大洋板块俯冲的加积楔
周建波
加积楔(accretionarywedge)是指板块俯冲过程中被刮削下来的沉积体残片,又
称增生楔。大洋板块在俯冲碰撞过程中,俯冲板块上部的沉积体一部分随俯冲板块带入地下深部,遭受高压超高压变质作用,再经过后期折返而出露地表形成以榴辉岩相岩石为代
表的超高压变质岩;另一部分岩石(主要为俯冲板块表层沉积物及少量混入的蛇绿质岩石),则未被俯冲板块带入地下而被刮削下来,这些被刮削下来发生强烈形变的构造残片堆积保存下来则形成加积楔,又称加积棱柱体(accretionary
prism)。
加积楔这一构造单元在现今大洋板块俯冲带内可以通过各种手段观测,如何识别和确定古大洋板块俯冲加积楔则是当前板块构造理论研究的前沿课题。综合前人的观察和研究成果(Agar,1990;Nesbitt等,1991;Oliver,1996;Langseth,1990;Pichon等,1993;Pennacchioni等,1997),大洋板块俯冲形成的加积楔主要鉴别标志为:(1)呈构造残片状叠置。板块俯冲过程中,构成增生楔的沉积物往往通过增生作用方式从下部大洋板块转移至上部仰冲板块一侧,因此保存下来的加积楔均为一系列构造残片状的变形岩石(Howell,1991)。(2)发生较低级的变质作用。一般研究认为,加积楔的俯冲深度h<10 km,温度t<400 ℃,因此至多发生绿片岩相的变质作用(Ernst,1990)。(3)强烈的变形作用改造。强烈的挤压构造应力造成加积楔发生强烈的变形作用改造,其变形特点受岩石强度、流体压力和内摩擦力等因素制约且在不同的构造部位也有所不同。加积楔一般由前锋、加积楔体和拆离带等部分构成,在加积楔前锋发育由高角度逆断层组成的叠瓦状构造,而在加积楔体内部主要发育混杂带和连续逆冲带,在底部拆离带附近则发育逆冲型韧性剪切带(Pichon等,1993;Langseth,1990;Pennacchioni和Cesare,1997)。(4)泥火山、泥底劈、热泉等热液活动强烈。加积楔底部岩石经固解压实作用析出大量的泥质岩浆,它们沿加积楔内逆冲断层上侵形成泥质底劈侵位构造(Moore,1998)。(5)强烈的水岩相互作用。组成加积楔体的岩
石孔隙度大、渗透率高,强烈的水岩作用是加积楔体有别于俯冲带其他地质体的主要标
志(Oliver,1996;Langseth,1990)。流体来源主要为浅部流体,包括海水和浅部岩石经过埋藏、压实作用产生的孔隙水。同时,加积楔体位于流体通道——拆离带附近,俯冲到地幔深度的岩
石经高压变质析出大量的含碳流体沿拆离带呈沟道式向上流动并与增生楔岩石发生化学反应,因此加积楔的流体组成应显示受上述3种流体共同作用的特征(Oliver,1996;Pichon等,1993;Moore等,1992;Koons和Craw,1990)
。
加积楔作为板块俯冲过程中特征性的构造产物,从大地构造位置而言,加积楔均发育于俯冲板块前缘仰冲板块一侧,产出的构造部位即为板块俯冲拼合的构造边界缝合线位置,因此确定了加积楔的产出部位实际上等于厘定了板块缝合线的位置。加积楔的发育特征受俯冲板块的角度及其变化、板块俯冲时间的连续性及间断性等构造因素的制约;赋存状态又与板块汇聚边缘的性质及板块折返过程等密切相关,因此确定加积楔的产出部位、发育特征及赋存状态对板块俯冲过程中的动力学过程具有重要的指示作用。同时,加积楔的流体性质能够对板块俯冲过程具有重要的地球化学示踪作用。中国境内存在一系列碰撞造山带,例如喜马拉雅造山带、兴—安造山带和秦岭—大别造山带等。确定加积楔的发育特征、赋存状态及其流体地球化学行为等,能够为研究板块碰撞俯冲的地球动力学过程提供关键信息。
周建波(中国科学技术大学
地球和空间科学系,安徽 合肥 230026) |