構造階段
研究簡史 構造階段的概念起源於人們對地質歷史上造山運動和造山期的認識。長期以來,人們認識到構造運動及其引起的構造變形具有短期的和突發的性質。因此,可以利用構造運動期或造山期將地質歷史分為不同的階段。現代地質思想的發展和全球構造的研究,賦予構造階段以更豐富的涵義。①地質構造發展的歷史不是均一的和漸變的,而是有節奏的和突變的。構造發展過程可以按地內因素和地外因素共同制約、大致在全球同時發生的變革期劃分為不同的階段。②每個構造階段自身都具有相對穩定的特徵,而發展的全過程又具有不重複的和前進的特徵。構造階段的劃分所依據的事實和現象是多方面的。主要的依據是地殼的總體特徵,如地殼厚度和地溫梯度,大陸地殼和大洋地殼的形成、分布格局及其變化。包括每種地質作用及其產物,如構造運動和構造變形,沉積作用、岩漿活動和變質作用等。地質歷史上的重要事件和現象都是獨特的和不重複的。例如太古宙末大規模的陸殼形成是不會再現的,中生代後大規模的洋殼俯衝和全球性張裂體系的形成也是前所未有的。因此,構造階段比構造旋迴更能較全面和準確地表達對地殼發展的理解和認識。
構造階段的劃分和名詞體系與地槽旋迴和造山運動幕緊密聯繫。構造旋迴的概念首先由美國T.C.張伯倫於1909年提出,德國W.H.施蒂勒於1935年加以發展,把構造岩漿旋迴與地槽發展的概念統一起來,得到長期的遵循和使用。蘇聯學者相信地槽的發展對相鄰的地台區有重要影響,所以以地槽旋迴劃分地史階段得到廣泛的認可。施蒂勒的 3級劃分體系,即巨旋迴(原地巨旋迴和新地巨旋迴)、構造期(阿申特、加里東等期)和構造幕,具有廣泛的影響。美國A.W.葛利普(1936)、德國S.von布勃諾夫(1951)和荷蘭 J.H.F.烏姆格羅夫(1947)在更廣泛的基礎上,用旋迴和周期概念對地質歷史作出了解釋,也含有階段劃分的意義。自從板塊理論出現,地槽旋迴的概念為威爾遜旋迴所代替。威爾遜旋迴構想一個大陸開始張裂,繼續分離為兩個大陸,中間出現洋盆,其後大陸會聚,洋盆消失,旋迴結束。這是一個很長的過程。
構造階段的劃分 根據構造階段的內涵及其事實和現象,構造階段可劃分為3級。第一級為構造大階段。其劃分依據主要是全球性地殼(或岩石圈)的構造狀態及其密切相關的圈層(水圈、氣圈、生物圈)性質和成分的變化,以及大陸地殼在地表分布格局的重要變化。這些變化對構造運動、沉積作用、岩漿活動和生物區系有影響。這些發展變化,主要是方向性和前進性的,不具有旋迴的特徵。第二級為構造階段。如加里東階段、印支階段等。構造階段的時限與地槽旋迴相近,構造階段的結束,在古地理方面的表現是大區性的以至全球性的海平面降低和海退,因而導致生物界的大量滅絕;廣泛分布的地質事件(包括岩漿活動和變質作用等)的集中發生和同位素年齡的峰值出現。雖然各大陸之間會有明顯的差異,但從整體和統計的角度看,仍然可以認識階段結束的普遍特徵。所以,構造階段的劃分是一種全球性的現象。第三級為構造運動或造山運動期。它標誌著構造變形集中和強化的時期,形成帶狀分布的強烈構造變形和岩層變質,形成廣布的地層不整合。造山運動期是地區性的,它可以起源於大陸邊緣的洋殼俯衝和島弧疊接,也可以起源於大陸地塊的相互碰撞和擠壓。許多學者都已指出施蒂勒構想的造山運動期的全球一致性和同時性是不存在的。各大階段的命名以階段結束時的特徵為準。4大階段的劃分如下:
陸核形成 時限為38億年前至28億年前。陸核是較大規模的、穩定成熟的大陸地殼塊體。標準是其上可承荷巨厚的沉積和火山岩屑體,沉積物中包含成熟的花崗質岩屑。在各個大陸上,陸核形成的時期不全相同,主要形成期約在28億年前,約相當於中國華北阜平群的變質固結期。
地台形成 時限為28億年前至 8億年前。這個大階段可以分成兩大時期。從28億年前至18億年前,即從太古宙後期到古元古代末,是原始穩定地台的形成期,大氣、水體的組分、沉積的性質和生命的類型都有重要改變。末期的構造運動與中國華北原地台的形成(呂梁運動)相當,在世界各地有廣泛的可比性,可以稱為原地台形成階段。
18億年前至8億年前,即中、新元古代(不含震旦紀),穩定地台最終形成。震旦系及其相當岩系在全球各大陸地台區,幾乎無例外地形成蓋層沉積。從生物演化和沉積特徵看,大氣和水體已處於相對富氧狀態(大氣氧含量大於10%)。很可能大陸地台區的規模已與現代相近。這一時期的主要構造特徵是大陸地台已臻穩定,內部和邊緣都發育固結基底上的裂陷槽(奧拉谷)。中、新元古代的裂陷槽見於中國的華北和塔里木,也廣泛發現於西伯利亞、東歐、北美和澳大利亞。相反,除少數地區外,大陸邊緣很少見到俯衝和擠壓變形,說明這一時期拉伸應力場占主要地位。到8億年前,大陸地台普遍地進一步固結定型,可稱地台形成階段。
在8億年以前的地質時期,地殼構造發展的總趨勢是以大陸地殼不斷形成和固結為主。關於 8億年前由古地台和淺海與海洋間的分布格局,我們還無法予以全面的再造。
聯合古陸形成 時限為8億年前至2.1億年前。這個大階段包括加里東階段、海西(華力西)階段和印支階段,有時合稱海西-印支階段。最後在二疊-三疊紀形成了勞亞古陸和岡瓦納古陸相互連線的聯合古陸。在這個時期,各個大陸地台及相鄰地塊都經過大幅度的位移和鏇轉,但它們的整體輪廓並未發生重要變化。自8億年以來,大陸地殼的總量可能沒有發生大的變化,主要的過程是陸殼、洋殼同上地幔之間的部分再循環。從構造發展說,似乎是大陸邊緣部分經過破碎、移離,形成島弧和邊緣海,然後經過俯衝和疊接,重新與母體大陸拼合,構成不同時期的褶皺帶。這個過程實際上就是傳統的大陸邊緣式地槽的旋迴過程,至少從新元古代就已經開始。根據當前的認識,可以認為在這個大階段,各個大陸大體上是作為一個整體在地表移動。
加里東階段包括震旦紀和早古生代。加里東地槽的範圍包括西北歐,代表早古生代東歐地台的西北大陸邊緣。志留紀末,古大西洋逐漸變狹,向東歐大陸俯衝,形成加里東褶皺帶,最後古大西洋消失。這種大陸邊緣式地槽,如北美的阿帕拉欽北段,俄羅斯薩萊伊爾-薩彥,中國的東秦嶺等,大致有相似的經歷,在古生代末形成加里東山系,志留紀末,泥盆紀初成為地史上最大海退期之一。
海西階段又稱華力西階段,包括晚古生代。海西地槽的典型地區是中西歐,向東經東歐地台南緣可能與烏拉爾地槽相連。中亞天山、興安、蒙古和北美阿帕拉欽南段,澳大利亞東緣塔斯馬尼亞地槽代表當時的大陸邊緣地槽,褶皺上升後形成廣布的海西山系。二疊紀中期以後,北半球各大陸地塊逐漸聯結成為勞亞大陸。海西階段自泥盆紀起至二疊紀中,印支階段自二疊紀中至三疊紀末。印支階段的典型地區是印支半島東北部山系。由於在亞洲及相鄰地區,北亞古大陸同中國的華北、揚子以及印支古陸的聚合拼接直到晚三疊世才最後完成,當時的造山運動和形成的褶皺區範圍很廣,同時海西階段同印支階段的界限又不易劃分,兩者時限又都不長,可以使用海西- 印支構造階段之名(見中國地殼構造發展階段)。
聯合古陸解體 時限為 2.1億年前至今。從三疊紀以後,位於南極周圍的岡瓦納超級大陸逐步分裂為幾個古陸。它們相互離散的結果,一方面使大西洋和印度洋不斷開啟,大西洋的中間洋脊和太平洋東部的海嶺以及印度洋中的張裂帶構成全球性的洋盆張裂體系;另一方面古地中海或特提斯洋盆因受擠壓,不斷縮小,最後導致印度和非洲地塊與歐亞大陸聯接碰撞,形成阿爾卑斯- 喜馬拉雅山系。太平洋盆的周緣則發生普遍的洋殼向陸殼下的俯衝,形成環太平洋弧盆海溝體系。全球性的洋底張裂體系和古地中海- 環太平洋擠壓造山體系共同構成了地球表面的主要構造格局。
全球性的張裂和擠壓體系,強烈的大陸碰撞和巨大的逆掩推覆是同大規模的地幔對流、強大的洋殼俯衝和遠距離的大陸地塊運移相互聯繫的。
歐美使用海西階段和阿爾卑斯階段,界限定在二疊紀末。阿爾卑斯階段包括中生代和新生代,時限約為2.45億年,典型地區是阿爾卑斯山系,又可分老阿爾卑斯和新阿爾卑斯兩個階段。早期以中生代為主,亞洲則稱太平洋階段(燕山階段),晚期是狹義的阿爾卑斯階段,亞洲稱喜馬拉雅階段。
在老阿爾卑斯階段,從中生代三疊紀以後,大陸邊緣地槽主要構成兩個體系,一個是介於勞亞大陸和岡瓦納大陸之間的特提斯洋體系,另一個是環太平洋體系。從侏羅紀起,特提斯洋隨著岡瓦納大陸的解體漂移而逐漸變狹,太平洋周圍也因向大陸俯衝而形成複雜的活動大陸邊緣。
新阿爾卑斯階段從第三紀起,主要過程是特提斯海域消失,阿爾卑斯-喜馬拉雅山系和環太平洋不同類型的活動大陸邊緣的形成。
問題與展望 構造階段的概念是從地質歷史上的造山運動分期產生的。實際上,當前構造階段的概念包括了岩石圈的發展演化以及岩石圈、生物圈和水圈之間的相互作用,表現在構造運動、沉積作用、岩漿活動和生物演化各個方面。這幾個方面的階段劃分不是完全一致的,但它們都受到地球因素和地外因素的制約,它們是地球各圈層本身的發展演化,同太陽系、銀河系某些周期性變化所施加的影響的共同結果。在這個意義上說,構造階段大體上就是地球歷史發展的自然階段。因此,研究構造和其他地質現象時,應當隨時聯繫到地內的殼、幔關係,聯繫到與其他圈層的相互關係,探討其發展前進過程中的突發事件,作為劃分階段的內部依據。同時,也應當聯繫太陽系、銀河系本身發展的周期性變化及其對地球的影響,作為劃分階段的外部因素依據。這樣,就有可能較全面地了解和闡明地殼以及地球整體發展變化的歷史過程。
參考書目
黃汲清著:《中國主要地質構造單位》,地質出版社,北京,1954。
黃汲清等:中國大地構造基本輪廓,《地質學報》,1977,第2期。
王鴻禎:亞洲地質構造發展的主要階段,《中國科學》,1979,第4期。