第十二章 大陆构造的变形、变位及其动力学机制万 天 丰2011中国大地构造的主要特色小地块 多拼合板块内 强变形一、板内变形的动力学机制特特 征征影影 响响 因因 素素动动 力力 学学 机机 制制中国大地构造的基本特征中国大地构造的基本特征许多小陆块所组成一系列强烈的褶皱、断裂（包括逆掩断层）或十分微弱的构造变形（仅发育张、剪节理），强度不同的构造变形常常可以混杂地组合在一起(并非带状)陆内构造变形可深入大陆数千千米发育了各类岩浆活动，动力变质作用板内变形的强度，明显地低于板块之间的俯冲带或陆-陆碰撞带的（缩短或位移量达数百-上千千米），板内断裂活动的某一构造阶段最大断距或位移距离一般为数十千米大陆板内变形比较强烈的影响因素大陆板内变形比较强烈的影响因素（1 1）、中国大陆是由）、中国大陆是由3737个小陆块所组成、构造个小陆块所组成、构造 稳定性差；稳定性差；（2 2）、沉积盖层厚度不均一、陆块上部岩石强）、沉积盖层厚度不均一、陆块上部岩石强 度较低；度较低；（3 3）、陆块经受了多期碰撞、拼合，基底断裂与弱化）、陆块经受了多期碰撞、拼合，基底断裂与弱化 带的构造继承性，基底构造影响盖层构造；带的构造继承性，基底构造影响盖层构造；（4 4）、元古代以来，尤其是中生代以来，周邻板块构）、元古代以来，尤其是中生代以来，周邻板块构 造作用较强，板内应力场多期次、多方向地发造作用较强，板内应力场多期次、多方向地发 生变化。
生变化T印支期印支期J-K11燕山期燕山期 陆壳陆幔型岩石圈陆壳陆幔型岩石圈 陆壳洋幔型岩石圈陆壳洋幔型岩石圈 大洋岩石圈大洋岩石圈 K12-E1四川期四川期E2-3华北期华北期N-Q1喜马拉雅期喜马拉雅期Q2-4新构造期新构造期一、板内变形的动力学机制板块俯冲模式（Burchfiel and Davis，1975；Livacari,Burk and Sengr，1981）或碰撞（Dunlap and Teyssier，1995），600km；地幔羽上升、壳-幔拆离和陆内俯冲模式（Martin，1983；邓晋福，1996）；板块碰撞的远程效应模式（England，1987；Ben and van der Pluijm,1997）2000km；北美边部，300km内，由100MPa降为30MPa一、板内变形的动力学机制-板块构造作用的远程效应5000 km 减少90MPa，每100km 减少1.8MPa塑性变形与弹性变形的传播塑性变形与弹性变形的传播岩石塑性（永久）变形（流变），晶格位错为主，消耗能量消耗能量,应力值降低，应力值降低，岩石强度低，密度小，变形易于传播得远,速度慢造成不同地区构造强变形的时间不同岩石弹性变形，质点震动 岩石密度大、强度大，地震波易于传播 （速度快，传播远）老弱化带的基础上发育新的构造变形 岩石圈内的基底构造控制盖层构造岩石圈内的基底构造控制盖层构造老断裂在新应力场作用下重新活动老断裂在新应力场作用下重新活动较多（新生断裂较小），最大主应较多（新生断裂较小），最大主应力方向与新断裂的夹角很小，因而力方向与新断裂的夹角很小，因而新的生长断层其优选方向可指示当新的生长断层其优选方向可指示当时区域最大主应力方向时区域最大主应力方向老弱化带的基础上发育新的构造变形仰冲的逆断层之上可形成背斜，古断裂和仰冲的逆断层之上可形成背斜，古断裂和盖层厚的地方发生强板内变形，稳定地块盖层厚的地方发生强板内变形，稳定地块上浅层构造滑脱上浅层构造滑脱密度大的古地块成盆地，密度大的古地块成盆地，古代的强构造古代的强构造变形变形-岩浆带（花岗质）成山岩浆带（花岗质）成山只有少量断裂为新生的，研究中、新生代只有少量断裂为新生的，研究中、新生代的，一定要关注古老的构造基础与演化的，一定要关注古老的构造基础与演化新最大主压应力与断层走向几乎平行新最大主压应力与断层走向几乎平行二、陆二、陆-陆碰撞带研究陆碰撞带研究 多次（多次（13次）会聚、俯冲或碰撞次）会聚、俯冲或碰撞 中朝板块内中朝板块内-1800 Ma，扬子板块内（南北）扬子板块内（南北）-1000 Ma，祁连山祁连山-阿尔金带阿尔金带 400 Ma，华夏板块完成拼合华夏板块完成拼合 400 Ma，阿尔泰阿尔泰-额尔古纳、天山额尔古纳、天山-兴安带兴安带 300-260Ma 秦岭秦岭-大别大别 带带 800，400俯冲；俯冲；205Ma碰撞，碰撞，绍兴绍兴-十万大山带十万大山带 800俯冲，俯冲，400？220Ma 碰撞碰撞 澜沧江澜沧江 220 金沙江金沙江 255-227Ma 完达山完达山 150-140 Ma，班公班公-怒江怒江 9050Ma，喜马拉雅喜马拉雅 34Ma鳄鱼鳄鱼Crocodile（楔状（楔状Wedging、对冲、对冲Ramp）构造）构造金沙江（赵永贵、钟大赉等，金沙江（赵永贵、钟大赉等，1992）龙门山（龙门山（Cai et al.,1997）秦岭秦岭 （袁学诚（袁学诚,1997）祁连山（祁连山（Wang et al.,1997）阿尔金山（蔡学林等阿尔金山（蔡学林等,1998）天山天山 （邵学忠等（邵学忠等,1996）喜马拉雅山（滕吉文等喜马拉雅山（滕吉文等,1996）加拿大阿帕拉契亚（林寿发，加拿大阿帕拉契亚（林寿发，1994）澜澜沧沧江江金金沙沙江江楔状（楔状（wedging）或鳄鱼式（）或鳄鱼式（crocodile）碰撞带构造）碰撞带构造赵永贵等赵永贵等1992；钟大赉，；钟大赉，1998秦岭秦岭-大别碰撞带大别碰撞带平面展布（平面展布（IndentationIndentation）碰撞带平面展布曲折碰撞带平面展布曲折 不同地段对冲方式不同不同地段对冲方式不同秦岭秦岭-大别碰撞带深部大别碰撞带深部楔状楔状(鳄鱼式鳄鱼式)构造构造扬子板块俯冲到秦岭地块之下扬子板块俯冲到秦岭地块之下中朝板块俯冲秦岭地块到之下中朝板块俯冲秦岭地块到之下东秦岭东秦岭 南阳南阳-邓州地震剖面邓州地震剖面扬子板块楔入秦岭地块之中地壳扬子板块楔入秦岭地块之中地壳中朝板块俯冲到秦岭地块之下中朝板块俯冲到秦岭地块之下大别山段，扬子板块楔入中朝板块的上地壳大别山段，扬子板块楔入中朝板块的上地壳诸城诸城-青岛段，中朝板块楔入扬子板块的中地壳青岛段，中朝板块楔入扬子板块的中地壳（80 km）构造混杂岩带，一系列断片构造混杂岩带，一系列断片多期次变质、变形多期次变质、变形大比例尺构造研究及其测年大比例尺构造研究及其测年构造岩同位素测年的复杂性构造岩同位素测年的复杂性Os-Re法，法，适合古老的年代适合古老的年代Sm-Nd法，可反映多次热事件法，可反映多次热事件U-Pb法，微区测定继承锆石（法，微区测定继承锆石（SHRIMP）Ar-Ar法，过剩法，过剩Ar（石英，伊利石），（石英，伊利石），微区研究，大于微区研究，大于 100 Ma较好较好Pb-Pb法，物源法，物源K-Ar法，法，中新生代较适用中新生代较适用同构造期变质矿物的挑选是关键同构造期变质矿物的挑选是关键(糜棱岩、韧性糜棱岩、韧性剪切带剪切带,矿物标型特征研究矿物标型特征研究)研究适合于中国碰撞带的研究适合于中国碰撞带的地化图解，地化图解，谨慎使用已有地化谨慎使用已有地化-构造图解构造图解岛弧与板内岩浆带差别？大洋玄武岩与幔源玄武岩的区别？大力加强微量元素与微区研究大力加强微量元素与微区研究运动量估算运动量估算大洋扩张速度、扩张时间和扩张量缩短速度、缩短时间和缩短量方法：由岩石化学成分估算；由形变、应变估算（褶皱较好，逆掩断层较困难），结合地球物理 资料 碰撞带与两盘地块的综合研究碰撞带与两盘地块的综合研究三、大型走滑断层带研究三、大型走滑断层带研究 多期构造活动的解析多期构造活动的解析两盘应力分析与断层带研究相结合两盘应力分析与断层带研究相结合走滑标志研究走滑标志研究标志带尽量窄些，与断层尽量垂直标志带尽量窄些，与断层尽量垂直常用：常用：岩相界线，变质带、岩体，陡倾斜断层，微量元素分布等值线，化探异常，地球物理异常慎用：慎用：盆地、化石带、岩相带、褶皱带、古地磁资料印支期印支期左行最大走滑左行最大走滑350 km上地壳滑脱、上地壳滑脱、无岩浆活动，无岩浆活动，切断深度小于切断深度小于20km基底断层，基底断层，古古裂陷槽基础裂陷槽基础燕山期燕山期挤压，几挤压，几乎无走滑乎无走滑主断面内主断面内无岩浆活无岩浆活动，动，岩浆起源岩浆起源深度深度20km四川期四川期走滑走滑-正断层正断层（北左南右（北左南右）北延至远东北延至远东岩浆贯入岩浆贯入切到莫霍面切到莫霍面地壳断层地壳断层滑距小于滑距小于10km华北期华北期南段挤压、南段挤压、逆断层，逆断层，北段右行北段右行走滑走滑几乎无岩几乎无岩浆活动浆活动喜马拉雅期喜马拉雅期正正-左行走滑左行走滑1-20 km幔源包体、碱幔源包体、碱性玄武岩性玄武岩深切到深切到50-80km岩石圈断层岩石圈断层新构造期新构造期右行走滑右行走滑-逆断层逆断层断面封闭，断面封闭，浅部浅部20km 以上断裂以上断裂活动，活动，走滑走滑100-200米米四、板内拉张断层、盆地四、板内拉张断层、盆地构造及其形成机制构造及其形成机制 表面为松散沉积的盆地表面为松散沉积的盆地,为什么重力高为什么重力高?板内拉张带多数在古弱化带、断层带板内拉张带多数在古弱化带、断层带基础上发育基础上发育当该带与某一期构造的最大主压应力当该带与某一期构造的最大主压应力方向呈小角度相交时，就可以形成板方向呈小角度相交时，就可以形成板内拉张断层或形成断陷或凹陷盆地内拉张断层或形成断陷或凹陷盆地板内拉张断层与断陷盆地板内拉张断层与断陷盆地燕山期燕山期板内拉张（纵或横向）断层多，断陷盆地小，板内拉张（纵或横向）断层多，断陷盆地小，NWW向为主，东部地壳以缩短（几十向为主，东部地壳以缩短（几十km）增厚为主）增厚为主四川期四川期板内拉张断层和断陷盆地大量发育，板内拉张断层和断陷盆地大量发育，NNE向为主，向为主，东部地壳减薄为主（渤中，东部地壳减薄为主（渤中，15-25km）华北期华北期板内拉张断层和断陷盆地局部发育，近板内拉张断层和断陷盆地局部发育，近E-W向为向为主（渤中，主（渤中，25-29km）喜马拉雅期喜马拉雅期板内拉张断层和断陷盆地局部发育，板内拉张断层和断陷盆地局部发育，NNE向向为主（坳陷期）为主（坳陷期）新构造期新构造期板内拉张断层和断陷盆地局部发育，近板内拉张断层和断陷盆地局部发育，近E-W向向为主为主2)成盆机制成盆机制假说的争论假说的争论中科院中科院地球物理所地球物理所刘光鼎刘光鼎,郝天珧郝天珧,张岭等张岭等2005水平运动水平运动?垂直运动垂直运动?最新地震层析资料最新地震层析资料:深部存在高速体深部存在高速体(可能为高密度可能为高密度,较冷的地块较冷的地块),而不是热的地幔柱而不是热的地幔柱,盆地为正高重力异常，因而沉降盆地为正高重力异常，因而沉降盆地边界受控于水平位移为主的断层盆地边界受控于水平位移为主的断层(32:1)盆地形成机制深部存在高密度侵入体，造成正高重力异常，使地壳相对下沉呈拉张状态的正断层控制了盆地边界不是底辟、地幔上隆或地幔羽上升的产物里海东北地区里海东北地区 盐丘底辟构造（盐类垂直向上）盐丘底辟构造（盐类垂直向上）陆块变位（运动学）陆块变位（运动学）板块间上千板块间上千km，陆内几十，陆内几十-上百上百km缩短带（褶皱、逆掩断层）缩短带（褶皱、逆掩断层）伸展带（古大洋，盆地，裂谷，伸展带（古大洋，盆地，裂谷，拆离断层，变质核杂岩带）拆离断层，变质核杂岩带）平移带（走滑断距）平移带（走滑断距）古地磁，古纬度变化，古磁方位古地磁，古纬度变化，古磁方位变化，（精度问题）变化，（精度问题）板块构造动力学板块构造动力学大陆动力学 处在定性的探讨、猜想与假说阶段不能脱离海洋板块的研究五、关于陆壳类型五、关于陆壳类型陆陆 壳壳 类类 型型S.Marshak,Van der Pluijm,M.Hamburger 1999 Tectonics of Continental Interiors Tectonophysics,305:1-31997年年9月月 GSA Penrose Conference 陆陆 壳壳 类类 型型过去的认识是含糊不清的造山带（地槽）与非造山带（地台）陆内造山带（活化地台、台褶带），碰撞造山带，俯冲造山带陆陆 壳壳 类类 型型现代活动汇聚边界（俯冲带）的陆现代活动汇聚边界（俯冲带）的陆壳（日本）（壳（日本）（A）现代活动碰撞带的陆壳（喜马拉雅现代活动碰撞带的陆壳（喜马拉雅山）（山）（B）现代活动裂谷的陆壳（东非裂谷）现代活动裂谷的陆壳（东非裂谷）（C）现代板块转换边界的陆壳（美国加现代板块转换边界的陆壳（美国加州）（州）（D）应该按不同构造期来划分构造单元应该按不同构造期来划分构造单元只编一张构造单元划分图是不能反映只编一张构造单元划分图是不能反映长期历史演化的，是不妥当的长期历史演化的，是不妥当的完全按古大陆再造图来编图，完全按古大陆再造图来编图，现缺乏大量的洋壳资料，空缺区太大现缺乏大量的洋壳资料，空缺区太大。