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第7章 大地构造运动(2)

湖泊与湖盆

发育湖泊的决定要素是汇水储水的盆地即湖盆,第二是水有来源。湖盆的形成则有多种原因。

构造湖盆常处于地表的断陷带或裂谷带内,如沿东非裂谷(可分东支和西支)发育的湖盆,俄罗斯境内里海、贝加尔湖等。我国的云南省在昆明附近和大理附近发育两个近南北向的盆地群,其中的滇池和洱海都是构造湖盆。昆明西山龙门陡崖实为一断层崖,崖下即滇池;大理城外点苍山东麓的山前断裂即为洱海西界。

火山湖盆是由火山作用造成的,它分为两个亚类。一种是火口湖,即火山喷发停止后火山嘴积水成湖,如吉林长白山主峰白头山的天池,二是火山喷出物将河谷堰塞成湖,如黑龙江省的镜泊湖。

河成湖盆是河流发生弯曲改道、废河道两端淤塞造成的湖盆。通常认为这样的湖盆集中于两个带,一是长江中下游地带(含汉水流域的湖盆),二是北起天津南迄杭州的沿海带。不过,从历史上看,该地的许多湖盆(如鄱阳湖、洞庭湖等)早期都经历过断陷盆地阶段,现今的长江河道发育也受基底中断裂的影响,因而称复合成因的湖盆可能更恰当。

冰川湖盆的形成是由冰川的刨蚀造成的。在山岳冰川区,原冰斗洼地区可积水成面积不大的冰斗湖;大陆冰川区则形成顺冰流方向排列、深浅不一的窄长湖盆。冰川或冰碛物把河流堵塞可形成湖,如新疆天山上的天池;四川西昌城郊的筇(qióng)海,也有人认为是冰碛物堰塞而成。

风成湖盆与风有关,风在吹扬风沙的同时,既可掘地成湖,也可堆沙成湖。湖盆呈圆或椭圆形,顺风向延展。西北及内蒙古的湖大多属此,如居延海,吐鲁番盆地内的罗布诺尔。

地震——非永久性变形

地震是极具破坏性、毁灭性的地质灾害,许多大地震今天说来仍令人心碎和胆寒。1755年11月1日葡萄牙里斯本地震,六分钟之内全城倾覆。1906年4月18日美国加利福尼亚地震,使旧金山市遭灭顶之灾。1960年5月21日至25日智利地震使智利的地形地貌几乎完全改观,海面上出现4.5米高的巨浪,远达美国、新西兰、菲律宾、日本等地。1976年7月28日我国唐山地震,24万生命殁于瓦砾,16万人顿成伤残。

构造地震是地壳深处积聚的能量突然释放的结果,一旦积聚的弹性应力超过了岩石的极限强度,岩石就会突然破裂,产生一个冲击力。这种地下冲击以弹性波的形式向四周传播,称地震波,可分为3种。振动方向与地震波前进方向一致的称纵波,平均速度8~10km/sec;振动方向与地震波前进方向垂直的称横波,平均速度4~5km/sec。地震台可根据收到这两种波的时差及它们穿过地壳各岩层的折射和反射情况计算震中的距离和震源深度。还有一种地震波叫地面波,振动方向与重力方向一致,由震中向外传播,速度最慢(一般小于1km/sec),但对地表的破坏和人类的生存危害最大。

构造地震是深部的岩石破裂引发的,地震又使地表形成规模不等的破裂带。我国最早研究的地裂缝是1954年2月11日甘肃山丹地震,在震中区的地表形成一条长达20千米的大破裂带,由许多裂逢组成,走向近北西西,与当地的主构造线近于一致,也与山脊的延伸方向一致。1891年日本的美浓一尾张地震,在地表形成近百千米长的破裂带,断裂两侧的相对水平位移达4米,局部地区的垂直位移可达7米。在地震波及的广大区域内(常以万平方千米为数量级),岩层只是传递应力(弹性波传播的介质)并没有造成永久性的变形(除形成地裂缝的震中区外)。

地震不但发生在陆地上,还发生在海洋里,伴随以海浪高达十几米的海啸。海震常使海底地形发生改变,使铺设好的海底电缆发生折断和移动。因海底电缆的折断而发现了深海浊流活动,引出了沉积学上的一个全新概念:原来认为因地壳的振荡运动而形成的韵律式沉积实际上是快速的侧向加积的产物。

褶皱——连续性变形

在野外考察岩层,不但能看到它们是平展展地一层叠一层的产出,也可看到它们已发生了弯曲,但岩层的连续性和完整性还没有破坏,这个称褶皱变形。单个的弯曲称褶曲。如果我们假想一个面把褶曲分为对称的两个部分,可发现这个面可能是直立的、歪斜的甚至是平卧的。有时这个面不是平面而是曲面,说明岩层已经受了最少两期褶皱变形。按地层的新老关系把褶曲分为两类:老地层位于核部、新地层位于两翼的叫背斜,即地层相背而斜;新地层位于核部、老地层位于两翼的叫向斜,即地层相向而斜。

连在一起的一系列褶曲组成的褶皱,褶皱的规模不等,形态各异,还常能见到大褶皱里套着小褶皱,新褶皱里包着老褶皱;大多数褶皱表现为曲线,飘逸流畅,也有的褶皱表现为折线,棱角分明,挺拔俊秀。尤其是在由不同颜色、不同粒度的岩层间互的情况下,褶皱像是大自然的墨宝,为许多奇石爱好者观赏和收藏。

几百米甚至上千米厚的岩层能发生这样强烈的褶皱,层间滑动起了决定性的作用。就像弯曲一本书那样,在平行书脊的方向上很容易使书弯曲,因为书页间互相滑动,要使书脊发生弯曲就困难了。这类褶皱称弯曲褶皱,岩层的层面没有受到破坏。岩层在高温高压下发生粘滞性流动也可以形成褶皱,其形态复杂,形状无一定规律,称流动褶皱。这类褶皱中岩层的原始层面已遭破坏。

说褶皱是连续性变形也只是相对的,因为整体的连续中还包含着局部的不连续,如褶皱的转折部位常有规模不等的张裂隙发育,此外,还有一种剪切褶皱,由一系列与层面不平行的剪切面发生有规律的差异活动而造成。

断裂——不连续变形

断裂顾名思义指的是岩层被断错或发生裂开。按照断裂发育的程度和两侧的岩层相对位错的情况把断裂分为三类。一类叫劈理,是微细的断裂变动,还没有明显破坏岩石的连续性。最常见的劈理是在褶曲的核部发育的轴面劈理,常呈扇形(以褶皱轴面为对称轴)。第二类称节理,是岩层发生了裂开但两盘岩石没有发生明显的相对位移的断裂变动。按它形成的力学性质,节理可分为张节理和剪切节理。节理常成组出现,如“X”形的共轭节理。如果断裂两盘的岩石已发生了明显的相对位移,则称断层,是最重要的一类断裂。

按两盘相对运动的方向可把断层分为基本的三类:正断层、逆断层和平推断层。上盘相对下降、下盘相对上升的断层称正断层,断层面倾角一般较陡。上盘相对上升、下盘相对下降的断层是逆断层,断层面倾角变化较大,从陡倾到近水平。一系列低角度逆断层组合起来,被冲断的岩片就像屋顶上的瓦片那样一个叠一个,可形象地称为叠瓦状构造。如果断层两侧的岩石不是沿断层面上下移动而是沿水平方向移动,则称平推断层。如果把这三类断层与形成的构造应力联系起来,通俗地说,正断层由拉张应力引起,逆断层是挤压应力的结果(故常造成地壳的缩短),平推断层则与剪切应力有关,其断层面常近直立。

这里说的是脆性断裂情况,其断裂面是看得见摸得着的。还有两类断裂的断裂面则是看得见却不一定摸得着的。塑性断裂是岩石塑性变形的产物,像流劈理,是因片状或板状矿物的平行排列而使岩石能够分裂成许多平行薄片的构造。粘滞性断裂是岩石在高温、高压下发生粘滞性流动的结果,原岩的结构已完全破坏,原来组成岩石的矿物发生转动并伴有重结晶和再排列作用,形成片理、片麻理和新生面理等。因此,说断裂是不连续变形同样只具相对的意义。

大陆裂谷

裂谷是大陆上的裂缝和谷地(当然是指构造成因的)。最着名的大陆裂谷是东非大裂谷,其中一段是英国人格里高利在那里研究的,称格里高利裂谷,裂谷这一词也是他用的。它南起莫桑比克海峡,向北分为东、西两支,在坦桑尼亚、扎伊尔、赞比亚等国境内发育最好,里面充填碱性火山岩,地貌上则呈现为一系列狭长的断陷湖,向北延绵进入红海。大地构造单元上,非洲的主体是一古老地块(常称为克拉通),所以东非裂谷是非洲克拉通上发育的裂谷。别看它今天不太宽,随着拉张应力场继续,它就会越来越宽,火山活动由碱性的变为拉斑玄武岩,说明大陆地壳越来越薄了。一旦大陆地壳被拉断了,洋壳出来了,就成了红海。再发展下去,就是海底扩张,东非与西非作相背的运动,逐渐在这中间出现一个宽阔的大洋(像大西洋那样),原来的非洲大陆就变成被大洋分隔的两个大陆了。

在欧洲境内也有发育的裂谷,德国西部的莱茵河谷代表一种裂谷构造,因为是德国人研究的,他们用了一个德文词“graben”来称呼它,中文译为地堑。在法国和德国中部都有类似的构造发育,构成地堑系。它们也是近南北向延伸的,里面也充填碱性玄武岩。与东非裂谷最大的不同是裂谷的构造背景,莱茵地堑不是发育在古老克拉通上而是发育在年轻的阿尔卑斯造山带上。

那么,这种年青造山带上发育的裂谷能不能发展成洋盆?回答是肯定的。亚平宁半岛以西的第勒尼安海内已有新生洋壳出现,就是阿尔卑斯造山带上的裂谷进一步发展而来的。前面已提到意大利西海岸的活动火山带喷出的是高钾的碱性岩,这反映第勒尼安海及周边地区现仍处于张裂中,第勒尼安海还没有向意大利之下消减(消减就以安山岩发育为标记了)。类似的另一个例子是科西嘉岛,原本它与法国连在一起,因为年青造山带上的裂谷活动才漂出来,成为地中海里的一个岛。

大陆边缘弧

如果你仔细看过世界地图,一定会发现一个醒目的构造,那就是西太平洋边缘的花彩弧般的岛弧,他就像是给大陆穿上了一条漂亮的镶边裙。自北向南,主要的弧有:阿留申弧、千岛弧、日本弧、硫球弧、吕宋弧和巽它弧等。弧的后方有弧后海盆,像白令海、鄂霍次克海和日本海等。弧的前方有海沟,一般都很深,像马里亚纳海沟,深度超过万米,把陆地上最高的山峰珠穆朗玛峰填进去,还差1000多米呢!

很早之前,大陆边缘弧这一现象就被发现了,但它的研究历史却相对较短。20世纪40年代前后,荷兰学者在东印度群岛进行研究(当时东印度群岛是荷兰的殖民地),发现了重力异常,认为是地壳下弯形成的。日本尽管是典型的岛弧,研究却起步得晚些。这使人想起一句俏皮话:上帝造了荷兰,荷兰人造了海岸。对东印度群岛的研究可誉为荷兰人造的第二个海岸。

板块构造的诞生开创了岛弧研究的热浪,因为这里是太平洋板块与亚洲板块等聚会的地方。所以这里肯定是新构造活动区,且以安山岩活动、深源地震多、地热梯度高等为特征。因为洋壳消减时的拖曳力,弧前常有一条窄而深的海沟(深度常在7000米以上),并成了重力、地磁、热流等地球物理异常的交替区。弧后可能出现拉张,故有宽阔的弧后海盆发育(继续伸展下去也会有洋壳出现)。火山弧在它转化过程中其位置当然也会变化,一般情况下它是向陆迁移,但也有向洋迁移的可能性。后者的情况下火山弧的大量火山沉积岩增生在大陆边缘上,形成非常宽阔的增生带。这是地史期间大陆生长的一种方式。只要工作做得仔细,你就会看到大陆被镶上了一条又一条的边,越向外镶边的时代越新。

东太平洋边缘的情况又有些差异。北美大陆,如我们前面讲的,是以圣安德列斯断层为代表的剪切边缘,南美大陆边缘则以安第斯山脉为弧的代表。那里,太平洋板块也在向南美大陆底下会聚消减,但消减的角度较小,因而不能形成开阔的弧后海盆,其他特征则与西太平洋边缘相似。据此可把大陆边缘弧分为两种:日本式的岛弧系和安第斯式的山弧系。

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