经典地质图集，彻底搞明白伸展构造！

伸展构造   作为全球构造中

最为醒目的构造类型之一，

是在岩石圈拉伸及薄化作用下

形成的特殊构造组合系统。

伸展构造（裂谷）（图源@NASA）

重力及重力不稳定性

是形成伸展构造的驱动机制之一，

伸展作用可导致形成

不同规模和样式的

重力滑动及伸展坍陷构造。

（图源@Trista L. Thornberry-Ehrlich, Colorado State University）

这些构造是什么样？

又是如何形成的？

（图源@giphy.com）

   

01

在大陆伸展地区，

伸展构造   主要表现为

正向滑动为主的断层、剪切带   和

拆离带组合型式，

发育在不同的层次、尺度、

区域构造背景和构造演化阶段。

包括了以下几个构造型式：

地堑   （graben）是地壳上

广泛发育的一种地质构造，

为两侧被高角度断层围限，

中间下降的槽形断块构造。

地堑和地垒（图源@en.wikipedia.org）

  仅在一侧为断层所限的断陷，

称为半地堑或箕状构造。

大规模地堑发育的地方，

预示着地壳拉伸变薄 。

大规模地堑发育（图源@USGS/NPS/Neal Herbert）

地堑常成长条形的断陷盆地，

东非大裂谷、我国东部新生代盆地

都是典型的地堑构造系。

东非大裂谷地图（图源@Redgeographics/en.wikipedia.org）

地垒   （horst）与地堑恰好相反，

由两组走向平行

反向倾斜的正断层构成。

在简单情况下，由两条

正断层组成的地垒，

中间共同的下盘上升，

两侧的断层上盘下降。

地堑和地垒   （图源@Redgeographics/en.wikipedia.org）

通常情况下，

地堑和地垒相伴发育，

正断层多呈阶梯状，

形成 盆岭构造 （以美国盆岭区为

原型命名的大型伸展构造）。

美国盆岭区（图源@NPS Natural Resourc）

盆岭构造是指在伸展变形区域，

由掀斜构造、阶梯状正断层、

地堑、地垒等共同产出，

形成由不对称的纵列单面山、

山岭及其间的盆地

组合而成的构造一地貌单元。

盆岭构造（图源@William W. Little/Co?rafyannkedlar.com）

在伸展背景条件下受基底

及盆缘正断层控制发育的

沉积盆地，称为 断陷盆地 。

如我国东部的华北盆地、

松辽盆地和江汉盆地等。

松辽盆地（图源@Google Earth）

如果断陷盆地一侧断层发育，

形成一侧由主干弧形或

铲形正断层控制的不对称盆地，

则称为箕状断陷或半地堑盆地。

一般情况下，断陷盆地规模越大，

盆缘及盆内构造越复杂。

半地堑盆地（图源@文献[6]）

裂谷   是区域性伸展隆起背景上

形成的巨大窄长断陷，

切割深，发育演化期长，

常具有地堑型式。

按照裂谷发育的区域构造部位

及其地质构造特征，

可分为以下三类。

大西洋中央海岭上的裂谷

是大洋裂谷的典型，

东非裂谷是大陆裂谷的典型，

红海裂谷是陆间裂谷的典型。

红海裂谷（图源@gotbooks.miracosta.edu/oceans/chapter4.html）

裂谷在板块构造学中

是大陆崩裂、大洋开启的初始阶段，

是洋盆的雏形，但并非都会

演化发展成为大洋。

当裂谷中止伸展开裂，停止发育，

裂谷坳陷就可能被各类岩石所充填

而失去构造形态特征。

洋盆（图源@geologylearn.blogspot.com/2015/07/ocean-basins.html）

变质核杂岩   是由从深部抽拉抬升的

强烈变质变形基底(下盘)和

变质变形较弱的盖层（上盘）组成，

外形近圆形或椭圆形，

半径可达般万余米，

呈分散孤立的穹隆状产出。

变质核杂岩的形成（图源@ManuRoquette/en.wikipedia.org ）

基底与盖层以规模巨大的

低角度正断拆离断层分隔。

拆离断层原始产状近水平，

在伸展拆离中变成犁式。

其上盘以发育

多米诺式断层为特征，

亦有次级顺层断层，

并使地层拆离减薄和缺失。

变质核杂岩的形成（图源@文献[2] ）

岩墙   是横切围岩构造的

板状侵入岩体，常成群出现，

呈平行或放射状排列，

是一种伸展构造的重要样式。

岩墙群（图源@G. Thomas/en.wikipedia.org ）

在全球各大克拉通内

广泛发育前寒武纪岩墙群，

主要以晚前寒武纪基性岩墙群为主。

与超大陆裂解事件相关的

基性岩墙群一般宽

数十米至数百米，

长数十公里至数百公里，

甚至上千公里。

岩墙群（图源@Svante Hultengren/en.wikipedia.org）

   

02

一些几何学的、运动学的

及动力学的模式可以来解释

不同构造层次上伸展构造的

发育规律及动力学过程。

（图源@WEBVolumeProblems）

B. Wernicke和

B. C. Burchfiel等人

根据断层面几何形态及

断块沿断层面位移特点，

将正断层划分为两种类型，

即 非旋转(高角度)的和旋转的 。

其中旋转一类中又分出

仅岩层旋转的铲状断层及

断层和岩层均旋转的

平面断层或铲状断层，

并分别讨论了计算

它们伸展量的方法。

正断层划分（图源@文献[1]）

B. Wernicke等的正断层分类

适合于地壳浅层次及

伸展盆地内断层的观察和解释。

当然，它们的组合型式也可能

反映了深部更大规模的伸展构造。

三维伸展盆地 （图源@文献[1]）

利斯特等(G. S. Lister, 1986)

依据形成断层组合应力状态，

总结了大陆伸展构造的如下三种模式，

而不同模式形成的

伸展构造型式也有明显差异。

不同构造层次的伸展构造

所表现的几何型式和和

应力状态是不一致的，

除此之外，不同构造层次的

物质组成、相转换、流变状态

及物理化学环境也不相同，

因此在分析伸展构造建立模型，

应当从 组成及变形

两个方面全面考虑。

不同伸展构造（图源@文献[3]）

马杏垣(1982)参考

G. P. Eaton对北美

大盆地地壳剖面解释，

提出一个伸展大陆壳结构模型，

具有代表性。

（图源@文献[1]）

从图中可以看出，

地壳浅层次以各种正断层

及低缓角度拆离带组合为主，

中层次以塑性变形为主，

表现为塑性伸展流动，

出现糜棱岩带和网结状韧性剪切带，

地壳深部除塑性伸展流动变形外，

尚发育大量基性岩墙(床)群。

糜棱岩（图源@Piotr Sosnowski/en.wikipedia.org）

Vink等人早已指出，

大陆壳发育裂谷作用要比

在洋壳上容易得多，

这是因为大陆岩石圈比

大洋岩石圈强度小。

大量的实践证明，大陆裂谷

一般产生在   古老的逆冲构造带，

变质核杂岩大多发育于造山带，

是造山期后伸展作用的结果。

逆冲带（图源@geosci.usyd.edu.au）

G. Ranalli认为，增厚的

岩石圈 拆沉作用 是造山带

构造演化的一个重要动力学过程，

可以导致由挤压体制向

伸展体制的反转。

地球动力学演化模型（图源@文献[4]）

拆沉作用的基本涵义是：

大陆岩石圈地幔   由于

较软流圈温度低、密度较大，

从而产生重力不稳，

如有合适的断裂，

岩石圈地慢将沉陷入软流圈中，

并使岩石圈减薄。

拆沉作用（图源@文献[5]）

理论计算证明，

岩石圈根带的拆沉作用

(delamination)，

可产生水平方向的差异张应力

50~100MPa，   足以驱动

大规模伸展构造的发育。

加州内华达山脉（拆沉作用形成）（图源@G. Thomas/en.wikipedia.org）

   

03

近年来， 构造反转

受到地质学家广泛关注。

构造反转（图源@Williams et al）

狭义上的构造反转

多限于盆地内部，

是指早期一个张性或

张扭性盆地后期转变为

压性或压扭性构造盆地

(正反转构造)，

盆地由伸展沉降转为挤压上隆，

正断层转变为逆断层。

构造反转（图源@Bailey et al）

或盆地内先存的挤压系统

部分转变为伸展系统

(负反转构造)。

这种构造反转虽然

构造体制上   发生重大转化，

但变形不一定强烈，

因此在不同层次上某些构造

仍保持反转前的部分特征。

伸展作用物理模拟

挤压作用与伸展作用

是紧密相关的，在区域尺度上，

伸展构造最发育的部位，

可能也是先期

挤压缩短作用最为强烈、

地壳甚至岩石圈厚度最大的地区。

挤压作用物理模拟

伸展构造与整个岩石圈

（lithosphere）的组成、结构、

强度和热状态等相关。

因此在研究伸展构造变形时，

应从不同构造层次的物理状况

及岩石圈流变学观点进行分析应。

伸展和挤压   两种作用

及其形成的两类构造各具特色。

它们在一定区域构造演化中

相互交替和重叠，往往引起

构造的叠加和穿插。

（图源@文献[1]）

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