地质科技情报GEOLOGICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION1999年 第18卷 第4期 Vol.18 No.4 1999

欧洲大陆岩石圈动力学研究现状与进展

刘　凤　山

摘　要　 通过对EUROPROBE计划中5个关键项目的主要研究目标和主要成果的介绍，简述了欧洲大陆岩 石圈动力学研究现状及进展。通过研究，人们已认识到芬诺斯堪的亚地盾古元古代、太古代岩石圈演化特征有明显不同；横跨欧洲的缝合带既是前寒武纪地壳显生宙重新活动的结果，也是加里东和华力西地体增生作用的结果；乌拉尔造山带是古生代微大陆碎块进一步裂解、崩解、增生到东欧大陆边缘的结果；侏罗纪到现代的非洲-阿拉伯板块及其间的大陆地体与欧洲板块相互作用制约了喀尔巴阡和迪纳拉造山带演化，同时影响了东欧克拉通边缘 应力场，也深深地波及到克拉通内部，形成裂谷作用。
关键词　欧洲　大陆岩石圈　地球动力学
分类号　P541

NEW DEVELOPMENT AND CURRENT STATE OF RESEARCH ON THE LITHOSPHERE DYNAMICS OF THE EUROPEAN CONTINENT

Liu　Fengshan
(Bureau of Geological Survey,MLR,Beijing,100812)

Abstract　In this paper,the author gives the main goals an d general evolutionary models about five key projects of EUROPROBE program in or der to present the new development and current state of research on the lith osphere dynamics of the European continent.It is known from this paper that the evolutions of Palaeo-Protrozoic and Archaean lithospheres in Fennoscandian shi eld are very different.The trans-European suture zone results from the reworkin g of Precambrian crust and also from the Caledonian and Variscan terrane accretion while the Uralide orogen is the result of continental rifting,breakin g-up and accreting to the East-European cratonic margin during the Paleozoic.The interaction of the Afro-Arabian plate and its continental terranes from Jur assic to the present with the European plate governed the evolution of the Carpa thian and Dinaride orogens and affected,at the same time,the stressfields.on the margins of East-European craton,which propagated deeply into the craton and 1e d to rifting.
Key words　Europe,lithosphere of continent,geodynamic

　　欧洲大陆主要由古老克拉通和叠加其上的显生宙褶皱造山带构成，是研究大陆岩石圈动力学 的理想地区之一。欧洲最近30年来的地球物理方法，特别是大范围深源地震回声方法及大陆 地壳科学钻或深钻积累了大量数据，为研究欧洲大陆岩石圈动力学提供了独特机遇。在国际岩石圈项目和欧洲科学基金会的支持下，欧洲在1992年制定了EUROPROBE计划，主要研究现代和地质历史中欧洲大陆起源及控制大陆岩石圈演化的地球动力学过程。深部地质、横跨欧洲的缝合带、板内构造和盆地动力学、乌拉尔和西欧古生代造山作用等是该计划的4个 主题，进一步可分为10个项目，其中大多数项目与造山作用有关，少数项目是研究板内构造 ，特别是研究与克拉通裂谷作用和板块边缘与造山活动有关的沉积盆地演化〔1〕。笔者试图通过对该计划中5个关键项目的概要介绍，简述欧洲大陆岩石圈动力学研究现状及 取得的进展，以便在我国大陆岩石圈研究中得以借鉴。

1　PANCARDI与新生代造山作用动力学研究

　　潘诺尼亚弧后盆地、喀尔巴阡火山弧、东阿尔卑斯和迪纳拉碰撞造山带(简称为PANCARDI)是研究软流圈与岩石圈相互作用、火山弧与相关的弧前和弧后盆地演化相互关系的最好场所(图1)。喀尔巴阡火山弧和潘诺尼亚弧后盆地是地中海复杂弧后盆地的组成部分，而新第三纪削减作用期间的东阿尔卑斯也可以归入喀尔巴阡火山弧〔2〕。

图1　PANCARDI主要构造单元〔1〕
Fig.1　Main tectonic units of PANCARDI
1.阿尔卑斯期造山弧；2.第四纪盆地充填物；3.新第三纪盆地充填物；4.新第三纪火山岩；5.逆冲断层；6.走滑断层

　　该项目的主要研究目标有：重建弧后盆地系统新第三纪-第四纪期间的演化历史，用运动学 和古地磁恢复造山作用过程；把长期削减作用、弧形成作用、盆地发育历史与新构造运动、 现代地震结合起来，解释近乎垂直的Vrancea板块的起源；建立中新世-现在的喀尔巴阡弧 岩浆演化的历史，确定钙碱性岩浆和碱性岩浆的来源，并解释两种岩浆在前陆褶皱和俯冲带 内由西向东的变形作用过程中时空上成对出现的机理；解释潘诺尼亚盆地的地幔岩石圈化学 演化及其相关的削减作用、地幔柱作用；确定在潘诺尼亚盆地发育过程中东阿尔卑斯和迪纳 拉的碰撞增厚作用、扩张去顶作用、侧喷作用的重要性。
　　研究表明喀尔巴阡和迪纳拉造山带的演化受非洲-阿拉伯板块及其间的大陆地体与欧洲板块相互作用制约。侏罗纪到早白垩世大西洋裂开，导致意大利--迪纳拉块体与喀尔巴阡内部地体及其它地体汇聚、碰撞，PANCARDI地区开始造山作用。晚白垩世期间，非洲与欧洲向北汇聚，在阿尔卑斯-喀尔巴阡产生强烈的空间压缩，结果导致中生代洋盆和相似洋盆逐渐关闭，其间的大陆地体与造山系统结合在一起，削减作用逐渐加强。在森诺期(晚白垩世)- 古新世期间，中生代裂谷发生倒转，主要分支断裂开始活动，指示东阿尔卑斯和喀尔巴阡前 陆以挤压应力为主。在渐新世-中新世期间，欧洲前陆和欧洲边缘发生“硬”碰撞， 并由于连续挤压变形产生基底地块叠瓦作用，而喀尔巴阡造山带和前陆发生了“软”碰撞，其北部、东部也就经常不存在基底叠瓦作用。喀尔巴阡-迪纳拉造山带伴随喀尔巴阡内部块体(地体)以及它们的产物向东移动而逐渐在第三纪，特别是在新第三纪固结，这是阿尔卑斯地区“硬”碰撞、凹入、物质脱溢的结果，也就是板块削减、板块边缘后退、板块卷进喀尔巴阡地区的结果。在新生代喀尔巴阡-迪纳拉系统伴随着弧内盆地发育和变形及新第三系潘诺尼亚弧后盆地演 化而演化。

2　乌拉尔造山带与碰撞造山作用研究

　　乌拉尔造山带是地球上巨大构造不连续之一，是欧洲和亚洲地理上、地质上的分界线，和阿巴拉契亚、加里东、Variscan造山带一样，为大陆汇聚形成的主要造山带之一，并构成晚古生代超大陆潘格纳联合古陆，其处于东欧克拉通(在西部)和安哥拉克拉通(在东部)之间，包括由大量增生洋壳、岛弧和微大陆地体及并置的前陆盆地西部边缘冲断块体、大陆边缘岩石构成的2 500 km长的缝合带(图2)。

图2　乌拉尔中部、南部构造分带〔1〕
Fig.2　Tectonic zones of the middle and southern Ural
1.俄罗斯地台；2.前乌拉尔前渊；3.乌拉尔西带；4.乌拉尔中带；5.乌拉尔主断裂；6.Tagil-Magnitogorsk带；7.乌拉尔东带；8.横跨乌拉尔带

　　该项目的主要研究目标为研究造山带轴部巨厚的地壳，解决山根产生和保存机制；研究保存 良好的蛇绿岩带和火山弧组合，解释古生代洋壳的形成和削减作用；通过高压变质岩野外露 头研究，弄清控制地壳物质从地壳深部(50～80 km)携带到地表的机理；研究侏罗纪造山带 准平原化和现代快速上升的历史，确定乌拉尔后造山物质携带作用和上升机理；对比地震反 射数据和深孔资料，进一步提出结晶地壳地震反射来源新的解释。通过研究，人们认为乌拉 尔造山带构造岩浆活动是从晚石炭世到早奥陶世开始的〔3，4〕。在大陆裂谷作用期间，大陆分解，海底沿东欧克拉通东边缘扩展，产生一个面向广阔大洋的被动大陆边缘；中古生代微大陆碎块进一步裂解和崩解，形成岛弧和伴生弧后盆地。同时，微大陆和岛弧地体在乌拉尔古海洋中混合，直到晚古生代才增生到东欧大陆边缘〔5〕。根据俯冲断裂(包括乌拉尔断裂)、岛弧残余几何特征和位置、后碰撞侵入体和前陆 盆地西部边缘特征判断，最后俯冲方向是向东的。大洋盆地的关闭和前寒武纪克拉通的陆- 陆碰撞发生在晚石炭世-二叠纪，但克拉通之间的汇聚可能持续到早三叠世。

3　TESZ与大陆岩石圈显生宙增生和演化研究

　　TESZ(横跨欧洲的缝合带的简称)在欧洲是很重要的地质界线，呈NW-SE向，从北海到黑海穿过欧洲中部，长达2 000 km，深度可达上地壳(图3)。其南西部为西欧显生宙活动地 体，北东部为东欧前寒武纪克拉通。两者在莫霍面的深度、热流值等方面有明显的不同。研 究TESZ及其周边地区可以弄清显生宙岩石圈增生的热动力机制，TESZ不仅是研究古生代造山 带的关键，也是提供研究前中生代板块构造和潘格纳联合古陆聚集的新视角。

图3　TESZ及相邻地区基底构造略图(据Berthelsen,1 994)
Fig.3　Basement tectonic sketch of the TESZ and adjacent areas
1.走滑断裂；2.次要逆冲断层；3.主要逆冲断层；4.推覆构造；AD.阿登造山带；AM.亚美尼亚地块；BB.Brabant地块；BM.波希米亚地块；CDE.加里东变形前缘；CM.Comubian地块；DSHFZ.南倾的Hewett断裂带；EC.东英格兰加里东造山带；F-S.苏台德前地块；HM.哈茨山；HCM.圣是十字山；IS.Iapetus缝合带(阿瓦龙-劳亚大陆)；IS?.劳亚大陆-波罗的海缝合带不确定位置；KLZ.Krakow-Lubliniec带；Lu.Lubin地槽；LuM.Luneberg地块；L-W.Leszno-Wolsztyn基底高地；MC.陆内克拉通；MH.Mazurska高地；MM.Matopolska地块；Mor.Moravia造山带；Pom.波美拉尼造山带；PP.Pripyat 地槽；RFH.Ringkobing-Fyn高地；RM.Rhenish地块；Ru.Rugen岛；STZ.Songenfrei-T omquist带；Su.Sudetes山；TEF.横跨欧洲断裂带；TTZ.Teisseyre-Tomquist带；UM. 乌克兰地块；USB.上西里西亚煤盆

　　TESZ项目的主要研究目标为用远震和区域地震层面X射线照像技术确定TESZ地区地幔中缝合 带复杂的分布情况；用地震折射-宽角反射技术测定横穿缝合带的莫霍面深度和岩石圈速度 结构变化情况；用深源反射地震和大地电磁层面X射线技术确定元古代和显生宙岩石圈深部 构造和浅部构造的关系；用钻孔和野外露头多方面分析中欧古生代地体增生的构造热历史； 进一步弄清TESZ及古生代阿巴拉契亚、西欧和乌拉尔造山带的构造热事件，以便很好了解潘 格纳联合古陆；对比沉积盆地二叠纪-中生代沉降作用和新生代倒转作用。
　　TESZ构造演化已有各种假说，静止观点认为是其前寒武纪地壳显生宙重新活动的结果，活动 观点认为还包括加里东和华力西地体增生作用。生物地层学和古地磁证据支持后一种观点， 波罗的海首次与起源于微大陆(阿瓦龙、阿莫里克-波希米亚和伊比利亚)的潘格纳碰撞，然后再和潘格纳超大陆碰撞时就形成了TESZ基本特征〔6〕 。然而，阿瓦龙和波罗的海 之间的相互关系一直还是个谜，特别是在波兰南部和斯洛伐克共和国。动物群分区性支持主 要大洋(通库斯海)在奥陶纪沿波罗的海南缘出现，并在志留纪末关闭〔7〕。在此期 间，包括来源于冈瓦纳边缘的泛非火山弧和边缘盆地的新太古代地体的地壳都增生到波罗 的海边缘，由奥陶纪蛇绿岩和火山弧形成的不成熟的岩石圈也增生在TESZ内〔8〕。 中泥盆世由于劳亚大陆、波罗的海和阿瓦龙混杂产生劳亚古陆，但单个地体卷入这次增生的 强度和关系、在转化期间它们线性分布和旋转的纬度、它们对接到波罗的海和其它古大陆的 时间都不能确定。最终由于华力西造山运动引起地壳重新活动，冈瓦纳和劳亚古陆晚石炭世 最终碰撞，完成潘格纳的聚集。

4　SVEKALAPKO与古元古代和太古代岩石圈演化研究

　　SVEKALAPKO是瑞芬系、卡累利阿、拉普兰、考拉的缩写。芬诺斯堪的亚地盾出露很好，核部由卡累利阿晚太古代花岗绿岩带构成，东北部和西南部由古元古代造山带围绕，是地球上研究古岩石圈热动力过程最好的地方之一，也是重建劳亚超大陆的关键因素，更是检验板块构 造理论和理解古元古代、太古代岩石圈特征的理想地方(图4)。SVEKALAPKO项目的主要研究 目标为确定芬诺斯堪的亚地盾不同部分下地壳和上地幔特征及其与软流圈的关系；研究横穿 地盾的地壳演化，并确定不同构造形成时间以及它们在岩石圈深部之间的相互关系，进而对 矿床成因及进一步勘查提出新见解。

图4　波罗的海地盾及其周边地质简图〔10〕
Fig.4　Simplified geological map of the Baltic shield and its surroundings
1.出露的太古界；2.未出露的太古界；3.瑞芬系；4.中晚元古代沉积物；5.古元古代断陷盆地；6.拉普兰麻粒岩带；7.环斑花岗岩；8.瑞典挪威系；9.加里东造山带；10.显生宙；11 .主要地壳单元边界

　　芬诺斯堪的亚地盾地质、构造虽然许多人都研究过〔9～17〕，但人们对其太古代演 化历史了解较少。研究表明该区地壳主要形成于2.9～2.7 Ga Lopian造山作用期间 ，而单个太古代大陆可能在2.45 Ga之前就已形成。在这段时间里，太古代克拉通开始产 生裂谷作用，并以广泛发育的层状镁铁质和斜长岩侵入体为特征。在早期裂谷重新活动之后 ，地壳产生分离，以1.97 Ga Jormua蛇绿岩为标志的瑞芬系洋在卡累利阿的南部和西部裂 开。瑞芬系洋的削减和瑞芬系造山带地壳的增生主要是向西或向南的。瑞芬系弧地体和1.9 Ga太古代卡累利阿的碰撞导致向东的逆掩作用和地壳增厚作用，但是抬升和造山带崩 解很有限。在卡累利阿的北部，拉普兰-考拉造山带内开始裂开，形成独立的大洋。该大洋 削减作用的结果形成发育不成熟的变沉积岩和钙碱性岩浆侵入岩，进而在拉普兰花岗岩带发 生碰撞，导致地壳增厚，并在1.87 Ga时或之前出露于地表。主要构造的几何学及弧物质 地理分布表明削减作用是向北进行的，与瑞芬系造山带相反。卡累利阿两边相反的削减方向 可能是在卡累利阿地区由一个相对稳定的缺少活动的硬地壳块体挤入到拉普兰-考拉造山带 和瑞芬系造山带之间的结果。

5　GEORIFT与克拉通内部裂谷作用地球动力学研究

　　东欧前寒武纪克拉通部位覆盖显生宙沉积物，在泥盆纪-早石炭世发生裂谷作用，而这些沉 积物盖层保存了长期的详细板内变形作用的记录，包括裂谷作用的记录，因此研究克拉通沉 积物盖层，对于理解克拉通内部裂谷作用驱动机制有着十分重要的意义。
　　GEORIFT项目的主要研究目标为应用大量地质、地球物理数据改进和检验构造模型和构造- 沉积模型，并和新构造异常对比；分析从里菲期到现在东欧克拉通全部地球动力学记录，特 别是晚古生代发生的强烈裂谷作用，引起主要盆地发育的记录；综合研究Pripyat-Dniepr -Donets盆地地质-地球物理及构造和地层记录，可以很好地理解裂开的克拉通内部沉积盆 地演化期间的构造作用、岩浆作用、气候作用、海平面升降作用及其它作用；重点解决裂谷 作用、盆地倒转、构造控制后裂谷沉降和沉积作用的动力学基本问题；在板块构造格架内，对比东欧克拉通、北美克拉通及其它克拉通演化，以便识别由板内褶皱引起的相对海平面变化；总结穿过Pripyat-Dniepr-Donets盆地和其它东欧克拉通沉积盆地所获得的新的深源地震近垂直和宽角度反射调查资料。通过研究，人们认识到东欧板块的演化，影响了东欧克拉通边 缘 应力场，并深深地波及到克拉通内部，表现为反复的板内挤压或拉张。应力方向、极性及纬 度在东欧板块演化期间重复发生变化，不仅控制了盆地演化，也常常控制了地壳不连续重新 活动。大多数里菲期坳拉槽添加到太古代-古元古代缝合带上〔18〕，但许多显生宙 裂谷受这些古裂谷、剪切带、其它十字式构造和基底构造控制。起源于裂谷的沉积盆地在后 裂谷阶段演化为热下陷盆地，并在造山过程中遭受挤压变形。前陆盆地与构成克拉通边缘的 造山带有关，但一些盆地在区域抬升过程中遭受了破坏。裂谷活动主要与克拉通边缘大陆块 体的丢失及弧后扩张有关，结果导致大西洋型洋壳裂开。泥盆纪裂谷作用则主要受热点活动 控制，Kusznir等〔19〕对Pripyat-Dniepr盆地正常和倒转模式的研究说明泥盆纪期间长波岩石圈抬升比裂谷发育要早或同时，并且大规模的扩张导致盆地内产生强烈的泥盆 纪火山作用。广泛分布的中-晚泥盆世火山作用说明这种现象不仅仅限于Pripyat-Dniepr -Donets盆地，也影响了东欧克拉通大部分地区(图5)。但仅仅用后裂谷热动力机制的盆地 演化模式不能圆满地解释Pripyat-Dniepr-Donets盆地的石炭纪地层厚度，特别是Donets 的石炭纪地层厚度，外部构造应力在壳幔中的变化机制对盆地后裂谷演化起着重要作用。反 射地震数据说明二叠纪期间盆地边缘抬升，引起上地壳侵蚀。目前，尚不能解释控制深部变 形作用动力学过程，及波罗的海地盾西部二叠纪-三叠纪的抬升等现象。

图5　晚泥盆世大西洋周边大陆构造(据Ziegler,1988 )
Fig.5　Configuration of the peri-Atlantic continents
during Famennian
1.洋盆；2.大陆或克拉通分布区；3.活动褶皱带；4.浅水或陆源沉积盆地；5.大陆或已不活动的显生宙褶皱地区；BH.Belarussian高地；DDR.Dniepr-Donets裂谷；ESM.东西里西亚地块；KR.Konto-Zero裂谷；PKR.Pechora-Kolva裂谷；PT.Pripy at地槽；UH.乌克兰高地；VG.Vyatka地堑；VH.Vorobezh高地

作者简介：刘凤山，男，1964年6月生，高级工程师，从事地质矿产勘察与管理工作．
作者单位：国土资源部地质调查局，北京，100812

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收稿日期：1999-01-18