构造相理论
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构造相理论简介
一、构造地质学理论的回顾及构造相理论的提出
构造地质学在其发展过程中提出并改进了一些重要的构造地质学假说、学说,其中有重要意义的有槽台学说
、板块构造、地体构造等。这些学说都有其重要的理论及实践意义,也都有其局限性。
槽台学说在1873年丹纳提出地槽的概念后经过长期的研究,把来自沉积建造、岩浆活动、构造变形、变质作用和成矿作用等不同领域的大量实际资料用统一的框架系统化、规范化。促进了区域地质的研究,提出了褶皱幕、构造旋回、克拉通、地槽类型的划分等概念及其表示的地质意义。稳定单元和活动单元的对比也是构造地质分析的一种重要方法。但槽台学说缺少现代海洋、边缘海、大陆的实际资料的支持,而且岩石圈大规模水平位移的迹象与槽台学说的固定论思维框架的尖锐冲突最终导致它需要被发展,被新的构造地质学学说所代替。
板块构造学说的产生提出了一个据全球构造变化过程综合分析构造带的思路,提出岩石圈并非浑然一体,而是由多个不同的刚性块体组成,彼此镶嵌排列并相互运动,而引起其边界的变形;而岩石圈与软流圈的边界便是板块发生大规模运动的地方;板块在地球表面的运动符合欧拉几何学定理;全球范围内新板块的增生和旧板块的消亡总体上应相互补偿。近期又提出地球发展过程中地壳不同的物理化学条件下不同的板块构造体制的研究,对板块驱动机制也进行了深入的研究,但基于现代海洋研究的板块构造无法自如的用于陆内造山带,板块构造组合不可避免的过于简单,许多研究仍着眼于用板块构造理论来解释地层学记录,而且板块尺度的理论很难用于野外露头尺度的考察。
七十年代地体理论的提出是对板块构造理论的发展。提出由许多走滑在一起的多个块体组成的地体的演化过程、构造机制,提出各个地体都有一段分立的地质学历史,是在后来的构造运动过程中被拼合在一起的。地质信息的有限、前期物质来源与运动过程的复杂性与多解性,使它不能推广到现存的大多构造带单元中去,一些构造现象在压缩变形区难于解释,而且现在碰撞区地块能否插入所见的露头岩体之下仍是有疑问的。
由于地壳组成的复杂性及构造运动的多样性,至今仍没有任何一种构造分析方法可适用于所有地区的构造解译及古构造恢复,而且以上所提到的构造地质学的假说都有其适应
的地方,也都在理论上和实践上解决了不少问题,所以他们都在被地质学界和工业界使用。
构造相理论是在野外考察的基础上,把岩石学与构造地质学的基本理论及相互关系结合起来,讨论造山的构造带构造应力场的特征,把野外露头尺度的考察与区域的板块构造运动结合起来,并与现代海洋与陆缘及他们之间的关系的研究结合起来,也是以板块构造学说为理论基础,提出了板块形成、发展的一种分析思路。而要进行古构造地理再造要求附加一些其他资料,如年代学、
动力学、地球化学、地球物理学等资料。构造相理论不失为一种思考问题的有效方法,在实践中有其实际意义。
作者在阅读大量外文文献的基础上,对构造相理论作初步的介绍。
二、构造相理论的基本内容与研究
构造相理论把构造应力背景分为离散型、汇聚型、碰撞型、走滑型。文中的实例以低纬度区为主,多源于地中海东部特提斯域。
发散型构造背景下的构造相:
1、1陆壳边缘沉降构造相
无火山型边缘构造相
近来大洋钻探揭露,大陆边缘沉降类型中有一种无火山型,典型区为Iberian
边缘沉降,由180km宽的含橄榄石基底不确定型地壳组成,反映了洋底沉降使地幔物质出露。北大西洋沉降中心的共轭边缘都由断块旋转而表现出来,基底自然原来本质仍不清楚。许多其它边缘包括澳大利亚南部边缘也与无火山的旋转断块型相似。沉降火山作用的各种伸展作用程度及成分主要受控于地壳伸展程度和壳幔岩石圈的已有成分,在非地幔柱影响的地区熔融成分及体积的大小受伸展的垂向分布的影响,如伸展主要限于地壳,基本不产生火山作用;但以弥漫型伸展延伸到地幔岩石圈的地区将产生大量的熔融作用。
火山型边缘构造相
一般有向海倾斜的150km宽的反射带,包括格陵兰东南、大西洋边缘的Hutton
Bank和Voring等。最近的钻探资料显示向海倾斜的反射面由陆壳玄武岩超覆于以前的包括一些石英砂岩的旋转基底组成,洋陆界面陡立地限定了这个区域。多数人认为火山型边缘与无火山型边缘不同的是由大型地幔柱的熔融程度控制,地幔柱活动引起的地热升高可能是多种多样的,由长期的地幔柱活动(如东非裂谷)到短期地幔热异常(如北海穹隆)来解释,在这以后热穹隆的发展导致了区域性不整合,随后沉陷裂解,形成了双峰式火山岩和裂谷沉积物。然而早期地幔影响的沉降史过程留下来的记录很少,而且,目前存在的被动边缘区分这两种沉降环境的实际资料也不够充分。主要的问题是被动陆缘发生了严重的构造变形。目前根据特殊成因沉降
类型对比已知地区的解释令人难以信服。最后的希望就是研究一些地壳正在生成地区的沉降活动细节,把沉降的各个时期都作以研究,包括陆地和海中的。太平洋的Woodlark盆地是个很理想的地方。
陆内裂谷构造相
与大洋相距很远的陆内裂谷被半地堑中的陆源火山碎屑制约,灰岩和蒸发岩可能在海洋环境中加积。低纬度区浅海环境以厚层、再沉降碳酸盐岩为主,包括碎屑流,意大利被碳酸盐岩台地包围的Dolomites就是一个实例。详细的沉积相模型在一些特殊的构造环境中被建立起来,然而在一个新区一开始需要很多的观察资料来认识沉降构造相。当然也无法建立大陆内部沉降环境中所有可能的不同构造相。
消亡裂谷构造相
消亡裂谷带是没有转化到被动边缘阶段的大型沉降带。就理论而言,可能是火山型或无火山型。消亡裂谷构造相可以通过沉积物水位变浅的特征得到认识,不会出现向上加深的后沉降序列。沉降后典型的热沉降产生了很深的盆地,受沉积加载的影响扩大,先是深水型沉积加积,随后沉积浅水型以至陆源物质沉积相
台地裂谷构造相
碳酸盐岩台地可被台地内盆地切割,加勒比地区的大洋舌状物就是一例。这些盆地可以追溯到沉降时期开始拉张的形成。它常借助于前期的台地内断陷盆地构造相,可以通过现存的深海碳酸盐序列得到认识,沉积于CCD线之上,与碳酸盐岩重力流互层。台地内盆地可能保留很深,向上变浅而形成碳酸盐岩台地。台地内裂谷盆地有没有火山岩可以从相关的碳酸盐岩台地、来源于台地斜坡型沉积和盆地碳酸盐岩沉积中得到认识。
1、2被动边缘环境
被动边缘构造相包括碳酸盐岩台地相、边缘高地相和深水斜坡相。
碳酸盐岩台地构造相
大陆边缘碳酸盐岩台地由薄层陆壳—边缘洋壳组成。碳酸盐岩台地构造相在构造带中易于识别,其序列往往是硅质碎屑岩/断陷火山岩被厚达千米的浅水碳酸盐岩序列覆盖,沉积是由于抬升或洪积事件形成,受海水面变化控制。沉降开始时台地下沉接受远洋凝缩相,如澳大利亚西北部的Wombat高原或弗罗里达上白垩—第三纪范围内的Blake高原。
边缘海山构造相
深海钻探和地震研究表明,大西洋中心和北部裂陷的基底较高,可称为边缘海山,可能与断块的旋转有关。低纬度区一个断块被碳酸盐岩覆盖而在造山带中被保存下来的机会就会更多。这种明显的构造相以基底较高、被凝缩沉积或碳酸盐岩建造覆盖为特征,被深水沉积斜坡和盆地沉积包围。
斜坡构造相
被动陆源的深海钻探揭露了大量的斜坡构造相特点,特别是大
西洋的东北和西北部。典型的大西洋型被动陆缘斜坡序列的范围超过数百公里,微陆块仅十公里,狭窄的被动陆缘与微陆块相邻,斜坡构造相有很大的范围。以深水陆缘序列、钙质或硅质深水沉积为特征。一般为重力流沉积与远洋沉积互层序列,主要由深水沉积向浅水沉积过渡。在大西洋北部中白垩世时可能沉降到CCD线以下,陡坡及饥饿沉积边缘表现了沉降相对减小。
3大洋构造环境
大洋构造环境相(与俯冲作用无关)包括洋脊、海山、洋底高原、转换断层(将在后面讨论)。如何从小洋盆轴向地区形成的洋壳残余中识别沿广阔洋盆的边缘形成的洋壳仍是一个重要的问题,在包括加勒比海和地中海东部在内的复杂微陆块区仍表现为重要课题。正如以前所注意到的洋壳和洋中脊形成的地幔物质与造山带中保留下来的重要物质相比保留下来的机会较低,仅在俯冲带/增生杂岩中保留下小碎块,这些被认为是残余体,如最近钻探证明了西太平洋存在侏罗纪洋壳。以前这种年龄的洋壳应广泛存在,现在仅在太平洋边缘造山带中有少量残存。
近缘洋壳构造相
形成于被动边缘的洋壳物质被大洋中脊型物质推挤覆盖,以陆缘或半深海沉积物为主。现在的大型大西洋洋盆边缘洋壳被近公里厚的陆缘沉积物覆盖,这些沉积物由于地热变化或当洋脊从被动陆缘移开时弯曲而沉降。相对而言,小洋盆的覆盖物相对较薄,多远洋、半远洋物质,富含有机质或硅质。实例有现代的加里弗尼亚湾和红海地区。
扩张洋脊构造相
扩张洋脊构造相(与俯冲作用无关)以洋中脊型喷出岩、含金属的沉积岩和远洋沉积物伴随热沉降被沉积于CCD线以下的非钙质沉积物覆盖为特征。岩浆供应速度远大于扩张速度的扩张洋脊基本上不发生沉陷;扩张量超过岩浆供应的地区脆性地壳扩张和正断层作用会产生陷落洋脊。在这种情况下,远洋沉积会直接覆盖于断层喷出岩或深成岩之上。在造山带沉降洋脊构造相与推移洋壳破碎带不易区分。洋壳与蛇绿岩的详细研究得益于通过洋壳的钻探。
深海平原构造相
洋壳在冷却和中脊扩张时都会发生沉降作用,大面积沉降使底面平整而形成深海平原。现在的深海钻探已穿透了洋脊基底之上的深海平原沉积。开始是基底之上的基底型含金属沉积物,先是被碳酸质覆盖,然后是沉积于CCD线之下的非碳酸质沉积。水下翻涌和沉积很厚的地区生物沉积物很丰富。细粒陆缘沉积物主要由低密度碎屑流和风力作用加入,局部是由底流再沉积产生。然而一些深海平原远离构造不活动区,如东Ninety洋脊、Valvis洋脊、Rio
Grande
Rise(高地)和印度洋东南,那些地区的压缩变形是活动型的,也有一些板内火山作用发生。在造山带,深海平原沉积一般都有保存,作为俯冲或增生杂岩中的推覆体或拉开块体与洋脊型洋壳结合在一起。
海山构造相
火山岛弧和海山的形成是异常热流和地幔柱活动的结果。大洋板块通过热点时,火山型山链就产生了。海山与同时代的扩张中心或远或近。低纬度区,高度达到海平面的海山被碳酸盐岩覆盖,接着是热沉降形成环礁。这种构造相以厚层板内型玄武岩或其分馏产物为特征。这些块体与边缘碎屑堆接触,有些堆积在弯曲的海底环型山之上。层状火山灰、火山碎屑岩和浊积流可能延伸到很远的地方,紧接着的火山作用演化可从海洋钻探的岩芯和地震层析推论。低纬度区的这种火山岩被浅水碳酸盐岩覆盖,然后是深水远洋沉积(当海山沉积到CCD线以下)。现在的海底高原一般形成于白垩纪,包括大西洋、印度洋、加勒比的
Ontong—Jave,Kergueden
和Stroken的洋脊单元化学成分表现为从近MORB型过渡到富集型。造山带中,海底高原可能被分成散片而消失。从增生的海山中区分洋壳高原碎片的标准如下:(I)
海山包括大量火山碎屑的斜坡倒石堆,而海底高原主要有块状玄武岩组成;(II) 海山的化学成分可能表现为富集型趋势,而海底高原可能接近于 MORB型;(III)
海底火山之上的沉积盖层相对一致单一,而海底高原有各种沉积物,表现为相对较快的热沉降史。海山和海底高原有较高的壳根,相对于MOR壳有更大保存下来的可能性。在日本和Kurile地区,海山被俯冲作用带到海沟,挤压破碎,然后发生俯冲,部分发生增生。洋底高原在增生到陆缘以前可能进行过洋内碰撞变形和与岩浆有关的扩张作用。海山的许多碎块确实在许多陆地上的增生杂岩中发现,包括日本的西南部和美国西部的弗朗西斯科杂岩。
大陆块体构造相
白垩纪澳大利亚北部边缘在裂陷和扩张过程中,部分碎块被从大陆上分解下来,碎块可能在随后的漂移过程中漂移到了大洋;有些被增生在增生带中。所有这些碎块最后都可能作为推覆岩片或岩块定位与造山带中。一般与源于洋壳的物质共同出露。可能的碳酸盐岩建造沉积盖层很容易被增生,要么就被俯冲消失,特别是当这些地壳在早期裂谷阶段被强烈拉伸了的。在地壳强烈扩张区,被动陆缘被分成碎块的可能性很大,这时,伸展的被动陆缘的外边界和洋壳首先焊合在一起,
一般后期的伸展作用不可能把它分开,除非相接地壳发生再次的沉降,其结果就是陆地上分出小块体,随后漂移到大洋新的扩张
脊之前,就位于远离陆缘的地方。大陆块体可能会被走滑作用从陆缘切割下来,与弧后裂谷同时形成。在Seychelles
中的大陆碎块包括Rockall和 Mascaran 高原的一部分。进一步工作可能会在大洋中发现仍然存在的大陆块体。
大陆块体构造相以有裂谷前基底、低纬度区覆盖浅水台地型碳酸盐岩为特征。这些碎块由陆壳组成,只表现为有限的沉降。大陆碎块被狭窄的被动边缘包围。如果陆壳下降到CCD线之下将会沉积有远洋相;如果陆壳增生到活动陆缘,序列将以碎屑岩或浊积岩而终结,它们堆积在狭窄的深海槽或俯冲海沟环境中。
2 俯冲构造背景
俯冲环境中能被区分的构造相有:俯冲带上形成的蛇绿岩、大洋火山弧、弧后边缘盆地、弧前盆地和海沟/增生杂岩等。理论上认为活动边缘的构造方式有多样性,当代相对应的环境只认识了一部分。
1上俯冲带的蛇绿岩构造相
许多大型的蛇绿岩被广泛认为是在洋壳俯冲的早期阶段形成。大洋地幔和岩石圈岩石与上俯冲带蛇绿岩相似,Mariang--Bomin前弧即为一例。特别的是高镁安山岩(玻古安山岩)和板状岩墙都出现在弧前抬升部位,包括Bonin岛的Chichiping和Guam。高镁安山岩被认为是由衰减地幔含水重熔形成的。弧前蛇绿岩被假设为短期扩张作用的产物,一般在新产生的洋壳沉降带,优先于稳定状态的岛弧火山作用。随沉降的发生,先存物质发生褶皱,紧密的岩石圈弯曲抬升,产生300公里宽的扩张组构,后来的俯冲作用使岛弧火山堆积物被混杂在前期形成的上俯冲带岩石圈中。近来的深海钻探表明弧前和岛弧火山岩事实上被快速覆盖,酸性火山岩在Bonin、Mariana、
Tonge岛弧的弧前区出现。
现在海洋中还没有任何活动性弧前扩张作用过程证实这些形成过程一定被保存在一个扩张性边缘。
理想的上俯冲带构造相包括一个完整的蛇绿岩组合。有高亏损的地幔方辉橄榄岩、板状岩墙杂岩、IAT型或高镁安山岩喷出岩,酸性喷出岩和高层位的侵入岩可以发现,特别是岛弧火山物质发生的后期作用。理想的上俯冲带蛇绿岩被远洋或火山源的深海沉积物覆盖,盖层中薄层大洋岛弧单元可能存在。如俯冲带继续发展,岛弧将再次生成。
2、2 大洋岛弧构造相
大洋岛弧构造相作为火山岛弧的特例在西太平洋存在,如Tonga岛弧。这些地区大多为基性安山岩,裂隙式喷发岩和火山碎屑岩次之。常见有凝灰岩,在外围,Tonga岛弧中新世到中新世末在进行着扩张作用,经上新世—第四纪的进一步拉伸扩张形成Lau盆地。晚期Tonga岛弧台地的作用,产生了Tofua
火山岛弧,岛弧裂陷形成Lau盆地后其火山
成分和沉积模式发生了变化,中心的火山玻璃质来源于Tonga岛弧,在岛弧的演化过程没有多大的地质意义。现在大洋岛弧的基底并不很清楚,然而,造山带中的一些证据表明,根部一般是上俯冲带型的蛇绿岩,造山带中移位的蛇绿岩基底包括印度北部Indus缝合带、中生代Dras岛弧杂岩、Nova
Scotia古生代Thelford Mines杂岩.
2、3陆缘弧构造相
陆缘弧构造相以厚达千米的中酸性火山岩为特征,与火山碎屑—陆源沉积岩互层,下部发育的大陆地壳被花岗岩基穿切。
2、4弧前盆地构造相
人们认识的弧前盆地主要有两种;一种是与大陆边缘有关的弧前盆底;而一种是与大洋有关的弧前盆地。大陆边缘岛弧的弧前盆地从很宽到很窄不等。陆源火山碎屑岩、凝灰质深海沉积共生是陆缘弧前盆地的特征。这些弧前盆地有很深也有很浅,甚至部分暴露。洋内弧前盆地一般由远洋和火山沉积(包括凝灰岩)组成,常有张性断裂活动和沉陷的特征。Izu—Bonin和Tong弧前盆地为这种例子。弧前盆地常经历垂向运动,这些盆地以上俯冲带蛇绿岩为底板(如前所述),包括岛弧型地壳和增生的大洋物质,这些蛇绿岩冷侵位与太平洋小块蛇绿岩共生。
2、5俯冲/增生构造相
海沟增生杂岩主要有两种类型:(i)陆缘型;(ii)洋壳型。俯冲/增生构造相有来源于深海钻探的很好资料可研究海沟环境和陆壳的抬升杂岩。另一方面,一些活动性陆壳边缘明显的经历了物质迁移的典型陆源海沟增生环境,洋壳和远洋沉积被向上变粗变厚的浊积碎屑序列覆盖。理想的俯冲带杂岩增生的块体向下变得年轻,海沟碎屑岩被连续的分开又增生。受底侵、逆冲、后冲作用的影响表现的很复杂。也有一些复杂性是由于各种不同的俯冲带受海山或无震洋脊俯冲而形成,其它一些例子包括两个俯冲带三角形接合。与其它块体碰撞有关的洋内碰撞俯冲带有反极向,而且有洋脊俯冲。要认识现代大范围的造山带中海沟增生环境还有许多工作要做。陆壳边缘的海沟增生杂岩主要由厚达千米的陆源碎屑为主的沉积序列组成。这些边缘大洋火山弧趋于减薄,而且沉积以远洋和火山源为主。两种环境之间的海内斜坡也包括一些小的不稳定盆地,弧外高地可能被淹没而在低纬度区被碳酸盐岩台地覆盖。完整的海沟增生构造相与俯冲作用有关,由俯冲岩片、大洋喷出岩块、远洋沉积、海沟型沉积组成。
2、6海沟边缘碰撞构造相
这种构造相产生于被动陆缘与俯冲作用的海沟碰撞时,有大量的增生陆缘和深海平原沉积物,有一些次级的海沟型沉积物。这种环境出现于澳大利亚北部被动
陆缘与Banda弧间,实际上许多移位的增生杂岩都包括形成于洋壳内部及与碰撞相关的物质的残余。
2、7弧后盆地构造相
弧后盆地有两种类型:(i)大陆边缘型 与大陆邻接,包括大陆碎块的陷落体,如日本海或Rocca Verde。(ii)开阔海洋型
包括前期存在的岛弧的的沉降,如Lau盆地或Shikoku盆地(西太平洋)。
与陆壳边缘紧连的边缘盆地是洋壳被淹没的边缘部分,有陆源和火山源沉积岩沉积于边缘盆地。半封闭边缘盆地可能经历过抬升和高的生物生长量,产生的富有机—硅质沉积依靠于大洋环境和营养的稳定性。陆内边缘盆地的大洋基底源貌很少保存,若保存其上都有厚层的沉积盖层。
大陆边缘构造相以洋壳上覆盖厚达千米厚的陆源/火山源,半远洋/凝灰质沉积岩序列为特征。
洋内火山岛弧的大洋基底已有许多认识,一般来说,那儿没有严格的扩张组构和地壳不规则增生。脊部抬升和增生不影响到它。上覆沉积物主要为火山源,包括火山凝灰岩和火山碎屑浊积流、含金属沉积物。一般典型的洋内边缘盆地开始有大量的与岛弧分裂有关的火山作用,然后发展为向上变细的火山和半远洋序列,主要受热沉降和扩张作用控制。造山带中移位的洋内和大陆边缘地带的弧后盆地可以通过以下特点区别:(i)
大陆边缘地带盆地包括伸展的陆壳和洋壳,而洋内弧只有伸展的早期岛弧基底/洋壳;(ii)
大陆边缘盆地可能与陆壳基底或更老的增生单元共生,而大洋弧后盆地新老岛弧形成互层结构;(iii)
大陆边缘盆地可能包括陆源和与大陆裂陷相关的沉积物,而洋内弧后盆地沉积物大多都是火山碎屑沉积产物。
一个棘手但很重要的问题就是如何区分移位了的大洋弧前和弧后盆地环境。它们在当代海洋中的差别不很明显。弧前盆地的洋壳基底可能包括残余的拉斑玄武岩,而弧后盆地的火山岩成分一般从岛弧拉斑玄武岩到近CAB型。弧后盆地的沉积序列趋向于表现扩张开始后区域被动边缘的沉降历史,而后弧后盆地可能被支解,不同的地方沉降和抬升事件的特点不同,沉积序列主要为火山序列和凝灰质共存。
3 碰撞背景
构造相理论在碰撞环境的应用由于现代海洋的相关信息的缺少而受到影响。目前,构造相可以从出露于年轻造山带中的对应实体来确定。碰撞环境中构造相的认识有一个明显的尺度,这里只列出一些重要的构造相。
1洋内碰撞构造相
如太平洋西部的资料显示,洋内碰撞是一种重要的地质作用,但在构造带中还不能很清晰的鉴别出来,主要由于保存太少。地中海东部特提斯也不例外,洋内碰撞
产物可能保存而被发现,虽然这种可能性在宽广的太平洋中很大,仍需要进一步的努力来发现。
3、2残余洋盆构造相
大陆边缘沿碰撞带的不协调性一般会留下镶嵌状洋壳或称为残余洋壳。它们大部分在碰撞前被填入陆源和火山源沉积物,残余洋盆可能随开始的碰撞存在数百万年。当它们有机会保存下来,造山带中的这种信息是很重要的。残余洋盆的完整构造相以洋壳和碰撞前持续打开过程中形成的深海沉积物为特征,这些单元会被厚层的碎屑和半远洋沉积覆盖。它们开始碰撞后累加于残余洋盆,但早于最后的缝合带,源区可能是周围已经移位的单元,包括蛇绿岩,输入主要在轴部沿走向在已经缝合的地区。残余洋盆、下伏洋壳和开阔海洋沉积在最后缝合过程中将被俯冲,仅留下有争议的碎屑沉积物或混杂岩推覆块体,可追溯到碰撞或碰撞后时期,在最后残余洋盆出露的仅为很少一部分,而且基本没有岩浆作用的记录。残余洋盆的形成与碰撞在许多构造带早期地史中扮演重要的角色。
3、3碰撞前扩张盆地构造相
理论研究表明在俯冲带的最后阶段,俯冲洋壳向下插入导致后卷和逆掩推覆板块的扩张作用。这些波状岩层影响到弧前和弧后地区,其它因素,包括可以得到的俯冲速率、建造、增生边界的再次俯冲,可能导致上层板块的扩张,火山弧存在与板块上层的扩张作用都可能发生,引起的断陷盆地可能利用了前期的薄弱带。这类板块上部伸展盆地在现在大洋的研究中没有受到重视,但它们保存下来的可能性很高,而且在造山带中是很重要的。这种构造环境只有在一个已知的俯冲带形成盆地的过程中才能认识到全部与碰撞相关的构造环境。
3、4前渊构造环境
陆壳向下弯曲发生于以形成的推覆载荷之后。有两种主要的类型,一种为前陆边缘的盆地,推覆于陆源之上而拼合;第二种为弧后前陆盆地,沿活动陆缘向内挤压。虽然理论上它在造山带中很重要,但在有些地区没有明显的发展。模拟显示前渊几何形态受前陆许多特征的影响,特别是地壳厚度和年代,如很活跃的地壳宽广的前陆盆地等其它各种与推覆载荷有关的因素。前渊构造环境构造相可描述如下:
(i)与洋壳推移有关的前渊构造相
边缘与前渊相关的洋壳推移体保存下来的很少,当代海洋中几乎无明确的例子表明蛇绿岩正在移动。理想的与洋壳推移有关的前渊构造相可能由被动陆缘塌陷覆盖深水沉积物的海槽—增生单元,最后为蛇绿岩推覆体。随后的推移作用、被动陆缘沉积作用当陆壳碰撞没有发生时再次发生作用,另一个资料显示的当代洋
壳与陆壳碰撞的环境为上新世到现在的台湾和附近地区,这里的碰撞作用伴随的后冲断层使增生边界被逆冲,大陆西北和岛弧西南与碰撞相关的前渊共同拼合。
(ii)与就位陆壳相联合的前陆盆地构造相
另一种众所周知的前渊构造环境即陆壳逆冲于前陆之上的前陆盆地。在这种背景下,陆缘沉积物从已形成的逆冲前缘运移到水下或陆地前陆盆地。一般前陆的范围与逆冲载荷和弯曲影响有关,范围从小小的下盘坳陷到印度Gangetic平原。
理想的与就位陆壳相联合的前陆盆地构造相以厚达千米的很深的及向上变粗的碎屑序列为特征。主要为陆缘碎屑与浊积流和滑塌沉积共生,形成与无序推覆和背式盆地相关的复杂体。
3、5背冲盆地构造相
背冲盆地在碰撞环境下扮演很重要的角色,大的沉积盆地可能形成于碰撞推覆活动带。地中海东部希腊北部和阿尔巴尼亚南部就有一个新特提斯洋盆缝合的实例—Meso-Hellenic
Through。这个长条形沉积盆地主要由Oligo-Miocene的浅水沉积物组成,厚度可达6千米,碳酸盐岩占主导地位。
3、6碰撞后拉伸盆地构造相
碰撞后许多造山带表现有弥散型地壳伸展的证据,可能的动力是重力作用使造山带陷落。这种陷落在有些地方是长期存在的。在这些地方的构造逃逸是一种减少造山带应力的方法。其沉积物主要是陆缘近源物质。
3、7抬升相关的环境
抬升背景的构造相轮廓的认识早期主要集中在后期地壳的移位,而造山带中真正的抬升数量和时代是不容易认识的,其作用过程从简单的剥离作用过程到地壳加厚引起的抬升。地壳伸展和造山带陷落引起的剥露,很少有证据说明这些过程(包括俯冲作用或碰撞作用过程)中缺少很密的岩石圈根,构造相中也不容易认识到,如前期的抬升带可能只通过不整合接触关系得到记录。
4走滑构造背景
解译构造带关键的一方面就是如何认识走滑背景的问题。背景讨论较多涉及垂直伸展和压缩。在许多走滑背景下证实,定义一个在许多背景下都可能存在的构造相是可能的,但一般要认识它们是不容易的,而且依靠取得地区全部构造相演化的特征。下面的总结是在造山带识别走滑背景的难点。
当代活动性边缘被认为经历了一定程度的斜向走滑,任何东西向的大型走滑造山带有一定的规则,在缺少实用的古地磁资料是很不易确定。美国西部则不然,那儿推断有数千公里的走滑带。大型走滑推移在造山带中常被提出,但能特别精确的估计经常依靠模型的合理性。
走滑构造背景的主要内容将简要在下面描述。重点说明在构造带
中的识别特点,勾描特殊的构造相模型是目的之一。走滑构造背景的构造相可被总结为如下几个类型:(Ⅰ)被动陆缘的转换断层;(Ⅱ)
大洋转换断层;(Ⅲ)走滑型边缘(与区域性板块移位相关的);(Ⅳ) 斜向俯冲带(碰撞前);(Ⅴ) 与碰撞相关的走滑带;(Ⅵ) 缝合后走滑(包括拉分断陷盆地)。
1被动陆缘转换断层构造相
被动陆缘转换断层构造相很少有资料保存下来,几乎当代海洋中没有这种相关的实体类型可供研究。现在的转换断层包括死海和Aquaba湾,但很少有特征能在造山带变形断裂中保存下来。转换断裂型被动陆缘一个经典的例子就是Guinea的大西洋海湾,在这儿断裂型陆缘通过大范围的沉积盆地与洋壳分开,有一个外围边缘脊,明显的由大陆边缘沉积物变形形成。转换被动陆缘明显有陡立的斜坡,经历衰减沉降和与垂直升降边缘有关的火山作用,转换被动陆缘的鉴别特征包括局部弥散型走滑变形和可能的具碰撞特征的陆缘边界单元,这些单元结构在组成上介于陆壳和洋壳蛇绿岩之间。
4、2大洋转换构造相
开阔大洋转换构造相有各种各样的组构类型,从纯走滑到转换拉张或转换压缩。一个转换断层有侵入岩和基底岩石出露,它们很少被浅水的灰岩覆盖,共生的沉积岩累积主要作为斜坡碎石或充填的深海沉积物。近来研究表明东Vema断裂带的水下脊—抬升的洋壳岩石圈的条带被来源大洋的绿片岩相碎屑岩包括玄武岩、辉绿岩、辉长岩和蛇纹岩。现代的整体抬升导致了整体移动的产生。造山带中蛇绿岩形成于狭窄但有垂向扩张的盆地内的很难从洋壳转换断层中区分开来,特别是蛇纹大理岩,可能形成于两种背景下,而且大洋超镁铁质岩石出露于低速扩张的扩张轴和转换断层。下面的标准可用来区分这两种不同的情况:(i)
裂陷扩张轴部以低角度剪切为主导,而转换断层基本为高角度甚至垂直剪切;(ii) 复合型构造碎屑转换断层中经常发生变形和局部循环,但裂陷扩张轴部的盖层极少变形。
大洋破碎带环境的构造相由高剪切的蛇绿岩基底组成,可能包括衰减地幔的方辉橄榄岩、高度侵入和破碎的板状岩墙群。这种基底被基性喷出岩和火山碎屑岩覆盖,主要来源于水下刮擦。理论上讲,特殊的构造相模型可能从强烈的裂谷转换断层和基本无裂谷发育的转换断层的转换挤压及转换拉张的各种特征中建立起来,然而,几乎没有大洋转换断层能在造山带中被鉴别出来,主要是由于它保存下来的机会太少,虽然众所周知大洋断裂带在大洋盆地闭合过程中被移位到大陆边缘的几率很高。
4、3走滑
边缘
平移板缘与陆缘相一致的地方,主要的走滑系统包括断裂系统将形成,局部构造环境的整体范围包括海滨拉分盆地和转换挤压带,远岸断裂盆地也可能形成。转换挤压抬升带提供物源,而拉分盆地为沉降区。远岸转换拉分盆地缺少粗碎屑沉积,受大洋地貌影响可能累积缺氧及生物源沉积物。
典型特点是这些转拉分换盆地快速裂陷接受了很厚的沉积,向上变为粗粒的浅水序列。相对短期的停顿后,发生了普遍的变形。由于走滑形式由转换拉分过渡到转换挤压,碱性及混杂成分喷出岩可能流入伸展盆地。
4、4斜向会聚带
活动性边缘趋向于斜向俯冲而进行着走滑形式的位移,它们被分布弧槽间裂谷区的剪切和离散性断裂的运动理顺,如被识别的白垩纪到早第三纪的Shimanto带中的小型弧前拉分盆地碰撞前的斜向会聚。
4、5拉分盆地中的洋壳
当代海洋中,一些洋壳在转换断层控制的拉分盆地中形成,特别是在复杂的微板块边缘。经典的例子包括加勒比海的加里弗尼亚湾和Cayman
Trough研究它的主要问题是如何从造山带的蛇绿岩环境中把它们区分出来。
4、6缝合前的走滑和旋转构造相
最近太平洋西南部研究表明复杂的为板块间很可能有相互作用,包括走滑、旋转、复合碰撞及地质体从一个板块转换到另一个。这种复杂的记录很困难或根本不可能在碰撞山体中被认识出来。洋盆斜向俯冲在随后的缝合过程中可能被分辨为正交的推覆与走滑的分离带,特别是陆缘抬升区、海湾和微陆块碰撞带。地壳在各种尺度上的旋转可能都有重要薏义。
4、7缝合后走滑构造相
众所周知缝合带减少地壳压力的一种方法就是一些物质随后从碰撞带中被排挤出来
。目前,后期大范围的逃逸的重要性仍受到怀疑。相反,一些局部性的块体旋转被认为具有很重要的意义。但构造逃逸仍是一种可信的构造过程,而且在一些构造带中表现有重要的意义。
5变质单元中的构造相理论
构造相理论在某些情况下也可被用于变质作用单元的分,。要求变质作用单元的原岩要能被识别。事实上,上面所用的许多例子都是从绿片岩相变质单元中选出的。实际上构造相理论在HP/LT单元中能很好的使用,而HT/LP变质相中很难利用,然而就是这种情况构造相也能被识别出来,如MOR型地壳和蛇绿岩中角闪岩相变质基底的硅化灰岩。区域性变质的角闪岩能通过地化分析认识其构造背景。
蓝片岩的来源与剥露
野外填图表明,混杂岩单元中的蓝片岩构造区可被识别。目前在一些非碰撞活动边缘背景下逃逸在缝合性造山带中可能形成。许多
特殊构造相的例子可在美国西部弗朗西斯科杂岩中发现,它们包括深海平原沉积、火山型海山、海沟碎屑岩和弧前盆地沉积。认识这些构造相可能会有一些困难,然而,从一些块体的地质特征和HP变质作用中可以得到一定程度的认识。而且构造环境的地球化学信息只能用那些不相容元素,其它元素在HP条件下可能发生变化。
三、构造相理论的评价及前景
以上讨论表明,构造相理论在判别许多造山带中古老构造背景是很有效的。在现代构造环境有许多资料的条件下和构造环境中相模式单一的地方可以很好的应用,在地质体很少出露或强烈变形区的应用存在问题。这些地方存在不止一个构造相,而且许多构造相模式仍然仅在定义的程度上,特别是在碰撞和走滑背景下。理论分析作为本文要点的构造相理论的应用允许基本的构造带建造块体以上面的方法被识别而得到认识,然而这种构造相的应用并不能单独使用。而且允许构造重建,如果以恢复重建为目标就必须同时利用其它证据,特别是单个构造相的时空关系,在这种工作中附加其它方面的信息势必要的,如运移方向的运动学证据。构造相理论应用在单个造山带的块体内部或块体之间的综合对比仍是一种基本方法。
人们会问构造相理论是否提供了一种考察任何一种构造过程的方法,而这种构造过程没有任何构造定向研究出现?回答是肯定的,许多现在的考察方法基于对现代的海洋中活动构造背景的发现和研究,特别是太平洋钻探计划。实际上可以毫不夸张的说近十年大洋中的发现推进了我们解译造山带的能力,没有这些构造背景的认识,要超过传统的以构造地层、盖层与同相带划分来分析和解译造山带是不会有多大进展的。最近太平洋西南的弧前深海钻探强有力地说明许多特提斯蛇绿岩通过洋内俯冲带扩张形成的假说。
构造相理论的进一步发展,主要依靠现在海洋实例的发现、研究和新的测试方法的进步,特别是对一些资料很少而且有争议的地方的深入研究,同时,构造相理论的发展也依靠广泛的应用和改进。