地球起源以及大陸的生長與破壞

萬天豐

中國地質(zhì)大學(xué)， 北京 100083

地球起源以及大陸的生長與破壞

萬天豐?

中國地質(zhì)大學(xué)， 北京 100083

早期的地球是45億年前從太陽系星云中的較重元素所組成的星子非均勻吸積、增生而成的。隕擊作用造成地表巖石撞碎，誘發(fā)地幔的超臨界流體或巖漿上涌，造成劇烈的火山爆發(fā)，并使地幔上部硅酸鹽中的氣體揮發(fā)分在固體地球表面聚集，逐漸演化成水圈、大氣圈。洋殼主要是由深部鐵鎂硅酸鹽巖大面積噴出地表所形成的拉斑玄武巖所組成，可能是隕擊作用所派生的片麻巖穹窿則造成了原始大陸地殼的核心。巖石圈板塊在18～16億年前開始形成。大洋與大陸板塊間俯沖作用和陸陸板塊間碰撞作用的應(yīng)變速率都是極低的, 它們可以造成巖石的局部破裂，但是韌性變形作用、變質(zhì)作用，以及巖漿與超臨界流體的貫入與冷凝卻使巖石愈合, 非但沒有使大陸被破壞與撞碎, 反而使大陸不斷地增生。亞洲大陸板塊就是從18億年前或16億年前到現(xiàn)代，由27個較大的古地塊及上百個小地塊，經(jīng)過14次板塊間的俯沖或碰撞而匯聚成的。至于大陸的破壞，則可能是地幔羽的隆升或巨大隕石撞擊所誘發(fā)的。

地球起源；圈層的形成；隕擊作用；俯沖與碰撞；大陸板塊的生長；大陸的破壞

1 地球的起源

現(xiàn)在學(xué)術(shù)界基本上認(rèn)為：早期的地球是從太陽系星云中的較重元素所組成的星子吸積、增生而成的[1-3]。地球表面巖石用Rb-Sr法測得其同位素年齡都是45.52億年[4]；近年來，利用鋨錸同位素法測定，它們的形成年齡約為46.1億年。許多學(xué)者因此推斷[5]，原始地球可能是以球粒隕石成分為主的星子聚集而成的，因為球粒隕石的硅酸鹽與鐵質(zhì)成分的比例為2:1，與地球幾乎一樣。這就是原始地球吸積假說的主要論點。

根據(jù)月球的演化資料判斷，這種隕石的大量撞擊使地球的質(zhì)量與體積不斷增大的吸積作用，大約僅僅持續(xù)了5 000萬年，以后隕擊作用便按指數(shù)方程的曲線特征快速地衰減。在最近40億年以來，星云階段早已結(jié)束，隕石撞擊地球的數(shù)量顯著減少。由隕石撞擊所造成的地球質(zhì)量的增大，總共只增加了1025g，即大約增加了地球總質(zhì)量的1/600(地球現(xiàn)在的總質(zhì)量為5.976×1027g)[5]。這就是說，近40億年來，大規(guī)模的吸積作用早就已經(jīng)結(jié)束，地球的質(zhì)量和體積都沒有發(fā)生過大幅度的變化，固體地球已經(jīng)定型。

近年來的研究發(fā)現(xiàn)，這種星子吸積作用很可能并不是均勻的過程，而是不均勻吸積作用的結(jié)果[6]。歐陽自遠(yuǎn)等[7-8]在繼承前人成果的基礎(chǔ)上，提出地球的增生主要經(jīng)歷了兩個階段，即非均勻吸積—多階段堆積模型。

第一階段由巨星子(直徑大于3 000 km)堆積成原始地球，形成相當(dāng)于現(xiàn)今地球質(zhì)量的70%～90%大小。巨星子是由金屬鐵組成的M群星子和類似于月球組成的L群星子構(gòu)成。在吸積、增生的同時，地球物質(zhì)在萬有引力作用下向中心聚集，體積縮小，壓力增大，放出熱量，使地球內(nèi)部物質(zhì)(相對均勻的富含鎂鐵質(zhì)的硅酸鹽)發(fā)生廣泛或全部熔融，從而導(dǎo)致物質(zhì)按照比重的不同沿著地球半徑方向發(fā)生分異和遷移。約占地球內(nèi)部物質(zhì)總質(zhì)量1/3的鐵，由于其比重較大，較多地聚集到地球的中心部位，遂形成以鐵鎳為主的地核。其余的硅酸鹽，就形成原始的地殼和地幔。密度較大的富鎂鐵硅酸鹽則相對下沉，并逐漸冷凝成為固體，構(gòu)成下地幔；密度稍小、與月球表層巖石成分相近的硅酸鹽(富含稀土元素、鉀、磷、鈾和釷)則浮到上部富集，形成原始的地殼——相當(dāng)于現(xiàn)今的中地幔過渡層(現(xiàn)位于地面下400～670 km)。原始地球的殼、幔、核都經(jīng)歷了分異熔融作用和圈層化的過程。原始地球基本形成的年齡約為44億年前，以后則一直比較穩(wěn)定，主要部分為固體狀態(tài)，并大致保持其重力均衡和圈層結(jié)構(gòu)的特征。

第二階段由較小的晚期星子(平均直徑約400 km)堆積到地球外層——鑲飾層。晚期鑲嵌堆積的星子主要是C群星子(碳質(zhì)球粒隕石)，也可能有一定數(shù)量的L群星子(低鐵球粒隕石)。它們堆積在冷卻中的原始地球表面上之后，也產(chǎn)生了分異作用，但顯然沒有發(fā)生過全部熔融，僅有部分熔融。這是根據(jù)現(xiàn)今全球上地幔和地殼橫向成分很不均勻的特征來推斷的。上地幔補(bǔ)給層以部分熔融的方式溢出地表，形成了以拉斑玄武巖為主要成分的地殼，即形成了與現(xiàn)代的洋殼成分相接近的原始地殼。

以晚期星子堆積為基礎(chǔ)的上地幔-地殼分異系統(tǒng)，自44億年以來一直在起作用。不過，阿萊格爾[5]則一直堅持“均勻吸積模型”，不認(rèn)為星子或隕石的聚集有什么階段性，認(rèn)為地球的圈層化完全是重力分異作用的產(chǎn)物。但是，均勻吸積模型無法解釋各大陸塊及上地幔的橫向不均一性問題。

眾所周知，太陽是由70%左右的氫、27%左右氦以及3%左右的其他100多種元素所組成的。顯然它是以最輕的元素為主，與太陽系原始星云的成分比較接近。地球的物質(zhì)組成是根據(jù)最常見的隕石-球粒隕石成分的類比、地球深部地震波傳播特征以及高溫高壓試驗的成果來推算的。地球的化學(xué)成分估算已經(jīng)得到公認(rèn)，都認(rèn)為地球與球粒隕石(它們絕大部分來自小行星帶，也即一顆類地行星的“半成品”)的化學(xué)成分基本相同。地球與其他類地行星(水星、金星、火星)相似，而與太陽的成分相差甚遠(yuǎn)，即是由34.6%的鐵、29.5%的氧、15.2%的硅、12.7%的鎂、2.4%的鎳、2.2%的鈣和鋁、1.9%的硫，以及1.5%的其他100多種元素所組成的，重元素明顯地比太陽多得多。

2 地球各圈層的形成

在始太古代(36億年前)，由于隕石仍經(jīng)常撞擊地球表面，使得薄弱的地殼不斷地被撞破，發(fā)生張裂，把地表的巖石炸飛，形成許多大型隕擊坑，導(dǎo)致地表質(zhì)量虧損，從而誘發(fā)地幔的超臨界流體或巖漿上涌，造成劇烈的火山爆發(fā)，并使地幔上部硅酸鹽中的氣體揮發(fā)分隨著巖漿大量噴出地表。由上地幔排出的氣體以二氧化碳為主，其次為氮氣和水蒸氣，它們構(gòu)成了原始大氣圈。至于后來大氣圈內(nèi)出現(xiàn)較多的氧氣，那是植物的功勞。大氣圈在44億年前基本形成，其質(zhì)量已達(dá)到現(xiàn)在的85%左右。以二氧化碳為主的大氣，起初其溫度曾經(jīng)達(dá)到500～600 ℃，大氣壓力相當(dāng)于現(xiàn)在地球表面的300倍，與現(xiàn)在的金星相近[5]。以后隨著地表溫度的下降，當(dāng)水蒸氣在低于臨界溫度之后，才逐漸凝結(jié)成液態(tài)水，進(jìn)而逐漸形成原始的海洋-水圈。據(jù)估算，假設(shè)地幔內(nèi)含有1%的水(實際上比這要多)，如果都釋放出來，可以使覆蓋整個地球表面的水深達(dá)6 000多米。當(dāng)然，地表可能還有一部分水是來自天外的彗星(冰塊)。

推測在43億年前， 地核(以鐵為主)已經(jīng)形成了3/4，其半徑為3 500 km 左右(圖1)。根據(jù)近代強(qiáng)地震的地震波探測結(jié)果，在穿過外核時，地震波的橫波無法顯示，說明它現(xiàn)在是處于液態(tài)的；而內(nèi)核則為固態(tài)的，縱、橫波均顯示了出來。地核外側(cè)的地幔則都是固態(tài)的，厚約2 900 km。其上部則為后來形成的很薄的拉斑玄武巖-斜長巖質(zhì)地殼。但是在地幔內(nèi)部巖石的晶體縫隙中超臨界流體的不規(guī)則流動仍十分強(qiáng)烈，即存在著地幔羽(mantle plume，國內(nèi)一些學(xué)者將此翻譯成“地幔柱”，這是不符合原意的)。

然而，至今地球上還沒有大面積地發(fā)現(xiàn)原始洋殼的巖石，只是在加拿大發(fā)現(xiàn)一些古大洋的殘片。它們的特征與地球的衛(wèi)星——月球表面的高原月巖-斜長巖類巖石的化學(xué)成分接近，具有大于40億年的年齡值?，F(xiàn)在至少可以說，最晚在38億年前左右，全球的陸殼也已經(jīng)開始形成。從此，地球上就存在著陸殼與洋殼的差異。在陸地上也開始出現(xiàn)剝蝕—搬運—沉積的地質(zhì)作用過程，低洼處則形成原始的大洋。只不過這時候海洋中的海水溫度較高，接近沸點，且呈酸性，具有很強(qiáng)的腐蝕性，但已經(jīng)開始發(fā)育低等的菌藻生物。流水的侵蝕作用比現(xiàn)代要強(qiáng)得多，而大氣仍是缺氧的狀態(tài)。南非的一個34億年前形成的沉積鈾礦床(Witwatersland)中，居然發(fā)現(xiàn)了經(jīng)過機(jī)械搬運而沉積的呈磨圓狀的晶質(zhì)鈾礦碎屑。大家都知道，晶質(zhì)鈾礦在氧化條件下是極不穩(wěn)定的，這就證明當(dāng)時的大氣和水體都不是處在氧化條件下，肯定沒有獨立的氧氣存在，而是處在還原條件下。

圖1 現(xiàn)代地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(地殼厚8～40 km, 地幔厚2 900 km, 地核厚3 500 km，其中外核為液態(tài)，內(nèi)核為固態(tài))

根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)資料來推斷，在新太古代(28～25億年前)和古元古代(25～18億年前)，70%～80%或更大面積的陸殼已經(jīng)形成。它們不規(guī)則地散布在固體地球的表面，形成以花崗質(zhì)巖類為主要成分的片麻巖穹窿，也即陸核(圖2)。它們就成為原始大陸的核心。俄羅斯學(xué)者對西伯利亞結(jié)晶基底的片麻巖穹隆(陸核，Eskola，1949年最早命名)構(gòu)造及含金剛石的金伯利巖的研究就很有價值(圖2)[9]。他們認(rèn)為，片麻巖穹隆是由隕擊作用所誘發(fā)形成的穹隆狀分布的花崗質(zhì)片麻巖。它們是隕擊作用所誘發(fā)的假說可能比較合理，也正是這些花崗質(zhì)的片麻巖穹隆控制了金伯利巖的分布。許多片麻巖穹窿成為構(gòu)成原始大陸的基礎(chǔ)與核心。不過，至今還沒有證據(jù)認(rèn)定它們在18億年以前就已經(jīng)具有比較完整的大陸巖石圈板塊的特征。

現(xiàn)在大陸地殼的平均化學(xué)成分[10](即克拉克值)與整個地球相比，差異極大。它是由45.2%的氧、27.2%的硅、8%的鋁、5.8%的鐵、5.06%的鈣、2.77%的鎂、2.32%的鈉、1.68%的鉀、0.68%的鈦、0.14%的氫、0.10%的錳、0.10%的磷以及0.95%的其他100多種元素所組成。氧、硅和鋁組成了以架狀和鏈狀結(jié)構(gòu)為主的鋁硅酸鹽陸殼主體；鐵鎂含量明顯較低，分別形成密度顯著較低、晶體結(jié)構(gòu)較松散的花崗質(zhì)巖石及少量鐵鎂質(zhì)巖石。以原巖為變質(zhì)的英云閃長質(zhì)花崗巖類(英云閃長巖-奧長花崗巖-花崗巖，TTG，tonalitetrondhjemite-granite)所組成的麻粒巖為主要成分，它們構(gòu)成了古大陸和現(xiàn)代大陸下地殼的主要巖石。至于大陸地殼上部的沉積蓋層及巖漿巖則是中元古代以來(最近16億年來)逐步形成的。

3 亞洲大陸板塊的形成

現(xiàn)在多數(shù)學(xué)者都認(rèn)為，全球開始形成大陸板塊是在古元古代末期(18～16億年前)[11-13]。全球多數(shù)大陸板塊是在18～16億年前定型的，并且在形成之后，其主體部分不再發(fā)生進(jìn)一步的強(qiáng)烈構(gòu)造變形，也就是說基本定型了，如北美板塊、南非板塊和南美板塊等。在那些板塊的主體部分，近16億年以來的沉積巖層大體上都保持著幾乎呈水平層理的狀態(tài)，幾乎沒有發(fā)生過較強(qiáng)的構(gòu)造變形。這就是40多年前板塊學(xué)說創(chuàng)立時期，不少學(xué)者以為巖石圈板塊都是“剛性”的主要原因。

然而，亞洲大陸巖石圈板塊，自古元古代末期到新構(gòu)造期(18億年前或16億年前到現(xiàn)代)，則是由27個較大的古地塊以及散布在39條增生-碰撞帶內(nèi)數(shù)以百計的小地塊逐漸拼合起來的[14](圖3)，共計經(jīng)歷了14次構(gòu)造事件。它們表現(xiàn)為完全不同的構(gòu)造活動特征、強(qiáng)度不等的板塊俯沖、陸陸碰撞或板內(nèi)變形，每次構(gòu)造事件的動力作用來源也都不相同。亞洲大陸及周邊的板塊運移方向不同，運動速度也不同，影響范圍及所造成的構(gòu)造變形的樣式、強(qiáng)度和差應(yīng)力大小都不相同，從而使亞洲大陸呈現(xiàn)出一種十分復(fù)雜、變化多樣的構(gòu)造格局。上述特征在全球各大陸板塊的構(gòu)造演化歷史中是十分獨特和罕見的。研究亞洲大陸巖石圈板塊復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史，是一件雖然困難卻很有意義的事情。

圖2 西伯利亞結(jié)晶基底片麻巖穹隆(陸核)構(gòu)造與主要的金伯利巖礦田[9]

4 為什么板塊間的俯沖、碰撞能使大陸增生？

自古元古代末期以來，亞洲陸塊群的27個大地塊以及數(shù)以百計的小地塊經(jīng)歷了14次活動特征不同的俯沖、碰撞、離散以及板內(nèi)變形的構(gòu)造事件，越聚越大，逐漸形成了全球最大的歐亞大陸巖石圈板塊的主體部分。它沒有解體，也沒有被撞碎，其原因是什么呢？

首先我們來探討一下洋-陸俯沖過程對大陸生長的影響。由于大洋型巖石圈上部平均密度(3.3 g/cm3)顯著地大于大陸型巖石圈上部的密度(2.7 g/cm3)，因而當(dāng)兩者匯聚時，大洋型巖石圈必然要俯沖到大陸型巖石圈之下。大洋巖石圈板塊以每年幾厘米到十幾厘米的速度(其平均滑移速度與我們?nèi)说闹讣咨L速度相近，每周約生長1 mm, 即每年平均移動5 cm多)向斜下方俯沖到大陸巖石圈之下的地幔中去，其應(yīng)變速率(ε)很低(n×10-16/s～n×10-15/s)，屬于流變作用的范疇[15]。洋陸之間的俯沖過程的確可能誘發(fā)強(qiáng)地震，產(chǎn)生一些斷層，并在俯沖帶附近的地殼內(nèi)誘發(fā)巖漿活動，但是由于其主要變形方式屬于應(yīng)變速率極低的流變作用，因而不可能造成大陸巖石圈板塊的整體破壞與裂解，最終其實只可能增加其強(qiáng)度與穩(wěn)固程度。

圖3 亞洲大地構(gòu)造單元區(qū)劃圖(深藍(lán)色點線以東地區(qū)為陸殼洋幔型巖石圈(厚70～80 km)，黃色點線區(qū)內(nèi)為增厚型大陸巖石圈(厚160～200 km)，其他地區(qū)為普通的大陸巖石圈分布區(qū)(厚100～150 km))

圖3中構(gòu)造單元編號：

1—西伯利亞板塊(16億年前形成)；

2—東西伯利亞海南緣侏羅紀(jì)碰撞帶 (2～1.35億年前形成)；

3—維爾霍揚斯克-楚科奇侏羅紀(jì)增生碰撞帶(2～1.35億年前形成)；

4—科累馬-奧莫隆板塊(8.5億年前形成)；

5—蒙古-鄂霍次克(或外貝加爾)侏羅紀(jì)增生碰撞帶(1.7 億年前形成)；

6—阿爾泰-中蒙古-海拉爾早古生代增生碰撞帶(5.41～4.19億年前形成)；

7—卡拉干達(dá)-吉爾吉斯早古生代增生碰撞帶(5.41～4. 19億年前形成)；

8—土蘭-卡拉庫姆板塊(4.2億年前形成)；

9—西天山晚古生代增生碰撞帶(3.85～2.60 億年前形成)；

10—巴爾喀什-天山-興安嶺晚古生代增生碰撞帶(3.85～2.6億年前形成)；

11—準(zhǔn)噶爾地塊 (14億年前形成)；

12—烏拉爾晚古生代增生碰撞帶(4.0～2.6億年前形成)；

13—完達(dá)山侏羅紀(jì)碰撞帶(1.7～1.35億年前形成)；

14—中朝板塊(18億年前形成)；

15—賀蘭山-六盤山晚古生代碰撞帶(約2.6億年前形成)；

16—阿拉善-敦煌地塊(18億年前形成)；

17—祁連山早古生代增生碰撞帶(5.41～4.0億年前形成)；

18—柴達(dá)木地塊(18億年前形成)；

19—阿爾金早古生代左行走滑-碰撞帶(5.41～4.0億年前形成)；

20—塔里木地塊(18億年前形成)；

21—塔中新元古代碰撞帶(8.5億年前形成)；

22—揚子-西南日本板塊(8.5億年前形成)；

23—皖南-贛東北-雪峰山-滇東新元古代碰撞帶(8.5億年前形成)；

24—秦嶺-大別-膠南-飛驒外帶三疊紀(jì)增生碰撞帶 (2.5～2.0億年前形成)；

25—紹興-十萬大山中三疊世碰撞帶(2.5～2.37億年前形成)；

26—華夏板塊(4億年前形成)；

27—東興都庫什-北羌塘-印支板塊(8.5億年前形成)；

28—中國南海新生代斷陷盆地；

29—巴拉望-沙撈越-曾母暗沙地塊；

30—西興都庫什-帕米爾-東昆侖晚古生代—三疊紀(jì)增生碰撞帶(3.6～2億年前形成)；

31—金沙江-紅河三疊紀(jì)碰撞帶 (2.52～2.01億年前形成)；

32—雙湖三疊紀(jì)碰撞帶(2.52～2.01億年前形成)；

33—昌寧-孟連-清萊-中馬來亞三疊紀(jì)碰撞帶(2.52～2.01億年前形成)；

34—南羌塘-中緬馬蘇板塊(5.1億年前形成)；

35—班公錯-怒江-曼德勒-普吉-巴里散北緣白堊紀(jì)碰撞帶(1.0～0.66億年前形成)；

36—岡底斯板塊(5.1億年前形成)；

37—雅魯藏布-密支那古近紀(jì)碰撞帶(約0.36億年前形成)；

38—喜馬拉雅地塊(約5. 1億年前形成)；

39—喜馬拉雅南緣主邊界逆掩斷層帶 (2 300萬年以來形成)；

40—印度板塊(約5.1億年前形成)；

41—高加索-厄?qū)紝吭錾鲎矌?約2.5億年和1.35億年前形成)；

42—安納托利亞-德黑蘭碰撞帶(1～0.56億年前形成)；

43—土耳其-伊朗-阿富汗板塊(約5.1億年前形成)；

44—扎格羅斯-喀布爾增生碰撞帶(1.3億年前形成)；

45—托羅斯增生碰撞帶(2 300萬年以來形成)；

46—阿拉伯板塊(約5.1億年前形成)；

47—阿曼增生碰撞帶(約1.3億年前形成)；

48—紅海裂谷帶(2 300萬年以來形成)；

49—西緬甸 (勃固山-仰光) 板塊(約5.1億年前形成)；

50—阿拉干-巽他俯沖-島弧帶(2 300萬年以來形成)；

51—巽他板塊(約5.1億年前形成)；

52—東加里曼丹-蘇祿群島增生碰撞帶(約1.3億年前形成)；

53—蘇拉威西海地塊(約5.1億年前形成)；

54—東爪哇地塊(約5.1億年前形成)；

55—北新幾內(nèi)亞島弧帶(2 300萬年以來形成)；

56—白令海盆(1.7億年～2 300萬年間形成)；

57—錫霍特-阿林-科里亞克白堊紀(jì)—古近紀(jì)碰撞增生帶(1.3億年前～2 300萬年前)；

58—鄂霍次克板塊(8.5億年前形成)；

59—阿留申-堪察加半島-千島群島-庫頁島-日本東北部新生代俯沖-島弧帶(4 000萬年以來)；

60—日本海新近紀(jì)斷陷盆地(2 300萬年以來)；

61—日本中央構(gòu)造線(白堊紀(jì)左行走滑斷層帶，現(xiàn)代為右行走滑斷層)；

62—本州南部-四國南部-琉球俯沖-島弧帶(2 300萬年以來)；

63—臺東縱谷左行走滑斷層帶(2 300萬年以來)；

64—菲律賓-馬魯古雙俯沖-島弧帶(6 500萬年以來)；

65—菲律賓海板塊(6 500萬年以來)；

66—伊豆-小笠原-馬里亞納俯沖與島弧帶(6 500萬年以來)。

從全球各地深部地震層析的結(jié)果來看，如非洲板塊(其北部為大洋型)俯沖到歐洲板塊之下[16]，印度-澳大利亞板塊俯沖到亞洲板塊之下[17]，太平洋板塊俯沖到亞洲板塊之下(圖4)[18-19]，全球大洋板塊向下俯沖的最大深度基本上是以中地幔過渡層(深400～670 km)為限。到達(dá)中地幔過渡層后，俯沖的大洋型巖石圈與大陸深部地幔物質(zhì)的溫度與密度就趨向一致，再向下去就很難用地震資料來辨別其兩者的差異了。曾有學(xué)者[20-21]做出法拉隆板塊俯沖到北美大陸板塊之下，深達(dá)核幔邊界附近(～2 885 km)或下地幔(～1 600 km以下)。不過對于這些地震層析的成果尚有不同的認(rèn)識，不一定可靠，至今未有定論。

看來，大洋板塊俯沖到大陸巖石圈的深部可能對于提高大陸巖石圈的穩(wěn)固性是有好處的，不可能造成大陸巖石圈的破壞與裂解。再說，至今在全球還沒有找到一個由于大洋板塊向大陸板塊之下俯沖而造成整個大陸被破壞與裂解的實例。

圖4 太平洋板塊向西俯沖的地震層析剖面[18]

那么，陸陸碰撞作用到底能使大陸增生，還是裂解呢？根據(jù)現(xiàn)有的古地磁與構(gòu)造變形的資料來看，由于各個大陸巖石圈的厚度顯著地大于大洋巖石圈，在陸陸匯聚、碰撞時，運移起來需要耗費更多的能量，又沒有海水作“潤滑劑”，因而，其匯聚速度明顯地小于俯沖速度，一般都小于6 cm/a (如喜馬拉雅碰撞帶古近紀(jì)以來的碰撞速度都在5～6 cm/a，秦嶺-大別碰撞帶的三疊紀(jì)匯聚-碰撞速度在1～2 cm/a之間)，匯聚時的應(yīng)變速率僅為n×10-16/s～n×10-15/s[14](即每秒變形量為億億分之幾)，為極低的應(yīng)變速率。它們在深部肯定都處在韌性變形和流變作用的過程，而不是快速、猛烈的撞擊作用，因而絕不會使地塊撞碎或解體。對于板塊構(gòu)造的流變過程中所謂的“碰撞”，一定不能按照日常生活中兩輛快速運動的車輛發(fā)生碰撞來理解。陸陸碰撞過程的速度與應(yīng)變速率通常都比板塊的俯沖速度與應(yīng)變速率更低一些，阻力更大一些，因而更不容易造成大陸的裂解。

當(dāng)然在碰撞作用過程中，巖石塊體內(nèi)必然會產(chǎn)生很多破裂(斷層與裂隙)。在碰撞帶內(nèi)部及其兩側(cè)部位的巖石處在相對的封閉系統(tǒng)中。在深部，如在中地殼低速高導(dǎo)層(地震波速較低、導(dǎo)電率較高層)、莫霍面或巖石圈底面附近產(chǎn)生的韌性斷裂會引起局部的減壓、增溫現(xiàn)象，一旦溫度增加到超過巖石的固相線時(一般深度在100 km以內(nèi))，就容易變成熔融的巖漿，形成局部的巖漿房，從而造成巖漿向上侵入或噴出的活動。巖漿在向上運移和擴(kuò)展其體積的過程中，消耗能量，溫度逐漸下降，以致在地殼內(nèi)(尤其在斷裂中)冷凝成侵入巖，或噴出地表形成火山巖?？傊?，它們都是優(yōu)先充填到構(gòu)造斷裂之中，使破碎的巖石固結(jié)起來。在斷裂帶內(nèi)，深部的超臨界流體也在向上運移的過程中逐漸冷凝、結(jié)晶，因而也可促使破碎的巖石固結(jié)起來。另外，深度在5～10 km之下的構(gòu)造變形都是韌性變形，同時也可形成各類變質(zhì)巖，使巖石因擠壓、碰撞而破碎的現(xiàn)象幾乎消失，巖石愈合的程度反而大為提高。

總之，在低應(yīng)變速率的擠壓、碰撞作用過程中，大陸巖石圈的構(gòu)造破碎現(xiàn)象是局部的、暫時的，巖漿、流體、韌性變形和變質(zhì)作用都會促使各種斷裂逐漸愈合與固結(jié)。所以大陸巖石圈在這種低應(yīng)變速率的碰撞過程中，最后的結(jié)果是陸塊的增生和增大，而不是撞碎和裂解。因而，巖石圈板塊的俯沖、碰撞作用所派生的強(qiáng)烈的構(gòu)造-巖漿作用，超臨界流體的運移、充填和冷凝，韌性變形和變質(zhì)作用，非但不會把大陸巖石圈板塊撞碎、破壞和裂解，反而使許多小地塊逐漸拼合起來。由此可見，一些學(xué)者[22-29]總以為太平洋板塊向西俯沖就可造成亞洲東部華北大陸被破壞和裂解的認(rèn)識，看來是不妥當(dāng)?shù)模彩遣环鲜聦嵉摹?/p>

總之，大洋板塊與大陸板塊之間的俯沖、大陸板塊之間的碰撞就成為大陸巖石圈生長的主要機(jī)制。

5 大陸板塊的破壞

至于為什么有時大陸板塊會被破壞與裂解？目前最有把握的資料是潘幾亞(Pengea)大陸的裂解。在古生代晚期(2.5億年前)形成了幾乎由全球大多數(shù)大陸板塊拼合起來的潘幾亞超級大陸，南北美洲、歐洲、非洲、大洋洲、南極洲與亞洲北部的各大陸地塊都拼合了起來，在地球上排列成近南北向的超級大陸。但是在2億年前，以非洲大陸西端為中心，此超級大陸發(fā)生了放射狀的裂解[30-32](圖5)。在西半球的北美洲、南美洲與非洲之間形成了放射狀張裂與拉斑玄武巖巖墻群(北美板塊的巖墻群走向為NW向，南美洲為SW向，非洲西部為EW向～SE向，巖墻內(nèi)鉀玄巖的同位素測年均為200 Ma左右, 誤差僅為1 Ma)，開始出現(xiàn)原始的大西洋，也即潘幾亞泛大陸開始張裂、解體。這就是說, 三疊紀(jì)時期東半球的地塊還在匯聚之中，而西半球的大陸地塊則開始裂解。此時西半球板塊的放射狀張裂與巖墻群可能是來自核幔邊界的地幔羽向上運移所派生的；當(dāng)然也可能是巨大隕石撞擊作用造成地表物質(zhì)虧損，誘發(fā)地幔物質(zhì)上升，形成地幔底辟而派生的。這兩種假說都是有可能的。不過，至今有關(guān)的證據(jù)尚不充分，暫時還不宜定論[15]。

圖5 三疊紀(jì)晚期(2億年前)潘幾亞大陸西半球與地幔羽相關(guān)的巖漿活動(據(jù)文獻(xiàn)[30-32]的原始資料改繪)

總之，地球是從太陽系星云中的較重元素所組成的星子非均勻吸積、增生而成的。巨大的隕擊作用在破壞地球表層，造成火山爆發(fā)，形成原始的大氣圈、水圈和陸核，以及大陸板塊的張裂過程中都起到了重要的誘發(fā)作用。至于亞洲大陸板塊的形成，則與周邊大洋板塊俯沖和小陸塊的不斷匯聚和碰撞作用有關(guān)。

(2017年1月6日收稿)

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(編輯：沈美芳)

Earth origin and continental growth

WAN Tianfeng
China University of Geosciences, Beijing 100083, China

The Earth in the early period (4.5 billion years before)was produced by the accumulation and accretion of the planetesimals, composed largely of the heavier elements, which had previously condensed from the solar nebula. The meteorite impact caused that the earth surface rocks against and crushed, evoked the supercritical fluid or magma uplift from the mantle, formed the violent volcanic eruption and let the volatile component concentrat on the solid earth surface, then let them gradually evolve to the hydrosphere and atmosphere. The oceanic crust was mainly formed by tholeiitic basalt, which was caused by the violent eruption of iron magnesium silicate rocks. The original continental cores were formed by gneiss domes, which may be also caused by the meteorite impact. The lithosphere plates were developed in 1.8～1.6 billion years ago. The strain rates of subductions between oceanic and continental plates or collision between continent and continent plates are all very low, which could be formed the partial fractures. However, the ductile deformation, metamorphism, magmatism and the injection and cooling caused the continents accretion continually. The Asian continental lithosphere plate was formed by 14 subductions or collisions, caused by 27 bigger ancient blocks and about hundreds small blocks from the 1.8 or 1.6 billion years ago to the recent. As to the continent destroyed, it may be caused by mantle plume uplift or giant meteorite impact.

Earth origin, spheres formed, meteorite impact, subduction and collision, growth of continental plate, continent destroyed

10.3969/j.issn.0253-9608.2017.03.007

?通信作者，E-mail: wan-tianfeng@163.com