造山带研究进展现状

1. 　造山带研究进展现状

1）提出了造山带新的分类方案
过去简单的运动学分类不足以说明造山带的复杂性，新的造山带分类把岩石圈的变形作用和板块运动结合起来，深入细致地刻画了造山带的动力学特征，从成因上建立了造山带类型。如Colal Sengor进行了系统全面的造山带分类，他按照汇聚作用过程把造山带分成四大种类，20个类型。
2）古板块的俯冲和碰撞作用过程细节与古大陆边缘变形作用研究
现已了解到相对板块运动的方向和速率明显控制着汇聚板块边界带中的变形行为；不同规模和性质的块体之间的碰撞造成不同构造样式和变形强度的造山带；通常块体之间的对接并不是边界平直、同时拼合到一起的。斜向汇聚作用实际上是块体对接的普遍形式，它往往导致相邻块体之间的相对旋转，形成发散性的冲断作用和走滑作用的构造产物；在碰撞造山带中，从内部变质核带向外部褶皱冲断层带的变形迁移要持续几千万年；从构造上来看，造山带由发生过位移的碎块组成。这些以断层为边界的块体可视为两种基本类型：一类是没有被俯冲下去的地质体，如岛弧、微大陆、大型增生杂岩，它们通常碰撞增生到大陆核部，构成原始的造山组分；在这种增生过程中及之后，原始的造山组分被分别或一起切成推覆体、走滑双重构造、拉伸移置体，形成第二类的造山杂乱组分。
3）造山带的地壳增厚和剥露过程研究
造山带的地壳增厚和剥露过程是造山带地壳形成的主要构造物理过程。早期板块构造理论认为，这一过程是通过前陆盆地的褶皱-冲断，蛇绿岩片的仰冲而增厚，之后通过侵蚀作用使岩石剥露地表造成今天的造山带地貌。然而，近年来的研究表明，造山带的增厚过程可以在板块汇聚作用期间由刚性大陆板块俯冲作用和上部板块的板下作用来完成，而在地壳增厚同时或之后，伸展作用则造成深部岩石剥露出地表。
在挤压造山期间，沿着被动大陆边缘发生的刚性大陆板块的俯冲作用，造成大多数岩石向下运移形成根部而不是向上运移形成高地形。只是在挤压停止、去掉了对上浮根部的支撑后，随之而来的伸展作用才引起造山带的抬升。
上部板块以仰冲作用为主的地壳缩短作用，仍是地壳增厚的一个主要因素，并且在时间上可能早于俯冲作用。
高压变质岩出露在许多造山带的地表。近年来研究表明，这些岩石曾处于几十公里至几百公里的深处，并与周围岩石关系之间缺乏连续的中间地壳剖面，呈构造接触。现认为这些岩石是造山带伸展过程中板下作用和抬升作用所引起的剥离作用造成的。
造山带的增厚和剥离过程记录在变质岩的p-T-t轨迹中。同一造山带中不同变质岩块的p-T-t轨迹可以是不同的，反映了其不同的埋藏和剥离历史。综合考虑这些块体的轨迹，可以揭示造山带的增厚机制和剥离机制。
4）造山带演化中不同变形作用的表现和相互关系
造山带中除挤压作用形成的逆冲推覆构造为主要构造外，还有走滑作用和伸展作用造成的变形构造。近几年来增强了对走滑作用和伸展作用在造山带形成过程中重要意义的认识。
走滑作用不仅贯穿造山带演化的各个阶段，而且还造成某些走滑型的造山带。走滑作用常常和挤压作用联合造成扭压型造山带，其特征是由横推断层和冲断层带共同构成的中地壳尺度的滑脱体系。在走滑构造样式研究的基础上研究了花状构造和走滑双重体、拉分盆地。近年来又进一步提出了挤出构造和构造逃逸的概念，丰富和发展了造山带构造研究。
伸展作用同样贯穿在整个造山带的演化过程中。伸展分离有3种型式：纯剪切、单剪切和拆离型式。拆离又细分为5种类型：岩石圈楔、分层剥离、剥离＋纯剪切（包括大侧向分离和小侧向分离两种）以及分层剥离＋下地壳纯剪切类型。其分离的规模可以拉出洋壳，也可以不拉出洋壳，因此早期伸展作用对造山带后来的演化影响很大。在汇聚作用期间，在局部地区一直发育平行于汇聚带的上部地壳弯曲拉伸带。由于地壳增厚所需的均衡补偿高程引起的体力和俯冲带后退产生的体力，都可驱动岩石圈的伸展作用，造成平行或垂直于造山带的伸展构造。犁式断层、剥离断层、变质核杂岩和岩浆核杂岩等概念的提出，进一步丰富和发展了伸展构造的研究。特别是变质核杂岩的结构构造、形成过程及动力学机制研究的成果，更能反映伸展构造的研究现状与进展。
5）造山带的深部结构
近期研究已揭示出造山带的深部结构，其整体上往往呈双向俯冲构造扇型式及其变种，而造山带内部的地壳和壳下岩石圈呈复杂的凹槽与指状交织的形式。通常上部地壳发育有大型滑脱构造，中部显示出双重构造和鳄鱼构造，而下部地壳中有的有强烈倾斜的地震反射，有的为平坦的地震反射；莫霍面有的起伏有山根，有的较为平坦无山根。
6）造山带岩石圈的流变学结构和动力学意义
造山带岩石圈流变学的性质是探讨造山带动力学的基础。近10年来大陆岩石圈的流变分层和下地壳的流变学颇为引人瞩目。
不同构造单元的流变分层是不一样的，它主要取决于其岩石圈的深部物质组成分层和热结构以及流体特性。对造山带地区得出的2个最典型的流变学分层剖面为：
（1）“三明治”结构，韧性的下地壳夹在脆性的上地壳和最上部地幔之间；
（2）“四层”结构，两个韧性带（一个为20～30km，另一个为40～60km）分割开两个脆性地壳层和一个地幔脆性层。
下地壳的流变学近年来之所以备受人们注意，主要是因为它强烈地影响着许多一级地壳构造的性质和演化。造山带的许多动力学过程与之相关，如：
（1）镁铁质和超镁铁质岩浆的板下作用和地幔底辟作用；
（2）重熔作用；
（3）与增厚作用或减薄作用有关的构造应变。
这些作用通过改变热流和地温梯度、压力-温度轨迹及局部地球化学环境等而影响下地壳的流变学。
7）造山带的壳-幔循环
从造山作用过程来看，在俯冲阶段存在着强烈的壳－幔物质的交换现象，其结果记录在造山带中。碰撞作用导致造山带岩石圈发生强烈的壳－幔交换作用和壳内再循环。上地幔剥离作用和均衡调整作用加剧了壳－幔边界的玄武岩板下作用和麻粒岩相变质作用。逆冲作用和俯冲作用使地表岩石和流体插入地下，重熔成花岗岩浆再侵入上来。这一系列作用都引起造山带组成元素分异和运移及再循环。这一阶段的壳－幔再循环是造山带壳－幔循环研究的主要内容和特色。此外，在某些地壳剖面中发现有些下地壳比上地壳年轻，表明存在重要的玄武岩板下作用事件。
8）造山过程中变质作用的演化
近年来造山带变质作用研究的重点从俯冲阶段的变质作用转向碰撞阶段增厚－剥露过程中的变质作用演化史。
造山带的变形作用、抬升和剥离对变质岩的分布有重要的影响。这些变质岩的分布可以指示变质岩的抬升和剥离过程。
不同阶段造山作用，其变质作用表现型式不一样。从总体来看，从俯冲到抬升，其变质温度从高到低。

2. 　我国大陆造山带研究进展

近年来，我国大陆造山带研究已进入了“板块动力学”研究的阶段，主要包括了古板块体制的重塑，陆内“收缩”、“伸展”、“平移”作用及其伴随的变质－岩浆事件的全过程，以及岩石圈结构的地学大断面所揭示的三方面内容。秦岭造山带、北祁连造山带、横断山造山带及青藏高原是碰撞造山的典型；燕山造山带是板内造山的典型。
1）秦岭造山带
研究认为，秦岭造山带是由北秦岭造山带和南秦岭造山带拼合而成的复合型造山带。北秦岭造山带是以出现大推覆构造和发育有两条与之平行的高压榴辉岩变质带为特征的古生代造山带；南秦岭造山带是印支期造山带，以盖层、基底间深层、多层次滑脱构造为特点，其间自南而北发育着近于对称的3～4条中—低温、高—超高压变质带。秦岭造山带经历了后期的构造叠加与改造，特别是中新生代以来的构造性质已由原来的挤压碰撞转向了以垂向隆升为特点的构造运动，并伴有大量花岗岩侵入。对此，建立了秦岭复合型造山带的造山模式，即前寒武纪板块俯冲碰撞造山、古生代断裂造山、中生代滑覆－推覆造山而形成了统一的秦岭造山带，尔后又经历了晚白垩世以来的断块造山，整个造山过程都是在岩石圈内部完成的。研究还发现秦岭造山带岩石圈结构具有明显的流变分层性和“立交桥”式的宏观构造型式，即深部的下地壳和岩石圈地幔以下具有与中国现今大区域地球物理场一致的近南北向异常特征，而上部则以近东西向结构构造为特征，表明深部的下地壳和地幔具有更大的塑性流变特征，而中上地壳强度较大，更多保留了主造山期的构造残迹。
2）北祁连造山带
北祁连造山带研究得知，阿拉善地块与祁连地块之间的走廊南山带为一条加里东古俯冲杂岩带，包括了多重火山增生弧、高压变质带、弧前增生楔、滑脱糜棱岩带和蛇绿岩残片，其俯冲变质演化经历了低压变质→高压变质→低压退变质的俯冲－折返过程。此外，在北祁连两侧发育着形成于晚古生代的两条平行山链方向的韧性右行平移剪切带，切割了加里东褶皱带。这些都证实了北祁连造山带中存在古俯冲型、平移型和滑脱型韧性剪切带等三种类型，进而确立了北祁连造山带古俯冲型韧性剪切带的“海沟倒退俯冲动力学”成因模式。
3）横断山造山带
横断山造山带也是复合型造山带，但有别于秦岭复合型造山带，区别在于它是经历了俯冲造山、碰撞造山、走滑造山相互叠加而成的复合型造山带。
4）青藏高原与喜马拉雅造山带
青藏高原隆升机制的研究是大陆造山带研究的主要内容之一。亚东-格尔木断面成果显示喜马拉雅造山带具有多层结构的特征，同时也揭示了青藏高原是一个拼合的大陆。以安多-丁青断裂为界，高原可分为南、北两大部分，地壳结构各异。研究还指出喜马拉雅造山带不仅是世界上最年轻的造山带，而且是具俯冲和叠置的新型造山带。在第30届国际地质大会上，肖序常等根据地质和地球物理等资料提出，青藏高原的隆升机制是多因素、多阶段和多层次的不均匀隆升。高原地壳缩短、加厚和隆升受到三大力源控制：一是来自南面印度板块的挤压及四周的塔里木、扬子以及中朝地台的滞后阻力，产生向高原内不均匀的汇聚挤压和导致高原内各块体位移速率的差异，以及在空间上出现不同类型、层次的构造变形，是控制高原地壳缩短、加厚和隆升的基本因素；二是高原内的热力作用、热效应，它们不仅能增强地壳的蠕动变形，造成地壳的缩短、加厚，而且促使地壳发生重熔、热扩散，从而产生低密度空间，为地壳上浮、隆升提供有利条件；最后是均衡调整对高原隆升的控制作用。显然由于高原地壳-岩石圈结构的不均匀性、热扩散存在差异等原因，高原隆升在时间和空间上是不均匀的，是受各种因素约束的。但对高原隆升尚有不同看法，法国地学家如P.Tapponnier仍强调在高原隆升中，走滑断层起主导作用；而B.C.Burchfiel和曾融生等认为高原地壳加厚、缩短和隆升，主要是下地壳的韧、塑性物质向东流出，致使高原深部为韧、塑性和“虚弱”层，易于缩短和加厚；K.D.Nelson等则强调高原熔融层、流体对地壳缩短、加厚和隆升起重要作用。
在青藏高原隆升机制的研究中，还获得以下进展：
（1）西藏及邻区特提斯构造域可划分为晚古生代—三叠纪古特提斯、晚三叠世—始新世末新特提斯和渐新世以来陆内汇聚与变形三个构造演化阶段；
（2）南、北两大陆对接后，该区经历了白垩纪末—始新世的陆-陆碰撞、渐新世—中新世高原雏形的形成和上新世以来高原快速隆升的陆内变形三个阶段，在最后的快速隆升阶段，隆升速度越来越快。与此同时，有更确切的资料证明晚古生代—早中生代时期青藏高原不存在特提斯大洋，而是具洋盆和海湾间古陆并存的构造格局。研究还表明，目前印度板块仍在继续向北运动挤压高原，高原现仍在上升中。
5）燕山造山带
具有板内造山特征的造山带，主要分布在我国东部，以燕山造山带为其典型。近期研究表明，燕山造山带是在前寒武纪克拉通基础上形成的陆内型造山带，属大陆造山带的一个类型。该造山带的演化可分为：中生代以前的漫长地史时期的稳定克拉通构造演化阶段的前造山期、三叠—白垩纪期间多期伸展→收缩构造演化阶段的主造山期和新生代断块→隆升构造演化阶段的重造山期。火山活动与岩浆侵入是中生代燕山陆内造山作用的重要组成部分。因此，中生代岩浆底辟作用、伸展、火山喷发、断陷盆地形成、岩浆侵位引起的隆升及其收缩所引起的多期次构造变形、叠加与改造等，是燕山造山带的重要造山机制。目前所见的燕山造山带，是新生代时期以伸展构造为主，地壳表层表现为断块运动，形成盆-山的差异性升降的产物。
目前，我国正在结合1:25万区域地质调查，对西部不同类型造山带——东准噶尔造山带、北山造山带、东昆仑造山带、秦岭-昆仑结合部造山带、松潘-甘孜造山带以及三江造山带的基本特征及其构造演化等进行研究，已取得一批新成果。

3. （三）造山带动力学研究

对造山带形成演化的动力学认识，经历了由地槽褶皱回返，板块碰撞造山过程。其实质是对引发造山带构造变形的主要动力源，以及力的传递方式、变形行为和结果的不同认识。地槽褶皱回返强调地壳垂直升降（即地壳振荡运动），以及由此引发的横向挤压，褶皱成山。板块碰撞造山是因地幔对流作用导致两板块相向水平运动，板块之间洋壳消减，两板块碰撞造山。张国伟等（2001）认为，由于陆内造山带的多样性和复杂性，特别是通过对秦岭造山带的详细研究，提出秦岭造山带是：“非现代经典板块构造的非开阔大洋型多块体中小洋陆板块构造体制的碰撞拼合造山与陆内造山复合”的复合造山带。其形成的动力源是“多元和多源的”。这给创建颇具中国特色的造山带理论带来了生机，但仍然没有回答引发这些中小洋陆块碰撞的主力源是什么，是由地幔对流机制引发，还是由地幔差速环流及其他机制形成。为了表明秦岭－大别造山带与其他造山带的区别，有些学者提出了“碰撞不造山、造山不碰撞”（白文吉等，1993）、“软碰撞”（任纪舜等，1989）、“点碰撞”（武红玲等，2001）、“板块碰撞挤压和侧向运动”等观点，这给复杂的中国大陆构造增添了很多特色，但都回避了形成这些造山带的主动力源是什么。前已述及，阐明大陆构造，特别是造山带形成的动力学是当前地学研究中重大关键的理论问题，是需要多方面资料的综合才可讨论，本书第八章将对此作评述和讨论。

4. 　造山带研究的若干前沿问题

当前和今后造山带研究是以大陆动力学为主导思想，从以往阐明板块运动历史和板块边界相互作用为主要内容转向以阐明造山带岩石圈及其下地幔系统中各层圈相互作用过程和动力学的新阶段。
当代造山带研究正围绕着下列前沿问题展开工作：
（1）碰撞后的造山过程——拆沉作用、伸展垮塌和深变质岩剥露；
（2）造山带之下的地幔结构和演化；
（3）壳内软层的性质和动力作用；
（4）造山带地壳的精细构造和演化；
（5）巨量花岗岩的成因和侵位动力学；
（6）沉积作用与造山过程：根据沉积过程对造山过程、造山事件的恢复再造；
（7）新元古代超大陆再造-聚合、增生与裂解对造山作用过程的控制作用。

5. “造山带”和“造山作用”概念沿革

“造山带”和“造山作用”名词的提出已经有一个半世纪了，随着时间的变迁，这两个概念已经经历了三次明显的变化。在2000年召开的中国构造地质学发展回顾与展望学术讨论会上，构造地质学家们对“造山带”和“造山作用”的概念进行了深入讨论，关注到造山体制的多样性和复杂性（马文璞等，2002；钟大赉等，2002；张原庆等，2002）。本书旨在讨论大兴安岭中生代造山带特征，遇到的一个问题是大兴安岭算不算造山带？它与经典造山带有什么区别？为了说明这个问题，首先就“造山带”、“造山作用”概念的认识过程作一简单回顾。
1.关于造山带概念的认识
19世纪中后期霍尔（Hall，1859）和丹纳（Dana，1873）早期提到的“造山作用”概念是与地槽演变联系在一起的，从地槽沉降开始，经过沉积、岩浆、变质等作用，最后由侧向挤压褶皱成山，或称褶皱回返，形成造山带。根据这一认识，造山带的定义可以简单概括为一句话：“造山旋回中遭受过褶皱和其他构造变形的地带”。20世纪初施蒂勒（Stille，1919）提出识别造山带的重要标志是“区域性角度不整合”。这一观点严格将造山作用限制在挤压缩短变形范围内，并不包括山脉的隆起，认为产生山岳地貌与山脉中岩石变形在成因和形成时间上都无必然联系。这一论断在地质学界影响非常深远，多年来比较大地构造学正是沿着这一思路将全球造山运动划分为若干个造山旋回，并由此对比了全球造山运动的同时性。
不过早在20世纪30年代就存在另一种观点，哈尔曼明确把褶皱作用称为构造运动（tectogenisis），褶皱后的上升成山称为造山运动（orogeny）（Haarmann，1930）。简明不列颠百科全书中文版（1985）进一步把“造山运动”（orogeny）和“造山作用”（mountainbuilding）区分开，前者指在长条形地带，伴随剧烈的变形发生的岩浆侵入和变质作用。而后者“不仅用来说明现存山脉的隆起经历，而且也用来阐明古代山区岩石的变形过程”。
除了传统的挤压褶皱造山概念外，大陆内部由于垂向运动造成的狭长隆起带算不算造山带？加拿大学者Wilson将造山带定义为“狭长的隆起地带”，强调地貌上具有山岳形态的造山带。他并将Mountain和Range的含义作了区分。他用Range表示简单的隆起，而用Mountain表示褶皱造山带，并提出了隆升造山（Range）、剪切造山（Mountain）和俯冲造山（Mountain）三大类型造山带，其中垂直抬升形成的山脉包括热点、其他有关的裂谷、狭窄海的边缘、洋中脊及已经抬升但尚未裂开的山脉（Wilson，1990）。Sengor（1990）认为不应把造山作用扩大到所有类型的板块边缘，把地貌意义上的山脉隆升与地质概念上的“造山作用”混为一谈，无视造山带定义，使造山带概念无限外延。
有关造山带、造山作用的概念已经争论了近一个半世纪，随着时间推移，争论的内容将不断更新、不断深化。
2.碰撞造山带
20世纪60年代诞生的板块构造学说赋予“造山带”、“造山作用”新的内涵，提出了“俯冲碰撞造山”。Sengör将此概念定义为：“造山运动是一个用以表征会聚板块边缘所有地质过程的集合名词”（SengÖr，1990）。它既包含了两个大陆板块碰撞的特提斯型碰撞造山带，也包括弧陆碰撞的环太平洋型造山带。造山带因而也成为一个复杂的造山拼合带（orogenic collage），把原来的微大陆、洋岛或海山和各种类型的岛弧拼在一起构成造山带。因此碰撞造山带的研究涉及到岩石圈板块的演化，把古大洋板块的俯冲消亡与碰撞的大陆边缘走滑、隆升、折返等多种变形作用结合起来，丰富了对造山带的认识。
3.大陆板内造山作用
中国学者翁文灏早在1929年提出“燕山运动”概念时，就遵循了施蒂勒采用“区域性角度不整合”识别造山带的准则，确认了“燕山造山运动”（翁文灏，1929）。实际上这里的“造山”早已超越了“地槽褶皱回返造山”的概念，因为燕山山脉在晚中生代隆起之前并未经过典型的地槽沉降阶段，它是在稳定克拉通基底上发展起来的陆内造山带。德国学者Martin（1983）在研究纳米比亚达马拉（Damara）造山带时就提出了“陆内褶皱带”（intracontinental fold belts）的概念。Mattauer（1984）将造山带分成俯冲型、仰冲型、碰撞型和陆内型。
近一二十年来“大陆板内造山作用”或称“陆内造山”、“板内造山”的名词被国内学者广泛使用。张国伟提出的“大陆造山带”就是指“大陆岩石圈内部起因于不同造山运动的各种构造：独特的陆内岩石圈构造变形，滑脱运移与加积加厚，并伴随变质、岩浆活动等，构成陆内造山带”（张国伟等，1993），这一概念将造山带的地貌特征和其中所发生的各种地质作用结合起来。张长厚给“板内造山带”赋予如下定义“形成于相对较老且强硬的岩石圈板块内部，造山带内部构造单元不具有平行造山带走向分布的特征，即不具有线状构造格局，构造变形具有地台基底乃至整个地壳卷入的厚皮构造性质，同造山区域变质作用微弱，同造山岩浆活动、沉积作用和构造变形均无极性演化趋势”（张长厚，1999）。尽管“大陆板内造山作用”的概念目前还处于一个初始阶段，认识上还存在分歧，但是这一概念对前两个阶段提出的造山带概念无疑是一个发展和补充。
4.伸展造山作用
20世纪80年代初随着美国石油勘探地质研究的需要，人们在美国盆岭省的地质调查中发现，在地壳伸展过程中，由于低角度拆离可以导致山脉隆起，于是Wernicke和Wolfgang同在1981年提出了“伸展造山”（extensional orogeny）概念（Wernicke，1981；Wolfgang，1981）。对于伸展背景下山脉的隆升，国内外许多学者持不同意见或持谨慎观点，Sengor（1990）认为这种提法可能引起混乱，他明确主张把orogen的概念限于聚敛性构造。但是这种意见并未影响美国西海岸地区伸展造山作用的后续研究，90年代中期美国自然科学基金资助的“南内华达山脉大陆动力学计划”综合了多学科的新技术，开展不同圈层地质过程的全方位研究。地质和地球物理学家面临着一个突出问题：是什么机制维持着缺少低密度山根的内华达山脉保持4500m的高海拔？人们把关注点集中在与软流圈地幔上涌相对应的地表隆升作用上。内华达山脉是新生代隆起的山脉，大兴安岭是晚中生代隆起的山脉，它们所处的构造部位也不尽相同，但是仔细比较可以发现，伸展背景是它们的共同之处，本书书名——“大兴安岭的隆起与地球动力学背景”明示了作者力图探索的目标。