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地壳构造发展的基本规律

  • 日期:2009-06-19 17:49
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大陆(陆壳)、洋底(洋壳)和大陆边缘(陆壳与洋壳的过渡带)是地球上第一级构造-地形单元,它们或处于板块内部,或处于不同的板块边界,从而呈现出复杂多样的构造环境。据此,可将全球大地构造划分为十二种基本类型,板块构造理论以各种大地构造类型的发生、发展和相互转化,来阐明全球地壳构造发展的基本规律。大陆地台和大洋地台同处于板块内部环境中,前者为构成各大陆核心的古老稳定地块;后者相当于各大洋深水盆地,构造活动也相当微弱。
     在大陆地台内,上涌的地幔物质可导致地表穹形隆起,并在张应力作用下,出现张性裂隙,伴有岩浆活动;随着地壳进一步拉张变薄,发生断裂陷落,形成所谓大陆裂谷。它在地形上的典型表现为纵长延伸的谷地,谷底多有深水湖泊展布,如发育于贝加尔裂谷中的世界最深湖泊——贝加尔湖,发育于东非大裂谷中的大湖带等。大陆裂谷是离散型板块边界的雏形,但一般是作为次级板块的边界,如东非大裂谷即为索马里板块与非洲板块的边界。当大陆地壳在拉张作用下完全破裂、地幔物质上涌形成新洋壳时,裂谷轴部便发育于洋壳之上——陆间裂谷(如红海),开始成为典型的离散型板块边界。在大陆与新洋盆的过渡地带,称为新生的大陆边缘,其特点是大陆架狭窄,大陆坡尚不甚发育,并受到裂谷构造活动的影响。
     当板块继继扩张,洋盆逐渐展宽,作为扩张中心的裂谷完全退出大陆边缘,成为大洋中脊,其间出现大洋盆地时,大陆边缘已不属板块边界范围,岩浆活动平息,进入了所谓大西洋型大陆边缘发展阶段。大西洋型大陆边缘分布很广,大西洋(安的列斯岛弧、斯科舍岛弧除外)、印度洋(印度尼西亚岛弧除外)、北冰洋、南极洲等的周缘皆属大西洋型大陆边缘。此外,还包括西太平洋一系列边缘海的大陆边缘。大西洋型大陆边缘处于板块内部,沿南美、非洲、印度、澳大利亚一带,主要与前寒武纪稳定地块相邻接;沿北美洲和欧洲的大西洋边缘,大部分位于古生代造山带上。大陆架宽广,大陆坡较缓,缺失海沟,它被动地随板块而移动,没有强烈的火山、地震和造山运动。
     由于远离高热流的大洋中脊裂谷,陆缘下的地幔冷却收缩,导致陆缘下沉,接受沉积;沉积物荷载加大又会在地壳均衡作用下进一步下沉和再接受沉积。由此可见,大西洋型大陆边缘是在海底扩张、大陆离散的背景中,通过冷缩沉陷和均衡沉陷,不断加积、逐渐塑造成的,巨厚的沉积和构造活动微弱,标志着它相当于地槽发展的早期阶段(冒地槽)。海底扩张和陆缘下沉发展到一定阶段,就会出现埋葬板块的海沟,大西洋型大陆边缘遂转化为安第斯型大陆边缘或岛弧-海沟系。安第斯型大陆边缘和岛弧-海沟系同属板块俯冲边界,主要分布于太平洋周缘。它们具有以下几方面堪称首屈一指的特征:地球上最强烈的地震带,最剧烈的火山带,地形高差最大的地带,最大的负重力异常带,热流值变化最显著的地带,最强烈的区域变质带。这些特征标志着它们已相当于地槽发展的壮年阶段(优地槽),出现了安第斯型或岛弧型造山运动,地槽沉积物褶皱隆起,归并于陆缘或岛弧,导致陆壳增生,地槽(以及俯冲带)向大洋一侧迁移。
     一般来说,大洋板块的俯冲一开始总是直逼陆缘发生的,贝尼奥夫带的倾角较缓,由此形成安第斯型大陆边缘,主要分布在美洲西缘,并以南美洲西部安第斯山一带最为典型,故名。它由海沟和年轻的褶皱山系组成,大陆架狭窄,大陆坡较陡,后方无弧后盆地(边缘海)。当贝尼奥夫带的倾角增大,弧后盆地张开,便出现弧后盆地-陆缘岛弧-海沟系,这主要见于太平洋西缘一带。若弧后盆地在俯冲作用下关闭,陆缘岛弧重新与大陆汇合,则又可转化为安第斯型大陆边缘。
     板块俯冲带也发育于离陆缘一定距离的洋盆中。当该处大洋壳断裂,一侧大洋板块俯冲于另一侧大洋板块之下,海沟逐渐形成;仰冲侧出现海底火山活动,火山岩堆积并上翘抬升而露出水面,这就是所谓洋内岛弧-海沟系,如太平洋中部的马里亚纳岛弧-海沟、汤加岛弧-海沟等。洋底的俯冲与板块的汇聚,大洋完全闭合,最终将导致两侧大陆相遇汇合。此时,板块俯冲停止,贝尼奥夫带消失,大陆碰撞、挤压,发生大规模造山运动,这也意味着地槽阶段彻底结束。大陆碰撞与板块缝合带出现地球上最高大的山系和地壳最厚的区域,如喜马拉雅山脉,大地构造环境也最为错综复杂。因为在最终碰撞前,可能发生过多次岛弧与岛弧、岛弧(或微型陆块)与大陆之间的碰撞缝合;碰撞后还可以破裂构成复杂的小板块体系,例如,在亚欧板块与阿拉伯板块的南北向钳夹挤压下,出现两个向西滑移的小板块(土耳其板块和爱琴海板块)。
     大规模的碰撞作用波及的范围很大,如印度与亚洲大陆的碰撞,不仅使青藏高原急剧隆起和产生北东向、北西向剪切断裂,挤压应力还传递到一、二千公里之外,使昆仑山、祁连山、天山在新生代发生抬升、倒转褶皱、逆冲断层等所谓“回春活化”现象;一些垂直于缝合线的引张地带,例如青藏高原上近南北向的张裂系,甚至贝加尔裂谷的形成,也导因于印度与亚洲大陆的碰撞。大陆碰撞、板块缝合带发展到后期,挤压应力消失,不再处于板块边界条件下,逐渐趋于固结硬化。褶皱山系在长期剥蚀作用和地壳均衡调整作用的反复交替过程中被削成准平原状态,地壳减薄,地下深成侵入岩体和变质岩体出露地表,造山带转化成为地盾;当它被新的沉积盖层埋覆时,即成为地台。倘若大陆地台重遭破裂,便会开始新的大洋或地槽的发展旋回。
     最后,在剪切型边界条件下的三种构造类型中,以横断大洋中脊的洋底转换断层分布最广;陆上转换断层和转换断层型大陆边缘分布不广,前者如圣安德列斯大断层,后者如南加利福尼亚西缘和南美委内瑞拉北缘。综上所述,板块构造理论把地槽的发展纳入到现代板块活动的模式之中,它以大陆地台的破裂为开端,以大陆碰撞为终结,在这过程中伴随着大洋的张闭和大陆的分合,各种大地构造类型相继演替。概括地说,当大陆裂离、大洋张开时,新生的大西洋型大陆边缘是巨厚地槽沉积物堆积的场所;当大陆汇聚、大洋收缩时,受俯冲作用控制的安第斯型大陆边缘和岛孤-海沟系便是转化为造山带的地方,发生强烈的构造变动、岩浆活动和变质作用,地槽向大洋一侧迁移;大陆相遇、大洋闭合时,碰撞作用造就了年轻、高大的褶皱山系,最终结束了地槽阶段。

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