世界经典造山带:阿尔卑斯-喀尔巴阡大地构造演化


一、概 述
 
晚侏罗-早白垩地中海地区,非洲和劳亚古陆之间大西洋中部的扩张引起的左行转换,标志着阿尔卑斯造山旋回的开始。
晚白垩世至中古新世为早阿尔卑斯造山运动。特提斯中部和西部海盆的闭合,意大利-迪纳拉地块和迪纳拉-海里尼克-南庞提(South Pontides)俯冲体系之间碰撞,使得南庞提(Pondes)特提斯海的蛇绿岩在赛诺曼期仰冲到阿纳托利-陶瑞(Anatolid-Tauride)台地之上。特伦斯瓦尼亚(Transylvanian)-潘诺(Pienid)海的闭合,使得达西第斯地块变形前锋向北围绕着稳定地台,向东连接到北泛高加索地块逆冲前锋上。阿尔卑斯域,彭尼内-皮埃蒙特洋的逐渐闭合,奥地利-阿尔卑斯俯冲体系与彭尼内断块之间碰撞,沿着中阿尔卑斯和东阿尔卑斯北缘发育了新的俯冲带。
 

阿尔卑斯褶皱系主体构造格架图
(据Pich,1996修改)
 
始新世到早中新世为主阿尔卑斯造山期。非洲-阿拉伯板块与欧洲板块的汇聚引起了地壳的缩短,形成海里尼德山、迪纳拉山、喀尔巴阡山和阿尔卑斯山。奥宝兰(Alboran)-卡贝里(Kabylia)-卡拉布里(Calabria)地块与伊比利亚板块东南边界的碰撞。阿尔卑斯构造域,基底卷入的奥地利-阿尔卑斯(Austro-Alpine)和彭尼内(Penninic)推覆体侵位于北欧的大陆架上,造成上地壳的滑脱、下地壳和上地幔物质的A型俯冲。
中新世-上新世为晚阿尔卑斯造山期。晚阿尔卑斯造山期是指从早中新世伯迪加尔(Burdigalian)时期一直到现今,非洲-阿拉伯板块和欧亚板块继续汇聚。阿尔卑斯-地中海造山系各自褶皱带的构造持续活动,横推断层(transcurrent fault)和地中海小洋盆的发育,是晚阿尔卑斯构造发育的显著特征。
 
二、晚侏罗世新特提斯洋的关闭
 
阿尔卑斯地区,在南彭尼内-皮埃蒙特-里古瑞(SouthPenninic–Piedmont-Ligurian)海快速打开的同时,瓦莱斯(Valais)-北彭尼内(North Penninic)-内喀尔巴阡(Intra-Carpathian) 海槽在晚侏罗纪拉张转换运动中逐渐稳定。
晚侏罗纪,特提斯北部的大陆架已基本形成,在彭尼内(Penninic)深海槽的边部,地块浅部为碳酸盐沉积,包括大量来自附近布莱安康(Brianconnais)高地的沉积物。当特伦特(Trento) 和朱利亚(Julia)地块被淹没的时候,卢卡尼亚-卡姆潘尼亚(Lucania-Campania),拉提阿姆-阿布鲁兹(Latium-Abruzzi),阿普里亚(Apulia),喀斯特(Carst),和派力高尼亚-高里加(Pelagonia-Golija)地块也变为稳定碳酸盐沉积区。
 

晚侏罗世(牛津-提塘期)构造格架再造图
(据Ziegler,1988修改)
 
晚侏罗纪非洲板块和意大利-迪纳拉(Italo-Dinarid)海角的平移转换,导致迪纳拉-海里尼克(Dinaric-Hellenic)洋逐渐变窄,以至停止扩张。沿派力高尼亚-高里加微古陆的西部和东部边缘的压性变形非常明显,晚侏罗纪和侏罗纪-白垩纪,分别发生了蛇绿岩套逆冲到派力高尼亚-高里加微古陆上。此外,有证据表明在迪纳拉-海里尼克海边缘,沿着巴尔干半岛一带存在原始消减带。
晚侏罗-早白垩世地中海地区的演化,是由非洲和劳亚古陆之间大西洋中部的扩张引起的左行转换作用所控制的。白垩纪最早期意大利-迪纳拉(Italo-Dinarid)海峡被动碰撞,奥地利-阿尔卑斯(Austro-Alpine)地区和欧洲南部边缘,及随后从非洲板块拆离下来的地块发生旋转,标志着阿尔卑斯造山旋回的开始。
 
三、晚白垩世-中古新世(早阿尔卑斯造山运动)
 
晚白垩世南大西洋-印度洋的张开引起了非洲漂移模式的改变,非洲大陆逐渐与劳亚大陆汇聚,导致了特提斯中部和西部海盆的闭合。南彭尼内海从阿尔比期到土伦期的闭合,与随后的阿尔卑斯俯冲系和欧洲克拉通南部被动边缘的碰撞,都伴随着挤压应力向欧洲克拉通中的传递。这些压力引起了晚白垩世森诺期到中古新世的板块内部的主要压缩和压扭变形(Ziegler,1987)。
 

晚白垩世(土伦-坎佩尼期)构造格架再造图
(据Ziegler,1988修改)
 
一些学者认为在晚白垩世末期,海平面已上升至最大,约高于现在水平面110-300m,导致了海水越过了盆地的边界,重新开通了较冷水的北冰洋、巴伦支陆架和西西伯利亚地台海和暖水的北大西洋和特提斯洋之间的联系。
在晚白垩世海进时期,广泛的碳酸盐台地占据了特提斯陆架的北部和南部。在欧洲西部、中部和东部大量早白垩世陆地区域逐渐被淹没,产生了广泛清水台地条件和白垩岩系沉积。
早期阿尔卑斯造山旋回在这里被定为“Spannii”——晚白垩世至中古新世期间。位于东部地中海区域的特提斯海的逐渐闭合,意大利-迪纳拉地块和迪纳拉-海里尼克-南庞提(South Pontides)俯冲体系之间碰撞,并向东传播。在迪纳拉(Dinarides)和海里尼德(Hellenides),缺少内推覆体,并且南庞提(Pondes)特提斯海的蛇绿岩在赛诺曼期仰冲到阿纳托利-陶瑞(Anatolid-Tauride)台地之上。
在内喀尔巴阡地区,阿尔比期和整个晚白垩世,达西第斯(Dacides)地块内部压缩变形和特伦斯瓦尼亚(Transylvanian)-潘诺(Pienid)海的闭合,达西第斯地块变形前锋向北围绕着稳定地台,向东连接到北泛高加索地块逆冲前锋上。在晚白垩世时期,广泛的同造山运动复理石系列沉积于喀尔巴阡-巴尔干前渊。在侧向上,在稳定的前陆地区变为碳酸盐岩台地。古新世海退,华力西褶皱带全部出露水面,喀尔巴阡-巴尔干前渊持续发育复理石系列沉积,奥宝兰(Alboran)洋盆闭合。
 

古近纪(古新世)构造格架再造图
(据Ziegler,1988修改)
 
在阿尔卑斯域,彭尼内-皮埃蒙特洋的逐渐闭合,阿尔比至土仑期达到顶峰,奥地利-阿尔卑斯俯冲体系与彭尼内断块之间碰撞,沿着中阿尔卑斯和东阿尔卑斯北缘发育了新的俯冲带。北彭尼内盆地的叠瓦作用和局部俯冲之后,造山作用前锋可能于晚土伦至早赛诺曼时期到达了阿尔卑斯东部和喀尔巴阡北部的被动瑞士陆架边缘。这可能伴随一个位于彭尼内-瑞士边界的真实A式俯冲的发育。
 
四、始新世到早中新世(主阿尔卑斯造山期)
 
始新世至渐新世非洲-阿拉伯板块与欧洲板块的汇聚引起了地壳的缩短,海里尼德山、迪纳拉山、喀尔巴阡山和阿尔卑斯山的形成,同时伴随着奥宝兰(Alboran)洋的闭合,以及在晚始新世时期奥宝兰-卡贝里(Kabylia)-卡拉布里(Calabria)地块与伊比利亚板块东南边界的碰撞。
 

古近纪(晚渐新世)构造格架再造图
(据Ziegler,1988修改)
 
1 阿尔卑斯-喀尔巴阡褶皱带
在阿尔卑斯构造域,主阿尔卑斯造山期,基底卷入的奥地利-阿尔卑斯(Austro-Alpine)和彭尼内(Penninic)推覆体侵位于北欧的大陆架上,造成上地壳的滑脱、下地壳和上地幔物质的A型俯冲。到早中新世,阿尔卑斯和北喀尔巴阡推覆体基本推覆到了现今的位置。
始新世-早中新世,奥地利-阿尔卑斯和彭尼内推覆体仰冲于北欧克拉通的边缘上,并伴随着阿尔卑斯前渊(磨拉石盆地)的发展。由于前进的推覆体系统施加在前陆地壳上的构造荷载作用,磨拉石盆地的中心向克拉通方向不断迁移。
始新世时期,广泛的同造山复理石序列沉积在盆地的南部近端,盆地的北部远端浅海碎屑岩和碳酸盐岩进积覆盖于中生界沉积序列上(这些中生代沉积序列在前陆挤压时期已经遭受强烈变形)。渐新世时期,在阿尔卑斯前渊的中部和西部,浅海和三角洲环境广泛发育,而深水环境在东阿尔卑斯和北喀尔巴阡的前渊持续存在。
 
2 东地中海地区
东地中海地区,迪纳拉-海里尼克(Dinarid-Hellenic)褶皱带受到主阿尔卑斯造山运动的强烈影响。始新世时期,喀斯特地块进入复理石海槽,其平行于前进的推覆体系统并最终在渐新世至早中新世推覆、褶皱。渐新世至早中新世,新推覆体侵位于迪纳拉-海里尼克地区,使得该地区发生广泛的高压、低温变质作用,以及大量地壳和上地幔物质的俯冲,可以由希腊和南斯拉夫地区发育完整的钙碱性同造山岩浆作用得以证实。
 

新近纪(中-中新世)构造格架再造图
(据Ziegler,1988修改)
 
主阿尔卑斯造山旋回中,东喀尔巴阡山和巴尔干地区地壳缩短量相对小于阿尔卑斯和迪纳拉-海里尼克褶皱带。另一方面,渐新世时期,在北庞提地区地壳继续缩短,并且在黑海盆地形成同造山复理石沉积。
亚平宁和迪纳拉-海里尼克变形前锋的快速传播说明在主阿尔卑斯造山旋回期内,意大利-迪纳拉海角受到东西向的挤压作用。晚渐新世至早中新世时期,迪纳拉-海里尼克已经运动到现今的亚得利亚海位置,这样亚得利亚盆地开始呈现出今天的形态。
伊奥尼亚(Ionian)海盆以薄壳为特征,这个存在很大争议的特征在恢复东地中海演化的不同模型中起着重要作用。地球物理证据指示伊奥尼亚海下面要么存在薄层的陆壳,要么存在着真实的洋壳。
 

新近纪-晚中新世(墨拿西期)构造格架再造图
(据Ziegler,1988修改)
 
五、中新世-上新世(晚阿尔卑斯造山期)
 
晚阿尔卑斯造山期是指从早中新世伯迪加尔(Burdigalian)时期一直到现今,非洲-阿拉伯板块和欧亚板块继续汇聚。通过对北、南阿尔卑斯前陆宏观和微观构造的古应力场的研究,以及震源机制解,可以证实欧亚板块和非洲-阿拉伯板块之间的右旋扭动观点。阿尔卑斯-地中海造山系各自褶皱带的构造持续活动,横推断层和地中海小洋盆的发育,是晚阿尔卑斯构造发育的显著特征。
 
1 地中海地区
晚阿尔卑斯造山期,由于欧洲和非洲-阿拉伯板块汇聚,地中海盆地与外围海部分或者暂时的完全隔离。中中新世地中海地区奥基若-普柔文考(Algerian-Provencal)盆地(APB)和伊奥尼亚(Ionin)盆地张开,形成小洋盆。晚中新世墨西拿(Messinian)时期这些盆地产生了高盐分沉积。但是,当时的冰川作用引起的海平面波动可能打破了这个限制。在墨西拿时期,爱琴海和黑海(准特提斯Para-Tethys Basin)之间可能形成了短暂的连通,即通过博斯普鲁斯海峡和东地中海和印度洋之间的红海和苏伊士湾连通。
    地中海盆地内水流的限制和高蒸发率,引起了盐度的快速增加,以及在浅地台区碳酸盐岩沉积和硫酸盐岩的沉积,岩盐厚度达到2000m。主要的墨西拿盐盆有奥基若-普柔文考(Algero-Provencal)盆地、伊奥尼亚海、利闻廷(Levantine)盆地。
 
2 阿尔卑斯-喀尔巴阡山褶皱带
渐新世-早中新世北喀尔巴阡和迪纳拉的主地壳运动后,潘诺盆地地区隆起,广泛的钙碱性火山物质喷发,喀尔巴阡期至萨尔马提期(17.5-10.5Ma,late Burdigalian to early Tortonian)的伸展作用引起盆地的沉降,例如潘诺盆地、特兰西瓦尼亚盆地。在这些盆地中,中-晚中新世期间在浅海地区(部分深水区)堆积了大量碎屑岩。随着碎屑流的充填和沉降率的降低,这些盆地在上新世和第四纪逐渐变浅。在早中新世晚期到晚中新世早期强烈的裂谷作用之后,火山活动逐渐减弱,区域开始大范围沉降。伸展和扭动构造周期性的被挤压变形打断,从中新世这种伸展和扭动构造一直持续至今。上新世和第四纪火山物质中含有碱性玄武岩。
新近纪和第四纪,潘诺盆地的深部位置沉积物厚度超过了4000m,在最深的地堑处达到了7000m。上新世初始,形成了湖相和陆相沉积格局。喀尔巴阡山外围的逆冲作用是与潘诺盆地的沉降同时期的。沿着北喀尔巴阡山外部逆冲断裂的活动在晚中新世停止,东喀尔巴阡山于上新世时期停止活动。
东喀尔巴阡山新近纪地壳缩短量巨大,估计可达到100km以上。同期潘诺盆地地壳伸展量明显小于前者的缩短量,这点可以从新近纪断裂地震反射数据上看出。潘诺盆地莫霍面深度范围在25-30km之间,在喀尔巴阡和第那里德褶皱带达到45-60km。
潘诺盆地的次级盆地的沉降是与早中新世晚期年轻的地壳伸展以及晚中新世和上新世-更新世下地壳减薄有关。后者是因为部分幔源岩浆底垫于壳-幔边界的结果,并且引起了莫霍不连续面的上升。两个过程都引起了地壳的强烈减薄,并使中央潘诺(Central Pannonian)盆地快速线性沉降,甚至现今仍然以上升热流为特征。
(参考文献略)
本文据(李江海,2022,《世界地质学》(讲义))修改补充
到顶部