关键词：构造地质、地质年代学、日本列岛、俯冲带、增生构造、鲍氏反应系列
文献研讨
近几日突然对于日本列岛的形成以及东亚大陆边缘俯冲带感兴趣，因此本期文献选择的是山口大学Koji Wakita教授2012年在《亚洲地球科学杂志》（Journal of Asian Earth Sciences）上发表的 “Geology and tectonics of Japanese islands: A review - The key to understanding the geology of Asia”。在2012年，世界地质地图委员会完成了国际版亚洲1：5,000,000比例的的地质图绘制，作者作为日本与东南亚区域的编纂负责人对日本地质情况进行了充分的整理并完成了此文。在这篇文章中， Wakita教授回顾了日本列岛的地质情况以及历史，这对于理解东亚大陆边缘板块活动有很好的参考意义。
作者将地质单位按年代和成因分成几大类：1）古生代大陆边缘，2）古生代岛弧，3）古生代增生杂岩，4）中生代至古近纪增生杂岩，5）新生代岛弧。
古生代大陆边缘由Hida Belt（飛騨帯），Oki Belt（隠岐帯），Unazuki Belt（宇奈月帯），Higo Belt（肥後帯），以及Hitachi Belt（日立帯）构成。
古生代岛弧系统由South Kitakami Belt（南部北上帯），Hida Gaien Belt（飛騨外縁帯），Kurosegawa Belt（黒瀬川帯），Oeyama Ophiolite（大江山帯），以及Maizuru Belt（舞鶴市）构成。
古生代增生杂岩由Nedamo Belt（根田茂帯），Nagato-Range Belt（長門帯），Akiyoshi Belt（秋吉帯），Ultra-Tamba Belt（超丹波帯），以及Suo Belt（周防帯）构成。
中生代增生杂岩由Mino-Tamba Belt（美濃-丹波帯），Chichibu Belt（秩父帯），Chizu Belt（智頭帯），Ryoke Belt（領家帯），Sanbagawa Belt（三波川帯），以及Shimanto Belt（四万十帯）构成。
新生代岛弧系统由Honshu Arc（本州岛弧），Ryukyu Arc（琉球岛弧），Izu-Bonin Arc（伊豆-小笠原岛弧），以及Chishima Arc（千岛岛弧）构成。
每一个地质带和岛弧的具体内容和差别就不在这里复述了，详细描述可以参考原文。从作者给出的图例可以明显观察出以地质年代为顺序的增生过程。
图2. 日本各增生杂岩带和岛弧系统分布（Wakita, 2012）
作者指出日本列岛的历史要追溯到750Ma罗迪尼亚超大陆的解体。在500Ma左右，古太平洋板块开始向华南板块下隐没，日本列岛开始形成。这就意味着俯冲带增生构造活动是日本列岛形成的最主要机制。文中后半部分列举了主要的构造活动，例如沉积增生、变质作用、构造侵蚀、火成活动。古生代中早期增生活动的直接证据并不多，地质记录主要集中在古生代晚期和中生代至古近纪这段时间。
作者的另一图例更清晰地阐述了增生复合物的地层学关系。
图3. 增生复合体的地层柱及年代分布（Wakita, 2012）
不同地质年代的原岩地层柱具有相似的岩性和层序，而符合大洋板块地层在俯冲带的构成。玄武岩和石灰岩产生于俯冲带海山的上部，放射虫燧石产生自远洋沉积，而硅质页岩和长英质凝灰岩则来自半远洋沉积环境。砂岩，泥岩和砾岩产生自大陆和岛弧一侧的碎屑颗粒。侏罗纪时期的增生复合系统的构造活动在日本广泛分布；白垩纪至古近纪的增生构造主要集中在Shimanto Belt。新近纪的增生构造则主要集中在Shimanto Belt白垩纪-古近纪增生构造的南缘，南海海槽和日本本土之间的海域在新生代也孕育了其他增生构造。
除了增生构造，变质和火成活动不再此复述。我想对于本文最后提到的日本列岛发生的弧后盆地的张裂与岛弧碰撞再做一下总结与讨论。在25Ma左右，日本海和千岛盆地开始张裂，四国盆地也开始形成并将原始伊豆-小笠原岛弧分成伊豆-小笠原岛弧和九州-帕劳脊。东日本逆时针旋转，西日本顺时针旋转，由此日本海产生。盆地的开放至15Ma结束。50Ma开始，太平洋板块向菲律宾海板块下隐没，使得伊豆-小笠原岛弧开始形成。中新世中期该岛弧将本州岛弧向北挤压。
图4. 日本周围各岛弧分布情况（Zhao, 2012）
弧后盆地和岛弧这一概念让我联想到了大学时期在北美洲卡斯卡迪亚俯冲带的实地考察和学习。我所处的的卡斯卡迪亚俯冲带主要是由Juan de Fuca Plate向北美板块下隐没而形成的。华盛顿州与俄勒冈州的海岸山脉以及奥林匹克山脉就是由俯冲带增生构造活动形成的。在更深入大陆的内侧，南北方向（加州至加拿大）形成细长的火山带。而在这两个区域中间则是Puget Lowlands（普吉特湾低地），在这个盆地区域除去主导的冰川沉积，我们也能够发现增生结构（如图6-8，位于Rosario Head Deception Pass State Park, WA）。这些结构在俯冲带受到各类变质作用的影响，产状和结构非常复杂，但还是能够观察到枕状玄武岩，燧石，泥质板岩的交替。
图5. 卡斯卡迪亚俯冲带机制简图 （U.S. Department of the Interior., n.d.）
图6. 枕状玄武岩
图7. 燧石
图8. 泥质板岩
我们可以观察到太平洋东西两个聚合边界的形态和构造并不完全一样，但都是典型俯冲带地质构造，具体有何差异会在以后的讨论中再次提及。
最后，作者对于本文进行了总结。通过本文我们知道了日本的主要地质实体是古生代大陆边缘、古生代岛弧、古生代增生杂岩、中生代增生杂岩和新生代岛弧。增生复合体发展于古生代中晚期、侏罗纪和白垩纪至古近纪。增生组织由大洋板块地层和增生沉积物组成。增生、变质作用、火成活动、弧后扩张和岛弧碰撞是日本形成的主要构造活动。
注：日本列岛以及东亚地区大陆边缘地质构造相当复杂，编者能力有限，无法以一篇文章全面剖析日本的构造机制，将在之后的《地学边界》中会再次讨论，希望有新的理解。
2. Wakita, K. (2013). Geology and tectonics of Japanese islands: a review–the key to understanding the geology of Asia. Journal of Asian Earth Sciences, 72, 75-87. DOI: 10.1016/j.jseaes.2012.04.014
3. Zhao, D. (2012). Tomography and dynamics of Western-Pacific subduction zones. Monogr. Environ. Earth Planets, 1(1), 1-70.
理论拾贝
本期介绍地质化学、矿物结晶学中一个重要理论：鲍氏反应系列（Bowen's reaction series）
图8. 鲍氏反应系列主要矿物次序
鲍氏反应系列用来描述岩浆冷却时在不同压力和温度下的结晶次序。通过这个反应序列，我们可以解释火成岩的熔融与结晶过程。该反应系列可以分为两支：连续系列与不连续系列。图8中我们可以看出，当温度与压力向低温低压方向变化时，连续系列中富含钙的斜长石首先结晶，其次是富含钠的斜长石再结晶。不连续系列中，最先结晶的是橄榄石，其次是辉石、角闪石、黑云母。两个系列至低温低压处都会形成正长石、白云母，最后是石英。整个过程中形成的岩石也是从最开始的超基性岩（ultramafic，铁镁质含量最高，硅含量最少）- 玄武质岩（basaltic，铁镁质含量较高，硅含量较少）- 安山质岩（andesitic，铁镁质含量较少，硅含量较高）到最后形成的花岗岩（granitic，铁镁质含量最少，硅含量最高）。最先结晶的矿物在地表最不稳定，因此超基性岩在地球表面最不稳定，也是最先被风化的。相反，石英质的岩石最稳定，最不易风化，这也是为什么海边沙滩的沙子都是石英质而不是橄榄石。
词汇表
莫霍界面（Mohorovičić discontinuity或the Moho）：一个组成上的分界，即地壳与地幔的分界面。莫霍界面基本上全部位于岩石圈内，只有在海洋中脊之下它才能作为岩石圈和软流圈的分界。莫霍界面位置在海洋板块地壳下较浅位置（平均5-10千米），而在陆地板块地壳表面下较深的位置（平均35千米）。因其上下两侧成分不同，导致地震波（尤其P波）在此处突然加速。
每期总结：这是《地学边界》的第01期，很多内容还比较粗糙，之后的内容会慢慢打磨，目前拥有“文献研讨”，“理论拾贝”，和“词汇表”三个栏目，期待增加更多栏目和企划。本期主要涵盖的是构造地质和一些传统概念，在之后的内容中还会涵盖地学的更多领域，比如地球物理、地球化学、地表过程、遥感与图像解译等。
