第六章-2-伸展構(gòu)造課件

伸展構(gòu)造

ExtensionalTectonics

伸展構(gòu)造是在巖石圈拉伸及薄化作用下形成的特殊構(gòu)造組合系統(tǒng)。伸展構(gòu)造與擠壓作用形成的構(gòu)造是全球構(gòu)造中最為醒目的兩種構(gòu)造類型，在時間和空間上有密切關(guān)系，而且尚有與剪切作用聯(lián)合形成的壓剪及張剪構(gòu)造型式伸展構(gòu)造作用與某些固體礦產(chǎn)、有機礦產(chǎn)、地震等有成因上的關(guān)系，與資源、地質(zhì)災害和國民經(jīng)濟可持續(xù)性發(fā)展息息相關(guān)。2023/6/61第一節(jié)伸展構(gòu)造型式在大陸伸展地區(qū)，伸展構(gòu)造多表現(xiàn)為正向滑動為主的斷層、剪切帶和拆離帶(Detachmentbelt)組合型式，發(fā)育在不同的層次、尺度、區(qū)域構(gòu)造背最和構(gòu)造演化階段。主要構(gòu)造型式如下:一、地塹和地壘(graben&horst)

1、地塹主要由兩組走向近平行且相向傾斜的正斷層構(gòu)成。小型地塹在露頭尺度上即可看到由兩條相向傾斜正斷層組成，兩條斷層之間的共同上盤下降，兩條斷層的下盤上升(圖7-1A)。2023/6/622·地壘與地塹恰好相反，由兩組走向平行背向傾斜的正斷層構(gòu)成(圖7-1B)，在簡單情況下，由兩條正斷層組成的地壘，中間共同的下盤上升，兩側(cè)的斷層上盤下降。通常情況下，地塹和地壘相伴發(fā)育，正斷層多呈階梯狀，形成盆嶺型構(gòu)造-地貌單元。2023/6/63圖7-1地塹(A)與地壘(B)2023/6/64二、盆嶺構(gòu)造盆嶺構(gòu)造一詞源自美國西部科迪勒拉山系的盆嶺區(qū)，是指由不對稱的縱列單面山、掀斜構(gòu)造及其間的地塹、地壘組成的構(gòu)造－地貌單元。盆嶺構(gòu)造是在區(qū)域性伸展作用下形成的地塹、地壘、掀斜式階梯斷層控制下形成發(fā)育的，是伸展區(qū)具有典型性的構(gòu)造－地貌形式。2023/6/65三、斷陷盆地

(taphrogenicbasin)

在伸展背景條件下受基底及盆緣正斷層控制發(fā)育的沉積盆地，稱為斷陷盆地。這些盆地規(guī)模大小不一，如我國東部的華北盆地、松遼盆地和江漢盆地等大型盆地，秦嶺造山帶內(nèi)的徽成盆地、西峽盆地和南陽盆地等中、小型盆地等。如果斷陷盆地一側(cè)斷層發(fā)育，形成一側(cè)由主干弧形或鏟形正斷層控制的不對稱盆地，則稱為箕狀斷陷或半地塹盆地(圖7-2)?；顢嘞菖璧乜沙蕟蝹€產(chǎn)出，也可以由多個箕狀斷陷盆地構(gòu)成一個系列。一般說來，斷陷盆地規(guī)模越大，盆緣及盆內(nèi)構(gòu)造越復雜，控制其發(fā)育的因素也越多，往往是多次(正或負)構(gòu)造反轉(zhuǎn)甚至與大型走滑作用聯(lián)合形成的復合盆地。2023/6/66圖7－2箕狀構(gòu)造(據(jù)原石油工業(yè)部)A、箕狀斷陷構(gòu)造結(jié)構(gòu)，Ⅰ、斷階帶;Ⅱ、深凹帶；Ⅲ、斜坡帶B、山東濟陽坳陷中的箕狀斷陷構(gòu)造2023/6/67四、裂谷(Riftvalley)

裂谷是區(qū)城性伸展隆起背景上形成的巨大窄長斷陷，切割深，發(fā)育演化期長，常具有地塹型式。按照裂谷發(fā)育的區(qū)域構(gòu)造部位及其地質(zhì)構(gòu)造特征，可分為大洋裂谷、大陸裂谷和陸間裂谷。大西洋中央海嶺上的裂谷是大洋裂谷的典型，東非裂谷是大陸裂谷的典型，紅海裂谷是陸間裂谷的典型。人們認為大洋裂谷、陸間裂谷和大陸裂谷共同構(gòu)成全球裂谷系。大陸裂谷陸間裂谷大洋裂谷是一演化系列，就是大陸開裂、漂移、海底擴張的過程。不過，并非所有的大陸裂谷都演化成大洋裂谷。2023/6/682023/6/69裂谷有一系列特征性的構(gòu)造型式、巖漿活動、沉積作用、地球物理、地球化學和成礦作用特征。在大的裂谷內(nèi)部通常有大量次級張性、張扭性或扭性斷裂發(fā)育，并形成次級或更次級的隆起和坳陷。除走向構(gòu)造外，還常發(fā)育橫向或斜向的調(diào)整構(gòu)造，局部可以出現(xiàn)擠壓性構(gòu)造。裂谷消亡后可以出現(xiàn)廣泛的擠壓，大量壓性構(gòu)造可以掩蓋原來的張性構(gòu)造。2023/6/6101、裂谷深部構(gòu)造的主要特征是:莫霍面隆起、地殼變薄、軟流圈埋藏較淺和下面有異常地幔。2、裂谷主要的構(gòu)造作用是:引張、伸展應(yīng)變、巖石圈破裂和深部地幔熱柱上涌。3、裂谷火山巖中常有深源包體，表明其巖漿來自深部。大陸裂谷的火山噴發(fā)以基性為主并具雙峰式。巖漿巖通常富堿性，富輕稀土和不相容元素，鍶的初始值高，鍶和鉛的同位素比值變化范圍較寬。產(chǎn)生這類巖漿的地幔的分熔程度低，分熔深度大，屬原始地?；蚋患偷蒯?。2023/6/611大洋裂谷的火山巖不具雙峰式特征，以拉斑玄武質(zhì)為主，侵入和噴出巖低硅、低鉀和低鈦，鍶的初始值、放射成因鉛和稀土含量都低，鉛同位素組成比較固定，輕稀土略虧損或呈球粒隕石型分布。產(chǎn)生大洋玄武巖漿的地幔屬分熔程度較高、分熔深度淺、長期貧化或耗損了的地幔。2023/6/6124、陸內(nèi)裂谷的沉積主要為陸相紅層，夾含碳地層、火山巖及火山碎屑巖，晚期可以有海相沉積。沉積相及厚度變化大，在生長斷層旁常發(fā)育濁積巖、滑塌堆積和角礫巖，常有厚的類磨拉石等發(fā)育。陸間裂谷的陸棚區(qū)發(fā)育巨厚的蒸發(fā)巖，形成紅層－熔巖－蒸發(fā)巖組合。2023/6/6135、現(xiàn)代裂谷帶大多數(shù)為負布格重力異常和負磁異常帶，局部有正的重磁異常，邊界為明顯重、磁梯度帶。地震頻繁，熱流值高。深部有P波低速異常帶，電磁高導層的界面較高，磁化層厚度相對較小，地幔上拱，殼幔界面模糊。通常認為下面有密度較小、溫度較高的異常地幔。2023/6/614古代裂谷大多已不具現(xiàn)代裂谷的上述特征，但有時保留了某些特點。例如華北(白堊紀－第三紀)、滇黔桂(泥盆紀－三疊紀)的古裂谷在今天其深部仍存在地幔上拱現(xiàn)象。裂谷進一步發(fā)展，可以出現(xiàn)不同結(jié)果。包括:張開成洋，遵循威爾遜旋回向前發(fā)展;張開形成弧后盆地、小洋或多島海;由引張應(yīng)力場變?yōu)閿D壓應(yīng)力場，發(fā)生褶皺、推覆逆沖、甚至造山;停止發(fā)育，被沉積物填滿而消失等。2023/6/615裂谷是重要的成礦場所，許多超大型礦床與它密切相關(guān)，如:南部非洲的原生金剛石礦床;贊比亞、扎伊爾、波蘭魯賓、俄羅斯烏多坎的層控銅礦床;北美(沙利文、紅狗)、北澳(芒特艾薩、麥克阿瑟河)、德國(麥根)等地的沉積巖容礦的(或叫頁巖型)塊狀硫化物鉛鋅礦床;澳大利亞布羅肯山鉛鋅銀礦床;朝鮮檢德的碳酸鹽巖容礦的鉛鋅礦床;南非金鈾礫巖礦床;美國西部與偏堿性流紋斑巖有關(guān)的克萊麥克斯斑巖鋁礦床;巴西、澳大利亞、加拿大的一部分前寒武紀硅鐵建造;西非、紅海等地的蒸發(fā)鹽類礦床等2023/6/616在我國，內(nèi)蒙古白云鄂博稀土鐵礦床、內(nèi)蒙古東升廟鉛鋅硫礦床，四川攀枝花、紅格釩鈦磁鐵礦礦床、廣西大廠錫多金屬礦床、廣西下雷錳礦床、廣東長坑金銀礦床、云南蒙自白牛廠銀多金屬礦床、云南蘭坪金頂鉛鋅礦床、南秦嶺廠壩鉛鋅礦床等超大型礦床與裂谷構(gòu)造也有著密切的關(guān)系。2023/6/617大陸裂谷的主要特征如下：(1)、裂谷是由一系列正斷層為主的地塹、半地塹組成的復雜地塹系，通常發(fā)育于區(qū)域性隆起的軸部，表現(xiàn)為斷陷谷和斷陷盆地等構(gòu)造-地貌景觀，反映巖石圈的伸展作用。(2)、裂谷中往往沉積一套巨厚的包括磨拉石之類的碎屑沉積，常伴有蒸發(fā)巖、火山熔巖和火山碎屑沉積。裂谷沉積中常包含重要的沉積礦產(chǎn)。(3)、裂谷往往是淺源地震帶和火山帶。裂谷帶內(nèi)的地球物理場一般表現(xiàn)為巨大的負布格重力異常和負磁異常，或者為負背景值上的正異常。裂谷的邊界一般表現(xiàn)為明顯的重力梯度帶和磁力梯度帶。大陸裂谷熱流值一般較高，但變化幅度較大。2023/6/618(4)、大陸裂谷的巖漿巖有兩類共生組合，①大陸溢流玄武巖，主要為拉斑玄武巖，也包括堿性玄武巖及其深成侵入巖體；②雙峰系列，可以是拉斑玄武巖-流紋巖套，也可以是堿性玄武巖－響巖或粗面巖套。(5)、深部結(jié)構(gòu)上，裂谷下地幔升高，地殼變薄，玄武巖層下普遍存在著波速較低的殼-幔物質(zhì)混合組成的裂谷墊。自70年代以來，我國地質(zhì)學家對裂谷進行了廣泛的研究，提出了存在中、新生代時期以及更老時期的裂谷，如華北平原新生代裂谷、白堊紀沂沭裂谷及攀西裂谷等。2023/6/619五、變質(zhì)核雜巖

(metamorphiccorecomplex)

變質(zhì)核雜巖是被構(gòu)造上拆離及伸展的未變質(zhì)沉積蓋層所覆蓋的、呈孤立的平緩穹形或拱形強烈變形的變質(zhì)巖和侵入巖構(gòu)成的隆起(P.J.Coney，1980)(圖7-3)。根據(jù)經(jīng)典地區(qū)變質(zhì)核雜巖和我國一些地區(qū)變質(zhì)核雜巖的發(fā)育狀況和結(jié)構(gòu)，朱志澄認為變質(zhì)核雜巖具備以下基本特征:2023/6/620圖7-3拆離斷層和變質(zhì)核雜巖(體)結(jié)構(gòu)示意圖(據(jù)Lister,1984)2023/6/621變質(zhì)核雜巖構(gòu)造的基木特征

(1)在空間上呈彎狀或長垣狀大型背斜的外貌。通常是不對稱的，一翼比另一翼陡。地貌上常為區(qū)內(nèi)的最高山。(2)核部由中地殼或下地殼的古老的中、深變質(zhì)巖組成，其中常有晚期的同構(gòu)造的中酸性巖體侵人，偉晶巖脈和混合巖化也很普遍。(3)核部雜巖的頂部為一個以糜棱巖類巖石為特征的剪切帶。這是一種以緩傾的面理和礦物拉伸線理為特征的SL構(gòu)造巖，反映其在地殼深處的韌性域曾經(jīng)受過殼內(nèi)非共軸流動的強烈韌性變形。2023/6/622

(4)上盤以不變質(zhì)的顯生宙巖層為主，發(fā)育多世代的不同類型的正斷層系，有犁式正斷層、近平行的平面狀高角度正斷層以及平面狀低角度正斷層，反映了水平伸展狀態(tài)下的脆性變形。(5)上地殼的脆性伸展方向、剝離斷層的滑動方向及下盤糜棱巖帶的運動方向，通常在運動學上具一致性，反映了統(tǒng)一的運動方式。

2023/6/6232023/6/624第二節(jié)伸展構(gòu)造模式已經(jīng)提出了各種幾何學的、運動學的及動力學的模式，來解釋不同構(gòu)造層次上伸展構(gòu)造的發(fā)育規(guī)律及動力學過程。

沃尼克等(B.Wernicke和B.C.Burchfiel)，1982根據(jù)斷層面幾何形態(tài)及斷塊沿斷層面位移特點，將正斷層劃分為兩種類型，即非旋轉(zhuǎn)(高角度)的和旋轉(zhuǎn)的，其中旋轉(zhuǎn)一類中又分出僅巖層旋轉(zhuǎn)的鏟狀斷層及斷層和巖層均旋轉(zhuǎn)的平面斷層或鏟狀斷層(圖7-6)，并分別討論了計算它們伸展量的方法。沃尼克等的正斷層分類，適合于地殼淺層次及伸展盆地內(nèi)斷層的觀察和解釋。當然，它們的組合型式，也可能反映了深部更大規(guī)模的伸展構(gòu)造特征。2023/6/625

圖7-6旋轉(zhuǎn)的正斷層(據(jù)B.Wenicke等，1982)A、巖層旋磚而斷層不旋轉(zhuǎn)的鏟狀正斷層B·巖層和斷層均旋轉(zhuǎn)的平面狀正斷層C、巖層和斷層均旋轉(zhuǎn)的疊瓦狀鏟形斷層2023/6/626李斯特等(G.S.Lister，1986)對被動大陸邊緣的演化及拆離斷層作用(detachmentfaulting)研究進行了綜述，依據(jù)形成斷層組合應(yīng)力狀態(tài)，概括出大陸伸展構(gòu)造的三種模式(圖7-7)，即純剪模式、單剪模式及拆離模式。不同模式造成的伸展構(gòu)造型式也有明顯區(qū)別。無疑，不同構(gòu)造層次的伸展構(gòu)造所表現(xiàn)的幾何型式和應(yīng)力狀態(tài)是不一致的，除此之外，不同構(gòu)造層次的物質(zhì)組成、相轉(zhuǎn)換、流變狀態(tài)及物理化學環(huán)境也不相同，因而，在分析伸展構(gòu)造建立模塑，應(yīng)當從組成及變形兩個方面全面考慮。2023/6/627圖7－7大陸伸展模式(據(jù)G.S.Lister等,1986)純剪模式單剪模式拆離模式脆性上地殼韌性地殼上地幔軟流圈巖漿巖石圈2023/6/628伸展和擠壓兩種作用和兩類構(gòu)造對比

伸展和擠壓兩種作用及其鑄造的兩類構(gòu)造雖然備具特色，由于兩種作用在一定區(qū)域構(gòu)造演化中相互交替和重疊，往往引起構(gòu)造的疊加和穿插。通過認真的研究和分析，仍可將兩類構(gòu)造鑒別和篩分出來，現(xiàn)列表(表7-1)將兩者加以對比。以上對比在一定程度上是相對的，因時(構(gòu)造階段)和因地(區(qū)域穩(wěn)定程度)而有變化和差異。2023/6/629引張作用和伸展構(gòu)造擠壓作用和擠壓構(gòu)造1.作用時期過長持久,脈沖較弱而不顯著；2.影響空間為區(qū)域性面式，作用空間的界線不明顯；3.淺層次以斷裂為主，巖層原始產(chǎn)狀改變輕微、較小；4.以高角度正斷層為主，也有低角度斷層(犁式或順層)5.形成大面積隆起和坳陷，如塊狀山、高原，巨大斷陷盆地、裂陷槽和斷坳槽;1.作用時期較為短暫急速，脈沖強烈顯著；2.影響空間為區(qū)域性帶狀，作用空間的界線比較清楚；3.以褶皺、斷裂為主，巖層原始產(chǎn)狀改變顯著,且變化急??；4.以低角度斷層為主，亦發(fā)育高角度斷層，5.形成帶狀坳陷帶(槽)和線狀山系·2023/6/630引張作用和伸展構(gòu)造擠壓作用和擠壓構(gòu)造6.構(gòu)造活動性質(zhì)轉(zhuǎn)換過程緩幔而漸進;地層接觸多表現(xiàn)為平行不整合或微角度不整合;7.巖漿活動主要是區(qū)域性大面積火山活動，尤其是玄武巖，區(qū)域性放射狀或平行式巖墻群，中酸性侵入活動；8.區(qū)城變質(zhì)微弱或較局限，相對為高溫低壓及退變質(zhì)；6.構(gòu)造活動性質(zhì)轉(zhuǎn)換過程較急速而是著，地層接觸關(guān)系多表現(xiàn)為顯著的角度不整合；