将近30年前,世界地质学界隆重纪念地槽学说诞生一百周年。纪念会上的文章强调指出,在整整一个世纪的时期里,特别是本世纪初奥格的著作问世以来,这一学说乃是整个理论地质学的可靠基础,实质上它已经成为地壳演化一般理论的核心。然而,就在纪念曰之后不过十五年,由于岩石圈板块构造理论的出现,围绕着地槽学说今后的前途,发生了激烈的论战。一些持极端观点的学者把地槽学说与板块构造对立起来。其中某些批评者从“右”的方面指出,既然板块构造看来处在地槽学说的对立面,而地槽学说是建立在坚实的经验的基础上,因而板块构造是不足信的,应予抛弃,地槽学说则可保留下来。与此相反,从“左”的方面的批评者同样把二者对立起来(我认为这是凭想象得出的,后详),强调地槽学说已经过时,应予放弃,因为板块构造可以更加成功地解释地槽说所描述的现象。这种从板块构造立场对地槽学说的批评,在27届国际地质大会上也很流行,其中土耳其森格的发言尤其激烈,尽管奥布安、R. Trümpy和本文作者坚持认为地槽学说与板块构造完全可以彼此相容。
为了更快地看清所发生问题的本质,应当首先指出,这两种极端观点代表人物所根据的是诞生于三十至五十年代的那种形式的地槽学说,在苏联,这种地槽学说主要是在别洛乌索夫著作的影响下,建立在严格的固定论的基础上。然而地槽学说与固定论之间的联系完全不是必然的和不可避免的。与板块构造这类大地构造假说和理论不同,地槽学说不是一种地球动力学模式,而是一种纯经验的总结,它把所观察到的一定类型地壳活动带的发展规律归纳在一起,而其本身并未提出它们的地球力学解释。因此,把地槽学说(我总是有意地称它为学说,而不是理论)与板块构造理论对立起来在原则上也是不正确的:它们隶属于不同的认识论范畴。
回忆在地槽学说一百余年的历史进程中,对地槽的发展是从各种不同的某一时代占统治地位的构造规范的立场出发作出解释的。地槽学说的奠基者——霍尔实际上是采用均衡机制探讨地槽沉降的原因,即拗陷是巨厚沉积物堆积的结果。“地槽”这一术语的提出者丹纳与十九世纪末二十世纪初许多其他地质学家一样,是收缩论者,相应地他认为地槽形成以及它转化为褶皱山系的原因是地壳的压缩。巴甫洛夫对这一概念补充了褶皱系均衡抬升的思想。在二十年代,阿尔冈和斯陶勃从活动论观点解释阿尔卑斯地槽的发展。三十至五十年代,地槽过程的固定论解释占据优势(范贝梅伦的波动说发表于1933年及其后,Б. 和P. Bиллис的软流体说发表于1941年,别洛乌索夫的放射性迁移说发表于1943年及其后)。最后,米契尔和雷丁,杜威和伯特,康尼等在1969 ~ 1970年间首先试图以刚问世的板块构造观点描绘地槽的发展。这样一来,地槽学说可以成功地与不止一种大地构造规范相协调,与此同时地槽学说自身向着越来越完善的方向发展——阐明了地槽带内部结构的复杂性,查明了其发展的阶段性、旋回性和定向性,以及与其有关的沉积作用和岩浆活动等方面的演化。因此,地槽学说的前途不应与这种或那种大地构造规范相联系——它与不止一种大地构造规范协调,而且仍在不断深化与完善中。
由上述可知,对于现代固定论代表人物将地槽学说与板块构造对立起来,不值得作专r的评论,因为只要不对地槽学说作固定论解释,那就无论如何不能认为二者是相互排斥的。此外,板块构造的一系列证据也完全不依赖于地槽学说采取哪一种形式。
实质上,地槽学说“左”的批评者也犯了类似的错误,它们认为地槽学说因其固定论的历史而在名誉上受到不可救药的沾染(然而阿尔冈和斯陶勃却是活动论者!)。现代新活动论者的意见要严厉得多,他们认为随着板块构造的出现,地槽学说已经过时,失去了自己的价值,因为板块构造始终如一地采用现实主义方法,对于同一组地质现象作出了新的更加深刻的解释。由此,地槽学说被指责为反现实主义的;这一指责并不完全公正,因为几乎从地槽概念诞生伊始就已经在不懈地寻求它们的现代类似物。大家都知道,从丹纳到舒赫特以及更晚些的美国研究者都认为,迻种现代类似物就是大西洋型大陆边缘,后来这种边缘被称为被动边缘。自从对美国大西洋水下边缘首次地震研究以来,这一观点似乎已完全得到证实。德雷克 - 奥菲赛剖面是那次地震研究的总结,后来它在许多文章和书中得到转载。在这一剖面中明显地勾划出两个坳陷——陆架带和陆坡、陆麓带,它们不但在大小,而且在位置上看来完全可以与相邻的阿巴拉契亚古生代地槽的冒地槽带和优地槽带相对应。但更为深入的分析发现二者有重大的区别,相对于大陆更偏外侧的坳陷与阿巴拉契亚内部的优地槽带的重大区别在于,前者发育于过渡型而不是大洋型地壳上,那里缺乏蛇绿岩组合,也完全缺乏斯蒂勒所述的初期火山岩,整个这对坳陷也缺失地槽带结构中最典型的主导要素——查瓦里茨基 - 贝尼奥夫震源带。总的来说,大西洋型被动边缘可能仅相当于地质时期地槽带发展的最初阶段(为什么这一阶段对于大西洋来说延续达一亿六千万年,这确是一个特殊问题)。
奥格以及追随他的许多欧洲地质学家,其中包括麦扎洛维奇(A. H. Maзарович),把地槽与现代大西洋型大洋相类比,我们下面将会看到,这一类比本身也是相当合理的。六十年代末,发现大陆上的蛇绿岩组合与洋床地壳之间惊人的相似,仿佛证实了这一见解的合理性。至七十年代,将地槽与地质时期的大洋等量齐观,业已广泛地流行(在苏联这是在裴伟的奠基性工作之后)。然而,以后对蛇绿岩的大力研究表明,蛇绿岩的绝大多数不是发生于大洋环境(中脊裂谷)本身,而更多地发生于边缘海,甚至岛弧环境。加之地槽沉积建造无论在成分还是其巨大厚度上通常与我们现已有很好了解的大洋环境本身的沉积物有颇大区别。因此,简单地直接地将地槽与大洋等同起来,会招致论据充足的异议。
震源带——俯冲带活跃发展的标志,沉积和岩浆岩的建造特征,使得古地槽与西太平洋型大陆边缘,或像安的列斯 - 加勒比地区和印度尼西亚群岛这些“洋间”地区,以及现代地中海地区大大地接近了。因此,荷兰地质学家,印度尼西亚研究者马林格拉夫(Г. Moленграф)在寻找现代地槽过程中所作的努力是最接近于真实情形的,还在1916年,他就指出古地槽与现代印度尼西亚(东印度)及安的列斯 - 加勒比地区(西印度)相似。但是应当承认,另外两种解决现代地槽问题的途径也有其正确的方面。实际上,在陆间地槽发展历史的早期阶段,地槽是作为带有被动边缘的大西洋型大洋发育的,而假如看一看处于成熟阶段的整个地槽带,那么它们在规模上完全可以与大洋盆地相对应。例如,乌拉尔 - 鄂霍次克带即使是现代宽度就达2700公里,这里尚未考虑到在褶皱、逆掩和推覆(堆聚)过程中所发生的缩短作用,上列宽度完全可以与北大西洋相比;与北大西洋相类似,在其组成中也具有一系列微型陆块。因此,从历史角度我们可以正确地将古地槽带,至少是某些地槽带(陆间地槽,见下面)视为大洋盆地,尽管活动的地槽过程(陆壳因消耗洋壳而创建和增生的过程)并未同时遍及洋盆的整个范围,而仅限于它的周缘地带;地槽发展的结束阶段则属例外,此阶段部分地与地中海地区的现代发展阶段相类似(但在地中海,部分具洋壳的盆地不是残留的,而是新生的)。
同时,应当对地槽带的两种基本类型,即陆缘地槽和陆间地槽的重大区别作出解释。滨太平洋带属于前者,它们经常位于大洋本身之外,尽管其发展依赖于该大洋。而在后者,大洋(假如这是真正的洋I)经常是位于地槽带的内部;这一类型的实例,可举出特提斯带和它的前身(古特提斯和原特提斯),乌拉尔 - 鄂霍次克带和原大西洋带。这种地带(古大洋,或者可以说是似大洋)的边缘一开始可能是被动的,然后其中一缘(如特提斯),或甚至两个边缘均成为活动的。
在提到地槽带是大洋或大洋的一部分时,如果在绝大多数情况下蛇绿岩不是大洋本身的洋壳,那么必须回答,大洋本身的洋壳究竟到哪儿去了。很明显,问题在于,这种洋壳在现代褶皱带剖面中的保存条件与它的识别条件一样,都是很不利的。最为完整,最少破坏的蛇绿岩组合剖面,像阿曼、新几内亚、塞浦路斯之类的剖面均不属于大洋,而是边缘海或岛弧的基底;这一点并不足怪,因为正是这种年轻的地壳保持了它的浮力,从而比较容易逆冲到大陆边缘上。到达查瓦里茨基 - 贝尼奥夫带的大洋地壳(或整个岩石圈),其年龄已经较老,除了一部分以混杂岩体或叠瓦体和侵入体的形式加入增生模形体中,其余都俯冲掉了。但在褶皱系的优地槽内带中,也有一些大洋单元未遭受俯冲,如夏威夷型火山岛和群岛,太平洋沙茨基海台和马尼希基海台型的水下高地,自然也有大西洋罗卡尔海台型的微型陆块。正是这些单元构成了大部分外来地块(或可疑地体),它们组成北美科迪勒拉或科里亚克优地槽的主要部分。
将地槽带构造与地球表面特定地貌单元(大洋,它的被动边缘和活动边缘,洋间一系列海和岛弧)对比的复杂性,还由于缺乏准确的古地磁资料,难以客观地弄清地槽盆地的原始宽度,我认为这些就决定了有必要保留“地槽带”这一术语,特别是它作为大陆地台的对立物。也不能用“褶皱带”这一术语来代替“地槽带”,因为褶皱带仅发生在地槽带发展的结束阶段,它经常不但包括地槽带范围,也包括邻近的大陆地台部分。而地槽带的某些地段却可以不卷入褶皱作用,如爱奥尼亚海和利万特海。
在经典的地槽术语中,术语“隆起”、“坳陷”或更严格的术语地背斜和内地向斜十分流行。地背斜原来是古岛弧,包括火山弧(奥布安的优地背斜)或非火山弧(奥布安的冒地背斜)。术语“隆起”的含义更广,可理解为岛弧,也可理解为不大的微型陆块。坳陷或内地向斜可能有不同的性质——边缘海和内海,弧内裂谷,弧背和弧前坳陷,海沟。看来,在现实主义基础上使经典的概念具体化(见附表),这是重大的进步;当实际资料足够时,就应当这样做_但是在获得相应资料之前,完全可以使用“隆起”和“坳陷”这类适应性较广的术语。
既然存在着微型陆块(尤其在陆间地槽带为数甚多),因而将这些地槽带划分为若干地槽系是有效的,地槽系位于这些微型陆块与大陆地台之间,或位于不同的微型陆块之间。何况这样划分出的地槽系具有一定的个性,它们产生独特的褶皱山系,例如乌拉尔或大高加索。作者认为,对于像安的列斯 - 加勒比、印度尼西亚或者比较古老的中哈萨克斯坦或阿尔泰 - 萨彦地区这样一些自然组合的体系,保留“地槽区”这一概念是合理的。
再强调一下,为了保持一部分经典的地槽术语,随着实际资料的积累,应当以比较具体的构造 - 地貌内容去充实它们。
地槽学说的批评者除了指责它反现实主义还指责它有关发展的阶段性、演化因果关系这些概念是过于武断了。这种指责如果指的是地槽学说的固定论观点,那么在一定程度上是公正的。各具体的地槽带、地槽区和地槽系的发育途径,它们所经历不同阶段延续时间的长短,甚至这些阶段的先后顺序都是十分多样的,而对于陆缘地槽和陆间地槽而言,其奠基的环境即已各不相同。进一步的历史可以按照形形色色的脚本表演下去:形成硅镁质或硅铝质的岛弧,前者发生于大洋或边缘海环境,后者产于大陆或微型陆块边缘,伴有扩张轴的跃迁;可以形成数目不等,倾角不同的震源带(俯冲带);岛弧与大陆或微型陆块碰撞,或者自相碰撞;可以出现或不出现弧内裂谷作用,等等。虽然如此,其一般的发展趋势是明显可见的。开始是超级大陆的裂解(联合古陆Ⅰ,联合古陆Ⅱ,冈瓦纳),亦即以拉张占优势,形成洋盆(陆间地槽)或西太平洋型活动边缘(陆缘地槽),产生越来越多的岛弧(相当于别洛乌索夫的局部回返),它们相互焊接,亦即转化为以挤压占优势,伴随着扩张轴的消亡,新生陆壳和残留洋壳的增生,自然也形成陆间或陆缘褶皱(实际上是褶皱 - 逆掩,褶皱 - 推覆)系(别洛乌索夫的全面回返),也形成碰撞型火山 - 深成岩带和陆缘火山 - 深成岩带。总之,造成陆间洋盆(似洋盆)的关闭或安第斯型大陆边缘(太平洋环带)的形成。
在国外文献中,这一事件顺序(从大洋张开到大洋关闭)被称为威尔逊旋回,这是为了表示对加拿大地球物理学家威尔逊的敬意,正是他首先指出,在侏罗纪大西洋张开之前,该大洋曾于古生代初打开,至古生代中、晚期关闭。但是不难看出,古生代的原始大西洋(后来英国地质学家哈兰把它称为约泼脱斯洋)与地中海带的情况一样,威尔逊旋回的概念完全可以与经典的构造旋回概念相对比,如加里东旋回(原始大西洋北段)、贝加尔旋回、海西旋回、基米里旋回、阿尔卑斯旋回(地中海带)。在乌拉尔 - 鄂霍次克带,威尔逊旋回延续很长,包括里菲期的大部分和整个古生代,而在其最东面(阿穆尔 - 鄂霍次克地段)甚至包括中生代初期,从而牵涉到好几个经典的构造旋回—贝加尔、加里东、海西和部分基米里旋回。其中每一旋回标志了古大洋的部分关闭(而不是完全关闭,例如上述约泼脱斯洋和特提斯洋)。换言之,在乌拉尔 - 鄂霍次克带,威尔逊旋回所对应的已是整个巨旋回,就像环太平洋带的情况一样,在那里威尔逊旋回总是未完成的(南极地段除外)。
地槽带(区、系)在旋回内部的演化,相当接近地与经典地槽学说中所称的早地槽阶段、晚地槽(成熟或岛弧)阶段、早造山阶段和晚造山阶段相对应。不言而喻,大陆地壳增生的总趋势实际上在任何时候都可以被相反的陆壳破坏趋势所打断,例如在西太平洋和地中海地带,这种情况曾发生于新生代初期,当时形成了具新生大洋型地壳的边缘海(在前者)和内海(在后者)。但是有必要提及,所有的地质规律都带有随机(统计)的性质,所以不应当作出过分教条的理解。
某些作者(如都城秋穗)走得更远,他们否定霍尔创立的地槽学说基础本身,即否定褶皱山系是有规律地发生在巨厚沉积带的部位。都城秋穗断言:“巨厚沉积层的堆积与造山作用没有任何联系,”“地槽的沉积作用与造山作用之间并不存在因果关系”。我们试对这一问题作一分析。确实,尚未遭受褶皱一逆掩变形的巨厚沉积带是存在的;这就是大西洋型被动大陆边缘。元古代、古生代和中生代地槽系的历史表明,这种巨厚沉积带后来被卷入变形中,在目前通常构成褶皱山系的外带。诚然,另一些在地台内部的巨厚沉积地带也是存在的;这就是拗拉槽(实质上是未充分发展的地槽)和滨里海型深台向斜。不过后者并不是线状,而是等轴状的拗陷区,由此与地槽已有所区别。
其次,现已周知有这样一些山系,如天山、阿尔泰山等,紧靠它们形成之前并未发生过较厚的沉积作用。在苏联文献中,称这些山系为后地台造山带或次生造山带,后生造山带,复活山。然而,原生的后地槽造山带(褶皱山系)总是发现与先前巨厚的地槽型沉积作用地带有关,亦即与水深较大的沉积物地段有关;造山带的边缘部分则属例外,它们可以上叠于相邻的沉积盖层较薄的地台地段上。因此,巨厚沉积作用与后来的造山作用的关系仍然是存在的(按都城秋穗及其他西方地质学家的理解,造山作用是褶皱与山脉形成作用的总和)。既然褶皱山系发生在岩石圈板块汇聚带,而倾向于位于这种边界的大陆边缘又是特殊的沉积作用地带,按利西津的意见乃是雪崩式沉积作用带,可见,巨厚沉积作用与造山作用之间也具有成因上的联系。此外,巨厚的充水沉积层本身就具有变形的趋势。
总之,我们相信,有关地槽带结构、其演化阶段性和定向性的经典概念与板块构造基本原理之间任何实际的矛盾都是不存在的。随着板块构造的问世,地槽学说在其发展历程中进入了一个新阶段,而且地槽学说仿佛已经溶合进这一新理论之中。这是完全合乎规律的,因为任何新兴的理论,尤其当它达到成熟时,应当包容在科学发展以前阶段获取的所有合理的东西。同时,板块构造不是简单地同化了地槽学说的基本要素,而且也带来了许多原则上是新的内容,包括对地槽带的性质和结构作出了始终如一的现实主义解释,认为地槽带是通过将洋壳(表现为蛇绿岩)改造成为陆壳的陆壳增生带,承认查瓦里茨基 - 贝尼奥夫带作为这种改造的中心和最强烈的变形和变质带具有最重要的意义,确定了岩浆岩成分和变质岩类型相对于查瓦里茨基一贝尼奥夫带的侧向分带性(极向),最后,看来也是最重要的在于,摒弃了地槽发展与深部过程(发生在直接位于地槽自身之下的地幔中)之间的特有的制约关系,而承认地槽发展受岩石圈板块全球运动学所支配(例如特提斯的关闭与北大西洋及北冰洋欧亚海盆的张开有关)。
从这些新观念可知,应当重新审查地槽(广义而言这一术语相当于地槽带)本身的定义。同时,关于地槽的定义可以提出两种方案,一种是纯形态的,不依赖于其起源和发展机理,另一种是形态成因的。
形态定义线状或线状镶嵌的全球性的地壳活动带,长数千公里,宽千余公里,囊括大陆至大洋的过渡带,以及部分的大洋内部竿元,位于大洋型地壳(往往是新生的)和(或)被改造(破坏)的大陆型地壳上,为最强烈的沉积作用、火山活动、花岗质岩浆侵入活动、褶皱一逆掩变形和区域变质作用的地区,其发育方向是洋壳或过渡壳被陆壳所取代,由深海盆地转化为褶皱山带。
形态成因定义岩石圈板块早先分离而后汇聚的地带,对于陆间地槽是大陆板块与大陆板块汇聚,对于边缘地槽则是大陆板块与大洋板块汇聚(前者冲撞,后者俯冲),由于沿查瓦里茨基一贝尼奥夫带强大的沉积作用、火山活动、变形堆聚、区域变质和花岗岩化作用导致陆壳明显加厚,伴随着褶皱山系的形成。
最后,应当指出,由于板块构造观念被引入地槽学说中,特别是对蛇绿岩所作的板块构造解释,就有可能查清地史中地槽出现的历史。太古代绿岩带(部分延续至早元古代)是最初的类似于地槽的构造单元。按其生成条件(大陆裂谷成因)、发育阶段、岩浆建造和沉积建造的顺序,绿岩带接近于陆间地槽,但按其规模、发育时间,还保存有台向斜构造及某些其他标志来看,则又有所区别。早元古代的“原地槽”与真正的地槽要相似得多。诚然,它们中的大多数尚无证据表明具有真正的蛇绿岩(即典型的洋壳)。然而在许多原地槽中已查明可以划分出边缘浅水地带(即冒地槽)和轴部水深较大的地带(即中间地槽或优地槽),后者应当下垫着过渡型地壳(假如不是大洋型地壳的话)。就规模和发育时间长短来说,原地槽超过了绿岩带,但尚远不及新地旋回的地槽带。后者在里菲期开始形成,当时出现了真正的蛇绿岩。在文德期到寒武纪,新地旋回的主要地槽带已有充分的发展,包括形成了相当广阔的大洋地壳空间(据古地磁和古生物地理资料)。
上面所提出的定义正是属于前寒武纪末至显生宙的地槽带,而不完全适用于早元古代的原地槽,原地槽主要是奠基于过渡型(次大洋型)地壳之上,它们开始是位于小板块之间,以后位于大板块的内部,但其发育的结束方式类似于更年轻的地槽带。
结论在前面的叙述中我力图证明,把地槽学说与板块构造对立起来是不正确的。从板块构造立场出发,可以对地槽学说的基本概念作出方便而又成功的解释、包括地槽带的结构、演化的阶段性和方向性。板块构造学已经把这些概念有机地包容到自己构想的框架中。与此同时,保留经典地槽术语学中的许多要素是有益的,甚至是必需的。除此以外还应强调,板块构造学的问世还以一系列全新的十分重要的概念丰富了地槽学说:地槽是奠基于洋壳之上,蛇绿岩为洋壳的残余,洋壳在查瓦里茨基 - 贝尼奥夫带被改造成为陆壳,形变集中在查瓦里茨基 - 贝尼奥夫带的上悬一翼,成对变质带包括高压低温带和中、低压高温带,岩浆岩和含矿建造的成分随着远离震源带而变化,对地槽带内部结构单元的现实主义解释等等。最根本的变化则在于地槽的地球动力学概念:地槽形成和发展的条件是拉张被挤压所取代,破坏作用和裂谷形成被增生作用(伴有洋壳的俯冲和逆冲)所取代,地槽带发展的方向性取决于岩石圈板块全球运动学的改变。上述情况使人们有充分理由断定,地槽学说由于与板块构造富有成效的结合而迈进一个新的发展阶段,而板块构造则因包含了地槽学说的基本要素而充实了更具体的内容。换言之,地槽学说与板块构造相辅相成,相得益彰。
[Геоmeкmoнкα,1986年第5期]