从洋-陆俯冲到陆-陆碰撞

changyz001 2021-07-13

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内容提要：大陆造山带的经典含义是指由于大陆地壳岩石在板块俯冲碰撞的巨大挤压应力下，遭受强烈变形、变质和熔融作用，地壳发生大规模缩短、加厚和隆升而形成的地带。分布在大陆边缘和内部的造山带，经历从洋壳扩张、洋-陆俯冲到陆-陆碰撞的造山过程，形成“俯冲增生型”、 “陆陆碰撞型”和远离板块边界的“陆内型”造山带。造山带类型的分析是识别地球上造山带机制的钥匙。

从洋壳扩张、洋-陆俯冲到陆-陆碰撞的造山过程

本文在阐述经典造山带分类的基础上，根据造山带的几何学、热历史、构造样式等特征，讨论了弧形造山带、特殊几何学造山带和走滑造山带的结构、运动学和动力学，以及从洋-陆俯冲到陆陆碰撞造山在时空上的转化和演化。

在回顾造山带研究的基础上，突出在板块汇聚边界的大洋和大陆俯冲带研究的重大进展，提出俯冲带和地幔柱提供了穿越地球层圈物质和能量交换的通道，它们的结合研究是探索全球单层壳-幔大循环假说与板块驱动力的新方向，是统领造山带研究的大思路。

冈底斯俯冲-碰撞型山脉的构造演化示意图

对于大陆动力学研究的一些前瞻性问题的思考，强调了造山过程的热扩散模式和变形-变质-深熔-成矿作用的自组织行为，以及地壳熔融在造山中的重要性；强调了流变学在大陆造山带形成和演化中的基础地位，并认为这是造山带研究中亟待解决的问题。作者认为板块水平运动是致使地壳挤压缩短和加厚、形成造山带的主要驱动力；而在板块离散边界（包括大洋中脊）垂直上升流所形成“地貌”上的山链，被称为“伸展造山带”，不应属于经典“造山带”的范畴。

青藏高原东南缘走滑-挤出-滑脱复合构造模式

“俯冲带”和“地幔柱 “

近30年来，板块构造与大陆动力学的最突出的进展表现在汇聚板块边界板块俯冲带的研究上。板块俯冲带包括洋／洋俯冲或洋陆俯冲的大洋俯冲带和陆／俯冲的大陆俯冲带两种类型。大洋俯冲带伴随海沟、火山弧和地震带产生，形成小规模的高压（ＨＰ）变质带，尽管没有发现超高压（ＵＨＰ）岩石，但是全球地震层析的新成果揭示大洋岩石圈板块组成的地震波高速体可以深（超深）俯冲于大陆岩石圈板块之下，穿越圈层结构，越过 400～660 ｋｍ深的地幔过渡带，甚至抵达 2800ｋｍ的核幔边界。

变质岩石学和矿物学研究表明，在板块汇聚边界大陆岩石圈可以俯冲到１５０～３００ｋｍ深度形成大规模的超高压变质带，然后低密度的陆壳物质快速折返回浅部地壳，被形容为一个“入地狱，返回天堂” 的旋回。如在阿尔卑斯造山带、大别苏鲁造山带、挪威西片麻岩省先后发现ＵＨＰ的标志，包括柯石英、金刚石、超硅石榴子石、先存斯石英的出溶结构和斯石英假象、石榴石和辉石的出熔结构等。随着中国大陆科学深钻（ＣＣＳＤ，５１５８ｍ）在苏鲁超高压变质带的实施（２００１～２００５），中国地学家们在中国大陆超高压变质带的发现取得重大突破，继大别-苏鲁后，在北秦岭、柴北缘-南阿尔金、西藏松多等多处发现超高压变质岩石。

另一方面，近年来在蛇绿岩中发现金刚石等超高压、超还原矿物，暗示地幔柱也可以把俯冲到地幔深部的物质通过上升流带到浅部，导致蛇绿岩中保留金刚石和深地幔矿物。因此，俯冲带和地幔柱，作为地球上的两个超级构造单元，提供了穿越地球层圈物质和能量交换的通道。诚然，自上而下（超）深俯冲（挤压性）和自下而上的（超）地幔柱（伸展性）不是一个概念，但是它们的结合研究是探索全球单层壳幔大循环假说与板块驱动力的新方向，俯冲带和地幔柱不仅提供了穿越层圈的物质和能量交换的通道，也驱动了对地球宜居性至关重要的水循环和碳循环，是研究地球物质组成和动力学演化的重要窗口。