目前,我们已经有了足够的有关地球内部的资料来满足社会实践和建立全面地质理论的需要。可是,要作出最后的结论,我们掌握的还很不够。同时,很明至,检验许多假说的试金石是过渡带而首先考虑的便是亚洲-澳大利亚太平洋过渡带。
在我们地球上,能像亚洲和澳大利亚大陆间的太'平洋过渡带那样清楚地反映地球内部活动性的地方不是很多。过渡带首先在地貌上以边缘海为特征而引起人们的注意(如白令海峡、鄂霍茨克海、日本、中国东南部、菲律宾、珊瑚岛、塔斯曼海、裴济等的海峡)。这些边缘海从太平洋分离出来,或群岛或岛弧(如阿宙申岛弧、千岛群岛 - 堪察加岛弧、日本岛弧、裴济 - 小笠原群岛、索罗门群岛,新赫布里底群岛、汤加 - 开尔马捷克岛弧等)彼此分离而成。分离常沿岛弧外侧的深海地方向。东亚和东澳大利亚的边缘海与其它边缘海不同,如西亚,有深海盆地(深度达4000 ~ 6000米)。岛弧因其形状而得名。在东亚深海地槽除形成同样的岛弧外,还形成较大深度的海沟,最大深度在马里亚纳海沟(深度大于11000米)。
在亚 - 澳太平洋过渡带,地球内部地质作用如现代活动火山,频繁的地震和来自地心的高热流等与别处不同。有人指出,热流移动形成的所谓热线环绕太平洋且包括亚 - 澳太平洋过渡带。在这条热线上集中了大多数的现代活火山。大多数地震也发生在这里。
形成亚 - 澳太平洋过渡带时发生了什么样的地质作用呢?
还在学校读书时,我们就已经知道关于炽热液体形成地球的康德 - 拉普拉斯宇宙形成假说。同时出现了其他假说,其中说理最清楚的是科学院士О. Ю. 斯密特的假说。他认为,原始星云不是由液体物质组成,而是由固态的成星云雾组成。由于冷却颗粒粘在一起,并由于重力作用,地心温度保持高而稳定。当在某一时刻发生岩浆熔融作用时,重力便使轻融熔物上浮,重的熔融物下沉,形成了地球的基本圈层:地核、地幔和地壳。
地壳分为洋壳(厚度为5 ~ 6公里)和陆壳(厚度30 ~ 70公里)。自然,前者在海洋后者在大陆。较厚的陆壳的下层是较重的玄武质岩石,上层则是较轻的花岗质岩石。可以根据地震波在它们中不同层位的传播速度确定传播速度范围。还可据此确定其密度及其它特征。各层中的实际组成仍不清楚。科拉半岛超深钻孔发现“在岗质层”和“玄武质层”在组分上是一致的,只是物理性质不同。
与陆壳相比,洋壳的情况又是怎样的呢?最近十五至二十年内,在全世界大洋底布置了大量钻孔,几乎所有的钻孔都只打到玄武岩。可见,至少这样的“玄武质层”是由玄武岩组成的。
可是,我们更多了解的只是洋壳岩石的物质组成,而对哪种地壳陆壳或洋壳是原始地壳这一问题则不十分清楚。在一定的深度内,当温度高到足以熔化岩石时,在熔化过程中首先形成最轻的“花岗质”,因最先熔化,“花岗质”浮到上面,而难熔和比重大的“玄武质”则或留在原地,或被上升的“花岗质”带到上部形成洋底地壳。“玄武质层”残留在原地,是可能的原始地壳,而迁至上部的“花岗质层”是次生的。可见,有“花岗质层”的大陆演化史比大洋的长。没有花岗质层的地壳通过上述途径形成了大陆地壳。可见,海洋首先形成,而大陆则是次生的。
大洋深海钻探打到的岩石年龄都不超过150百万年,而在大陆,岩石年龄可达37亿年,和大家熟知的地球年龄45亿年相接近。因此有些地质学家认为,现代洋壳不可能是原生的,而是陆壳型——次生的。他们认为,在漫长的地质过程中,在某一时刻形成了处于现代洋壳位置上的大陆型地壳,岩石类型为玄武岩,最轻的年龄为150百万年,并被玄武质盖层覆盖。在大陆可见到规模相当的玄武岩盖层:如在西伯利亚、印度巴西。巨大的玄武质熔岩并不是海洋所特有,在大陆几乎同时存在。
在边缘海的深海盆地内,地壳厚度为5 ~ 6公里至10 ~ 20公里。其厚度和物理性质与洋壳相似。但其物质组成是什么?是洋壳型的?玄武岩的或陆壳型的?一些学者认为,深海盆地即是残留海和洋壳残余,东亚边缘海本身是岛弧和大洋分离的区域。另外一些人及笔者的观点与此相反:东亚边缘海,过去是亚洲大陆的东部,现在被海水覆盖,和亚洲大陆一样具有陆壳型的地壳。对这个问题的研究不但具有科学意义,而且具有实际意义。因为每种类型的地壳都有自己独特的一套矿床。如,一般认为,在洋壳寻找石油和天然气是没有前景的。
洋底岩石的组成和年龄不仅可以指导深海钻探,而且可以帮助研究自洋底采集(在船上采集)的样品。钻探通常要穿过洋底的沉积层,采集下伏较高部位的岩石。换言之,采集玄武质或花岗质岩层。有意思的是,在过渡带边缘海内,除了玄武岩和沉积物外,还采集到许多花岗岩和变质岩(岩石在温度和压力及溶液作用下发生了变化),其年龄达27亿年。由于并不是海洋才有变质体,而且洋底岩石年龄即使测得偏高,也不会超过150 ~ 200百万年。由此可知这是典型的大陆壳形成物,可以推论,东亚和澳大利亚边缘海都是在大陆基底上。
岛弧研究是现代理论和应用地质学的主要课题之一如前所述,最近一段地质史内的绝大部分现代火山和活火山就是发生在这个过渡带内,许多地震的震源也是在这里。
地球物理资料的研究表明,岛弧是一种“三角形”的“肿块”(在横截面上看)。主要组成为火山喷出物,“三角形”厚度2-2.5公里,岩石年龄因岛弧不同而异,但都不超过35 ~ 45百万年。可以推测,具火山结构的岛弧在35 ~ 45百万年以后开始形成直到现在,可是,很清楚,我们不但要通过火山岩组成,还要根据边缘海和上升的基底来了解岛弧。正是通过基底的抬升岛弧才发生明显的上升。
要对大陆和大洋板块边缘的深部构造理论和岛弧假说有一个基本的认识,首先要解决的便是岛弧的基底的特征,对于这个问题有两种观点,一种观点认为岛弧是在洋壳基底上形成的(即在洋壳型地壳上),另一种观点认为岛弧是在陆壳上形成的。有一定的事实证明上述各观点。
存在一系列不同时代混合杂岩组成的岛弧,这些由上述变质岩和花岗岩系列组成的混杂岩岛弧明显地表明其基底是大陆型的。在其它类型岛弧的地质剖面上,未见到大陆岩石类型,这些岛弧:形成较晚,多半是火山岩,年龄不超过35 ~ 40百万年。在此种情况下,确定基底类型有助于洋底采掘工作。
苏联科学院远东科学中心海洋地质及地球物理研究所和太平洋海洋地质研究所的学者在大千岛群岛的鄂霍茨克海和太平洋斜坡的基底曾经发现变质岩和陆壳型花岗岩,其年龄为220百万年或更多。这些证据说明岛弧是坐落在大陆基底上的。根据地质剖面可以推断,小千岛群岛是典型的大陆型地壳物质组成的,正如远东地质学家И. И. 别尔赛聂夫所指出的,千岛群岛岛弧和日本岛弧(被水覆盖)一样,其物质来源无疑是大陆型的。
在采掘一系列岛弧的太平洋斜坡上的岩石样品时(如在马里亚纳、汤加尔马捷克岛弧),采集到的大都是基性和超基性岩石,经研究认为都属于洋壳型岩石(据苏联科学院地质所、太平洋地质研究所)。
可以根据捕虏体,即因岩浆向上运移从火山管道带到地表的岩石碎块来研究深部岩石的物质组成。根据日本地质学家X. Aokи ц. Cики及作者的资料,在印度 - 小笠原岛弧和马里亚纳岛弧的火山杂岩环境中,还发现有“花岗岩”的捕虏体。在马里亚纳岛弧附近的岛屿上,发现有由“花岗质”形成的变质岩,可能这些基底和岛弧是由陆壳岩石组成的。因此可以认为,岛弧或者在任何情况下的大部分岛弧,像边缘海一样,都形成在大陆基底上。
使所述地区的地震背景升高的震源,在空间上不是杂乱地分布,而是赋存在一定的地带内,故该地带称为地震焦点带。经地球物理计算,这个带近似于一薄板,沿岛弧方向延伸,并朝太平洋方向倾斜,倾角40° ~ 50°,上部边缘常处在太平洋斜坡的岛弧上,下部达300 ~ 600千米深,延伸到边缘海。
大约在岛弧下150 ~ 200千米深度形成这个地震焦点带。岛弧上的推覆体通常表现为弱的地震波传播速度减慢而强的地震波被吸收的特点。区域上的这一特点常被解释为发生在岩浆源内,在那里波减速,因为其密度较小而电导率较大,通过岩浆作用过程的研究,将火山的岩浆分为原始式、中心式和边缘式。前者主要位于地震焦点带或其上的推覆体,中心式较高,位于推覆体上部甚至位于地壳下部,边缘式的位置更高,深度仅几公里。
过渡带在现代地貌学上是在大约1百万年以后形成的。在日本海海底抬升部分发现的滨海卵石,在菲律宾海底高地发现的礁灰岩,在苏联远东海底盆地普遍存在的鱼的印痕化石、在鄂霍茨克和日本海的分叉处和在中国南海陆棚上近于这个年龄的河网(旧河床),在日本发现的古像、古马和大型哺乳动物化石,这些都可证明这一点。在此我们可以得出下列结论:在边缘海许多地点曾经是大陆或岛屿地区,至少是浅海。
在较长一段时间内,关于行星的形成假说中,法国地质学家埃利 · 杰 · 西蒙于1830年提出的收缩假说曾是主要的假说之一,他假定,随着冷却,地球发生收缩,呈硬壳(地壳)的外表翘起、褶皱形成山脉。但是,在我们论述的区域内山区附近广泛的平坦地区存在的许多事实,未得到解释。
大约也在同时,出现了关于地球不同地区不同时代大型褶皱发育的假说,同时形成了完整的理论领域。在完成褶皱周期后,地壳发生抬升,形成山脉。这种连续的事件可以理解为形成了褶皱山区,其基底沉积火山岩的厚度可达20千米。显然这么多的岩石可在地表断裂的条件下发生大量堆积,同时在褶皱凹陷处发生沉积——火山沉积物的充填作用。这个假说流行至今,它令人满意地解释了许多地质及地球物理事实。
本世纪初,德国地球物理学家A. 魏格纳把注意力转向奇异的大西洋两岸边缘线的相似之处,同时依靠地质事实,提出了大陆漂移假说:在地球的远古时代存在泛大陆,几百万年前开始瓦解,碎块在地球内不同方向的动力作用下发生漂移,渐渐地移到现在的位置。可是这个假说很快就被人们忘记。
在本世纪初,地质学和地球物理学上已有大量当时许多假说不能解释的事实。其中也有关于软流圈、震源焦点带、洋中脊、漂移和地磁北极倒转及海洋带状地磁异常等问题。
上面阐述了什么是地震焦点带,关于其他方面,我们再略作介绍。
在地球内部存在一个层位,地震波的传播速度在这里下降,吸收增加。层的上下界限不定。在150公里深处,其特征表现最为明显。这个层位曾经被称为软流圈,以后的计算表明,在100公里深处,温度可能超过岩石熔融温度,在相当的压力下,发生部分熔融。在软流圈下有更多坚硬的固体岩石圈,包括上部地幔和地核。
洋中脊相当于倾斜的洋底的隆起,呈连续的脉状延伸,横穿大洋中部,洋中脊有强的自地心上升的热流、地震、高温热泉、火山、地震波在上地幔传播速度降低等特征。
岩浆岩具有这样的特征,即能够记载它们形成时代磁场的大小和方向,不同时代岩石的磁性研究表明,首先,随着时间的推移,地磁场的南北极沿着复杂轨道移动,其次,两极相当频繁地(每隔几十万年或几百万年)变换位置(引起磁极倒转)。
在大陆上,地磁异常杂乱地堆积在一起,而在海底,正负异常条带交错排列,并且与洋中脊平行展布。
日本学者M. 星野把地球的地质历史分为三个连续的阶段:花岗岩期,两亿年前结束,过渡期,150百万年前结束,同时玄武岩阶段开始,海底喷出的来自地幔的火山物质上升了5000米,这是水下的最高层位。
在现代海洋两岸大陆上保存的古动物化石群,其形成时间和特征是与地质构造相一致的。板块构造的拥护者把这种现象,同以往所注意到的事实联系起来,得出结论认为:所有大陆曾经是统一的整体。其它类似的地质事实有利于解释地球连续膨胀的观点。例如,在最近两亿年内地球的半径增加了1300公里。M. 星野也赞成地球膨胀的观点,只是认为膨胀的规模要小得多。在距今1.5亿年以来,地球的半径只增加了10 ~ 15公里。同样,比如说,在洋岸分裂开来的大陆上也发现了相同的古动物化石群,而当时这两个已分裂开来的大陆的地质环境是有很大差别的。它们之间存在一个“陆桥”。借助于陆桥,生物可以在两个大陆间自由迁移。在玄武岩阶段,水面上升淹没了陆桥,因此两个大陆间的联系中断了,尽管不是一下子就中断或是到处都是如此,因为陆桥的海拔应该是不一样的,如今在水下5000米发现的大陆地质作用的遗迹说明这里是被淹没的。如在太平洋的亚洲 - 澳大利亚过渡带,关于这点已经讨论很多了。在某种程度上,星野的论据是合理的。苏联学者И. К. 杜也佐夫则强调和东亚海底和太平洋不稳定性有关的过程。
我们的观点在解释其他事实方面存在分歧,但是,我们在认识这个独一无二的大陆型过渡带(很可能,某些地方的地壳成分和原来相比发生了剧烈的变化)和第一次明确地质过程中垂直运动的存在方面,我们的意见得到了统一。我们认为水平运动毫无疑义也是存在的,但水平运动是由于垂直运动引起的。在出现暗礁构造或逆掩断层时,垂直运动的振幅可有几十公里的范围。然而对新全球构造理论来说,这种过程是不多的。
人们已经取得了大量的资料,然而随着资料的增加,也出现了大量的分歧。新的理论急速地出现,不解之谜不断涌现。新的争论也日益加剧。我们不能预见到何时我们能得到最后的结论。可是,显然,要解决构造和地球物理的关键问题,唯一的途径是亚洲 - 澳大利亚太平洋过渡带的研究。
[译自新华社俄文报刊资料,1988年4月22日]