PDF《大陆边缘反 S 状造山带三维模式 兼论青藏高原结构与隆升》

第13 卷第 1期2007年3月地质力学学报JOURNAL OF GEOMECHANICS Vol.

13 No.

1 Mar .

20 07 文章编号 :1006 -6616 ( 2007)

01 -0031 -11 收稿日期 :2007 -01 -08 作者简介 :李东旭 (

1933 - ) , 男,中国地质大学教授 、 博士生导师 , 地质力学研究所客座研究员 . 长期从事构造 地质 学、地质力学教学与科研 . E -mail:dxlee18@126. com. 大陆边缘反 S 状造山带三维模式 兼论青藏高原结构与隆升 李东旭 ( 中国地质大学, 北京 100083) 摘要: 文中根据北美大陆西南边缘造山带的构造地貌及新构造运动特征 , 建立了 反S 状大陆边缘造山带的三维构造力学模式, 指出阿拉斯加地区为弧形右旋剪切隆 升造山带;

科迪勒拉造山带为直线右旋走滑造山带;

马德雷山以南, 延至加勒比海 为一左旋沉降 `旋扭沟-弧-盆系统'

.以此模式检验欧亚大陆南缘造山带 , 确定从 阿尔卑斯经扎格罗斯 、 喜马拉雅至印度尼西亚蜿蜒曲折的山链是由四个反 S 状造山 带连锁而成 , 导致它们的分解为四个构造体系的原因 , 与南半球冈瓦纳大陆裂解有 关.依据上述的区域构造规律 , 作者认为青藏高原内部结构的原型为旋扭沟-弧-盆 系统, 属帕米尔 ―喀喇昆仑―喜马拉雅反S 状造山带尾弧的组成部分 .后经印度板 块俯冲 、 青藏―三江 ―印度尼西亚反S 状造山带头部弧右旋隆升两组动力系统叠加 结果 . 关键词 : 反S状旋扭造山带;

旋扭沟―弧―盆系统 ;

青藏高原结构与隆升 ;

大陆边 缘造山带 中图分类号 : P548 , P56 文献标识码 : A 导言 北半球规模最大的造山带是北美大陆西南缘的阿拉斯加―科迪勒拉―马德雷山链和欧亚 大陆南缘的阿尔卑斯 ―扎格罗斯―喜马拉雅 ―印度尼西亚山链 .这些造山带都是经过了漫长 的构造演化历史 , 构成复杂程度不同的内部结构 [ 1] .但是决定现今的构造地貌特征的是新生 代以来, 特别是新近纪延至今日的新构造运动.新构造运动的表现形式, 主要是深位剪切走 滑断裂、 地震活动、 火山活动 、 山脉的隆升 、 盆地的沉降 .从现今的构造地貌特征来看 , 北 美大陆西南缘的造山带平面图像呈明显的反 S 状.这个现象李四光早在上世纪 [

1 ~ 4] 曾多次提 及, 先后用歹字形、 η 型、之字型 、 反S型构造体系命名 .并将其分为头部 、 腰部、 尾部三 段论述.限于那个时代地质资料较少, 且多数文献偏重于新生代以前的古构造研究 .现在看 来, 控制现今构造地貌型式的主要构造形迹是新生代以来的弧形和直线深位剪切走滑断 裂[5] .

1 阿拉斯加 ―科迪勒拉―马德雷造山带 根据构造地貌特征可将阿拉斯加―科迪勒拉 ―马德雷山链构成的巨型反S 状造山带分为 头部阿拉斯加右旋隆升弧形造山带 、 腰部科迪勒拉右旋直线走滑造山带和尾部以加勒比海为 中心的左旋沉降旋卷沟―弧―盆系统 ( 图1) . 图1阿拉斯加―科迪勒拉 ―马德雷反S 状旋扭造山带 Fig.

1 Alaska -Cordilleran-Madre reversed S-shaped transrotational orogenic belt ①布鲁克斯断层 ;

②科育库卡断层 ;

③德纳里断层 ;

④卡斯特莱山断层 ;

⑤落基山地沟 走滑断 裂;

⑥海岸山走滑断裂 ;

⑦费尔威瑟弧形断层 ;

⑧圣安 德烈斯走滑断裂 ;

⑨加利福尼亚 湾斜列 转换断层带 ;

⑩南马德雷山 ―巴拿马火山断裂线 ;

1 1委内瑞拉 EW 向断层 ;

1 2小 安的列斯 弧形 断形断裂 ;

1 3海地岛 ( 波多黎各) 北岸 EW向断层 ;

1 4古巴左旋走滑断层 ;

1 5开曼海沟断裂带 ;

P1-哥伦比亚高原 ;

P2-科罗拉多高 原;

P3-墨西哥 高原 ;

B1-科 育库卡盆 地;

B2-鲍瑟 尔盆地 ;

B3- 大盆地 ;

B4 -帕拉斯 ( 马皮米) 盆地半侧箭头示断裂 、 造山带 、 岛弧相对运动指向 . 空心 箭头示 北美板块与太平洋板块相对运动方向 ;

实心箭头示北 美板块与南美板 块相对扭动方向 ;

半空半 实箭头示两者的合力 . 1.

1 阿拉斯加右旋隆升弧形造山带 北美新构造图 [ 6] 上清楚表明 , 阿拉斯加地区存在几条弧形走滑断层 ( 卡斯特莱、 德纳 里、 科育库卡、 布鲁克斯) , 这些弧形断层总体向北凸出, 向西撒开 , 向东收敛;

向南与科 迪勒拉造山带内的走滑断层相连.德纳里断层是阿拉斯加的一条重要活动断层 , 研究资料较 多[7~10] , 例如 ,

2002 年10 月23 日阿拉斯加发生的 MS 7.

3 级地震, 震中就位于德纳里断裂带 上, 表明这一弧形走滑断层现今仍在强烈活动.从航空照片上可清楚看到阿拉斯加冰川地形 被这条断层右旋错开117 ~ 143m , 据冰川最后消融时间距今约为

1 ~ 1.

4 万年, 计算断层滑移

32 地质力学学报2007 速率为8 ~ 14mm a ;

结合每次地震的平均位移量 , 利用断层滑移速率推算重复间隔为

540 年.德纳里断层南侧麦金利山 ( 海拔 6193m)是北美最高山峰 [ 11] , 与断层北部落差达 2000m.Platker [ 12] , 用磷灰石和锆石做裂变径迹测年 , 算出从 4. 2Ma 末至今, 麦金利隆升速 率为 1. 3mm a .一般认为:阿拉斯加北美的隆升是由于太平洋板块与北美板块相对运动有 关, Avelallemant [ 13] 据1996 ~

1998 年GPS 资料算出太平洋板块相对北美板块向 NW 方向运动 速率为74mm a.也有人推测为 52mm a.古地磁测定阿拉斯加中西部从白垩纪以来围绕一个 直立轴逆时针旋转约 40° [ 14] .从以上几方面资料 , 不难看出 , 阿拉斯加地区, 既有近水平旋 转位移, 又有垂直上升;

从而判定阿拉斯加至少从早更新世以来呈现的是顺时针螺旋上升运 动状态 [ 7] . 1.

2 科迪勒拉右旋直线走滑造山带 阿拉斯加弧形造山带向南转为平行北美大陆西海岸的NW 向科迪勒拉造山带 , 一直延伸 到墨西哥马德雷山脉 , 构成这一巨大反 S 状构造体系的腰部 .控制这一现今地貌特征的主要 构造就是山脉两侧的巨大的走滑断裂带 [

15 ~ 19] .德纳里断层以南的断层, 延向海岸山断裂 , 相继就是著名的圣安德烈斯断裂 [ 20] ;

再南一直延伸到加里福尼亚海湾的 转换断层 带;

山脉的东侧, 就是与西侧平行的巨大的 `落基山地沟'

右旋走滑断裂.由此可见, 整个北美 科迪勒拉造山带是夹持在一对顺时针剪切走滑断裂带之中.因此, Kelley ( 1958)认为哥伦 比亚弧的弯曲很可能起因于走滑断层.Wise ( 1963)所做的科迪勒拉造山带内部应力状态图 呈顺时针旋转, 将盆地山岭省的东西向伸展解释为巨型右旋走滑断层导生的第二序次构造 . Caire [ 21] 认为 , 在这科迪勒拉山脉中的一系列高原和盆地 ( 如哥伦比亚高原 、 科罗拉多高原 、 鲍瑟尔盆地、 帕拉斯盆地等)都是由于右旋剪切走滑断层导致的 滚珠轴承 构造 .圣安德 烈斯断层的频发地震表明 , 这一系列平行大陆边缘的大型右行走滑断裂现今都有不同程度的 活动 .也就是说控制现今科迪勒拉山脉的构造体制是剪切走滑断裂 . 1.

3 加勒比海左旋沉降沟-弧-盆系统 从南马德雷山脉向东 , 穿过危地马拉和洪都拉斯以后 , 就进入了加勒比海 , 牙买加 、 多 米尼加、 波多黎各诸岛, 都属于这个反 S 状构造的尾部 [ 4] .从现在的资料看 [

22 ~ 27] , 在南马 德雷以东走滑断裂已转为反时针方向, 例如东南墨西哥恰帕斯 ―塔瓦斯科地区的走滑断 层[27] .这一反S 状构造体系的尾弧大致以委内瑞拉东西向海岸线为界, 这个向南西突出的 火山岛弧外侧太平洋方面是弧形的中美海沟 ;

其东侧就是以加勒比海为中心的旋涡构造 .其中, 大安的列斯群岛是西印度群岛的主体 , 是科迪勒拉山系的延伸部分 , 多属大陆岛 ( 古巴、 海地 、 牙买加、 波多黎各等岛) ;

小安的列斯群岛主要........