地球大陆边缘构造与板块俯冲带(1)

地球大陆边缘构造与板块俯冲带（1）胡经国第一节活动大陆边缘一、大陆边缘概述㈠、大陆边缘的大地构造特征根据所属构造环境，大陆地壳可以分为两部分：①、大陆边缘地壳；②、大陆内部地壳。

大陆边缘处于陆壳与洋壳的过渡地带，大陆边缘地壳属于过渡性地壳。

大陆边缘是陆源成因和海洋成因沉积物的交汇处。

陆壳的垂直运动和洋壳的水平运动在大陆边缘同时发生。

这里成为内外动力作用和热力作用的集中地带。

㈡、大陆边缘按构造活动性分类按构造活动性，大陆边缘可以分为两种基本类型，即：活动（俯冲）大陆边缘和被动（张裂）大陆边缘。

1、活动大陆边缘的结构划分活动大陆边缘（太平洋型大陆边缘、汇聚型大陆边缘）分为：大陆架、大陆坡、海沟－火山（岛）弧体系以及海沟－岛弧向陆侧的边缘海盆（大陆隆不发育）。

2、被动大陆边缘的结构划分被动大陆边缘（大西洋型大陆边缘、离散型大陆边缘、拖曳型大陆边缘）分为：大陆架、大陆坡、大陆隆。

二、环太平洋型活动大陆边缘基本特征活动大陆边缘代表汇聚型板块边界。

它又分为环太平洋型和喜马拉雅型两种类型。

其中，环太平洋型活动大陆边缘具有以下3个基本特征：1、洋侧存在深度达6000米以上的深海沟；洋壳沿着海沟－俯冲带消减，而陆壳则增生加厚。

2、陆侧有强烈的火山活动；紧靠大陆一侧，向深部下插的洋壳板块受热熔融，产生岩浆，导致安山岩质岩浆喷发，形成火山（岛）弧。

3、深部经常有震源深度70公里以上的深源地震发生；海沟底部大洋板块沿震源分布面即贝尼奥夫带下插（向下俯冲），因而地震都沿贝尼奥夫带发生。

三、环太平洋型活动大陆边缘分类㈠、按有无边缘海盆地分类按弧后盆地是否进一步拉张破裂并发育成为具有洋壳特征的边缘海盆地，环太平洋型活动大陆边缘可分为以下两种型式：1、发育有边缘海盆地的型式该型式即是发育有边缘海盆地的、组成西太平洋型沟－弧－盆的型式。

2、没有发育边缘海盆地的型式该型式即是没有发育边缘海盆地的、组成东太平洋型沟－弧山链的型式，又叫做安第斯型沟－弧系活动大陆边缘。

㈡、按俯冲带倾角分类根据俯冲带倾角的不同，环太平洋型活动大陆边缘可分为以下两种类型：⑴、以10°～20°缓倾角俯冲俯冲带洋壳和陆壳紧密结合，构造应力场耦合作用明显；深海沟被强制性地向大洋方向迁移；常发生巨大地震；以东太平洋智利俯冲带为代表。

⑵、以50°～60°甚至更大陡倾角俯冲俯冲深度大，大陆和火山（岛）弧被小型边缘海隔开；陆缘弧区处于拉张环境，地幔物质上涌，形成次一级的海底扩张和弧后边缘海盆；深海沟相对稳定，或自动向大洋方向迁移；以西太平洋马里亚纳海沟为代表。

四、俯冲带结构俯冲带包括：海沟洋侧挤压隆起带、海沟洋侧斜坡（外坡）、海沟底、海沟陆侧斜坡（内坡）、增生楔与加积体、前弧与火山弧。

㈠、海沟洋侧边缘隆起带在距离海沟轴100～200公里的地带，有宽200～500公里、比高约500米的隆起区。

Dietz于1954年将连续在日本海沟东侧的这种地形命名为边缘凸起（Marginal Swell）。

以后，也有人使用外脊（Outer Ridge）或外侧地形高地（Outer Topographic High）等名称。

在该边缘隆起带上的重力自由空间异常，是由于大洋板块向海沟扩张，在海沟边缘带扩张速度减慢而引起岩石圈上部地形隆起的结果。

在海沟海洋一侧100公里附近产生重力异常的原因，一是岩石圈密度比周围大，一是岩石圈厚度增加。

㈡、海沟外坡海沟常呈弧形或直线形展布，长500～4500公里，宽40～120公里，水深多为6～11公里。

大多数海沟具有不对称的V字形横剖面。

其洋侧斜坡（又叫做外坡或外壁)较缓，陆侧斜坡（又叫做内坡或内壁）较陡。

沟坡的上部较缓，下部较陡，平均坡度为5°～7°。

但是，汤加海沟的沟坡坡度可达45°。

海沟斜坡地形复杂，切割强烈，多见峡谷、台阶、堤坝和洼地或凹地等。

以海沟轴为中心，靠近陆壳的一侧称为海沟内侧；海洋岩石圈不断俯冲的一侧称为海沟外侧。

海沟外侧的海底面与洋底隆起带之间的斜坡，称为海沟外侧斜坡。

它一般有约4°的坡度下降；在斜坡上可以看到断续出现许多平行于海沟轴的狭长沟。

日本海沟，分别在水深700米附近和6300米附近，出现宽约2公里、深200～400米的洼地，平行海沟轴延伸达90公里。

在日本海沟，据潜水器观察发现，在海沟底的侧壁上存在正断层性的错动（Belliaiche，1976）。

在波多黎各海沟外侧斜坡上，也可以观察到同样的正断层。

这样，大体平行于海沟轴出现大量正断层表明，在海沟外侧岩石圈表面上有垂直于海沟轴的水平张力作用。

这也与根据震源机制求得的应力分布一致。

海沟外侧斜坡的构造与大洋底完全一样。

海沟外侧斜坡、边缘隆起带和大洋底三者是连续的岩石圈。

㈢、海沟底海沟外坡与内坡之间为海沟底。

其最深部分的连线称为为海沟轴。

从垂直于海沟轴的剖面来看，海沟底的宽度一般非常窄，但是一般多是平坦的。

平坦的地形是由原来的V字地形被沉积物填平而形成的。

由连续声波探测得知，具有水平产状的沉积物与两侧斜坡的坡度无关。

沉积物靠陆侧厚，而向洋侧方向变薄，呈楔（Wedge）状。

一般认为，这些沉积物大部分是由陆侧带来的浊流沉积物或近似浊流沉积物的滑坡堆积物。

㈣、海沟内坡海沟内坡坡度一般比外坡大，约为10°左右，使海沟呈不对称结构。

内坡上部常可达到海水水面。

海沟内坡可分为无加积体和有加积体两种。

前者在海沟内坡发育正断层的陆坡基底和覆盖其上的沉积物；后者具有发育良好的加积体。

当下一个大洋板块携带着由深海沉积物和不同比例的洋壳碎片组成的沉积盖层向海沟俯冲时，绝大多数的沉积盖层并未进入地壳深部而是参与了火山弧前缘的加积体建造。

海沟内坡下部，一般挤压较强烈，起伏很大；其上部比较平滑，至少近表层的沉积层是近于水平的。

㈤、增生楔与加积体1、增生楔与加积体的概念增生楔（accretionary wedge），又叫做增生柱（accretion prism）、增生杂岩（accretion complex），是指当大洋板块向海沟下俯冲时被上盘板块刮削下来的大洋板块的沉积盖层和洋壳碎片，连同原地深海沉积物堆积在海沟的向陆侧而形成的楔状体。

当大洋板块向海沟下俯冲时被上盘板块刮削下来的沉积物，在陆侧相继被挤压、加积在陆壳上，又与逐渐固结而形成为新地壳，这样形成的地壳称为加积体，按其在剖面上的形状又称为加积柱。

2、岛坡下部的叠瓦状构造从海沟底轴部到岛坡，一般是起伏不平的。

平行并列的凹地与凹地之间的间距为2～5公里，各个地形长轴延伸长度为2～25公里。

这种平行于海沟轴延伸的地形起伏，就是从洋侧向大陆舒缓上倾的叠瓦状构造在地形上的体现。

一般地说，在沉积层中出现的冲断层面比俯冲面要陡，越靠近大陆坡度越陡。

一般认为，岛坡下部的叠瓦状构造，是海沟底的楔状浊流沉积层以及在一些情况下浊流沉积层下面的洋底沉积物，由于洋底岩石圈的俯冲被推向陆侧前端，沉积物的表层被剥离并被推到上面去而造成的。

3、平缓增生楔的特征平缓增生楔具有以下4个特征：⑴、弧前区被逐渐抬升；⑵、最老的沉积楔状体位于加积体的顶部，最年轻的沉积楔状体位于加积体底部；⑶、加积体主要由大洋板块上的沉积物组成；⑷、组成加积体的各沉积物楔状体之间为构造接触面，即不整合接触面。

它们向岛弧或大陆倾斜，其倾角在海沟内坡的底部接近水平，向顶部倾斜度逐渐增大，呈叠瓦状。

组成加积体的各沉积物楔状体的年龄向海沟方向依次变小。

㈥、火山弧及其结构1、火山弧的概念火山弧（Volcanic Arc）是指在大洋板块向邻近另一板块之下俯冲的过程中于另一板块内形成的一串呈弧形分布的火山。

若近海火山形成岛屿，则可以形成火山岛弧（Volcanic Island Arc）。

火山弧常常与海沟平行展布（如西太平洋上的爪哇海沟与巽他弧近乎平行）。

大洋弧（Oceanic Arcs）是指当一个大洋板块俯冲到邻近的另一大洋板块之下时所形成的火山弧。

（不是所有的岛弧是火山弧）大陆弧（Continental Arcs）是指当一个大洋板块向下俯冲到一个大陆板块之下时所形成的火山弧，又叫做弧形山带（Mountain Belt）。

（不是所有的弧形山带都是这样形成的）。

火山弧与岛弧这两个术语常常混淆。

前者是指一系列呈弧形分布的火山；后者是指一系列呈弧形分布的岛屿，而不是火山岛。

另外，火山弧不应该与热点火山链相混淆。

热点火山链是指板块移过热点时在板块中形成的呈链式分布的一个接一个的火山。

因此，从热点火山链的一端到另一端，火山的年龄是有序变化的。

例如，夏威夷群岛就是一个典型的热点火山链，其中较老的火山岛年龄为数十Ma），相对于新近产生的夏威夷岛年龄仅为4Ma）。

火山弧通常不会表现出这种有序的年龄变化。

2、太平洋周围的活火山弧及其分布在太平洋周围分布有包括历史的和现在的活火山弧32个。

其中，9个在美洲西部聚敛（活动）边缘，这里有地球上最长的俯冲带，被断裂带分割成6个主要火山弧。

其它23个火山弧，分布在西太平洋聚敛（活动）边缘。

它们位于大洋潜没带的基岩上，都为岛弧。

3、火山弧的结构火山弧包括一个条前缘弧和一条火山链。

其中，前缘弧无现代或近代的火山作用；而火山链则有不同数量和强度的活火山。

活火山带的海沟一侧边界叫做“火山前锋”（即以前所称的所谓“安山岩线”）。

4、火山弧的地球化学特征火山弧的Sr、Nd、Pb、Be元素的地球化学特征显示，它们是从玄武岩地壳或与之相连的因消减作用而埋藏在地幔中的沉积物中又被重新带回到地表的。

但是，对不同的火山弧来说，这一过程是不同的，主要取决于消减参数，如消减板块的年龄。

5、火山弧在不同类型地壳上的分布火山弧分别位于以下3种类型的地壳之上（Gill，1981）：①、真正洋壳上的岛弧，非常少；②、过渡型地壳上的岛弧（地壳厚度15～35公里），非常普遍；③、大陆地壳上的火山弧（地壳厚度大于35公里），包括陆壳碎片上的（新西兰）、大陆半岛上的（堪察加半岛）或是活动大陆边缘上的。

5、活动火山弧表活动火山弧表活动火山弧伴随俯冲带俯冲洋壳序号名称长度（km）平均倾角（°）平均速度（cm/a）名称性质年龄（Ma）1 南堪察加700 50 9 西北太平洋大洋50-802 库页岛1100 45 9 西北太平洋大洋80-1003 东北日本1000 30 10 西北太平洋大洋130-1404 伊豆－小笠原1200 65 9 西北太平洋大洋＞1405 马里亚纳500 80 9 西北太平洋大洋＞1406 西南日本300 10 2 四国盆地弧间盆地15-257 琉球群岛900 40 2 冲绳海槽弧后盆地208 吕宋岛800 45 6 菲律宾海弧后盆地40-509 菲律宾（棉兰老）1200 30 2 南中国海弧后盆地15-3010 内格罗斯400 15 2 苏禄盆地弧后盆地10-2011 东南棉兰老200 45 2苏拉威西盆地弧后盆地30-4012 桑义赫－苏拉威西500 60 8 马鲁古海弧后盆地25-3513 哈马里拉岛200 45 9 马鲁古海弧后盆地25-3514 班达1200 40 7 帝汶海弧后盆地＞12015 巽他－爪哇2400 60 7 东北印度洋大洋50-9016 巽他（苏门答腊）1600 35 8 东北印度洋大洋25-3517 新不列颠500 30 9 伍德克拉盆地弧后裂谷＜1018 所罗门500 30 10 珊瑚海弧后盆地55-6519 瓦努阿图1700 70 12 西南太平洋大洋100-13520 汤加800 45 9 西南太平洋大洋100-1352018年5月5日编写于重庆2020年5月24日修改于重庆。