阿拉斯加区域地质演化史

大卫·卡尔·施耐德 著；戴长雷，杨朝晖 译

(1.阿拉斯加大学 安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508; 2.黑龙江大学 寒区地下水研究所，黑龙江 哈尔滨 150080；3.黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080)



阿拉斯加区域地质演化史

大卫·卡尔·施耐德1著；戴长雷2,3，杨朝晖1译

(1.阿拉斯加大学 安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508; 2.黑龙江大学 寒区地下水研究所，黑龙江 哈尔滨 150080；3.黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080)

地史图上包含着非常丰富的信息，通过研究阿拉斯加区域地质演化史有助于弄清楚中南阿拉斯加的地形地貌特征。在梳理地质年代的划分以及阿拉斯加地史图的基础上，对各时期阿拉斯加地质事件进行了分析。指出：(1)晚古生代时期的阿拉斯加存在的部分极少，都在非常温暖的纬度地区。亚历山大地体和兰格利亚地体正在北美克拉通西部的赤道附近形成。(2)晚三叠纪到早侏罗纪时期的阿拉斯加存在的部分不多，但是仅存在部分已随北美克拉通的其他部分向北移动。由4个独立的地体组成的兰格利亚复合体也已向北向东，朝着北美克拉通的方向迁移。(3)晚侏罗纪至早白垩纪时期的阿拉斯加，兰格利亚复合体靠近北美克拉通相当于现在加利福尼亚和俄勒冈附近的地区(当然，彼时它们还不存在)。北美洲本身移动到比现在的位置往北得多的地方。阿拉斯加北部地区开始分离并从加拿大北部开始旋转移动。(4)晚白垩纪时期的阿拉斯加，兰格利亚地体也已经贴附到阿拉斯加之上，这样就使得北美克拉通的西北部开始有了组装阿拉斯加的框架了。(5)始新世时期的阿拉斯加据信已与现在的形状非常相似。威廉王子地体和亚库塔特地体已由洋盆沉积物形成；德奈利断层以及其他断层已处于现在的位置；阿拉斯加的西部已向南旋转到当前的纬度位置。(6)中南阿拉斯加地史剖面系列图，标示了过去2.3亿年中南阿拉斯加地面以下地体活动状况。

地质年代；地史图；地质体；地形地貌；阿拉斯加

1 区域地质年代

地质年代是地质学里最让人迷惑的概念之一。尽管我们对于数百年的概念都很难理解，可是地质学家们却常常要在亿万年的时间尺度下盘算。

我们所住的星球一般被认为大约有45亿年的年龄。已测算出来的最古老的岩石来自于加拿大的北部。它们固化形成于40亿年前。直到近6亿年前，才演化出复杂的生命体。恐龙则兴起于2.5亿年前，灭亡于6500万年前。直到300～400万年前，非洲平原上的类人猿才会直立行走，这仅仅占地球全部历史的0.06%。从生物学和地质学角度来看，地球上大量的事件是在人类出现并参与之前就发生了的[1]。

为了描述地球的历史，地质学家设计了地质年代表。地质年代表中有宙、代、纪、世等时间单位，是根据沉积岩层中发现的化石类型的变化来划分的。在十九世纪设计地质年代表时，还没有掌握板块构造的知识和放射性测年的方法。所以，只将化石层的相对年龄用作地质年代表的划分依据。

距今越近，代、纪、世的时段被划分的越短。这是因为，距今越近，化石记录越完整。这些时期也因此更易于界定，更易于划分出更小的时间单位。同理，距今时间越久，由于化石记录经历了更多的变质、侵蚀和天然破坏等作用，而使得该时期的地质历史构建起来更困难。

地质年代首先被分为包含代的宙，然后被进一步划分为纪和世。冥古宙、太古宙和元古宙，代表了从地球形成到第一个复杂生命体出现之间地球几乎90%的历史。地球其余的历史被包含在显生宙之内。古生代是当前这个显生宙的第一个代。它从复杂生命体兴盛的寒武纪开始，到地球上90%的物种一次大灭绝事件中都消失的二叠纪结束。接下来的中生代始于恐龙兴起的三叠纪，经历侏罗纪，结束于据认为在一颗流星于墨西哥尤卡坦半岛撞击地球之后恐龙随之灭亡的白垩纪。我们当前的新生代以哺乳动物的繁盛为标志。我们正生活在新生代的第四纪，第四纪又被分为更新世和全新世，前者以近期的冰河世纪的起点为标志，后者则以最后一次冰川运动的结束为起点。

表1 地质年代表

2 阿拉斯加地质史

2.1 前寒武纪和古生代时期的阿拉斯加(7.5～2.5亿年前)

自元古代以来，诸如育空-塔纳纳地体和鲁比地体等阿拉斯加中部的地体，一直位于北美克拉通西北部的周边地区(图1)。中央复合体(CCT)的绝大部分好像也在同一地区，但是近期的证据使得中央复合体中某些地体的准确起源又变得不确定起来。在前寒武纪的晚期，亚历山大地体在遥远南方的古太平洋中开始通过火山活动来形成。在古生代末期，另一个赤道岛弧，兰格利亚地体已与亚历山大地体合并，合并后称为兰格利亚复合体[2]。

现在的阿拉斯加在彼时存在的部分极少，都在非常温暖的纬度地区。亚历山大地体和兰格利亚地体正在北美克拉通西部的赤道附近形成。 图1 晚古生代时期(3.60～2.45亿年前)的阿拉斯加

2.2 中生代时期的阿拉斯加(2.5～0.65亿年前)

在三叠纪末期，又一个南方岛弧，半岛地体，已与兰格利亚复合体合并。这一合并三个地体的复合体，在法拉隆板块上随之向着东边当时处于赤道地区的北美克拉通移动。

在兰格利亚复合体西部出现了一个俯冲带。俯冲所形成的海沟里的沉积物有如下两种来源：侵蚀兰格利亚复合体并沉淀在海沟的侵蚀物；刮擦正在俯冲的大洋板块所得的物质。大洋板块的大部分物质密度太小而不能俯冲到地幔中去。于是，它们在兰格利亚复合体边缘被压缩而我们现在称为楚加奇地体的增生楔。此事大约发生在三叠纪的晚期(图2)。随着俯冲带被迫越来越深入到兰格利亚复合体之下，合生的楚加奇地体渐渐将其壅满。在楚加奇地体和兰格利亚复合体之间原俯冲带所在的地方至今仍存在一条称为博德岭断层的薄弱带。当楚加奇地体在兰格利亚复合体向海一侧形成的时候，在兰格利亚复合体向陆一侧和北美克拉通之间的大洋中，正在积累源于侵蚀的大量碎屑物。这些由河流搬运来的泥沙在洋底形成巨大的沉积扇，并岩化为厚砂页岩夹层(复理层)。在俯冲沟附近的地区，沉积过程受到海底滑坡的影响，形成浊流。浊流能促成大个沉积物沉到底部而小粒沉积物沉积到顶部的分级沉积。当兰格利亚复合体与沿着北美克拉通布设的更古老的地体碰撞时，这些厚砂页岩夹层(复理层) 逐渐撞碎、折叠隆起形成卡希尔特纳地体。

楚加奇复合体有两个主要的组成部分。向着北美大陆一侧的组成部分是年龄相对更老一些的麦克休综合体。它是一个在三叠纪晚期形成并延续到白垩纪中期的混乱沉积的地层，被称为混杂岩。麦克休综合体由洋壳碎屑物、石灰岩、以及混合了砂岩和蚀自兰格利亚复合体并在向海一侧沉入博德岭海沟的火山凝灰岩的页岩等组成。这些岩体大部分已成为变质岩。楚加奇复合体向海一侧的组成部分是年龄更小一些的瓦尔迪兹集合体，将在下文讨论。

直到侏罗纪末期的过程中，北冰洋复合体自加拿大北部边缘分裂开来，形成了北冰洋。北冰洋复合体以现在的育空地体为中心，逆时针方向向南转向阿拉斯加。它最终形成了阿拉斯加北部的绝大部分地区(图3)。

至白垩纪早期，在俄勒冈东部和加利福尼亚西北部附近的地区，兰格利亚复合体已与北美克拉通接触上。半岛地体北部某些地方已经非常接近阿拉斯加的既有部分。至白垩纪中期，库拉板块已自法拉隆板块分离，并开始携带着兰格利亚复合体以相当快的速度向北移动。循着北美西海岸向北移动的一路当中，兰格利亚复合体的一些部分被刮擦下来。在俄勒冈州东北部和不列颠哥伦比亚省的温哥华岛上，今天还能发现兰格利亚复合体的一些岩块。

兰格利亚复合体靠近北美克拉通相当于现在加利福尼亚和俄勒冈附近的地区(当然，彼时它们还不存在)。北美洲本身移动到比现在的位置往北得多的地方。阿拉斯加北部地区开始分离并从加拿大北部开始旋转移动。 图3 晚侏罗纪至早白垩纪时期(1.60～1.20亿年前)的阿拉斯加

至白垩纪晚期，兰格利亚复合体和楚加奇地体终于整体并入了阿拉斯加(图4)。这次合并使得已经积累了厚砂页岩夹层(复理层)的卡希尔特纳地体的俯冲沟被堵塞住。

俯冲和碰撞在育空复合体和兰格利亚复合体板块边界沿线引起了大量的火山和变质作用。在这条碰撞带上，后来形成了如今的德奈利断层。

在同一时期，楚加奇地体向海侧的瓦尔迪兹集合体形成了一个厚砂页岩夹层集合体。瓦尔迪兹集合体的绝大部分是由侵蚀兰格利亚复合体及其向海侧岛弧而沉积成的页岩和砂岩变质后而形成的[3]。

2.3 新生代时期的阿拉斯加(0.65亿年前—现在)

兰格利亚复合体与阿拉斯加既有部分的俯冲也有持续的碰撞，使得大部分地壳变厚变热。许多积累在二者之间的沉积物熔变为巨型的花岗岩深成岩体，它们逐渐隆升为诸如麦金利峰等的阿拉斯加山脉的巨大山峰。阿拉斯加山脉西南部绝大多数较低的山峰皱巴巴的，是由卡希尔特纳复理层盆地岩体隆升而得。

至古新世，威廉王子地体以与楚加奇地体向海侧的瓦尔迪兹集合体厚砂页岩夹层非常相似的方式开始形成。大量的泥砂从陆上冲下并沉积于海沟之中。这些沉积密度太小而不能俯冲，因而只能被刮擦粘贴在海沟的内壁上，并逐渐隆升出洋面。由于海沟慢慢地被沉积物填满，实际的俯冲带因而逐步地被迫向着远离大陆的方向推移。

威廉王子地体最有意思的特征之一就是，它包含有蛇绿岩组合层序。这是一种在大洋裂谷带的扩张中心形成的岩石层序。它们的上层是枕状玄武岩，下层是辉长岩，前者为溢流到洋底的岩浆球层，后者为固化的岩壳。在大约5000万年前的始新世，促成库拉板块自法拉隆板块分离的扩张中心进入威廉王子地体向海一侧的海沟中。通常情况下，重质的洋壳会潜入轻质的陆壳之下，但是这次的情况是，扩张中心的洋壳因太热、易浮而没能俯冲下去，而贴附到了威廉王子地体上。这种蛇绿岩组合层序可以在威廉王子湾的复活节半岛(从西沃德穿过复活节湾就可到达)以及骑士岛发现。

就像北冰洋复合体从北面贴附到阿拉斯加之上那样，兰格利亚地体也已经贴附到阿拉斯加之上。这样就使得北美克拉通的西北部开始有了组装阿拉斯加的框架了。 图4 晚白垩纪时期(1.20～0.65亿年前)的阿拉斯加

当这些扩张中心的热区开始共生作用时，围岩就会熔成深成花岗岩，这些深成花岗岩已经隆升，当前可在威廉王子湾，诸如卡尔罗斯岛等许多地方看到它们。

至始新世，中南阿拉斯加绝大部分地体已经位于它们现在所处的纬度位置(图5)。亚库塔特地体正形成于它现在所处位置的南方。一块玄武岩洋壳由太平洋板块分离，推挤起的增生楔，在随后沿着北美洲的太平海岸向北移动的过程中，被陆源沉积物掩埋，亚库塔特地体被认为就是这样形成的。

至4300万年前，阿留申海沟已经发育得很好。向着阿留申海沟下方的板块俯冲活动导致了库克湾沿岸、阿拉斯加半岛以及阿留申群岛当前的火山活动。

在这一时期，库拉板块和太平洋板块之间的分离活动已经停止，二者融合到一起。板块的运动方向也发生了改变。这些向北迁移的板块转向西北方向移动，现存于中南阿拉斯加的众多走滑断层(如德奈利断层) 可能对这一转向有所贡献。这些断裂好像促成了现出露于塔尔基特纳山区的深成花岗岩侵入体。最终，库拉板块几乎完全潜入到阿拉斯加之下。

至始新世，阿拉斯加据信已与现在的形状非常相似。威廉王子地体和亚库塔特地体已由洋盆沉积物形成；德奈利断层以及其他断层已处于现在的位置；阿拉斯加的西部已向南旋转到当前的纬度位置。 图5 始新世时期(5500～3700万年前)的阿拉斯加

至2500万年前的渐新世，亚库塔特地体开始向东面的阿拉斯加和威廉王子湾下方俯冲。这导致了在威廉王子湾和基奈半岛的上拱和下曲，形成今天所见到的山体。亚库塔特地体俯冲的部分，已熔化并形成了兰格尔山区的火山，这些火山至今仍很活跃。亚库塔特地体的其他部分与楚加奇地体南部发生碰撞并隆升为高大的东楚加奇山和圣伊莱亚斯山。由于只是在1400万年前才开始隆升，所以，当圣伊莱亚斯山某些部分仍为向海倾斜的平原时，兰格尔火山的岩浆从其上流动并在那里留了几层。

如今，太平洋板块仍以比2英里/年快一丁点儿的缓慢速度向着西北方向继续着它的旅程。中南阿拉斯加各地体也继续被推氧化挤着向同一方向移动，区内因之高山峻立、火山活跃、地震频繁。中南阿拉斯加诸地体沿着阿拉斯加内陆诸地体的边缘的推挤和刮擦使得阿拉斯加山脉还会继续隆升。随着亚库塔特地体和威廉王子地体的移动将现在处于海底的物质带到地表，中南阿拉斯加将会向南发育延伸。威廉王子湾诸岛总有一天会成为阿拉斯加大陆的一部分。

图6为中南阿拉斯加地史剖面系列图，标示了过去2.3亿年中南阿拉斯加地面以下地体活动状况[4]。图6标示的剖面线大约从今天的威廉王子湾开始，穿过兰格尔山和阿拉斯加山脉，直到德尔塔约克逊。

我们可以通过图6看到好几个过程。最重要的是，我们可以看到，从俯冲的洋壳顶部刮擦下来的物质，是如何沿着兰格利亚复合体边缘慢慢贴附并形成中南阿拉斯加绝大部分地区的。中南阿拉斯加的大断层标示了不同地体之间的缝合带。

图6 中南阿拉斯加地史剖面系列图

由下潜的大洋板块处不断上浮的火山熔融物涌升为地表的火山区。通过隆升和侵蚀后，通常会在地表出露深成花岗岩体。图6展示了塔尔基特纳山形成于侏罗纪的深成花岗岩体，和广布于威廉王子湾形成于第三纪早期的深成花岗岩体。威廉王子湾的大部分此类花岗岩形成于库拉板块和太平洋板块之间先前的扩张中心向阿拉斯加陆块之下俯冲的过程。大量的熔岩循着这一超薄的板块天窗向上涌升。一旦这一早前的海底扩张中心带向地幔俯冲得足够深，这种深成花岗岩就不再形成了。

我们还可以通过图6看到，当兰格利亚复合体靠近育空-塔纳纳地体(彼时它还是北美克拉通的一部分)时，德奈利断层是如何形成的。二者之间的海洋渐渐变浅并被沉积物(大部分是厚砂页岩夹层)填满。来自俯冲的库拉板块的熔岩设法上涌通过极薄的缝合带形成组成今日阿拉斯加山脉最高峰的深成花岗岩体。

表2 阿拉斯加地史图说明表

说明部分：

(1)理解地史图

标示地质发展历史的地史图确实复杂，但是，如果弄明白的话，你会发现上面的信息非常丰富。图1至图6等地史图勾勒出，在漫长的地质岁月中，组成阿拉斯加的各地质体被设想出来的轮廓。整体情况是比较准确的，有些具体的细节尚有较大探讨空间。

(2)地质体(地体)

同一地体的颜色在图1至图6中保持连续不变，以便于观察它们的变化特征。如果不同的地体关系非常密切，则作为复合体(复合地体)被合并在一起。

(3) 分区地图

前三个图(图1至图3)中，每张图里都包含两个分区图，一个展示北美克拉通周边区域，另一个是兰格利亚复合体。兰格利亚复合体是一个小型的陆块，位于古太平洋中，在北美克拉通南方很远的地方，在北美克拉通以西的距离未知。

(4)当前大陆的轮廓

阿拉斯加和北美洲西部的轮廓用黑线标出，可以据之看出，如果当时存在的话，它们相对于北美克拉通的位置。要记住的是，不仅各地体在移动，北美克拉通本身也通常是随着大西洋的变宽而不断向西移动的。这正是阿拉斯加的角度在图上看起来有些奇怪的原因。

(5)纬度

尽管很难弄清楚各地体过去所处的经度位置，但是通过岩块地磁分析所确定的纬度使我们能够知道，各地体以及北美克拉通在某一特定的时间点上所处的南北位置。相对于北美克拉通，阿拉斯加一度远在南方，后来一点点向北，现在又开始向南移动。

(6)城市

图1至图6中标出了几个城市。可以看出，这些城市是随着各地体迁移的，而不是随着北美克拉通。我们还可看到，安克雷奇下伏的岩块，相对于当前的大陆，是如何迁移变化的。

3 结 论

(1)晚古生代时期(3.60～2.45亿年前)的阿拉斯加存在的部分极少，都在非常温暖的纬度地区。亚历山大地体和兰格利亚地体正在北美克拉通西部的赤道附近形成。

(2)晚三叠纪到早侏罗纪时期(2.30～1.60亿年前)的阿拉斯加存在的部分不多，但是仅存在部分已随北美克拉通的其他部分向北移动。由4个独立的地体组成的兰格利亚复合体也已向北向东，朝着北美克拉通的方向迁移。

(3)晚侏罗纪至早白垩纪时期(1.60～1.20亿年前)的阿拉斯加，兰格利亚复合体靠近北美克拉通相当于现在加利福尼亚和俄勒冈附近的地区(当然，彼时它们还不存在)。北美洲本身移动到比现在的位置往北得多的地方。阿拉斯加北部地区开始分离并从加拿大北部开始旋转移动。

(4)晚白垩纪时期(1.20～0.65亿年前)的阿拉斯加，就像北冰洋复合体从北面贴附到阿拉斯加之上那样，兰格利亚地体也已经贴附到阿拉斯加之上。这样就使得北美克拉通的西北部开始有了组装阿拉斯加的框架了。

(5)始新世时期(5500～3700万年前)的阿拉斯加据信已与现在的形状非常相似。威廉王子地体和亚库塔特地体已由洋盆沉积物形成，德奈利断层以及其他断层已处于现在的位置，阿拉斯加的西部已向南旋转到当前的纬度位置。

(6)中南阿拉斯加地史剖面系列图，标示了过去2.3亿年中南阿拉斯加地面以下地体活动状况。

[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

中科院寒旱所冻土工程国家重点实验室开放基金项目(NO.SKLFSE201310)；国家自然科学基金项目(NO.1202171)

大卫·卡尔·施耐德(1969-)，男，美国阿拉斯加州安克雷奇市人，助理教授，主要从事自然地理及地理信息系统方向的科研和教学工作。

作者简介：戴长雷(1978-)，男，教授，主要从事寒区地下水及国际河流方向的教学及科研工作。

P54

A

2096-0506(2016)11-0023-10