阿拉斯加區域地質演化史

大衛·卡爾·施耐德 著；戴長雷，楊朝暉 譯

(1.阿拉斯加大學 安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508; 2.黑龍江大學 寒區地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學 水利電力學院，黑龍江 哈爾濱 150080)

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阿拉斯加區域地質演化史

大衛·卡爾·施耐德1著；戴長雷2,3，楊朝暉1譯

(1.阿拉斯加大學 安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508; 2.黑龍江大學 寒區地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學 水利電力學院，黑龍江 哈爾濱 150080)

地史圖上包含著非常豐富的信息，通過研究阿拉斯加區域地質演化史有助于弄清楚中南阿拉斯加的地形地貌特征。在梳理地質年代的劃分以及阿拉斯加地史圖的基礎上，對各時期阿拉斯加地質事件進行了分析。指出：(1)晚古生代時期的阿拉斯加存在的部分極少，都在非常溫暖的緯度地區。亞歷山大地體和蘭格利亞地體正在北美克拉通西部的赤道附近形成。(2)晚三疊紀到早侏羅紀時期的阿拉斯加存在的部分不多，但是僅存在部分已隨北美克拉通的其他部分向北移動。由4個獨立的地體組成的蘭格利亞復合體也已向北向東，朝著北美克拉通的方向遷移。(3)晚侏羅紀至早白堊紀時期的阿拉斯加，蘭格利亞復合體靠近北美克拉通相當于現在加利福尼亞和俄勒岡附近的地區(當然，彼時它們還不存在)。北美洲本身移動到比現在的位置往北得多的地方。阿拉斯加北部地區開始分離并從加拿大北部開始旋轉移動。(4)晚白堊紀時期的阿拉斯加，蘭格利亞地體也已經貼附到阿拉斯加之上，這樣就使得北美克拉通的西北部開始有了組裝阿拉斯加的框架了。(5)始新世時期的阿拉斯加據信已與現在的形狀非常相似。威廉王子地體和亞庫塔特地體已由洋盆沉積物形成；德奈利斷層以及其他斷層已處于現在的位置；阿拉斯加的西部已向南旋轉到當前的緯度位置。(6)中南阿拉斯加地史剖面系列圖，標示了過去2.3億年中南阿拉斯加地面以下地體活動狀況。

地質年代；地史圖；地質體；地形地貌；阿拉斯加

1 區域地質年代

地質年代是地質學里最讓人迷惑的概念之一。盡管我們對于數百年的概念都很難理解，可是地質學家們卻常常要在億萬年的時間尺度下盤算。

我們所住的星球一般被認為大約有45億年的年齡。已測算出來的最古老的巖石來自于加拿大的北部。它們固化形成于40億年前。直到近6億年前，才演化出復雜的生命體。恐龍則興起于2.5億年前，滅亡于6500萬年前。直到300～400萬年前，非洲平原上的類人猿才會直立行走，這僅僅占地球全部歷史的0.06%。從生物學和地質學角度來看，地球上大量的事件是在人類出現并參與之前就發生了的[1]。

為了描述地球的歷史，地質學家設計了地質年代表。地質年代表中有宙、代、紀、世等時間單位，是根據沉積巖層中發現的化石類型的變化來劃分的。在十九世紀設計地質年代表時，還沒有掌握板塊構造的知識和放射性測年的方法。所以，只將化石層的相對年齡用作地質年代表的劃分依據。

距今越近，代、紀、世的時段被劃分的越短。這是因為，距今越近，化石記錄越完整。這些時期也因此更易于界定，更易于劃分出更小的時間單位。同理，距今時間越久，由于化石記錄經歷了更多的變質、侵蝕和天然破壞等作用，而使得該時期的地質歷史構建起來更困難。

地質年代首先被分為包含代的宙，然后被進一步劃分為紀和世。冥古宙、太古宙和元古宙，代表了從地球形成到第一個復雜生命體出現之間地球幾乎90%的歷史。地球其余的歷史被包含在顯生宙之內。古生代是當前這個顯生宙的第一個代。它從復雜生命體興盛的寒武紀開始，到地球上90%的物種一次大滅絕事件中都消失的二疊紀結束。接下來的中生代始于恐龍興起的三疊紀，經歷侏羅紀，結束于據認為在一顆流星于墨西哥尤卡坦半島撞擊地球之后恐龍隨之滅亡的白堊紀。我們當前的新生代以哺乳動物的繁盛為標志。我們正生活在新生代的第四紀，第四紀又被分為更新世和全新世，前者以近期的冰河世紀的起點為標志，后者則以最后一次冰川運動的結束為起點。

表1 地質年代表

2 阿拉斯加地質史

2.1 前寒武紀和古生代時期的阿拉斯加(7.5～2.5億年前)

自元古代以來，諸如育空-塔納納地體和魯比地體等阿拉斯加中部的地體，一直位于北美克拉通西北部的周邊地區(圖1)。中央復合體(CCT)的絕大部分好像也在同一地區，但是近期的證據使得中央復合體中某些地體的準確起源又變得不確定起來。在前寒武紀的晚期，亞歷山大地體在遙遠南方的古太平洋中開始通過火山活動來形成。在古生代末期，另一個赤道島弧，蘭格利亞地體已與亞歷山大地體合并，合并后稱為蘭格利亞復合體[2]。

現在的阿拉斯加在彼時存在的部分極少，都在非常溫暖的緯度地區。亞歷山大地體和蘭格利亞地體正在北美克拉通西部的赤道附近形成。 圖1 晚古生代時期(3.60～2.45億年前)的阿拉斯加

2.2 中生代時期的阿拉斯加(2.5～0.65億年前)

在三疊紀末期，又一個南方島弧，半島地體，已與蘭格利亞復合體合并。這一合并三個地體的復合體，在法拉隆板塊上隨之向著東邊當時處于赤道地區的北美克拉通移動。

在蘭格利亞復合體西部出現了一個俯沖帶。俯沖所形成的海溝里的沉積物有如下兩種來源：侵蝕蘭格利亞復合體并沉淀在海溝的侵蝕物；刮擦正在俯沖的大洋板塊所得的物質。大洋板塊的大部分物質密度太小而不能俯沖到地幔中去。于是，它們在蘭格利亞復合體邊緣被壓縮而我們現在稱為楚加奇地體的增生楔。此事大約發生在三疊紀的晚期(圖2)。隨著俯沖帶被迫越來越深入到蘭格利亞復合體之下，合生的楚加奇地體漸漸將其壅滿。在楚加奇地體和蘭格利亞復合體之間原俯沖帶所在的地方至今仍存在一條稱為博德嶺斷層的薄弱帶。當楚加奇地體在蘭格利亞復合體向海一側形成的時候，在蘭格利亞復合體向陸一側和北美克拉通之間的大洋中，正在積累源于侵蝕的大量碎屑物。這些由河流搬運來的泥沙在洋底形成巨大的沉積扇，并巖化為厚砂頁巖夾層(復理層)。在俯沖溝附近的地區，沉積過程受到海底滑坡的影響，形成濁流。濁流能促成大個沉積物沉到底部而小粒沉積物沉積到頂部的分級沉積。當蘭格利亞復合體與沿著北美克拉通布設的更古老的地體碰撞時，這些厚砂頁巖夾層(復理層) 逐漸撞碎、折疊隆起形成卡希爾特納地體。

楚加奇復合體有兩個主要的組成部分。向著北美大陸一側的組成部分是年齡相對更老一些的麥克休綜合體。它是一個在三疊紀晚期形成并延續到白堊紀中期的混亂沉積的地層，被稱為混雜巖。麥克休綜合體由洋殼碎屑物、石灰巖、以及混合了砂巖和蝕自蘭格利亞復合體并在向海一側沉入博德嶺海溝的火山凝灰巖的頁巖等組成。這些巖體大部分已成為變質巖。楚加奇復合體向海一側的組成部分是年齡更小一些的瓦爾迪茲集合體，將在下文討論。

直到侏羅紀末期的過程中，北冰洋復合體自加拿大北部邊緣分裂開來，形成了北冰洋。北冰洋復合體以現在的育空地體為中心，逆時針方向向南轉向阿拉斯加。它最終形成了阿拉斯加北部的絕大部分地區(圖3)。

至白堊紀早期，在俄勒岡東部和加利福尼亞西北部附近的地區，蘭格利亞復合體已與北美克拉通接觸上。半島地體北部某些地方已經非常接近阿拉斯加的既有部分。至白堊紀中期，庫拉板塊已自法拉隆板塊分離，并開始攜帶著蘭格利亞復合體以相當快的速度向北移動。循著北美西海岸向北移動的一路當中，蘭格利亞復合體的一些部分被刮擦下來。在俄勒岡州東北部和不列顛哥倫比亞省的溫哥華島上，今天還能發現蘭格利亞復合體的一些巖塊。

蘭格利亞復合體靠近北美克拉通相當于現在加利福尼亞和俄勒岡附近的地區(當然，彼時它們還不存在)。北美洲本身移動到比現在的位置往北得多的地方。阿拉斯加北部地區開始分離并從加拿大北部開始旋轉移動。 圖3 晚侏羅紀至早白堊紀時期(1.60～1.20億年前)的阿拉斯加

至白堊紀晚期，蘭格利亞復合體和楚加奇地體終于整體并入了阿拉斯加(圖4)。這次合并使得已經積累了厚砂頁巖夾層(復理層)的卡希爾特納地體的俯沖溝被堵塞住。

俯沖和碰撞在育空復合體和蘭格利亞復合體板塊邊界沿線引起了大量的火山和變質作用。在這條碰撞帶上，后來形成了如今的德奈利斷層。

在同一時期，楚加奇地體向海側的瓦爾迪茲集合體形成了一個厚砂頁巖夾層集合體。瓦爾迪茲集合體的絕大部分是由侵蝕蘭格利亞復合體及其向海側島弧而沉積成的頁巖和砂巖變質后而形成的[3]。

2.3 新生代時期的阿拉斯加(0.65億年前—現在)

蘭格利亞復合體與阿拉斯加既有部分的俯沖也有持續的碰撞，使得大部分地殼變厚變熱。許多積累在二者之間的沉積物熔變為巨型的花崗巖深成巖體，它們逐漸隆升為諸如麥金利峰等的阿拉斯加山脈的巨大山峰。阿拉斯加山脈西南部絕大多數較低的山峰皺巴巴的，是由卡希爾特納復理層盆地巖體隆升而得。

至古新世，威廉王子地體以與楚加奇地體向海側的瓦爾迪茲集合體厚砂頁巖夾層非常相似的方式開始形成。大量的泥砂從陸上沖下并沉積于海溝之中。這些沉積密度太小而不能俯沖，因而只能被刮擦粘貼在海溝的內壁上，并逐漸隆升出洋面。由于海溝慢慢地被沉積物填滿，實際的俯沖帶因而逐步地被迫向著遠離大陸的方向推移。

威廉王子地體最有意思的特征之一就是，它包含有蛇綠巖組合層序。這是一種在大洋裂谷帶的擴張中心形成的巖石層序。它們的上層是枕狀玄武巖，下層是輝長巖，前者為溢流到洋底的巖漿球層，后者為固化的巖殼。在大約5000萬年前的始新世，促成庫拉板塊自法拉隆板塊分離的擴張中心進入威廉王子地體向海一側的海溝中。通常情況下，重質的洋殼會潛入輕質的陸殼之下，但是這次的情況是，擴張中心的洋殼因太熱、易浮而沒能俯沖下去，而貼附到了威廉王子地體上。這種蛇綠巖組合層序可以在威廉王子灣的復活節半島(從西沃德穿過復活節灣就可到達)以及騎士島發現。

就像北冰洋復合體從北面貼附到阿拉斯加之上那樣，蘭格利亞地體也已經貼附到阿拉斯加之上。這樣就使得北美克拉通的西北部開始有了組裝阿拉斯加的框架了。 圖4 晚白堊紀時期(1.20～0.65億年前)的阿拉斯加

當這些擴張中心的熱區開始共生作用時，圍巖就會熔成深成花崗巖，這些深成花崗巖已經隆升，當前可在威廉王子灣，諸如卡爾羅斯島等許多地方看到它們。

至始新世，中南阿拉斯加絕大部分地體已經位于它們現在所處的緯度位置(圖5)。亞庫塔特地體正形成于它現在所處位置的南方。一塊玄武巖洋殼由太平洋板塊分離，推擠起的增生楔，在隨后沿著北美洲的太平海岸向北移動的過程中，被陸源沉積物掩埋，亞庫塔特地體被認為就是這樣形成的。

至4300萬年前，阿留申海溝已經發育得很好。向著阿留申海溝下方的板塊俯沖活動導致了庫克灣沿岸、阿拉斯加半島以及阿留申群島當前的火山活動。

在這一時期，庫拉板塊和太平洋板塊之間的分離活動已經停止，二者融合到一起。板塊的運動方向也發生了改變。這些向北遷移的板塊轉向西北方向移動，現存于中南阿拉斯加的眾多走滑斷層(如德奈利斷層) 可能對這一轉向有所貢獻。這些斷裂好像促成了現出露于塔爾基特納山區的深成花崗巖侵入體。最終，庫拉板塊幾乎完全潛入到阿拉斯加之下。

至始新世，阿拉斯加據信已與現在的形狀非常相似。威廉王子地體和亞庫塔特地體已由洋盆沉積物形成；德奈利斷層以及其他斷層已處于現在的位置；阿拉斯加的西部已向南旋轉到當前的緯度位置。 圖5 始新世時期(5500～3700萬年前)的阿拉斯加

至2500萬年前的漸新世，亞庫塔特地體開始向東面的阿拉斯加和威廉王子灣下方俯沖。這導致了在威廉王子灣和基奈半島的上拱和下曲，形成今天所見到的山體。亞庫塔特地體俯沖的部分，已熔化并形成了蘭格爾山區的火山，這些火山至今仍很活躍。亞庫塔特地體的其他部分與楚加奇地體南部發生碰撞并隆升為高大的東楚加奇山和圣伊萊亞斯山。由于只是在1400萬年前才開始隆升，所以，當圣伊萊亞斯山某些部分仍為向海傾斜的平原時，蘭格爾火山的巖漿從其上流動并在那里留了幾層。

如今，太平洋板塊仍以比2英里/年快一丁點兒的緩慢速度向著西北方向繼續著它的旅程。中南阿拉斯加各地體也繼續被推氧化擠著向同一方向移動，區內因之高山峻立、火山活躍、地震頻繁。中南阿拉斯加諸地體沿著阿拉斯加內陸諸地體的邊緣的推擠和刮擦使得阿拉斯加山脈還會繼續隆升。隨著亞庫塔特地體和威廉王子地體的移動將現在處于海底的物質帶到地表，中南阿拉斯加將會向南發育延伸。威廉王子灣諸島總有一天會成為阿拉斯加大陸的一部分。

圖6為中南阿拉斯加地史剖面系列圖，標示了過去2.3億年中南阿拉斯加地面以下地體活動狀況[4]。圖6標示的剖面線大約從今天的威廉王子灣開始，穿過蘭格爾山和阿拉斯加山脈，直到德爾塔約克遜。

我們可以通過圖6看到好幾個過程。最重要的是，我們可以看到，從俯沖的洋殼頂部刮擦下來的物質，是如何沿著蘭格利亞復合體邊緣慢慢貼附并形成中南阿拉斯加絕大部分地區的。中南阿拉斯加的大斷層標示了不同地體之間的縫合帶。

圖6 中南阿拉斯加地史剖面系列圖

由下潛的大洋板塊處不斷上浮的火山熔融物涌升為地表的火山區。通過隆升和侵蝕后，通常會在地表出露深成花崗巖體。圖6展示了塔爾基特納山形成于侏羅紀的深成花崗巖體，和廣布于威廉王子灣形成于第三紀早期的深成花崗巖體。威廉王子灣的大部分此類花崗巖形成于庫拉板塊和太平洋板塊之間先前的擴張中心向阿拉斯加陸塊之下俯沖的過程。大量的熔巖循著這一超薄的板塊天窗向上涌升。一旦這一早前的海底擴張中心帶向地幔俯沖得足夠深，這種深成花崗巖就不再形成了。

我們還可以通過圖6看到，當蘭格利亞復合體靠近育空-塔納納地體(彼時它還是北美克拉通的一部分)時，德奈利斷層是如何形成的。二者之間的海洋漸漸變淺并被沉積物(大部分是厚砂頁巖夾層)填滿。來自俯沖的庫拉板塊的熔巖設法上涌通過極薄的縫合帶形成組成今日阿拉斯加山脈最高峰的深成花崗巖體。

表2 阿拉斯加地史圖說明表

說明部分：

(1)理解地史圖

標示地質發展歷史的地史圖確實復雜，但是，如果弄明白的話，你會發現上面的信息非常豐富。圖1至圖6等地史圖勾勒出，在漫長的地質歲月中，組成阿拉斯加的各地質體被設想出來的輪廓。整體情況是比較準確的，有些具體的細節尚有較大探討空間。

(2)地質體(地體)

同一地體的顏色在圖1至圖6中保持連續不變，以便于觀察它們的變化特征。如果不同的地體關系非常密切，則作為復合體(復合地體)被合并在一起。

(3) 分區地圖

前三個圖(圖1至圖3)中，每張圖里都包含兩個分區圖，一個展示北美克拉通周邊區域，另一個是蘭格利亞復合體。蘭格利亞復合體是一個小型的陸塊，位于古太平洋中，在北美克拉通南方很遠的地方，在北美克拉通以西的距離未知。

(4)當前大陸的輪廓

阿拉斯加和北美洲西部的輪廓用黑線標出，可以據之看出，如果當時存在的話，它們相對于北美克拉通的位置。要記住的是，不僅各地體在移動，北美克拉通本身也通常是隨著大西洋的變寬而不斷向西移動的。這正是阿拉斯加的角度在圖上看起來有些奇怪的原因。

(5)緯度

盡管很難弄清楚各地體過去所處的經度位置，但是通過巖塊地磁分析所確定的緯度使我們能夠知道，各地體以及北美克拉通在某一特定的時間點上所處的南北位置。相對于北美克拉通，阿拉斯加一度遠在南方，后來一點點向北，現在又開始向南移動。

(6)城市

圖1至圖6中標出了幾個城市。可以看出，這些城市是隨著各地體遷移的，而不是隨著北美克拉通。我們還可看到，安克雷奇下伏的巖塊，相對于當前的大陸，是如何遷移變化的。

3 結 論

(1)晚古生代時期(3.60～2.45億年前)的阿拉斯加存在的部分極少，都在非常溫暖的緯度地區。亞歷山大地體和蘭格利亞地體正在北美克拉通西部的赤道附近形成。

(2)晚三疊紀到早侏羅紀時期(2.30～1.60億年前)的阿拉斯加存在的部分不多，但是僅存在部分已隨北美克拉通的其他部分向北移動。由4個獨立的地體組成的蘭格利亞復合體也已向北向東，朝著北美克拉通的方向遷移。

(3)晚侏羅紀至早白堊紀時期(1.60～1.20億年前)的阿拉斯加，蘭格利亞復合體靠近北美克拉通相當于現在加利福尼亞和俄勒岡附近的地區(當然，彼時它們還不存在)。北美洲本身移動到比現在的位置往北得多的地方。阿拉斯加北部地區開始分離并從加拿大北部開始旋轉移動。

(4)晚白堊紀時期(1.20～0.65億年前)的阿拉斯加，就像北冰洋復合體從北面貼附到阿拉斯加之上那樣，蘭格利亞地體也已經貼附到阿拉斯加之上。這樣就使得北美克拉通的西北部開始有了組裝阿拉斯加的框架了。

(5)始新世時期(5500～3700萬年前)的阿拉斯加據信已與現在的形狀非常相似。威廉王子地體和亞庫塔特地體已由洋盆沉積物形成，德奈利斷層以及其他斷層已處于現在的位置，阿拉斯加的西部已向南旋轉到當前的緯度位置。

(6)中南阿拉斯加地史剖面系列圖，標示了過去2.3億年中南阿拉斯加地面以下地體活動狀況。

[1] Reger R D,Pinney D S,Burke R B,et al.Catalog and Preliminary Analyses of Geologic Data Related to Middle to Late Quaternary Deposits,Eastern and Northern Cook Inlet Region,Alaska[R].Alaska:Alaska Division of Geological & Geophysical Surveys,1996.

[2] Beikman H M,compiler.Geologic Map of Alaska[R].Washington:Geological Survey,1980.

[3] Connor,Cathy,O’Haire,et al.Roadside Geology of Alaska[M].Montana:Mountain Press Publishing Company,1996:25-28.

[4] Wilson,Frederic H,Weber,et al.Prehistoric Alaska:The Land[J].Alaska Geographic,1994,21(4):13.

The geologic evolution history of AlaskaWritten by David K.Snyder1;Translated by

DAI Changlei2,3,YANG Zhaohui1

(1.UniversityofAlaska-Anchorage,Anchorage99508,USA;2.InstituteofGroundwaterinColdRegion,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China;3.SchoolofHydraulic&Electric-power,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China)

The geologic history map contains abundant information.Studying the geologic evolution history of Alaska can help further understand its landscape views.This paper analyzes geological events in Alaska on the basis of combing the division of geological time and the geologic history map of Alaska under the premise of knowledge.It points out:①The few parts of Alaska that existed at Late Paleozoic were at much warmer latitudes.The Alexander and Wrangellia Terranes were forming near the equator,somewhere to the west of North America;②Late Triassic to Early Jurassic Alaska barely exists yet,but has moved to the north with the rest of North America.The Wrangellia Composite Terrane,consisting of four separate terranes,has also moved northward and eastward,towards North America;③Late Jurassic to Early Cretaceous Alaska:Wrangellia approaches North America in the vicinity of California and Oregon,which don’t yet exist.North America itself has moved farther north than it is today.What will become northern Alaska begins to split and rotate away from northern Canada;④Late Cretaceous Alaska:Wrangellia has accreted onto Alaska,giving northwestern North America a shape that begins to resemble Alaska;⑤By the Eocene,Alaska has assumed a familiar appearance.The Prince William and Yakutat Terranes have formed from the sediments of the ocean basins;the Denali Fault and others are in place;and the western part of Alaska is rotating southward towards its present latitude;⑥The sequence of cross sections portrays what was happening beneath the surface of Southcentral Alaska as the terranes were accreting during the last 230 million years.

geological time;geologic history map;terrane;topography;Alaska

中科院寒旱所凍土工程國家重點實驗室開放基金項目(NO.SKLFSE201310)；國家自然科學基金項目(NO.1202171)

大衛·卡爾·施耐德(1969-)，男，美國阿拉斯加州安克雷奇市人，助理教授，主要從事自然地理及地理信息系統方向的科研和教學工作。

作者簡介：戴長雷(1978-)，男，教授，主要從事寒區地下水及國際河流方向的教學及科研工作。

P54

A

2096-0506(2016)11-0023-10