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碰撞造山怎么认:缝合线、蛇绿岩和翻倍的地壳厚度

喜马拉雅的山顶能找到含海洋化石的石灰岩,说明这些岩石曾在海底。把海底抬到八千米以上,靠的不是火山,而是两个大陆相撞后地壳被叠成两倍厚。碰撞造山带的识别,就从这条线索开始,一步步找配套证据,缺一样就要打个问号。

先找缝合线:一条窄长的蛇绿岩带把两块大陆隔开

两个陆块之间原本有一片洋,洋壳俯冲殆尽后,两侧陆块顶在一起,残存的洋壳碎块被挤在接触带上,形成一条窄长的蛇绿岩带,这就是缝合线,宽度通常只有几千米到几十千米。

缝合线两侧的地层、化石与古地磁极位置常明显不同,说明它们原本不在一起。两侧基底性质突变、中间夹一条蛇绿岩带,是缝合线最可靠的标志,仅凭一条线性河谷不算。

蛇绿岩有固定层序,从橄榄岩到枕状熔岩不能乱

完整的蛇绿岩自下而上为地幔橄榄岩、辉长岩、席状岩墙、枕状熔岩,顶部常盖着深海放射虫硅质岩。这套层序就是洋壳剖面,被仰冲推挤到陆上,剖面常常整体倒转,橄榄岩反而盖在熔岩之上。

层序残缺很常见,但只要有其中两三层能对上,且被构造夹持在缝合带内,就可判为洋壳残片。顺序颠倒、缺失席状岩墙的,多半是混杂堆积而非原地洋壳,这是本文判断,要看基质是泥质还是蛇纹岩。

最硬的判据是地壳厚度翻倍与陆壳重熔的花岗岩

碰撞后地壳被叠置加厚,青藏高原下方地壳厚 60–80 千米,接近正常大陆地壳的两倍。加厚使深部岩石升温熔融,形成大量过铝质花岗岩,常含白云母与石榴子石,这两类矿物在高温高压下才稳定。

这类花岗岩来自陆壳重熔,与俯冲带的钙碱性火山岩完全不同。厚度翻倍、加上陆壳重熔的花岗岩,是碰撞造山的组合判据,两者同时出现才稳,单看一样容易误判。

混进来的是俯冲型造山,它保留海沟与火山弧

安第斯型山脉也是造山带,但由洋壳俯冲形成,保留海沟、火山弧与深源地震,山脉窄而连续,花岗岩以钙碱性为主,地壳厚度中等,褶皱与逆冲的倒向指向海沟一侧。

区分看三样:海沟、弧火山、深震。缺海沟与弧火山、却有缝合线与蛇绿岩的,归碰撞造山,两者常在一条造山带的不同段落并存,要分段判断,不能靠一条剖面定全局。

关键数据

下列数值取自喜马拉雅—青藏造山带,其他碰撞带量级相近。

  • 印度与欧亚初始碰撞约在 5000 万年前
  • 早期汇聚速率可达 15 厘米/年,现今约 4–5 厘米/年
  • 青藏高原地壳厚 60–80 千米,平均海拔约 4500 米
  • 高原面积约 250 万平方千米,珠峰海拔 8848 米
  • 蛇绿岩套厚度与洋壳相当,约 6–7 千米
  • 雅鲁藏布江缝合带东西延伸上千千米

边界:缝合线被后期走滑错断后,位置要靠岩石组合去追

碰撞之后常有斜向调整,缝合线被走滑断层切成数段,水平错移可达上百千米。此时它不再是一条连续的带,而是一串孤立的透镜体,沿带追线很容易追丢。

有效办法是沿带找蛇绿岩块与高压变质岩,两者组合出现的位置才算缝合带。只靠地形上的线性低地判定缝合线并不可靠,河谷常沿断层发育,却不一定就是板块接缝,两者的宽度与切割深度都不同。

参考文献

  • Yin A., Harrison T. M. Geologic evolution of the Himalayan-Tibetan orogen. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 2000.
  • Dewey J. F., Bird J. M. Mountain belts and the new global tectonics. Journal of Geophysical Research, 1970.
  • 肖序常, 王军. 青藏高原构造演化与隆升. 地质出版社.
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文章名称:碰撞造山怎么认:缝合线、蛇绿岩和翻倍的地壳厚度
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