第五章 山脉，岛弧和深海沟

还在 1878 年，海姆就不得不承认，在完成对远古时代大陆升降更精确的观察之前⋯⋯以及在我们对大多数山脉的平衡挤压幅度作出更为完整的测量之前，难于期待在认识山脉和大陆以及各大陆彼此的形状之间的因果联系方面，有重大而切实的进展①。按照我们的观点，正是反复易地的造山作用，造成硅铝地壳的挤聚变得愈来愈厚，并从而形成大陆。地台上原生岩石的褶皱， 往往也还可以明显辨认出来，它们也就是由于褶皱才从原始海洋中出露的。这些开始时形成为真正的带状山系的褶皱，后来才由于风化作用或冲刷被重新夷平，正可以从夷平的程度近似地推断褶皱的年龄。因此取得关于这种褶皱过程尽可能清楚的概念是至关重要的。

对这个题目繁多的文献作个略为完整的概貌介绍，也会大大超出本章的范围。因而我只想突出提一下认为对我们的命题重要的东西。

霍尔最先注意到这个无法辩驳的事实，即恰恰是褶皱山中的沉积岩厚度比邻近的无褶皱地区大得多。因为它们往往有几公里厚的浅海沉积层，所以霍尔完全正确地用与上文偶然论述均衡作用时相同的方式来解释这些现象， 即在山系的位置原曾是一个地槽（地向斜），沉积物对它的填充因地块均衡下沉而近乎完全补偿。这样，得出的规律是：山系是从陆棚形成的①。为什么愿意优先选用陆棚来解释这个问题，作者们作了甚不相同的回答，也有一些人避而不答。

里德指出，由于几公里厚的古老沉积岩石被向下压到温度较高的区域中去而使塑性增强，因此在挤压时，这个部位会首先变形。这种考虑本身是符合实际的；因为虽然由于沉积层而使地块变厚这一点造成了一种反作用，但较低的地表温度却仅局限于沉积层，沉积层虽不如原始岩石那样富有塑性， 但其压力强度也相应较低。然而要注意的是，下沉 1，000 米时温度只上升约30℃。因此，这种影响是否应予考虑诚然是成问题的。我觉得应假设陆棚处地块厚度较小，这样做会提供易于理解得多的解释。目前最深的陆棚位于海面下 500 米以下（冰岛法罗陆棚的一些部分或者斯匹次卑尔根和挪威之间的

部分），也就是说，在最常出现的大陆高度以下 600 多米和平均陆地高度之

下 700 多米（+700 米）。很容易算出，这种陆棚位于一般平面之下约 1 公里

处，因而在此陆棚下的地块厚度只能有 70 公里，而不是 100 公里。图 10 中形象地表明这一点，人们再不能怀疑在推挤时，首先是作为最弱部位的陆棚部分下陷的。

褶皱过程本身虽然还未能完全解释清楚，但今天比之海姆写出上面引用的那句话时，看得要清楚多了。过去对普通褶皱的设想，看来在很多情况下是切实的。但尤其通过贝特兰、沙尔特和鲁吉昂的研究，关于阿尔卑斯山脉巨大挤压产生了新的概念：据此，沉积壳犹如众多的鳞片堆叠起来（“倒转褶皱”，“逆断层”，参看图 1）。这些研究导致了对阿尔卑斯褶皱的大部分提出完全与前不同的理解，也使海姆有可能推算更为可靠的挤压幅度数

① Heim， Untersuchungen (ber den Mechanismus der Gebirgsbildungusw.，2.Teil，S.237.Basel 1878.

① 奥格（Traitéde Géologie ，I.Les Phénomènes géologiques ，S.160，Paris 1907）阐述如下：“山系表明了地向斜的位置。”我认为“陆棚”比“地向斜”这个词更为正确，因为大概很难把一个边缘陆棚，比如说建造起南美洲安第斯山脉的陆棚，称为地槽。

值。这位作者以前根据旧观点计算出瑞士汝拉山脉只压缩到五分之四，阿尔卑斯压缩到一半，而现在他则设想，被挤压的壳层原来曾为这些山脉现有宽度的 4—8 倍。由于现有宽度为约 150 公里，那就应该是由一个 600—1，200 公里宽的陆棚挤压而成的①。

鳞片状逆掩盖层的这种景象主要存在于沉积岩；位于其下的原始岩石反应则不同：它更多的表现为流动。它很少参与逆掩活动，在它那里的结果， 主要是地块向下方变厚。看来沉积岩和原始岩石间，在塑性上确然存在一个由结构引起的差异。原始岩石往往表现出十分复杂的褶纹，而沉积岩则倾向于形成大褶皱，在小褶皱中却易于破碎。在山脉的剥蚀作用中，沉积岩也表现出较大的脆性而比原始岩石遭受流水破坏要快得多。我们的阿尔卑斯冰川之所以美，是由于它们的冰碛少，这绝大部分是这里的中央山体的沉积岩已完全被清除的结果；在喜马拉雅山则不是这种情况，它的冰川几乎为巨量的堆积石所掩埋。

但是我们只有考虑到均衡作用，才能对山脉褶皱获得一个完全的概念。上面已阐述过，挤压是在维持均衡的情况下进行的；其时只有百分之五被挤向上方，百分之九十五则被挤到下面去。如果假设我们有一个地块厚度为 70

公里的陆棚，则在沉积层厚 3.5 公里的情况下，因挤压而被推向上的部分已经完全是由沉积岩组成，而所有原始岩石均被挤向下方。地块只能随被挤压的地壳中央最高部分，由于沉积岩剥蚀而减轻负荷的程度因均衡作用而升起，从而最终在沉积岩全部消失后生长成一条高度大致相同的原始山脉。很值得重视的是，阿姆弗洛和哈姆尔①通过经验途径，已对东阿尔卑斯山取得以下结果，“在有较大推移和褶皱的地表带之下”，存在着“一个深部的岩浆运动源”，“在此处，上部地带很厚的一部分被吸向深处”如果设想将较新地层现有厚度再展平到原有的状况，可能会得到一条比展平新结晶褶皱宽 2

—3 倍的地带，因而应假设存在一种“深部区的吸收”。这些从自然界观察出的情况，与上百的推论阐述完全吻合。

在此还应同时讨论岛弧现象，大陆移动论看来对此提出了一种新的解释。迄今，李希霍芬对这种类型的主要现象，即东亚海岸弧的解释最为流行。

①他认为这是地壳中一股来自太平洋的吸力的作用。按他的说法，岛弧和相邻

的陆地上一片宽阔地带共同构成一个巨大的断裂带，该宽阔地带的特点表现为海岸及隆起的弧状伸延。列岛和大陆海岸之间的地区称为第一“陆地阶梯”，它由于向西的倾斜运动而沉入海平面之下，而东侧则作为岛弧露于海面上。李希霍芬相信在陆地上还可以找到其它两级这种陆地阶梯，但它们下降较小。虽然难于解释这些断裂为何成为规则的弧形，但是人们相信由于沥青和其它材料中弧状裂缝的启发可以克服这种困难。他在这方面的理论可以说是有历史功绩的，由于他的威望，使得也用拉力来解释其它大陆边缘断裂这一点，比拱形压力学说也较快地得到承认。尽管如此，看来李希霍芬的观

① 这里或其它地方的大陆地块受挤压前的轮廓，肯定是另外的形状，这个推断未得到应有的正面评价。

① Ampferer undHammer，Geologischer Querschnitt durch die Ostalpenvom Allg(u zum Gardasee.Jahrb.d.k.k.Geol.Reichsanstalt.LXI，S.531—709，1911.请重点参看其结束部分，S.708—709.

① F.von Richthofen，(ber Gebirgskettungen in Ostasien.Geomor-phologische Studien aus Ostasien.4.Sitz.- Ber.d.Kgl Preuβ.Akad.d.Wiss.Berlin， Phys.-math. Kl.，1903，40，867—891.

点恰恰对东亚没有触及事物的核心，这一点从其它角度已多次强调指出过。正是那种特征性的弧形，看来未得到充分的解释。在沥青和其它例子中，结构方面的条件可能也起作用。我们在自然界看到的情况是，如不存在这些先决条件时，拉力多半只生成直线的裂纹，从古老油画中裂开的颜料和粘土中的干裂纹，直至地壳的裂谷和月球表面的沟槽均如此。对东非裂谷，我们下面还要深入讨论，它们显示出地壳受拉应力时如何反应。霍恩最近强调，东亚在构造上也完全没有表现出断裂的特征，而是一种垂直于海岸的挤压作用的特点。②从地形图上可以看出，我们在这里遇到的不是象东非那样为断裂切割的台块平原，而是列岛和陆上海岸地带均由与海岸平行延伸的山系构成。此外海深图还表明，深海盆把岛弧和陆地隔开；根据我们前面对各方面的叙述，显然必需把岛弧看成为分裂出去的边缘环链，它们使硅镁物质在本身和陆地之间作窗口状逸出。

肚突状海岸线以及分离的环链的形成按照大陆移动论可以理解为巨大推挤时的一种分离现象，下面将作详细论述。整个亚洲东部沿北东—南西，即平行于海岸及海岸山脉走向的方向，经受过这种挤压。我们还需要再稍为论述一下沿现存褶皱走向推挤的设想。一个大陆地块的结构会因褶皱而大为改观。尤其如果各山系是互相很好分开的，那显然必定会形成可以沿平行的垂直面分离的情况。（参看图 11a 中的横切面示意图。）这样一个形体在沿山脉山脊方向推挤时将作何反应呢？可以拿一副扑克牌作为极端的例子。如把它放在桌上，可得到水平层状，挤压会产生普通的褶皱，它们只向上方或下方伸展。但如果将这副牌直立，就会得到垂直的可分性；这时，挤压作用将会导致褶皱向两侧伸展。图 11b 概括地表示出此过程的俯视图。玩牌时就可发现，往往偶然地有个别边缘的牌会因弯曲方向不同而脱离开，其余部分却仍紧紧相连。下文还将指出，在亚洲东部，硅镁质的潜流可能还有一股指向海洋的分流，它特别有利于这里的边缘环节脱离主体。

上面描述的现象绝非仅限于亚洲东部。小亚细亚的景象相同：波浪状的山系排列和肚突状的海岸线；塞浦路斯看来也是这样一个分离出来的边缘环节。中美洲的安的列斯群岛与亚洲东部的岛弧更为相似，而中美洲本身则相应具有肚突状海岸。下文还将详细论述。新西兰原来可能也曾是澳大利亚东部的一个边缘环带，它先是作为一个链环脱离出来，然后由于落后于向前推移的澳大利亚，而与后者完全分离。连接阿平宁山脉和阿尔卑斯山脉以及连接乌拉尔和新地岛的 S 状山系，恐怕也可以解释为沿走向方向的挤压。

会有人提出指责，因为这样一个岛弧，最初脱离时必须假设压力的传输要通过它的整个长度，即达到 2，000 公里。但实际上这也许并不是什么困难。鲁茨基虽然计算过，由于岩石的压力强度有限，压力传输到 100 公里的距离就已经是不可能的了，前提是该地块位于固态基底之上①。但此处的基底并不是这种情况；而是地块漂浮于一种粘滞的流体之上，而且不难理解，如果这种流体毫无粘性，则对压力传输是不存在任何界限的。也即可以说，没有什么东西妨碍我们假设，所有岛弧的大小在相同的量级上的原因，正是在于这种压力传输在此已达到了它的限度。

② E.Horn，(ber die geologische Bedeutung der Tiefseegr(ben.Geol.Rdsch. V，Heft 5/6， S.442—448，1914.

① Rudzki，Physik der Erde，S.244.Leipzig 1911.

即使上面概括勾画的解释，符合岛弧的实际情况，仍然还有某些不清楚的地方。正如有人已强调指出的，各岛弧的地质结构都相一致这一点是很奇怪的。岛弧凹侧总带有一系列火山，而凸侧则几乎到处都有第三纪沉积，且其层位不整合严重。这一点可能表明，岛弧直至第三纪仍为大陆的海岸。在更深入地了解大量岛弧的上述构造不整合情况之前，最好还是把关于分离的深刻缘由这个问题暂且搁置起来。

尤其对深海沟，看来一时更是无能为力，它们往往位于岛弧凸侧前方， 因果联系的存在是不能否认的。它们位于硅铝和硅镁物质的分界上，看来就象以前强调过那样，肯定是在比较迅速的事变过程中形成的，因为硅镁质显然没有时间来填充这个凹陷。这样，看来赫克尔观测到，在汤加海沟上方有一个重力异常也是对的。此外似乎无需专门讨论就可理解，这些海沟对直接与其相邻的岛弧必然具有某种吸吮作用①，从而使它们看来和岛弧脱离过程是有联系的。但是对这种不久前才知道的现象作完整的阐述恐怕要留待将来了。

① 系由岛弧两侧硅镁层位置的高度不同而产生的静压力差引起。