侯泉林 郭謙謙 陳藝超 程南南 石夢(mèng)巖 李繼亮

1. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049

2. 河南理工大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，焦作 454003

3. 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029

自地質(zhì)學(xué)發(fā)端以來(lái)，山脈就是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，特別是20世紀(jì)之前，地質(zhì)學(xué)只研究陸地上的山川和巖石。地槽理論通過(guò)地槽回返來(lái)解釋山脈的形成，又稱為造山作用(orogeny)。板塊構(gòu)造理論將板塊邊界劃分為三種類型，在不同的板塊邊界，乃至板塊內(nèi)部均形成了高聳的山脈。那么，何為山脈？何為造山帶？常常被混用，似乎是一種含混不清的概念，而且在現(xiàn)代造山帶研究中也出現(xiàn)了諸多含混不清的概念和問(wèn)題。本文試圖通過(guò)山脈和造山帶的研究歷史和特征的剖析，來(lái)澄清山脈與造山帶兩個(gè)概念的含義與區(qū)別，以及造山帶研究中的一些其他值得注意的問(wèn)題。

1 山脈與造山帶的研究歷史

山脈是地球表面上常見(jiàn)且引人注目的地貌特征。然而，在人類早期文明社會(huì)中，人們?cè)谏脚c水兩者之間，更偏重于對(duì)水，對(duì)江、河、湖、海的觀察與研究，因?yàn)樗c人類的衣食住行的關(guān)系更為密切。唯一的例外是人們對(duì)火山的關(guān)注?；鹕降睦∶Q來(lái)自羅馬神話中冶鐵之神伍爾坎(Vulcan)。古希臘學(xué)者畢達(dá)哥拉斯(580～500B.C.)述及火山是燃燒的山，由于燃燒的洞穴由此及彼地轉(zhuǎn)換，火山位置不斷遷移。亞里士多德(384～322B.C.)則把火山和地震都看作是地下風(fēng)造成的。奧古斯都時(shí)期(63～23B.C.)的希臘地理學(xué)家斯特拉博(Strabo，63B.C.～21A.C.)寫(xiě)出了17卷巨著《地理學(xué)》。他認(rèn)為山脈的隆起有兩類：一類是與地震有關(guān)的突然隆起；另一類是范圍更大的緩慢隆起。

中古時(shí)期，阿拉伯學(xué)者阿維森納(Avicenna，980～1037)在其《論山岳的成因》一書(shū)中，發(fā)展了斯特拉博的見(jiàn)解。阿維森納認(rèn)為，地震使陸地上升，形成島與山，變成山岳；風(fēng)和水的侵蝕，造成深谷，使原來(lái)相連的陸地被切割成高山和深谷。

由上述史料可以看出，現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)誕生之前，對(duì)于山脈的研究只限于對(duì)其形態(tài)的描述和對(duì)其隆升成因的探索。然而，由于對(duì)山脈內(nèi)部構(gòu)造缺乏了解，這些成因論斷的依據(jù)不足，不具有普遍的解釋意義，構(gòu)不成“范式”(參閱侯泉林，2018)。因此，一些學(xué)者把山岳研究的早期階段稱為“形貌學(xué)研究階段”。

古生物地層學(xué)的研究是現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)形成的基礎(chǔ)，而產(chǎn)業(yè)革命引起工業(yè)快速發(fā)展轉(zhuǎn)而對(duì)礦業(yè)的促進(jìn)，則是對(duì)地質(zhì)學(xué)誕生的召喚。礦山多見(jiàn)于山區(qū)，連續(xù)的地層也只有在露頭良好的山區(qū)才能見(jiàn)到。于是，地質(zhì)學(xué)的先驅(qū)們奔向山脈，山脈的結(jié)構(gòu)和山脈的形成時(shí)代等問(wèn)題進(jìn)入了早期地質(zhì)學(xué)家思考的范圍。

丹麥人斯坦諾(Nicolaus Steno，1638～1687)的“De Solido intro Solidum Naturaliter Contento Prodromus Dissertations/受固體自然過(guò)程控制的固體”是第一本系統(tǒng)描述造山理論的書(shū)，也是現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)的開(kāi)端(Miyashiroetal., 1982)。水成論的奠基人魏爾納(Werner，1749～1817)注意到，山脈構(gòu)造的核心是結(jié)晶巖石(花崗巖、片巖和片麻巖)，邊緣則是較年輕的沉積巖。這是對(duì)山脈構(gòu)造最早的分析?；鸪烧?James Hutton，1726～1797，蘇格蘭)的支持者、實(shí)驗(yàn)地質(zhì)學(xué)的創(chuàng)始人，英國(guó)物理學(xué)家霍爾爵士(Sir James Hall，1761～1832)用實(shí)驗(yàn)證明了山脈中的褶皺構(gòu)造是擠壓成因的。德國(guó)著名地貌學(xué)家洪堡(Homboldt，1769～1859)則認(rèn)為巖漿侵入導(dǎo)致造山帶核心的結(jié)晶巖推開(kāi)了當(dāng)?shù)氐某练e巖，并形成了褶皺和斷裂。1842年，美國(guó)地質(zhì)學(xué)家羅杰斯兄弟(Rogers HD，1808～1866； Rogers WB，1804～1882)繪制了阿巴拉契亞的地質(zhì)圖。1843年，他們指出，山脈的上升隆起是構(gòu)造應(yīng)力引起的，而不是火山作用造成的。

十九世紀(jì)中葉是山脈研究從形貌學(xué)轉(zhuǎn)向內(nèi)部構(gòu)造的轉(zhuǎn)型時(shí)期，進(jìn)入了內(nèi)部構(gòu)造、大地構(gòu)造和形成機(jī)制的研究階段，也是現(xiàn)代造山理論發(fā)展的高峰期。歐洲阿爾卑斯山和北美洲阿巴拉契亞山是這一時(shí)期山脈研究的核心地帶，活動(dòng)論的碰撞造山說(shuō)和固定論的地槽回返造山說(shuō)分別在這兩條山脈的研究中創(chuàng)立。1843年，美洲構(gòu)造學(xué)派代表人物、美國(guó)地質(zhì)學(xué)家丹納(James Dwight Dana，1813～1895)在“論大陸的起源”一書(shū)中提出了向斜和背斜概念，并指出地球的冷卻收縮引起大陸邊緣的斷裂與褶皺，山脈呈北東和北西走向是沿著地殼最容易破裂的方向。1852年法國(guó)的萊昂斯·艾利·德·鮑蒙(Leonce Elie de Beaumont，1798～1874)在其三卷本的《論山系》中，運(yùn)用冷縮說(shuō)論述了山脈褶皺的成因，提出山脈隆升是緩慢的，但全球具有同時(shí)性。其中不整合概念和全球造山的同時(shí)性，成為二十世紀(jì)前半葉地質(zhì)學(xué)的奠基石。此外，鮑蒙還與Baro Georges Cuvier一起提出了地球演化災(zāi)變說(shuō)。1853年，瑞士地質(zhì)學(xué)家施圖德(Bernhard Studer，1794～1872)和林思(Arnold Escher von der Linth，1801～1872)完成了1:38萬(wàn)的瑞士地質(zhì)圖，并出版了二卷本的《瑞士地質(zhì)》作為該地質(zhì)圖的說(shuō)明書(shū)，第一次對(duì)瑞士阿爾卑斯山的內(nèi)部構(gòu)造作了總括說(shuō)明，并提出了復(fù)理石(flysch)和磨拉石(molasse)概念，為二十世紀(jì)早期地質(zhì)學(xué)奠定了基礎(chǔ)。1857年，美國(guó)地質(zhì)學(xué)家、“地槽說(shuō)”的奠基人霍爾(James Hall，1811～1898)在紐約自然科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)作主席致辭時(shí)提出，地殼中有狹長(zhǎng)的地帶，不斷接受沉積物而下沉，以致堆積了巨厚的沉積。這些地帶就是褶皺形成山脈的地方。

霍爾關(guān)于原始的狹長(zhǎng)的巨厚沉積帶的構(gòu)想，得到了丹納的支持。丹納把這種狹長(zhǎng)帶稱為地槽(Geosyncline)，并運(yùn)用地球冷縮說(shuō)解釋了地槽的成因和地槽演變?yōu)樯矫}的機(jī)制與過(guò)程，使“地槽說(shuō)”成為當(dāng)時(shí)比較完善的大地構(gòu)造假說(shuō)。1900年法國(guó)的奧格(Emil Haug，1861～1927)首次把地槽說(shuō)引入歐洲，并把地殼單元?jiǎng)澐譃榛顒?dòng)的地槽系和穩(wěn)定的大陸區(qū)——地臺(tái)(platform)。自此，地槽學(xué)說(shuō)在世界上流行起來(lái)。

在地槽說(shuō)進(jìn)入歐洲之前，阿爾卑斯的研究已經(jīng)促使具有歐洲特色的山脈研究和大地構(gòu)造研究理論成熟起來(lái)。1875年，奧地利地質(zhì)學(xué)家休斯(Eduard Suess，1831～1914)發(fā)表了著名的論文“阿爾卑斯的成因”。文中首次將造山帶的構(gòu)造幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)區(qū)分開(kāi)來(lái)，并以觀察的事實(shí)證明阿爾卑斯山系不是由于中央地塊的垂直隆升造成的，而是由于比垂直作用力大得多的水平力造成的，整個(gè)阿爾卑斯山都是由南向北的逆掩沖斷運(yùn)動(dòng)形成的。文中還指出，現(xiàn)在復(fù)理石的位置已經(jīng)不是原來(lái)沉積的地方，而是發(fā)生了巨大的位移。休斯還把這些幾何學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)解釋擴(kuò)展到對(duì)侏羅山(Jura Mountain)、喀爾巴阡山和亞平寧山脈的解釋。休斯的這篇?jiǎng)潟r(shí)代論文引起了構(gòu)造學(xué)研究的變革，被奉為造山帶研究的經(jīng)典之作，標(biāo)志著造山運(yùn)動(dòng)研究經(jīng)典時(shí)期(史稱Suess-Heim時(shí)期)的開(kāi)始。休斯也因此被稱頌為“地質(zhì)學(xué)上永不磨滅、最有創(chuàng)見(jiàn)的思想家和最偉大的綜合分析家”(Miyashiroetal., 1982)。

休斯的文章之后，瑞士地質(zhì)學(xué)家海姆(Albert Heim，1849～1937)于1878年發(fā)表了有關(guān)造山機(jī)制和變形力學(xué)的名著(Untersuchugen über den Mechanismus der Gebirgsbildung im Anschluss an die geologiesche Monographie der T?di-Windg?llen-Gruppe)，提出水平縮短是造山的主因。通過(guò)對(duì)格拉魯斯雙重褶皺的研究，海姆還提出了巖石變形是固態(tài)流動(dòng)的見(jiàn)解，并提出了諸如褶皺(fold)、剪切(shear)、節(jié)理(cleavage)、應(yīng)變(strain)和化石(fossil)等許多地質(zhì)術(shù)語(yǔ)。海姆(1878)有關(guān)造山機(jī)制的分析與論述是現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)和構(gòu)造地質(zhì)學(xué)的基石和支柱(Miyashiroetal., 1982)。1884年，法國(guó)人伯特朗(Marcel Bertrand，1847～1907)發(fā)表了關(guān)于格拉魯斯和阿爾卑斯北部盆地構(gòu)造的論文(Rapports de structure des Alpes de Glaris et du basin huiller du Nord)，提出了推覆構(gòu)造概念，并指出格拉魯斯不是雙重褶皺，而是向北運(yùn)動(dòng)的巨大推覆體(圖1)。1919年，中國(guó)地質(zhì)學(xué)家翁文灝博士于《地質(zhì)匯報(bào)》第1號(hào)發(fā)表了“大青山南部逆掩斷層”一文，緊跟國(guó)際研究前沿。推覆體的概念是解開(kāi)造山帶幾何圖像的鑰匙，也是運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)。

圖1 瑞士格拉魯斯阿爾卑斯和法國(guó)北部煤盆地構(gòu)造剖面圖(據(jù)Bertrand，1884)Fig.1 Structural cross sections of the Glarus Alpine in Switzerland and a coal basin in northern France (after Bertrand, 1884)

1883～1909年，休斯陸續(xù)發(fā)表了《地球的面貌》。這套巨著是世紀(jì)之交對(duì)全球地質(zhì)研究的全面概括和總結(jié)，提出了造山幕和時(shí)代省概念。同時(shí)，該書(shū)以恢弘的氣度分析論述了世界各大洲的造山帶，提出并闡述了環(huán)太平洋型和特提斯型兩大類造山帶及其特點(diǎn)。休斯有關(guān)造山分類成為迄今我們劃分兩大類造山帶的經(jīng)典。

在十九世紀(jì)，盡管已經(jīng)出現(xiàn)了起源于美洲和歐洲的兩個(gè)大地構(gòu)造學(xué)派，但他們之間并沒(méi)有劇烈的論戰(zhàn)。進(jìn)入二十世紀(jì)，奧格(1900)把美洲構(gòu)造學(xué)派的地槽說(shuō)引入歐洲后不久，1912年，魏格納(Alfred Wegener，1880～1930)發(fā)表了“大陸的成因(Die Entstehung der Kontinente，1912)”和“大陸與海洋的成因(Die Entstehung der Kontinente und Ozeane，1915)”，矛盾開(kāi)始變得激化起來(lái)。歐洲地質(zhì)學(xué)會(huì)甚至做出決議：不準(zhǔn)許在課堂上講授魏格納的大陸漂移說(shuō)。然而，追求真理的科學(xué)家，必然追求學(xué)術(shù)的自由和思想的自由。瑞士大地構(gòu)造學(xué)家阿爾岡(Emile Argand，1879～1940)不僅堅(jiān)持在課堂上為學(xué)生們講解大陸漂移的新概念，而且在1922年的第13屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)上發(fā)表了“亞洲的大地構(gòu)造”的著名演講，闡述了活動(dòng)論大地構(gòu)造的主要理論。在提交的大會(huì)論文(La tectonique de l’Asie，Bruxelles，Publ. Cong. Int. de Geol.，13e session，1922)中，他繪制了岡瓦納大陸的復(fù)原拼合圖，并推斷了亞洲大陸的擬合與離散歷史。特別是論證了印度與亞洲大陸碰撞和喜馬拉雅造山帶的形成，并繪制了印度向歐亞大陸之下俯沖的剖面圖。在此著作中，阿爾岡還編繪了1:2500萬(wàn)的亞洲大地構(gòu)造圖，表示出造山帶和基底的構(gòu)造特征。1927年南非地質(zhì)學(xué)家杜圖瓦(Alexander du Toit，1878～1948)發(fā)表了“南美洲與非洲的地質(zhì)對(duì)比”一文，用古生物、地層、沉積和巖石學(xué)多種證據(jù)論證了南美與非洲由于大西洋張開(kāi)而裂離。1937年杜圖瓦出版了他的著作《我們的游弋的大陸》，以大量的地質(zhì)、古生物和古氣候證據(jù)論證了大陸的漂移。以魏格納和阿爾岡為代表的活動(dòng)論，是休斯思想在邏輯上的延續(xù)，以均變論和“將今論古原則”闡述地球構(gòu)造過(guò)程，史稱Wegener-Argang學(xué)派。

奧格(1900)把美洲構(gòu)造學(xué)派的地槽說(shuō)引入歐洲之后，在歐洲興起了新的地槽學(xué)派，即收縮論或固定論，其代表人物是德國(guó)的史蒂勒(Wilhelm Hans Stille，1876～1966)和奧地利的考伯爾(Leopold Kober，1883～1970)，史稱Kober-Stille學(xué)派，與美洲構(gòu)造學(xué)派的Dana-Le Conte派一脈相承，以地槽、克拉通和造山區(qū)來(lái)闡述地球構(gòu)造特征。考伯爾關(guān)注大地構(gòu)造的空間特點(diǎn)，他把地球表面分為克拉通區(qū)和造山區(qū)。造山區(qū)通過(guò)造山作用演化為克拉通區(qū)。他又把克拉通區(qū)分為大陸上的高克拉通區(qū)和大洋底的低克拉通區(qū)，認(rèn)為低克拉通區(qū)比高克拉通區(qū)更古老也更穩(wěn)定。

史蒂勒將地槽分為優(yōu)地槽和冒地槽，并把地槽形成的山脈分為由緊閉褶皺和推覆體構(gòu)成的阿爾卑斯型造山帶和由斷褶作用或塊斷作用形成的日爾曼型造山帶。史蒂勒更為關(guān)注的是大地構(gòu)造的時(shí)間問(wèn)題。他認(rèn)為造山作用是分幕式的突變，每一個(gè)造山幕在全球是同時(shí)的。他提出了大地構(gòu)造旋回概念。在一個(gè)造山旋回中，巖漿演化可以分為四個(gè)階段：(1)前造山期的初始火山作用形成蛇綠巖或綠巖系；(2)同造山期發(fā)育硅鋁質(zhì)的深成侵入作用，有早期整合花崗巖侵入和晚期不整合花崗巖侵入；(3)造山期后立即出現(xiàn)安山質(zhì)火山作用；(4)造山作用結(jié)束后出現(xiàn)玄武巖噴發(fā)。1924年，史蒂勒厘定和劃分了25個(gè)全球造山幕，1940年他的造山幕數(shù)目達(dá)到42個(gè)，1955年他又把全球造山幕的數(shù)目增加到50個(gè)。隨著二十世紀(jì)六十年代地學(xué)革命的帷幕拉開(kāi)，史蒂勒的造山幕數(shù)目就截止到50個(gè)，沒(méi)有繼續(xù)增加下去?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)仍在運(yùn)用造山幕之概念，如燕山運(yùn)動(dòng)A幕、B幕……，實(shí)乃槽臺(tái)學(xué)說(shuō)或固定論之印記。

1900年到1960年，是地槽學(xué)說(shuō)在全世界盛行的60年。在這期間，盡管有一些杰出的地球科學(xué)家致力于探索活動(dòng)論的證據(jù)，然而他們?nèi)〉玫某删蛥s被巨大的“輿論一致”的地槽說(shuō)之海濤所淹沒(méi)。盡管阿爾岡向?qū)W生講授大陸漂移說(shuō)，但他的學(xué)生們卻進(jìn)入了地槽說(shuō)的營(yíng)壘。我國(guó)杰出的地質(zhì)學(xué)家黃汲清先生便是一個(gè)例證。據(jù)李繼亮先生手稿(1)李繼亮先生完成于2003年的手稿資料記載，黃先生1929年赴瑞士納沙泰爾大學(xué)作訪問(wèn)學(xué)者，當(dāng)時(shí)阿爾岡依然健在。黃先生存留在納沙泰爾大學(xué)的野外記錄本表明，他在阿爾岡那里學(xué)習(xí)了阿爾卑斯的大地構(gòu)造，在野外觀察了許多推覆構(gòu)造和沖斷構(gòu)造。黃先生歸國(guó)后，堅(jiān)持實(shí)證的方法論，獲得了大量可靠的觀察資料，對(duì)中國(guó)的大地構(gòu)造做出了卓越的貢獻(xiàn)。但是，黃先生自己也承認(rèn)，他的大地構(gòu)造思想是屬于地槽說(shuō)范疇的，也就是不同于阿爾岡的大地構(gòu)造思想。可以想象，在黃先生歸國(guó)的時(shí)候，美國(guó)學(xué)派的大地構(gòu)造思想正充斥中國(guó)地質(zhì)界，比歐洲更難容忍魏格納-阿爾岡學(xué)派的觀點(diǎn)的傳播，黃先生轉(zhuǎn)向地槽說(shuō)應(yīng)屬于大勢(shì)所趨。但是，在全球地槽大地構(gòu)造鼎盛時(shí)期，以黃先生為代表的中國(guó)大地構(gòu)造學(xué)卻是最全面的、水平最高的一員(李繼亮和王宗起，2018)。然而，正如“最偉大的創(chuàng)新必然是建立在最深刻的繼承和理解的基礎(chǔ)之上”，黃先生在對(duì)地槽說(shuō)深刻認(rèn)識(shí)后，晚年傾向于活動(dòng)論觀點(diǎn)，建議他的助手從事活動(dòng)論研究，并立字為據(jù)。

第二次世界大戰(zhàn)期間積累的大洋地質(zhì)與地球物理觀測(cè)資料的整理和發(fā)表，適值地球科學(xué)革命的暴風(fēng)雨風(fēng)起云涌之際，成為劃破長(zhǎng)空的第一道閃電(參閱侯泉林，2018)。1962年，美國(guó)的赫斯(Harry Hammond Hess，1906～1969)發(fā)表了題為“洋盆的歷史”的長(zhǎng)篇論文，闡述了大洋底的新的活動(dòng)構(gòu)造，論證了大洋地殼是由洋中脊處新生，并由洋中脊向兩側(cè)擴(kuò)張，成為支持大陸漂移說(shuō)的海底擴(kuò)張假說(shuō)。1963年瓦因(Vine FJ)和馬修斯(Matthews DH)分析了歐文號(hào)考察船獲得的磁力測(cè)量結(jié)果，提出洋脊兩側(cè)有對(duì)稱平行分布的海底磁條帶，確證了海底擴(kuò)張假說(shuō)(論文刊于Nature，1963年9月)，被譽(yù)為“瓦因-馬修斯假說(shuō)”。需要說(shuō)明的是，據(jù)說(shuō)加拿大地質(zhì)學(xué)家莫萊(Morley)是最早將海底斑馬條帶與海底擴(kuò)張聯(lián)系起來(lái)的科學(xué)家，因其1963年2月的投稿被拒，直到1964年才在加拿大的一家刊物發(fā)表，因此有人建議稱為“瓦因-馬修斯-莫萊假說(shuō)”。1965年，威爾遜(John Tuzo Wilson)提出了轉(zhuǎn)換斷層概念，描述了這類斷層的構(gòu)造活動(dòng)特點(diǎn)，揭示了它們對(duì)海底擴(kuò)張的意義。威爾遜論文中的全球活動(dòng)帶網(wǎng)絡(luò)示意圖表達(dá)了全球板塊的分布格局。勒·皮雄(Xavier Le Pichon)在1968年的題為“海底擴(kuò)張與大陸漂移”的論文中，將巖石圈劃分為六大板塊，并計(jì)算了它們相對(duì)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)極和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速率。

1970年，杜威(John F. Dewey)和伯德(John M. Bird)發(fā)表了著名論文“造山帶與新全球構(gòu)造(Mountain Belts and the New Global Tectonics)”，把造山帶中的沉積、火山作用、構(gòu)造變形及變質(zhì)巖的年代學(xué)等資料與新全球構(gòu)造——板塊構(gòu)造聯(lián)系起來(lái)，表明造山帶是板塊演化的結(jié)果(Dewey and Bird，1970)。作者認(rèn)識(shí)到造山帶中被動(dòng)大陸邊緣沉積發(fā)育在板塊擴(kuò)張時(shí)期，而造山帶中變質(zhì)和變形作用發(fā)育在板塊匯聚時(shí)期。他們依據(jù)參與匯聚的板塊的性質(zhì)，把造山帶分為科迪勒拉型和碰撞型兩類，本質(zhì)上是休斯造山帶分類的延續(xù)。此文運(yùn)用板塊演化導(dǎo)致造山帶形成的理論分析了世界各地古生代以來(lái)的造山帶，得出的結(jié)論是：全球各地各時(shí)代的弧(科迪勒拉)型和碰撞型造山帶均可用新全球構(gòu)造的理論得到解釋。此后，用新全球構(gòu)造觀解釋世界上各時(shí)代造山帶的論文和著作大量涌現(xiàn)。1990年eng?r總結(jié)了板塊構(gòu)造問(wèn)世以來(lái)25年間用板塊構(gòu)造理論研究造山帶取得的進(jìn)展。侯泉林(2018)在其《高等構(gòu)造地質(zhì)學(xué)·第一卷》中對(duì)地球科學(xué)革命過(guò)程進(jìn)行了比較系統(tǒng)地總結(jié)，并對(duì)運(yùn)用板塊構(gòu)造理論研究造山帶過(guò)程的一些誤解在其附錄中以問(wèn)答的形式予以闡釋。

1987年，華裔瑞士地質(zhì)學(xué)家許靖華(Kenneth J. Hsü)應(yīng)邀在英國(guó)倫敦地質(zhì)學(xué)會(huì)的Femour演講會(huì)上，作了題為“阿爾卑斯造山作用的時(shí)空觀”的演說(shuō)。他運(yùn)用阿爾卑斯造山作用的運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)和大西洋及東地中海海底磁條帶資料，推算出阿爾卑斯造山帶的變形運(yùn)動(dòng)速率為0.5～1.0cm/y。他論證了造山作用的均變論，把造山作用的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論提高到一個(gè)新的層次。20世紀(jì)90年代初，Hsü(1991，1995)和李繼亮(1992)先后發(fā)表了有關(guān)造山帶大地構(gòu)造相的論文，提出了大地構(gòu)造相概念，指出“大地構(gòu)造相指的是在相似的構(gòu)造環(huán)境中形成、經(jīng)歷了相似的變形變質(zhì)和就位作用、并具有類似的內(nèi)部構(gòu)造的巖石構(gòu)造組合”。任何一個(gè)造山帶都可以劃分出幾個(gè)必然出現(xiàn)的大地構(gòu)造相，通過(guò)大地構(gòu)造相分析，“不僅可解釋造山帶中可以見(jiàn)到或觀測(cè)到的現(xiàn)象，也可把已丟失的地質(zhì)記錄補(bǔ)充起來(lái)”(李繼亮，1992)，進(jìn)而可以復(fù)原造山帶的演化歷史。許靖華等(1998)和李繼亮(1999)分別運(yùn)用大地構(gòu)造相思想先后編繪出版了“中國(guó)大地構(gòu)造相圖”(許靖華等，1998)和“中國(guó)板塊構(gòu)造圖”(李繼亮，1999)。Robertson(1994)運(yùn)用大地構(gòu)造相分析方法解析了東地中海區(qū)域造山帶組成與演化過(guò)程。可以說(shuō)，大地構(gòu)造相概念是運(yùn)用板塊構(gòu)造理論分析造山帶的行之有效方法。

2 山脈及其成因

“山”(mountain)是具有相當(dāng)大的高程和陡坡的地貌?！吧矫}”(mountain chain)是線狀延伸的山，或者線狀延伸的山體組成的山系。“山”和“山脈”這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)本身都不帶有成因傾向，其強(qiáng)調(diào)的是現(xiàn)時(shí)狀態(tài)。但是，我們要把造山帶(orogen)與山脈區(qū)分開(kāi)來(lái)，就必須鑒別各種不同成因的山脈。

山脈的形成或者是地殼受到力的作用而隆升，或者是地幔來(lái)源的物質(zhì)直接堆垛在地殼之上形成的。地殼受到的力主要有引張(伸展)、剪切(走滑、轉(zhuǎn)換)和擠壓三種，而地幔來(lái)源物質(zhì)不受這三種力的控制直接堆垛在地殼之上，是由地幔柱作用造成的。下面我們就這四種情況分別予以闡述。

2.1 引張應(yīng)力作用下的山脈

在張應(yīng)力場(chǎng)的作用下，巖石圈可以被拉裂，形成延伸長(zhǎng)度很大的裂谷。在大陸巖石圈中發(fā)育的裂谷稱為大陸裂谷，其肩部可以形成高聳的山脈；在大洋巖石圈中形成的裂谷位于大洋中脊上。大洋擴(kuò)張脊在海底上可形成高出海底數(shù)千米的海下山脈。

多數(shù)大陸裂谷的肩部都形成巍峨的山脈(圖2)。圖3表示出了幾個(gè)大陸裂谷的地貌形態(tài)，可以看出裂谷的肩部或者是山脈，或者是高原。圖3a表示西非裂谷貝努埃段的地貌剖面。該裂谷東側(cè)肩部是高峰達(dá)2740m(班布托山)和2460m(姆巴博山)的阿達(dá)馬瓦山脈；西側(cè)是800～1000m高程的喬斯高原。圖3b表示東非裂谷東支肯尼亞-坦桑尼亞地段的地貌剖面。裂谷東側(cè)有一系列高山如乞力馬扎羅(5895m)、巴蒂安(5199m)、梅魯火山(4566m)和萊薩蒂馬(3999m)等組成的山脈；西側(cè)則是1000m左右的高原。圖3c表示貝加爾裂谷北部的地貌剖面。貝加爾裂谷東側(cè)是雅布洛夫山脈，西側(cè)是濱湖山脈，兩條山脈的山峰可達(dá)到2000m以上。圖3d表示我國(guó)山西省北部的三個(gè)小型引張盆地，從北向南依次為渾源盆地、代縣盆地和定襄盆地。渾源盆地的東南側(cè)為恒山山脈，高峰在2000m以上，其西北側(cè)是近2000m高的晉北高原。代縣盆地的西側(cè)也是恒山山脈，盆地肩部的饅頭山高程為2426m; 盆地東側(cè)是五臺(tái)山脈，高峰可達(dá)3000m以上。定襄盆地的西側(cè)是呂梁山支脈云中山脈，高峰超過(guò)2000m；東側(cè)為五臺(tái)山余脈，肩部高峰柳林尖山2101m。圖3e表示美國(guó)西部盆-嶺省的一條地貌剖面，盆地西側(cè)是東莫爾蒙山，高度接近1000m，東側(cè)比沃丹姆山高達(dá)4000m，表現(xiàn)出一種非對(duì)稱引張。圖3f表示美國(guó)里奧格蘭德裂谷的地貌剖面，西側(cè)肩部的杰邁茲山脈和東側(cè)特魯恰斯山脈的高峰都達(dá)到3000m以上的高度。此外，板塊內(nèi)部的山脈許多形成于伸展作用，如華北的燕山、太行山等，發(fā)育大量變質(zhì)核雜巖。

圖2 以系列正斷層和火山活動(dòng)為特征的東非裂谷(據(jù)Hamblin and Christiansen，2003)Fig.2 East African Rift Valley characterized by a series of normal faults and volcanic activity (after Hamblin and Christiansen, 2003)

圖3 張應(yīng)力作用下形成的各種山脈(據(jù)李繼亮等，2003)(a)西非裂谷的地貌剖面；(b)東非裂谷東支的地貌剖面；(c)表示貝加爾北部地貌剖面；(d)圖表示山西北部三個(gè)引張盆地的地貌剖面；(e)美國(guó)西部盆-嶺省地貌剖面；(f)通過(guò)里奧格蘭德裂谷的地貌剖面Fig.3 Geomorphic profiles of the mountains formed in extensional zones (after Li et al., 2003)(a) West African Rift Valley; (b) eastern branch of the East African Rift Valley; (c) the North of Baikal; (d) three extensional basins in the northwest of the Shanxi Province; (e) Ridge and Valley Province in the west of United States; (f) Rio Grande Rift

通過(guò)上面所述的引張應(yīng)力場(chǎng)中所形成的山脈實(shí)例，我們可以了解到伸展構(gòu)造體制下，也可以形成巨大的山脈。這反映了山脈成因的多樣性，也說(shuō)明用冷縮說(shuō)來(lái)解釋地球上所有山脈的成因，是不妥當(dāng)?shù)摹?/p>

2.2 剪切應(yīng)力場(chǎng)形成的山脈

走向滑動(dòng)斷層，也稱為橫推斷層，它們是由沿近于直立斷層面的剪切應(yīng)力形成的。從理論上講，走滑斷層的兩盤沿著直立的斷層面作水平位移，兩盤之間不會(huì)產(chǎn)生高度差異。但是，當(dāng)走滑斷層發(fā)生彎曲，或走向改變，或呈雁列狀排列時(shí)，在兩個(gè)走滑段之間往往發(fā)生走滑引張段或走滑擠壓段來(lái)銜接，于是就形成了走滑引張(拉分)盆地和走滑擠壓的山脈。在走滑引張的情況下，大型拉分盆地的肩部也可以隆升成為山脈，這與前述的引張應(yīng)力場(chǎng)情況相似，這里不再贅述。走滑擠壓也可能導(dǎo)致巖石圈向下?lián)锨纬膳璧兀缍鯛柖嗨古璧睾途莆髋璧?，盆地不屬于討論范疇，不予以展述。這里重點(diǎn)討論走滑擠壓形成的山脈。

走滑斷層側(cè)接部位或側(cè)接帶(stepovers)會(huì)發(fā)生走滑引張或走滑擠壓(侯泉林，2020)。走滑擠壓形成菱形地壘或正花狀構(gòu)造，成為上投山脈(upthrown mountain)，或?qū)е聰D壓隆升山脈。

圖4表示美國(guó)加利福尼亞灣東側(cè)，布塔諾走滑斷層與圣安得列斯斷層之間發(fā)生走滑擠壓，形成具有褶皺的小型山脈，山峰高度可達(dá)600m以上。圖5表示挪威西部的斯皮爾伯根島西側(cè)霍恩桑德(Hornsund)斷裂帶與朗菲奧登(Lomfjorden)斷裂帶之間，在新生代時(shí)期，由走滑引張轉(zhuǎn)變?yōu)樽呋瑪D壓時(shí)形成的山脈。

圖4 加利福尼亞灣附近布塔諾斷層與圣安得列斯斷層之間的走滑擠壓，造成高達(dá)600m以上的山峰(轉(zhuǎn)引自李繼亮先生手稿)Fig.4 Mountain ridges over 600m formed in transpressional zone between the Butano and San Andreas faults near the Gulf of California

圖5 挪威斯皮爾伯根島西側(cè)霍恩桑德斷裂帶與朗菲奧登斷裂帶之間的走滑擠壓山脈(轉(zhuǎn)引自李繼亮先生手稿)Fig.5 Mountain ridges formed in transpressional zone between the Hornsund and Lamfjorden fault zones on the west of Spitsbergen Island, Norway

在中國(guó)境內(nèi)，特別是中國(guó)西部，由于喜馬拉雅造山作用的遠(yuǎn)程效應(yīng)，許多高大的山脈都與走滑斷裂密切相關(guān)。例如，昆侖山脈幾乎所有海拔6000m以上的高山均與走滑斷裂伴生；天山山脈中海拔5000m以上的高山也與走滑斷裂作用有關(guān)。喀爾力克山在伊吾哈薩克自治縣南部，山脈的脊部是一系列終年積雪的雪山，最高峰4928m?？柫松匠雎兜膸r石主要是奧陶系、泥盆系、石炭系的沉積巖以及晚古生代的花崗巖和閃長(zhǎng)巖?？柫松揭脖憩F(xiàn)為正花狀構(gòu)造，反映了走滑擠壓成因。阿爾金斷裂是我國(guó)西部一條重要的走滑性質(zhì)的大斷裂帶，其延伸長(zhǎng)度約2000km。阿爾金斷裂在新生代活動(dòng)期間，形成了一系列走滑雙重構(gòu)造(strike-slip duplex)，次級(jí)走滑斷層通過(guò)的地方，形成了一系列走滑擠壓山脈，如祁連山、黨河南山、青海南山、拉脊山、布爾漢布達(dá)山和阿尼瑪卿山等。圖6表示中祁連斷裂與北祁連斷裂的走滑擠壓作用形成的祁連山、疏勒山和黨河南山。

圖6 中祁連斷裂和北祁連斷裂的走滑擠壓作用形成了祁連山(Q)、疏勒山(SH)與黨河南山(D)的正花狀構(gòu)造(轉(zhuǎn)引自李繼亮先生手稿)Fig.6 Qilian Mountain (Q), Shule Mountain (SH) and Danghenanshan Mountain (D) performing positive flower structures formed in transpressional faults in Middle Qilian and North Qilian

2.3 擠壓應(yīng)力環(huán)境中形成的山脈

擠壓應(yīng)力作用下，形成了現(xiàn)今世界上最厚的大陸地殼和最高的山脈。擠壓形成的山脈有許多，例如我國(guó)的喜馬拉雅山，伊朗的扎格羅斯山脈，歐洲的阿爾卑斯山、喀爾巴阡、亞平寧山脈，非洲的大阿特拉斯山脈，美洲的科迪勒拉山脈等。以沖斷層為主形成的擠壓山脈往往伴隨走滑擠壓作用。世界上許多著名的新生代時(shí)期形成的山脈均具有走滑性質(zhì)，例如，喜馬拉雅、阿爾卑斯、喀爾巴阡、亞平寧、科迪勒拉、臺(tái)灣海岸山脈等。

擠壓成因山脈由逆沖斷層造成的推覆體或疊瓦狀逆沖巖席堆垛而成山。例如在喜馬拉雅南坡，可以看到一系列大規(guī)模的推覆體，從下喜馬拉雅帶一直堆垛到高達(dá)8848m的珠穆朗瑪峰(圖7)。阿爾卑斯山也有相似的構(gòu)造特征，如圖8表示了瑞士阿爾卑斯的一條由馬特峰到魏斯峰的南北方向剖面。圖上可以看出，這個(gè)剖面上包含了七個(gè)以緩傾角逆沖斷層為邊界的推覆體：當(dāng)·布朗什推覆體、嚓特推覆體、伏瑞利峰推覆體、西姆布朗什推覆體、蔡瑪特蛇綠巖帶、芒特·羅莎推覆體和希維茨·末莎貝爾推覆體(圖8)。

圖7 尼泊爾境內(nèi)下喜馬拉雅到珠穆朗瑪峰的地貌與地質(zhì)簡(jiǎn)化剖面(據(jù)Sharma，1977修改)Fig.7 Simplified geomorphic and geological profile from Lower Himalayas to Mount Qomolangma in Nepali (modified after Sharma, 1977)

圖8 瑞士阿爾卑斯山脈馬特峰到魏斯峰的地貌與地質(zhì)剖面(據(jù)Pfiffner et al., 1997)Fig.8 Geomorphic and geological profile from Matterhorn to Weisshorn in the Swiss Alps (after Pfiffner et al., 1997)

在大洋巖石圈向大陸消減的地方會(huì)形成擠壓山脈，例如美洲的科迪勒拉山脈、日本的九州山地、四國(guó)山地和紀(jì)伊山脈等。還有由造山作用遠(yuǎn)程效應(yīng)造成的板內(nèi)擠壓山脈，如我國(guó)龍門山即是由喜馬拉雅造山作用的遠(yuǎn)程效應(yīng)造成的擠壓應(yīng)力形成的山脈。

2.4 地幔柱形成的山脈

地幔柱是來(lái)自地幔深部乃至核幔邊界處的熔融體，它們?cè)诘厍虮聿啃纬闪藷狳c(diǎn)。當(dāng)巖石圈通過(guò)地幔柱頂部持續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，地幔柱熔融體在地表的噴發(fā)，就會(huì)形成連續(xù)或斷續(xù)的山脈。最典型的實(shí)例是太平洋中的皇帝海山鏈和夏威夷群島。

夏威夷島上的冒納羅亞火山，從海底崛起9200m，由海平面算起，海拔4120m，由此可知該地區(qū)的海水深度在4000m以上，深的地方可以超過(guò)5000m。因此，從中途島到夏威夷島這二千多千米的距離中，所有露出水面的島嶼，如萊桑島、內(nèi)克島、尼華島、考愛(ài)島、瓦胡島、毛伊島等，都是海底之上的高山。這些島嶼周邊幾十千米的范圍中，海水深度只有一千多千米，因此這些島嶼鏈接成為綿延二千多千米的巍巍壯觀的海洋山脈。由巖石圈在地幔柱上面運(yùn)動(dòng)而成的山脈，在大洋中成為一道道山脊，與大洋擴(kuò)張中脊相比，這些山脊發(fā)生地震的幾率很小，因此人們稱之為無(wú)震脊。

地幔柱形成的山脈，說(shuō)明了板塊的水平運(yùn)動(dòng)和深部位置的垂直上升相結(jié)合可以導(dǎo)致山脈的形成。這類山脈在大陸上不明顯，可能是因?yàn)榇箨懮蠌?qiáng)烈的剝蝕作用和復(fù)雜的變形作用，使這類山脈原本的面貌破壞殆盡。

3 造山帶概念

上面談?wù)摿怂姆N不同應(yīng)力場(chǎng)形成的山脈，于是就有一個(gè)問(wèn)題：這些山脈都是造山帶嗎？山脈與造山帶有何不同？在地質(zhì)學(xué)發(fā)展的不同時(shí)期，對(duì)這個(gè)問(wèn)題有不同的答案。下面做一個(gè)簡(jiǎn)單的回顧。

18世紀(jì)后期，瑞士的索蘇爾(Horace Bénédict de Saussure，1740～1799)和意大利的斯丹農(nóng)(Stanonh)認(rèn)為大尺度層狀構(gòu)造是一種旋回產(chǎn)物，每一次都由于加熱、位移或沉積物中的侵入作用以及整體隆起，創(chuàng)建一條山脈。由此他們推斷了山脈形成的原因，也斷定造山作用是一種旋回作用。

1840年瑞士格賴斯利(Amand Gressly，1814～1865)把術(shù)語(yǔ)orographic(山形的)從描述意義上用于山岳構(gòu)造，把術(shù)語(yǔ)orogenic(造山的)從成因意義上用于山岳構(gòu)造。1890年美國(guó)吉爾伯特(Grove Karl Gilbert，1843～1918)把大地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分為造山運(yùn)動(dòng)和造陸運(yùn)動(dòng)，他將產(chǎn)生山脈的地殼的位移叫做造山作用(orogeny)。1894年英國(guó)伍法姆(Warren Upham)認(rèn)為造山作用(orogeny)這一術(shù)語(yǔ)表示影響比較狹窄的帶，并使之上升為高火山脊的褶皺、翹曲作用，以及仰沖斷層和逆掩斷層等形成山脈的各種作用。

1920年史蒂勒把造山運(yùn)動(dòng)定義為巖石組構(gòu)的偶然性改變。這個(gè)定義包含了時(shí)間因素，也暗示了造山運(yùn)動(dòng)的突發(fā)性。1940年，史蒂勒又把造山運(yùn)動(dòng)定義為巖石組構(gòu)在有限的空間和時(shí)間范圍內(nèi)發(fā)生的強(qiáng)烈變形事件。這個(gè)定義在槽臺(tái)說(shuō)盛行的時(shí)代得到了廣泛的認(rèn)可。1966年吉盧利(Gilluly)把造山運(yùn)動(dòng)定義為導(dǎo)致有限地殼帶狀隆起而形成山脈的地殼運(yùn)動(dòng)。

從前面的歷史回顧可以看出，在板塊構(gòu)造理論誕生之前，造山帶和造山運(yùn)動(dòng)的定義強(qiáng)調(diào)了隆升的地貌和地殼的變形兩個(gè)方面。就這兩個(gè)方面來(lái)看，本章所述的四種應(yīng)力場(chǎng)形成的山脈，都合乎這種定義。這樣的定義，存在著外延過(guò)寬的明顯缺陷，缺少指稱的制約條件。顯然，最主要的是缺少大地構(gòu)造環(huán)境的制約。因?yàn)榈夭劭梢栽谌魏蔚胤桨l(fā)生與發(fā)展，因此，前板塊構(gòu)造時(shí)代對(duì)大地構(gòu)造環(huán)境的認(rèn)識(shí)，僅限于活動(dòng)區(qū)和穩(wěn)定區(qū)，活動(dòng)區(qū)即是地槽和地槽回返后的造山帶，因此不能用活動(dòng)區(qū)作為制約條件。板塊構(gòu)造理論建立以后，我們有三類板塊邊界和板內(nèi)四種大地構(gòu)造環(huán)境作為一級(jí)大地構(gòu)造環(huán)境制約條件，造山帶和造山作用的定義應(yīng)該做出更為明確的限定。

圖9 南美安第斯俯沖造山帶(據(jù)Hamblin and Christiansen，2003)(a)安第斯山造山帶形成于納斯卡(Nazca)板塊向南美大陸之下俯沖階段的匯聚板塊邊緣；(b)安第斯山脈智利北部強(qiáng)烈變形的沉積巖之上的安山巖層狀火山巖, 造山帶根部的巖石可能正在發(fā)生變質(zhì)作用Fig.9 Andes subduction-controlled orogenic belt in South America (after Hamblin and Christiansen, 2003)(a) Andes Mountains were formed by the subduction of the Nazca plate beneath South America at a convergent plate margin; (b) Andesitic stratovolcanoes are towering over an intensely deformed series of layered sedimentary rocks,and deep in the mountain belt, metamorphic rocks are probably forming today

圖10 碰撞造山帶實(shí)例(據(jù)Hamblin and Christiansen，2003)(a)喜馬拉雅造山帶：新生代印度大陸與歐亞大陸碰撞，形成了世界上海拔最高的山脈；(b)烏拉爾造山帶：晚古生代(～350Ma)歐洲與亞洲大陸碰撞，已不見(jiàn)高聳的山脈Fig.10 Collisional orogenic belts (after Hamblin and Christiansen, 2003)(a) Earth’s highest mountain chain in Himalaya orogenic belt, formed by the collision of India and Eurasia continents in Cenozoic; (b) Ural orogenic belt with no mountains higher than 2000m, formed by the collision of Europe and Asia continents in Late Paleozoic (about 350Ma)

從以上分析可以看出，山脈和造山帶是不同的概念，具有不同的科學(xué)內(nèi)涵。山脈是地貌學(xué)/地理學(xué)名詞，強(qiáng)調(diào)的是現(xiàn)時(shí)狀態(tài)和形貌特征，關(guān)鍵是具有一定的高程和陡坡；造山帶是地質(zhì)學(xué)名詞，強(qiáng)調(diào)的是匯聚板塊邊緣相互作用的動(dòng)態(tài)過(guò)程，關(guān)鍵是具有匯聚板塊邊緣的巖石-構(gòu)造組合，包括俯沖造山帶和碰撞造山帶，可以是高山，也可以是被夷平后的平原。因此，山脈與造山帶是既有交集，又彼此不可包容的兩個(gè)概念。

板塊構(gòu)造理論問(wèn)世以來(lái)，對(duì)造山帶有了全新的認(rèn)識(shí)，即使在阿爾卑斯這樣一個(gè)活動(dòng)論發(fā)源的研究地區(qū)，也取得了許多新的認(rèn)識(shí)和進(jìn)展。這些進(jìn)展為我們深入地研究造山帶提供了理論與方法。在中國(guó)的版圖中，縱橫分布著各個(gè)地質(zhì)時(shí)代的造山帶，它們的數(shù)目和分布面積，在世界上首屈一指。這樣的自然面貌當(dāng)然為國(guó)人研究造山帶提供了優(yōu)越的條件。同時(shí)，這也暗示我們，中國(guó)的地質(zhì)學(xué)家有責(zé)任為世界的造山帶研究做出更多的貢獻(xiàn)。

正如“最偉大的創(chuàng)新必然是建立在最深刻的繼承基礎(chǔ)之上”一樣，要想在板塊構(gòu)造理論方面有所創(chuàng)新和突破，必須對(duì)板塊構(gòu)造理論本身有深刻理解和準(zhǔn)確把握。創(chuàng)新就是突破科學(xué)前沿。所謂前沿就是人類目前科學(xué)知識(shí)所知道的和不知道的之間的界線。如果把你知道的，或者說(shuō)你擁有的知識(shí)當(dāng)作一個(gè)圓，圓之外是不知道的，那么這個(gè)圓的圓周就是前沿。學(xué)科前沿就是包括這個(gè)學(xué)科全部知識(shí)的大圓的圓周。要想使自己站在板塊構(gòu)造理論前沿，就要深刻把握板塊構(gòu)造理論的內(nèi)涵，努力撐大自己的圓，使之成為準(zhǔn)確包含板塊構(gòu)造理論的大圓，而不僅僅是包含幾個(gè)板塊構(gòu)造的概念和理論碎片。突破大圓才是創(chuàng)新。所以全面理解和準(zhǔn)確把握板塊構(gòu)造理論是地質(zhì)學(xué)創(chuàng)新之前提。因此，一個(gè)人的創(chuàng)新能力與自己的圓的大小，即擁有專業(yè)知識(shí)的多寡密切相關(guān)；同理，一個(gè)國(guó)家的創(chuàng)新能力取決于擁有大圓的人的多寡。

4 造山帶研究中的若干問(wèn)題

造山帶是大陸地質(zhì)學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。然而，近些年來(lái)在運(yùn)用板塊構(gòu)造理論解釋造山帶的形成和演化過(guò)程中，出現(xiàn)了與槽臺(tái)理論概念混用，或概念含混不清的情況。也就是說(shuō)并沒(méi)有深刻理解和準(zhǔn)確把握板塊構(gòu)造理論的精髓，這大大制約了科學(xué)的發(fā)展，有甚者還有誤導(dǎo)作用。眾所周知，板塊構(gòu)造理論取代槽臺(tái)理論稱為地球科學(xué)革命，二者分屬兩個(gè)范式，其間具有不可通約性(incommensurability)(侯泉林，2018)。因此其概念和理論不可以混用或交叉使用，否則會(huì)造成概念和理論的混亂。認(rèn)識(shí)這個(gè)問(wèn)題并非僅僅是概念和術(shù)語(yǔ)的使用問(wèn)題，而是如何深刻理解和準(zhǔn)確把握板塊構(gòu)造理論的內(nèi)涵本質(zhì)和理論體系問(wèn)題。下文針對(duì)運(yùn)用板塊構(gòu)造理論研究造山帶過(guò)程中的一些容易混淆和誤解的問(wèn)題和概念進(jìn)行討論，并與讀者商榷。

4.1 混雜帶的概念

混雜帶或混雜巖(mélange)，中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)稱為混同層，是識(shí)別造山帶的關(guān)鍵大地構(gòu)造單元，是許靖華(Hsü,1967)研究北美加里福尼亞海岸山脈弗朗西斯科雜巖時(shí)提出來(lái)的，主要指形成于海溝的增生楔或增生棱柱體，在碰撞造山帶中構(gòu)成了造山帶腹陸的主體(圖11)。

圖11 造山帶結(jié)構(gòu)及不同類型的磨拉石盆地(據(jù)李繼亮，2009修改)Fig.11 Conceptual tectonic profile of the orogenic belt and related Molasse basins (modified after Li, 2009)

混雜帶的典型特征是基質(zhì)夾巖塊(block-in-matrix)，其巖石組成包括兩部分：①混雜帶的基質(zhì)，即原地巖系(autochthonous rock)，主要由海溝以及海溝-斜坡盆地的濁積巖復(fù)理石和塊體搬運(yùn)沉積(mass-transport deposit，MTD)以及遠(yuǎn)洋沉積物組成，常含放射蟲(chóng)硅質(zhì)巖；②包裹于復(fù)理石基質(zhì)中的大小懸殊、巖性和時(shí)代各異的外來(lái)塊體(allochthonous block)，如洋島(oceanic island)、海山(seamount)、洋底高原(oceanic plateau)、大洋巖石圈(蛇綠巖)等的殘塊，以及大陸碎片(continental fragments)、島弧火山巖塊、不同成因的碳酸鹽巖(多變質(zhì)為大理巖)塊體等。

由于俯沖深度和經(jīng)歷的溫壓條件不同，俯沖混雜帶的基質(zhì)和外來(lái)巖塊經(jīng)受不同的變質(zhì)作用，從基本不變質(zhì)到高壓甚至超高壓變質(zhì)，這取決于其隨俯沖帶是否曾經(jīng)俯沖下去過(guò)和俯沖深度以及隨之折返情況。這些不同來(lái)源、不同成因和時(shí)代、不同變質(zhì)程度的外來(lái)巖塊(或構(gòu)造巖塊)與基質(zhì)混雜在一起，構(gòu)成混雜帶。混雜帶構(gòu)造雜亂，變形強(qiáng)烈，尤其是基質(zhì)中發(fā)育各類沖斷構(gòu)造(thrusts、duplex)、大型復(fù)式褶皺(阿爾卑斯式褶皺)和大型韌性剪切帶，以及底劈構(gòu)造等。此外，常發(fā)育構(gòu)造破碎組(broken formation)，地層呈現(xiàn)失序(out-of-sequence)特征。

近來(lái)，有人將沉積混雜的滑塌堆積(slumping)或野復(fù)理石等也稱為混雜巖，造成了混亂，建議予以澄清。

4.2 造山帶中的碳酸鹽巖問(wèn)題

造山帶中會(huì)發(fā)育各種類型的碳酸鹽巖，若不加以區(qū)分，勢(shì)必對(duì)造山帶分析造成誤導(dǎo)。造山帶中的碳酸鹽巖大致有如下形成環(huán)境：①形成于洋中脊附近的CCD 面(碳酸鹽補(bǔ)償深度)之上的遠(yuǎn)洋碳酸鹽巖隨洋殼擴(kuò)張進(jìn)入俯沖帶并被刮削下來(lái)，多變質(zhì)為薄層的條帶狀大理巖；②海山、洋島和洋底高原頂部的碳酸鹽巖在俯沖過(guò)程中進(jìn)入混雜帶；③變形隆起的增生楔構(gòu)造高點(diǎn)(又稱構(gòu)造脊，structure ridge)也可堆積碳酸鹽巖；④當(dāng)不發(fā)育弧前盆地時(shí)，島弧邊緣的局限臺(tái)地碳酸鹽巖可垮塌滑落至增生楔中；⑤被動(dòng)陸緣的臺(tái)地碳酸鹽巖會(huì)以孤立滑塌巖塊方式進(jìn)入深海環(huán)境，俯沖過(guò)程中進(jìn)入混雜帶，或直接出露于前陸帶。

由此可以看出，造山帶中會(huì)有形成于不同構(gòu)造環(huán)境的碳酸鹽巖的共存共生現(xiàn)象。應(yīng)具體問(wèn)題具體分析，設(shè)法確定其形成的構(gòu)造環(huán)境和成因，如沉積于海山、洋島、洋底高原和構(gòu)造脊頂部以及島弧邊緣的碳酸鹽巖中常發(fā)育火山巖(凝灰?guī)r)夾層，否則會(huì)造成誤導(dǎo)。

4.3 蛇綠巖與造山帶和縫合帶關(guān)系問(wèn)題

混雜帶中的任一蛇綠巖塊的時(shí)代只代表該洋殼殘片的形成時(shí)代，它既可以就位于俯沖階段也可以就位于碰撞階段，與俯沖作用和碰撞造山?jīng)]有對(duì)應(yīng)關(guān)系。大洋巖石圈從其在洋中脊處形成到在俯沖帶處消亡，是一個(gè)連續(xù)演化過(guò)程，混雜帶中不同時(shí)代的蛇綠巖僅表示不同時(shí)代的洋殼碎塊以不同方式就位于混雜帶中或其周邊。因此，蛇綠巖的形成時(shí)代和就位時(shí)代與大洋閉合和兩側(cè)大陸發(fā)生碰撞的時(shí)間沒(méi)有直接聯(lián)系，不能代表碰撞造山的時(shí)代(圖12)，盡管最年輕的蛇綠巖可作為大洋閉合和碰撞事件發(fā)生的下限，但往往有較大誤差。

圖12 增生型造山帶理想模式圖(據(jù)陳藝超等，2021)Fig.12 Tectonic model showing relationship between accretion arc and accretionary orogenic belt (after Chen et al., 2021)

蛇綠巖就位有多種方式，不同的就位方式會(huì)導(dǎo)致其位置不同，而且在俯沖階段(如北美西海岸Costa Range蛇綠巖，Hopsonetal., 2008)及碰撞造山作用過(guò)程中還可能經(jīng)歷遠(yuǎn)距離推覆，因此蛇綠巖出露位置并不能代表縫合帶的位置(侯泉林，2018)。

4.4 增生型造山帶問(wèn)題

然而，現(xiàn)階段的一些文獻(xiàn)中，常常將洋殼俯沖階段即增生楔形成過(guò)程叫增生型造山帶,如環(huán)太平洋型造山帶；而將大洋閉合，兩側(cè)大陸發(fā)生(間接或直接)碰撞作用形成的造山帶叫碰撞型造山帶。這種分類是按照演化階段的縱向分類，與Suess(1875)提出的“特提斯型造山帶”和“太平洋型造山帶”分類類似，即所謂“增生型造山帶”就是“太平洋型造山帶”，指大洋仍在俯沖、尚未閉合的情形。若如此，又如何稱中亞造山帶是增生型造山帶呢？因?yàn)楣艁喼扪笤缫验]合，理應(yīng)屬于碰撞型造山帶。如果按此劃分，又有哪個(gè)碰撞造山帶不是從增生型演化而來(lái)的呢？畢竟所有的碰撞發(fā)生之前，都必須有洋殼的俯沖消減將兩個(gè)碰撞的陸塊運(yùn)移到一起。所以這種類型劃分在研究古老造山帶中不僅沒(méi)有實(shí)際意義，而且還會(huì)造成混亂。因此，應(yīng)將增生型造山帶回歸到eng?r(1992)提出的增生型造山帶的本來(lái)面目。

4.5 增生弧問(wèn)題

增生弧(accretionary arc)是指形成于增生楔(又稱俯沖混雜帶、蛇綠混雜帶或增生雜巖)之上的巖漿弧，是增生型造山帶的重要標(biāo)志(圖12)。增生弧不同于洋內(nèi)弧和陸緣弧，它是“晚期巖漿弧與早期混雜帶的共生體”。增生弧巖漿的重要來(lái)源之一是增生楔物質(zhì)的重熔，特別是復(fù)理石和各類外來(lái)巖塊。有人認(rèn)為，其部分熔融可能與增生楔中的大型逆沖斷層的摩擦熱和剪切帶的剪切熱有關(guān)；也有人認(rèn)為地幔仍然是增生弧形成的主要熱源。但增生弧巖漿有無(wú)地幔源區(qū)供應(yīng)還有待討論。有學(xué)者認(rèn)為在俯沖混雜帶側(cè)向長(zhǎng)距離增生過(guò)程中，地幔楔不可能緊跟在俯沖消減帶之上，所以增生弧的巖漿來(lái)源難以用地幔楔水致部分熔融機(jī)制來(lái)解釋(李繼亮，2004)。但以日本島弧為案例的增生弧中也發(fā)育基性鈣堿性甚至拉斑質(zhì)的巖漿，一些地球物理工作也證實(shí)日本島弧巖漿有來(lái)自莫霍面以下的熔體貢獻(xiàn)(Taira, 2001)。這些證據(jù)表明增生弧巖漿可能確實(shí)存在一定的地幔熔融貢獻(xiàn)，但這一增生弧地幔是怎樣的性質(zhì)和來(lái)源，現(xiàn)在還無(wú)從討論。俯沖帶后撤時(shí)斷離并保留在原俯沖帶位置的俯沖大洋巖石圈可能是其來(lái)源之一(圖12；陳藝超等，2021)。這些爭(zhēng)議尚需更多工作予以澄清。

因巖漿來(lái)源不同，巖石和地球化學(xué)特征必然有其特殊性。有研究發(fā)現(xiàn)，增生弧花崗巖普遍具有Sr-Nd 同位素解耦現(xiàn)象，表現(xiàn)為Nd 同位素虧損，Sr 同位素富集，這可能是因?yàn)樵錾』◢弾r主要來(lái)自于增生楔復(fù)理石的部分熔融，海水富Sr 之緣故(Chenetal., 2017; 侯泉林, 2018；陳藝超等，2021)。

4.6 高壓變質(zhì)作用與碰撞作用關(guān)系

有人認(rèn)為，高壓變質(zhì)與碰撞作用密切相關(guān)，這可能是個(gè)誤區(qū)。所謂高壓變質(zhì)是指高的P/T比，而非壓力的絕對(duì)值，如高壓麻粒巖的變質(zhì)壓力可能超過(guò)藍(lán)片巖和榴輝巖，但仍屬中壓變質(zhì)相系，因其P/T中等；而藍(lán)片巖和榴輝巖因其高的P/T比而屬于高壓相系。

俯沖板片因其較低的溫度(T)，具有高的P/T比，所以高壓變質(zhì)也稱為俯沖變質(zhì)，也就是說(shuō)高壓變質(zhì)與俯沖作用密切相關(guān)；碰撞作用過(guò)程因其正常(中等)的P/T比，發(fā)生巴洛式變質(zhì)，而不可能發(fā)生高壓變質(zhì)作用(圖13)。

圖13 碰撞造山帶巖石的典型壓力-溫度環(huán)(據(jù)Frisch et al.，2011修改)洋殼和一些大陸碎片物質(zhì)可被深俯沖，經(jīng)歷俯沖變質(zhì)作用(高壓變質(zhì)作用)；在折返過(guò)程中，將會(huì)疊加角閃巖相或綠片巖相變質(zhì)(綠色線條). 大陸地殼在碰撞過(guò)程中經(jīng)受的壓力主要是區(qū)域變質(zhì)作用(巴洛式變質(zhì))，折返過(guò)程中會(huì)進(jìn)入阿武隈式變質(zhì)作用范圍(棕色線條). 注意，折返過(guò)程中巖石的溫度比下降期間同一深度下巖石的溫度要高，因?yàn)榧訜岷屠鋮s都是緩慢的過(guò)程(相對(duì)壓力來(lái)說(shuō))Fig.13 Typical pressure-temperature loops from rocks in a collisional orogen (after Frisch et al., 2011)Oceanic crust or continent splinters can be deeply subducted and experience subduction metamorphism (high-pressure metamorphism); during their ascent they will be overprinted in amphibolite or greenschist facies (green paths). Other parts of continental crust experience pressure-emphasized regional metamorphism (Barrow-type) during collision and reach fields of the Abukuma-type regional metamorphism during ascent (brown paths). During their ascent the rocks are much hotter than during descent at the same depth, because both heating and cooling are slow processes

俯沖帶可以將混雜帶中的任何物質(zhì)包括其中的陸殼物質(zhì)攜帶至深部發(fā)生高壓變質(zhì)，然后再折返就位，此時(shí)碰撞作用并未發(fā)生。北美弗朗西斯科雜巖帶(Wakabayashi, 2015)中就出露有大量的榴輝巖和藍(lán)片巖，而太平洋遠(yuǎn)未閉合。所以高壓變質(zhì)作用即俯沖變質(zhì)作用與碰撞事件并無(wú)關(guān)聯(lián)，因此不能用高壓變質(zhì)峰期年齡來(lái)確定碰撞時(shí)間。同理，在俯沖過(guò)程中持續(xù)就位的高壓變質(zhì)巖，其寄主斷裂系統(tǒng)也不能作為縫合帶考慮。

4.7 造山帶中的復(fù)理石與磨拉石問(wèn)題

復(fù)理石和磨拉石的構(gòu)造意義遠(yuǎn)大于其巖石學(xué)和沉積學(xué)意義，因此被認(rèn)為是構(gòu)造術(shù)語(yǔ)。但常見(jiàn)一些文獻(xiàn)中對(duì)其概念，特別是構(gòu)造含義含混不清，甚至誤解。

復(fù)理石是一個(gè)沉積巖相概念，是指由巨厚的海相濁積巖組成的一套具有韻律結(jié)構(gòu)的巖石組合，以鮑馬序列為特征(Reading，1996)。復(fù)理石可形成于被動(dòng)陸緣、活動(dòng)陸緣、島弧等構(gòu)造環(huán)境，是碰撞造山前的產(chǎn)物，也就是說(shuō)在碰撞造山作用過(guò)程中不可能形成復(fù)理石沉積。被動(dòng)大陸邊緣的復(fù)理石在碰撞作用過(guò)程中進(jìn)入造山帶前陸褶皺沖斷帶；活動(dòng)陸緣以及弧前或弧后的復(fù)理石進(jìn)入造山帶腹陸(圖11)。需要說(shuō)明的是，湖等陸相濁積巖不屬于復(fù)理石范疇。

造山帶中的磨拉石發(fā)育于不同類型的磨拉石盆地(圖11)，發(fā)育于下行板片(underthrust plate)之上的前陸盆地稱為原前陸盆地(pro-foreland basin)，其中磨拉石是一套下部為海相細(xì)碎屑沉積(如臺(tái)灣海峽)和上部為陸相粗碎屑沉積的巨厚沉積組合，這一組合特征與山間盆地沉積形成明顯對(duì)照。原前陸盆地中的磨拉石往往堆積于較早形成的復(fù)理石的前鋒部位，形成于碰撞事件發(fā)生之后，且貫穿于整個(gè)碰撞造山過(guò)程。因此，前陸沖斷帶中最晚的復(fù)理石地層與其上的原前陸盆地中最早的磨拉石地層可作為限定碰撞事件發(fā)生的下限和上限標(biāo)志。值得注意的是，弧背前陸盆地(retro-arc foreland basin)既可發(fā)育于碰撞階段，也可發(fā)育于俯沖階段，所以其中的磨拉石地層不能限定碰撞事件發(fā)生。

4.8 碰撞事件的時(shí)限問(wèn)題

碰撞造山帶的碰撞事件時(shí)限是造山帶研究的關(guān)鍵問(wèn)題，也是造山帶研究中爭(zhēng)論最多的問(wèn)題。有人總想一勞永逸地用某個(gè)同位素年齡來(lái)代表碰撞事件的發(fā)生。事實(shí)上，從洋殼俯沖到大洋閉合和碰撞作用發(fā)生是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，因此沒(méi)有留下任何能直接反映碰撞事件發(fā)生的物質(zhì)和年齡記錄，可以說(shuō)任何年齡都不能代表碰撞事件發(fā)生的時(shí)間，因此只能通過(guò)碰撞前與碰撞后環(huán)境、物質(zhì)的改變以及年齡記錄去限定其上、下限。

限定碰撞事件發(fā)生的上、下限的方法很多(李繼亮等，1999)，但往往誤差都較大。最有效的方法是，碰撞前俯沖板塊如被動(dòng)大陸邊緣(碰撞后進(jìn)入前陸褶皺沖斷帶)最晚的復(fù)理石地層與其上覆的原前陸盆地中最早的磨拉石地層分別作為限定碰撞事件發(fā)生的下限和上限標(biāo)志。兩套地層有時(shí)為連續(xù)沉積，因此可以把碰撞事件限定在很小的時(shí)間范圍之內(nèi)。需要注意的是，只有覆于最晚復(fù)理石地層之上，即晚于最晚復(fù)理石地層的原前陸盆地中最早的磨拉石地層方可作為限定碰撞事件發(fā)生的上限，其他類型的前陸盆地如弧背前陸盆地以及造山楔頂盆地等的磨拉石地層則不能用于限定碰撞事件發(fā)生的上限。

需要強(qiáng)調(diào)的是，俯沖階段也可形成類似磨拉石的陸相礫巖地層，如弧前盆地或增生楔之上的斜坡盆地沉積。這些陸相礫巖地層同樣以角度不整合關(guān)系覆蓋于就位在增生楔中的海溝濁積巖地層之上(Mooreetal., 2001)，非常容易與前陸盆地混淆。因此使用復(fù)理石-磨拉石沉積相轉(zhuǎn)換來(lái)判斷碰撞造山事件，必須要首先限定沉積盆地的構(gòu)造屬性為周緣前陸盆地，而不能簡(jiǎn)單的用“礫巖角度不整合覆蓋濁積巖”這樣的地層柱子來(lái)替代。

4.9 造山帶中的角度不整合與造山幕和造山運(yùn)動(dòng)關(guān)系問(wèn)題

最近一個(gè)時(shí)期以來(lái)，有關(guān)造山幕、燕山運(yùn)動(dòng)，及其與角度不整合的關(guān)系討論有回溫之勢(shì)，造成了板塊構(gòu)造理論與槽臺(tái)理論和概念混雜使用，十分混亂，有必要予以澄清。

造山幕(orogenic episode)又稱褶皺幕(folding episode)、構(gòu)造幕(tectonic episode)。這一概念最早是由Stille于1936年提出來(lái)的，其含義是地槽轉(zhuǎn)變?yōu)轳薨檸У倪^(guò)程都經(jīng)歷了一系列短時(shí)間的褶皺幕；褶皺幕之間，為比較長(zhǎng)的、相對(duì)靜止的階段所隔開(kāi)；每一個(gè)褶皺幕在整個(gè)地槽區(qū)，乃至全球所有的地槽區(qū)都是近于同時(shí)發(fā)生的，而且褶皺幕是根據(jù)地層間的角度不整合來(lái)確定的(Aubouin, 1965)。之所以用地層角度不整合來(lái)確定造山幕，是因?yàn)榈夭蹖W(xué)說(shuō)認(rèn)為，造山帶是地槽褶皺回返抬升的垂向運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，造山帶的回返抬升造成整個(gè)造山帶的強(qiáng)烈變形和剝蝕，然后再沉降接受沉積時(shí)，就會(huì)形成地層的角度不整合。板塊構(gòu)造理論認(rèn)為，從大洋巖石圈的俯沖到大陸巖石圈的碰撞，以及其后的持續(xù)碰撞造山作用是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程。在此過(guò)程中，可以形成經(jīng)歷變形和遭受剝蝕的高地(如沖斷巖席)，也可同時(shí)形成接受沉積的洼地(盆地)，也就是說(shuō)在同一次造山作用過(guò)程中會(huì)形成若干個(gè)角度不整合，或者說(shuō)角度不整合是造山帶中的普遍現(xiàn)象，而且一個(gè)地方遭受剝蝕形成角度不整合和另一個(gè)地方接受連續(xù)沉積是同時(shí)發(fā)生的，并不存在統(tǒng)一的角度不整合。再者，角度不整合的成因也是多種多樣的，即使同一個(gè)角度不整合的不同位置也可能是穿時(shí)的，如日本西南部石庫(kù)島增生楔楔頂盆地底部的不整合。因此，造山作用過(guò)程中并不存在造山幕；造山帶中的角度不整合也不與任何所謂的造山幕、造山運(yùn)動(dòng)，以及碰撞事件有對(duì)應(yīng)關(guān)系。也就是說(shuō)不整合并不代表有重大構(gòu)造事件發(fā)生；相反，如前所述的復(fù)理石向前陸盆地磨拉石地層的轉(zhuǎn)變過(guò)程可能是連續(xù)沉積，但它指示了碰撞事件的發(fā)生，即造山帶中地層的連續(xù)沉積并不代表沒(méi)有重大構(gòu)造事件發(fā)生。

自20 世紀(jì)60～70 年代，地球科學(xué)革命取得成功，板塊構(gòu)造理論范式取代地槽學(xué)說(shuō)范式之后，深大斷裂、全球性的造山幕、造山運(yùn)動(dòng)，如加里東運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)、喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)等術(shù)語(yǔ)已不再使用，地質(zhì)學(xué)教科書(shū)中也沒(méi)有了這些概念。至于加里東期、燕山期、喜馬拉雅期之類術(shù)語(yǔ)仍被廣泛使用，其含義也僅代表時(shí)代的概念。

4.10 造山作用與成礦問(wèn)題

造山作用與成礦關(guān)系是長(zhǎng)期以來(lái)的關(guān)注焦點(diǎn)，特別是近些年來(lái)過(guò)于強(qiáng)調(diào)碰撞造山過(guò)程的成礦作用，這可能是個(gè)誤區(qū)。我們知道，在碰撞前的俯沖造山階段，尤其是有洋脊俯沖的情況下會(huì)有大量地幔物質(zhì)上涌，這為成礦作用提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)，有利于大規(guī)模成礦，如環(huán)太平洋成礦帶。碰撞造山后的拆沉作用(delamination)會(huì)引發(fā)大規(guī)模地幔物質(zhì)或能量上升，加之淺部伸展拆離作用的構(gòu)造配套，也有利于大規(guī)模成礦。而碰撞造山過(guò)程中的(內(nèi)生)成礦作用一般比較有限，因?yàn)樵撨^(guò)程巖漿活動(dòng)貧乏，加之地殼加厚，深部地幔物質(zhì)難以上升至淺部，所以成礦的物質(zhì)基礎(chǔ)比較薄弱，形成大規(guī)模內(nèi)生礦床的可能性較小?？傊?，碰撞前和造山后階段是內(nèi)生礦床成礦的關(guān)鍵時(shí)期，反而碰撞造山作用過(guò)程中不利于內(nèi)生礦床的大規(guī)模形成。

致謝中國(guó)科學(xué)院大學(xué)閆全人教授針對(duì)有關(guān)問(wèn)題與作者進(jìn)行了深入討論，并提出了許多建設(shè)性意見(jiàn)；審稿專家提出了寶貴的修改意見(jiàn)。在此一并謹(jǐn)表謝忱！

文中參閱了李繼亮先生的一些手稿資料，因此將先生列為共同作者。謹(jǐn)以此文紀(jì)念恩師李繼亮先生逝世一周年！