地质科技情报GEOLOGICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION1999年 第1期 No.1 1999

碰撞造山带的大地构造相及研究意义

梁 斌 王国灿 田 军

摘 要 在综合介绍国内外关于大地构造相概念和大地构造相研究方法的基础上,综述了大地构造相分析在研究造山带结构和演化、非史密斯地层以及造山带沉积地质学方面的意义。
关键词 造山带 大地构造相 非史密斯地层 沉积地质学
分类号 P545.2

TECTONIC FACIES OF COLLISIONAL OROGENTIC BELTS AND ITS STUDYING SIGNIFICANCE

Liang Bin Wang Guocan Tian Jun
(Faculty of Earth Sciences,China University of Geosciences,Wuhan,430074)

Abstract Based on introducing the tectonic facies concept,this paper summarizes the significance of tectonic facies to the studies on tectonic evolution of orogenic belts,non-Smith stratigraphy and sedimentary geology in orogenic belts.
Key words orogenic belts,tectonic facies,non-Smith stratigraphy,sedimentary geology

  对造山带形成、演化的研究历来是地质学中最吸引人,也是最具有挑战性的课题。自从对阿尔卑斯造山带研究以来的200多年,特别是板块构造理论问世以来,人们对造山带组成、演化的复杂性及规律性已有了一定的认识。造山带结构、组成和演化十分复杂,但也并非是杂乱无章的,各个造山带虽有独特之处,但在不同时期和不同地区的造山带中,却具有生成环境相似、变形样式相仿和大地构造功能相近的一些构造带。许靖华〔1,2〕认为造山带是依据一定形式的四维“蓝图”——大地构造相叠加构成的,它的生长和演化有一定的方式。因此就可以利用这些规律来研究陌生地区的造山带。大地构造相的应用能够使我们在短时间内对复杂造山带作出合理的评价,有助于造山带的识别、造山带极性的认识及碰撞事件时限的厘定,运用大地构造相解释观察到的复杂现象和弥补缺失的地质记录。

1 大地构造相的概念及其划分

  许靖华在70~80年代对阿尔卑斯造山带研究之后,形成了大地构造相的概念。其后李继亮于1991年、Robertson于1994年先后对大地构造相进行了划分。
  许靖华〔1,2〕认为大地构造相是造山带的基本组成部分或基本要素,其定义以岩石学、地层学、古地理和古构造框架、变形方式和变质程度为基础,划分了3个大地构造相:日尔曼大地构造相(Alemanide facies)、摄尔特大地构造相(Celtide facies)和类特大地构造相(Raetide facies)(图1)。日尔曼相处于造山带的边缘,为一套浅海沉积地层和磨拉石相地层,大部分发生了变形,但却未发生变质作用,相内部断裂、褶皱构造多见;摄尔特相位于造山带核部,由洋壳、远海沉积物、半远海沉积物组成,它们经历了强烈的变质作用,绿片岩相至麻粒岩相等变质相均可出现,相内普遍有蛇绿岩岩套、混杂岩、花岗岩带和巨大的韧性剪切带,总体构成一个活动单元;类特相位于造山带的边缘或内部,部分叠加在摄尔特相之上,由岛弧或岛弧之上的沉积盖层和边缘沉积物组成,没有发生强烈的变质作用,纳布构造和推覆构造多见,并发生了大的位移。

图1 大地构造相模式图〔2〕
Fig.1 Model of tectonic facies
A.日尔曼大地构造相;C.摄尔特大地构造相;R.类特大地构造相

  李继亮〔3〕将大地构造相定义为在相似的环境中形成的,经历了相似的变形与就位作用并具有类似的内部构造的岩石构造组合。他共划分了6类15种大地构造相:①仰冲基底相类,包括刚性基底和活化基底;②混杂相类,包括弧前混杂带相、弧后坍塌混杂带相;③前陆褶皱冲断相类,包括前陆褶冲带、前陆褶皱带、活化盖层带相;④主剪切相类,包括前陆主剪切带、剪切穹隆带相;⑤岩浆弧相类,包括前缘弧、残留弧、增生弧相;⑥磨拉石盆地相类,包括前陆磨拉石盆地、核心磨拉石盆地和后陆磨拉石盆地相。他还详细阐述了各大地构造相的特征及就位时代与环境。
  其后,Robertson〔4〕将其定义为具有一套岩石—构造组合、其特征足以系统地确认造山带为地史时期一定的大地构造环境。他划分出4种基本的构造环境(离散、 汇聚、 碰撞、走滑),共计29种大地构造相:①离散背景的大地构造相,包括被动裂谷相、活动裂谷相、夭折裂谷相、台间盆相、碳酸盐岩台地相、边缘海山相、扩张洋脊相、深海平原相、大陆碎块相、大洋海山或海台相;②汇聚背景的大地构造相,包括上削减带蛇绿岩相、大洋岛弧相、削减—增生杂岩相、弧前盆地相、陆内弧后盆地相、洋内弧后盆地相;③碰撞背景的大地构造相,包括洋内碰撞相、残余洋盆相、碰撞前伸展盆地相、具洋壳侵入的前渊相、具陆壳侵入的前陆盆地相、与隆升相关的构造环境;④走滑背景的大地构造相,包括转换裂谷和被动边缘相、大洋转换断层相、拉张盆地的洋壳相、与汇聚有关的(碰撞前)、碰撞前走滑和旋转相、碰撞后走滑和旋转相。Robertson的大地构造相是目前所提出来的最为系统的大地构造相划分方案,该划分方案是对造山作用全过程按不同阶段(离散、汇聚、碰撞、走滑)进行细分,每种相以一定大地构造环境中的物质建造为基础,能较全面地反映造山带的组成、结构与演化。但Robertson划分的一些相是根据对现代全球大地构造环境的观察而识别出来的,某些相对古大陆造山带可能不适用,其划分的大地构造相类在研究大陆造山带的过程中还有待完善和补充。
  综合来看,上述关于大地构造相的定义和划分虽不尽相同,但其基本的意义是一样的,即所谓大地构造相是能反映其形成的大地构造背景、在特征上具有相似的变形与就位作用的一套岩石—构造组合。
  最近在东昆仑造山带1∶25万区调的实际应用中,笔者认为许靖华的大地构造相划分较为粗略,操作较为困难;Robertson的划分较为详细,容易在实践中应用。因为一个造山过程一般包含了离散、汇聚、碰撞、走滑等过程,在每一个过程中就会形成相应的大地构造相单元,Robertson的划分与造山作用的每个阶段相对应,因而较易划分出不同的大地构造相类,也容易将它们归为不同的造山阶段,可以在填图的较早阶段认识造山带形成演化的一般规律,对进一步的研究具有指导意义。在对东昆仑造山带海西期主造山旋回的研究中,我们划分出早二叠世早期离散背景下的扩张洋脊相、大洋海山相、碳酸盐岩台地相、深海平原相、大陆碎块相等;汇聚背景下的上削减带蛇绿岩相、削减—增生杂岩相等;晚二叠世以后碰撞背景下的具陆壳侵入的前陆盆地相。因此,认识了东昆仑造山带碰撞前多岛洋的构造古地理格局,以及造山过程和时限的基本轮廓。应该看到,不论是许靖华还是Robertson的大地构造相的划分和研究都是针对单旋回的造山带,而中国的造山带往往具有多旋回的特点。最近我们对东昆仑造山带的研究表明,在东昆仑中蛇绿构造混杂岩带存在3个不同时期的蛇绿岩组合,并且有代表相应不同造山旋回的构造组合,因而形成了不同时期的相同大地构造相并置的现象,因此在划分大地构造相单元时应以主造山期形成的构造环境为主,同时尽量识别出以前构造旋回形成的大地构造相,这样将更有利于认识造山带形成演化的全过程。

2 大地构造相分析方法

  各造山带虽有不同的结构和演化历程,但却具有生成环境相似、变形样式相仿和大地构造功能相近的一些构造单元,对世界上为数众多的造山带的研究已证实了这一点。例如,在造山带中分布的前陆褶皱冲断带、前陆磨拉石盆地、构造混杂带、仰冲基底(或后陆)带等,它们是造山带中必然出现的一些单元。不同造山带中具有的相似的构造单元,正是对造山带进行比较研究的基础。因此对研究程度较高的一些典型造山带的这类构造单元进行深入详细的分析,识别其岩性内部构造、边界关系和演化历史的标志特点,有益于新发现的或研究程度尚浅的造山带的研究,也有益于识别出新的造山带。这种比较大地构造学的方法,称之为大地构造相分析〔3〕。大地构造相分析方法,其实质就是对造山带进行比较解剖,其基本的思维方式就是演绎。利用比较解剖研究造山带是一个古老的方法,在现代造山带的研究中也得到了广泛的应用,如对华南造山带的识别以及秦岭造山带的研究〔5〕。大地构造相分析也就是通过对组成复杂造山带的不同大地构造相的分析、研究,最终对造山带的形成演化作出一个连续、动态的分析。

3 对研究造山带结构、演化的意义

  造山带由于其复杂的结构及其强烈的变形、变位,特别是中国大陆的形成、演化又具有独特的过程〔6,7〕,从而具有多旋回、多岛洋、软碰撞的特点。因此,正确认识造山带的形成、演化往往是一个较为复杂的过程。但纷繁复杂的造山带并非杂乱无章、毫无规律可循,如果透过其复杂的外表抓住其本质,就会对复杂造山带的形成、演化有一个正确的认识。大地构造相在一定程度上揭示了造山带形成演化的规律,不同的造山带就是由不同的大地构造相单元组合而成。许靖华〔2〕认为绝大多数造山带均是由弧后盆地消减、碰撞造山形成的,并导致造山带产生日尔曼、摄尔特和类特大地构造相;如果不止一个弧后盆地的碰撞,则可产生多个日尔曼、摄尔特和类特大地构造相;它们之间是有次序分布的。应用大地构造相分析造山带的结构与演化,就是对造山带进行比较解剖。应用大地构造相研究造山带结构、演化表现在下列两方面:①对研究程度较低的造山带可以在一个较短的时间内对其作出较为正确的结论,中国为数众多的造山带分布在交通条件不便、自然地理环境十分恶劣的西部,其研究程度较低,如东昆仑造山带、天山造山带等,碰撞造山带中最易识别、同时也是最为重要的两个构造单元是碰撞混杂岩带及前陆褶皱带,找到这两个单元后,就可以依照碰撞造山带的模式去重塑造山带的整体格局;②对研究程度较高的造山带,运用大地构造相可以解释观察到的复杂现象和弥补缺失的地质记录。每一个大地构造相类都具有不同的就位时代和环境,弄清了造山带的大地构造相就能够对造山带中出现的复杂地质情况作出合理的解释。由于大地构造相给出了一个组成造山带的基本“蓝图”,因此即使造山带的某些部分由于掩埋、剥蚀或断失等原因不一定能找到,即使一些现象早已不复存在,但掌握了“蓝图”知识,就仍然能够判断已消失的东西曾经存在过〔2〕。应用大地构造相分析方法,许靖华〔2〕对阿尔卑斯、台湾中央造山脉、南美安第斯、天山造山带,Robertson〔4〕对特提斯东地中海部分进行了详细的研究。

4 对研究非史密斯地层的意义

  造山带非史密斯地层是近年来造山带地层学研究中最引人注目的课题〔8~10〕。由于造山带多期次强烈的变形、变质,造成了不同时代、不同沉积背景下形成的物质以构造岩片的形式拼贴在一起,构成了一个复杂的物质场。非史密斯地层对研究造山带的形成演化具有重要意义,传统的史密斯地层学已难以适应和满足造山带地层研究的需要。大地构造相分析对研究造山带非史密斯地层的意义表现在如下两个方面。
  (1)对认识造山带地层的非史密斯化具有重要意义。非史密斯地层的思想最早是由著名地质学家许靖华〔11〕在研究弗朗西斯科混杂岩时提出的,它是指古板块缝合带(构造混杂带)的地层,现在不少学者认为可将构造变形形成的部分无序或全部无序的地层以及沉积混杂的地层归为非史密斯地层〔9,10〕,非史密斯地层在造山带广泛分布且对研究造山带的形成、演化十分重要。造山带就是由代表不同大地构造相的物质组成的,不同相类之间以及同一相类中的物质都经过了强烈的变形、变位,地层在时空上的连续性已遭破坏,形成了非史密斯地层体。如许靖华〔2〕所划分的摄尔特相位于造山带核部,代表板块碰撞缝合带,相内普遍有蛇绿岩套、混杂岩、花岗岩带和巨大的韧性剪切带;李继亮〔3〕所划分的混杂相内的弧前混杂带相、弧后坍塌混杂带相也属于此类。处于此相带内的物质由于在其俯冲、碰撞及陆内发展阶段经历了强烈变形、变位,造成不同时代、不同形成环境的物质混杂在一起,地层已非史密斯化,该相带又往往是研究造山带的关键地段和突破口。在以往的研究中由于没有认识到造山带地层的非史密斯性质,依据零星的化石而将大套由构造混杂形成的地层归为一个时代,常常造成许多认识上的争论。在认识到造山带是由形成于不同大地构造相中的物质组成的基础上,就可以应用非史密斯地层的思想来指导工作,对不同背景形成的地层进行研究,可以从中提取出更多、更准确的地质信息。最近在东昆仑地区的1∶25万区调〔10〕及南秦岭勉略蛇绿混杂岩带的研究中已取得了一些成果〔12〕
  (2)对非史密斯地层进行有序复原具有十分重要的意义。对于造山带非史密斯地层的研究许多学者提出了不同的途径,张克信等〔10〕提出了“非史密斯地层体构造岩片四维拼合原理”,具体包括:时序分析、位序分析、相序分析和变质变形分析,尽可能还现存“非史密斯”地层之史密斯本来面目,从而恢复造山带三维结构,揭示造山带形成机制及大地构造演化历程。大地构造相分析对造山带非史密斯地层进行有序复原提供了有效的途径。大地构造相提供了一个组成造山带结构的基本“构件”,不同的大地构造相代表着不同沉积环境、古地理及构造背景,通过大地构造相分析可以区别造山带不同构造部位的地质体,恢复其原始的产出状态,使得造山带中由于构造作用形成的非史密斯化地层能够进行有序复原。在实际工作中,可将大地构造相与构造地层带相结合,进行非史密斯地层的有序复原。冯庆来等〔8〕根据板块地质学理论,结合滇西构造带区域地层的深入研究认为,一个理想的构造带应包括下列构造地层带序列:被动大陆边缘地层带、洋盆地层带、海山和洋岛地层带、洋脊地层带、弧前斜坡地层带、岛弧地层带及弧后盆地地层带。这就提供了一个造山带地层序列原始空间位置的格架,将大地构造相与构造地层进行综合分析,可以恢复造山带非史密斯地层产出的原始位置。

5 对研究造山带沉积地质学的意义

  大地构造相的划分为我们建立了造山带的框架和蓝图,也为造山带沉积学的研究提供了重要的基础。与上述各种不同的大地构造相相伴随的有不同时空结构的沉积相、相序、沉积体系域、沉积事件与旋回、层序地层与沉积、层控矿床等,特别重要的是随着造山过程的演化,沉积作用及其产物都将发生变化〔13〕。对古海洋的演化及古海洋再造的研究是造山带沉积地质学研究的一项重要课题,由于其强烈的变形、变位使得要确定各沉积环境原来的地理位置是较为困难的,以往的研究多集中在生物古地理、古地磁、沉积相和构造地质(主要估算其缩短量)〔14,15〕等方面。大地构造相分析的引入对古海洋的再造具有一定的帮助,因为不同的大地构造相有着不同的沉积相及相序,它能确定沉积环境的大地构造背景、大洋的性质,进而恢复不同沉积环境下形成的物质的相对位序,有利于造山带原型盆地的复原。
  虽然大地构造相概念的提出时间并不太长,目前还没有广泛应用于造山带的结构、演化分析之中,但由于该理论是建立在对组成造山带各部分功能结构分析的基础上,在一定程度上揭示了造山带的一些基本规律,使我们对纷繁复杂的造山带的结构、演化有了一个更为清楚的认识,因而大地构造相分析的方法对于研究造山带的结构演化、非史密斯地层的有序复原以及造山带沉积盆地分析都具有重要的意义和广阔的应用前景。但是也必须看到依据Sengor 1982年活动论的基本哲学思想,全球的造山带没有确定的统一格式,不同的造山带可能增加或减少某些大地构造相,这就要求我们在应用大地构造相的理论和方法时,不能拘于已有所划分的大地构造相单元,而应结合中国造山带的特点有所发现和创新。最近在殷鸿福院士主持的中国西部造山带1∶25万非史密斯地层区域地质填图方法研究中,将大地构造相的研究作为一个重要的方向。对中国西部不同类型造山带的详细研究,将对大地构造相的理论和应用产生积极的推动作用。
在本文的撰写过程中得到了张克信教授的支持和帮助,并就某些问题进行了有益的讨论,在此表示衷心的感谢。

  ① 国土资源部项目“不同类型造山带动:1:25万非史斯地层填图方法研究”成果

作者简介:第一作者简介:梁斌,男,1967年10月生,工程师,现在中国地质大学(武汉)攻读构造地质学硕士学位

作者单位:梁 斌 王国灿 田 军(中国地质大学地球科学学院,武汉,430074)

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编辑:禹华珍
收稿日期:1998-06-29