造山作用及造山带

③造山带构造变形特征 • 板内造山带构造变形最显著的特征之一是具 有基底卷人的厚皮构造特征，在变形过程中整 个岩石圈作为应力导层。这与板缘造山带所具 有的薄皮构造性质形成明显对比。此外，板内 造山带构造变形中，以脆性断裂变形为主，而 褶皱作用较弱，韧性变形在整个造山带中呈点 式局限于变质核杂岩附近。具有普遍意义的特 征的是基底中存在的古构造界面在板内造山作 用期间活化并引起盖层构造变形。 无区域变质作用发生。
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Davis(1984)在其《区域和岩石构造地 质学》教科书中的定义: ——“造山带是地壳中一条巨大的、通 常呈直线到弧形的构造带，机械变形强烈 和(或)热液活动集中。……山脉是造山带的 一种表现，并不是我们所谓造山带的全部。 古代的造山带虽然是仍可以辨认出的区域 变形带，但已夷平成大陆内部的平原;而目 前正在形成的造山带，主要构造部分可能 不在山脉中，而位于地表10 km, 50km.甚 至I00 km以下。如果山脉确实存在，则正 好是一个造山带的顶部”。
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天山地壳动力学模型
主要特征： ①大地构造位置及背景 • 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，板 内造山带发育在相对较老且强硬的岩石圈 基础上。
②造山带构造格局与构造单元 • 碰撞和俯冲造山带可以划分出不同的构造单元数量，尽 管构造单元体特征有所不同，却存在有标志俯冲和域碰撞 的蛇绿岩带和(或)构造混杂岩带，且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， • 然而，板内造山带总体上具有相对狭长的带状外貌，但 其中的各种不同构造具有线状分布特征，而是呈面状散布 于造山带中。如隆起一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。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，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。
b：弧后体系
c：被动陆缘体系
火山型（红海）、非火山型（塔斯曼海）
西 太 平 洋 的 残 留 弧
西 太 平 洋 边 缘 海 盆 地
世界地质图
• 弧后体系特征： 具有洋壳体系的基地磁条带异常不清析； 沉积物有：碎屑（早期少量陆缘碎屑、大 量火山弧碎屑）、火山物质、粘土沉积； 钙碱性玄武岩（LiL/HFS值增大)。 • 被动陆缘体系： 沉积火山建造由稳定大陆组合——非稳 定大洋组合；火山组合由偏碱性、钙碱性——拉斑质、双峰式
（3）穹隆型碰撞造山带
（4）底辟型碰撞造山带
主要研究成果
1． 地壳呈明显的分层结构
①上地壳特征： 厚度：32—35km，天山下缺失C3界面； 塔里木与天山接触带附近有增厚趋势； 上地壳内存在C1（13—18km）、C2（约23km） 两个反射面； ②下地壳特征： M界面埋深： 46—56km， 天山山区： 52—54km， 塔 里 木： 46km左右； 准 噶 尔： 46—47km， 阿尔泰山区：55km左右
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一：基本概念 二：造山带的分布特点 三：造山带的基本类型和结构 四：造山作用的阶段划分 五：地体及地体增生
• (1)板内（克拉通）型:形成于板块内部，依据基底 的性质又可分为古克拉通基础上的板内造山(如燕 山型)和显生宙造山带基础上的板内造山。 • (2)碰撞（被动大陆）型:在汇聚板块边缘由板块 碰撞作用形成的造山带。实例喜玛拉雅和阿尔卑 斯造山带，和Sengor分类中的碰撞型造山带基本 一致。 • (3)俯冲（主动大陆）型:在汇聚板块边缘消减带上 形成的造山带。实例有安第斯造山带及西太平洋 广泛发育的岛弧型造山带，它们是在洋陆壳边界 进行的造山作用的产物。
Sengor(1990)认为造山带只形成于汇聚板块 边缘。他借用古生物的分类思路，将碰撞 造山带分为4个目、8个科和20个属。 根据主要的汇聚过程划分目;根据构造的对称 性和弧的性质划分科;根据卷入造山作用的 一级构造单元和造山极性的对称性划分属， 提出了一个分类方案。
a：弧前体系
俯冲杂岩、弧前盆地、火山岛 火山弧之后的半封闭盆地或盆地系列，弧后盆地据 活动情况分为：活动的、不活动的两种（是否经历 伸展扩张形成新洋壳）；不活动据热流值高低分为： 正常、高热流值
图4.4c 界面和速度联合反演得到的 基底结构
二维地壳结构模型
主要研究成果
天山地壳动力学意义
较“软”的天山地壳被“挟持”在塔里木与准噶 尔两个较“硬”地块之间。天山下特殊的Pmˊ反射波 所代表的界面深约65—68km，其上部的上地幔顶部出 现的低速异常体可以被解释为在印度板块向北推挤的 作用下，塔里木地块向北挤压并插入天山下，其北缘 又受到准噶尔较“硬”地块的阻挡而形成的“痕迹” 。 天山下明显的壳幔过渡带的存在和 C3 界面的缺失， 它暗示着这种“碰撞插入”动力过程作用下，天山下 地壳遭受变形后导致了地壳缩短、天山隆起，同时使 得塔里木和准噶尔地块下的地壳物质被带入天山下， 形成了天山下特殊的“双下地壳”结构。
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①造山带是地壳的缩短带。伴随地壳的缩短带 常共生有混杂堆积带。 ②造山带广泛发育蠕变、韧性变形、褶皱、冲 断和剪压等构造。 ③造山带有广泛的变质作用发生，岩石组构发 生改变。 ④造山带有强烈的中酸性岩浆活动，有广泛的 热参与。 ⑤造山带沉积以非史密斯地层为主。 ⑥地壳中参与造山作用的主体是硅铝层陆壳物 质，洋壳物质以残留体形式存在，在造山带中所 占的比例很小或根本就没有
• 在1993年版大百科全书(地质学卷)对造山带 (orogen)的定义： 经受了强烈褶皱及其他变形而生成的线 状大地构造单元，由一定地史时期的活动 带演化而成，并相对于稳定的克拉通而存 在。 在地槽学说中造山带是地槽演化的终结 产物，又称褶皱带。 在板块构造学中，造山带是岩石圈板块 会聚边界的标志，也是板块碰撞的直接产 物。
1：全球造山带分布 特点：沿古老的稳定的地块分布、连接这些相 邻的地块、少数伸入稳定地块内部并消失于其中。 分为：陆缘、陆间、陆内造山带 全球：环太平洋、地中海、乌拉尔—蒙古、北 大西洋、北冰洋五个造山带。
前寒武纪基底和显生宙褶皱带
亚 洲 地 质 图
据 王 鸿 祯 等 2006
2：中国造山带的分布 a：走向——近东西向、近南北向。 b：时代——古生代、新生代。 c：分为：天山-兴蒙造山带、秦祁昆造山 带、青藏-滇西造山带、西太平洋造山带。
3.Q值结构与波速比
1,Q值结构：
天山区上部地壳Q值低于准噶尔和塔里木地块的 Q值，它从另一角度佐证了天山区地壳相对“软 “的特征。 2，波速比特征： 天山区地壳波速比Vp/Vs显箸高于塔里木和准 噶尔地块的波速比。这一事实进一步说明了天 山地区地壳相对“软”的特征。
主要研究成果
4． 地壳深断裂 ①库尔勒地壳深断裂（110—120km）： 塔里木与天山的接触带，地壳结构变化明显，速度结构 差异显著，延伸至下地壳。 ②那拉提—尼勒克地壳深断裂（250km左右）： 天山内部，C2界面以下界面错动明显，M界面变化，两 侧速度结构差异明显。 ③博罗科努—阿其克库都克深断裂（320—350km）： 准噶尔与天山的接触带、壳内界面深度陡变或错断显著 ，M界面变化剧烈，速度差异明显，向下延伸M界面甚至更深 。 ④额尔齐斯深断裂（720—750km）： 两侧地壳界面、速度变化明显。 ⑤乌尔禾深断裂（610km左右）： 速度结构变化明显，M界面发生了突然变化 。
洋－洋会聚边缘
洋－陆会聚边缘
陆－陆会聚边缘
俯冲造山带分为：海沟前进挤压型（安第斯 型）、海沟后退拉张型（马里亚纳型）、 中型（莫克兰型）。 进一步细分：日本岛弧型、新西兰北岛型、 科迪勒拉型、安第斯山型、莫克兰等俯冲 型造山带。
前 安 第 斯
过 渡 期
安 第 斯 弧 的 演 化 一
安第 斯期
主要研究成果
2．地壳速度结构具有较大差异 ① 地壳平均速度： 准 噶 尔： 6.40—6.80km/s 天山： 6.10km/s左右 阿尔泰山区: 6.30—6.40km/s 反映了天山地壳相对“软”、准 噶尔地块的地壳相对“硬”的特点。 ② 天山区壳内存在低速体： 天山中部地壳低速层较发育，它反 映了天山地块和准噶尔地块的差异。
造山作用——“在一定地质时期局限于一个相对狭长的带状区域内 的各种构造作用的总和，这些作用是在岩石圈剧烈构造变动的背景 下发生的，期间物质与结构重新组建，造成岩石圈垂向增厚，并可 能在后期隆升而成山”，
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一：基本概念 二：造山带的分布特点 三：造山带的基本类型和结构 四：造山作用的阶段划分 五：地体及地体增生
⑤岩浆活动方面 无安山质火山岩及相应的侵入岩、海洋沉 积；中酸性侵入岩早期幔源，后期具有地 壳重熔特点，火山岩以碱性或双峰式组合 为特点。
据 张 长 厚
1999
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一：基本概念 二：造山带的分布特点 三：造山带的基本类型和结构 四：造山作用的阶段划分 五：地体及地体增生
• 前造山作用阶段、造山作用阶段、后造山 作用阶段 后造山作用特点： 构造表现：逆冲推覆、伸展作用（伸展拆 离、垮塌）、拆沉作用。
造山作用与造山带
• • • • • 一：基本概念 二：造山带的分布特点 三：造山带的基本类型和结构 四：造山作用的阶段划分 五：地体及地体增生
• 一：基本概念 • 造山运动及其产物造山带(orogenic belt)或褶 皱带((fold belt)是一个古老的词汇，在经典槽台学 说有关地壳演化理论、区域地质研究地质矿产等 方面都产生过巨大影响，并得到广泛的应用。 • 自其提出以来，作为与克拉通相对照的地壳活 动大地构造单元，在阐诸如阿尔卑斯、喜马拉雅 等具有全球规模的巨大山系的性质、构造和成因 以及解译造山作用过程，起到了重要的作用。 • 但是随着60年代末板块构造理论出现，特别是 近二三十年来，随着板块构造引入大陆的研究中， 取得了许多进展，许多原未认识到的地壳活动性 正愈来愈多地被揭示出来，同时也出现了许多新 的问题，人类的地球观普遍发生了深刻变化，造 山带这一古老概念的发展与原定义已发生了变化。
④造山带构造演化的特征 • 碰撞和俯冲造山带的构造演化在标志造山作用 的前陆磨拉石盆地沉积作用、岩浆侵人、火山活 动的岩石成分变化、时空分布方面，及同造山变 形、变质作用等方面具有显著的极性特征。 • 板内造山带的构造演化不具备上述极性特征。 没有垂直造山带方向的沉积迁移规律。基底隆起 与相间盆地构成网状构造格局。即使有比较强烈 和广泛的火山活动，但在火山岩岩石化学成分、 同位素组成及时空分布等方面均没有板缘造山带 的那种极性特点。 具有继承性和多旋回性。
安第 斯晚 期
安 第 斯 弧 的 演 化 二
南 美 安 第 斯 的 三 阶 段 模 式
（1）基本结构、类型 由高原、逆冲带、前陆挠曲带、后陆变 形带等四部分组成。 分为：上驮型、挤出型、底辟式、穹隆 式。 另外，由于碰撞程度、方式、方向、边 界形态等，可以发育特殊类型。
（2）上驮与挤出型 上驮与挤出型碰撞造山带，即：阿尔卑 斯型、喜马拉雅型。 ——基本特征：①地壳与岩石圈因挤压而增 厚；②冷的俯冲岩石圈向下插入热而‘轻’ 的软流圈中；③岩石圈拆离沉入软流圈， 同时被加热引起地壳上升；④岩浆活动与 碰撞及岩石圈拆离有关；⑤挤压背景下存 在局部拉张
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造山运动(orogeny)这一术语19世纪在欧 洲大陆应用，但其应用却因人而异出现 了——侧重它在地貌方面的表现、侧重它 的构造含意。 • Gilbert (1890)定义造山运动是不同于造 陆运动(epeirogenic)的、产生山脉的地壳构 造运动。 • Stifle (1919)给出的被更为广泛接受的定 义是:——造山运动是改变岩石组构的幕式 过程。这一过程包括褶皱和逆冲等挤压变 形、钙碱性岩浆活动和区域变质作用。