冈瓦纳古陆为什么会裂解？

中国科学院 梁光河

lgh@mail.iggcas.ac.cn

本文主体是基于2019年12月9日在中国地震局地壳应力研究所举办的第二届大陆地壳动力学研讨会上，笔者所做的主题报告“大陆漂移动力与地震成因机制”中部分内容修编而成。

1 问题的提出

前人的研究结果表明，2.5亿年前形成的超大陆板块-盘古大陆（Pangea）其主体部分主要包括两大部分，即北部的劳亚古陆和南部的冈瓦纳古陆（图1）。在之后的地质时期内它们都发生了大规模裂解，形成一系列较小的大陆板块，它们漂移、碰撞、聚合，所有的造山造盆、地震、成矿等等过程都与此密切相关。 Pangea 主体的重建位置有大量的地质、古地磁和古生物证据，为国际地学界所公认（赵国春，2017）。但华北、华南、塔里木、柴达木、羌塘、印支、滇缅泰东亚陆块群的重建及与Pangea主体的关系却存在很大争议( 包括位置和时间) 。绝大多数重建方案认为：东亚陆块群在260-220 Ma，仍游离于Pangea主体之外。直到220-150 Ma东亚各陆块才相互聚合，但此时大西洋已经开始打开，Pangea已经开始裂解。也就是说，形成中国大陆的陆块群并不在Pangea主体板块之中。但冈瓦纳古陆分裂后形成的非洲、印度、澳大利亚板块等主要板块和其他较小板块比如羌塘、印支、拉萨等陆块依次北漂汇聚到东亚南部，对中国大陆格局的形成起了决定性作用。

为什么冈瓦纳会裂解成一系列大陆板块？为什么它们会大规模漂移？这是地学界仍然没有彻底解决的问题。本文基于新的大陆漂移模型，结合全球中新生代大陆漂移过程，期望能够给出一个合理的解释。

图1 超大陆板块（Pangea）主体部分板块分布图（据赵国春，2017）

2 新大陆漂移模型

根据作者提出的新大陆漂移模型（图2），大陆板块可以在热力驱动下自己发生漂移，动力机制可以用传统的伸展构造的形成机制和过程来解释。这个推动力来自一个个连续的伸展构造形成过程。当地幔上涌推动两侧地块向两边移动，处于中心的上涌地幔因上升最高首先凝固，而已经移动的地块必然会在后面腾出空间，产生低压诱发下面地幔进一步上涌，上涌的地幔再进一步推动地块移动，这是一个连锁反应过程。造成的结果是大陆板块仰冲在大洋板块之上发生漂移（相对大陆板块，洋壳就是俯冲在大陆板块之下）。在大陆板块后面引起岩浆不断上涌，巨大的岩浆热动力推着大陆板块往前跑。这个运动过程是基于大陆板块首先发生裂解，产生了一个裂缝和岩浆上涌，在初始阶段，大陆漂移与海底扩张一致，但洋中脊喷出的岩浆很快会被海水熄灭，因此海底扩张不能持续，但大陆板块漂移后在其后面持续不断地涌出岩浆并不断被海水熄灭，这个热力推动过程才能持续推动大陆板块向前漂移。

图2 新大陆漂移模型（梁光河，2013,2018）

该模型有如下特征：

（1）大陆板块前部会产生逆冲断层、造山带、火山带、地震带；同时地壳流的上涌会在大陆板块前部的部分薄弱带出现伸展构造。其结果是大陆板块前部会首先出现褶皱造山带，之后随着地壳流的上涌，每隔数十个百万年就会周期性地发生造山后的重力垮塌和伸展构造，最终板块前部可能发生裂解，形成微陆块，它们随之自动发生漂移（图3）；

（2）大陆板块后部处于伸展环境，产生巨厚沉积和正断层；有时会发生裂解产生大陆碎片，这些碎片可大可小，它们如果达到一定的规模也会自发漂移。如图3所示的新大陆漂移模型前部和后部在漂移过程中裂解平面示意图。

图3 新大陆漂移模型前部和后部在漂移过程中裂解平面示意图

这个新的大陆漂移模型，不但能够合理解释大陆漂移的动力机制，也能对当前全球大洋中的条带状尾迹特征作出合理解释（图4）。这个模型也能合理解释当前全球地震和中国地震分布特征。

图4 东半球大陆漂移轨迹及新大陆漂移模型

3 大陆漂移与板块裂解

比较大的大陆板块漂移历史上，在不同时期大都会发生前缘裂解、微陆块漂移。例如，北美洲和南美洲大陆板块，在100-40Ma时期，在其西侧都发生了微陆块的裂解和漂移（图5a）。欧亚东缘从65Ma至今也发生了大规模的微陆块裂解和漂移，包括海南岛、日本三岛、朝鲜半岛、勘察加等陆块都从欧亚板块东侧裂解后，沿不同路线发生了漂移,（5b），形成了目前的地理格局。从图5c的地形地貌图上也能清晰看出，澳大利亚大陆板块自55Ma至今也发生了陆块的裂离。非洲大陆板块的漂移裂解过程稍微复杂，在100-40Ma期间马达加斯加和伊朗地体从非洲东侧裂解，伊朗地体向北漂移，马达加斯加向南漂移。大约24Ma开始至今，非洲东侧发生第二次裂解，形成目前的东非大裂谷和红海（图5d）。

图5 较大板块漂移历史上发生裂解漂移示意图

以上的例子都发生在大陆板块漂移的前部，事实上，在大陆漂移过程中，在其后部也可能发生陆块的裂离，一个典型例子是印度板块北漂过程中从其后部裂解形成的斯里兰卡微板块。

4 冈瓦纳古陆裂解

盘古超大陆裂解过程首先从中间东西方向开裂，时间大约为200Ma，形成北部的劳亚古陆和南部的冈瓦纳古陆。从图6的动画示意图中，可以看出冈瓦纳古陆首先向北漂移，漂移过程中伴随微弱左旋，之后发生大规模裂解，这个裂解过程中既有前部的裂解，也有后部的裂解，从而分裂出包括南美洲、非洲、印度、澳大利亚和南极洲等的大陆板块，还包括不计其数的碎小微板块。它们各自发生漂移，形成了目的的地质格局。

冈瓦纳大陆的裂解除了新大陆漂移提供的动力机制，可能还存在陨石撞击等影响因素。其裂解的中心点位于现在的南大西洋，裂解的时间大约140Ma。另外一个原因是组成冈瓦纳古陆的微板块本身就是不均匀的，各个微板块之间存在造山带和断裂带，它们也是一个薄弱带，在大陆漂移作用下很容易发生裂解。

图6 冈瓦纳大陆裂解过程示意图（据星球研究所）

5 结论

巨型大陆板块漂移过程中，其前部会首先形成褶皱造山带，随后出现伸展构造发生陆块裂解和漂移，其后部因大陆漂移的驱动力来自一个个连续的伸展构造，也可能会发生裂解，产生新的大陆板块，它们各自漂移。冈瓦纳古陆的裂解和漂移可以用大陆漂移模型得到合理解释。