区域大地构造第二章造山带沉积建造(42页)

1、二、造山带（一）概念 地壳上的强烈的变形带，呈长条状、线状，是褶皱、断裂和火山活动十分发育的地带。（二）基本地质特征形态：线状沉积厚度巨大。典型沉积建造：复理石建造、细碧角斑岩建造、磨拉石建造、硅质岩建造3.构造变动强烈，变形复杂4.岩浆活动强烈5.广泛的变质作用沉积建造沉积建造泛指在一定构造背景条件下，当地壳发展到某一阶段时所形成的一套具有特定岩相组合的沉积岩系。沉积建造是一定大地构造和古气侯背景下的岩石共生组合体，包括：建造的岩性岩相共生组合、建造的构造旋回（时代）、建造的区域大地构造环境、建造的古气侯背景。因此沉积建造分析是构建古构造环境和大地构造相的重要方面。造山带中典型沉积建造复理石

2、建造：一种有规律的复杂互层的巨厚沉积，绝大部份为很规则的单调的砂岩和泥（页）岩互层，或夹有少量的泥灰岩、灰岩。典型沉积浊积岩细碧角斑岩建造：海底基性火山岩。玄武岩发生洋底变质作用后形成细碧角斑岩。磨拉石建造：出现于造山阶段之后，由于造山隆起，在造山带内部或外侧形成补偿性凹陷，其中堆积的以砾岩、砂岩等粗碎屑物质。一般磨拉石的出现代表一次构造运动的结束。硅质岩建造：深水化学沉积，与细碧角斑岩建造常共生，两者也叫硅质火山岩建造。（三）地球物理特征地壳结构厚度大，莫霍面明显凹入，双突型2、热流值：较高，一般为1.51.8.卡/cm2.s (HFU)3、磁异常：线性排列，幅值变化大，正值往往对应花岗岩类

3、，负值往往对应大断裂。4、重力异常：一般负异常，负值一般-200-300毫伽。 （四）造山带与地槽 James Holl（1859）研究美国东部阿帕拉契亚山脉时发现上万米的古生代沉积，比密西西比平原几乎成水平产出的古生代地层厚十多倍，两者形成鲜明的对比。 他指出山脉占据了长条形的沉降地带，其中堆积了很厚的沉积物，褶皱山系是在地壳上巨大凹陷的部位形成的。J.D.Dana(1873)称这一巨大凹陷为地槽。 欧洲学者研究Alps造山带后发现，Alps造山带形成之前并没有巨厚的浅海相沉积层，但发现厚度不大的深海沉积，他们认为地槽凹陷未必表现在沉积物的巨大堆积厚度上，也可以反映在深海洋壳盆地的出现，沉积

4、物没有得到补偿。因此 H.Stille认为地槽的主要特征是后期强烈的褶皱作用。地槽发展的两阶段：早期：下降为主，差异性强，海水总趋势是不断加深，沉积物又粗到细，构造变动主要为伸展断裂，岩浆活动为海底喷发的基性火山熔岩。晚期：上升为主，海侵范围不断缩小，直至最后脱离海侵，沉积物由细到粗，构造变动强烈，褶皱和断裂十分发育，岩浆活动以中酸性为主，并伴随变质作用，最后形成山脉。 （五）造山作用与造山带 概念起源：起源于早期地质学家们对地球表面山链成因的思考，Boue(1874)最早提出造山作用(orogeny)这一术语，指出山脉的的形成是由构造原因引起，Gilbert(1889)指出造山作用就是形成山

5、脉的过程。显然，早期地质学家们就已把造山作用理解为以山脉为结果的一种构造作用。 地槽理论对造山作用赋予了构造含义： 地槽理论的推崇者们则更多强调的是其构造含义，而忽略了其形态含义，如Haug(1907)年将造山作用定义为形成地壳起伏时的一个构造幕，并明确指出它是一种可以在褶皱地区看到记录的构造作用；Stille(1919)定义造山作用为“一个改变岩石组构的幕式过程，这个过程产生一些肉眼能看到的构造变动，如断层、褶皱、逆冲构造等” ，并指出造山运动的最明显的证据就是角度不整合。Stille的这一定义具有很强的的可操作性，因而很快被广大地质学家所采用，并成为造山带概念的基础。然而，限于当时的地质认

6、识水平，Stille的定义过分强调了造山作用的短暂的幕式事件的特征。板块构造理论兴起以来对造山作用的新理解： 板块构造理论造山作用理解为板块边界的相互作用的过程，而板块边界的相互作用往往是长期的持续作用过程，从而对造山作用又赋予了许多新的含义，但也出现许多对造山作用的不同理解。Monger和Francheteau(1987)指出“造山的形变发生在会聚板块、离散板块和转换板块等边界” 。 Sengor(1992)在系统评述前人对造山作用概念理解的基础上，提出了一个更为严格的定义，提出“造山作用是一个用以表征会聚板块边缘所有地质过程的集合名词” ，大陆内部构造研究对造山作用的一些新认识：Sengo

7、r等的定义把造山作用限制在会聚板块边界。但80年代中后期以来的研究表明，造山作用并不局限于板块边界，板块内部同样会发生强烈造山作用，并形成“板内造山带”或“陆内造山带” ，杨巍然则用“断裂造山作用”来概括板内造山作用。 Weinicker(1981,1985)把强烈拉张区(如美国西部盆岭区)与强烈挤压区比较，划出一类“拉张造山带” ，显然，这些对造山作用的理解把裂谷等伸展构造都纳入了造山带的范畴。 综上所述，目前对造山作用的一般理解如下： 造山作用是以收缩挤压作用为主导，沿地壳或岩石圈的巨大狭长地带发生的所有地质过程。 强调以收缩挤压作用为主导有三方面含义： (1)收缩挤压的构造体制可以发生在

8、会聚板块边界，也可发生在大陆板块内部，即造山作用不局限于会聚板块边界； (2)造山作用是一复杂过程，以收缩挤压作用为主导并不排除斜向会聚挤压的转换压缩(从应力角度为压扭)造山作用； (3)造山作用是一漫长过程，形成的造山带更是经历了长期的发展演化，因而，以收缩挤压作用为主导形成的造山带中可以出现一些伸展构造，这些伸展构造既可以是同造山的(造山作用过程中的短期应力松弛或伸展)，也可以是后造山的。青藏高原新生代主要构造分布图（引自汪洋等，2006）图中标示出主要断层的初始活动时间，走滑断层的滑移速度以及主要缝合带位置。MCT主中央逆冲断层；MBT主边界逆冲断层；STDS藏南拆离系；GCT大反向逆冲

9、断层；GST冈底斯逆冲断层；NLTB北部拉萨逆冲断层系；GSB改则色林错反冲断层；SGAT狮泉河改则安多冲断层；LRT鲁谷绒玛逆冲断层；WKTB西昆仑逆冲断层带； QT祁漫塔格逆冲断层；QTNKT祁漫塔格北昆仑逆冲断层带；NQT北柴达木逆冲断层；NTB南山冲断带；YZS雅鲁藏布江缝合带；BNS班公湖怒江缝合带；JS金沙江缝合带；AKMS阿里玛切昆仑木孜塔格缝合带；SQS南祁SQS南祁连山缝合带青藏高原下地壳层流构造模式（李德威，2003）1. 碎屑岩；2. 磨拉石建造；3.花岗岩; 4.蛇绿岩; 5.韧性下地壳; 6.部分熔融;7.逆冲断层; 8.正断层和剥离断层; 9.下地壳层流方向对造山带

10、的概念新理解 造山带(orogenic belt)是一与造山作用既有联系又有区别的术语 第一，它首先是经历了造山作用过程而形成的地壳或岩石圈中的巨大狭长的构造活动带，有其特有的地质特征； 第二，造山带的发展并不仅限于造山作用阶段，它具有更为长期的地质演化过程和复杂的物质组成、多期强烈的构造变形和强烈的热液活动。（六）造山带类型的划分不同学者有不同的划分方案按岩石圈板块聚合阶段1、陆缘造山带环太平洋2、陆间造山带天山兴蒙、秦祁昆大别苏鲁3、陆内造山带燕山Sengor的划分1、转换挤压型2、俯冲型3、增生型4、仰冲型5、碰撞型许志琴按构造类型划分1、叠覆型造山带山链2、增生弧型造山带山链3、双向型

11、造山带山链李继亮等的碰撞造山带分类陆陆碰撞型陆前缘弧碰撞型陆残留弧碰撞型陆增生弧碰撞型弧弧碰撞型陆弧陆碰撞型（七）造山作用与成山作用造山作用（Orogeny） 以收缩挤压作用为主导，沿地壳或岩石圈的巨大狭长地带发生的所有地质过程。 1、造山作用不局限于板块边界 2、造山作用是一漫长过程成山作用（Mountain building） 指山脉的形成过程。 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、造山带必然包含造山作用和成山作用两阶段 3、不是所有的山脉都属造山带（八）造山带其它相关术语概念拆沉作用(delamination)拆沉作用概念最初由Bird(1978,197

12、9)提出，指由于大陆下岩石圈地幔密度较软流圈大而产生的重力不稳定性，当存在适当的破裂时，岩石圈地幔沉入于软流圈中，从而与岩石圈拆离开来，此即为通常所指的狭义的拆沉作用。最近人们对造山带的研究发现，被构造加厚的造山带地壳下部(大于40km)将形成较其下部地幔岩石密度更大的榴辉岩(在600MPa和室温下榴辉岩和地幔岩石密度分别为3.43gcm-3和3.29 gcm-3)，另外，基性岩浆底侵于下地壳底部以及下地壳部分熔融产生的残留体，经过麻粒岩相变质作用同样会获得较高的密度(3.33.6 gcm-3)，因此，由这些榴辉岩和基性麻粒岩组成的下地壳也将形成重力的不稳定性，并将沉入地幔，构成所谓的大陆下地

13、壳的拆沉作用。洋壳俯冲于大陆之下一定深度也会相变为密度较大的榴辉岩而导致重力不稳定，从而造成洋壳的拆沉作用。综合起来，拆沉作用应泛指由于重力的不稳定而引起的岩石圈地幔、大陆下地壳或洋壳沉入软流圈或地幔的过程。重力不稳定是拆沉作用的驱动力，直接结果是岩石圈地幔和下地壳沉入软流圈，并引起热的软流圈与下地壳直接接触，从而对下地壳迅速加热而发生广泛的部分熔融，引起造山带范围内广泛的酸性岩浆活动。由于重的榴辉岩和麻粒岩等基性物质组成的岩石圈地幔或下地壳沉入于软流圈或地幔中，因而下地壳或地壳总体成分将向长英质方向演化。岩石圈的减薄将导致重力重新调整，其结果是深部物质抬升，大规模花岗岩岩浆向上地壳的侵入会加

14、剧这一抬升过程。 从壳幔相互作用角度，拆沉作用是一种十分重要的动力学过程：它反映地壳、岩石圈地幔和软流圈地幔三者之间的物质交换和动力学过程。1、地壳加厚2、相变获得高密度下地壳镁铁质-超镁铁质麻粒岩相变为榴辉岩。大陆深俯冲过程中部分表壳岩、变基性火山岩和玄武岩质岩石也可以相变为含柯石英（或微粒金刚石）榴辉岩。3、密度倒转引起重力不稳定榴辉岩密度（3.3 g/cm3）明显大于上地幔橄榄岩密度（3.2g/cm）。这种岩石密度的差异引起重力不稳定性和负向浮力。4、拆沉在构造应力的驱动下高密度下地壳和部分岩石圈通过断开和拆沉作用返回地幔5、软流圈上涌，下地壳加热，部分熔融形成花岗岩浆上侵，壳-幔物质再

15、循环。 拆沉作用的基本模型(Nelson, 1992, Geology)（Davies and von Blanckenburg, 1995）板片断离模式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、斜压变形(transpressive deformation）研究表明，大部分造山带表现出斜向汇聚缩短，而非正向压缩，斜向缩短除引起垂直造山带方向的缩短和增厚作用外，还将引起平行造山带方向的剪切分量。剪切引力分量或者沿平行造山带的一系列弥散的走滑断层分布，或者集中分布于一些平行造山带的较宽阔的压纽性剪切带中。这种由于斜向汇聚作用而引起的垂直造山带方向的缩短、增厚作用和平行造山带走

17、向方向的走滑作用并存的现象即为斜压变形。 3、侧向挤出作用(lateral extrusion)造山带的研究过去多侧重垂向方向，综合考虑造山带三维运动图像则是现代造山带研究的基本特点，侧向挤出作用概念的提出就是典型成果之一。这一概念是从Tapponier运用滑线场理论解释青藏高原的隆升及东亚的构造逃逸的综合运动图像延续过来的，Ratschbacher等(1991)通过东阿尔卑斯造山带的构造分析及模拟正式提出这一概念。基本限制条件：(1)造山带一侧存在一强硬的刚性体，另一侧是向造山带楔形挤入的地质体或块体；(2)造山带内部是一已增厚的、热的、重力上不稳定的软弱带；(3)侧边界缺乏限制因素。结果：

18、造山带核部隆起，隆起形成的地形高度差，导致造山带核部发生伸展塌陷，同时造山带物质沿造山带走向向外大规模挤出逃逸(escaping)，物质的逃逸被限制在与造山带平行而运动方向呈对偶的两条边界走滑断层之间，构造逃逸速度的差异则引起众多平行造山带走向的走滑断层，两条边界走滑断层最为明显，与此同时，由于造山带的伸展塌陷和构造逃逸还导致平行造山带的伸展，从而使地壳减薄，深部物质剥露地表。侧向挤出作用模型很好地解释了东阿尔卑斯造山带渐新世中新世以来走滑和正断层的综合构造变形运动型式。滑线场理论的模拟结果滑线场理论模型向东挤出Tapponnier et al, 1982，1986Armijo et al.,

19、 1989连续变形模型大陆逃逸模型(Tapponnier et al., 1982)(England and Houseman, 1986)4、多岛洋与软碰撞对中国许多造山带构造古地理恢复的研究结果表明，造山带的前身并非是干净的大洋，其内部结构实际极为复杂，存在着一系列的不同性质的岛或岛弧，包括大陆碎块、大洋火山岛以及海山等，洋的宽度也远不及现代的大洋大，介于扬子地台与华北地台间的秦岭大别古生代洋是如此，华南古生代洋如此，特提斯洋也如此。殷鸿福等将这种内部含有许多地块、岛弧等所构成的小洋盆称之为多岛洋。多岛洋的特点决定了大陆之间的碰撞不是一次完成的，而是经过多个次一级过程才完成，碰撞造山的总动

20、量被分解为多个小块体、多次性的小碰撞分动量，并且常表现为与面对面碰撞方式所不同的追上碰撞方式，碰撞强度不大，另外众多小块体在碰撞过程中还起一定的缓冲作用，使碰撞强度进一步减弱，因而，每一次小碰撞常常难以立即达到动力学焊合和造山的程度，即往往粘连不焊合、碰撞不造山。这种小块体间的碰撞，任纪舜(1994)称之为软碰撞，以区别于巨大陆块间的强烈硬碰撞。 构造迁移指各种构造变动、岩浆活动、沉积中心随时间的发展而发生有规律的迁移的现象。构造迁移是多岛洋造山过程的重要特点，一系列小块体依次有规律与大陆碰撞造成横向构造迁移。大陆或陆块间的碰撞常常不是面状碰撞，而往往是从一点开始逐渐发展，从而造成平行碰撞边界的纵向构造迁移。 5、构造迁移6、造山、后造山与非造山构造阶段划分碰撞、后碰撞与碰撞后1.碰撞作用（collision)：指两个或多个“大陆”板块最初的主碰撞，以大型逆冲断层和高压变质作用为特征。2. 后碰撞作用“post-collision)”：指其时间比碰撞作用要晚，但仍与碰撞作用有关系的构造作用。这就将碰撞事件本身与海洋关闭以后的时间更长的板块会聚作用区别开来。从这种意义上来说，后碰撞时期通常开始于一个陆内环境主海洋已关闭了但沿巨大剪切带仍然有大量水平方