【doc】世界七大洲最高峰构造对比

【doc】世界七大洲最高峰构造对比 世界七大洲最高峰构造对比 如…息瑞…脚V01.7No2Anr20[H】 , ,/一世界七大洲最高峰构造对比 / ,,王勇峰,张志坚,马欣掸 (1中国地质大学.湖北武攫430074 2中国登山协会.北京100061) .; 摘要:世界七大最高峰均位于垒球或三型经句或纬向构造带中,晤示山脉形成和地碌自转 之间有内在联系.它1_均位于区域弧形均造带弧顶部位,弧形构造带成固包括俯冲弧,碰撞孤 和伸展孤三粪,弧形构造弯曲方句与不同类型弧形构造之间有着特定的几何关系.世界七大洲 最高峰均与某砷具体构造习联系,渚如火山均造,推覆构造等,反映构造乍厢在其形成中骑意 义.它们在蒂生代期间均发生强烈隆于r.至争仍有活动.其隆升过程既有询造隆升,又有均衡 隆升,咀构造隆}为主构造隆升中裂构造,謦别是两组新裂复合起着决定作用,火山怍闷对 某些高峰的形成有重要意义. 关键词:士辱北大卅;最高峰;经向构造;纬向构造;孤形构造;构造喹升;均衡隆升f,,f 中围分类号躺文献标识码:A文章编号:10052321(2000)02—058717 山脉一直是人类心目中崇高的圣地,是地质学家长期研究的热点,也是许多地质理论的 发源地和试金石.从2(】世纪90年代开始,固体地球科学将大陆动力学作为跨世纪的研究 目标,代表岩石圈热学和力学变化最强烈的山脉自然成为研究的重点对象,特别是世界七大 洲最高峰更令人瞩目.它们在全球构造中占有特殊地位,是研究大陆动力学的最佳窗口,对 发展地学理论有重要意义;其形成,演化与资源分布,全球气候变化和人类生存环境密切相 关.为此,作者李致新,王勇峰立志攀登世界七大洲最高峰,结合登山进行地质考察和收集 各种资料,现已胜利完成攀登任务.其余作者配合最高峰的研究,先后在欧洲,亚洲和北美 洲的最高峰的外围进行了区域地质调查.将点与面的资料结合起来进行研究,取得了一些 新认识. 1世界七大洲最高峰的全球构造背景 研究世界七大洲最高峰,必须把它们放在全球构造中进行考察和对比.因为,只有从全 球构造的角度进行研究,才能认识各个山峰构造的本质特征;反过来,又可促进建立大陆 动力学的理论体系. 在全球构造中,有两个最重要的构造活动带,即近经向的环太平洋构造活动带和近纬向 的古地中海构造活动带.这两个带把全球构造分割为3个构造稳定区,即冈瓦纳构造区,劳 收稿日期}1999—1021 作者简介:杨巍然(19?一),男.教授,博士生导师构造地质学专业. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(49772147) , .1 / 地学前球 亚构造区和太平洋构造区(图1).每个构造活动带或构造稳定区,又可进一步划分为次级 活动带和稳定区.世界七大洲最高峰均位于这些活动带中:北美的麦金利山,南美的阿空加 瓜山,大洋洲的查亚峰和南极洲的文森峰均在环太平洋构造活动带中;欧洲的厄尔布鲁斯山 和亚洲的珠穆朗玛峰在古地中海构造活动带中;非洲的乞力马扎罗山则位于冈瓦纳构造稳 定区中巨大的经向东非裂谷带的肩部.地球上经向构造和纬向构造有规律的分布.除受深 ;地质作用影响 外,显然与地球 的自转有关李 四光早在1926 年就提出了大陆 车阀的概念,认 为地球自转速度 的变化是产生纬 向和经向构造的 主因…后许 多地质工作者一 直把纬向构造和 经向构造作为全 球性展布的构 造,把相对应的 应力场作为全球 性应力场.王仁 里1垒球构造与世界七大洲最高蟮分布等(1982)对地球 r螭.1The出su1|衄ofthegl0ba】o【apeaks多层模型计算了 l前寒武纪地块;卜古生代褶皱带;3一中新生代褶皱带;4—构 , the 造单位 bes 界 t 鼓5一全球构造带地球自转速度变 界线;6一环太平洋构造带(I);7一古地中海构造带(1I)8,太平洋构造稳定区(A);9一冈瓦化引起的全球应 8 造 84869 a 64薏6—1最93量力场.陈庆宣朗玛峰(m);0阿空加瓜山(m)?麦金利峰(m);?乞力马扎罗山……, (5895m)1?厄尔市昔斯山(5642m);@杏亚峰(5303m)?文森峰(5140m)等(1980)模拟地 球自转速度变化 时的全球应力分布特征.探讨了纬向构造带的形成机制_3J.CTOmC(1959)探讨地球自转产 生的主应力分布,提出了临界纬度(赤道,20.,?35.,?48.,?62.,65.,两极)的概念,并 且证明纬度35.附近是主应力剧烈变化,构造变形强烈地带,从数理上证明了纬向构造带的 全球睦和等距陛_4J.Vermeersen等(1994)也讨论了地球旋转和山脉形成的关系J.因此, 世界七大洲最高峰分布于全球或巨型纬向与经向构造带,它暗示了地球自转与山脉形成之 间的内在联系. 2世界七大洲最高峰的区域构造环境 世界七大洲最高峰往往不是孤立存在,而是蜿蜒千里,气势雄伟的山系的一部分.进一 —— 588—— 2000,7(2)地学前缘 步研究发现这些山系平面上常呈弧形展布,实际上为一弧形构造带,这些山峰均位于弧形构 造带靠近弧顶的部位(图2). r,—, K<麦盘利, f.一一o300I?n. ? 盂 .400一I阿空加瓜山 f //—^一 }}'f邈.馨;,,,e0400}—_/圈2世界七大洲最高峰与弧形构造带关系 ?2erelationbetweenal~uatestiaJcturesandthehighestp阻】【s lrltheso,,eJ1co~ltlRe[ttsmtheworld 指不问构造带的可能连线.其围限的区域分别代表太平洋和古地中海其余图例说明见正文 (1)欧洲的厄尔布鲁斯山位于大高加索弧形构造带(图2a).大高加索山脉长 1200km,为弧度不大向南南西突出的弧形构造,向东又出现一个向北北东突出的次级弧形 构造,构成了一个横躺的S形.该弧形构造带可划分为小高加索构造带(I),大高加索隆起 带(?)和北高加索前渊盆地(1II).小高加索构造带为同向逆冲断层带,有大量火山岩发育; 大高加索隆起带为背向逆冲断层带,其中最重要的为弧形Dagestan逆冲断层,还有少量火 山岩和中生代沉积;北高加索前渊中堆积了10,14km的新生代沉积,紧邻大高加索的沉 积厚度大,向北北东迅速减薄,等厚线分布也呈现出向南南西突出的弧形_6_6.沿走向盆地 也不均匀,东西两段拗陷深,中间相对隆起(仅1,2km沉积),中间隆起正对弧顶,厄尔布 鲁斯山也在中间隆起的延线上. (2)亚洲的珠穆朗玛峰位于喜马拉雅弧形构造带中,喜马拉雅山脉全长2500km,宽约 150--400km,有50多座海拔超过7000m的高峰(图2b).喜马拉雅弧形构造由于印度板 块俯冲至亚洲板块之下所致,自南而北可分为主边界逆冲断裂带,主中央逆冲断裂带,高喜 马拉雅变质核杂岩带,基底剥离断裂带,雅鲁藏布江缝合带l7,.主边界断裂以南的新第三 —— 589—— 地学前球 纪以来的沉积,也具有紧邻断层厚度大,向南迅速变薄以及等厚线呈向南突出的弧形分布特 征1 (3)非洲的乞力马扎罗山位于东非裂各系东支弧形裂谷东翼(图2c)东非裂谷系总 体 上呈南北向展布北段称之为埃塞俄比亚裂谷;中段分为东西两支裂谷,中间为维多利亚湖 及邻近地区,这种结构在地球物理场中也有明显反映;南段为马拉维裂谷J. (4)北美洲的麦金利山位于阿拉斯加弧形构造带(图2d).阿拉斯加构造带为一叠加 弧:晚中生代一早新生代库拉板块俯冲至北美板块之下,形成弧形阿拉斯加岛弧;晚新生代 太平洋板块,沿迪纳利(Denali)右型走滑断层系运动,并俯冲至阿拉斯加岛弧之下,导致了 麦金利山的进一步形成. (5)大洋洲查亚峰位于新几内亚弧形构造带(图2e).该弧形构造也经历了两期重要的 构造一热事件:第一次是太平洋板块向澳大利亚板块俯冲,形成缝合带及Melanesian岛弧,在 俯冲过程中出现一条清晰的20,10Ma深成侵入岩带;第二次是自中新世以来,由于澳大 利亚大陆北部被动边缘俯冲碰撞到Melanesian岛弧之下,形成了弧形的逆冲断裂带,中央褶 皱带和6,1.8Ma的钾质中性侵入岩带"J. (6)南美洲的阿空加瓜山位于中安第斯弧形构造带弧顶南部(图2f).中安第斯构造带 是拉兹卡板块俯冲至南美板块之下所致,并在这里形成一个明显的向东突出的弧形构造带, 南美洲6000m上的山峰,大多集中在这一弧形构造带中.该弧形构造带主体为新第三 纪至现代的岩浆弧(I)和中央逆冲断裂带(?).在弧顶部位为薄皮前陆变形,而两翼多为 厚皮前陆变形. (7)南极洲的文森峰位于西南极造山带(I)的北段弧形构造带孤顶;(?)为威德尔一 罗 斯沉积盆地;(?)为横贯南极山脉盾缘地台;(?)为东南极地盾(图2g)-J.西南极中新生 代造山带包括南极半岛,南设得兰群岛,埃尔斯沃思地和玛丽伯德地,它基本属于南美洲安 第斯造山带的南延部分171.刘小汉等_1J认为埃尔斯沃思地是中生代早期的造山带.新生 代特别是25--30Ma以来,发育有西南极裂谷系上叠到西南极中新生代造山带之上,伴随 有中一晚新生代的火山活动. 上述弧形构造,按构造环境可分为洋壳俯冲弧,陆壳碰撞弧和陆内伸展弧.尽管这些弧 形构造是多种成因,但它们具有不均一性和活动性的共同特征.不均一性指物质组成不均 一 或受力的不均一,活动性表现弧形构造区从平面应力效应而言,往往是合力的结果,同时 它的平面滑移量相对大,构造变形较强,特别是挤压弧形构造区,由于褶皱和逆冲推覆,造成 地壳加厚. 由此可见,世界七大洲最高峰与弧形构造的关系密切,说明它们不仅位于全球或巨型经 向或纬向活动带中,而且是处于应力集中,变形强烈的地段.进一步研究还发现一些有趣的 现象(参看图2):(1)洋壳俯冲形成的弧形构造的弧顶朝向上盘运动相反的方向:~O-it美洲 的阿拉斯加弧形构造弧顶朝北,南美洲的中安第斯弧形构造弧顶朝东,南极洲的西南极弧形 构造弧顶朝东,大洋洲的新几内亚弧形构造主要是澳大利亚被动边缘俯冲至 Melanesian岛 弧之下,故弧顶朝向北北东.(2)相反,陆壳俯冲碰撞的弧形构造弧顶朝向上盘运动方向,即 欧洲的大高加索弧形构造弧顶朝南南西方向,亚洲的喜马拉雅弧形构造的弧顶朝南.(3)伸 展弧的弧顶朝向上升盘运动方向,即非洲的东非裂谷系中段东支弧形构造的弧顶朝东.为 什么会出现不同的情况?伸展弧的弧顶朝上升盘运动方向是显而易见的,挤压弧的弧顶指 —— 590—— 2000,7(2)地学前壕 向则处决于主动运动盘.一般认为,洋壳俯冲的主动运动盘是下盘,而陆壳碰撞的主动运动 盘是上盘,故也可称仰冲.由此得出结论:挤压作用弧形构造的弧顶朝向主动运动盘的运动 方向. 3世界七大洲最高峰的形态和结构构造特征 世界七大洲最高峰属各洲群峰之首,姿态各有千秋,与之有关的结构构造特征也不尽相 同(图3). (1)欧洲的厄尔布鲁斯山昂首于大高加索山脉众峰峦之中,气势磅礴,山顶永久积雪,在 厄尔布鲁斯山E麦金利山 K ??攀::?+++一+Yl60Ma1++o1km++++++++++ +圭;——._'鲞1E l?戚德自:海 I臻.—e:一D. 里3世界七大最高峰结构构造特征 Fig3ThearcNtec~ttreoftkb吲peaksintb??oontlnentsintheworld (说明见正文) 阳光照耀下熠熠发光,由此而得名("aitibares"一词原义"崇峰",也有人认为"闪烁"之 义)[2oJ.厄尔布鲁斯山处于主峰地垒一复背斜带,本身由复成层状火山岩组成l2,山顶有两 个火山锥:西峰为晚更新世火山锥,该期火山可清楚地划分为早期火山碎屑岩系(Pa)和晚期 熔岩岩系(Pb).火山碎屑岩系底部为强烈爆裂喷发的英安质浮岩层,之上是火山弹一火山 粒和火山灰.浮岩层厚度从火山口的200m向远处迅速减小至1rfl,但它层位稳定,是第四 系对比的 标志 禁止坐卧标志下载饮用水保护区标志下载桥隧标志图下载上坡路安全标志下载地理标志专用标志下载 层.熔岩系为巨厚的英安熔岩,这些熔岩流从火山口向北和北西方向流去,形 59l, 地学前缘 成长1.5krn,厚300rll的熔岩舌.熔岩喷出后,被最大的冰JI}作用后期冰碛物所覆盖 (Qj)东峰为全新世火山锥(H),为安山质一英安质和英安质熔岩,熔岩向北,向东和向南流 动,流动构造非常清楚,形成一个 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的锥状构造此期熔岩以其新鲜性和保存有原始的块 状和丘陵状的面为特征,可认为是典型的.胡熔岩,它覆盖于全新世冰碛层之上,此冰碛层具 2,2.5ka历史,即为18,19世纪的冰碛层,故最后的喷发应该在2000年以后.在西峰之 西,推测存在一条产状很陡的正断层,这也可能是西峰(5642rl1)高于东峰(5595rl1) 的原 因.两个火山锥合在一起组成一个更大更完整的复式火山锥.这种"双峰并峙"态势给人以 墩实的感觉(图3a) (2)亚洲的珠穆朗玛峰巍然屹立于世界之巅,峭壁崖粼,威严无比,是人们心目中神秘的 圣地.珠穆朗玛峰峰顶为o灰岩,主要为生物碎屑灰岩,微晶灰岩,向NNW倾斜,倾角较 小.峰腰出现一套灰黄色结晶灰岩(黄带层),原称之为肉切村群"上岩组",现西藏地质矿产 局将之划归上覆的下奥陶统l2."黄带层"之下为新厘定的肉切村群(原肉切村群"下岩 组"),为一套深灰色浅变质的云母质,钙质石英片岩,板岩和千枚岩,夹灰岩,结晶灰岩,变质 砂岩,时代为z一?.珠穆朗玛峰之北直至高喜马拉雅广泛出露聂拉木群,是高喜马拉雅的 主体地层,又被称之为中央结晶带.其}生下部(曲乡组)原岩为富铝贫钙的杂砂岩,泥页岩 变质而来的各种片麻岩,属富铝硅酸盐岩岩石类型;上部(江东组)原岩为富铝富钙的杂砂 岩,泥页岩,碳酸盐岩等变质而来的云母片岩,片麻岩,变粒岩,混合岩和大理岩,属富铝富钙 硅酸盐岩岩石类型.聂拉木群厚度在8000rll左右,其主体时代为元古宙,变质年龄有644 -- 664Ma和8.59,94.92Ma两组,变质程度最高达角闪岩相. 上述地层中,"黄带层"非常特殊,其中有许多层间同斜小褶皱,矿物呈定向排列,云母, 石英有波状消光.这些均说明"黄带层"为构造变形体,从小构造判断它是向下滑动 所致,因 而它可能为顺层滑覆构造.肉切村群与聂拉木群之间为一缓角度正断层,基本上平行肉切 村群的层面分布,很可能原来为不整合面,然舌沿不整合面产生滑脱而形或的基底拆离断层 (图3b). (3)非洲的乞力马扎罗山非常特殊:首先它不像其它洲的最高峰烘托在群峰之上,而是 基本上成一圆锥状平地而起,孑然而立.其次,它逼邻赤道,地理坐标为南纬3.04,然而山 顶却永久积雪,形成了山麓是温度超过50?的火炉和山巅为一30?的"白头翁"这种极度 反差的奇异景观.乞力马扎罗山的名字正反映这两特点,原名由Kilima(乞力马),Niam(扎 罗)两部分组成,前者为"孤山"之意,后者表示"司寒冷之神",又简称"寒神孤山".无怪乎国 外有人在书中惊呼"它好像史前时代一个圆背的巨型怪兽,腾地从弥天大雾中拱爬出 来"[23 乞力马扎罗山是一个巨大的火山锥,基底周长72km,山顶由3部分组成:中部主峰为 保存完善的基博(Kibo)火山口,直径2400m,火口深200rll,火口下还有"内锥".内火口洼 地火山堆积最为年轻,年龄为0.17,0.26Ma,平均0.2Ma一;火山口内缘年龄为 0.3Ma;火山口外缘为粗安岩和斑岩,年龄为0.45Ma.基博火山口之东11krn处为马温 济(Mawenzi)锯齿状死火山,高5149rll,与主峰以马鞍形山脊相连,遥相对望,其时代为 0.78Ma.基博火山口之西约15krn处有希拉(Shira)半环形火山陡壁,火山岩时代为 2.4Ma.由此可见,乞力马扎罗实际上是一复式火山锥(图3c). (4)北美洲麦金利山是阿拉斯加山脉中的排头兵它长年积雪,地质情况较复杂(Philips 一 592— 地学前缘 1933)~25J.北面为着名的向南倾HinesGreek断层,断层之北为区内最老的云母石英片岩, 石英岩(1000Ma)和变质火山岩,大理岩(395,345Ma),它们的早期片理和晚期褶皱,劈 理均很发育,变质变形作用发生在泥盆纪.HinesGreek断层之南是一套浅变质岩系:下部 为晚古生代的灰色板岩,大理岩和暗色变质玄武岩;中部为195,230Ma的大理岩与板岩 互层;上部为白垩纪非常微弱变质的砂岩,页岩.麦金利山的山顶就是由白垩纪微弱变质的 砂页岩组成,麦金利的南坡有60Ma的花岗岩侵入,接触关系非常清楚(图3d). (5)大洋洲的查亚峰位于新几内亚岛,印度尼西亚人又称之为伊里安(Irian),秀丽岛之 意.岛的中部横亘着巍峨的山脉,整体呈北西一南东延伸态势,总长超过l000km.荷兰殖 民统治时,称之为雪山山脉,反映了它白雪皑皑,又有冰川的动人景色.查亚峰曾叫卡斯腾 兹峰(Karstensz),苏加诺峰(Sukamo),当地人还称为恩加巴鲁峰(Engabaru).现名查亚峰 之意为"伟大(之)峰",其实它并不伟大,在各大洲最高峰中居倒数第一,开发程度低,交通不 便,气候条件差,因而是最难接近的一座高峰l26]. 查亚峰位于与向北倾斜的逆冲构造体系相伴生的轴面向北倾的复向斜的核部,峰顶是 最年轻的产状平缓的地层,自山麓至山顶发育3套地层_2'j:白垩纪Kembelangan地层(Ke), 为磨圆度较好的石英砂岩,砂屑石灰岩和黑色页岩,厚约700m;老第三纪Faum地层(E1), 为薄层砂岩,粉砂质白云岩,石英岩和含赤铁矿的厚层砂岩,厚约500,600m;新第三纪 Ainod地层(Na),为泥晶灰岩,含有孔虫等化石,厚约800m.在这些地层中发育一系列向 北倾斜的逆冲断层,实际上它们是整个逆冲构造体系中的次级断层.在距查亚峰西南不足 2km处为Ertsberg岩体和夕卡岩cu—Au矿J.该岩体为更新世含钾浅成中性岩,其磷灰 石裂变径迹年龄为(2.0?0.4)Ma,据 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 它代表岩浆侵位结晶年龄.据岩石地球化学分 析,该岩体为造山后岩浆_2qJ.该夕卡岩cu—Au矿储量居世界第二位,给查亚峰带来一些 荣耀(图3e). (6)南美洲阿空加瓜山位于中安第斯弧形构造弧顶南部,这里是纳兹卡板块梧智利海沟 俯冲至南美大陆之下,根据俯冲角的大小分为缓倾俯冲段(5.,10.)和正常俯冲段(30.).前 者没有三叠纪裂谷沉积和白垩纪岛弧火山岩,而后者有之.阿空加瓜山在缓倾段并靠近正 常段的部位.在垂向上由西而东分为主科第勒拉带(PrincipalCo.),前缘科第勒拉带 (FrontalCo.)和前科第勒拉带(Pre~ordillera),阿空加瓜山位于前缘科第勒拉带向南变窄和 前科第勒拉带尖灭处,所以地势险峻,北坡悬挂着一条很长的冰川,极为壮观J. 阿空加瓜山由中新世火山岩组成,构造上属阿空加瓜褶皱和逆冲断裂带.该带包含有 二叠一三叠系基底,叫Choiyoi群,为火山岩和花岗岩;晚侏罗统一白垩系,自下而上l勾灰 岩,石膏,红层,灰岩夹页岩和陆相沉积j第三系为同造山沉积.根据古地理分析,在早白垩 世沉积期间已存构造山峰j第三系同造山沉积被逆冲断层断开,但断层未影响第四系.故属 晚燕山一早喜马拉雅运动.这次构造运动在阿空加瓜褶皱一逆冲断裂带形成典型的薄皮构 造(拉兹卡板块缓俯冲角段均为薄皮构造),该带南的俯冲角变大的地段则为厚皮构造.阿 空加瓜山是大量中新世火山岩,火山岩夹在主科第勒拉带主断层和前缘科第勒拉带主断层 之间.火山岩本身不象火山岩南北两端中生代地层那样发育褶皱和次级断层,这些小褶皱 有围绕火山岩呈放射状分布的趋势,且靠近火山岩时,向斜枢纽扬起,背斜枢纽倾伏,好象火 山岩在变形过程中起着刚性块体的作用. (7)南极洲的文森峰位于西南极的埃尔斯袄思山,该山四周被冰雪所覆,好象是行驶在 —— 593—— 地学前缘 "白色海洋"中的一只船,文森峰为这艘船的最高点. 埃尔斯沃思山近东西向展布,Et老而新发育有下列地层(图3g)J:(1)寒武纪Heritage 群,不同地点出露l眭各异,联盟冰川为凝灰岩,火山混杂岩和砾岩,厚度大于3000m;海 德冰川为硬砂岩,泥质岩和砾岩(1750m);Drake冰爆布为黑色页岩和大理岩(800m); Conglomerate山脊为大理岩,砾岩和石英岩(650m);Liberty山为石英岩,砾岩和火山熔岩 (1000,1600rf1);Minarer为白色和暗灰色大理岩(O,700m)(2)晚寒武世一早泥盆世 Creshsite群,为绿色,灰色,白色石英岩,底部产晚寒武世化石,顶部产早泥盆世化石.(3)上 泥盆统WyattEarp组.(4)上石炭统一下二叠统海相和陆相冰积岩a00m).(5)二叠系为 泥质岩和砂岩(100,l320m). 文森峰由寒武系组成,由于含有石英砂岩,抗风化能力强,形成近东西向展布的单斜山. 总结七大洲最高峰结构构造特征,可以分3种情况:(1)火山构造,包括厄尔布鲁斯山, 乞力马扎罗山和阿空加瓜山;(2)推覆构造,如珠穆朗玛峰,麦金利蜂和查亚峰;C3)文森峰为 单面山,但其形成与地垒构造有关(下节将专门讨论).上述情况表明七大洲最高峰的形成 都与某种具体构造相联系,反映了构造作用在七大洲最高峰的形成与发展中的重要意义. 4世界七大洲最高峰隆升过程和形成机制 世界七大洲最高峰新生代以来均经历了强烈的隆升作用,而且许多山峰的这种作用现 在仍在继续,但各个山峰的隆升过程与机制存在明显差别. (1)欧洲厄尔布鲁斯山的隆升是板块俯冲,碰撞和裂谷作用的结果32],它经历了几个阶 段:?中生代时土耳其(Turkish)板块向北北东俯冲至西徐(Scythian)板块之下,形成大高 加索弧形隆起,该隆起北部接受中生代沉积,且沉积厚度从大高加索向北略显减薄的趋势 ?新生代早期(渐新世一中新世)欧亚板块与阿拉伯/土耳其板块碰撞,形成强烈构造分异. 高加索高高隆起,成为北部新生代盆地及南部山间盆地的物源区,并使新生代砂质一泥质沉 积岩系向北急剧变薄.?中新世末一全新世是大高加索地震强烈,火山最活跃时间,并发生 了强烈的构造变形.晚更新世火山喷发形成厄尔布鲁斯山西峰,全新世火山喷发形成厄尔 布鲁斯山东峰,从而奠定了厄尔布鲁斯山现代构造和形态格局.火山喷发的原因是由于东 西向德尔纳乌斯基逆断层带与北东向的厄尔布鲁斯一米涅拉洛沃斯基正断层带相交于此. ?现代的厄尔布鲁斯山及其周围地区仍然是构造活动地区:沿德尔纳乌斯基断裂及其延伸 线上自1908--1984年分布有全区震级最高的3个强震中和一个弱震中;沿德尔纳乌斯基断 裂带则有28个强震中和弱震中;厄尔布鲁斯火山近代虽未喷发,但不能认为是死火山, 不仅因为最后的喷发期至今时间并不太长,而且在东火山口地区存在当代的火山喷气坑 (巾vMapoax),其成分中有c'O2气体,氨和水蒸气;在厄尔布鲁斯山麓,有许多c热泉,温度 22--2412,远离火山很快消失,这些现象表明厄尔布鲁斯火山的岩浆源的生命尚未死 亡l3.地球物理资料也证实在厄尔布鲁斯山及其北部附近地区,在深度10--20km处存在 一 个异常(低速和负重力)地球物理透镜体层,说明火山下面很可能仍有一个温度很高的部 分熔融的壳内岩浆源.根据大地水准测量等资料,厄尔布鲁斯山现代仍以10mm/a速 度隆升_6J,从而确保它欧洲最高峰的地位. (2)珠穆朗玛峰的隆升是和喜马拉雅山乃至青藏高原同步进行的,有关青藏高原的隆升 —— 594—— 地学前缘 机制与过程国内外学者已有大量研究.王成善(1998)将90年代以前有关隆升机制归纳为 3粪:双倍地壳模式(.~rgand1924;Holmes1965;Powdl等1973,1975,1986;Bird1978; Barazangi1982,1984;Cohem和Morgan1987);推土机模式(Deway等1973,Toksoz1975, Chen等1981,Vicotte等1982,1984,1986,England等1982,1988);地壳侧向向东挤出模式 (Tapponier和Molnar1975,1977,1982). 20世纪90年代以来多数学者强调高原隆升的分块断性,多阶段性,多因素控制的特 点.提出的模式有Spencer(1996)的"垮塌褶皱模式"(collapsefolding)~,Willett等(1994) 的"亚洲大陆以缓倾长距离向高原俯冲模式"【3,许志琴等(1999)的"腹地地幔底辟及周缘 陆内俯冲模式",潘裕生(1999)的"叠~DIR,扁热动力模式"等[38].许多学者分别从不同角 度研究青藏高原隆升历史:Kazuo等(1992)l3,Hamson等(1992)E40l根据孟加拉扇沉积物 研究,认为喜马拉雅脉动性隆升从20Ma前开始,10.9,7.5Ma和0.9Ma为两个隆升高 峰期;钟大赉等(1996)根据构造热事件提出高原隆升分为45,38Ma,25,17Ma.13, 8Ma,3Ma至今4个阶段H;崔之久等(1996)利用古岩溶夷平面重建,提出高原经历了3 次隆升和两次夷平_4;吴浩等(1996)通过黄土高原黄土一土壤系列分析,提出青藏高原 从晚中新世以来至少有5个隆升阶段,每个阶段初始的高原面平均高程依次为2900m, 3600m,4200m,4600m,4850i12.削芋常等(1998)H4综合有关资料半定量地给出了不 同阶段的隆升速率:?慢速隆升期,60,50Ma时隆升速率为0.012,0.064ram/a,50, 25Ma时加快至0.07--0.31mill/a;?中速隆升期,25,11Ma时为0,13,0.62rrml/a,10 -- 3Ma时加快至0.30,2.05mill/a;?快速隆升期,2,0.5Ma期间隆升速率为1.6— 5.35mm/a;?极快速隆升期,0.5Ma以来隆升速率高达4.5,12mm/a. 上面是青藏高原隆升的总体情况,其中喜马拉雅山,特别是珠穆朗玛峰成为世界最大的 山链和最高的山峰又有其特有的条件.上述青藏高原隆升的种种机制虽然有较大差别,但 都承认来自南面印度板块的俯冲与挤压是青藏高原隆升的基本动因.中法地球物理探测 (格尔木一定日)成果H一表明印度板块向北深深俯冲至青藏高原之下,但未越过雅鲁藏布 江,喜马拉雅山正好位于印度俯冲板块的上部,因此,这里是热学和力学变化最强烈的地区, 这也就是喜马拉雅山高高矗起的根本原因.如果我们分析珠穆朗玛峰及邻区的具 体构造则 更为清楚:珠穆朗玛峰的南面是着名的向北倾的主中央逆冲断层,其北面为北倾的绒布寺正 断层.这两条断层在中美两国科学家执行的INDEPTH项目的成果中均有反映,且这两条 断层在地下深部呈会聚趋势,相隔最近处距离9k『n,交角为11(ZhaoWenjin等1993[. Hauck等1997~).许志琴等(1999)还认为这两条断层形成时间相同(21,18Ma)"].这 样,包括珠穆朗玛峰在内的地质体,实际上成为推覆体系中的一个大断片,也可以说,在推覆 挤压过程中,这个断片向上挤出.Chemanda(1995)通过岩石圈板块的构造物理模拟实验证 实了大陆俯冲作用可造成这种正—逆断层的耦合作用导致块体的挤出.因此,这种挤出作 用是使喜马拉雅山成为世界上最高山链的直接原因,而珠穆朗玛峰是挤出最高的部位. ?S~.cerDA"CollapseFo]dlng"as?hasn1ofexplainingtheearlyductileextensionalongtheIndusSuture{mdthe mheequentredactionoftheHimalayaneeolomr~[C]tlbnabzy2Kara]eoramTibetzoorksho p.199656,57 @I-lauckMIdAr~examinarionof]NDEPTH一1data:~'idenceforST138continuation?27kmdepthandinternal s1. i?ugttlrooftherv~n-[c]12thHzmalayaKarakoram—Tibetm,,1997147--148 —— 595 地学前缘2000.7(2 在大陆碰撞后,印度板块继续以5crra速度往北俯冲至青藏高原1之下,据GPS测量资 料,目前,印度仍以(20.5?2)mm/a速度下插到西藏之下(Bilham等1997)L4,故喜马拉雅 山现代仍在上升,且珠穆朗玛峰是隆升最快的地区.近30年来的精密水准测量成果有力地 说明这点:珠穆朗玛峰的隆升速率为37-nrn/a,往北为4,15mm/a,至拉萨(冈底斯)区为9 , 10nlln/El,更北的喀拉昆仑一昆仑山区为6,9mrrda,北阿尔金山区为5.1iil~al.…. (3)乞力马扎罗山的直接成因是火山所致,但它和东非东支裂谷的形成和发展紧密相 关.东支裂谷中新世开始形成,其成因与热地幔柱构造有关l5,J1oraB(1983)认为其下有 软流圈底辟贯入到岩石圈的现象.东支裂谷为略向东突出的弧形,沿走向非常不均一:北段 裂谷边缘断层为低角度,而南段为高角度断层;北段开始时间较南段早,火山岩的年龄也证 实这点;地壳伸展量也是北小南大i地壳厚度北段约2Okm,南段则为30-34km;震源深度 北段为4,10km,而南段为29km;根据1928年7月6日北段Sabukia地震震源机制解,表 明具有很大的走褙运动分量,而南段的震源机制解则主要为正断层作用,也有斜滑断层作 用l5.南北段的这种区别界线靠近弧顶部位,说明弧形构造的形成与下部不均一性有关. 乞力马扎罗山位于分界线附近,且乞力马扎罗一梅鲁(Meru)等火山呈东西向展布,也说明 火山的成因与下部的不均一陛(很可能存在近东西向隐覆断层)有关. 乞力马扎罗为一复式火山,火山活动开始于晚更新世,由橄榄玄武岩,碧玄岩,粗玄岩组 成,夹薄层霞石岩,尔后为菱长斑岩,响岩和粗面岩,其年龄为(0.98?0.17)Ma[53-,最年轻 年龄为(0.21?0,03)Ma[54】. 目前,乞力马扎马山可能仍处活动中,从区域上看,东非裂谷带特别是东支裂谷是地震 活动带,地温异常带,且东支裂谷系区域热流分布很有特征:具较高热流值,一般大于 100roW/mz;热流等值线平行裂谷呈狭长状分布,最高值不位于边界主断层上,而是在裂谷 中,且围绕最高值有向两侧对称降低的趋势(Lysak等,i992)~.这些特点非常类似大洋 中脊的情况.Boccaletti(1994)[以东非裂谷为界划分为两个板块:东为索马里板块,西为 努比亚(Nubian)板块,索马里板块相对努比亚板块以4mm/a速度向东运动.从乞力马扎 罗本身看,它虽然不在裂谷中,地表也没有断层,但它的东北坡和西南坡以及向东的延线上 均有震源点分布l5,乞力马扎罗本身热流值也非常高,与梅鲁地区一起构成一个东西延伸 的地热异常区5.这些表明擐断裂可能仍起作用.特别值得指出的是YoshihiroSawada (1995)在乞力马扎罗山北坡的侧火山口发现灰色烟喷出,它不是水蒸气而是火山灰.联 系其西侧的梅鲁火山非常年轻,有大量0,059-0,090Ma的数据J,表明这一带的火山可 能尚未熄灭. (4)北美洲的麦金利山的隆升与板块作用有关,其演化可分两个阶段.中生代与新 生代 早期,库拉板块俯冲至北美板块之下,形成阿拉斯加岛弧,伴有花岗岩侵入,麦金利山是此岛 弧的一部分,其下有57.3Ma的花岗岩侵入,sr同位素比值,强碱性,REE型式和高dO等 一 系列特征表明麦金利的花岗岩系是地幔衍生熔体同化沉积岩而产生的混合岩浆结晶而 成[5sJ,这种作用促使麦金利山进一步上升.晚新生代时,太平洋板块向北美板块俯冲在 麦金利山之东,两板块的边界沿Nww向迪纳利走滑断层系分布,至麦金利附近,板块边界 转换为北北东向的挤压边界?.麦金利山之南的阿拉斯加地区由相对较年轻的花岗岩和变 ?WyattGGAgeologicguidetoMountMckinleyNationalPark1979 — 596— 地学前缘 质岩组成,故太平洋板块俯冲至北美板块之下,迫使阿拉斯加地区进一步隆起,麦金利山恰 好在两个方向边界转换的地方,应力更加集中,因而成为最高峰.Plaiker等(1992)运用磷 灰石和锆石裂变径迹测年资料,恢复了这一过程【59].麦金利山等地花岗岩52-39Ma的锆 石年龄表明从晚始新世至中一晚古新世岩体快速冷却;麦金利山的快速隆升是从早更新世 开始,约4.2Ma,磷灰石的裂变径迹年龄为9.7,3.9Ma.通过计算得出麦金利山至 4.2Ma末的平均隆升速率为1.3mrn/a.麦金利山与周围的Huntington等山相同高程 的 岩石的年龄对比要年轻很多这些不同年龄的对比表明,麦金利山比周围的Huntington等 山在晚新生代期间升高约1800m,从而成为北美洲的最高峰.目前,在阿拉斯加的西部, 太平洋板块与北美板块之间的斜向板块会聚作用正在继续.据1996年及1998年GPS测 量资料,太平洋板块相对北美板块向n?w方向运动的速率为74mm/a.这个力分鹇为平 行和垂直于岛弧和海沟的两个分力J.这两个分力均将对麦金利山产生一定影响,故至今 它仍处于隆升状态. (5)大洋洲查亚峰属年轻造山带,L?D.Ahbott等(1997)提出年轻造山带的隆升包括岩 石隆升,构造隆升,折返和构造表面的隆升_6,查亚峰是研究这些隆升最好的基地.查亚峰 的岩浆岩属造山后岩浆[62,岩浆侵位结晶年龄平均为2.8Ma["J,侵位深度约2km,现在高 度约5000m,表明2.8Ma以来隆升近7000m,平均隆升速度为2.5mm/a,剥蚀速率为 0.7rr?j/a.WeiIand(1996)E14J还测得查亚峰南坡三叠—侏罗系和石炭一二叠系碎屑磷灰石 样品裂变径迹年龄平均为2.3Ma,据径迹长度特征分析代表隆升年龄.对碎屑磷灰石由物 源区裂变径迹的完全重新调定,要求埋深大于4km.2.3Ma以来,由4km深处上升至现 在高度2500m,共隆升6500m,隆升速度为2.8mm/a.2.3Ma剥去了4km的上覆地 层,其剥蚀速率为1.7mm/a.由此可见,查亚峰顶不是隆升幅度最大,隆升速率最快的地 区,它之所以成为大洋洲最高峰是因为它位于产状平缓,构造较稳定的复向斜的核 部,剥蚀 作用弱,剥蚀深度仅1km;而它的南部为断裂带和复背斜带,剥蚀作用非常强烈,是全岛剥 露最深的地区,已剥蚀深度达9km.一些研究表明,当岩石圈上部剥蚀或拉开卸载时,会导 致岩石圈的不平衡,从而使在受到强烈切割的山脉地区,尽管平均海拔高程下降,但局部山 峰或脊峰的海拔却会绝对上升.Malnar等(1990)认为受侵蚀切割的山区的最高峰可以比 侵蚀前现存的地形面平均海拔高出两倍多.正是这种强烈的切割和剥蚀,在均衡作用的 直接影响下,使查亚峰成为大洋洲的最高峰. (6)南美洲阿空加瓜山是中安第斯高原的一部分,中安第斯高原系指中安第斯弧形构造 带的区域,包括西科迪勒拉带,阿尔蒂普拉诺(Altiplano)区,东科第勒拉带和亚安第斯带. 中安第斯高原虽然比青藏高原小很多,但有许多特征是相似的.中安第斯高原的形成,一般 都认为与拉兹卡板块俯冲有关l6,.通过大量地质,地貌和地球物理的研究,发现中安第 斯高原的地壳厚度比周围显着增大,达60多km,且地壳厚度的变化和高原内部地形起伏成 镜像反映?.关于地壳增厚的具体过程和机制尚有不同的认识:第一种意见是地壳的缩 短,z.f11等(1996)排除大量岩浆的加入,强调挤压缩短造成地壳异常,Christensen等 (1995)也持这种认识.Kley等(1998)详细讨论了构造缩短和地壳增厚的关系,认为在新 第三纪时,不同地段的缩短量不同,估计其缩短量从现代地壳体积的70%,80%至小于 30%,这正是造成弧形弯曲的原因l1.另一种意见强调深部地质作用,Isacks(1988) 认为中 安第斯高原的隆升和弯曲造山带的加强不是靠沿走向缩短量的变化所致,而是在俯冲带和 —— 597—— 地学前缘 上覆板块之间有一软流圈楔,它使上覆地壳产生一个弱化带,弱化带的宽度是导致地壳增厚 和弧形构造出现的原因,而弱化带的宽度又处决于板块俯冲的角度ETo].按照这种观点,深 部的岩浆作用在地壳加厚中起有重要作用[71J第三种观点则强调剪切作用,Mlmendinger 等(1996)提出简单剪切发生在高原边缘,产生薄皮逆冲断裂带,并使上地壳增厚,纯