太平洋演化.docx

环太平洋板块构造演化Sawkins（1990）认为一定类型的矿床在时间和空间上常与一定类型的板块构造相关联，特别是与板块的边界有关。勒皮雄（1968）将全球地壳划分为六大板块：即太平洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印澳板块和南极板块。其中太平洋板块几乎全为海洋。细分全球有八个主要板块，即多分出纳兹卡板块和南、北美板块。Bied，P（2003）利用欧拉向量来描述的如今的全球板块边界，他将全球分出了多达52块板块，如图1，图中表达出的板块是基于现今测定的块体边界及运动，完全不同于经典的板块划分，它提醒我们，对于板块演化的历史，应该动态的观察，分辨所经历的地质过程。太平洋板块位于北美、纳兹卡、南极洲、印澳和欧亚板块之间。所占面积为地球的1/4,属于全球尺度的一级构造系。由于东印度洋中脊和大西洋中脊的扩张，使澳大利亚、北美和欧亚板块向太平洋板块汇聚，因此太平洋板块边缘形变和运动非常复杂，是全球构造活动最活跃的地带。（图1）全球板块构造边界新模型（Bird P，2003）AF非洲板块（Africa plate）；Am黑龙江板块（Amur plate）；An南极洲板块（Antarcticaplate）；Ap阿尔提普兰诺板块（Altiplano plate）；AR阿拉伯板块（Arabia plate）；As爱琴海板块（Aegean Sea plate）；AT安纳托利亚板块（Anatolia plate）；Au澳大利亚板块（Australia plate）；BH鸟头板块（Birds Head plate）；BR巴莫拉尔礁板块（Balmoral Reef plate）；Bs班达海板块（Banda Sea plate）；BU缅甸板块（Burma plate）；CA加勒比板块（Caribbean plate）；CL卡罗林板块（Caroline plate）；CO科克斯板块（Cocos plate）；CR康威礁板块（Conway Reef plate）；EA复活节板块（Eastern plate）；EU欧亚板块（Eurasia plate）；FT富图纳板块（Futuna plate）；GP加拉帕戈斯板块（Galapagos plate）；IN印度板块（India plate）；JF胡安德富卡板块（Juan de Fuca plate）；JZ胡安弗兰德兹板块（Juan Fernandez plate）；KE克马德克板块（Kermadec plate）；MA马里安纳板块（Mariana plate）；MN马努斯板块（Manus plate）；Mo毛珂板块（Maoke plate）；MS摩鹿加海板块（Molucca Sea plate）;NA北美板块（North American plate）；NB北俾斯麦板块（North Bismarck plate）；ND北安第斯板块（North Andes plate）；NH新赫布里底板块（New Hebrides plate）；NI纽阿福欧板块（Niuafo ou plate）；NZ纳兹卡板块（Nazca plate）；OK鄂霍次克板块（Okhotsk plate）；ON冲绳板块（Okinawa plate）；PA太平洋板块（Pacific plate）；PM巴拿马板块（Panama plate）；PS菲律宾海板块（Philippine Sea plate）；RI里维埃拉板块（Rivera plate）；SA南美板块（South American plate）；SB南俾斯麦板块（South ismarck plate）；SC苏格兰（Scotia plate）；SL设得兰板块（Shetland plate）；SO索马里板块（Somalia plate）；SS所罗门海板块（Soloman Sea plate）；SU撰他板块（Sunda plate）；SW三维治板块（Sandwich plate）；TI帝汶板块（Timor plate）；TO汤加板块（Tonga plate）；WL伍德拉克板块（Woodlark plate）；YA扬子板块（Yangtze plate）。金双根（2002）总结最近20年内空间大地测量技术实测速度场，分别求出各个板块相对太平洋板块的现今运动速度（表1）；从表1看出, 空间大地测量技术测得的环太平洋边缘板块相对运动方向和速率大小为: 东太平洋中脊以69.6149.6mm/a的速度在扩张，北美大陆西海岸圣安德烈斯断层以41.9mm/a速度在相对滑动，太平洋与北美板块、菲律宾板块和澳大利亚板块分别以60mm/a、30.3mm/a和6095mm/a的平均速度在汇聚。另外，西太平洋与澳大利亚和菲律宾板块之间的汇聚速度最大，达93.8mm/a,并向南逐渐减小。且太平洋板块整体以平均70.1mm/a的速度向西北移动,以平均70mm/a的速度与北美板块汇聚，整体上看，由于受到东太平洋中脊、东印度洋中脊和大西洋中脊的海底扩张，南太平洋板块东西向在拉伸，北太平洋板块东西向在收缩，并且太平洋板块整体向西北汇聚(见图2)。（表1）环太平洋板块边缘现今运动速度(据金双根等2002 注:经度和纬度分别是太平洋板块边缘位置, Vm 是由空间大地测量技术测定的速率)板块至今还在俯冲汇聚，洋壳俯冲和陆壳摩擦，产生岩浆熔融，中性岩浆在俯冲带上盘，形成斑岩铜矿，这个成矿过程，一直要追索到中新生代。（图2）空间大地测量技术测得环太平洋边缘地带扩张和汇聚速度(数字表示用空间大地测量实测数据获得的环太平洋边缘相对运动速度的大小, 单位 mm/ a)晚白垩世以来，亚洲东南部和太平洋之间构造格局的基本特征是在陆缘带形成一系列海沟、岛弧和边缘海。而太平洋西岸的北美则形成规模宏大的造山带，它呈反S形沿大陆西缘展布，其主体为科迪勒拉山系，由三条大致平行的山脉组成，东带是落基山脉，中带包括喀斯喀特岭和内华达山脉，西带为美国的海岸山脉。而南美则形成了以安山岩为主的安第斯山脉。与北科迪勒拉山脉相比，安第斯山脉造山带窄，内部构造简单，少有增生地体，形成大陆边缘型构造环境。这种构造格局的成因，许多学者给予不同的解释。70年代初，比较流行的看法是由于太平洋板块向大陆俯冲，导致东太平洋造山带的出现；导致西南太平洋岛弧的出现、弧后扩张和边缘海的形成；80年代中期,一些学者强调大陆的主导作用，大陆前部向海洋仰冲而产生岛弧隆起，其后缘因拉张减薄而发育边缘海盆地1，80年代初期,另一些学者则把西南太平洋岛弧陆块的成因看作是太平洋古大陆在侏罗纪分裂，其碎裂块体不断向陆缘漂移、和陆地拼贴所致2，80年代到90年代初，愈来愈多的学者认为西南太平洋的构造格局形成是以亚洲大陆东部的解体和陆缘带的构造扩张为主要背景的3-4。古磁极背景 盖保民（1991）把板块演化的问题，归结为洋陆演化的问题，也就是整个岩石圈演化的总问题，因此，洋陆演化的基本规律对岩石圈板块的演化也是起作用的5。下面，我们用古地磁极的方法，来分析一下中新生代以来的洋壳运动。洋底古地磁极性倒转现象的发现和系统测定为研究洋底地质历史和构造演化提供了重要依据6。Pitman和Larson先后于1974年7和1982年8编制了第1代和第2代洋底地磁条带图，制订了相应的古地磁极性年表。第2代图清楚地展现了从洋脊到大陆边缘大体上连续增生的过程。1989年Cande等人又合编了第3代全球洋底磁条带图9，填补了许多空白。 据现有资料,共划分出49个增生区,其中太平洋18个，共划分为6个增生期，由老到新，依次标为(1),(2),(3),(4),(5),(6)期，对应的距今年代分别为：156.6，137，97，58，36，10Ma。见图3。（图3）全球海底（马宗晋（1998）引用文献【2】中pitman（1974）的图为基础）第1项Pn , An, In分别代表太平洋系统、 大西洋系统和印度洋系统,下角标n为系统内序号;第2 项(I N),为该区增生起止年代(分期序号) . 例: P1( 2 3) ,即太平洋1号区, 其增生年代为第2至第3期研究表明,太平洋洋底是从距今160Ma左右的中侏罗纪开始增生的10,此为第构造变动幕的开始后,在137Ma左右、97Ma左右、58Ma左右、36Ma、10Ma左右又依次经历了第,第,第,第,第变动幕（图4）。其中第幕构造运行是一次全球性的重要构造变动,地质年代相当于白垩纪,大致与大陆中生代晚期强烈造山造陆运动相当。（图4）海底各单元增生年代图（马宗晋（1998）太平洋底增生构造格局很复杂,西太平洋洋底在第(3),(4),(5),(6)各期均有分阶段的小区局部增生和岛弧的形成与俯冲运动;而东太平洋洋底则主要是第(3)(5)期基本连续的增生过程被第(6)期现代洋脊增生替代所表现为巨大变格运动；P4，P5与P1的关系非常重要,因为它们是北太平洋洋底的主体。根据P4,P5内部磁条带结构和排序,应当是P5从东侧，P4从北侧分别向古太平洋中心推进，后期由于阿留申白令海洋底板块向南和北美板块向西的掩覆推进,使其早期洋脊被盖在大陆之下。但P4,P5与P1的接触关系则很不清楚,只看磁条带的年代，似有连续的可能,但结构走向则难以相连，加之彼此间尚有较大的无资料空间，只能在其间标以醒目的不连续边界。此边界不一定是巨大断裂，也可能是复杂镶嵌的“不整合”带。尽管如此，太平洋区第(1),(2)增生期与第(3)增生期之间有一次剧烈改变是确定无疑的；P13(5),P14(5),P15(5)和P16(5)都是西南太平洋在第(5)增生期出现的一些局部海域增生区,鄂霍茨克海和日本海也主要是在此期形成的.从探明的化石洋脊及磁条带结构来看,P13,P15早期及P16等海域仍是近东西向和近南北向张裂,而P15后期海域和日本海、鄂霍茨克海以及平行克马德克列岛西侧的P14即西太平洋岛弧后海域则呈现北东走向的张裂；P17(56)紧挨着南美洲最南段的西海岸, 是分隔P11和P12的一个新洋脊增生区, 转换断层近东西走向,南北走向的洋脊以左行错动由东南向西北逼近P18(6)的洋脊,有构成所谓“三联点”的趋势；第(6)增生期,在西太平洋区早期复杂的岛弧海域分割的格局上,又新生了很局限的P20(6)和P21(6)新洋脊增生区。其内部磁条带结构很复杂,可能是伴随印度尼西亚岛弧新几内亚岛链和斐济。克马德克岛弧体系呈现巨型左旋扭错运动而出现的扭错张裂区；总之,太平洋海底东西增生格局差异很大。东太平洋残留的主要是从第(3)期开始以来的增生区,大格局完整清晰，(5)，(6)期之间的第2幕变动造成巨大变格;而西太平洋一系列岛孤海域的增生区很分散,很局限,第(3)，(4)，(5)，(6)增生期都有小规模、短时间的增生活动。从洋底海底增生的情况，可以显示出大洋中脊运动的各个不同时期，甚至能够推断出环太平洋东西两岸成矿带的不同形成时期。地球动力学背景为了深化环太平洋造格局形成背景的认识，采用地球物理方法获取深部构造信息，探索其地球动力学过程是十分有意义的。随着空间技术的迅猛发展,国内外利用地球卫星重力资料，通过地球重力场模型计算，研究地球内部结构已取得很大的进展，不断推出高阶次的重力模型。近年来国内一些学者11-12利用重力场球谐系数来反演地球深部结构、地幔对流、板块运动，这为探索地球动力学找出了一条新的方法。利用GEM10C地球模型的位系数计算得到的中国东部及邻近海域的卫星重力异常图（图5）,210阶基本上反映了600km以下深部地幔物质密度异常信息及其物质运动趋势。图上可见亚洲大陆东部为一负异常区,成都附近有一个-1510-5m.s-2的低值中心,代表地幔深部的发散地带,在相邻的西太平洋和边缘海则出现10×10-5m.s-2 20×10-5m.s-2的正异常区,尤以南海之南的加里曼丹岛异常值最大,这里是地幔物质流的汇聚范围。图像显示从亚洲东部有一个指向西太平洋的地幔应力场,它拖曳着亚洲东部岩石圈由北西向南东作不均一的运移, 这就是亚洲东部陆缘带发生分裂、陆壳碎块向西太平洋漂移的深部因素,也是陆缘带出现构造扩张的地球动力学背景。（图5）亚洲东部陆缘带及邻近海域210阶卫星重力异常在低阶卫星重力异常图上(图6)，北美西部陆缘带显然不同于亚洲东部，两者异常带正好倒置，沿北美西部陆缘带展布了一条狭长的正异常带，异常值为10×10-5m.s-230×10-5 m.s-2左右。由此反映在地幔深部存在一个从东太平洋向北美西部的物质流，它载负着大洋岩石圈从西南向东北方向移动，这是导致北美西部陆缘带发生挤压收缩、地体拼贴并形成科迪勒拉陆缘造山带的地球动力条件。（图6）北美西部陆缘带及邻近海域2 12阶卫星重力异常（重力异常据曾维鲁）我们可以根据从陆缘带构造格局和地球动力学以及洋底磁场的数据，把环太平洋陆缘带的发育期追溯到晚侏罗世到早白垩世，就可以还原中新生代以来的东西太平洋的板块构造演化历史：中生代 在晚侏罗世早白垩世亚洲东部陆缘带造山作用较强，以构造收缩和陆缘增生为主导,而北美西部陆缘带以构造扩张和陆缘解体为特征。东太平洋北美西部陆缘带在晚侏罗世到早白垩世与目前的造山带构造格局不同，是一个广阔的地槽环境。基于陆缘的裂解作用，整个陆缘带构造分异清楚,东带落基山地区由巨厚的海相、海陆交互相和陆相陆源碎屑岩组成，属北美大陆西侧的前陆带。西带在内华达山地区，古地理环境比较复杂,岩石组合为杂砂岩、暗色板岩、燧石砾岩以及玄武岩及火山角砾岩的互层，厚达6000m,且变化快,其古构造格局与现今太平洋西侧相似，火山岛弧、陆壳碎块、裂陷海盆、深水海槽间列其间。内华达运动是太平洋板块与北美西部陆缘带构造作用的重要标志，而且在海岸山脉地带出现被刮蚀下来的洋壳物质，记录于弗朗西斯科群中。西南太平洋晚侏罗世、早白垩世的亚洲东部陆缘带,日本海、东海、南海作为边缘海尚未形成。这期间以太平洋与亚洲大陆之间的板块作用为背景的构造变动与岩浆活动相当强烈,最引人注目的事件是亚洲东部大规模的火山活动,它展布在广阔的空间。根据火山岩岩石组合、岩石化学和产出的构造部位可分为兴安.东蒙古带、闽浙岭南带和萨哈林锡霍特带。的裂陷盆地中。火山岩称兴安群(大兴安岭)和察干察布组(蒙古东部)，以陆相中、酸性火山岩为主,属碱性系列,与煤系伴生,其产出与陆内裂陷作用有关。闽浙岭南带沿陆缘纵向伸展达4000km之多,主要代表有福建兜岭群和朝鲜半岛庆尚群上部的火山岩,日本则有面谷流纹岩、八幡流纹岩和生野流纹岩,根据东南沿海火山岩的研究资料分析火山岩为陆相喷出,以英安岩、流纹岩为主体,岩石属高钾钙碱性系列,岩浆来源于地壳重熔作用,火山活动明显受基底断裂控制,形成于构造运动较强烈的造山带。不少学者把它归于陆缘火山弧。新生代总的来说，新生代岩石圈的构造是最活跃、强烈的。在大陆构造方面，集中表现在环太平洋造山带活动中，新生代在大陆区发生的构造活动，大致可分为三期，第一期发生于早第三纪始新世与渐新世之间，运动特别强烈；第二期发生于早第三纪与晚第三纪之间；第三期发生于第四纪。在新生代期间，与大陆地区强烈的造山运动等压缩性构造运动相对应，全球洋底及边缘海持续发生大规模扩张运动，形成了大洋中脊地壳及边缘海盆。总之，由于这一系列活跃的构造运动，使现代海陆配置及地表形态轮廓逐步形成。西南太平洋晚侏罗世到早白垩世为主要活动时期的亚洲大陆边缘火山-深成岩带的出现,标志着环太平洋西带新演化阶段的开始。这个带从楚科奇半岛向南，经锡霍特阿林和朝鲜半岛东南，日本本州西北至中国闽浙沿海，长度超过5000公里,向西可到大兴安岭-太行山以西的蒙古和山西高原，由安山岩英安岩流纹岩组合的陆相火山岩、火山碎屑岩和相应的深成岩组成。岩浆活动时代向东南方向变新而钾及全碱含量向西北方向增高，反映了晚中生代时大洋板块向亚洲大陆的强烈消减。晚白垩世和新生代的海相地层和火山活动总的只限于此带以东。新生代以来是亚洲大陆东部一系列边缘海形成的时期，日本、菲律宾的巴拉望和北加里曼丹等就是因此而从亚洲大陆裂离的；松辽盆地和华北盆地等是同一过程在陆上的表现。在裂陷作用较强烈的南海、日本海和菲律宾海，中心已有洋壳生成。鄂霍次克海东南部的千岛海槽和东海南部的冲绳海槽则是未来洋壳将出现的部位。东太平洋在这个时期，南美大陆自从与非洲大陆分离之后，在新生代时期显著向西运动并与太平洋底相挤压，从而在其西缘地带引起了强烈的造山运动，形成了高耸的安第斯山系。南美西缘的安第斯造山带，大部分已在白垩纪晚期褶皱隆起。在新生代期间，安第斯山系又经历了多次的褶皱和广泛地火山活动；始新世中期和渐新世中期发生了广泛地褶皱运动和火山活动，并有花岗岩侵入；中新世有连续发生的褶皱和断裂作用；中期体现特别强烈，属安第斯山造山活动的主要阶段；上新世时，安第斯高地经过剥蚀而变薄且低平，但晚期又再次褶皱和上升，大致到上新世末期，整个高俊的安第斯山系形成，与北美科迪勒拉造山带相比较，南美安第斯山造山带要狭窄得多，内部结构也较简单，没有大的平移断层发育，其火山活动以强烈的安山质熔岩喷发为特征。在新生代期间，东部落基山脉一带构造活动性较弱，缺乏火山作用，西部包括海岸山系及内华达山系一带，是一个构造活动带，岩浆活动强烈，中部的大盆地及科罗拉多高原等地区，则为相对稳定区。美地台和巴西地台所代表的美洲大陆原地沉积沿落基山和安第斯山分布，由此向西是中生代以来的洋陆相互作用区。对北美洲来说，大陆边缘的前锋由落基山指向北美地台内部的大规模叠瓦式逆掩断层带标示出来，向西是以盆岭区为代表的新生代地壳伸展区和以北的新第三纪哥伦比亚河泛流玄武岩区紧挨太平洋的海岸山脉带是中、新生代的优地槽,构造复杂。1980年圣海伦斯火山的爆发以及频繁的地震活动说明这里仍处于活跃的地壳变动阶段。受到太平洋板块向东俯冲和北美大陆因大西洋扩展而西移的双重作用,本区新生代仍处于高度活动状态,表现为华盛顿州奥林匹克山和阿拉斯加南缘老第三纪的优地槽沉积，新第三纪沿喀斯喀特山近南北向的安山岩喷发，哥伦比亚河高原玄武岩，盆岭区的大规模低角度地壳伸展，科罗拉多高原也是始新世以后才出现，使得那里的盖层仍保持水平产状,形成壮观的大峡谷,而与周围变形的同时代地层相对照。但高原抬升的原因还不清楚。太平洋的演化，最重要的时期是在中新生代，而在新生代距今65Ma的时候，世界屋脊快速隆起，环太平洋岛弧也在发生板块俯冲，数千公里的大西洋中脊扩张，板块俯冲碰撞，使得深部发生部分熔融，构成了强烈的岩浆活动（图7）。（图7）环太平洋皱褶带的造山运动和岩浆的活动时代（据松本达郎，1975）1张文佑主编.中国及邻区海陆大地构造.北京,科学出版社, 19862Nur A. Oceanic plat eaus, the fragment at ion of cont inent s, and mountai n building. J G e op hys Res, 1982, 87: 3644 36613中国科学院南海海洋研究所.南海地质构造与陆缘扩张.北京:科学出版社, 19884杨森楠.环太平洋大陆边缘研究的进展.地质科技情报, 1989, 8( 3) : 3 45盖保民.地球演化.中国科学技术出版社.1991.3683696 Vine F J, Mat thew s D H. Magnet ic anomalies over oceanic ri dges. Nature, 1963, 199: 947 9497Pitman W C, Lavson R L , H erron E M. Magn etic lineat ions of the oceans. Map Chart Ser, Vol. Mc -6, Colorado, Bou- lder: Geol Sco Am, 19748Larson R L, Goloychenko X. Pitman W C. Geomagnet ic polari t y time scale. AAPG plat e t ect onic map of circum Pacif i cregi on, Pacific Basin sheet , Scale 1：20 000 000. T ulas, USA: AAPG, 19829Cande S C, LaBrecque, Pitman W C. Magnet ic li neat ions of the w orld s ocean basins. Oklahoma: AAPG, 198910马宗晋等。全球洋底增生构造及其演化.中国科学（D辑），1998.11杨森楠, 周国藩.亚洲东部大陆边缘的构造扩张和地球动力环境.地质科技情报, 1992, 11( 1)12Yang S N, Zhou G F. T he active t erranes of the continental margin in east ern Asi a and it s geodynamic. In: T ectonicsof China . 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