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1、造山作用与造山带,第三章,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
2、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。,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。,在1993年版大百科全书(地
3、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。,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
4、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”。,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。 造山带广泛发育蠕变、韧性变形、褶皱、冲断和剪压等构造。 造山带有广泛的变质作用发生，岩石组构发生改变。 造山带有强烈的中酸性岩浆活动，有广泛的热参与。 造山带沉积以非史密斯地层为主。 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,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
5、重新组建，造成岩石圈垂向增厚，并可能在后期隆升而成山”，,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：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。,一：基本概念二：造山带的
6、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。,1、造山带的基本类型,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
7、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。,2、造山带的基本结构,a：弧前体系b：弧后体系c：被动陆缘体系,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,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
8、、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,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。,3、俯冲型造山带类型与结构,安第斯弧的演化一,前安第斯过渡期,安第斯弧的演化二,安第斯期安第斯晚期,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
9、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。,4、碰撞造山带类型与结构,（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：地壳与岩石圈因挤压而增厚；冷的俯冲岩石圈向下插入热而轻的软流圈中；岩石圈拆离沉入软流圈，同时被加热引起地壳上升；岩浆活动与碰撞及岩石圈拆离有关；挤压背景下存在局部拉张,（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 上地壳特征：厚度：3235km，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（1318km）、C2（约2
10、3km） 两个反射面； 下地壳特征： M界面埋深： 4656km， 天山山区： 5254km， 塔 里 木： 46km左右； 准 噶 尔： 4647km， 阿尔泰山区：55km左右,主要研究成果,2地壳速度结构具有较大差异 地壳平均速度： 准 噶 尔： 6.406.80km/s 天山： 6.10km/s左右 阿尔泰山区: 6.306.40km/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。 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。,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
11、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 地壳深断裂库尔勒地壳深断裂（110120km）： 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。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。博罗科努阿其克库都克深断裂（320350km）： 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。额尔齐斯深断裂（720750
12、km）： 两侧地壳界面、速度变化明显。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 。,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Pm反射波所代表的界面深约6568km，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
13、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。,天山地壳动力学模型,主要特征：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。,5、克拉通内造山作用,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
14、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。,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
15、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。,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
16、。 具有继承性和多旋回性。,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1999,一：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,马托埃的三种类型的造山带（1983,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。,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,地体以断层为边界的区域地质实体。每个地体内各自都有统一的、在成因
17、上连贯相关的沉积地层、构造单元和演化史、岩浆活动和变质作用，与相邻接的地体相比，在同一时代内的生物群落和门类及其生态区等方面，有着截然不同的特征，而且在地层方面也无彼此间岩相的过渡关系，即独立于邻区的外来体。由于这种构造和地层上的特大差异，地体又称为构造地层地体。地体内的岩石的古地磁测量通常就是地体漂移距离的证据。地体概念的提出，补充了现代板块构造模式中岩石圈板块除俯冲碰撞造山形式外，还有不俯冲造山的地体拼贴构造关系。地体的尺度规模可大至通常所指的岩石圈板块，但更多的是指岩石圈板块裂解开来的一些小片或地壳板片。地体既可形成增生的拼贴构造，也可由大板块上裂解出来成为单独的离散地体。,据蔡学林等（2007）,
