太平洋演化

环太平洋板块构造演化Sawkins（1990）认为一定类型的矿床在时间和空间上常与一定类型的板块构造相关联，特别是与板块的边界有关。勒皮雄（1968）将全球地壳划分为六大板块：即太平洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印澳板块和南极板块。其中太平洋板块几乎全为海洋。细分全球有八个主要板块，即多分出纳兹卡板块和南、北美板块。Bied，P（2003）利用欧拉向量来描述的如今的全球板块边界，他将全球分出了多达52块板块，如图1，图中表达出的板块是基于现今测定的块体边界及运动，完全不同于经典的板块划分，它提醒我们，对于板块演化的历史，应该动态的观察，分辨所经历的地质过程。太平洋板块位于北美、纳兹卡、南极洲、印澳和欧亚板块之间。所占面积为地球的1/4,属于全球尺度的一级构造系。由于东印度洋中脊和大西洋中脊的扩张，使澳大利亚、北美和欧亚板块向太平洋板块汇聚，因此太平洋板块边缘形变和运动非常复杂，是全球构造活动最活跃的地带。（图1）全球板块构造边界新模型（BirdP，2003）AF非洲板块（Africaplate）；Am黑龙江板块（Amurplate）；An南极洲板块（Antarcticaplate）；Ap阿尔提普兰诺板块（Altiplanoplate）；AR阿拉伯板块（Arabiaplate）；As爱琴海板块（AegeanSeaplate）；AT安纳托利亚板块（Anatoliaplate）；Au澳大利亚板块（Australiaplate）；BH鸟头板块（BirdsHeadplate）；BR巴莫拉尔礁板块（BalmoralReefplate）；Bs班达海板块（BandaSeaplate）；BU缅甸板块（Burmaplate）；CA加勒比板块（Caribbeanplate）；CL卡罗林板块（Carolineplate）；CO科克斯板块（Cocosplate）；CR康威礁板块（ConwayReefplate）；EA复活节板块（Easternplate）；EU欧亚板块（Eurasiaplate）；FT富图纳板块（Futunaplate）；GP加拉帕戈斯板块（Galapagosplate）；IN印度板块（Indiaplate）；JF胡安德富卡板块（JuandeFucaplate）；JZ胡安弗兰德兹板块（JuanFernandezplate）；KE克马德克板块（Kermadecplate）；MA马里安纳板块（Marianaplate）；MN马努斯板块（Manusplate）；Mo毛珂板块（Maokeplate）；MS摩鹿加海板块（MoluccaSeaplate）;NA北美板块（NorthAmericanplate）；NB北俾斯麦板块（NorthBismarckplate）；ND北安第斯板块（NorthAndesplate）；NH新赫布里底板块（NewHebridesplate）；NI纽阿福欧板块（Niuafoouplate）；NZ纳兹卡板块（Nazcaplate）；OK鄂霍次克板块（Okhotskplate）；ON冲绳板块（Okinawaplate）；PA太平洋板块（Pacificplate）；PM巴拿马板块（Panamaplate）；PS菲律宾海板块（PhilippineSeaplate）；RI里维埃拉板块（Riveraplate）；SA南美板块（SouthAmericanplate）；SB南俾斯麦板块（Southismarckplate）；SC苏格兰（Scotiaplate）；SL设得兰板块（Shetlandplate）；SO索马里板块（Somaliaplate）；SS所罗门海板块（SolomanSeaplate）；SU撰他板块（Sundaplate）；SW三维治板块（Sandwichplate）；TI帝汶板块（Timorplate）；TO汤加板块（Tongaplate）；WL伍德拉克板块（Woodlarkplate）；YA扬子板块（Yangtzeplate）。金双根（2002）总结最近20年内空间大地测量技术实测速度场，分别求出各个板块相对太平洋板块的现今运动速度（表1）；从表1看出,空间大地测量技术测得的环太平洋边缘板块相对运动方向和速率大小为:东太平洋中脊以69.6~149.6mm/a的速度在扩张，北美大陆西海岸圣安德烈斯断层以41.9mm/a速度在相对滑动，太平洋与北美板块、菲律宾板块和澳大利亚板块分别以60mm/a、30.3mm/a和60~95mm/a的平均速度在汇聚。另外，西太平洋与澳大利亚和菲律宾板块之间的汇聚速度最大，达93.8mm/a,并向南逐渐减小。且太平洋板块整体以平均70.1mm/a的速度向西北移动,以平均70mm/a的速度与北美板块汇聚，整体上看，由于受到东太平洋中脊、东印度洋中脊和大西洋中脊的海底扩张，南太平洋板块东西向在拉伸，北太平洋板块东西向在收缩，并且太平洋板块整体向西北汇聚(见图2)。（表1）环太平洋板块边缘现今运动速度(据金双根等2002注:经度和纬度分别是太平洋板块边缘位置,Vm是由空间大地测量技术测定的速率)板块至今还在俯冲汇聚，洋壳俯冲和陆壳摩擦，产生岩浆熔融，中性岩浆在俯冲带上盘，形成斑岩铜矿，这个成矿过程，一直要追索到中新生代。（图2）空间大地测量技术测得环太平洋边缘地带扩张和汇聚速度(数字表示用空间大地测量实测数据获得的环太平洋边缘相对运动速度的大小,单位mm/a)晚白垩世以来，亚洲东南部和太平洋之间构造格局的基本特征是在陆缘带形成一系列海沟、岛弧和边缘海。而太平洋西岸的北美则形成规模宏大的造山带，它呈反S形沿大陆西缘展布，其主体为科迪勒拉山系，由三条大致平行的山脉组成，东带是落基山脉，中带包括喀斯喀特岭和内华达山脉，西带为美国的海岸山脉。而南美则形成了以安山岩为主的安第斯山脉。与北科迪勒拉山脉相比，安第斯山脉造山带窄，内部构造简单，少有增生地体，形成大陆边缘型构造环境。这种构造格局的成因，许多学者给予不同的解释。70年代初，比较流行的看法是由于太平洋板块向大陆俯冲，导致东太平洋造山带的出现；导致西南太平洋岛弧的出现、弧后扩张和边缘海的形成；80年代中期,一些学者强调大陆的主导作用，大陆前部向海洋仰冲而产生岛弧隆起，其后缘因拉张减薄而发育边缘海盆地[1]，80年代初期,另一些学者则把西南太平洋岛弧陆块的成因看作是太平洋古大陆在侏罗纪分裂，其碎裂块体不断向陆缘漂移、和陆地拼贴所致[2]，80年代到90年代初，愈来愈多的学者认为西南太平洋的构造格局形成是以亚洲大陆东部的解体和陆缘带的构造扩张为主要背景的[3-4]。古磁极背景盖保民（1991）把板块演化的问题，归结为洋陆演化的问题，也就是整个岩石圈演化的总问题，因此，洋陆演化的基本规律对岩石圈板块的演化也是起作用的[5]。下面，我们用古地磁极的方法，来分析一下中新生代以来的洋壳运动。洋底古地磁极性倒转现象的发现和系统测定为研究洋底地质历史和构造演化提供了重要依据[6]。Pitman和Larson先后于1974年[7]和1982年[8]编制了第1代和第2代洋底地磁条带图，制订了相应的古地磁极性年表。第2代图清楚地展现了从洋脊到大陆边缘大体上连续增生的过程。1989年Cande等人又合编了第3代全球洋底磁条带图[9]，填补了许多空白。据现有资料,共划分出49个增生区,其中太平洋18个，共划分为6个增生期，由老到新，依次标为(1),(2),(3),(4),(5),(6)期，对应的距今年代分别为：156.6，137，97，58，36，10Ma。见图3。（图3）全球海底（马宗晋（1998）引用文献【2】中pitman（1974）的图为基础）第1项Pn,An,In分别代表太平洋系统、大西洋系统和印度洋系统,下角标n为系统内序号;第2项(I~N),为该区增生起止年代(分期序号).例:P1(2~3),即太平洋1号区,其增生年代为第2至第3期研究表明,太平洋洋底是从距今160Ma左右的中侏罗纪开始增生的[10],此为第Ⅰ构造变动幕的开始后,在137Ma左右、97Ma左右、58Ma左右、36Ma、10Ma左右又依次经历了第Ⅱ,第Ⅲ,第Ⅴ,第Ⅵ,第Ⅶ变动幕（图4）。其中第Ⅲ幕构造运行是一次全球性的重要构造变动,地质年代相当于白垩纪,大致与大陆中生代晚期强烈造山造陆运动相当。（图4）海底各单元增生年代图（马宗晋（1998））太平洋底增生构造格局很复杂,西太平洋洋底在第(3),(4),(5),(6)各期均有分阶段的小区局部增生和岛弧的形成与俯冲运动;而东太平洋洋底则主要是第(3)(5)期基本连续的增生过程被第(6)期现代洋脊增生替代所表现为巨大变格运动；P4，P5与P1的关系非常重要,因为它们是北太平洋洋底的主体。根据P4,P5内部磁条带结构和排序,应当是P5从东侧，P4从北侧分别向古太平洋中心推进，后期由于阿留申白令海洋底板块向南和北美板块向西的掩覆推进,使其早期洋脊被盖在大陆之下。但P4,P5与P1的接触关系则很不清楚,只看磁条带的年代，似有连续的可能,但结构走向则难以相连，加之彼此间尚有较大的无资料空间，只能在其间标以醒目的不连续边界。此边界不一定是巨大断裂，也可能是复杂镶嵌的“不整合”带。尽管如此，太平洋区第(1),(2)增生期与第(3)增生期之间有一次剧烈改变是确定无疑的；P13(5),P14(5),P15(5)和P16(5)都是西南太平洋在第(5)增生期出现的一些局部海域增生区,鄂霍茨克海和日本海也主要是在此期形成的.从探明的化石洋脊及磁条带结构来看,P13,P15早期及P16等海域仍是近东西向和近南北向张裂,而P15后期海域和日本海、鄂霍茨克海以及平行克马德克列岛西侧的P14即西太平洋岛弧后海域则呈现北东走向的张裂；P17(5—6)紧挨着南美洲最南段的西海岸,是分隔P11和P12的一个新洋脊增生区,转换断层近东西走向,南北走向的洋脊以左行错动由东南向西北逼近P18(6)的洋脊,有构成所谓“三联点”的趋势；第(6)增生期,在西太平洋区早期复杂的岛弧海域分割的格局上,又新生了很局限的P20(6)和P21(6)新洋脊增生区。其内部磁条带结构很复杂,可能是伴随印度尼西亚岛弧—新几内亚岛链和斐济。克马德克岛弧体系呈现巨型左旋扭错运动而出现的扭错张裂区；总之,太平洋海底东西增生格局差异很大。东太平洋残留的主要是从第(3)期开始以来的增生区,大格局完整清晰，(5)，(6)期之间的第2幕变动造成巨大变格;而西太平洋一系列岛孤海域的增生区很分散,很局限,第(3)，(4)，(5)，(6)增生期都有小规模、短时间的增生活动。从洋底海底增生的情况，可以显示出大洋中脊运动的各个不同时期，甚至能够推断出环太平洋东西两岸成矿带的不同形成时期。地球动力学背景为了深化环太平洋造格局形成背景的认识，采用地球物理方法获取深部构造信息，探索其地球动力学过程是十分有意义的。随着空间技术的迅猛发展,国内外利用地球卫星重力资料，通过地球重力场模型计算，研究地球内部结构已取得很大的进展，不断推出高阶次的重力模型。近年来国内一些学者[11-12]利用重力场球谐系数来反演地球深部结构、地幔对流、板块运动，这为探索地球动力学找出了一条新的方法。利用GEM10C地球模型的位系数计算得到的中国东部及邻近海域的卫星重力异常图（图5）,2~10阶基本上反映了600km以下深部地幔物质密度异常信息及其物质运动趋势。图上可见亚洲大陆东部为一负异常区,成都附近有一个-1510-5m.s-2的低值中心,代表地幔深部的发散地带,在相邻的西太平洋和边缘海则出现10×10-5m.s-2~20×10-5m.s-2的正异常区,尤以南海之南的加里曼丹岛异常值最大,这里是地幔物质流的汇聚范围。图像显示从亚洲东部有一个指向西太平洋的地幔应力场,它拖曳着亚洲东部岩石圈由北西向南东作不均一的运移,这就是亚洲东部陆缘带发生分裂、陆壳碎块向西太平洋漂移的深部因素,也是陆缘带出现构造扩张的地球动力学背景。（图5）亚洲东部陆缘带及邻近海域2~10阶卫星重力异常在低阶卫星重力异常图上(图6)，北美西部陆缘带显然不同于亚洲东部，两者异常带正好倒