第八章板块构造与造山作用.pptVIP

造山带是指在板块会聚碰撞过程中 洋盆闭合并伴随着岩浆侵入和岩石的变质变形作用 通常把这种地质构造十分复杂的长条状地带成为造山带 造山运动定义 hsu 1982 modernplatetectonicstheoryinterpretsmountainbuildingastheresultofcompressionaltectonicsalongconsumingortransformplateboundaries involvingsedimentsdepositedoncontinentalmarginsaswellasthoseinplate interiors a m c sengor 1992 是一个用于表征会聚板块边缘所有地质过程的集合名词 这一定义是指某一地质现象 即板块会聚 而产生的一系列地质过程 接近于hsu的观点 第八章 板块构造与造山作用 一 概述 根据上述定义 我们如何理解拉张作用引起的造山带呢 如洋中脊 海底山脉 造山带形成的前提条件 洋盆闭合和板块会聚的地质过程 板内造山又是如何来解释的呢 如我国燕山 贺兰山以及西南非洲纳米比亚的damara造山带 一 概述 造山带 地壳发生强烈变形 变质作用和岩浆活动特别是深成作用的构造带 造山带的核心花岗岩基和区域变质体 它是发生过造山运动的山系 有些已夷平成平原 但仍应称为造山带 而不能称为山脉 山脉 是造山带的一种地貌景观 并不是造山带的全部 一 概述 现代全球造山带主要分布在两条主要的构造活动带上 阿尔卑斯 喜马拉雅和环太平洋构造带 而这些带正是板块的会聚带 主要包括洋 洋板块边界 洋 陆板块边界 陆 陆板块边界造山带事实上 从全球所有不同地质时代形成的造山带看 还有陆间造山带和陆内造山带 形成造山带的地球动力学过程复杂多样 二 板块构造与造山作用 distributionofrecentandmodernorogenicbelts orogenyatanoceanic oceanicplateboundaryandthreestagesinthedevelopmentoftheandes simplifiedcrosssectionsshowingthecollisionofindiawithasiaandtheoriginofthehimalayas 基本特点 大都是相互连结围绕古老克拉通地块周边分布陆缘造山带 陆间造山带和陆内造山带全球造山带 环太平洋带 地中海带 乌拉尔一蒙古带 北大西洋带 北冰洋带 三 全球造山带的分布特征 1 东太平洋造山带 科迪勒拉带 andes造山带 科迪勒拉带大致与海岸平行 自阿拉斯加延伸到南美南端的斯科舍弧 从中新世起 褶皱带内部发生强烈块断 形成著名的盆地一山岭式构造 同时发生强烈的火山喷发 近些年来 由于大量移置地体的确定 一些人认为 科迪勒拉造山带是不同时期大量移置地体归并的产物 构造形象可能要比现在的认识复杂的多 andes造山带是俯冲构造岩浆作用的产物 科安迪第勒斯拉造造山山带带构构造造演演化化图图 西太平洋造山带可以划分出靠近大陆的古生代造山带和靠近大洋的中新生代造山带 造山带均存在着逐渐向太平洋方向迁移的现象 边缘海和岛弧 多数岛弧具有与相邻大陆类似的构造发育史 如日本和新西兰岛弧 它们都是现代火山带和地震带 2 特提斯带 tethysbelt 即地中海造山带 是阿尔卑斯旋回中隆起的中新生代进山带 各段发有历史不尽相向西段 阿尔卑斯带发育在海西褶皱基底之上 在古生代晚期 南北大陆通过欧洲与非洲相连 统一成一个联合古大陆东段 喜马拉雅地区 其南侧为印度古陆 北侧为羌塘 冈底斯陆块 始新世中晚期 印度与欧亚板块碰撞形成喜马拉雅山 3 乌拉尔一蒙古造山带界于东欧板块 西伯利亚板块与卡拉库姆一塔里木一中朝板块之间 乌拉尔地区为一长期发育的造山带 主要的岩浆活动时期为志留纪和泥盆纪 隆起主要发生在加里东后期 东部为活动陆缘 西部为被动陆缘 4 北大西洋造山带由于大陆分裂 北大西洋造山带位于大西洋东西两岸 西岸即阿巴拉契亚造山带 东岸北欧加里东造山带 阿巴拉契亚造山带由格陵兰东海岸经加拿大 美国东缘进入墨西哥 大致以纽约东的一线为界 北段为加里东造山带 南段为海西造山带 5 北冰洋造山带在加拿大地盾北界的大陆架和北极群岛范围内发育着一个英努伊特褶皱区 于泥盆纪末或石炭纪初褶皱隆起 英努伊特和布鲁克斯带共同组成环绕北美大陆北缘的造山带 6 中国造山带中国造山带可分为近东西向和近南北向两大体系 后者属于环太平洋造山带的一部分 它基本上是一个中新生代造山带北部 天山一兴蒙古生代造山带南部 秦祁昆古生代造山带和西藏一滇西中新生代造山带 造山带是板块汇聚的产物 至于 a 型俯冲可理解为碰撞作用的继续发展 因此 造山作用基本上可以认为主要是俯冲 碰撞两种 由此将造山带归并为相应的两大类 其次为克拉通内造山带造山带中可以识别出弧前体系 弧后体系和被动陆缘体系三部分 四 造山带的基本类型和结构 1 弧前体系弧前体系一般由俯冲杂岩 弧前盆地和火山岛弧三部分组成日本岛弧和吕宋岛弧是西太平洋岛弧的代表 但类型各有差异 长期以来主要以俯冲角度大小 聚合速率来解释俯冲带不同的结构 与俯冲角度有关的俯冲带结构形变特征俯冲角度小 地壳处于挤压应力中 形成andes山链 发育褶皱冲断层 2 俯冲角度相对大些时 地壳处于引张应力中 形成火山弧及弧后盆地3 当陆源沉积物增多时 那些低角度俯冲带形成 复杂俯冲 2 弧后体系弧后盆地或边缘盆地 最初指位于岛弧火山链之后的半封闭盆地或盆地系列 表现为伸展和地壳减薄 有或完全没有成熟裂谷及大洋岩石圈的出露 前者如北美科迪勒拉内带 落基山 和阿帕拉契亚内带北段 兰岭以北 后者则是由众多地体构成的岛弧带 多发生在造山带的外带 3 被动陆缘体系因为活动陆缘是被动陆缘的进一步发展 所以被动陆缘体系也是造山带的重要组成部分 北美落基山造山带是变形的克拉通西部被动陆缘 喜马拉雅造山带主体是印度克拉通北部被动陆缘 20世纪80年代以来 最初的被动陆缘概念以mckenzie 1978 的纯剪切伸展模式为代表 主张大陆因裂谷作用而解体 地壳伸展减薄而沉陷火山型与非火山型被动陆缘对 wernike 1989 提出大陆解体也可通过低角度拆离带进行 结果就形成与地幔隆起不对称的被动陆缘对 正对着地幔隆起一侧的陆缘火山活动强烈 而偏离地幔隆起一侧的陆缘仅上地壳发生强烈构造变动而无火山作用 被动大陆边缘对 4 俯冲造山带的类型和结构dewey和bird 1970 将俯冲型造山带划分为有弧后盆地发育的西太平洋型 岛弧型 和无弧后盆地发育的安第斯型两类sengor 1991 将俯冲造山带划分为海沟前进的挤压型i型 andes type 海沟后退的拉张型 马里亚纳型 和中性型 莫克兰型 对造山带类型的划分仍然把西太平洋型和安第斯型是俯冲造山带的两个基本类型 并根据构造特征将其归并为五类 1 日本岛弧型表现为海沟不断后退 岛弧不断增长 不同时代的俯冲杂岩体由内而外平行成带展布 2 新西兰北岛型主要特点是无海沟情况下俯冲消减 或因走滑斜向俯冲引起 但弧前弧后体系却类似于日本岛弧 只是没有表现出定向迁移 斜向俯冲边缘模式图 下图为增生楔细部 3 科迪勒拉型复合俯冲带 晚期俯冲带叠加在早期洋内弧 大陆碰撞带之上 弧前体系发育 既有发育的俯冲杂岩 弗朗西斯科群 又有弧前盆地 但弧后表现为隆起背景下的伸展 盆地一山脉省 和逆冲 落基山带 4 安第斯型 是低角度俯冲的代表 弧前体系不发育 岛弧地块逼近海沟 弧后不是伸展而主要表现为向克拉通地块逆冲而隆起 是这一体制下的强大挤压力所致 5 莫克兰型 无扩张脊残余洋盆俯冲作用的代表 可作为软碰撞的一个典型实例 位于伊朗 巴基斯坦南部的莫克兰造山带 由k2到现代的俯冲增生杂岩 向南逆冲的叠瓦状构造 伊朗莫克兰地质图 波斯湾构造演化图 5 碰撞造山带的类型和结构1 概述 结构特征碰撞造山带由高原 逆冲带 前陆挠褶带和后陆变形带四部分组成 其中逆冲带和前陆挠褶带普遍见于碰撞造山带中 而高原和宽广的前陆与后陆变形则只出现在造山带的某一特定部位碰撞带造山带中的基本碰撞单元 微板块 增生弧 岛弧 5 碰撞造山带的类型和结构 基本类型 以碰撞造山作用的主要单元为分类依据 主要有 1 陆 陆碰撞型是指两个大陆板块或大陆板块与微板块或两个微板块之间的碰撞作用 过去认为典型的陆 陆碰撞造山带 如阿尔卑斯和喜马拉雅 现在被认为是陆 弧碰撞的产物 非洲的一些泛非造山带是陆 陆碰撞带 2 陆 前缘弧碰撞造山带典型实例有台湾的海岸造山带和澳大利亚与斐济岛弧碰撞形成的造山带 3 陆 残留弧碰撞造山带依据hsu 1995 非洲大陆在第三纪时期并没有与欧洲大陆发生碰撞 在始新世 与欧洲板块相碰撞的奥地利阿尔卑斯和南阿尔卑斯是前弧后面的一个缺少岩浆活动的具有结晶基底的残留弧 它与弧后位置上的欧洲大陆碰撞 因此阿尔卑斯造山带是典型的陆 残留弧碰撞造山带 4 陆 增生弧碰撞造山带喜马拉雅 天山 昆仑造山带可以认为是陆 增生弧碰撞造山带 增生弧是由前缘弧向大洋方向增生的 5 弧 弧碰撞带如我国冀东太平寨弧与三屯营弧的碰撞 6 陆 弧 陆碰撞带这种类型是3个单元在同一地质时期发生碰撞的造山带 如我国的古元古代的五台山造山带和早古生代的闽赣湘造山带等 7 克拉通内造山作用克拉通内造山作用 也称板内造山作用 按现代概念理解 是指那些无板块俯冲 b型 碰撞过程的造山作用 我国的贺兰造山带 燕山造山带应是典型的克拉通内造山带 克拉通内造山带的主要特征归纳如下 1 横切克拉通边缘 伸入克拉通内部 中国贺兰和燕山2 没有标志残余洋壳的蛇绿岩 没有安山质火山岩及其相应的侵入岩 没有远洋沉积 中酸性侵入岩早期具有幔源特点 后期为地壳重熔的产物 稳定的碳酸盐岩分布较广 火山岩以碱性或双峰式组合为特点3 构造变形以脆性为主 为块断和冲断构造 褶皱为宽缓的直立或斜歪褶皱 无区域变质作用发生 热穹隆引起的由内向外的伸展变形为主要变形方式 表现为变质核杂岩的出露4 构造演化的继承性和多旋回性 贺兰地区在中奥世与中石炭世二次强烈活动之后 晚石炭世到早中三叠世相对稳定 构造与沉积同鄂尔多斯克拉通没有什么差别 但自晚三叠世起逆冲推覆活动强烈 又类似于一般造山带的构造特点 并在其山前形成了鄂尔多斯中生代山前凹陷盆地 7 克拉通内造山作用上述特征进一步证明这些地带为克拉通上的薄弱地带 是壳幔深处活动性强 完成克拉通化的时间较为漫长克拉通内造山作用机制是一个没有解决的难题 文献中都沿用的是kroner 1982 的早期模式 sengor 1992 anmartin 1983 的解释都是在这一模式基础上的修改与补充 基本上都认为造山作用大致经历三个阶段 演化的三个阶段1 首先岩石圈在上涌地幔 软流圈 的作用下伸展 裂谷阶段 图a 2 壳下岩石圈不断分异出玄武岩浆 残留的地幔岩石圈拆离下沉 图b 3 拆沉作用导致地壳相互重叠而造山 图c 壳下岩石圈继续部分熔融导致后造山期花岗岩侵位及表层的逆冲推覆 8 晚或后造山作用把造山作用之后活动带的演化称为晚造山作用 后造山作用指造山带活动在停滞数亿年之后 构造活化阶段所发生的造山作用 中国西部古生代造山带普遍在新生代后期才强烈隆升 这就是典型的后造山作用 后造山作用常表现为山脉的强烈隆起和向两侧的推覆逆掩 古老造山带下面都没有山根 而只有年青造山带之下才有山根 造山带地壳厚度内部比外部薄 核部常有变质核杂岩出露 其中产有柯石英 金刚石等越高压变质矿物 显示某些造山带核部至少已上隆100km以上 8 晚或后造山作用1 变形机制 造山带后期伸展构造形成的驱动力是 由于地壳加厚 地形升高而诱发的重力滑动和陷落 主要发育在造山带边缘 马杏垣 1977 车自成 1997 在碰撞造山带 正在加厚的岩石圈会引起岩石圈与下伏软流圈的不均衡 为达到均衡 造山带岩石圈的 地幔根 会通过拆离 delamination 和对流去除而脱离 从而驱动软流圈物质上升 岩石圈相应伸展变薄 对软流圈物质上涌活动的响应 地壳的侧向挤出或斜向汇聚引起的岩石圈伸展 前者如东亚新生代大陆边缘 后者如西班牙南betic造山带的晚期伸展 christopheretal 1997 一般认为晚或后造山作用主要表现为逆冲推覆 伸展作用 拆沉作用和变质核杂岩的上隆 8 晚或后造山作用伸展构造主要发育在被动大陆边缘地带 但也广泛见于造山带演化的后期 美国西部盆岭构造是最为典型的后造山期伸展构造 其力学机制可能是 地幔底辟导致地壳细颈化 也有人认为是晚第三纪以来圣 安德烈斯走滑活动引起内华达山相对科罗拉多高原向西运动的结果 美国盆岭地区14ma时伸展剪切构造样式 8 晚或后造山作用伸展变形往往使中下地壳在造山带轴部出露 形成所谓的 地轴 它们都是一些岩浆杂岩带 构成巨大的叶理平缓的片麻状穹隆 核心是花岗岩质或花岗闪长岩质的片麻岩 世界上典型的造山带均有这种构造 包括造山带根带在内的深成变质岩指变质核杂岩 高压一超高压