岡瓦納古陸為什么會裂解？
中國科學院 梁光河
lgh@mail.iggcas.ac.cn
本文主體是基于2019年12月9日在中國地震局地殼應力研究所舉辦的第二屆大陸地殼動力學研討會上，筆者所做的主題報告“大陸漂移動力與地震成因機制”中部分內容修編而成。
1 問題的提出前人的研究結果表明，2.5億年前形成的超大陸板塊-盤古大陸（Pangea）其主體部分主要包括兩大部分，即北部的勞亞古陸和南部的岡瓦納古陸（圖1）。在之后的地質時期內它們都發生了大規模裂解，形成一系列較小的大陸板塊，它們漂移、碰撞、聚合，所有的造山造盆、地震、成礦等等過程都與此密切相關。Pangea 主體的重建位置有大量的地質、古地磁和古生物證據，為國際地學界所公認（趙國春，2017）。但華北、華南、塔里木、柴達木、羌塘、印支、滇緬泰東亞陸塊群的重建及與Pangea主體的關系卻存在很大爭議( 包括位置和時間) 。絕大多數重建方案認為：東亞陸塊群在260-220 Ma，仍游離于Pangea主體之外。直到220-150 Ma東亞各陸塊才相互聚合，但此時大西洋已經開始打開，Pangea已經開始裂解。也就是說，形成中國大陸的陸塊群并不在Pangea主體板塊之中。但岡瓦納古陸分裂后形成的非洲、印度、澳大利亞板塊等主要板塊和其他較小板塊比如羌塘、印支、拉薩等陸塊依次北漂匯聚到東亞南部，對中國大陸格局的形成起了決定性作用。
為什么岡瓦納會裂解成一系列大陸板塊？為什么它們會大規模漂移？這是地學界仍然沒有徹底解決的問題。本文基于新的大陸漂移模型，結合全球中新生代大陸漂移過程，期望能夠給出一個合理的解釋。
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2020-3-20 21:46 上傳
圖1 超大陸板塊(Pangea)主體部分板塊分布圖
（據趙國春，2017）
2 新大陸漂移模型根據作者提出的新大陸漂移模型（圖2），大陸板塊可以在熱力驅動下自己發生漂移，動力機制可以用傳統的伸展構造的形成機制和過程來解釋。這個推動力來自一個個連續的伸展構造形成過程。當地幔上涌推動兩側地塊向兩邊移動，處于中心的上涌地幔因上升最高首先凝固，而已經移動的地塊必然會在后面騰出空間，產生低壓誘發下面地幔進一步上涌，上涌的地幔再進一步推動地塊移動，這是一個連鎖反應過程。造成的結果是大陸板塊仰沖在大洋板塊之上發生漂移（相對大陸板塊，洋殼就是俯沖在大陸板塊之下）。在大陸板塊后面引起巖漿不斷上涌，巨大的巖漿熱動力推著大陸板塊往前跑。這個運動過程是基于大陸板塊首先發生裂解，產生了一個裂縫和巖漿上涌，在初始階段，大陸漂移與海底擴張一致，但洋中脊噴出的巖漿很快會被海水熄滅，因此海底擴張不能持續，但大陸板塊漂移后在其后面持續不斷地涌出巖漿并不斷被海水熄滅，這個熱力推動過程才能持續推動大陸板塊向前漂移。
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圖2 新大陸漂移模型
（梁光河，2013,2018）
該模型有如下特征：
（1）大陸板塊前部會產生逆沖斷層、造山帶、火山帶、地震帶；同時地殼流的上涌會在大陸板塊前部的部分薄弱帶出現伸展構造。其結果是大陸板塊前部會首先出現褶皺造山帶，之后隨著地殼流的上涌，每隔數十個百萬年就會周期性地發生造山后的重力垮塌和伸展構造，最終板塊前部可能發生裂解，形成微陸塊，它們隨之自動發生漂移（圖3）；
（2）大陸板塊后部處于伸展環境，產生巨厚沉積和正斷層；有時會發生裂解產生大陸碎片，這些碎片可大可小，它們如果達到一定的規模也會自發漂移。如圖3所示的新大陸漂移模型前部和后部在漂移過程中裂解平面示意圖。
圖3 新大陸漂移模型前部和后部在漂移過程中裂解平面示意圖
這個新的大陸漂移模型，不但能夠合理解釋大陸漂移的動力機制，也能對當前全球大洋中的條帶狀尾跡特征作出合理解釋（圖4）。這個模型也能合理解釋當前全球地震和中國地震分布特征。
圖4 東半球大陸漂移軌跡
及新大陸漂移模型
3 大陸漂移與板塊裂解比較大的大陸板塊漂移歷史上，在不同時期大都會發生前緣裂解、微陸塊漂移。例如，北美洲和南美洲大陸板塊，在100-40Ma時期，在其西側都發生了微陸塊的裂解和漂移（圖5a）。歐亞東緣從65Ma至今也發生了大規模的微陸塊裂解和漂移，包括海南島、日本三島、朝鮮半島、勘察加等陸塊都從歐亞板塊東側裂解后，沿不同路線發生了漂移,（5b），形成了目前的地理格局。從圖5c的地形地貌圖上也能清晰看出，澳大利亞大陸板塊自55Ma至今也發生了陸塊的裂離。非洲大陸板塊的漂移裂解過程稍微復雜，在100-40Ma期間馬達加斯加和伊朗地體從非洲東側裂解，伊朗地體向北漂移，馬達加斯加向南漂移。大約24Ma開始至今，非洲東側發生第二次裂解，形成目前的東非大裂谷和紅海（圖5d）。
圖5 較大板塊漂移歷史上
發生裂解漂移示意圖
以上的例子都發生在大陸板塊漂移的前部，事實上，在大陸漂移過程中，在其后部也可能發生陸塊的裂離，一個典型例子是印度板塊北漂過程中從其后部裂解形成的斯里蘭卡微板塊。
4 岡瓦納古陸裂解盤古超大陸裂解過程首先從中間東西方向開裂，時間大約為200Ma，形成北部的勞亞古陸和南部的岡瓦納古陸。從圖6的動畫示意圖中，可以看出岡瓦納古陸首先向北漂移，漂移過程中伴隨微弱左旋，之后發生大規模裂解，這個裂解過程中既有前部的裂解，也有后部的裂解，從而分裂出包括南美洲、非洲、印度、澳大利亞和南極洲等的大陸板塊，還包括不計其數的碎小微板塊。它們各自發生漂移，形成了目的的地質格局。
岡瓦納大陸的裂解除了新大陸漂移提供的動力機制，可能還存在隕石撞擊等影響因素。其裂解的中心點位于現在的南大西洋，裂解的時間大約140Ma。
圖6 岡瓦納大陸裂解過程示意圖（據星球研究所）
5 結論巨型大陸板塊漂移過程中，其前部會首先形成褶皺造山帶，隨后出現伸展構造發生陸塊裂解和漂移，其后部因大陸漂移的驅動力來自一個個連續的伸展構造，也可能會發生裂解，產生新的大陸板塊，它們各自漂移。岡瓦納古陸的裂解和漂移可以用大陸漂移模型得到合理解釋。
非常感謝梁老師長期熱情向《貴州地調》賜稿！ |
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