关于特提斯海、特提斯运动、特提斯构造带和秦岭—伏牛山—大别山板块碰撞隆起带的特征
传统地质学以地层不整合来确定地壳运动是否存在是不全面的。地层不整合自然是反映了地壳运动的存在,但有些规模宏大的地壳运动,却未见到地层不整合,有的甚至是地层整合接触的,却未被定为“运动”。如早石炭世末,华北板块与扬子板块分离,使两个板块之间以特提斯海相隔,扬子板块上的上石炭统黄龙组与下石炭统大塘组、梓山组之间并无不整合。在华北,中奥陶世后成为陆地,未接受沉积,至晚石炭世才有海陆交互相的本溪组沉积,至今未被命名为运动。因为这个不整合面包含了两个运动,不好命名了。上下石炭统间的运动客观存在,就是形成特提斯海的运动,应该命名为特提斯运动。从晚古生代中期到中生代中期,约1.8亿年的时间内,都曾受到特提斯运动的影响,是海西运动旋回中最重要的运动。实际上特提斯运动至今尚未结束,因为非洲仍在向北移动,尚未与欧洲碰撞对接,地中海尚未关闭,而南美洲也在北移,尚未与北美洲碰撞对接,加勒比海也未关闭。
有些地质学家认为早石炭世后,华北板块与南华板块分离,当中以特提斯海相隔,又在早三叠世末南北板块碰撞对接并关闭古特提斯海的说法是不对的,认为古特提斯海不在南华(扬子)板块与华北板块之间,中特提斯海也不在祁连山到天山一带,而是在藏北的拉竹垅—金沙江一带。也有一些地质学家认为中特提斯海是在斑公湖—怒江一带。
特提斯海的名称是与特有的生物群相联系的,古生物界将特提斯海的生物发育区定名为特提斯生物域,特提斯生物域内有其独特的生物群。现在用于二叠纪地层对比的,主要是菊石和蜓科化石,其中菊石演化快,种属多,分布广,是特提斯生物域二叠纪地层对比的主要依据,而腕足类和瓣鳃类演化较慢,很少用来作为地层对比的标志。在扬子板块上,属于特提斯生物域的菊石和蜓科化石非常丰富,其中尤其以江西的菊石最为丰富,化石带最为完整。马俊文先生曾在江西进行了30余年菊石研究,发现了2个新超科,15个新属,90余个新种[7][10][11][12][13][14][15][16][17]。他的研究成果得到了南京古生物研究所和中国地质大学的承认,并得到杨遵仪教授的高度赞扬。根据马俊文先生提供的资料,在江浙到陕西、四川的扬子板块上广泛分布着特提斯生物域的二叠纪的菊石。其中,赵金科院士(1978年)充实了苏联鲁任采夫建立的两个菊石科,即原始型的安德生菊石科(Anderssoaoceratidas)和进化型的阿拉斯科菊石(Araxocerastidae),马俊文先生又在江西建立了一个两者之间的过渡型菊石科,即花桥菊石科(Huaqiaocerastidae)。后来南京古生物研究所梁希洛研究员又在青海格尔木发现了阿拉斯科菊石中的一个新属,即格尔木菊石(Geermuceras)。此外在天山西端南麓,野外队的地质人员也发现了属特提斯生物域的二叠纪阿拉斯科菊石。因此,特提斯海不仅存在于扬子板块与华北板块之间,还可以沿祁连山一直延伸到天山。
苏联鲁任采夫(1959,1960)在俄罗斯外高加索乌拉尔和卓勒法市,在伊朗的阿里巴什卓勒法地区的卓勒法层中,见有大量阿拉斯菊石群的菊石,并曾发表过大量文章,地层所属时代应与扬子板块相同,所不同的是未见阿拉斯菊石群中最进化的顶部菊石分子。
在中美洲墨西哥德利西亚附近的二叠纪地层中,有一段名为考合拉层(Coahuila)。美国人米勒(1940)、斯宾诺萨(1970,1975)发表的文章中,在考合拉层中存在有阿拉斯菊石群中三个不同演化阶段的菊石,但将其定为下二叠统。马俊文先生认为墨西哥的考合拉层应与扬子板块上晚二叠世早期地层对比,纠正了美国人的错误归属。在日本南部的托约门层(Toyoman)也发现有阿拉斯菊石群的菊石,也可与扬子板块相对比。
从以上菊石化石的分布,可以看到中亚、中东、日本南部和中美洲的墨西哥都有特提斯生物域特有的阿拉斯菊石群的菊石分布,其地层都应该可以与扬子板块上的上二叠统对比。因此,可以认为特提斯海曾经是一个横贯全球的广海,从大别山、秦岭向西,沿祁连山、天山,经吉尔吉斯斯坦到里海与黑海之间的俄罗斯外高加索地区,南下伊朗,可能在伊拉克附近向西入地中海;大别山向东,经江苏北部、日本南部,到墨西哥入加勒比海。特提斯海原定义为地中间的海,现在看来,应该是南北半球板块之间的海。
从上述阿拉斯科菊石的分布,可以看出原来的扬子板块是一个横贯东西的大板块,从俄罗斯的乌拉尔,一直可以东延到墨西哥。早石炭世末,华北板块与扬子板块分离后,特提斯海就已存在。二叠纪菊石,尤其是阿拉斯科菊石的分布,确定了扬子板块的范围。中二叠世茅口期末,发生东吴运动,峨眉山玄武岩大规模溢出,使扬子板块一分为二,峨眉山以东的板块仍称为扬子板块,其北的特提斯海即为古特提斯海。扬子板块快速北移,早三叠世末与华北板块碰撞对接,形成秦岭—伏牛山—大别山板块碰撞隆起带,古特提斯海关闭。峨眉山以西的板块则称为川疆板块。现在一些人划定的柴达木板块、可可西里板块、南疆板块等,均应属于川疆板块。其北面的海为中特提斯海。其实中特提斯海是与古特斯海同时形成的,只不过关闭的时间不同而已。由上述可见,东吴运动是将扬子板块一分为二的运动,也是将特提斯海划分为古、中特提斯海的运动。有些人认为东吴运动影响不大,因为江西及其以东地区地层,仅为假整合甚至整合接触。其实东吴运动应该是中国地质史上意义重大的运动。也有人将东吴运动划归为印支运动,是不够妥当的。因为印支运动是关闭古特提斯海的运动,与东吴运动的地史意义是不相同的。
无论是拉竹垅—金沙江地区,还是斑公湖—怒江地区,虽然与现在的秦岭纬度相近,但迄今为止尚未发现二叠纪提斯生物域的阿拉斯科菊石,所以把它们称为特提斯海所在区域是不合适的,应该将它们称为西藏海。川疆板块以北为特提斯海,川疆板块以南为西藏海。西藏海最早只能在侏罗纪才开始。虽然川疆板块以南早就有海洋,但只有在羌塘板块到达西藏地区,与川疆板块以海相隔时,这个海才能叫西藏海。羌塘板块与川疆板块碰撞对接后,形成了拉竹垅—金沙江碰撞带,关闭了最早期的西藏海,又在其南面留下了第二期的西藏海;冈底斯板块与羌塘板块碰撞对接,形成斑公湖—怒江碰撞带,关闭了第二期西藏海,又在其南面留下第三期西藏海;喜马拉雅板块与冈底斯板块碰撞对接,形成雅鲁藏布江碰撞带,关闭了第三期西藏海,又在其南面留下第四期西藏海;印度板块在第四纪初与喜马拉雅板块碰撞对接,才最终关闭了西藏海,不但使喜马拉雅山隆起,而且整个青藏地区都隆起成为高原。而拉竹垅—金沙江、斑公湖—怒江则仅为上述板块间的碰撞构造带。这两个构造带只是西藏运动的构造带,而非特提斯运动的构造带。
以往认为古特提斯海是向东张开的喇叭口状。黄汲清先生(1987)曾认为,随着冈瓦纳板块的漂移,以现今的地中海为枢轴,伴随左旋转动,使古特提斯海关闭,中特提斯海又相继打开和关闭[8]。由以上所列举的晚二叠世阿拉斯科菊石的广泛分布,特提斯海应该是横贯全球的海洋,之所以有古、中、新之分,应该是由关闭时间早晚决定的。南华(扬子)板块北移,与华北板块碰撞对接,于早三叠世末关闭的特提斯海称为古特提斯海。侏罗纪末,川疆板块北移,与蒙疆板块碰撞对接,关闭的是中特提斯海。现在的地中海和加勒比海,只是特提斯海尚未关闭而正在关闭之中的残剩海洋。因此,特提斯海是目前已知的地球上历史最为悠久的海,从晚古生代早石炭世末开始,一直到现在仍然存在。特提斯海关闭后,留下的板块碰撞构造带,应称之为特提斯板块碰撞构造带。因为特提斯海关闭的时间和地段不同,所以形成的板块碰撞构造也有差别。特提斯海板块碰撞构造带以南的板块都来自南半球。构造带以北的板块,主体一直在北半球,是世界上最大的近东西向构造带,是一条以压扭性为主的构造带。构造带两侧蕴藏了丰富的石油资源,中东、中亚及拉丁美洲三个大的产油区都在该构造带两侧,产出世界上80%的石油,可见该构造带意义之重大。
南华板块与华北板块的碰撞对接形成主被动板块碰撞构造,秦岭—伏牛山—大别山碰撞构造带隆起,这就是印支运动。在扬子板块上,紧挨着板块碰撞隆起带的地带形成了江南拗陷,拗陷带从川中北向东,经湖北、湘北、赣北到皖南一带,沉积了中晚三叠世的煤系地层。武夷山北段、武功山等为该拗陷带南侧的伴生边缘隆起带。华北板块上拗陷带形成较晚,主要在侏罗纪,离板块碰撞隆起带较远,发育在阴山、燕山以南的内蒙古南部、陕西北部、晋北、冀北及辽南、鲁北一带(当时渤海尚未形成),笔者称为三北拗陷。阴山、燕山为北侧的伴生边缘隆起带。
由于南华板块与华北板块是主被动板块对接,而且对接的时间持续很长,从早三叠世末一直持续到侏罗纪末,使得扬子板块前部深深插入到华北板块盖层与基底之间(图2-5)。尤其从侏罗纪初开始,华北板块盖层越过秦岭—大别山碰撞隆起带,向南超覆到扬子板块上,将整个江南拗陷全部覆盖,经过长时间的风化剥蚀,现在地表只留下以上元古界为代表的老地层,在江西称双桥山群,在湖南称四堡群。以往中国地质界将这些上元古界残留区称为江南古陆,实际上,江南古陆并不存在。在所谓的江南古陆下,压着江南拗陷。在赣中、赣北部分县市能见到大量双桥山群覆盖在泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系和下侏罗统门口山组之上的情况。如在江西宜丰县城西和新建县西山镇,各有一个直径约百余米的大坑,深约30余米(最近已填埋),双桥山群明显覆于上石炭统黄龙灰岩之上。又如万载县黄茅,见到双桥山群覆盖在黄龙灰岩之上,黄龙灰岩又覆盖在上三叠统安源煤系之上。在上高县七宝山,可见到双桥山群覆盖在泥盆系上,泥盆系又覆盖在二叠系上。鄱阳县白马煤矿东南,双桥山群覆盖在二叠系上。在万年县城以东,见到双桥山群覆于下侏罗统门口山组之上。在乐平市涌山、桥头丘等地见到双桥山群覆于二叠系上。在弋阳梅溪桥见到双桥山群覆于安源煤系上。在九江、德安见到双桥山群覆于寒武系、二叠系上,等等。在湖北黄石,见到和双桥山群同期的老地层覆于二叠纪地层上。在皖南黄山市范围内,也见到上元古界覆于安源煤系和下侏罗纪之上的情况。限于篇幅,不再一一列举。但是,上元古界并不是像一床棉被一样覆盖在江南拗陷之上,而是在其南推过程中,裹带了扬子板块屑入前缘的一些地层向南移动,在钻孔中会出现多次重复。当裹带的地层较厚时,在平面上会形成一些条带,如瑞昌、武宁一带的王家铺煤系,彭泽一带的梁山煤系,这些煤系夹于早二叠世或晚石炭世的灰岩中间,没有根土岩,不可能是当时在浅海中形成的煤层,实际上应是华北盖层裹带的安源煤系。在新建西山之南的朱坊村,曾有一钻孔,从安源煤系下钻,先后见到双桥山群、黄龙灰岩、安源煤系、双桥山群、黄龙灰岩、双桥山群,约180米停钻,钻孔所见仅为华北板块超覆体及其裹带的扬子板块屑入前缘的部分地层,形成多次重复,可见超覆盖层的构造是极其复杂的。只有打穿华北板块超覆的盖层,才能见到下伏的扬子板块原地系统的地层。华北板块超覆的盖层向南超覆了约800千米,将江南拗陷几乎全部覆盖。这并非夸大其词,从秦岭—大别山隆起带起算,向南到赣湘中北部,即上元古界的最南界,应在800千米以上。
据物探资料,北淮阳东部早元古代—太古代的华北板块基底埋深,是自北向南阶梯状加大的,确山—肥中断裂以北为1~3千米,其南与桐柏—桐城断裂之间,从5千米加大到10千米。这显然是扬子板块前缘插入到华北板块盖层与基底之间,使华北板块基底向南埋深加大了。从秦岭—伏牛山—大别山的板块碰撞隆起带到华北板块石炭二叠纪煤系地层分布区或煤产地的距离看,一般在40千米左右,而华北板块上石炭二叠纪的本溪组、太原组和山西组三套煤系地层的总厚度不下1000米,并几乎遍布整个华北和东北地区。这40千米宽的陆源区,怎么可能满足形成分布范围如此广阔的三套煤系地层沉积物质的需要呢?只有把秦岭—伏牛山—大别山板块碰撞隆起带以南,扬子板块上分布的约800千米范围内的上元古界地层,作为华北板块的盖层,还给华北板块,才能解释清楚本溪组、太原组和山西组的沉积物质的来源。
川疆板块在侏罗纪末才与北面的蒙疆板块碰撞对接,关闭中特提斯海。关闭中特提斯海的运动可称为天山运动,这是主动板块与主动板块碰撞对接,形成了主动板块碰撞构造。祁连山—天山板块碰撞隆起带隆起,并在板块碰撞隆起带两侧分别形成了拗陷盆地和伴生边缘隆起带,在川疆板块南面留下了西藏海。
从菊石的对比看,墨西哥板块原应是扬子板块的一部分,应是早三叠世末印支运动时,扬子板块与华北板块发生碰撞,在北伸半岛产生张扭性断裂带,约在侏罗纪后,太平洋开始形成时,才从扬子板块上分离出来。日本群岛则是在古近纪末才从亚洲大陆上分离出去的,分离之前应分别属于华北板块和扬子板块,并曾在早三叠世末随扬子板块与华北板块碰撞对接。墨西哥下二叠统地层中的菊石与扬子板块完全可以对比,而上二叠统为火山岩,可能是南北碰撞对接造成的。因为篇幅关系,不再深入探讨。因太平洋的形成,亚洲板块西移,在其后部留下张裂带,墨西哥板块与北美板块拼接,日本南部则发育成岛弧,残留在太平洋中。
特提斯海经过了古、中特提斯海关闭两个时期后,现在只留下了地中海和加勒比海。目前,这两个海正处在关闭过程中。这两个海之所以会关闭,是地球四面体的最终形成,要求非洲和南美洲板块继续北移,分别与欧洲和北美洲板块对接,形成大洋间完整的棱边。非洲北部形成了前缘增生带,并蕴藏了丰富的石油,就是非洲北移的有力证据。地中海北部,意大利及西西里等岛屿,近代经常发生地震和火山喷发,西班牙、希腊也常有地震发生,正是非洲板块前缘与欧洲板块开始碰撞对接的象征。而拉丁美洲地震与火山活动活跃,也应是南美洲板块与北美洲板块碰撞对接的开始。只有在现代的地中海和加勒比海完全关闭后,特提斯地壳板块碰撞构造带才最终完成。特提斯板块碰撞带的确立,不仅对全球地质构造研究有重大意义,而且对全球的经济发展也密切相关,关联着石油、天然气、煤炭及金属矿产的赋存,因此必须深入研究。