岛弧

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全球岛弧分布图

  岛弧汉语拼音:Dɑohu;英语:Island Arc),活动大陆边缘呈花边状延展的弧形列岛。主要分布在西太平洋的边缘,是分隔大洋盆地和边缘盆地的重要构造地貌单元,也是全球最壮观、最活跃的构造活动带。岛弧向大洋方向外凸的一侧是与之平行的深海沟,凹入一侧为弧后盆地(边缘盆地)。它们与岛弧共同构成沟弧盆系日本学者上田诚也等认为岛弧要有三项基本条件:①有现代火山活动。②伴有深度大于6,000米的深海沟。③有深于70千米的地震震源。因此他认为岛弧不限于海洋中的弧形列岛,也应包括如中美、南美西海岸的弧形山脉(山弧)。全球岛弧(包括山弧)总长度达40,000千米。除小安的列斯岛弧斯科舍岛弧位于大西洋,巽他岛弧位于印度洋外,其余都在太平洋周缘。

类型[编辑 | 编辑源代码]

  一个岛弧纵长一千至几千千米,宽200~300千米。按地貌特征岛弧可分单弧型、双弧型和多弧型。

  1. 单弧型岛弧 由一条平行于海沟的弧形火山列岛组成(如克马德克)。
  2. 双弧型岛弧 由平行于海沟的外弧和内弧组成,外弧无火山活动,内弧主要由中、基性火山岩组成,现代火山活动活跃(如汤加阿留申群岛等)。有的岛弧部分为双弧型,部分为单弧型(如伊豆-小笠原群岛千岛群岛等)。
  3. 多弧型岛弧 是在双弧型的陆侧还有一条残留弧,残留弧没有现代火山活动,可能为前一期的火山弧,现在已停止活动,或是弧间盆地扩张而从火山弧中分裂出来的一部分(如西马里亚纳海岭)。
沟–弧–盆系横剖面结构模式

  西太平洋沟–弧–盆系的横剖面结构和排列顺序的模式是(从大洋到大陆):外缘隆起–海沟–弧沟间隙(包括外弧和弧前盆地)–火山深成弧(内弧)–弧间盆地–残留弧–不活动边缘盆地(见右图)。海沟位于大洋盆地与火山岛弧之间的结构或排列顺序,称岛弧的正常极性;海沟位于弧后盆地与火山岛弧之间的结构或排列顺序,称岛弧的倒转极性。弧沟间隙的宽度150~200千米,其中外弧主要为增生杂岩体,构造复杂,发育一系列逆冲断层,属强烈挤压带,是研究大陆增生的重要地区,有蛇绿岩套和低温高压变质带的形成和发育。至于火山深成弧、弧间盆地、残留弧和边缘盆地,发育以正断层为主的块断构造,属地壳伸张带,伴有中酸性岩浆活动和玄武岩前沿的喷溢及高温低压变质带。

火山活动与火山岩[编辑 | 编辑源代码]

  岛弧是剧烈的火山活动区,地球上有800多个活火山。在新近纪第四纪期间,已有成千上万座火山曾经一度活动过。其中2/3与岛弧相伴。一般以喷发或喷溢形成的层状熔岩、熔结凝灰岩和火山碎屑岩为特征。火山一般平行于岛弧轴向分布。通常在海沟陆侧200~300千米的地方突然开始喷发,此界线称为“火山前锋”,可能反映俯冲带之中(或之上)熔融作用的开始,前锋是火山活动最频繁的地区。靠海沟一侧,无火山活动,向大陆方向,火山活动迅速减弱。火山带之下有同源侵入岩。

  岛弧火山岩以安山岩玄武岩为主,安山岩属于大陆型地壳的岩石,有别于大洋盆地内岛屿上的基性玄武岩。由于这种差异,早在1912年,P.马歇尔就提出了“安山岩线”的概念,认为该线是岛弧外缘的边界线。

  岛弧的火山岩有分带性,这种分带性与岛弧地震活动带有紧密联系。邻近海沟有拉斑玄武岩系列火山岩的产出,其物质来源相对比较浅,位于浅源地震震源带地区;离海沟更远的是高钾的钙碱性和碱性火山岩系列,位于中、深源地震震源地区。火山岩中的含钾量以及Rb、Sr等大离子亲石元素的含量与下伏震源带的深度密切相关,K、Rb、Sr等含量向着震源带倾斜方向增多,表明板块俯冲带可能是岛弧地区岩浆的重要源地,各类岩浆源的形成与震源深度有关。

沉积和变质作用[编辑 | 编辑源代码]

  火山岛弧不断上升,遭受强烈剥蚀作用,碎屑物质被输送到周围海盆与深海沟,形成浊积岩及其他粗碎屑岩。岛弧区还常有变质岩带出现,岛弧外侧为高压低温型区域变质带,内侧为高温低压型区域变质带,前者以蓝闪石、硬玉、硬柱石为代表,后者以红柱石为代表,两条变质带相互平行,称双变质带。

地震活动[编辑 | 编辑源代码]

  全球的深源地震几乎都发生于岛弧(山弧)地带,环太平洋地震带所释放的地震能量占全球总量的3/4以上。浅源地震多位于靠近海沟一侧,中、深源地震则位于火山岛弧之下和靠近大陆一侧。浅、中、深源地震构成贝尼奥夫带。

重力异常[编辑 | 编辑源代码]

  岛弧本身为重力正异常,相邻海沟为重力负异常,两者相差超过400毫伽,反映地壳处于不均衡状态。重力负异常反映高密度岩石下移至较深部位,而水层或沉积层在原位增厚;重力正异常反映那里分布着源于地幔的深成岩体和火山岩。沟–弧–盆系所测得的重力异常可用以解释地壳内部密度和构造的变化。

热流[编辑 | 编辑源代码]

  沟–弧–盆系有显著的热流异常。在海沟一侧,热流低于正常值;在火山岛弧一侧和弧后盆地,热流高于正常值。低热流是由于冷而致密的地壳物质沉潜于上地幔造成,高热流是由于上地幔物质(岩浆)向上流动所引起。

成因[编辑 | 编辑源代码]

  板块构造理论对岛弧的成因,作了比较全面的解释:大洋岩石圈随着地幔对流从大洋中脊生长扩张,而在相应的活动大陆边缘俯冲潜没,岛弧就是大洋板块潜没过程中的产物(图3)。当大洋板块潜没于陆侧板块之下时,两个板块的摩擦作用使地幔物质增温,发生分熔,岩浆上涌喷出地表形成火山,组成内弧。在靠近大洋一侧,由于大洋板块俯冲作用,将海底拖曳向下,形成深海沟。在俯冲过程中,大洋沉积物在岛弧靠海沟一侧增生,使岛弧展宽,形成外弧。弧后地区由于次生扩张,形成弧后盆地。

  从岛弧的地壳结构来看,岛弧有两种不同成因类型。一类岛弧下伏典型大陆型地壳,有花岗岩质基底。它们通常由较老的大岛构成,邻近大陆展布,一般认为是由于弧后扩张作用从大陆分裂出来的碎块,如日本列岛;另一类岛弧下伏大洋与大陆的过渡型地壳,一般由年轻的小岛组成,远离大陆,展布于洋内,如马里亚纳群岛。当一大洋板块俯冲于另一大洋板块之下,岛弧便在洋壳基础上发育增长,由于岩浆和沉积物的累积,使这类洋内岛弧的地壳逐渐增厚向陆壳转化。

研究意义[编辑 | 编辑源代码]

  岛弧理论的发展,引起地质学家在大陆地区内寻找古岛弧的尝试,这对寻找古边缘海及有关的油气资源具有重要意义。已有不少学者分别圈出中新生代、古生代甚至前寒武纪的岛弧带。通过对岛弧的研究,在理论上可以探索大洋地壳向大陆地壳的转化和大陆的成长机制,可以阐明大陆边缘和沿海石油天然气盆地的形成机理,以及沉积环境的变迁。

  岛弧是地球上一个重要矿产资源区,内弧为主要的成矿带,该带有强烈的岩浆活动,有斑岩铜矿、斑岩钼矿、黑矿型硫化物矿床等。外弧主要矿产为与蛇绿岩套有关的黄铁矿型铜矿以及铬镍矿床等。弧后盆地区多层控铜、铅、锌等矿床。