20世纪60年代板块构造学说的提出,标志着现代构造地质学的形成,美国地质学家于80年代末提出大陆动力学概念,90年代初制定美国国家级大陆动力学研究计划,推动了构造地质学的发展。板块构造的概念已经深深地植根于地球物理、岩石学和地球化学等现代地学研究领域,体现了现代构造地质学在地质科学体系中的引导作用。现代构造地质学已经成为研究区域地质演化、资源能源勘查、防灾减灾等多方面的基础。
板块构造学说是多学科(如海洋地质学、古地磁学和地震学等)相互结合的产物,它从全球尺度描述地球表层统一协调的块体运动,把地球内部过程与地表特征及其变化联系起来。刘宝珺等(2001)认为,板块构造学说是全球化的演化史观,板块构造学说以全球化观念深刻地影响着地球科学的发展走向。板块构造研究的进展主要体现在大陆造山带的研究、地史时期板块与超大陆的重建方面(刘宝珺等,2001),世界各大山系的研究进一步阐明了板块活动的历史,同时也展示出山系复杂的构造地质特征。
人们认识到新元古代Rodinia(罗迪尼亚)超大陆可能形成于1100~1000Ma(Torsvik,2003)的格林威尔构造运动时期。在格林维尔造山运动期间(1450~1100Ma),陆核(如波罗地、澳大利亚、南极洲东部、西伯利亚、卡拉哈里、刚果、圣弗朗西斯科、亚马逊、拉普拉塔、格林兰、西非、博尔博雷玛省)的碰撞构成了如桑萨斯(在桑萨斯构造省内)和纳马夸-纳塔尔(Namaqua Natal,横穿卡拉哈里陆块)等造山带,代表了罗迪尼亚超大陆形成的最后阶段(图3.1)。
有证据表明罗迪尼亚超大陆的裂解(图3.2)可能发生于其形成之后不久的格林维尔时期。即罗迪尼亚超大陆的裂解起始于1000Ma,也可以推测它一直存在到800Ma前,或在850~800Ma期间裂解(Torsvik,2003),最终可能在750Ma前消亡,大致对应于中国的晋宁期。Rodinia超大陆的裂解使全球大陆边缘面积大大增长。根据新的古地磁数据,Torsvik(2003)对经典的750Ma前Rodinia超大陆的重建进行了修正。
目前,人们已经对于大约330Ma开始形成、晚二叠世(250Ma前)达到其最大范围的Pan-gaea大陆(联合古陆)的重建有了很好的认识(Torsvik,2003)。在古生代,冈瓦纳和劳伦古陆一直运动到3亿年,形成了联合古陆(Pangaea大陆)。它代表了劳伦古陆、冈瓦纳大陆、西伯利亚和巴塔哥尼亚的聚合。这一超大陆的裂解发生在180Ma(最后裂解发生在~175Ma前),导致了南美大陆的独立。联合古陆的裂解以伸展运动为先导,起始于二叠-三叠纪末期,即亚洲印支运动发生期间。
图3.1 罗迪尼亚超大陆(据Rogers,1996)
图3.2 罗迪尼亚大陆的裂解(据Rogers,1996)
经过20世纪70年代地球动力学计划和80年代国际岩石圈和大陆动力学等计划的推动,现在已可以精确测到全球各板块的现今运动速率,古地磁极移轨迹可以详细地再造板块运动轨迹,地震层析图像则可以显示驱动板块运动的地幔对流、地幔热柱,以及在深部物质与能量交换和耦合过程中的动力效应。基于板块构造的地球物理场效应和海陆边缘古老岩石圈物质的新陈代谢,岩石圈板块似处于运动中的巨大传动带,从而导致了一幕一幕的大洋启闭与大陆离合的演化图像(滕吉文,2003)。
但大陆地质的复杂性和特殊性对板块构造理论提出了挑战,肖庆辉等(1996)认为当今的板块构造模式过于简单,它在大陆上的应用有其局限性:理由包括,①大陆软流圈可能不具全球性质,大陆岩石圈的概念受到挑战;②大陆碰撞以后构造活动依然非常活跃,大陆裂解和碰撞的威尔逊旋回解释不了造山作用的全过程和复杂性,大陆物质的增生和消减过程仍是一个谜;③大陆岩石圈内部结构的多层性及其层间的强烈活动,对岩石圈的刚性特征提出了挑战;④使大陆岩石圈变形的力是多元的,也是多源的,岩石圈板块边界的相互作用力解释不了大陆内部变形的多样性和复杂性。
现有的板块构造理论不能解释大陆构造的多数动力作用过程,20世纪90年代以来,国际岩石圈计划的重点从岩石圈的结构、构造和演化转向了过程和动力学,其中大陆岩石圈、深部作用过程和动力学成为国际岩石圈计划的主要领域。1984年,美国科学家从地球物质的整体性出发,充分强调了地球深部物质的组成、运动和演化对解决地球整体演化和动力学问题的重要性,以及对地球表面和浅层矿产资源的开发、自然灾害的预测方面的意义。1986年召开了有美国地球科学界多学科专家参加的专题讨论会,对该学科的研究内容、技术路线等作了系统的阐述;于1990年代初制定了国家级的大陆动力学研究计划,试图解决板块构造在大陆的局限性,建立大陆形成和演化的新模式一大陆动力学理论。大陆动力学被认为是继板块构造之后地球科学领域中下一个重大理论的可能生长点(刘树臣等,1996),是当代地球科学发展的主要前沿领域之一(张国伟等,2002)。
