第6 卷 第 4 期1999 年10 月地学前缘( 中国地质大学, 北京) Earth Science Frontiers ( China University of Geosciences, Beijing)Vol. 6 No. 4 Oct. 1999收稿日期: 1998-10 -16 修改稿收到日期: 1998 -10 -30作者简介: 张长厚, 男, 1964 年生, 博士, 副教授。构造地质学专业, 主要从事区域构造研究。本研究受国家自然科学基金项目( 编号: 49702034) 资助。初论板内造山带张长厚( 中国地质大学, 北京, 100083)( 国土资源部岩石圈构造及动力学开放研究实验室, 北京, 100083)摘 要 讨论了关于板内造山带含义的不同认识 。指出板内造山带是一种特殊类型的造山带 ,而不是板缘造山带或板间造山带持续发展的结果 。简要介绍分别发育在 4 个大陆的不同时代的板内造山带 ,总结板内造山带在区域大地构造位置 、造山带构造格局 、构造变形与变质作用 、 岩浆活动与沉积作用 、造山带构造演化等方面与板缘造山带的差异 。板内造山带形成于相对较老且强硬的岩石圈板块内部 ,造山带内部构造单元不具有平行于造山带走向分布的特征 ,即不具有线状构造格局 ,构造变形具有地台基底乃至整个地壳卷入的厚皮构造性质 ,同造山区域变质作用微弱 ,同造山岩浆活动 、沉积作用和构造变形均无极性演化趋势 。岩石圈拆沉作用( delamination) 可较好地解释板内造山带的火山活动特征 。尽管板块间相互作用( 俯冲或碰撞)所产生的水平挤压应力似乎更易于阐明板内造山带的收缩变形特征 ; 但是 , 板块间相互碰撞或俯冲产生的边界应力可否有效地被远程传递 ,尚有待进一步研究和解决 。将板块间相互作用的水平应力场与岩石圈纵向物质与能量调整( 重力 、热力等) 因素作综合考虑 , 可能是解决板内造山带造山作用机制的有效途径 。关键词 板内造山带 板缘造山带 拆沉作用 板块碰撞远程效应CLC P542在板块构造学说诞生近 30 年的时间里, 造山带的地质和地球物理研究, 绝大部分均与板缘变形有关。在了解造山作用过程方面取得的重要进展也主要集中在与大洋俯冲 、 陆 陆碰撞、陆 弧碰撞及弧 弧碰撞密切相关的造山带中 。甚至把造山带定义、分类、以及造山作 用过程直接与板块相互关系和相互作用联系起来 1 3。相比之下, 对在相对稳定的板块内部发育的另一种造山带 板内造山带的研究则明显不足。而板内造山带几何学 、 运动学和动力学的研究 ,应该在跨世纪的大陆动力学研究计划中占有更为突出和重要的位置。为此,本文从与板缘造山带比较的角度,讨论板内造山带的有关问题。1 关于板内造山带的含义在远离大陆边缘的地方, 即克拉通内构造环境中存在着一种特殊类型的造山作用和造295山带。在板块构造假说产生之前,我国地质学家已注意到了这种特殊的地质构造单元。例如,黄汲清先生提出的“准地槽”概念 ,原北京地质学院区域地质教研室于 60 年代初创立的“台褶带”概念, 都反映了这方面的认识倾向。70 年代末以来 ,德国学者在研究西南非洲纳 米比亚 Damara 造山带和欧洲华力西造山带时, 提出了“陆内褶皱带”( intracontinental foldbelts) 4概念。近年来, 许多中国地质学家先后提出陆内造山带 、 板内造山带、断裂造山带等不同的造山带名称。但是 ,对于它究竟是一种特殊类型的造山带 ,还是板缘造山带构造演化中的一个阶段, 尚存明显分歧 。目前主要有以下 3 种不同认识。 1. 1 与陆( 板) 间或陆( 板) 缘造山带具有密切时 空及成因联系的陆( 板) 内造山带观念持这种观点的人认为 ,造山带是岩石圈板块会聚作用的产物。岩石圈板块的聚合可以分为 3 个阶段。第一阶段发生大洋岩石圈板块的俯冲 - 形成陆缘造山带; 第二阶段大洋 岩石圈板块俯冲消减完毕 ,两大陆地块碰撞 形成陆间造山带 ,其变形宽度大于陆缘造山带; 第三阶段是当板块聚合作用继续进行时, 挤压构造变形带向两侧大陆地块扩展 ,即发展成为陆内造山带 ,变形宽度更大 。这种观念表明 , 陆内造山带是陆缘和/或陆间造山带发展的最终产物,陆内造山作用是陆缘或陆间造山作用向陆( 板) 内的进一步持续,它们共同构成 了一个完整的造山旋回 5, 6 。正因为如此, 一些学者宁可用克拉通内( intracratonic) 造山作用,而不使用陆内( intracontinental) 造山作用这一术语 7, 以免引起混乱。也是因为这个原因,一些地质学家反对有陆内造山带的主张。1. 2 形成于大陆岩石圈板块内即板内( 陆内) 造山带的观念 持此观点者认为 ,大洋岩石圈与大陆岩石圈有着本质的差别。在大陆岩石圈动力学背景下 ,大陆岩石圈内部( 或称板内) 起因于不同造山运动的各种构造即所谓陆内造山构造 ,它们造成和组成了独特的陆内岩石圈构造变形 、 滑脱运移与加积加厚 ,并伴随变质、岩浆活动 等,构成陆内造山带 8。与前一种观点不同的是 ,这种认识不强调陆内造山带在时 、 空两方面与板缘或板间造山带存在成因联系, 只强调造山带所处大地构造位置的岩石圈构造性质;而且对主造山期前所经历的地质发展史以及主造山时期造山带所处的大地构造位置未预阐释。另一方面, 岩石圈也并非是非大洋岩石圈即大陆岩石圈的简单区分, 尚有陆 洋过渡区 的过渡型岩石圈 ,而这种部位又是活动性较大 ,造山作用最活跃的地带。在这种岩石圈部位形成的造山带, 究竟归属于陆内造山带还是陆缘造山带? 上述陆内造山带的观点是难以回答的 。 1. 3 演化过程中不曾有过洋壳即为陆内( 板内) 造山带的观念在主张存在陆( 板) 内造山带的学者中,有不少人认为, 如果在造山带演化当中不曾有过大洋的出现和消减、消亡 ,造山带中没有洋壳的残余 ,那么这样的造山带即可视为陆内或板内造山带 9 11,既不考虑造山带所处具体的大地构造位置, 也不太注重主造山期前的沉积 环境和沉积作用特征及其所反映的大地构造属性。这种认识与第二种观念有相似之处, 但又不完全相同。在具体造山带研究方面所引起的争议和混乱是显而易见的, 如持这种观点的学者,把秦岭造山带视为陆( 板) 内造山带 9 11,甚至把喜马拉雅造山带也作为陆内造山 带 11。更多的人则认为, 秦岭造山带是碰撞造山带, 喜马拉雅造山带更是陆间造山带的典型代表。但是, 不管认识如何 ,扬子地台( 板块) 和华北地台( 板块) 是两个具有不同地质演化历史的大地构造单元的事实是无可否认的; 欧亚板块和印度板块分属不同的大地构造单元,而并非同一板块( 碰撞造山之前) , 也是众所周知的基本事实 。296前沿边缘分支热点 地 学 前 缘 1999, 6( 4) 综上所述, 关于板内造山带的含义 ,目前尚未取得一致认识 。根据国内外最新研究成果和笔者对燕山造山带的研究认为, 陆内( 板内) 造山带确实是一种不同于陆缘或陆间造山带的特殊类型的造山带 ,它不是陆缘和陆间造山带继续发展的产物 ,也不属于后者演化的某一 个特定阶段 。陆内( 板内) 造山带有其独特的大地构造位置、形成演化历史及形成机制。考察一个造山带是不是陆内( 板内) 造山带 ,首先要确定空间上它所处的大地构造位置 ,在时间上弄清其形成演化历史和主造山期 ,尤其是主造山期间所处的大地构造部位及属性。究竟板内造山带具有怎样的特性, 首先让我们来看看研究程度较高的几个大陆板内造山带实例, 然后再来探讨这个问题。2 几个大陆板内造山带实例2. 1 西南非洲纳米比亚 Damara造山带Damara造山带 ,是晚前寒武纪 -古生代早期泛非造山带延入非洲大陆内部的一个分支,是在稳定克拉通基底上形成的典型陆内造山带。该造山带的主要特征包括: 变形具 有基底卷入的厚皮构造特征, 且具有多阶段变形特点; 同构造和后构造花岗质岩浆侵位延续 100 Ma 甚至达 200 Ma。这些花岗质岩石除早期的小型侵入体, 如闪长岩、正长岩和花岗闪长岩侵入体具有幔源特点以外, 绝大多数都是硅铝质地壳重熔的产物; 而且这些花岗岩的成分在空间上没有规律性的变化( 极性演化) 趋势 ; 构造期后花岗岩不只限于造山带 内部 ,在造山带外缘亦有分布 ; 在 Damara 基底形成以后 3 个主要阶段发展演化中, 早期形成的裂谷和地堑构造特征,在经历了中期强烈的地槽发育阶段和晚期造山变形阶段后仍然保存完好。 Martin和 Porada 指出 4, 12,Damara 造山带具有板块构造学说造山作用理论所不能解释的如下特征: 在构成 Damara 造山带主体的大套沉积岩系中( 地槽发育阶段) , 没有或极少有火山岩发育 。根据板块构造学说, 这应该是被动大陆边缘沉积, 当发生造山作用时应转变为主动大陆边缘; 在 Damara 造山带中没有安山质火山岩及相应的侵入岩发育, 但是, 在主动大陆边缘俯冲的大洋板块之上应该有这些岩石 ; 在 Damara 造山带中没有标志洋壳残余的蛇绿岩存在; 稳定的碳酸盐岩在整个造山带中均有分布 ,表明在北部的刚果克拉通( Congo Craton) 和南部的 Kalahari 克拉通之间不存在大洋 ; 没有标志碰撞缝合带的 火山混杂岩或原来形成于不同沉积环境的( 如浅海和远洋的) 沉积并置的现象。因此,Damara 造山带的形成 ,是无法用板块俯冲或碰撞造山作用模式来解释的 。2. 2 美国西部拉拉米造山带拉拉米造山带位于美国西部, 从新墨西哥州北部的 Rio 大裂谷北部向北经过克罗拉多 州中部、 怀俄明州大部到蒙达拿州西南部一带, 总体上呈 NNW 走向,长约 1 400 km 。在区域大地构造位置上, 它的东部和北部是稳定的内陆克拉通, 西部是著名的科迪勒拉前陆逆冲带,西南部为科罗拉多高原,在地理位置上大体位于落基山脉的中南段。 拉拉米造山带在白垩纪末期强烈的构造变动发生之前, 一直是稳定的北美克拉通的一部分 。具有前寒武纪的变质结晶基底, 古生界 、 三叠系和侏罗系主要为海相沉积, 而白垩系是海陆混合相, 新生界全是陆相沉积 13。在白垩纪末 -老第三纪期间 ,经过强烈的构造变动而成为造山带, 因此 , 拉拉米造山带是在稳定克拉通基础上形成的陆( 板) 内造山带。2971999, 6( 4) 地 学 前 缘 前沿边缘分支热点 Spencer( 1977) 称其为“变形的北美地台”, 实为该造山带板内构造属性的生动写照 。该造山带具有一种基底为核的背斜与椭圆形前陆盆地相间的网状构造组合 14 ,15。造山带中没有像褶皱冲断带中那样的紧闭褶皱, 所有比较大型的复杂褶皱都只限于局部地段 ,且与断层密 切相关 16。逆冲断层在整个拉拉米造山带中特别发育 ,呈面状散布于造山带中。已有地质和地球物理工作证实 ,一些重要的逆冲断层, 如风河逆冲断层( Wind River Thrust) 具有厚皮构造性质 17 ,18。这些逆冲断层丝毫没有表现出在加拿大落基山 、 阿帕拉契亚山 、 阿尔卑斯山和其它造山带中见到的那种明显的线状排列 19 。此外 ,拉拉米造山带形成期间 ,无论是 在盖层中, 还是在基底内部 ,均表现为脆性变形 20 ,21 。同造山期岩浆侵入及火山活动十分微弱 ,因此 ,造山作用期间热参与程度很低 22。2. 3 澳大利亚 Alice Spring 造山带 该造山带位于澳大利亚中部, 主体为近东西走向的麦克唐奈山脉, 长约 1 000 km ,宽逾200 km 。它经历了中元古代之前的结晶基底形成阶段和新元古代到泥盆纪时期( 900 350 Ma) 的稳定盖层发育过程。发生于泥盆纪 - 石炭纪的 Alice Spring 造山运动, 使之成为一个克拉通内造山带 。 该造山带