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岛弧(island arc) 大陆边缘连绵呈弧状的一长串岛屿。 与强烈的火山活动、地震活动及造山作用过程相伴随的长形曲线状大洋岛链。这类地质特征如阿留申-阿拉斯加岛弧和千岛-堪察加岛弧。

地质特点

火山
全球岛弧分布图 全球岛弧分布图
活动与火山岩:岛弧是剧烈的火山活动区,地球上有800多个活火山。在新近纪至第四纪期间,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和玄武岩为主,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。
重力异常: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: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。

地形特点

冲绳岛(琉球岛弧的一部分) 冲绳岛(琉球岛弧的一部分)
岛弧是弧形排列的群岛,也称“岛链”、“花彩列岛”。弧形的凸面常指向一个洋底海盆的中心;凹面则向着大陆,成为大陆的天然屏障。
岛弧是分隔大洋与边缘海的重要构造地貌单元。它是延展很长的弧形列岛。日本学者上田诚也等认为,岛弧有三个主要特点:
1.有现代火山活动;
2.伴有深度大于6000米的深海沟;
3.有深达70公里的地震震源。岛弧主要分布在西太平洋。金球岛弧总长度达4万公里。
岛弧是位于大陆附近,向海洋凸出成圆弧状的列岛。它们常排列成花彩状,故可合称为花彩列岛,其中以亚洲东缘的花彩列岛最为壮观,该岛群乃由阿留申、千岛、日本、琉球、吕宋等岛弧所成;中美洲的大安地列斯和小安地列斯群岛,也是由岛弧结合而成的典型花彩列岛。岛弧有时为单独一条出现,大多以火山弧为主;但也常常有内外两条平行排列的岛弧,其中一部分陆地可能没入海面以下。外弧都走出一些经过强烈变动的沉积岩或变质岩所构成;内弧则是形成时代很新的火山所造成,一般皆以安山岩质的岩石为主。
平行岛弧的大洋边上,常有深长而狭窄的弧形海沟,像吕宋弧外方的马里亚那海沟(Mariana Trench),就是全球最深的海沟,最深邃的海渊深度可达一万一千零三十四公尺。岛弧和海沟附近常是地震和火山活动频繁而且强烈的地方,震源有很深的,造成深达七十公里以上的深层地震,所以在构造上有特殊的意义。而海沟、火山和深层地震,正是岛弧的三大特色。
根据新近建立的板块构造理论,岛弧实为大陆和海洋板块相聚合时,所产生的成果,它的位置适在隐没带的上方。

地形成因

沟–弧–盆系横剖面结构模式 沟–弧–盆系横剖面结构模式
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。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。

地形地貌

大多数岛弧都由两列平行的、弯弓状的岛屿组成。这样一种双岛弧的内列由一串爆发的火山组成,而其外列由非火山的岛屿组成。在只有单列弧的情况下,组成它的岛屿很多是有火山活动的。
一个岛弧,在典型情况下,其凹的一侧有陆块,或部分封闭的、特别浅的海。沿着其凸的一侧,则几乎固定不变地存在着长而狭窄的深海沟。大洋的最大深度就发现于这样的海底凹陷,正如在马里亚纳海沟和东加海沟的情况那样。
破坏性地震经常发生在岛弧所在地。这些地震与世界其他地区记录到的浅源地震不同,它们是源于岛弧基底以下深达600公里处的深源地震事件。这些地震的震源有朝着岛弧凹侧越来越深的趋势。
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。

地形分类

按岛弧的地貌特征岛弧可分为:
1.单弧型,由一条平行于海沟的火山岛弧组成,如千岛弧,日本列岛弧;
2.双弧型,由平行于海沟的一条外弧(现今无火山活动的或沉积的岛弧)和一条内弧组成(现今仍有火山活动),如印尼群岛弧;
3.多弧型,是在双弧型的陆侧还有一条残留弧(没有现代火山活动)。根据弧后盆地的有无(如西太平洋的岛弧都有弧后盆地,而南美洲安第斯山链后面无弧后盆地),弧后的构造活动性(挤压、拉张或兼有剪切)等不同特征也可作为岛弧分类的标志。

地形分布

岛弧也分布在各大洋中,以太平洋最多,尤以西太平洋最发育。其中堪察加一—千岛岛弧、日本岛弧、琉球岛弧和台湾一—菲律宾岛弧,总长达1万多公里,称东亚花彩列岛,是世界海洋中最长的岛弧。
岛弧是多火山和地震地带。由于岛弧一—海沟系位于大陆外侧,是其内侧大陆国家走向海洋的跳板,也是这些国家的海防前哨;也由于岛弧一—海沟系位于大洋边缘,岛弧又是霸权大国控制海洋的要地,多建有重要的海军基地,如马里亚纳群岛中的关岛,日本群岛中的横须贺、佐世保,琉球群岛中的中城湾,大安的列斯群岛中的关塔那摩湾等。
岛屿以山地为主,外临深海沟。西太平洋岛弧最为典型,分南北两段:北段由千岛群岛、日本群岛、琉球群岛、台湾岛和菲律宾群岛构成,面向太平洋,为东亚太平洋岛弧!南段由安达曼群岛、尼科巴群岛、苏门答腊岛、爪哇岛和努沙登加拉群岛组成,向印度洋突出,称印度洋巽他岛弧。两段岛弧在苏拉威西岛衔接。西太平洋岛弧处在太平洋板块、亚欧板块和印度洋板块的嵌合带,地壳不稳定,多火山地震。据统计,全世界有活火山500余座,一半以上集中在该岛弧带。
大多数岛弧沿著太平洋盆地的西缘出现。少数例外是东印度岛弧、西印度岛弧和南大西洋的斯科舍岛弧。根据流行的理论,岛弧形成於两个岩石圈板块(组成地球表面各块段的巨大刚性板体)会聚之处。当碰撞时,其中一个板块具有重的大洋地壳,向下猛插,并被挤入具有较轻大洋地壳的第二板块之下局部熔融的较低地函之中。岛弧就由於玄武岩和安山岩喷发而从仰冲板块的表面上形成。玄武岩被认为是来源於半熔融的地函,而安山岩可能是由於下降板块及堆积其表面上之沉积物的局部熔融而生成的。
位于大陆边缘与海沟平行排列的弧形列岛。其分布与海沟一致,以西太平洋活动大陆边缘为主,是分开大洋盆地和边缘盆地的重要构造地貌单元,也是全球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海沟,凹入一侧为弧后盆地;它与海沟和弧后盆地共同构成沟弧盆系。一个岛弧纵向延伸长几百至几千公里,宽约200~300公里。全球岛弧(包括山弧)总长度达40000公里。上田诚也等认为具备下列3项条件的地区即可称为岛弧:①有现代火山作用;②伴有与之平行的深度大于6000米的海沟;③有深度大于70公里的地震震源。故岛弧不仅限于海洋中的弧形列岛,也应包括中美洲、南美洲西海岸的弧形山脉(山弧)。

地震活动

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

海沟与岛弧

有关海沟与岛弧共生的现象很早就被人发现,也有人对地球上这种奇异现象提出过自己的解释,认为岛弧是一条地壳强烈隆起带,而相邻的海沟则是一条地壳强烈下沉带。海底扩张与板块学说兴起以后,对岛弧与海沟的成因有了全新的解释。按照板块学说的解释,岛弧与海沟有着共同的起源,它们的产生都与板块移动有关。科学家的想像十分大胆而新鲜。当他们在大洋中间找到一条条大洋中脊,并知道这些中脊就是海底地壳产生的地方时,一个问题自然而然地被提了出来:如果地壳在大洋中脊处不断地产生,并且向两侧移动的话,总该有个消纳的地方。否则,新生的地壳没完没了地生长,地壳岂不要被拱破了吗?恰好,人们在大陆边缘找到了一个被认为可以消纳地壳的地方,这就是海沟。科学家们把地球上的海沟和岛弧看成是两个板块相互碰撞的产物。板块学说是这样解释岛弧的形成的:受海底扩张力的推动,两个板块发生相撞,同时产生了一个板块插入另一个板块的现象。这时,被插入的板块自然遇到来自另一个板块的极大抬升力,其结果必然使地壳被高高地抬起。这样,在海沟前便形成了隆起的成串的岛屿。因为这些岛往往分布在一条圆弧线上,所以才有“岛弧”的称呼。在海沟与岛弧附近,挤压性的地应力极强,因此这一带经常发生地震也就比较容易理解了。当一个板块插入另一个板块下面以后,进入地下深处的地幔层,使地幔层增温,产生大量炽热的岩浆。随着板块的插入,岩浆活动日渐加强,当岩浆向上运动穿过上覆板块时,就形成火山的猛烈喷发。科学家们认为,如果说大洋中脊是海底地壳诞生的地方,那么海沟就是海底地壳消亡的地方。插入地壳深处的那部分地壳,当它进入地下更深的地幔层时,就会熔化为岩浆,进入地球内部。大洋地壳就是这样此长彼消,此消彼长,永远处于不断更新的过程中。利用这个学说,也比较容易解释,为什么在大洋底找不到超过2亿年的古老岩石的原因。关于海沟与岛弧的关系还有不少问题有待进一步研究。比如,海沟—岛弧系形成的时间,又比如,海沟—岛弧系今后的发展前景,是就这样一直持续下去,还是随着时间的推移还会发生变化。
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