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造山帶的研究進展

1)提出了新的造山帶分類方案。

過去簡單的運動學分類不足以解釋造山帶的復雜性。新分類將巖石圈變形與板塊運動結合起來,深入細致地描述了造山帶的動力學特征,從起源上確立了造山帶的類型。例如,科拉爾·森戈爾對造山帶進行了系統而全面的分類,他根據匯聚的過程將其分為四大類20種類型。

2)古板塊俯沖碰撞和古大陸邊緣變形的過程細節研究。

已知板塊相對運動的方向和速度明顯地控制著會聚板塊邊界區的變形行為;不同大小和性質的地塊之間的碰撞導致不同構造樣式和變形強度的造山帶;通常塊與塊之間的對接是不平整的,同時拼湊在壹起。斜向匯聚實際上是壹種常見的塊體對接形式,往往導致相鄰塊體之間的相對旋轉,形成發散性逆沖和走滑構造產物;在碰撞造山帶中,從內部變質核帶向外部褶皺沖斷帶的變形和遷移將持續數千萬年;在結構上,造山帶是由移位的碎塊組成的。這些以斷層為界的塊體可視為兩種基本類型:壹種是未被俯沖的地質體,如島弧、微大陸和大型增生雜巖,它們通常碰撞增生到大陸核形成原始造山成分;在這壹增生過程中及之後,原始造山成分分別或共同分為推覆、走滑雙重構造和伸展位移,形成第二類造山混沌成分。

3)造山帶地殼增厚和剝蝕過程研究。

造山帶的地殼增厚和剝離過程是造山帶地殼形成的主要構造物理過程。根據早期板塊構造理論,這壹過程被前陸盆地的褶皺沖斷和蛇綠巖片的上湧加厚,然後巖石通過剝蝕出露地表,形成了今天的造山地貌。但最近的研究表明,造山帶的增厚過程可以通過剛性大陸板塊的俯沖和板塊匯聚過程中上盤的俯沖來完成,而深部巖石則在地殼增厚的同時或之後被拉張剝離出地表。

在擠壓造山過程中,剛性大陸板塊沿被動大陸邊緣的俯沖使大部分巖石向下遷移形成樹根,而不是向上遷移形成高地。只是在擠壓停止,對浮根的支撐被移除之後,隨後的伸展才造成了造山帶的隆升。

上盤以逆沖為主的地殼縮短仍是地殼增厚的主要因素,在時間上可能早於俯沖。

高壓變質巖出露在許多造山帶的表面。近年來的研究表明,這些巖石曾經處於幾十公裏到幾百公裏的深度,它們與圍巖之間沒有連續的中地殼段,顯示出構造接觸。目前認為,這些巖石是由板塊下的作用和造山帶伸展過程中的隆升所引起的剝離作用而形成的。

變質巖的p-T-t軌跡記錄了造山帶的增厚和剝離過程。同壹造山帶不同變質巖的p-T-t軌跡可以不同,反映了它們不同的埋藏和剝離歷史。綜合考慮這些塊體的運動軌跡,可以揭示造山帶的增厚機制和剝離機制。

4)造山帶演化中不同變形的表現和關系。

造山帶中除了擠壓形成的逆沖推覆構造外,還有走滑和拉張引起的變形構造。近年來,人們對走滑和伸展在造山帶形成中的意義的認識有所提高。

走滑不僅貫穿於造山帶演化的各個階段,而且還造成了壹些走滑造山帶。走滑作用和擠壓作用常常共同形成擠壓造山帶,其特征是由橫向推斷層和逆沖帶組成的中地殼規模的拆離系統。在走滑構造樣式研究的基礎上,研究了花狀構造、走滑雙體和拉分盆地。近年來,擠壓構造和構造逃逸概念的進壹步提出,豐富和發展了造山帶的構造研究。

伸展作用也貫穿於整個造山帶的演化過程。伸展分離有三種類型:純剪切、單剪切和拆離。拆離又細分為巖石圈楔形、層狀拆離、拆離+純剪切(包括大側向拆離和小側向拆離)和層狀拆離+下地殼純剪切五種類型。其分離的規模可能會也可能不會拉出洋殼,所以早期的伸展對造山帶的後期演化影響很大。在會聚過程中,部分地區發育了與會聚帶平行的上地殼彎曲拉張帶。地殼增厚所需的平衡補償高程所產生的物理力和俯沖帶後退所產生的物理力,可以驅動巖石圈伸展,產生平行或垂直於造山帶的伸展構造。犁式斷層、拆離斷層、變質核雜巖和巖漿核雜巖等概念進壹步豐富和發展了伸展構造的研究。特別是變質核雜巖的結構、形成過程和動力學機制的研究成果,更能反映伸展構造的研究現狀和進展。

5)造山帶的深部結構

最近的研究揭示了造山帶的深部結構,通常表現為雙向俯沖構造扇及其變體的形式,而造山帶中的地殼和地殼下的巖石圈則表現為復雜的溝槽和指狀交織的形式。通常上地殼有大規模的拆離構造,中部呈雙重構造和鱷魚構造,而下地殼有的有強烈的傾斜地震反射,有的為平坦地震反射;莫霍面有些起伏有山根,有些比較平坦沒有山根。

6)造山巖石圈的流變結構及其動力學意義。

造山帶巖石圈流變學性質是討論造山帶動力學的基礎。近10年來,大陸巖石圈的流變分層和下地殼的流變學引起了相當大的關註。

不同構造單元的流變分層不同,主要取決於巖石圈深部物質成分分層、熱結構和流體特征。造山帶獲得的兩個最典型的流變分層剖面如下:

(1)夾層結構,韌性下地殼夾在脆性上地殼和最上地幔之間;

(2)壹個“四層”結構,其中兩個韌性帶(壹個為20-30公裏,另壹個為40-60公裏)分隔兩個脆性地殼層和壹個脆性地幔層。

近年來,下地殼的流變學引起了廣泛的關註,主要是因為它強烈地影響著許多壹級地殼結構的性質和演化。造山帶的許多動力學過程都與它有關,如:

(1)鎂鐵質和超鎂鐵質巖漿的亞板塊作用和地幔底辟作用;

(2)重熔;

(3)與增厚或減薄相關的結構應變。

這些效應通過改變熱流和地溫梯度、壓力-溫度軌跡和局部地球化學環境來影響下地殼的流變性。

7)造山帶的殼幔旋回

從造山過程看,俯沖階段有強烈的殼幔物質交換,結果記錄在造山帶。碰撞導致了造山帶巖石圈強烈的殼幔交換和再循環。上地幔的剝離和平衡調整加劇了殼幔邊界的玄武質俯沖和麻粒巖相變質作用。逆沖和俯沖使地表巖石和流體插入地下,重熔成花崗巖漿後侵入。所有這些作用導致了造山帶成分的分異、遷移和再循環。這壹階段的殼幔循環是造山帶殼幔循環研究的主要內容和特征。此外,在壹些地殼剖面中發現,壹些下地殼比上地殼年輕,這表明在玄武巖板塊下有重要事件發生。

8)造山期變質作用的演化。

近年來,造山帶變質作用研究的重點已從俯沖階段的變質作用轉向碰撞階段增厚-剝離過程的變質演化史。

造山帶的變形、隆升和剝離對變質巖的分布有重要影響。這些變質巖的分布可以指示變質巖的擡升和剝離過程。

在造山運動的不同階段,變質作用的表現是不同的。壹般來說,從俯沖到隆升,變質溫度由高到低。