Question

构造演化及动力机制方面

Answer 1

我国大陆构造应力场的起源问题引起了众多学者的兴趣。Molnar和Tapponnier（1975）认为，其主要来源于印度板块与欧亚板块之间的碰撞；时振梁等（1973）、邓起东等（1979）、臧绍先等（1989,1992）、臧绍先和宁杰远（1996）、汪素云和陈培善（1980）、汪素云等（1996）、许忠淮等（1992）则认为是由于印度板块、太平洋板块和菲律宾海板块共同挤压欧亚板块的结果（转引自陈连旺，2001）。综合分析表明，华北地区现代构造应力场起源于中国大陆周围板块间相对均衡的相互作用。印度板块北北东向的碰撞作用，传递到华北地区时已转变为北东向挤压，来自太平洋板块的边界力作用方向为近东西向，而菲律宾海板块对华北地区的作用很弱。从中国大陆的角度看，印度洋板块、太平洋板块的运动构成了作用于该区域的外部边界条件，成为中国大陆区域的构造运动的成因，华北块体边界上的构造运动就是其结果之一（陈连旺等，2001）。

Molnar和Tapponnier（1975,1977）首次提出亚洲的许多构造特征与印度—欧亚板块碰撞带中的地壳碎块侧向消亡有关。他们认为欧亚的东缘为一自由边界，允许大的地壳块体沿大型走滑断层向东移动，新生代时期，南至爪哇和苏门答腊，北至日本海和千岛盆地的东缘沿线大部分地区发生了扩张，沿边缘的许多扩张盆地被认为是与地壳块体从印度—欧亚板块碰撞带的向东运移有关的扩张盆地。

C.J.Northrup认为：沿欧亚板块东缘拉张的某些时空表明印度—欧亚板块碰撞并不是造成扩张的唯一原因。扩张的早期迹象始于白垩纪末期，始新世时广泛发育，中渐新世时扩张减慢。裂谷作用最早始于晚古新世至始新世，迅速发展于渐新世末期和早中新世。日本海最终张开后一直处于比较稳定的状态。所有阶段的会聚矢量均为右旋倾斜于东亚边缘走向。古近纪期间太平洋—欧亚板块的会聚速度明显减少。沿欧亚板块东缘的扩张与太平洋板块和欧亚板块之间的会聚减弱具有很好的时间相关性。扩张开始于白垩纪末期，于始新世达到顶峰，其反映了该时期太平洋—欧亚板块会聚速率的降低。渐新世和早中新世，扩张减慢但仍持续进行，同样，会聚速率增加但仍保持着缓慢增长的势头，直到晚中新世，速度增快。结合扩张发生在欧亚板块东部边缘附近6000km长的地带，该时间相关性表明太平洋—欧亚板块运动的变化与沿欧亚东缘的扩张有关。推断，在古近纪（早至中第三纪）太平洋—欧亚板块会聚的减慢很可能与它们之间的水平压应力的减少有关，正如该时期欧亚板块边缘附近广泛的扩张现象所反映的那样。太平洋—欧亚板块会聚减慢与沿欧亚边缘扩张之间的动力联系表明，会聚是乃远离板块边缘的外力影响至某种程度的结果。可能的远源影响力包括地幔对流与上覆板块之间的耦合变化或全球板块漂移中某板块边界发生的明显重新组合，但对太平洋—欧亚板块会聚的远源影响力的具体原因和机制尚不易做出判断。一个试图将东亚的新生代大地构造演化与太平洋—欧亚板块运动联系起来的想法其实是假设新生代时期太平洋板块与欧亚板块相接触，或它们的相对运动影响了边缘地带其他板块的相互作用。过去库拉板块、菲律宾海和太平洋板块之间的形状及边界位置的不确定性使得很难对该假设进行评价。直到约40 Ma库拉—太平洋板块扩张停止时，库拉板块可能延伸到了太平洋板块和欧亚板块之间的西部地区，然而，即使部分库拉板块位于太平洋板块和欧亚板块之间，库拉—太平洋板块扩张的减慢乃至最终停止将会影响古近纪欧亚东部边缘总体会聚速率的减少。现在，菲律宾海板块介于太平洋与欧亚板块之间沿东亚边缘南部一带。对过去菲律宾海板块的形状和位置时时难以判断，因为该板块四周被消亡包围。古地磁研究表明板块西北部的地壳源于南半球，在大约60 Ma时期向北穿越赤道，约15 Ma时，欧亚—太平洋－菲律宾三板块在日本南部某地汇合，但是地壳的北迁对菲律宾海板块边界的成因及过去的位置有何意义尚不明了。但是有一点是清楚的，即第三纪太平洋—欧亚板块运动的变化在时间上确实与欧亚东部板块边界活动密切相关（Northrup,1995）。

朱文耀（1999）对中国大陆所在的欧亚板块受到东部太平洋板块向西的俯冲首次提出质疑。其利用GPS对中国大陆周边地区12个代表性站点的地壳运动速率进行了长期连续的监测，发现太平洋板块对中国大陆地壳运动影响不大。根据假设，日本应属于欧亚板块，但通过对日本本州东北部筑波和乌苏两个站点的GPS观测研究发现，两站既没有像欧亚板块东部的站向东偏南运动，也没有像太平洋板块西部地区向西运动，说明日本本州东北部和北海道应是北美板块的延伸，而本州西南部、九州、四国则属于欧亚板块。此外日本的东边沿千岛海沟与太平洋板块相连，南边又与菲律宾板块交接。由此可见，太平洋板块与欧亚板块间北面夹了北美板块在日本的延伸带，南面夹了菲律宾板块，并不直接相接。因此，太平洋板块向西北的强烈推挤，并不会对中国大陆的地壳运动产生直接影响。

华北北部位于古亚洲和太平洋两大全球性构造域的交叠部位，中生代以来，华北地块与相邻地块的碰撞和相互作用（任纪舜，1999），不仅在华北地块南缘板间形成了举世闻名的大别—苏鲁超高压变质带和秦岭造山带，而且在长期稳定的克拉通北部燕山地区出现了强烈的变形和造山作用（崔盛芹，2000）。中新生代断裂演化、区域性不整合界面和盆地演化的地质事实显示华北北部中新生代存在5个挤压作用时期。自老至新为：①中三叠世末挤压期（老虎沟组或杏石口组前挤压期，峰值年龄≥215 Ma）；②早侏罗世末挤压期（海房沟组或九龙山组前挤压期，峰值年龄≥178 Ma）；③晚侏罗世末挤压期（义县组或东岭台组前挤压期，峰值年龄≥135 Ma）；④晚白垩世末挤压期（古近纪前挤压期，峰值年龄65 Ma）；⑤古近纪末挤压期（新近纪前挤压期，峰值年龄25 Ma）。挤压作用和伸展作用交替出现，挤压构造和伸展构造间互发育。华北北部中新生代这种构造体制的转换过程，记录了从古亚洲洋构造域汇聚构造体制向太平洋构造域俯冲构造体制转换的大陆动力学过程（马寅生等，2002）。

刘光夏等（1996）根据重磁计算的结果，对渤海第三纪裂谷扩张问题做了分析，认为由于深部岩浆的上涌，在渤海及其相邻的陆地共有渤中、渤海湾、庙西、辽东湾和垦利5个较大的地幔柱拱起，它们在华北新生代拗陷区形成了一个走向明显、形态独特、规模较大而又相对集中的地幔柱群。

古太平洋板块对古欧亚大陆的构造影响不是简单的正向俯冲，而是伸展—走滑—扩张（145～70 Ma），特提斯和古太平洋两种构造体系的叠加，构成了东南大陆边缘中新生代构造演化的动力学背景，两种构造体系的转换时间约145±5 Ma；中国东南大陆边缘自230～150 Ma经历了挤压构造机制后，一直处于伸展扩张过程，而且随时代更新，扩张程度增强，岩浆来源加深，地壳生长由内陆向洋增生迁移，岩浆来源由上地壳源→中下地壳源→大陆岩石圈地幔源→软流圈地幔源，构成了一个漫长而巨大的构造－岩浆作用旋回，每一次岩浆来源的加深和成分变化，都与代表性的构造事件相关；陆内俯冲碰撞造山后，由挤压向扩张构造机制的转换（145+5 Ma）以及新生代玄武岩由大陆岩石圈地幔源向软流圈地幔源的转换（20±3 Ma），是两次具重要地质意义的转换，两次转换的深部构造机制将是联系板块构造和幔柱构造的纽带（毛建仁等，1999）。

山西地堑系是中国东部重要独特构造地貌类型之一。中国有史以来记载了17次8级以上大地震，而华北断块就有6次，其中3次集中于汾渭地堑。地堑系的形成大致分为3个阶段：①燕山期在NW—SE向主压应力作用下，使区内岩石破裂；②新生代以来，在NE—SW向主压应力作用下，断裂倾向一侧，形成半地堑系；③由于太平洋板块和印度板块的俯冲作用，在断块下陷曲率最大处产生张性断裂，整个断块不均匀下陷，形成完整断陷地堑构造，而且仍在继续发展扩大之中（李树德，1997）。

我国东部的一些地堑（如下辽河地堑）具有裂谷式的构造特征，低缓的磁异常与地堑的展布相一致，但异常多不明显，而重力异常则有较强的负异常，并在负异常的背景上叠加有小的正异常，推测可能与浅部镁铁质岩浆侵入活动有关（吴功建等，2000）。新生代时期，华北地区进入一个新的构造发育时期，即大陆伸展构造环境。它的主要特征是：东部燕山期造山带总体上形成盆—岭构造格局，裂谷盆地下面的地壳和岩石圈强烈减薄，大量幔源玄武岩的喷发，而裂谷盆地周边的山岭的地壳和岩石圈减薄的强度较小，幔源玄武岩的喷发稀少；西部鄂尔多斯块体的主体仍保持构造上的稳定，整体隆升，无玄武岩喷发，无地震，但其周缘则发育断陷盆地，地壳和岩石圈均有一定程度的减薄，但程度小于东部似环状裂谷盆地，无玄武岩喷发活动，但地震活动频繁和强烈³。

邓晋福等（1996）对中国大陆根—柱构造作了有益的探讨。认为：大陆浅部的构造形态是其深部的根—柱构造的表现和响应。地壳浅部主要表现为3种构造形态：挤压造山带、大陆裂谷带、克拉通。这3种构造形态分别对应于深部3种构造形态：即分别对应山根与造山岩石圈根、地幔热柱、大陆（岩石圈）根。因此，华北裂谷对应一个地幔热柱，而在鄂尔多斯克拉通下面有一个大陆（岩石圈）根。鄂尔多斯被称为克拉通，具有克拉通岩石圈根、且密度小。巨大的浮力支持使它具有长期构造上的稳定性。由于印度板块的俯冲、青藏高原的挤压隆升，从而在中国大陆下面存在软流圈物质的向东流动。由于太平洋板块的俯冲阻挡，在华北处形成软流圈物质的上涌，从而造成了鄂尔多斯及其周边盆地和华北盆地的构造地貌。

与岩石圈伸展有关的新生代玄武岩在华北裂谷盆地内广泛分布。玄武岩岩石学，痕量元素和Nd-Sr同位素地球化学，和根据来自上地幔的捕虏体得到的地温等的研究，表明类似于洋岛特征的玄武质岩浆源自于软流圈。根据华北地区的几何学、地质学、地球物理以及地球化学的观测结果，邓晋福等（1996）认为：华北裂谷盆地是由纯剪切或者分布剪切的机制形成的，它们是软流圈物质上涌为主所引起的大的岩石圈减薄的结果。

Liu Mian（2004）认为印度—亚洲大陆碰撞对中南亚大陆的地壳变形有重要影响，利用数值模拟研究了对下部岩石圈地幔的影响，并结合地球物理资料提出中国东部下部存在一个低粘滞度的软流圈物质的通道，与西部的印度—亚洲板块碰撞有关，并且诱发了软流圈物质的上涌和底侵。