造山作用及造山帶

造山作用與造山帶第三章造山作用與造山帶一：基本概念二：造山帶的分布特點三：造山帶的基本類型和結(jié)構(gòu)四：造山作用的階段劃分五：地體及地體增生一：基本概念

造山運動及其產(chǎn)物造山帶(orogenicbelt)或褶皺帶((foldbelt)是一個古老的詞匯，在經(jīng)典槽臺學說有關(guān)地殼演化理論、區(qū)域地質(zhì)研究地質(zhì)礦產(chǎn)等方面都產(chǎn)生過巨大影響，并得到廣泛的應用。自其提出以來，作為與克拉通相對照的地殼活動大地構(gòu)造單元，在闡諸如阿爾卑斯、喜馬拉雅等具有全球規(guī)模的巨大山系的性質(zhì)、構(gòu)造和成因以及解譯造山作用過程，起到了重要的作用。但是隨著60年代末板塊構(gòu)造理論出現(xiàn)，特別是近二三十年來，隨著板塊構(gòu)造引入大陸的研究中，取得了許多進展，許多原未認識到的地殼活動性正愈來愈多地被揭示出來，同時也出現(xiàn)了許多新的問題，人類的地球觀普遍發(fā)生了深刻變化，造山帶這一古老概念的發(fā)展與原定義已發(fā)生了變化。造山運動(orogeny)這一術(shù)語19世紀在歐洲大陸應用，但其應用卻因人而異出現(xiàn)了——側(cè)重它在地貌方面的表現(xiàn)、側(cè)重它的構(gòu)造含意。

Gilbert(1890)定義造山運動是不同于造陸運動(epeirogenic)的、產(chǎn)生山脈的地殼構(gòu)造運動。

Stifle(1919)給出的被更為廣泛接受的定義是:——造山運動是改變巖石組構(gòu)的幕式過程。這一過程包括褶皺和逆沖等擠壓變形、鈣堿性巖漿活動和區(qū)域變質(zhì)作用。在1993年版大百科全書(地質(zhì)學卷)對造山帶(orogen)的定義：經(jīng)受了強烈褶皺及其他變形而生成的線狀大地構(gòu)造單元，由一定地史時期的活動帶演化而成，并相對于穩(wěn)定的克拉通而存在。在地槽學說中造山帶是地槽演化的終結(jié)產(chǎn)物，又稱褶皺帶。在板塊構(gòu)造學中，造山帶是巖石圈板塊會聚邊界的標志，也是板塊碰撞的直接產(chǎn)物。

Davis(1984)在其《區(qū)域和巖石構(gòu)造地質(zhì)學》教科書中的定義:——“造山帶是地殼中一條巨大的、通常呈直線到弧形的構(gòu)造帶，機械變形強烈和(或)熱液活動集中?！矫}是造山帶的一種表現(xiàn)，并不是我們所謂造山帶的全部。古代的造山帶雖然是仍可以辨認出的區(qū)域變形帶，但已夷平成大陸內(nèi)部的平原;而目前正在形成的造山帶，主要構(gòu)造部分可能不在山脈中，而位于地表10km,50km.甚至I00km以下。如果山脈確實存在，則正好是一個造山帶的頂部”。①造山帶是地殼的縮短帶。伴隨地殼的縮短帶常共生有混雜堆積帶。

②造山帶廣泛發(fā)育蠕變、韌性變形、褶皺、沖斷和剪壓等構(gòu)造。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。

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，在造山帶中所占的比例很小或根本就沒有造山作用——“在一定地質(zhì)時期局限于一個相對狹長的帶狀區(qū)域內(nèi)的各種構(gòu)造作用的總和，這些作用是在巖石圈劇烈構(gòu)造變動的背景下發(fā)生的，期間物質(zhì)與結(jié)構(gòu)重新組建，造成巖石圈垂向增厚，并可能在后期隆升而成山”，一：基本概念二：造山帶的分布特點三：造山帶的基本類型和結(jié)構(gòu)四：造山作用的階段劃分五：地體及地體增生1：全球造山帶分布特點：沿古老的穩(wěn)定的地塊分布、連接這些相鄰的地塊、少數(shù)伸入穩(wěn)定地塊內(nèi)部并消失于其中。分為：陸緣、陸間、陸內(nèi)造山帶全球：環(huán)太平洋、地中海、烏拉爾—蒙古、北大西洋、北冰洋五個造山帶。前寒武紀基底和顯生宙褶皺帶亞洲地質(zhì)圖據(jù)王鴻禎等20062：中國造山帶的分布

a：走向——近東西向、近南北向。

b：時代——古生代、新生代。

c：分為：天山-興蒙造山帶、秦祁昆造山帶、青藏-滇西造山帶、西太平洋造山帶。一：基本概念二：造山帶的分布特點三：造山帶的基本類型和結(jié)構(gòu)四：造山作用的階段劃分五：地體及地體增生(1)板內(nèi)（克拉通）型:形成于板塊內(nèi)部，依據(jù)基底的性質(zhì)又可分為古克拉通基礎(chǔ)上的板內(nèi)造山(如燕山型)和顯生宙造山帶基礎(chǔ)上的板內(nèi)造山。(2)碰撞（被動大陸）型:在匯聚板塊邊緣由板塊碰撞作用形成的造山帶。實例喜瑪拉雅和阿爾卑斯造山帶，和Sengor分類中的碰撞型造山帶基本一致。(3)俯沖（主動大陸）型:在匯聚板塊邊緣消減帶上形成的造山帶。實例有安第斯造山帶及西太平洋廣泛發(fā)育的島弧型造山帶，它們是在洋陸殼邊界進行的造山作用的產(chǎn)物。1、造山帶的基本類型

Sengor(1990)認為造山帶只形成于匯聚板塊邊緣。他借用古生物的分類思路，將碰撞造山帶分為4個目、8個科和20個屬。根據(jù)主要的匯聚過程劃分目;根據(jù)構(gòu)造的對稱性和弧的性質(zhì)劃分科;根據(jù)卷入造山作用的一級構(gòu)造單元和造山極性的對稱性劃分屬，提出了一個分類方案。2、造山帶的基本結(jié)構(gòu)a：弧前體系b：弧后體系c：被動陸緣體系俯沖雜巖、弧前盆地、火山島火山弧之后的半封閉盆地或盆地系列，弧后盆地據(jù)活動情況分為：活動的、不活動的兩種（是否經(jīng)歷伸展擴張形成新洋殼）；不活動據(jù)熱流值高低分為：正常、高熱流值火山型（紅海）、非火山型（塔斯曼海）西太平洋的殘留弧西太平洋邊緣海盆地世界地質(zhì)圖弧后體系特征：具有洋殼體系的基地磁條帶異常不清析；沉積物有：碎屑（早期少量陸緣碎屑、大量火山弧碎屑）、火山物質(zhì)、粘土沉積；鈣堿性玄武巖（LiL/HFS值增大)。被動陸緣體系：沉積火山建造由穩(wěn)定大陸組合——非穩(wěn)定大洋組合；火山組合由偏堿性、鈣堿性-——拉斑質(zhì)、雙峰式洋－洋會聚邊緣洋－陸會聚邊緣陸－陸會聚邊緣俯沖造山帶分為：海溝前進擠壓型（安第斯型）、海溝后退拉張型（馬里亞納型）、中型（莫克蘭型）。進一步細分：日本島弧型、新西蘭北島型、科迪勒拉型、安第斯山型、莫克蘭等俯沖型造山帶。3、俯沖型造山帶類型與結(jié)構(gòu)安第斯弧的演化一前安第斯過渡期安第斯弧的演化二安第斯期安第斯晚期南美安第斯的三階段模式（1）基本結(jié)構(gòu)、類型由高原、逆沖帶、前陸撓曲帶、后陸變形帶等四部分組成。分為：上馱型、擠出型、底辟式、穹隆式。另外，由于碰撞程度、方式、方向、邊界形態(tài)等，可以發(fā)育特殊類型。4、碰撞造山帶類型與結(jié)構(gòu)（2）上馱與擠出型上馱與擠出型碰撞造山帶，即：阿爾卑斯型、喜馬拉雅型?！咎卣鳎孩俚貧づc巖石圈因擠壓而增厚；②冷的俯沖巖石圈向下插入熱而‘輕’的軟流圈中；③巖石圈拆離沉入軟流圈，同時被加熱引起地殼上升；④巖漿活動與碰撞及巖石圈拆離有關(guān)；⑤擠壓背景下存在局部拉張（3）穹隆型碰撞造山帶（4）底辟型碰撞造山帶

主要研究成果1．

地殼呈明顯的分層結(jié)構(gòu)

①上地殼特征：厚度：32—35km，天山下缺失C3界面；塔里木與天山接觸帶附近有增厚趨勢；上地殼內(nèi)存在C1（13—18km）、C2（約23km）

兩個反射面；

②下地殼特征：

M界面埋深：46—56km，

天山山區(qū)：52—54km，

塔里木：46km左右；準噶爾：46—47km，

阿爾泰山區(qū)：55km左右

主要研究成果

2．地殼速度結(jié)構(gòu)具有較大差異①

地殼平均速度：準噶爾：6.40—6.80km/s

天山：6.10km/s左右阿爾泰山區(qū):6.30—6.40km/s

反映了天山地殼相對“軟”、準噶爾地塊的地殼相對“硬”的特點。②

天山區(qū)殼內(nèi)存在低速體：天山中部地殼低速層較發(fā)育，它反映了天山地塊和準噶爾地塊的差異。

3.Q值結(jié)構(gòu)與波速比1,Q值結(jié)構(gòu)：天山區(qū)上部地殼Q值低于準噶爾和塔里木地塊的Q值，它從另一角度佐證了天山區(qū)地殼相對“軟“的特征。2，波速比特征：天山區(qū)地殼波速比Vp/Vs顯箸高于塔里木和準噶爾地塊的波速比。這一事實進一步說明了天山地區(qū)地殼相對“軟”的特征。主要研究成果4．

地殼深斷裂①庫爾勒地殼深斷裂（110—120km）：

塔里木與天山的接觸帶，地殼結(jié)構(gòu)變化明顯，速度結(jié)構(gòu)差異顯著，延伸至下地殼。②那拉提—尼勒克地殼深斷裂（250km左右）：天山內(nèi)部，C2界面以下界面錯動明顯，M界面變化，兩側(cè)速度結(jié)構(gòu)差異明顯。③博羅科努—阿其克庫都克深斷裂（320—350km）：

準噶爾與天山的接觸帶、殼內(nèi)界面深度陡變或錯斷顯著，M界面變化劇烈，速度差異明顯，向下延伸M界面甚至更深。④額爾齊斯深斷裂（720—750km）：

兩側(cè)地殼界面、速度變化明顯。⑤烏爾禾深斷裂（610km左右）：速度結(jié)構(gòu)變化明顯，M界面發(fā)生了突然變化。圖4.4c界面和速度聯(lián)合反演得到的基底結(jié)構(gòu)二維地殼結(jié)構(gòu)模型主要研究成果

天山地殼動力學意義

較“軟”的天山地殼被“挾持”在塔里木與準噶爾兩個較“硬”地塊之間。天山下特殊的Pmˊ反射波所代表的界面深約65—68km，其上部的上地幔頂部出現(xiàn)的低速異常體可以被解釋為在印度板塊向北推擠的作用下，塔里木地塊向北擠壓并插入天山下，其北緣又受到準噶爾較“硬”地塊的阻擋而形成的“痕跡”。天山下明顯的殼幔過渡帶的存在和C3界面的缺失，它暗示著這種“碰撞插入”動力過程作用下，天山下地殼遭受變形后導致了地殼縮短、天山隆起，同時使得塔里木和準噶爾地塊下的地殼物質(zhì)被帶入天山下，形成了天山下特殊的“雙下地殼”結(jié)構(gòu)。天山地殼動力學模型主要特征：①大地構(gòu)造位置及背景板內(nèi)造山帶形成于相對穩(wěn)定的大陸板塊內(nèi)部。在造山作用發(fā)生以前，均經(jīng)歷了結(jié)晶基底的形成和穩(wěn)定的蓋層發(fā)育階段，板內(nèi)造山帶發(fā)育在相對較老且強硬的巖石圈基礎(chǔ)上。5、克拉通內(nèi)造山作用②造山帶構(gòu)造格局與構(gòu)造單元碰撞和俯沖造山帶可以劃分出不同的構(gòu)造單元數(shù)量，盡管構(gòu)造單元體特征有所不同，卻存在有標志俯沖和域碰撞的蛇綠巖帶和(或)構(gòu)造混雜巖帶，且造山帶的兩側(cè)往往是具有不同演化歷史和(或)巖石圈結(jié)構(gòu)特點的構(gòu)造單元。造山帶中各構(gòu)造單元和構(gòu)造變形形跡都大體與造山帶平行，呈帶狀分布，構(gòu)成最顯著的線狀構(gòu)造格局，然而，板內(nèi)造山帶總體上具有相對狹長的帶狀外貌，但其中的各種不同構(gòu)造具有線狀分布特征，而是呈面狀散布于造山帶中。如隆起一沉降相間的基底與盆地構(gòu)造格局、逆沖斷裂構(gòu)造與相伴褶皺構(gòu)造、巖漿巖與火山巖分布、同造山變質(zhì)帶等。板內(nèi)造山帶中沒有板緣造山帶中的那種常見的蛇綠巖帶或構(gòu)造混雜巖帶，造山帶的兩側(cè)是具有相同的巖石圈結(jié)構(gòu)與演化歷史的同一個巖石圈板塊。③造山帶構(gòu)造變形特征

板內(nèi)造山帶構(gòu)造變形最顯著的特征之一是具有基底卷人的厚皮構(gòu)造特征，在變形過程中整個巖石圈作為應力導層。這與板緣造山帶所具有的薄皮構(gòu)造性質(zhì)形成明顯對比。此外，板內(nèi)造山帶構(gòu)造變形中，以脆性斷裂變形為主，而褶皺作用較弱，韌性變形在整個造山帶中呈點式局限于變質(zhì)核雜巖附近。具有普遍意義的特征的是基底中存在的古構(gòu)造界面在板內(nèi)造山作用期間活化并引起蓋層構(gòu)造變形。無區(qū)域變質(zhì)作用發(fā)生。④造山帶構(gòu)造演化的特征碰撞和俯沖造山帶的構(gòu)造演化在標志造山作用的前陸磨拉石盆地沉積作用、巖漿侵人、火山活動的巖石成分變化、時空分布方面，及同造山變形、變質(zhì)作用等方面具有顯著的極性特征。板內(nèi)造山帶的構(gòu)造演化不具備上述極性特征。沒有垂直造山帶方向的沉積遷移規(guī)律。基底隆起與相間盆地構(gòu)成網(wǎng)狀構(gòu)造格局。即使有比較強烈和廣泛的火山活動，但在火山巖巖石化學成分、同位素組成及時空分布等方面均沒有板緣造山帶的那種極性特點。具有繼承性和多旋回性。⑤巖漿活動方面無安山質(zhì)火山巖及相應的侵入巖、海洋沉積；中酸性侵入巖早期幔源，后期具有地殼重熔特點，火山巖以堿性或雙峰式組合為特點。據(jù)張長厚1999一：基本概念二：造山帶的分布特點三：造山帶的基本類型和結(jié)構(gòu)四：造山作用的階段劃分五：地體及地體增生馬托埃的三種類型的造山帶（1983前造山作用階段、造山作用階段、后造山作用階段后造山作用特點：構(gòu)造表現(xiàn)：逆沖推覆、伸展作用（伸展拆離、垮塌）、拆沉作用。一：基本概念二：造山帶的分布特點三：造山帶的基本類型和結(jié)構(gòu)四：造山作用的階段劃分五：地體及地體增生地體以斷層為邊界的區(qū)域地質(zhì)實體。每個地體內(nèi)各自都有統(tǒng)一的

、在成因上連貫相關(guān)的沉積地層、構(gòu)造