韌性斷層與區(qū)域性大斷裂

1、韌性斷層與區(qū)域性大斷裂一、韌性斷層韌性斷層是和脆性斷層相對應(yīng)的一類斷層，又稱韌性剪切或韌性變形。在地殼表層或淺層，斷 層常表現(xiàn)為脆性斷層，其特點是斷層面明顯，兩盤滑動相對集中于個別斷裂面上，位移顯著。而韌性斷層 是在剪切帶中沿著微細(xì)滑動面做微小滑動，導(dǎo)致韌性斷層兩側(cè)巖塊有剪切錯位，但卻像斷而未破，錯而似 連。一般說在地下深處1015km，普遍存在巖石塑性流變，許多脆性斷層向地下延伸至一定深度，往往 為韌性斷層所代替。韌性斷層規(guī)模差別很大，小者寬不過數(shù)厘米，長不過數(shù)米；而巨型韌性斷層長寬可達(dá) 數(shù)千或數(shù)萬米。這種巨型韌性斷層帶，實際上是由成群小型韌性斷層和夾于其中的相對剛性巖石條塊組合 而成的。在

2、韌性斷層帶內(nèi)常常形成新的片理。巖石和礦物的破碎程度和變形程度由邊界向中心遞增，中 心常形成糜棱巖帶，而斷層邊界既無碎裂巖，也無破裂面。有時一些較堅硬的巖層、巖脈等卷入韌性斷層 帶內(nèi)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的變形，或者因受壓縮而局部加厚，或者因受拉伸而形成一段段似斷而連的香腸狀構(gòu)造。 發(fā)生在高級變質(zhì)巖（如黑云母片麻巖）內(nèi)的韌性斷層，常形成一條退變質(zhì)帶。退變質(zhì)作用是指巖石已經(jīng)遭 受較高溫度和壓力的變質(zhì)作用后，又受到較低溫度和壓力的變質(zhì)作用，其特征是原來較高級的變質(zhì)礦物被 較低級的變質(zhì)礦物所代替。例如在黑云母片麻巖中出現(xiàn)一帶綠泥石白云母片巖，這可能是一條韌性斷層帶。 在韌性斷層帶內(nèi)還經(jīng)常出現(xiàn)在剪切作用下塑性巖石形

3、成的拉伸線理構(gòu)造。韌性斷層主要產(chǎn)出于古老變質(zhì)巖中，如古地臺的基底或褶皺造山帶的核部，它們是露出地表的、被 侵蝕的古老斷裂的深部構(gòu)造形跡。在野外根據(jù)新生片理帶、退化變質(zhì)帶、磨棱巖帶、及拉伸線理等構(gòu)造可 以確定韌性斷層。韌性斷層的研究對于認(rèn)識前寒武紀(jì)地殼結(jié)構(gòu)和演化史、不同構(gòu)造層次斷裂構(gòu)造形成機(jī)理 等都有重要意義。二、區(qū)域性大斷裂在地殼中除了存在一般規(guī)模的斷層外，還存在區(qū)域性的大型斷裂構(gòu)造。如深大斷裂、裂谷、逆 沖推覆構(gòu)造等。這類斷裂規(guī)模很大，常常構(gòu)成區(qū)域性斷裂甚至全球性斷裂。（一）深大斷裂1946年，前蘇聯(lián)地質(zhì)學(xué)家A.B,裴偉提出深大斷裂的概念，1956年他又對此作了系統(tǒng)論述。深 大斷裂又稱深斷裂

4、，指規(guī)模巨大的深切地下的發(fā)育時期很長的區(qū)域性斷裂構(gòu)造。其切割深度可切穿地殼深 入地幔，區(qū)域延伸可上數(shù)百千米以至上千千米。在元古宙即已發(fā)育了最早的深斷裂，成為地殼發(fā)展歷史的 一部分。深斷裂把地殼分割成運動特點和構(gòu)造特點各不相同的地塊，成為各級區(qū)域構(gòu)造單元的分界，并控 制著區(qū)域古地理、古構(gòu)造的發(fā)展，控制著區(qū)域性地層、巖相及厚度的變化；控制著各類巖漿活動，成為巖 漿和熱液的運動通道及停積場所，形成內(nèi)生成礦帶；深斷裂也常常成為近代火山帶和地震帶，是新構(gòu)造運 動最活躍的地方；它也常是大地貌單元的分界線，斷裂帶本身也往往出現(xiàn)引人注目的各種地貌景觀（如串 珠式湖泊、洼地、火山錐、大峽谷等）；深斷裂也常是一條

5、地球物理異常帶，并成為區(qū)域性地球物理場的 分界線，如我國著名的雅魯藏布江深斷裂就是劃分藏北和藏南的地球物理場分界線。深斷裂可以分為不同的類型，最主要和最令人注意的為正斷層型，也就是在拉張作用下形成的 深斷裂，如貝加爾湖、萊茵河、東非大裂谷、大洋中脊，都屬于這一類。另外也有逆斷層型，即逆沖斷層型，是在壓縮作用下形成的；平移斷層型，常形成區(qū)域性走向 滑動斷裂帶；更重要的還有順層斷層型，常形成各類順層滑脫構(gòu)造。中國重要的深斷裂帶計有雅魯藏布江深斷裂帶、臺灣大縱谷深斷裂帶、額爾齊斯深斷裂、西拉 木倫深斷裂、東昆侖深斷裂、北祁連深斷裂、阿爾金深斷裂、龍門山深斷裂、金沙江紅河深斷裂、班公錯 -怒江深斷裂、

6、郯城（魯）-廬江（皖）深斷裂、滄州深斷裂、吳川（粵）-四會（粵）深斷裂等。深大斷裂，在本世紀(jì)50-60年代，對中國以及世界地質(zhì)學(xué)界曾產(chǎn)生過重要的影響，但在70年 代以后，由于大量深部地質(zhì)實踐和有關(guān)資料的積累，對深大斷裂的產(chǎn)狀、成因、性質(zhì)等有了新的認(rèn)識，包 括深大斷裂的提出者A.B,裴偉本人也對自己的看法不斷進(jìn)行修正。過去確認(rèn)的許多深斷裂，往往不是從地 表向下一直深切，而是向下傾角變緩，以至傾角變平，其總體形成上陡下緩的犁式。其所以如此，對構(gòu)造 運動形式，特別是對逆沖推覆構(gòu)造、層間滑動及滑脫構(gòu)造等有了新的論證。有一些深斷裂向地下延伸，常 由脆性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂，但更重要的是有許多深斷裂向下延伸

7、，往往穿過不同巖層或構(gòu)造層面，呈階 梯式與各層間近水平或低角度的滑動面相連接，使深斷裂成為上陡下緩的形式?，F(xiàn)將近年國內(nèi)外學(xué)者對巖 石圈的層圈性和滑脫構(gòu)造等有關(guān)問題，概述如下：1、過去認(rèn)為巖石圈的圈層構(gòu)造只限于硅鋁層、硅鎂層、上地幔軟流圈等，而今發(fā)現(xiàn)有大量事實證巖 石圈包含著一個近于平行的層圈系列，從深部到地表，這種圈層界面間距愈來愈小，界面密度愈來愈大。 各個界面?zhèn)认蛘共甲兓艽?，延伸距離不等。形成這種圈層構(gòu)造的原因，主要是由于順層滑脫或者說滑脫構(gòu)造所產(chǎn)生的結(jié)果。所謂滑脫構(gòu)造，是 在巖石圈層中存在許多滑脫界面，包括斷層、巖系界面、巖層不整合面、高塑性層、高孔隙層、蓋層與基 底界面、地殼與上地幔

8、界面等，在一定應(yīng)力作用下，在這些界面以上的巖石便可從下盤滑脫，這種構(gòu)造總 稱為滑脫構(gòu)造。滑脫構(gòu)造又可分為兩類：一是伸展形滑脫構(gòu)造，又稱拆離構(gòu)造，是在重力作用或伸展作用 下（如地殼隆起）引起巖石滑動，以近水平或低角度脫離原來位置，形成一系列由正斷層構(gòu)成的疊瓦式構(gòu) 造，稱上拆離盤；而滑脫面以下巖石未參與滑移運動，只形成摩擦作用產(chǎn)生的糜棱巖帶，稱下拆離盤。另 一是壓縮型或擠壓型滑脫構(gòu)造，即在擠壓作用下上盤沿滑脫面以近水平或低角度所形成的逆沖推覆構(gòu)造， 與伸展型滑脫構(gòu)造不同之點是上盤往往形成一系列由逆沖斷層構(gòu)成的疊瓦式構(gòu)造。上述滑脫構(gòu)造，無論是 伸展型或擠壓推覆型，一般都是上盤拆離或推覆，并引起褶皺變

9、形，而下盤則未卷入滑移變形，這種構(gòu)造 稱薄皮構(gòu)造。在地殼深部的滑脫帶，表現(xiàn)為韌性滑脫剪切帶及糜棱巖帶。巖石圈內(nèi)多層次的近水平滑脫造成的薄皮構(gòu)造（大部分為遠(yuǎn)距離而來的巖片）構(gòu)成巖石圈構(gòu)造 的重要特征，而巖石圈中多級分層及滑脫構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)，被認(rèn)為是構(gòu)造地質(zhì)認(rèn)識上的重大突破。因此許多深 斷裂依次連接地下眾多滑脫面，角度逐漸變緩，以至到一定深度斷裂截然終止。這種構(gòu)造特點常反映在地 震源順層分布以及地震波速度的突然變化等方面。（二）裂谷裂谷是大型區(qū)域性斷裂構(gòu)造之一，在一定程度上講也是深斷裂的一種表現(xiàn)形式。1894年J.W. 格雷戈里研究東非大裂谷時提出這一術(shù)語，一般認(rèn)為裂谷是因隆起而斷陷形成的大型復(fù)雜的地

10、塹構(gòu)造體系， 或者認(rèn)為是一種巖石圈的伸展構(gòu)造，切割深而延伸長。有的裂谷兩側(cè)斷裂不是均一發(fā)展，一側(cè)為主干斷裂， 而另一側(cè)則規(guī)模較小。按照裂谷發(fā)育的區(qū)域部位及其地質(zhì)構(gòu)造特征，裂谷可分為大洋裂谷，如大西洋中脊； 大陸裂谷，如東非裂谷；和陸間裂谷，如紅海裂谷。這些類型的裂谷構(gòu)成全球性的裂谷系。大陸裂谷是由一系列以正斷層為主構(gòu)成的地塹或半地塹系；裂谷中常以斷陷谷、斷陷盆地的形 式沉積一套巨厚的碎屑巖，伴有蒸發(fā)鹽、火山熔巖及火山碎屑巖；沿著斷裂常溢出玄武熔巖，或形成一系 列火山，地震比較頻繁。關(guān)于裂谷的成因，存在各種不同的看法，H.克魯斯（1919）提出隆張說，認(rèn)為裂 谷是區(qū)域性穹窿構(gòu)造形成過程中沿著軸部

11、張裂斷陷形成的。近年通過深部構(gòu)造等研究，認(rèn)為區(qū)域性隆起和 拉伸只是這種作用的表現(xiàn)形式，而其實質(zhì)是由于裂谷下的地幔升高，地殼變薄的結(jié)果造成的。在玄武巖下 普遍存在著地震波波速較低、由殼幔物質(zhì)混合組成的穹窿狀構(gòu)造，稱為裂谷墊。中國的汾渭地塹帶，也可以稱之為裂谷帶，以渭河地塹和汾河地塹為主體，裂谷內(nèi)形成一系列 雁列式盆地，北段汾河地塹正好位于背斜區(qū)隆起的軸部。整個地帶地殼厚度較薄，地震強(qiáng)度大、頻度高， 震源淺，一般深1030km。任何裂谷都有其發(fā)生、發(fā)展和衰亡的階段，自60年代初期板塊構(gòu)造學(xué)說問世后，裂谷作用與全球 構(gòu)造有機(jī)聯(lián)系起來，成為板塊構(gòu)造中區(qū)域構(gòu)造研究的一項重要內(nèi)容。（三）逆沖推覆構(gòu)造前面在

12、講逆沖斷層時，曾談到這種構(gòu)造形式。在19世紀(jì)后期，許多地質(zhì)學(xué)家先后研究了阿爾卑 斯山的主體構(gòu)造，確定它是由很遠(yuǎn)距離之外因巨型逆沖推移過來的塊體，稱之為推覆體。A.海穆等人認(rèn)為 這些推覆體是水平擠壓引起褶皺進(jìn)一步發(fā)展的結(jié)果，因此可以稱之為褶皺推覆體。但是關(guān)于推覆體，近年 繼續(xù)有了進(jìn)一步研究，一是關(guān)于推覆體的成因問題。現(xiàn)發(fā)現(xiàn)它不僅僅是褶皺發(fā)展的結(jié)果，因為有許多推覆 構(gòu)造與強(qiáng)烈的褶皺沒有直接聯(lián)系，而且不是出現(xiàn)在褶皺山脈的中央，而是出現(xiàn)在山脈兩側(cè)的山前拗陷中。 這類推覆體的形成與上面提到的滑脫構(gòu)造有關(guān)。即當(dāng)造山帶隆起后，其兩側(cè)相對下降形成山前拗陷或前緣 拗陷，其中沉積了相當(dāng)厚度的沉積層，由于山體隆起，

13、這些沉積巖層在重力作用下（或稱伸展作用下）產(chǎn) 生滑動移開原來的位置，滑覆在較遠(yuǎn)的地方，故稱拆離構(gòu)造。當(dāng)然在一定條件下也可以產(chǎn)生側(cè)向逆沖滑脫， 形成擠壓型推覆體。二是關(guān)于推覆體的規(guī)模和推覆距離問題。以阿爾卑斯山為例，有的推覆體長達(dá)30km， 上盤推移距離達(dá)40km。推覆體如此之大，推移距離如此之遠(yuǎn)，巖塊又未因此而破碎，這種構(gòu)造是怎樣克 服推覆體的巨大重力和推覆體運移時的摩擦力，是一個極難解釋的問題。M.K.哈伯特等（1959）提出孔隙 液壓說，認(rèn)為高孔隙含水巖石，產(chǎn)生液壓，可以起著浮力作用，從而可以降低推覆巖塊的重力和推覆體與 原地巖塊之間的摩擦力。除此，還有其他一些說法。1975年，通過可控震源探測，發(fā)現(xiàn)美國南阿巴拉契亞山是一個巨大推覆體，自SEE向NWW 推覆，推移距離達(dá)260km，使前寒武系古老巖層推覆到下古生界之上。近年人們不斷發(fā)現(xiàn)在巖石圈不同層 次存在許多大逆沖斷層推覆體和滑脫構(gòu)造形成的薄皮構(gòu)造巖片。A.B.裴偉近年也潛心研究拆離推覆構(gòu)造， 并將之分為深層次（幔層）推覆和淺層次（殼層）推覆，后者又分為基底推覆和蓋層推覆。不