42頁(yè))

1、二、造山帶（一）概念 地殼上的強(qiáng)烈的變形帶，呈長(zhǎng)條狀、線狀，是褶皺、斷裂和火山活動(dòng)十分發(fā)育的地帶。（二）基本地質(zhì)特征形態(tài)：線狀沉積厚度巨大。典型沉積建造：復(fù)理石建造、細(xì)碧角斑巖建造、磨拉石建造、硅質(zhì)巖建造3.構(gòu)造變動(dòng)強(qiáng)烈，變形復(fù)雜4.巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈5.廣泛的變質(zhì)作用沉積建造沉積建造泛指在一定構(gòu)造背景條件下，當(dāng)?shù)貧ぐl(fā)展到某一階段時(shí)所形成的一套具有特定巖相組合的沉積巖系。沉積建造是一定大地構(gòu)造和古氣侯背景下的巖石共生組合體，包括：建造的巖性巖相共生組合、建造的構(gòu)造旋回（時(shí)代）、建造的區(qū)域大地構(gòu)造環(huán)境、建造的古氣侯背景。因此沉積建造分析是構(gòu)建古構(gòu)造環(huán)境和大地構(gòu)造相的重要方面。造山帶中典型沉積建造復(fù)理石

2、建造：一種有規(guī)律的復(fù)雜互層的巨厚沉積，絕大部份為很規(guī)則的單調(diào)的砂巖和泥（頁(yè)）巖互層，或夾有少量的泥灰?guī)r、灰?guī)r。典型沉積濁積巖細(xì)碧角斑巖建造：海底基性火山巖。玄武巖發(fā)生洋底變質(zhì)作用后形成細(xì)碧角斑巖。磨拉石建造：出現(xiàn)于造山階段之后，由于造山隆起，在造山帶內(nèi)部或外側(cè)形成補(bǔ)償性凹陷，其中堆積的以礫巖、砂巖等粗碎屑物質(zhì)。一般磨拉石的出現(xiàn)代表一次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的結(jié)束。硅質(zhì)巖建造：深水化學(xué)沉積，與細(xì)碧角斑巖建造常共生，兩者也叫硅質(zhì)火山巖建造。（三）地球物理特征地殼結(jié)構(gòu)厚度大，莫霍面明顯凹入，雙突型2、熱流值：較高，一般為1.51.8.卡/cm2.s (HFU)3、磁異常：線性排列，幅值變化大，正值往往對(duì)應(yīng)花崗巖類

3、，負(fù)值往往對(duì)應(yīng)大斷裂。4、重力異常：一般負(fù)異常，負(fù)值一般-200-300毫伽。 （四）造山帶與地槽 James Holl（1859）研究美國(guó)東部阿帕拉契亞山脈時(shí)發(fā)現(xiàn)上萬(wàn)米的古生代沉積，比密西西比平原幾乎成水平產(chǎn)出的古生代地層厚十多倍，兩者形成鮮明的對(duì)比。 他指出山脈占據(jù)了長(zhǎng)條形的沉降地帶，其中堆積了很厚的沉積物，褶皺山系是在地殼上巨大凹陷的部位形成的。J.D.Dana(1873)稱這一巨大凹陷為地槽。 歐洲學(xué)者研究Alps造山帶后發(fā)現(xiàn)，Alps造山帶形成之前并沒(méi)有巨厚的淺海相沉積層，但發(fā)現(xiàn)厚度不大的深海沉積，他們認(rèn)為地槽凹陷未必表現(xiàn)在沉積物的巨大堆積厚度上，也可以反映在深海洋殼盆地的出現(xiàn)，沉積

4、物沒(méi)有得到補(bǔ)償。因此 H.Stille認(rèn)為地槽的主要特征是后期強(qiáng)烈的褶皺作用。地槽發(fā)展的兩階段：早期：下降為主，差異性強(qiáng)，海水總趨勢(shì)是不斷加深，沉積物又粗到細(xì)，構(gòu)造變動(dòng)主要為伸展斷裂，巖漿活動(dòng)為海底噴發(fā)的基性火山熔巖。晚期：上升為主，海侵范圍不斷縮小，直至最后脫離海侵，沉積物由細(xì)到粗，構(gòu)造變動(dòng)強(qiáng)烈，褶皺和斷裂十分發(fā)育，巖漿活動(dòng)以中酸性為主，并伴隨變質(zhì)作用，最后形成山脈。 （五）造山作用與造山帶 概念起源：起源于早期地質(zhì)學(xué)家們對(duì)地球表面山鏈成因的思考，Boue(1874)最早提出造山作用(orogeny)這一術(shù)語(yǔ)，指出山脈的的形成是由構(gòu)造原因引起，Gilbert(1889)指出造山作用就是形成山

5、脈的過(guò)程。顯然，早期地質(zhì)學(xué)家們就已把造山作用理解為以山脈為結(jié)果的一種構(gòu)造作用。 地槽理論對(duì)造山作用賦予了構(gòu)造含義： 地槽理論的推崇者們則更多強(qiáng)調(diào)的是其構(gòu)造含義，而忽略了其形態(tài)含義，如Haug(1907)年將造山作用定義為形成地殼起伏時(shí)的一個(gè)構(gòu)造幕，并明確指出它是一種可以在褶皺地區(qū)看到記錄的構(gòu)造作用；Stille(1919)定義造山作用為“一個(gè)改變巖石組構(gòu)的幕式過(guò)程，這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生一些肉眼能看到的構(gòu)造變動(dòng)，如斷層、褶皺、逆沖構(gòu)造等” ，并指出造山運(yùn)動(dòng)的最明顯的證據(jù)就是角度不整合。Stille的這一定義具有很強(qiáng)的的可操作性，因而很快被廣大地質(zhì)學(xué)家所采用，并成為造山帶概念的基礎(chǔ)。然而，限于當(dāng)時(shí)的地質(zhì)認(rèn)

6、識(shí)水平，Stille的定義過(guò)分強(qiáng)調(diào)了造山作用的短暫的幕式事件的特征。板塊構(gòu)造理論興起以來(lái)對(duì)造山作用的新理解： 板塊構(gòu)造理論造山作用理解為板塊邊界的相互作用的過(guò)程，而板塊邊界的相互作用往往是長(zhǎng)期的持續(xù)作用過(guò)程，從而對(duì)造山作用又賦予了許多新的含義，但也出現(xiàn)許多對(duì)造山作用的不同理解。Monger和Francheteau(1987)指出“造山的形變發(fā)生在會(huì)聚板塊、離散板塊和轉(zhuǎn)換板塊等邊界” 。 Sengor(1992)在系統(tǒng)評(píng)述前人對(duì)造山作用概念理解的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)更為嚴(yán)格的定義，提出“造山作用是一個(gè)用以表征會(huì)聚板塊邊緣所有地質(zhì)過(guò)程的集合名詞” ，大陸內(nèi)部構(gòu)造研究對(duì)造山作用的一些新認(rèn)識(shí)：Sengo

7、r等的定義把造山作用限制在會(huì)聚板塊邊界。但80年代中后期以來(lái)的研究表明，造山作用并不局限于板塊邊界，板塊內(nèi)部同樣會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈造山作用，并形成“板內(nèi)造山帶”或“陸內(nèi)造山帶” ，楊巍然則用“斷裂造山作用”來(lái)概括板內(nèi)造山作用。 Weinicker(1981,1985)把強(qiáng)烈拉張區(qū)(如美國(guó)西部盆嶺區(qū))與強(qiáng)烈擠壓區(qū)比較，劃出一類“拉張?jiān)焐綆А?，顯然，這些對(duì)造山作用的理解把裂谷等伸展構(gòu)造都納入了造山帶的范疇。 綜上所述，目前對(duì)造山作用的一般理解如下： 造山作用是以收縮擠壓作用為主導(dǎo)，沿地殼或巖石圈的巨大狹長(zhǎng)地帶發(fā)生的所有地質(zhì)過(guò)程。 強(qiáng)調(diào)以收縮擠壓作用為主導(dǎo)有三方面含義： (1)收縮擠壓的構(gòu)造體制可以發(fā)生在

8、會(huì)聚板塊邊界，也可發(fā)生在大陸板塊內(nèi)部，即造山作用不局限于會(huì)聚板塊邊界； (2)造山作用是一復(fù)雜過(guò)程，以收縮擠壓作用為主導(dǎo)并不排除斜向會(huì)聚擠壓的轉(zhuǎn)換壓縮(從應(yīng)力角度為壓扭)造山作用； (3)造山作用是一漫長(zhǎng)過(guò)程，形成的造山帶更是經(jīng)歷了長(zhǎng)期的發(fā)展演化，因而，以收縮擠壓作用為主導(dǎo)形成的造山帶中可以出現(xiàn)一些伸展構(gòu)造，這些伸展構(gòu)造既可以是同造山的(造山作用過(guò)程中的短期應(yīng)力松弛或伸展)，也可以是后造山的。青藏高原新生代主要構(gòu)造分布圖（引自汪洋等，2006）圖中標(biāo)示出主要斷層的初始活動(dòng)時(shí)間，走滑斷層的滑移速度以及主要縫合帶位置。MCT主中央逆沖斷層；MBT主邊界逆沖斷層；STDS藏南拆離系；GCT大反向逆沖

9、斷層；GST岡底斯逆沖斷層；NLTB北部拉薩逆沖斷層系；GSB改則色林錯(cuò)反沖斷層；SGAT獅泉河改則安多沖斷層；LRT魯谷絨瑪逆沖斷層；WKTB西昆侖逆沖斷層帶； QT祁漫塔格逆沖斷層；QTNKT祁漫塔格北昆侖逆沖斷層帶；NQT北柴達(dá)木逆沖斷層；NTB南山?jīng)_斷帶；YZS雅魯藏布江縫合帶；BNS班公湖怒江縫合帶；JS金沙江縫合帶；AKMS阿里瑪切昆侖木孜塔格縫合帶；SQS南祁SQS南祁連山縫合帶青藏高原下地殼層流構(gòu)造模式（李德威，2003）1. 碎屑巖；2. 磨拉石建造；3.花崗巖; 4.蛇綠巖; 5.韌性下地殼; 6.部分熔融;7.逆沖斷層; 8.正斷層和剝離斷層; 9.下地殼層流方向?qū)υ焐綆?/p>

10、的概念新理解 造山帶(orogenic belt)是一與造山作用既有聯(lián)系又有區(qū)別的術(shù)語(yǔ) 第一，它首先是經(jīng)歷了造山作用過(guò)程而形成的地殼或巖石圈中的巨大狹長(zhǎng)的構(gòu)造活動(dòng)帶，有其特有的地質(zhì)特征； 第二，造山帶的發(fā)展并不僅限于造山作用階段，它具有更為長(zhǎng)期的地質(zhì)演化過(guò)程和復(fù)雜的物質(zhì)組成、多期強(qiáng)烈的構(gòu)造變形和強(qiáng)烈的熱液活動(dòng)。（六）造山帶類型的劃分不同學(xué)者有不同的劃分方案按巖石圈板塊聚合階段1、陸緣造山帶環(huán)太平洋2、陸間造山帶天山興蒙、秦祁昆大別蘇魯3、陸內(nèi)造山帶燕山Sengor的劃分1、轉(zhuǎn)換擠壓型2、俯沖型3、增生型4、仰沖型5、碰撞型許志琴按構(gòu)造類型劃分1、疊覆型造山帶山鏈2、增生弧型造山帶山鏈3、雙向型

11、造山帶山鏈李繼亮等的碰撞造山帶分類陸陸碰撞型陸前緣弧碰撞型陸殘留弧碰撞型陸增生弧碰撞型弧弧碰撞型陸弧陸碰撞型（七）造山作用與成山作用造山作用（Orogeny） 以收縮擠壓作用為主導(dǎo)，沿地殼或巖石圈的巨大狹長(zhǎng)地帶發(fā)生的所有地質(zhì)過(guò)程。 1、造山作用不局限于板塊邊界 2、造山作用是一漫長(zhǎng)過(guò)程成山作用（Mountain building） 指山脈的形成過(guò)程。 1、造山作用可以包含成山作用，也可以不包括成山作用，即造山不成山 2、造山帶必然包含造山作用和成山作用兩階段 3、不是所有的山脈都屬造山帶（八）造山帶其它相關(guān)術(shù)語(yǔ)概念拆沉作用(delamination)拆沉作用概念最初由Bird(1978,197

12、9)提出，指由于大陸下巖石圈地幔密度較軟流圈大而產(chǎn)生的重力不穩(wěn)定性，當(dāng)存在適當(dāng)?shù)钠屏褧r(shí)，巖石圈地幔沉入于軟流圈中，從而與巖石圈拆離開(kāi)來(lái)，此即為通常所指的狹義的拆沉作用。最近人們對(duì)造山帶的研究發(fā)現(xiàn)，被構(gòu)造加厚的造山帶地殼下部(大于40km)將形成較其下部地幔巖石密度更大的榴輝巖(在600MPa和室溫下榴輝巖和地幔巖石密度分別為3.43gcm-3和3.29 gcm-3)，另外，基性巖漿底侵于下地殼底部以及下地殼部分熔融產(chǎn)生的殘留體，經(jīng)過(guò)麻粒巖相變質(zhì)作用同樣會(huì)獲得較高的密度(3.33.6 gcm-3)，因此，由這些榴輝巖和基性麻粒巖組成的下地殼也將形成重力的不穩(wěn)定性，并將沉入地幔，構(gòu)成所謂的大陸下地

13、殼的拆沉作用。洋殼俯沖于大陸之下一定深度也會(huì)相變?yōu)槊芏容^大的榴輝巖而導(dǎo)致重力不穩(wěn)定，從而造成洋殼的拆沉作用。綜合起來(lái)，拆沉作用應(yīng)泛指由于重力的不穩(wěn)定而引起的巖石圈地幔、大陸下地殼或洋殼沉入軟流圈或地幔的過(guò)程。重力不穩(wěn)定是拆沉作用的驅(qū)動(dòng)力，直接結(jié)果是巖石圈地幔和下地殼沉入軟流圈，并引起熱的軟流圈與下地殼直接接觸，從而對(duì)下地殼迅速加熱而發(fā)生廣泛的部分熔融，引起造山帶范圍內(nèi)廣泛的酸性巖漿活動(dòng)。由于重的榴輝巖和麻粒巖等基性物質(zhì)組成的巖石圈地?；蛳碌貧こ寥胗谲浟魅虻蒯Ｖ校蚨碌貧せ虻貧た傮w成分將向長(zhǎng)英質(zhì)方向演化。巖石圈的減薄將導(dǎo)致重力重新調(diào)整，其結(jié)果是深部物質(zhì)抬升，大規(guī)?；◢弾r巖漿向上地殼的侵入會(huì)加

14、劇這一抬升過(guò)程。 從殼幔相互作用角度，拆沉作用是一種十分重要的動(dòng)力學(xué)過(guò)程：它反映地殼、巖石圈地幔和軟流圈地幔三者之間的物質(zhì)交換和動(dòng)力學(xué)過(guò)程。1、地殼加厚2、相變獲得高密度下地殼鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)麻粒巖相變?yōu)榱褫x巖。大陸深俯沖過(guò)程中部分表殼巖、變基性火山巖和玄武巖質(zhì)巖石也可以相變?yōu)楹率ⅲɑ蛭⒘＝饎偸┝褫x巖。3、密度倒轉(zhuǎn)引起重力不穩(wěn)定榴輝巖密度（3.3 g/cm3）明顯大于上地幔橄欖巖密度（3.2g/cm）。這種巖石密度的差異引起重力不穩(wěn)定性和負(fù)向浮力。4、拆沉在構(gòu)造應(yīng)力的驅(qū)動(dòng)下高密度下地殼和部分巖石圈通過(guò)斷開(kāi)和拆沉作用返回地幔5、軟流圈上涌，下地殼加熱，部分熔融形成花崗巖漿上侵，殼-幔物質(zhì)再

15、循環(huán)。 拆沉作用的基本模型(Nelson, 1992, Geology)（Davies and von Blanckenburg, 1995）板片斷離模式Simple thermomechanical modeling suggests that the preceeding oceanic plate may detach and sink into the deeper asthenospheric mantle. The ensuing heating will generate syncollsional bimodal magmatism and also the rise of h

16、igh-pressure metamorphic rocks. The model has been compared to observations in the Alps and other orogens. 2、斜壓變形(transpressive deformation）研究表明，大部分造山帶表現(xiàn)出斜向匯聚縮短，而非正向壓縮，斜向縮短除引起垂直造山帶方向的縮短和增厚作用外，還將引起平行造山帶方向的剪切分量。剪切引力分量或者沿平行造山帶的一系列彌散的走滑斷層分布，或者集中分布于一些平行造山帶的較寬闊的壓紐性剪切帶中。這種由于斜向匯聚作用而引起的垂直造山帶方向的縮短、增厚作用和平行造山帶走

17、向方向的走滑作用并存的現(xiàn)象即為斜壓變形。 3、側(cè)向擠出作用(lateral extrusion)造山帶的研究過(guò)去多側(cè)重垂向方向，綜合考慮造山帶三維運(yùn)動(dòng)圖像則是現(xiàn)代造山帶研究的基本特點(diǎn)，側(cè)向擠出作用概念的提出就是典型成果之一。這一概念是從Tapponier運(yùn)用滑線場(chǎng)理論解釋青藏高原的隆升及東亞的構(gòu)造逃逸的綜合運(yùn)動(dòng)圖像延續(xù)過(guò)來(lái)的，Ratschbacher等(1991)通過(guò)東阿爾卑斯造山帶的構(gòu)造分析及模擬正式提出這一概念?；鞠拗茥l件：(1)造山帶一側(cè)存在一強(qiáng)硬的剛性體，另一側(cè)是向造山帶楔形擠入的地質(zhì)體或塊體；(2)造山帶內(nèi)部是一已增厚的、熱的、重力上不穩(wěn)定的軟弱帶；(3)側(cè)邊界缺乏限制因素。結(jié)果：

18、造山帶核部隆起，隆起形成的地形高度差，導(dǎo)致造山帶核部發(fā)生伸展塌陷，同時(shí)造山帶物質(zhì)沿造山帶走向向外大規(guī)模擠出逃逸(escaping)，物質(zhì)的逃逸被限制在與造山帶平行而運(yùn)動(dòng)方向呈對(duì)偶的兩條邊界走滑斷層之間，構(gòu)造逃逸速度的差異則引起眾多平行造山帶走向的走滑斷層，兩條邊界走滑斷層最為明顯，與此同時(shí)，由于造山帶的伸展塌陷和構(gòu)造逃逸還導(dǎo)致平行造山帶的伸展，從而使地殼減薄，深部物質(zhì)剝露地表。側(cè)向擠出作用模型很好地解釋了東阿爾卑斯造山帶漸新世中新世以來(lái)走滑和正斷層的綜合構(gòu)造變形運(yùn)動(dòng)型式?；€場(chǎng)理論的模擬結(jié)果滑線場(chǎng)理論模型向東擠出Tapponnier et al, 1982，1986Armijo et al.,

19、 1989連續(xù)變形模型大陸逃逸模型(Tapponnier et al., 1982)(England and Houseman, 1986)4、多島洋與軟碰撞對(duì)中國(guó)許多造山帶構(gòu)造古地理恢復(fù)的研究結(jié)果表明，造山帶的前身并非是干凈的大洋，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)際極為復(fù)雜，存在著一系列的不同性質(zhì)的島或島弧，包括大陸碎塊、大洋火山島以及海山等，洋的寬度也遠(yuǎn)不及現(xiàn)代的大洋大，介于揚(yáng)子地臺(tái)與華北地臺(tái)間的秦嶺大別古生代洋是如此，華南古生代洋如此，特提斯洋也如此。殷鴻福等將這種內(nèi)部含有許多地塊、島弧等所構(gòu)成的小洋盆稱之為多島洋。多島洋的特點(diǎn)決定了大陸之間的碰撞不是一次完成的，而是經(jīng)過(guò)多個(gè)次一級(jí)過(guò)程才完成，碰撞造山的總動(dòng)

20、量被分解為多個(gè)小塊體、多次性的小碰撞分動(dòng)量，并且常表現(xiàn)為與面對(duì)面碰撞方式所不同的追上碰撞方式，碰撞強(qiáng)度不大，另外眾多小塊體在碰撞過(guò)程中還起一定的緩沖作用，使碰撞強(qiáng)度進(jìn)一步減弱，因而，每一次小碰撞常常難以立即達(dá)到動(dòng)力學(xué)焊合和造山的程度，即往往粘連不焊合、碰撞不造山。這種小塊體間的碰撞，任紀(jì)舜(1994)稱之為軟碰撞，以區(qū)別于巨大陸塊間的強(qiáng)烈硬碰撞。 構(gòu)造遷移指各種構(gòu)造變動(dòng)、巖漿活動(dòng)、沉積中心隨時(shí)間的發(fā)展而發(fā)生有規(guī)律的遷移的現(xiàn)象。構(gòu)造遷移是多島洋造山過(guò)程的重要特點(diǎn)，一系列小塊體依次有規(guī)律與大陸碰撞造成橫向構(gòu)造遷移。大陸或陸塊間的碰撞常常不是面狀碰撞，而往往是從一點(diǎn)開(kāi)始逐漸發(fā)展，從而造成平行碰撞邊界的縱向構(gòu)造遷移。 5、構(gòu)造遷移6、造山、后造山與非造山構(gòu)造階段劃分碰撞、后碰撞與碰撞后1.碰撞作用（collision)：指兩個(gè)或多個(gè)“大陸”板塊最初的主碰撞，以大型逆沖斷層和高壓變質(zhì)作用為特征。2. 后碰撞作用“post-collision)”：指其時(shí)間比碰撞作用要晚，但仍與碰撞作用有關(guān)系的構(gòu)造作用。這就將碰撞事件本身與海洋關(guān)閉以后的時(shí)間更長(zhǎng)的板塊會(huì)聚作用區(qū)別開(kāi)來(lái)。從這種意義上來(lái)說(shuō)，后碰撞時(shí)期通常開(kāi)始于一個(gè)陸內(nèi)環(huán)境主海洋已關(guān)閉了但沿巨大剪切帶仍然有大量水平方