二、地形的地质构造基础

北美大陆是以前寒武纪古陆台为核心,通过不同地质时期与相邻板块的相互作用以及伴随的地壳构造运动,经历了与其他古陆块(如古欧洲、古非洲)分、合、再分的漫长过程,环绕古陆台周围的褶皱带相继形成,最终奠定了北美大陆的地质构造基础。构成大陆主体的前寒武纪古陆台——北美陆台分为三部分:加拿大地盾(包括格陵兰地盾)居中,其南、北两侧分别为中部地台和北极地台;陆台的北、东、南边缘为古生代加里东和海西褶皱带,陆台西缘为中、新生代阿尔卑斯褶皱带。由此可见,北美洲主要大地构造单元布列对称,略具同心圆式,这在世界各大陆中是独具一格的。

(一)前寒武纪古陆台

太古代时,北美曾有4个原始陆块,其位置相当于今天哈得孙湾附近和大湖带以东、以北地区,组成岩石年代在25×108a以上。经过一系列构造运动,原始陆块增生,并相互碰撞缝合,逐渐形成了一个巨大的稳定硬化陆块即北美陆台,它是北半球更大规模的劳亚古陆的组成部分。元古代,劳亚古陆开始分裂。到早寒武纪,古北美与古欧洲之间出现古大西洋,也称约拨特斯洋(Iapetus),古北美与古非州(冈瓦纳古陆)之间出现前阿巴拉契亚洋。

北美陆台的分化始于下古生代。大致在大湖带以东和以北,包括格陵兰岛大部分,长期趋于缓慢上升,古老结晶岩基底广泛出露,这就是加拿大地盾和格陵兰地盾,前者是劳伦辛低高原的构造基础,后者现为一冰盖高原。加拿大地盾以南、以西和以北部分,以沉降为主,屡经海侵和海退,在前寒武纪结晶岩基底之上覆盖了深厚的后期沉积,这就是中部地台和北极地台。北美洲广大平原地带即以中部地台为基础,地台东部以古生代沉积层为主——内部低平原,地台西部在古生代沉积层之上还广泛覆盖了中、新生代沉积层——大平原。北极地台在第四纪冰期后,因海面上升与大陆分离,成为岛群,地形上表现为起伏不大的高原。

北美陆台在历次造山运动中,除局部地段隆起为穹地或拗陷为盆地外,未受巨大变动。

(二)古生代褶皱带

北美洲的古生代褶皱带以阿巴拉契亚山为主体,向西南延伸为瓦奇塔山,还包括格陵兰岛的东岸和北岸以及北极岛群北部的褶皱山脉。它的形成与古大西洋的闭合以及伴随的板块活动直接相关。从奥陶纪开始,古大西洋两侧出现消亡带,在洋壳俯冲作用下,古大西洋逐渐收缩合拢。到泥盆纪,古北美与古欧洲板块碰撞,镶合成古欧美大陆,形成了绵延于北阿巴拉契亚、格陵兰岛东岸和西北欧的加里东褶皱带。泥盆纪以后,冈瓦纳古陆作顺时针方向转动,古非洲与古欧美板块逐渐靠拢,前阿巴拉契亚洋逐渐闭合,最后在石炭纪末两者相撞缝合,南阿巴拉契亚和瓦奇塔以及西北非的海西褶皱带便是这次碰撞的遗痕。

在上述板块活动的漫长过程中,阿巴拉契亚地槽先后掀起三次规模较大的造山运动,即奥陶纪末的塔康运动(Toconic Orogeny)、泥盆纪末的阿卡迪亚运动(Acadianorogeny)和石炭纪末的阿勒格尼运动(Alleghanian Orogeny)或称阿巴拉契亚运动。地槽沉积岩层受到强烈挤压变形,形成一系列平行褶皱和冲断层,东部还深受岩浆侵入和热力变质作用影响。

三迭纪末,阿巴拉契亚山东侧发生南北向断裂作用,预示着联合大陆将再次分裂。侏罗纪打开了新的大西洋,北美与非洲先行分离;白垩纪时,大西洋裂谷向北伸延,使北美与欧洲分离。最终使同源的古生代褶皱带分居在不同的大陆上。

(三)中、新生代褶皱带

北美洲中、新生代褶皱带以纵贯西部的科迪勒拉山系为标志,它是在北美板块与太平洋板块相向运动的过程中,科迪勒拉地槽经历了多次造山运动而形成的。

科迪勒拉地槽的变动最早应追溯到下古生代。由于大陆板块与大洋板块的相互作用,这里曾几度出现海沟-岛弧-边缘海系统,随后边缘海闭合,岛弧与大陆碰撞连接。但是,科迪勒拉山系的大规模隆起始自中生代。随着侏罗纪大西洋再度张开,驱使北美板块西移。在当时的古太平洋中,太平洋板块尚偏居于西南面,与北美板块直接毗邻的大洋板块主要是法拉隆板块,它向东俯冲,沿北美板块西缘发育消亡带;是库拉板块的一隅,它向东北俯冲,沿阿留申、阿拉斯加南岸一线发育消亡带。所以在侏罗纪末,科迪勒拉地槽西部掀起内华达运动,这是北美旧阿尔卑斯运动的序幕,造就了阿拉斯加山脉、加拿大海岸山脉、喀斯喀特山、内华达山、加利福尼亚半岛山脉等褶皱山脉,并发生广泛的岩浆侵入活动。

白垩纪末至第三纪初,法拉隆板块逐渐俯冲殆尽,潜没于北美板块之下。一般认为,此时板块相向运动的速度很快,俯冲的角度平缓(20°—25°),消亡带深入内陆达1200—1500km,导致上覆大陆岩石圈板块发生变形和向上逆冲,再加上太平洋中的微型陆块与北美板块碰撞所产生的效应,这就是科迪勒拉地槽东部发生大规模造山运动的起因。它是北美旧阿尔卑斯运动的主幕,即拉拉米运动,隆起了落基山等高大褶皱山脉,科罗拉多高原也大幅度抬升,并有强烈的岩浆侵入和断层活动。

从渐新世以来,东太平洋洋隆已到达海沟消亡带,北美板块继续西移,超覆于洋隆之上,开始与向北运动的太平洋板块直接邻接。法拉隆板块仅残遗胡安-德富卡板块和科科斯板块,后者向东俯冲,潜没于中美海沟,与加勒比板块辐合;库拉板块也已完全潜没于阿留申海沟中。上述板块活动,触发了延续至今的新阿尔卑斯运动,在北美称喀斯喀特运动,在太平洋边缘形成了加拿大岛山、美国海岸山脉等,内华达和拉拉米褶皱山带以及科罗拉多高原大幅度抬升,大盆地等山间地区发生块状断层作用,强烈的火山活动在中新世达到最大程度,范围扩及从阿拉斯加到中美广大西部地区。上新世连接南、北美大陆的巴拿马地峡的出现,也直接导因于火山活动。新生代北美西部板块构造历史的另一重要事件是,随着东太平洋洋隆逼近西岸和逐渐消失后,同时出现了圣安德列斯转换断层体系,加利福尼亚湾开始沿着转换断层的一系列水平断错张开,形成一条强烈的地震带。断层以西的陆块包括加利福尼亚半岛与太平洋板块结合,一起向北运动,最终将完全与北美脱离成为孤立的岛屿。类似的转换断层也发育在加拿大岸外岛山带。