第68章 构造混杂岩及其与沉积混杂岩之比较(1)

作为混杂堆积的粗碎屑地质体在区域构造分析中，具有很大的价值。因为它们反映了特定的古地理环境，如山地冰川、泥石流堆积等。绝大部分在地理空间分布上，是在沉积盆地的边缘（Einsele，2000），层序上位于一套地层的底部，它标志着新的演化阶段的开始（王鸿帧等，2000）；它们的楔状几何形态，可据之以恢复当时物源区的位置和物质搬运方向（马文璞，1992）。

这些碎屑岩中的砾石和矿物质，更是物源区现已不复存在的母岩的直接记录。地层中的砾石成分，按层序从下到上的变化，正好反映了已经消失的山体，自上而下的岩性柱。凡此种种，都是沉积成因的混杂（粗碎屑）堆积对地壳变形的响应。除此之外，还有一类粗碎屑地质体为构造运动的直接产物。它们的性质和分布，往往代表古板块消减带，或者大断裂形变带，甚至表明大陆缝合带的存在和极性。因此，在大地构造分析中，具有重大意义，这就是构造类“混杂堆积”（mlange）：一种在结构特征上类似于沉积类混杂堆积——杂砾岩（diamictite），但其成因是决然不同的变形岩类。这就是本书中要兼顾二者的原因。

Melange一词源于法语，是Greenly1919年描绘威尔士Angelsey岛上Mona杂岩中的“原地碎屑混杂体（autoclasticmlange）”时提出来的。他说这种混杂体的“基本特征是原来的连续性（无论是火成岩还是沉积岩），特别是层理，已经普遍受到破坏；较易变形的基质，普遍受到剪切而成片状；较难变形的岩块，成为孤立的凸镜状体，悬浮在基质当中……”总体看来，岩石本身似乎是大小不一，被撕裂和受剪切的凸镜体悬浮在片理化的基质中。凸镜体由细碧岩、辉绿岩、石英岩、灰岩、碧玉和粗砂岩等构成，大者的长度可以达到3.22—4.83km（2—3英里），最小的仅肉眼可见。基质全部是较易变形的组分，呈同样的凸镜状构造（Greenly，1919）。这就暗示了它可能的构造成因。但是，Greenly的工作长期没有受到重视。

20世纪50年代以来，先后在土耳其的阿纳托尼亚、意大利的亚平宁山脉（Baileyetal，1950，1963）以及喜马拉雅山（Gansser，1955）等地，发现和报道了类似的地质体。特别是许靖华60年代对加利福尼海岸山脉弗朗西斯科（Franciscan）杂岩的系统研究（许靖华，1985），使人们对该种混杂堆积的成因、构造的含义和制图准则的认识深入了一大步。

板块构造理论提出来以后，由于意识到多数构造—混杂堆积都产出在显生宇的造山带里，并与汇聚板块边缘及碰撞构造密切伴生，由此对构造—混杂堆积的重视程度进入了一个崭新的阶段。

1973年在前苏联召开的“地壳中蛇绿岩讨论会”期间，发现天山、高加索等地的剖面上，蛇绿岩与构造—混杂堆积密切相关，很多人于是把二者联系起来，提出蛇绿混杂堆积（ophioliticmlange）等概念（Gansser，1974）。到20世纪70年代后期，板块构造、混杂状地质体，已在除南极大陆以外的所有大陆上被发现。除去主要位于造山带以外，也出现在被动大陆边缘等其他地球动力学环境中，从而对其成因的分析，思路也就更加广阔。

1978年Penrose混杂岩（mlange）讨论会和1981年美国地质学会年会先后专题讨论了混杂岩（mlange）的性质、成因和意义（Raymond，1984），奠定了现代研究的基础（1）。

（第一节）构造类混杂堆积的鉴别与类型

构造类混杂岩（mlange）是各种大小不一的、变形岩石的杂乱堆积体，由岩块和基质组成。岩块成分复杂，可以是原地的原来互层状地层中的较强岩性，如砂页岩互层中的砂岩、碳酸盐岩中的白云岩与燧石等；也可以是异地成因，与混杂主体无关的外来组分，如各种镁铁质岩、熔岩和变质岩。岩块的形态与规模也相差极大，从厘米级直到若干立方千米级，即整个山体都由岩块组成。在大多数情况下，这些岩块都显示出遭受变形、被挤压、剪切或拉伸成香肠石、凸镜体抑或其他不规则形体，在基质中转动并与之成构造接触；在岩块周围，可以看见碎裂、挤压带、断层泥和拖曳褶皱等现象。

构造（类）板块混杂堆积（mlange）中的基质多为泥质岩或蛇纹岩，较少情况下也可以是火山岩、碳酸岩，甚至蒸发岩。它们在力学上强度较低，因而在变形过程中普遍表现出塑性应变，被挤进甚至流动在相邻岩块的缝隙里。从微观的尺度上可以看出，其中也含有众多的碎屑，因而在总体上给人以强烈破碎和杂乱无章的印象，加上构造（类）混杂堆积多以断裂与周围地层接触，本身岩块与基质、甚至岩块与岩块之间各含有不同时代的生物化石，它曾经是个令人迷惑的研究对象。历史上的野复理石（wild flysch）、滑混堆积（olistostrome）等，都是不同作者使用过的、含义大体相同的术语。

由于砾状结构可以加入，并通过多种方式生成，从溶洞坍塌、滑坡、冰川的刨蚀和堆积、泥石流、海底浊流，一直到沿海沟板块俯冲带的刮削、弧前增生楔的堆垛，对混杂堆积的定义和类型划分，一直存在着较多的争议，特别是当它们被叠加上韧性或脆性变形的情况下。因此，混杂体或混杂堆积这一术语，目前仍然是描述性的。多数人的意见趋向于把它们总的分成两种类型，沉积成因和构造成因的混杂岩和混杂堆积各自具有不同的特点和制图原则。

一、滑混堆积或滑混体（olistostrome）

滑混堆积近似于diamicton（混杂堆积），或者就归入混杂堆积（diamicton）中。它来自于Flores1955年和1959年提出的定义：“产于正常地层顺序中的沉积产物，具有一定的连续性而可以作为填图单位。它们呈半流体状堆积，内部发生了程度不等的混合……在任何情况下都可以辨别出胶结物或基质，其中含有分散的较硬岩块，它们小如卵石，大到数立方千米的漂砾。”“滑混堆积上下以正常的海相沉积为界……并且含有可以鉴定时代和环境的原地化石”（Flores，1959）。当时提出的类似术语还有卵石质泥岩（pebblymudstone）、似冰碛岩（tilloids）和滑动浊积岩（fluxoturbidites）等。

目前把它们归之于沉积成因、相对均质、基本上无外来岩块的一类混杂堆积地质体，它与上下地层的接触关系是非构造的，或是连续（图101），或是披盖式地叠置在下伏冲刷面之上，从而在填图中可以作为一个岩石——地层单位。

图101来自同一层（a）和来自层外较老物源（b）的滑混堆积二、构造（类）混杂堆积或混杂岩（mlange）构造（类）混杂堆积是含有大量外来成分岩块，已经强烈变形的混杂状地质体。

它与周围地层均为构造接触，内部也普遍发育糜棱岩带或脆性断裂，其最大特点是本身不具有固定的层位，所以填图时不能作为一个岩石——地层单位。以蛇绿岩为基质的混杂体称为蛇绿混杂堆积或蛇纹质（serpentinite）混杂堆积，这一类地质体归之于构造成因。它的出现，往往标志着化石消减带或碰撞带，并且，大多位于仰冲的残余洋壳推覆体的下盘，在区域构造分析中具有重大意义。

在未遭受后期叠加变形的情况下，上述两类产物的区别是明显的。由于滑混堆积是未曾固结或半固结沉积重力失稳的产物，所以往往表现出软沉积物变形的特征，如沉积不协调，褶曲、变形组构无定向性或少定向性等。由于岩块系来自推进中的重力滑动体，所以它们的时代不可能先于基质，岩块的形态具有一定的磨圆。

作为另一单元的构造（类）混杂堆积，是固结岩石构造应变的结果，所以岩块多已破碎、变形和扭转，形态极不规则，从棱角状到来自滑混堆积的、有一定圆度的砾石。基质也普遍遭受剪切而产生片理化，并且可以见到沿着密集的网状裂隙进入岩块中。构造类混杂堆积的外来岩块中所含的化石，既可以早于也可以晚于基质中的生物群。

在单个露头上可以看到普遍的剪切和杂乱的混合岩石。石香肠的转动提示：页岩基质向西或向西南方向流动。基质片理化，并沿密集网状裂隙进入岩块中，岩块则以透镜状显示岩块大小、混杂体的规模及其与周围地质体的接触关系，也可以作为区别标志：

数十或数百米长的岩块的运动，仍然可以视之为一种沉积过程。然而几千米厚、上百平方千米大的岩体，却只能是构造作用的产物，滑混堆积尽管厚度可达数百米，但却清楚地夹在地层单位中，并与上下地层成正常沉积接触；相反，构造混杂体与相邻地质体则被断裂阻隔，二者往往有着明显不同的变形样式和演化历史。

构造部位主要构造界线（板块边界）分布较广，在合适的古地理环境都能形成成因由构造作用形成以沉积作用为主但是，经过后期构造变形，普遍剪切的滑混堆积，很难与构造混杂体区别开来。这不仅由于二者在空间上往往呈共生状态，如位于大陆斜坡下部至陆基部位的滑混体，在活动大陆边缘的情况下往往与海沟比邻，后者是构造混杂堆积的主要产所之一。造山带中的强烈变形，包括晚期的叠瓦逆冲活动，也易于把它们改造得面目全非；此外，在这两个单元组分之间，可能存在着连续过渡，因此，对它们区分，要取决于对全部地质资料的综合分析。

（第二节）构造混杂体的形成方式和地球动力学环境

破碎和混合是构造混杂堆积得以生成的两种必要过程，因此是揭示其形成机制的关键问题。一个正常地质体的被破坏，是一个连续的、累进应变过程。此过程可以分为四个阶段（图103）：连续的（正常地层），破碎的（已破裂，但地层内部连续性基本没有丧失），失序的（地层连续性已经丧失，但其中还没有进入外来成分）和混杂的（无连续性，有外来成分岩块）。可见，混杂体的出现，是一系列复杂作用的最终结果，而不可能在一次突发事件中生成。

外来岩块在混杂体中的出现，表明破碎作用已经超出特定的组、群或杂岩的范围，并且可能是在从板块汇聚、碰撞到后期造山形变的长期复杂过程中的某一个阶段或几个阶段的联合而产生。

许靖华（1985）在早期曾经用下述词句形象化地描绘这一过程：“当一列装满木料的货车，呼啸着穿过一个低矮的隧洞时，堆得太高的木料将被打掉。破裂的木条将像混杂体似的堆在隧洞前，这样一种混杂体应当是原地的，虽然这些木料来自远处的原始供应地。”现在需要确定的是，木料并非装运自一个地点；堆在隧洞前面的也不只是一列货车的物质。

科迪阿克岛泥砂质混杂堆积的构造破碎作用的研究成果，有助于理解板块构造混杂体的产生以及它们所处的地球动力学环境。

北美阿拉斯加半岛西南大陆边缘，至少从早中生代以来即经历过不止一次的消减作用，弧前盆地的增生，使大陆架不断向东南方向增宽，科迪阿克岛（Kodiak）就是这个增生大陆架的一个裸露部分。那里的地层走向与岛的长轴方向一致。沿岛屿的东南侧有长160km、宽15km增生带，带上出露的古新世幽灵岩组（Ghostrockformation），就是构造混杂岩。它由浊流成因的暗色互层状砂岩与页岩组成，局部夹有通道相的块状砂岩、含泥砾岩、枕状熔岩和玄武质岩墙，代表海沟环境堆积；目前呈倒转层序，其两侧因断裂分别与北西侧较早的地层及东南侧的更新的地层相接触。构造混杂体最大的特征在于地层的极端失序，但其内部尚未发现有外来的变质岩块。由于这里的大地构造背景明确，地层出露良好，又仅受到轻微的变质作用，从而成为重建构造混杂岩破碎过程的极好场所。

Byrne（1984）在幽灵岩组中识别出两期形变作用，它们强烈地改变了混杂体中的原始层理和地层顺序，使之成为次棱角状到次圆状拉长的砂岩岩体，散布在暗色片理化的页岩基质之中（图104）。在露头上可以看到，连续的砂岩与凝灰岩岩层是如何通过三维串珠状体逐渐过渡成完全孤立或分散的凸镜体。地层的应变状态，可以依据岩块的长轴方位、凸镜体形状、内部结构、网状交织裂隙和长方解石、石英充填的张裂隙的空间配置而恢复出来。在显微尺度，页岩基质中由硅质碎屑夹层排列显示出的等斜褶曲、弯折和剪切带，其变形图示与宏观观察也是一致的。

砂岩构造凸镜体在空间上成拉长的椭球状，外面被致密的页岩薄片所包裹，从而掩饰了凸镜体外形的不规则（图104）。而在横切长轴的光面上，可以看出其形态在细节上是高度不规则的，往往发育拖尾现象，沿页岩的片理迅速变细并消失。在平行中间轴的切面上，还揭示出有的凸镜体并不是被拉薄了的单层砂岩，而是由两层砂岩叠置而成，中间为被暗色页岩所充填的微冲断层所分开。

在构造混杂岩的几乎所有砂岩里，都含有透入性的暗色网状裂隙，单个裂隙面的厚度不超过1mm，但由几个面组成的带宽可达1cm。它们的密度是如此之大，以至于在几厘米的范围内就彼此交切，把相对未变形的部分分隔成更小的凸镜状体。这些面实质上是强烈碎裂和粉化的带，砂岩表面窗棂构造的出现，部分原因就是沿这些网状构造发生右上侧砂岩代表串珠状构造，左侧的砂岩块已成为孤立的包体错动，地层也是通过这些网状剪切面，碎裂流动而逐渐离散、崩解的。

包体形状的改变在露头尺度表现为韧性流动。但是，在显微尺度下却是脆性和透入性的变形，砂岩就是这样首先破裂，然后沿密集的剪切网络变形的。页岩基质里也发育从薄片范围到露头规模的剪切带，其方向大致与片理平行，为方解石—石英充填的张裂隙代表晚期的脆性变形幕。

泥砂质构造混杂岩通过平行于岩性层的剪切而逐步破碎（Byrne，1984）网状破裂剪切带在几十平方千米范围普遍发育这一事实，表明幽灵岩组的变形很难用外力——重力驱动的滑动来解释，更可能是代表内力构造应变的产物。这种岩层通过串珠状过渡到完全失序的岩块，就是沿大致平行于沉积层理的剪切作用累进变形的结果（图105）。

（第三节）俯冲增生楔中的构造混杂作用及变质岩块的成因