初论板内造山带_张长厚

　第6卷第4期1999年10月地学前缘(中国地质大学,北京)EarthScienceFrontiers(ChinaUniversityofGeosciences,Beijing)Vol.6No.4Oct.1999　

初论板内造山带

张长厚

(中国地质大学,北京,100083)

(国土资源部岩石圈构造及动力学开放研究实验室,北京,100083)

摘　要　讨论了关于板内造山带含义的不同认识。指出板内造山带是一种特殊类型的造山

带,而不是板缘造山带或板间造山带持续发展的结果。简要介绍分别发育在4个大陆的不同时

代的板内造山带,总结板内造山带在区域大地构造位置、造山带构造格局、构造变形与变质作

用、岩浆活动与沉积作用、造山带构造演化等方面与板缘造山带的差异。板内造山带形成于相

对较老且强硬的岩石圈板块内部,造山带内部构造单元不具有平行于造山带走向分布的特征,

即不具有线状构造格局,构造变形具有地台基底乃至整个地壳卷入的厚皮构造性质,同造山区

域变质作用微弱,同造山岩浆活动、沉积作用和构造变形均无极性演化趋势。岩石圈拆沉作用

(delamination)可较好地解释板内造山带的火山活动特征。尽管板块间相互作用(俯冲或碰撞)所产生的水平挤压应力似乎更易于阐明板内造山带的收缩变形特征;但是,板块间相互碰撞或

俯冲产生的边界应力可否有效地被远程传递,尚有待进一步研究和解决。将板块间相互作用的

水平应力场与岩石圈纵向物质与能量调整(重力、热力等)因素作综合考虑,可能是解决板内造山带造山作用机制的有效途径。

关键词　板内造山带　板缘造山带　拆沉作用　板块碰撞远程效应

CLC　P542

在板块构造学说诞生近30年的时间里,造山带的地质和地球物理研究,绝大部分均与板缘变形有关。在了解造山作用过程方面取得的重要进展也主要集中在与大洋俯冲、陆陆碰撞、陆弧碰撞密切相关的造山带中。甚至把造山带定义、分类、以及造山作用过程直接与板块相互关系和相互作用联系起来[1～3]。相比之下,对在相对稳定的板块内部发育的另一种造山带──板内造山带的研究则明显不足。而板内造山带几何学、运动学和动力学的研究,应该在跨世纪的大陆动力学研究计划中占有更为突出和重要的位置。为此,本文从与板缘造山带比较的角度,讨论板内造山带的有关问题。

1　关于板内造山带的含义

在远离大陆边缘的地方,即克拉通内构造环境中存在着一种特殊类型的造山作用和造收稿日期:1998-10-16　　修改稿收到日期:1998-10-30

作者简介:张长厚,男,1964年生,博士,副教授。构造地质学专业,主要从事区域构造研究。

本研究受国家自然科学基金项目(编号:49702034)资助。

前沿·边缘·分支·热点　　　　　　地　学　前　缘　　　　　　　1999,6(4)　山带。在板块构造假说产生之前,我国地质学家已注意到了这种特殊的地质构造单元。例如,黄汲清先生提出的“准地槽”概念,原北京地质学院区域地质教研室于60年代初创立的“台褶带”概念,都反映了这方面的认识倾向。70年代末以来,德国学者在研究西南非洲纳米比亚Damara造山带和欧洲华力西造山带时,提出了“陆内褶皱带”(intracontinentalfold

[4]belts)概念。近年来,许多中国地质学家先后提出陆内造山带、板内造山带、断裂造山带等不同的造山带名称。但是,对于它究竟是一种特殊类型的造山带,还是板缘造山带构造演化中的一个阶段,尚存明显分歧。目前主要有以下3种不同认识。

1.1　与陆(板)间或陆(板)缘造山带具有密切时(板)内造山带观念

持这种观点的人认为,造山带是岩石圈板块会聚作用的产物。岩石圈板块的聚合可以分为3个阶段。第一阶段发生大洋岩石圈板块的俯冲--形成陆缘造山带;第二阶段大洋岩石圈板块俯冲消减完毕,两大陆地块碰撞──形成陆间造山带,其变形宽度大于陆缘造山带;第三阶段是当板块聚合作用继续进行时,挤压构造变形带向两侧大陆地块扩展,即发展成为陆内造山带,变形宽度更大。这种观念表明,陆内造山带是陆缘和/或陆间造山带发展的最终产物,陆内造山作用是陆缘或陆间造山作用向陆(板)内的进一步持续,它们共同构成了一个完整的造山旋回[5,6]。正因为如此,一些学者宁可用克拉通内(intracratonic)造山作用,而不使用陆内(intracontinental)造山作用这一术语[7],以免引起混乱。也是因为这个原因,一些地质学家反对有陆内造山带的主张。

1.2　形成于大陆岩石圈板块内即板内(陆内)造山带的观念

持此观点者认为,大洋岩石圈与大陆岩石圈有着本质的差别。在大陆岩石圈动力学背景下,大陆岩石圈内部(或称板内)起因于不同造山运动的各种构造即所谓陆内造山构造,它们造成和组成了独特的陆内岩石圈构造变形、滑脱运移与加积加厚,并伴随变质、岩浆活动

[8]等,构成陆内造山带。与前一种观点不同的是,这种认识不强调陆内造山带在时、空两方

面与板缘或板间造山带存在成因联系,只强调造山带所处大地构造位置的岩石圈构造性质;而且对主造山期前所经历的地质发展史以及主造山时期造山带所处的大地构造位置未预阐释。另一方面,岩石圈也并非是非大洋岩石圈即大陆岩石圈的简单区分,尚有陆洋过渡区的过渡型岩石圈,而这种部位又是活动性较大,造山作用最活跃的地带。在这种岩石圈部位形成的造山带,究竟归属于陆内造山带还是陆缘造山带?上述陆内造山带的观点是难以回答的。

1.3　演化过程中不曾有过洋壳即为陆内(板内)造山带的观念

在主张存在陆(板)内造山带的学者中,有不少人认为,如果在造山带演化当中不曾有过大洋的出现和消减、消亡,造山带中没有洋壳的残余,那么这样的造山带即可视为陆内或板内造山带,既不考虑造山带所处具体的大地构造位置,也不太注重主造山期前的沉积环境和沉积作用特征及其所反映的大地构造属性。这种认识与第二种观念有相似之处,但又不完全相同。在具体造山带研究方面所引起的争议和混乱是显而易见的,如持这种观点的学者,把秦岭造山带视为陆(板)内造山带,甚至把喜马拉雅造山带也作为陆内造山带[11]。更多的人则认为,秦岭造山带是碰撞造山带,喜马拉雅造山带更是陆间造山带的典型代表。但是,不管认识如何,扬子地台(板块)和华北地台(板块)是两个具有不同地质演化历史的大地构造单元的事实是无可否认的;欧亚板块和印度板块分属不同的大地构造单元,而并非同一板块(碰撞造山之前),也是众所周知的基本事实。

[9～11][9～11]

1999,6(4)　　　　　　　地　学　前　缘　　　　　　前沿·边缘·分支·热点　

综上所述,关于板内造山带的含义,目前尚未取得一致认识。根据国内外最新研究成果和笔者对燕山造山带的研究认为,陆内(板内)造山带确实是一种不同于陆缘或陆间造山带的特殊类型的造山带,它不是陆缘和陆间造山带继续发展的产物,也不属于后者演化的某一个特定阶段。陆内(板内)造山带有其独特的大地构造位置、形成演化历史及形成机制。考察一个造山带是不是陆内(板内)造山带,首先要确定空间上它所处的大地构造位置,在时间上弄清其形成演化历史和主造山期,尤其是主造山期间所处的大地构造部位及属性。究竟板内造山带具有怎样的特性,首先让我们来看看研究程度较高的几个大陆板内造山带实例,然后再来探讨这个问题。

2　几个大陆板内造山带实例

2.1　西南非洲纳米比亚Damara造山带

Damara造山带,是晚前寒武纪-古生代早期泛非造山带延入非洲大陆内部的一个分支,是在稳定克拉通基底上形成的典型陆内造山带。该造山带的主要特征包括:①变形具有基底卷入的厚皮构造特征,且具有多阶段变形特点;②同构造和后构造花岗质岩浆侵位延续100Ma甚至达200Ma。这些花岗质岩石除早期的小型侵入体,如闪长岩、正长岩和花岗闪长岩侵入体具有幔源特点以外,绝大多数都是硅铝质地壳重熔的产物;而且这些花岗岩的成分在空间上没有规律性的变化(极性演化)趋势;③构造期后花岗岩不只限于造山带内部,在造山带外缘亦有分布;④在Damara基底形成以后3个主要阶段发展演化中,早期形成的裂谷和地堑构造特征,在经历了中期强烈的地槽发育阶段和晚期造山变形阶段后仍然保存完好。

Martin和Porada指出[4,12],Damara造山带具有板块构造学说造山作用理论所不能解释的如下特征:①在构成Damara造山带主体的大套沉积岩系中(地槽发育阶段),没有或极少有火山岩发育。根据板块构造学说,这应该是被动大陆边缘沉积,当发生造山作用时应转变为主动大陆边缘;②在Damara造山带中没有安山质火山岩及相应的侵入岩发育,但是,在主动大陆边缘俯冲的大洋板块之上应该有这些岩石;③在Damara造山带中没有标志洋壳残余的蛇绿岩存在;④稳定的碳酸盐岩在整个造山带中均有分布,表明在北部的刚果克拉通(CongoCraton)和南部的Kalahari克拉通之间不存在大洋;⑤没有标志碰撞缝合带的火山混杂岩或原来形成于不同沉积环境的(如浅海和远洋的)沉积并置的现象。因此,Damara造山带的形成,是无法用板块俯冲或碰撞造山作用模式来解释的。

2.2　美国西部拉拉米造山带

拉拉米造山带位于美国西部,从新墨西哥州北部的Rio大裂谷北部向北经过克罗拉多州中部、怀俄明州大部到蒙达拿州西南部一带,总体上呈NNW走向,长约1400km。在区域大地构造位置上,它的东部和北部是稳定的内陆克拉通,西部是著名的科迪勒拉前陆逆冲带,西南部为科罗拉多高原,在地理位置上大体位于落基山脉的中南段。

拉拉米造山带在白垩纪末期强烈的构造变动发生之前,一直是稳定的北美克拉通的一部分。具有前寒武纪的变质结晶基底,古生界、三叠系和侏罗系主要为海相沉积,而白垩系是海陆混合相,新生界全是陆相沉积[13]。在白垩纪末-老第三纪期间,经过强烈的构造变动而成为造山带,因此,拉拉米造山带是在稳定克拉通基础上形成的陆(板)内造山带。

前沿·边缘·分支·热点　　　　　　地　学　前　缘　　　　　　　1999,6(4)　Spencer(1977)称其为“变形的北美地台”,实为该造山带板内构造属性的生动写照。该造山带具有一种基底为核的背斜与椭圆形前陆盆地相间的网状构造组合[14,15]。造山带中没有像褶皱冲断带中那样的紧闭褶皱,所有比较大型的复杂褶皱都只限于局部地段,且与断层密切相关[16]。逆冲断层在整个拉拉米造山带中特别发育,呈面状散布于造山带中。已有地质和地球物理工作证实,一些重要的逆冲断层,如风河逆冲断层(WindRiverThrust)具有厚皮构造性质[17,18]。这些逆冲断层丝毫没有表现出在加拿大落基山、阿帕拉契亚山、阿尔卑斯山和其它造山带中见到的那种明显的线状排列。此外,拉拉米造山带形成期间,无论是在盖层中,还是在基底内部,均表现为脆性变形[20,21]。同造山期岩浆侵入及火山活动十分微弱,因此,造山作用期间热参与程度很低[22]。

2.3　澳大利亚AliceSpring造山带

该造山带位于澳大利亚中部,主体为近东西走向的麦克唐奈山脉,长约1000km,宽逾200km。它经历了中元古代之前的结晶基底形成阶段和新元古代到泥盆纪时期(900～350Ma)的稳定盖层发育过程。发生于泥盆纪-石炭纪的AliceSpring造山运动,使之成为一个克拉通内造山带。

该造山带主体由两部分组成,南部为Amadeus盆地,北部为Arunta结晶基底地块;二者之间被切入地幔的、具有厚皮构造性质的Redbank冲断带所分割[23～25]。Arunta地块由各种变形的火山岩和变质岩组成,它们在古元古代到古生代期间经历了多期构造热事件。Arunta地块西部部分地区被Ngalia盆地所覆盖。Amadeus盆地是一个面积约有17000km2的复杂的克拉通内盆地,在新元古代到晚古生代期间(900～300Ma)接受了稳定的地台型沉积[27]。泥盆纪到石炭纪期间,在该盆地北部接受了标志造山作用的磨拉石沉积,沉积物来源于其北部已经隆起并遭受剥蚀的Arunta结晶基底地块。沉积岩相等工作表明,在泥盆纪到石炭纪主造山期之前,Amadeus盆地与其北部的Ngalia盆地是统一的盆地,只是由于泥盆纪到石炭纪的AliceSpring造山运动,才使得Arunta结晶基底地块之上的相应沉积层位被剥蚀,成为目前的两个分离的盆地[27,28]。

基于已有的地质、地球物理及构造热年代学资料,一些学者总结了AliceSpring造山带所具有的一些别具特色的特征[28]。这些特征包括:①AliceSpring造山作用中,热作用的参与极其有限;②造山作用期间,去顶作用(unroofing)速率、冷却速率及总体汇聚速率[29]远

;③冲断带的形成涉及到低于阿尔卑斯和喜玛拉雅陆陆碰撞造山带地区的相应速率

大陆内部的板内破裂,具有厚皮构造性质[24,25,34];④AliceSpring造山作用期间发生了强烈的以逆冲作用为主的构造变形,而无以火山和岩浆活动为代表的强烈的热参与。

2.4　燕山造山带

燕山造山带位于华北地台内部,从河北省西北部向东延伸经河北北部、北京北部到辽宁西部一带,总体上呈略向南南东突出的弧形,长约700km。中生代中晚期(J-K)主造山运动发生之前,经历了地台基底形成(1850Ma之前)和地台盖层发育阶段(1850～250Ma)。在侏罗纪-白垩纪燕山运动期间,它经历了强烈的构造变形、岩浆与火山活动及同造山期沉积作用,从而成为一个远离同时代任何一个板块边界[35～38]的典型的板内(克拉通)造山带。

燕山造山带造山作用期间,构造变形以基底卷入并控制盖层变形的厚皮构造为特征。脆性断裂变形为主,褶皱作用相对较弱,区域性断裂控制了褶皱构造的分布和几何学型式[39～43][30～33][27][7][23,26][19]。同造山变质作用和韧性变形仅局限在变质核杂岩发育区[39,44],代表了热点似的

1999,6(4)　　　　　　　地　学　前　缘　　　　　　前沿·边缘·分支·热点　高热异常区[45,46],而没有发生大规模的区域变质作用和韧性变形作用。岩浆的强力底辟[47]造成的垂向隆升和变质核杂岩构造是燕山造山带中的重要构造成分,体现了地球物质的垂向调整。

燕山造山带同造山岩浆侵入、火山活动具有多旋回特征,岩浆源区从早到晚具有自幔源、经幔壳混源到以壳源为主的由深变浅的变化特征[48～50]。岩浆岩、火山岩成分在空间上既没有带状分布特点,也不存在板缘造山带岩浆侵入与火山活动所具有的极性变化趋势。正如邓晋福等(1996)所指出的,面型分布、缺乏组成极性(compositionalpolarity)及缺少与弧火山岩成对的白云母花岗岩是燕山地区中生代火山岩的重要特征[51]。

沉积作用以散布于整个造山带的由差异升降形成的山间盆地沉积为特征,沉积盆地的空间分布及沉降沉积特点显示出此起彼伏的规律。尽管从沉积作用的构造意义来看,某些沉积地层单位(如后城组或土城子组)具有同构造沉积的磨拉石性质[52],但是,它们与板缘造山带中具有向前陆极性迁移特点的前陆磨拉石盆地明显不同。

燕山造山带中生代构造格局以早期阴山-燕山纬向构造带上叠加了晚期NNE向的太行山构造带,再加上许多垂向隆升构造为特色。纬向断裂带具有造山期前的伸展、造山期的逆冲、伸展和走滑等复杂的构造变动史[39]。叠加在近东西向构造之上的北北东向构造,既有不同性质的构造变形形迹、也有岩浆与火山活动等的成分。垂向隆升构造则以岩浆强力底辟和变质核杂岩构造为代表。此外,从总体上看,燕山造山带同造山期沉积作用、岩浆侵入和火山活动、构造变形,既具有继承性亦具有新生性。它们的展布具有自早期近东西向,向后期的NNE向逆时针转变的特征,而不具有垂直造山带方向的极性演化趋势。因此,燕山造山带的构造格局和构造演化明显区别于一般陆缘或陆间造山带。[39]

3　板内造山带基本特征及其与板缘造山带的比较

3.1　所处大地构造位置及主造山期前发展史

板内造山带形成于相对稳定的大陆板块内部,在造山作用发生以前,均经历了结晶基底的形成和稳定的盖层发育阶段。因此,它们是在相对较老且强硬的岩石圈基础上发育起来的。这与板缘造山带发育于大陆板块边缘或其间,在造山作用之前经历了长期的地槽演化阶段的特点显然不同。

3.2　造山带构造格局与构造单元

尽管不同的陆缘或陆间造山带中可以划分出的构造单元的数量和个体特征有所不同,但是,总是存在标志俯冲和/或碰撞的蛇绿岩带和(或)构造混杂岩带,造山带的两侧往往是具有不同演化历史和(或)岩石圈结构特点的构造单元。造山带中各构造单元和构造变形形迹都大体与造山带平行,呈带状分布,构成最显著的线状构造格局,如北美西部的科迪勒拉造山带[53～55]、北美东部的阿帕拉契亚造山带[13],以及阿尔卑斯-喜马拉雅造山带等。

然而,板内造山带却有所不同。尽管它们在总体上具有相对狭长的带状外貌,但是,其中的各种不同构造,如隆起─沉降相间的基底与盆地构造格局、逆冲断裂构造与相伴褶皱构造、岩浆岩与火山岩分布、同造山变质带等,并不具有线状分布特征,而是呈面状散布于造山带中。板内造山带中没有板缘造山带中的那种常见的蛇绿岩带或构造混杂岩带,并且,造山带的两侧是具有相同的岩石圈结构与演化历史的同一个岩石圈板块。