北美洲是以北美地台為中心的單式大陸，褶皺帶圍繞地台四周分布，地史演化總體上表現為大陸同心式的向外增生。
基本介紹
- 中文名：北美洲地質
- 外文名：Geology of North America
- 拼音：beimeizhoudizi
- 類型：單式大陸
正文,
正文
北美洲是以北美地台為中心的單式大陸，褶皺帶圍繞地台四周分布，地史演化總體上表現為大陸同心式的向外增生。
基本構造格架及其演化 北美大陸在地質上包括蘇格蘭北部和北愛爾蘭，卻不包括佛羅里達半島。其大地構造單元如圖1所示。密西西比河流域和五大湖地區所在的中部平原為北美地台，向北的加拿大中、東部及巴芬島和格陵蘭為北美地台的結晶基底──加拿大地盾大片出露區。地台東側、東南側和北側分別為阿巴拉契亞褶皺帶、沃希托褶皺帶和北極古生代褶皺帶，西側為科迪勒拉中生代褶皺帶。這些地槽褶皺帶的長軸方向與大陸邊緣的走向一致。阿拉斯加南緣的阿留申弧是正在演化中的新生代火山島弧，太平洋板塊由此向北消減，導致大陸向南增生；與此相反，由於太平洋洋中脊在加利福尼亞灣的擴展，加利福尼亞半島正沿聖安德烈斯斷層向西北滑動而趨向於使北美大陸裂離。
北美大陸的構造演化總的來看是大陸向外增生。位於大陸中心的加拿大地盾的結晶基底是在18～16億年前的哈得孫運動後形成的，中晚元古代的地槽型沉積沿地盾的東西兩側發育，代表當時的北美大陸邊緣。10億年的格林維爾運動標誌著克拉通化的最終完成。寒武－下奧陶統是地台最早的未變質沉積蓋層，明顯地從四周向大陸中心緩慢超覆。中奧陶世的塔康運動是阿巴拉契亞褶皺帶的第一次主要構造變形。泥盆紀的阿卡迪亞運動標誌著北美大陸與歐洲大陸碰撞，古大西洋北段閉合。加里東和早海西山系從北阿巴拉契亞經格陵蘭東緣一直繞到北極加拿大的埃爾斯米爾山脈，並在東西側形成了巨厚的紅色磨拉石和洪積平原沉積，在歐洲即著名的老紅砂岩。石炭紀末非洲大陸與北美大陸碰撞，古大西洋全部閉合，大陸東南部的阿勒格尼運動產生沃希托褶皺帶，並使阿巴拉契亞褶皺帶最終形成。
北美大陸西部在泥盆紀後期轉化成活動大陸邊緣，石炭紀時在愛達荷至內華達一帶出現火山弧和構造高地，海域逐漸演變成以德克薩斯為中心的內陸海，這種情況一直延續到早白堊世。
中、新生代北美大陸東西部分的構造表現有明顯的差異。晚三疊世時泛大陸(見聯合古陸)裂解，大西洋在其中生成，北美大陸東緣由張裂而演化成為被動大陸邊緣，墨西哥灣和佛羅里達半島巨厚中、新生界沉積即這一過程的產物。與此成對比，北美大陸西緣中生代至老第三紀期間則是活躍的大洋俯衝和弧陸碰撞時期，統稱為科迪勒拉造山運動，伴有大規模的岩基侵位和向東的疊瓦逆沖作用。這一時期也是移置地體就位的高峰，多數人認為北美大陸西緣平均寬度 500公里範圍內大多由各種移置地體拼貼而成。老第三紀末北美大陸西部轉化為拉張應力場。科羅拉多高原、哥倫比亞溢流玄武岩和盆嶺構造都是這時生成的。
地層 北美地台的年齡結構如圖2所示。太古宇組成加拿大地盾的主體，由兩部分拼合而成。在北大西洋地盾，蘇必利爾和懷俄明有大於35億年的岩石露頭，其中格陵蘭西南海岸的伊蘇阿地區一片長30公里的露頭，由角閃岩、石英岩、條帶狀鐵建造、碳酸鹽岩等組成,為37.6±0.7億年的正片麻岩侵入，被認為是世界上最老的表殼岩。太古宇有高級變質岩和花崗岩－綠岩帶兩種類型。只有在綠岩帶中才能分出層序。25億年的凱諾拉運動使太古宇褶皺、變質，蘇必利爾地區不整合於其上的下元古界休倫超群已是地台型沉積,為含鐵石英岩,淺水碳酸鹽類夾中酸性火山岩，砂岩中含瀝青鈾砂。地盾外圍的北西向的邱吉爾帶和北東向的拉布拉多帶的下元古界仍保持地槽型，而且冒地槽型沉積位於靠地盾一側，向外為優地槽型沉積所代替。中、上元古界淺變質地層呈楔狀體沿格林維爾（東）和科迪勒拉（西）帶分布，構造線方向切割下伏地層。北美地台邊緣相當於震旦紀時限的冰成雜礫岩也有廣泛分布。
科迪勒拉和紐芬蘭的下古生界實際上是從晚前寒武紀持續下來的，而在北美大陸中部則是晚寒武世的高純度石英砂岩超覆在時代要老得多的結晶基底之上。東部佛蒙特州、西部內華達州的寒武系，加拿大北極諸島的奧陶系都是含火山岩的碎屑岩，已變質。反映了地台四周為地槽包圍的構造格局。
中奧陶世起沉積格局發生變化。從紐約州向東，包括新英格蘭和加拿大東部沿海地區，中上奧陶統變為碎屑岩，粒度向東變粗。緬因州至紐芬蘭一線，本期地層缺失。下泥盆統(或上志留統)直接不整合在下奧陶統或更老的地層之上，表明已進入當時的蝕源區，從而限定了塔康運動的時限和範圍。志留紀仍保持這一格局，自北阿巴拉契亞向西分別是含鐵碎屑岩、礁灰岩和膏鹽沉積，密西西比河以西則是廣泛的淺海碳酸鹽岩。
受阿卡迪亞運動時期歐洲、北美大陸碰撞的影響，北美大陸下泥盆統大多缺失，中泥盆統廣泛超覆不整合在不同層位地層之上，只有科迪勒拉帶志留系和泥盆系保持連續。大陸西部以碳酸鹽沉積為主，加拿大艾伯塔地區為重要的生、儲油層位。向東相變為頁岩，阿巴拉契亞西部為紅色磨拉石，比中上奧陶統的規模更大。這種格局保持到古生代末。其中大陸東南部的中上密西西比係為巨厚碎屑岩，預示著非洲的靠近。賓夕法尼亞系在阿巴拉契亞與密西西比河間為巨大的成煤沼澤，此後海水就沒再進入大陸東部。
內華達州東部有一厚達千米的通卡砂岩，它的時代為晚密西西比紀（東部）到賓夕法尼亞紀（西部），不整合在下伏地層之上，代表一次微陸塊與北美大陸的碰撞，說明當時科迪勒拉帶已出現火山弧與構造高地。二疊紀海就位於科迪勒拉帶與東部陸地之間。以西德克薩斯為中心，下部為珊瑚礁灰岩，向上為紅層所取代，蒙大拿、懷俄明州一帶晚二疊世時，在陸架西緣還形成了近南北向的含磷岩帶。
中生代 是科迪勒拉造山帶的劇烈活動時期，台型中生界只出現在它以東，其中北美大陸東部為陸相，西部為海相，在落基山西側可以見到兩者的指狀互動相或過渡相。有些地層如侏羅系最上部的莫里森組砂岩保存了極豐富的恐龍化石。早白堊世是北美大陸內部的最後一次大規模海進，海相地層從北極加拿大向南一直延伸到墨西哥，包括墨西哥灣在內的大陸東南部，侏羅紀以來的膏鹽和淺海沉積累計總厚已超過15公里。與此成對照，科迪勒拉帶內部地層類型非常複雜，著名的弗朗西斯科混雜堆積和大谷群曾被認為是典型的弧前盆地地層組合，代表洋陸板塊會聚的前緣，20世紀80年代的研究工作證實，這是一系列移置地體拼貼、疊加變形的產物。新生界主要分布在兩個地區:以佛羅里達-巴哈馬為中心的大陸東南部的淺海碳酸鹽岩 (侏羅紀以來沉陷的繼續)；科迪勒拉帶、哥倫比亞高原、墨西哥馬德雷山脈的陸相火山岩和大盆地的碎屑岩。
岩漿活動和構造形變 和其他大陸一樣，北美大陸岩漿活動的時空分布也與不同部位的構造演化密切相關，它與變質作用和逆沖推覆作用的綜合就提供了造山過程的圖景。北美大陸前寒武紀的岩漿活動主要位於加拿大地盾，包括：30億年左右的一期同構造花崗岩侵入（以格棱蘭努克片麻岩為代表）；25億年後構造鉀質花崗岩，24億年綠岩帶（蘇必利爾的阿伯蒂比帶）的生成；20～18億年的輝長質雜岩（如薩德伯里岩盆）和16～12億年的斜長岩侵位（如阿迪朗達克）。11億年基威諾陸內裂谷型玄武岩的噴溢標誌著北美地台克拉通化的完成。
古生代的岩漿活動主要沿大陸東部的阿巴拉契亞帶分布。從加拿大沿海到麻薩諸塞有兩期花崗質深成活動。第一期年齡4.4～4.15億年,伴隨自東向西的大規模推覆構造，代表塔康造山運動；第二期同位素年齡3.6～3.3億年,並伴隨著疊置在不同時代和類型岩層上的一期3.8～3.5億年的區域變質作用,反映了大致在同一地區的強度更大的阿卡迪亞運動。晚古生代的花崗岩沿阿巴拉契亞南段分布。泥盆紀最晚期與密西西比紀最早期的花崗質岩類還廣泛出露在北極加拿大，反映了埃爾斯米爾造山運動，以及與之伴生的向南的逆沖作用。
美洲大陸東部中生代的岩漿活動限於形成裂谷型鹼性玄武岩。強烈的深成活動發生在科迪勒拉帶，形成了規模巨大的岩基群,長數千公里，平行大陸邊緣分布,單個岩體面積可達上千平方公里，侵位年齡主要在中晚白堊世。垂直岩帶走向，從西向東可以看到侵入時間逐漸變新，成因從幔源變為殼源，氧化鉀和銣含量也不斷增高。科迪勒拉新生代的岩漿活動主要為火山噴發，1980年聖海倫斯火山爆發和阿留申弧的火山作用表明活躍的板塊會聚迄今仍在進行著。
礦產資源 北美大陸礦產資源豐富。石油、煤、鈾、鐵、鎳及貴金屬礦產儲量均居於世界前列。其中鐵與金、鈾主要產於加拿大地盾的前寒武系基底中，金與綠岩帶中的變質火山岩有關。鎳主要來自薩德伯里基性雜岩岩盆。阿巴拉契亞西南側的志留系柯林頓型赤鐵礦是另一含鐵層位。阿巴拉契亞與密西西比河流域之間的賓夕法尼亞含煤系是北美東部的主要煤產地，西部煤盆地沿落基山東麓產出，時代為白堊紀。從德克薩斯到墨西哥灣周緣是北美大陸主要的油氣產區，阿拉斯加和從加拿大到美國中西部的落基山東麓前陸盆地是另一油氣富集帶。有色金屬和銀等礦產則與科迪勒拉晚中生代的岩漿活動帶有關。
參考書目
Jr.R.H.Dott et al.,Evolution of the Eeath,4thed.,McGraw-Hill,New York,1988.
B.King,The Evolution of North America,Prin-ceton Univ.Press,Princeton,1977.
基本構造格架及其演化 北美大陸在地質上包括蘇格蘭北部和北愛爾蘭，卻不包括佛羅里達半島。其大地構造單元如圖1所示。密西西比河流域和五大湖地區所在的中部平原為北美地台，向北的加拿大中、東部及巴芬島和格陵蘭為北美地台的結晶基底──加拿大地盾大片出露區。地台東側、東南側和北側分別為阿巴拉契亞褶皺帶、沃希托褶皺帶和北極古生代褶皺帶，西側為科迪勒拉中生代褶皺帶。這些地槽褶皺帶的長軸方向與大陸邊緣的走向一致。阿拉斯加南緣的阿留申弧是正在演化中的新生代火山島弧，太平洋板塊由此向北消減，導致大陸向南增生；與此相反，由於太平洋洋中脊在加利福尼亞灣的擴展，加利福尼亞半島正沿聖安德烈斯斷層向西北滑動而趨向於使北美大陸裂離。
北美大陸的構造演化總的來看是大陸向外增生。位於大陸中心的加拿大地盾的結晶基底是在18～16億年前的哈得孫運動後形成的，中晚元古代的地槽型沉積沿地盾的東西兩側發育，代表當時的北美大陸邊緣。10億年的格林維爾運動標誌著克拉通化的最終完成。寒武－下奧陶統是地台最早的未變質沉積蓋層，明顯地從四周向大陸中心緩慢超覆。中奧陶世的塔康運動是阿巴拉契亞褶皺帶的第一次主要構造變形。泥盆紀的阿卡迪亞運動標誌著北美大陸與歐洲大陸碰撞，古大西洋北段閉合。加里東和早海西山系從北阿巴拉契亞經格陵蘭東緣一直繞到北極加拿大的埃爾斯米爾山脈，並在東西側形成了巨厚的紅色磨拉石和洪積平原沉積，在歐洲即著名的老紅砂岩。石炭紀末非洲大陸與北美大陸碰撞，古大西洋全部閉合，大陸東南部的阿勒格尼運動產生沃希托褶皺帶，並使阿巴拉契亞褶皺帶最終形成。
北美大陸西部在泥盆紀後期轉化成活動大陸邊緣，石炭紀時在愛達荷至內華達一帶出現火山弧和構造高地，海域逐漸演變成以德克薩斯為中心的內陸海，這種情況一直延續到早白堊世。
中、新生代北美大陸東西部分的構造表現有明顯的差異。晚三疊世時泛大陸(見聯合古陸)裂解，大西洋在其中生成，北美大陸東緣由張裂而演化成為被動大陸邊緣，墨西哥灣和佛羅里達半島巨厚中、新生界沉積即這一過程的產物。與此成對比，北美大陸西緣中生代至老第三紀期間則是活躍的大洋俯衝和弧陸碰撞時期，統稱為科迪勒拉造山運動，伴有大規模的岩基侵位和向東的疊瓦逆沖作用。這一時期也是移置地體就位的高峰，多數人認為北美大陸西緣平均寬度 500公里範圍內大多由各種移置地體拼貼而成。老第三紀末北美大陸西部轉化為拉張應力場。科羅拉多高原、哥倫比亞溢流玄武岩和盆嶺構造都是這時生成的。
地層 北美地台的年齡結構如圖2所示。太古宇組成加拿大地盾的主體，由兩部分拼合而成。在北大西洋地盾，蘇必利爾和懷俄明有大於35億年的岩石露頭，其中格陵蘭西南海岸的伊蘇阿地區一片長30公里的露頭，由角閃岩、石英岩、條帶狀鐵建造、碳酸鹽岩等組成,為37.6±0.7億年的正片麻岩侵入，被認為是世界上最老的表殼岩。太古宇有高級變質岩和花崗岩－綠岩帶兩種類型。只有在綠岩帶中才能分出層序。25億年的凱諾拉運動使太古宇褶皺、變質，蘇必利爾地區不整合於其上的下元古界休倫超群已是地台型沉積,為含鐵石英岩,淺水碳酸鹽類夾中酸性火山岩，砂岩中含瀝青鈾砂。地盾外圍的北西向的邱吉爾帶和北東向的拉布拉多帶的下元古界仍保持地槽型，而且冒地槽型沉積位於靠地盾一側，向外為優地槽型沉積所代替。中、上元古界淺變質地層呈楔狀體沿格林維爾（東）和科迪勒拉（西）帶分布，構造線方向切割下伏地層。北美地台邊緣相當於震旦紀時限的冰成雜礫岩也有廣泛分布。
科迪勒拉和紐芬蘭的下古生界實際上是從晚前寒武紀持續下來的，而在北美大陸中部則是晚寒武世的高純度石英砂岩超覆在時代要老得多的結晶基底之上。東部佛蒙特州、西部內華達州的寒武系，加拿大北極諸島的奧陶系都是含火山岩的碎屑岩，已變質。反映了地台四周為地槽包圍的構造格局。
中奧陶世起沉積格局發生變化。從紐約州向東，包括新英格蘭和加拿大東部沿海地區，中上奧陶統變為碎屑岩，粒度向東變粗。緬因州至紐芬蘭一線，本期地層缺失。下泥盆統(或上志留統)直接不整合在下奧陶統或更老的地層之上，表明已進入當時的蝕源區，從而限定了塔康運動的時限和範圍。志留紀仍保持這一格局，自北阿巴拉契亞向西分別是含鐵碎屑岩、礁灰岩和膏鹽沉積，密西西比河以西則是廣泛的淺海碳酸鹽岩。
受阿卡迪亞運動時期歐洲、北美大陸碰撞的影響，北美大陸下泥盆統大多缺失，中泥盆統廣泛超覆不整合在不同層位地層之上，只有科迪勒拉帶志留系和泥盆系保持連續。大陸西部以碳酸鹽沉積為主，加拿大艾伯塔地區為重要的生、儲油層位。向東相變為頁岩，阿巴拉契亞西部為紅色磨拉石，比中上奧陶統的規模更大。這種格局保持到古生代末。其中大陸東南部的中上密西西比係為巨厚碎屑岩，預示著非洲的靠近。賓夕法尼亞系在阿巴拉契亞與密西西比河間為巨大的成煤沼澤，此後海水就沒再進入大陸東部。
內華達州東部有一厚達千米的通卡砂岩，它的時代為晚密西西比紀（東部）到賓夕法尼亞紀（西部），不整合在下伏地層之上，代表一次微陸塊與北美大陸的碰撞，說明當時科迪勒拉帶已出現火山弧與構造高地。二疊紀海就位於科迪勒拉帶與東部陸地之間。以西德克薩斯為中心，下部為珊瑚礁灰岩，向上為紅層所取代，蒙大拿、懷俄明州一帶晚二疊世時，在陸架西緣還形成了近南北向的含磷岩帶。
中生代 是科迪勒拉造山帶的劇烈活動時期，台型中生界只出現在它以東，其中北美大陸東部為陸相，西部為海相，在落基山西側可以見到兩者的指狀互動相或過渡相。有些地層如侏羅系最上部的莫里森組砂岩保存了極豐富的恐龍化石。早白堊世是北美大陸內部的最後一次大規模海進，海相地層從北極加拿大向南一直延伸到墨西哥，包括墨西哥灣在內的大陸東南部，侏羅紀以來的膏鹽和淺海沉積累計總厚已超過15公里。與此成對照，科迪勒拉帶內部地層類型非常複雜，著名的弗朗西斯科混雜堆積和大谷群曾被認為是典型的弧前盆地地層組合，代表洋陸板塊會聚的前緣，20世紀80年代的研究工作證實，這是一系列移置地體拼貼、疊加變形的產物。新生界主要分布在兩個地區:以佛羅里達-巴哈馬為中心的大陸東南部的淺海碳酸鹽岩 (侏羅紀以來沉陷的繼續)；科迪勒拉帶、哥倫比亞高原、墨西哥馬德雷山脈的陸相火山岩和大盆地的碎屑岩。
岩漿活動和構造形變 和其他大陸一樣，北美大陸岩漿活動的時空分布也與不同部位的構造演化密切相關，它與變質作用和逆沖推覆作用的綜合就提供了造山過程的圖景。北美大陸前寒武紀的岩漿活動主要位於加拿大地盾，包括：30億年左右的一期同構造花崗岩侵入（以格棱蘭努克片麻岩為代表）；25億年後構造鉀質花崗岩，24億年綠岩帶（蘇必利爾的阿伯蒂比帶）的生成；20～18億年的輝長質雜岩（如薩德伯里岩盆）和16～12億年的斜長岩侵位（如阿迪朗達克）。11億年基威諾陸內裂谷型玄武岩的噴溢標誌著北美地台克拉通化的完成。
古生代的岩漿活動主要沿大陸東部的阿巴拉契亞帶分布。從加拿大沿海到麻薩諸塞有兩期花崗質深成活動。第一期年齡4.4～4.15億年,伴隨自東向西的大規模推覆構造，代表塔康造山運動；第二期同位素年齡3.6～3.3億年,並伴隨著疊置在不同時代和類型岩層上的一期3.8～3.5億年的區域變質作用,反映了大致在同一地區的強度更大的阿卡迪亞運動。晚古生代的花崗岩沿阿巴拉契亞南段分布。泥盆紀最晚期與密西西比紀最早期的花崗質岩類還廣泛出露在北極加拿大，反映了埃爾斯米爾造山運動，以及與之伴生的向南的逆沖作用。
美洲大陸東部中生代的岩漿活動限於形成裂谷型鹼性玄武岩。強烈的深成活動發生在科迪勒拉帶，形成了規模巨大的岩基群,長數千公里，平行大陸邊緣分布,單個岩體面積可達上千平方公里，侵位年齡主要在中晚白堊世。垂直岩帶走向，從西向東可以看到侵入時間逐漸變新，成因從幔源變為殼源，氧化鉀和銣含量也不斷增高。科迪勒拉新生代的岩漿活動主要為火山噴發，1980年聖海倫斯火山爆發和阿留申弧的火山作用表明活躍的板塊會聚迄今仍在進行著。
礦產資源 北美大陸礦產資源豐富。石油、煤、鈾、鐵、鎳及貴金屬礦產儲量均居於世界前列。其中鐵與金、鈾主要產於加拿大地盾的前寒武系基底中，金與綠岩帶中的變質火山岩有關。鎳主要來自薩德伯里基性雜岩岩盆。阿巴拉契亞西南側的志留系柯林頓型赤鐵礦是另一含鐵層位。阿巴拉契亞與密西西比河流域之間的賓夕法尼亞含煤系是北美東部的主要煤產地，西部煤盆地沿落基山東麓產出，時代為白堊紀。從德克薩斯到墨西哥灣周緣是北美大陸主要的油氣產區，阿拉斯加和從加拿大到美國中西部的落基山東麓前陸盆地是另一油氣富集帶。有色金屬和銀等礦產則與科迪勒拉晚中生代的岩漿活動帶有關。
參考書目
Jr.R.H.Dott et al.,Evolution of the Eeath,4thed.,McGraw-Hill,New York,1988.
B.King,The Evolution of North America,Prin-ceton Univ.Press,Princeton,1977.
