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主动大陆边缘的沉积作用

归档日期:09-15       文本归类:大陆主动边缘      文章编辑:爱尚语录

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  主动大陆边缘又2113称活动大陆边缘,与5261会聚型板块边界有关,是4102大洋板块向毗邻大陆俯冲消减的地1653带,代表威尔逊旋回的后期历史。火山弧(可以是岛弧或陆缘火山弧)、海沟和贝尼奥夫带(B式俯冲带)三者的共生是其基本特征。一般将其划分为岛弧型(或称沟-弧-盆体系型或西太平洋型)大陆边缘和陆缘弧(沟-弧)型(安第斯型或东太平洋型)大陆边缘。

  岛弧型活动大陆边缘(图9-4),从大洋向大陆方向依次为海沟、弧-沟间隙、火山岛弧、弧后(盆地)区。各单元的沉积作用特征如下:

  海沟以大洋壳为基底,是大洋板块俯冲的位置。海沟长而窄,延伸方向与岛弧平行,长达数百至数千公里,宽达数十至数百公里,深度为6000 m 左右。已知最深的是马里亚纳海沟,深度达11034 m。海沟的沉积物主要有两部分:一是由板块俯冲带来的深海平原沉积物;二是在海沟形成的深海沉积物,包括远洋钙质沉积、硅质沉积、深海红粘土、火山灰沉积以及在海沟形成的浊流沉积。海沟沉积物一般厚达几百米,受俯冲作用的影响,海沟沉积物保存不完整,并多发生强烈变形。

  混杂堆积(又称俯冲杂岩或消减杂岩)是由板块俯冲形成的,由已变形的深海平原沉积物、海沟沉积物及洋壳碎块等组成的构造岩带。其原始层序完全被破坏,由外来岩块、原地岩块和基质三部分构成,并广泛遭受剪切变形。混杂堆积发生在俯冲带及碰撞带,古代的混杂堆积在许多造山带都有发现,尤以北美西部海岸山脉早第三纪的弗朗西斯科群及阿尔卑斯山的混杂堆积出露较好。其主要特点是:①不同时代、不同来源、不同种类的岩石相混杂,构成岩块的岩石,有海沟原地形成的浊积杂砂岩、粉砂岩、砾岩,也有来自俯冲板块上的放射虫硅质岩等大洋沉积和枕状玄武岩、辉绿岩、蛇纹岩、橄榄岩、榴辉岩等洋壳和地幔的碎块,还可以有海沟内壁上的蓝闪石片岩,构成基质的主要是洋壳的蛇绿岩质以及在海沟和大洋中沉积的泥质岩等,这些岩石的时代往往彼此不同;②岩块大小和形状差别很大,并且是构造作用造成的,其大小从几毫米到数公里不等,呈不规则形状,其边界常是断层面或滑动破裂面;③基质普遍遭受剪切,较坚硬的蛇绿岩块可以被强烈辗搓成极细粒的绿泥石;④混杂堆积是沿俯冲带和碰撞带普遍剪切的产物,可以把它看作是仰冲板块前缘的复杂的叠瓦构造带。

  容易与混杂堆积混淆的是滑塌堆积。滑塌堆积是由杂乱无序的不同类型物质(如岩块和泥质)所组成的一种沉积体,这种沉积体是由水下重力滑动或塌落的松散沉积物堆积而形成的。由于它们的成因不同,仍然有许多明显的差别。滑塌堆积与混杂堆积的主要的区别是:①成因不同,滑塌堆积是沉积作用产生的,在水介质中形成,除重力外,只受到海水的压力,而混杂堆积是构造作用产生的,在海沟内壁之下形成,受会聚板块间的强烈挤压应力作用,而且其上可有数百米甚至5~10 km厚的俯冲带岩石,因此它是已固结的岩石在强烈挤压和负载压力下遭受变形的产物;②基质的力学状态不同,滑塌堆积的基质在滑动时是泥砂而不是岩石,混杂堆积的基质是泥质岩或蛇纹岩,并在高压下发生塑性流动;③岩块的成因不同,滑塌堆积中的岩块是原岩在崩塌、滑动中被打碎的,并且主要为来自陡坡处的岩石,混杂堆积的岩块主要是俯冲过程中俯冲板块基底断片楔入或高度剪切作用的产物;④滑塌堆积是一个地层单元,以层状或透镜体产出,层序正常,厚度不太大,它的上、下都是正常沉积物,彼此为沉积接触(底部可有一冲刷面),混杂堆积是个构造单元,它以冲断岩片形式产出,相邻是未被普遍剪切的岩石,其间为断层接触,层序和厚度均无法确定;⑤滑塌堆积像沉积层一样,只需要很短一段地质时间就可形成,而混杂堆积的形成是整个与俯冲作用有关的剪切运动所经历的时间,一般较长;⑥滑塌堆积可在不同的构造环境中形成,只要有陡的斜坡或地震活动就可能形成,其分布范围受古地理格架的限制,混杂堆积是板块俯冲带的标志之一,它的发育是区域性的,有的是可达数千平方公里的地质体。

  弧前盆地位于海沟坡折处与岩浆弧之间。弧前盆地地貌复杂,沉积相空间变化大,可以出现三角洲相、滨岸相、陆架相、陆坡相以及浊积相。弧前盆地的沉积物主要来自岩浆弧,源区不仅有火山岩,而且有经隆起和剥蚀作用暴露出来的深成岩和变质岩,还有海沟坡折处弧沟隙的局部隆起。由于物源很近,且供应量大,因而弧前盆地的沉积以碎屑为主,其中浊积岩是最主要的。在弧前盆地和海沟地带的浊积岩是复理石沉积的最典型的类型。其物源主要来自岛弧,碎屑成分是不成熟或极不成熟的,有大量的火山碎屑、岩屑砂和长石砂。这种特征反映了受板块构造控制的岩浆弧蚀源区特征。

  岩浆弧的沉积以火山成因为主。迪金森将岩浆弧的岩石组合划分成三种成因类型:①喷发中心及其附近的中心相和近源相,主要是熔岩、火山碎屑岩及某些沉积岩成互层;②呈沉积物裙或沉积覆盖层产出的以火山碎屑岩为主的分散相;③沉积在弧边部的海盆相。

  岩浆弧的沉积作用主要发生在弧边部的海盆和因强烈断裂而形成的弧内盆地中,弧内盆地通常平行于弧的走向延伸,以断层为界的张裂盆地,基底为过渡壳或陆壳,它的形成与深部岩浆上升使弧地壳隆起产生的拉张构造有关,也与火山和构造作用产生的局部沉降有关。其沉积物主要来自岩浆弧,这种特点决定了弧内盆地沉积物中火山碎屑及深成岩屑占有极重要地位,沉积相的类型可能包括有从陆相层到深水浊积岩等一系列类型。

  指岩浆弧与大陆边缘之间(大陆与岛弧之间)的广阔地带的边缘海盆。一般将岩浆弧与大陆边缘之间的盆地称为弧后盆地(边缘海),它由弧后扩张作用形成,其基底为大洋型地壳。现代的弧后盆地主要分布在西太平洋边缘,包括白令海、鄂霍茨克海、日本海、南中国海、西菲律宾海、苏禄海等,水深可达3000 m。这种盆地被称为日本海型,盆地中浊流沉积非常发育,被称为日本海型复理石。沉积物分别来自两侧,广阔而稳定的大陆供给大量比较成熟的碎屑物质,岩浆弧则供给大量火山碎屑特别是凝灰质物质。因而,盆地两则的复理石特征不同,靠大陆一侧是在陆壳或过渡壳基底上形成成分成熟度较高的沉积,与被动大陆边缘的沉积相似;在靠岩浆弧一侧是在过渡壳和洋壳基底上形成的成分成熟度较低的沉积。

  陆缘弧型大陆边缘是海沟(俯冲带)与大陆边缘隆起带相邻接,其后无弧后扩张形成的边缘海,典型的现代实例是南美西海岸安第斯山附近的大陆边缘,其构造单元由大洋向大陆方向依次为:海沟、混杂堆积带、弧前盆地、陆缘弧和弧背盆地。除弧盆地外其余各单元的沉积特征与岛弧型大陆边缘相似,故此仅对弧背盆地进行介绍。

  弧背盆地(也称弧后前陆盆地)位于陆缘火山山弧(如安第斯山)后侧紧邻的大陆板块周围地带,基底全部为陆壳。这个盆地对于岩浆弧而言是弧后盆地,对于大陆板块内部而言是前陆盆地。弧后前陆盆地与边缘海盆地的区别不仅表现在基底地壳的不同,还表现在盆地边缘靠弧一侧有与弧平行并向弧后(向大陆)逆冲的褶皱冲断带存在,因此盆地内的应力状态通常是挤压的。在挤压的情况下,较热而轻的火山弧会逆掩到毗邻冷而较重的大陆岩石圈上,而在两者之间产生前陆盆地或弧背盆地。

  弧背盆地的沉降作用,部分是大陆板块边缘沿陆内俯冲带进入到岩浆弧下引起岩石圈挠折的反应,部分是褶皱冲断岩片的构造负载引起的均衡沉降的结果。如果岩浆弧与大陆的拼接是通过弧—陆碰撞形成的,弧后前陆盆地就很可能是在已褶皱的原有边缘海盆地或被动陆缘沉积岩系的基底上发展起来的继承性盆地。随着挤压变形作用的发展,盆地在弧一侧的山麓沉积遭到破坏,并最终使盆地的充填物在褶皱冲断带范围内揉皱,整个盆地产生一种变形强度向陆内减弱的不对称构造。

  弧后前陆盆地可以部分被海水淹没,形成河流三角洲相、浅海陆架相沉积,也可以全部处于大陆环境,形成山麓相、河流相及湖沼相沉积。沉积物主要来源于岩浆弧和隆起的褶皱冲断带的岩石,也有些来源于大陆。这样,沉积物进入盆地及在盆地中的散布作用主要是横向的,碎屑主要从岩浆弧一侧向大陆方向运送。

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