伸展构造的形成模式

随着20世纪70年代后期美国盆岭区伸展构造研究的开展，近些年来许多学者做了大量深入研究工作，相继提出了各种大陆伸展构造模式，用以解释大陆内部及被动大陆边缘裂陷伸展区的各种地质及地球物理特征。概括起来，大陆伸展构造模式可以分为三类：纯剪切伸展模式、简单剪切模式和分层拆离组合伸展模式(陆克政等，1997)。

(一)纯剪切伸展模式

纯剪切伸展的思想由来已久，地质学家在野外地质调查中经常发现有呈共轭式产出的断层，且在岩石力学实验中可以重现这一现象。岩石中的共轭断裂面代表岩石在应力作用下发生非旋转应变产生的脆性剪切破裂面，这种非旋转剪切变形称为“纯剪切”。在纯剪切变形条件下形成的正断层一般是高角度的（倾角为60°左右）。共轭出现的正断层相向或相背倾斜，并在运动过程中导致断块体以直移方式相对上升和下降，从而形成地堑和地垒，并使地壳产生水平伸展。这种机制形成的地堑和地垒通常都是近似对称的，并且没有块体的掀斜旋转运动（非旋转伸展系列）。

浅部层次地壳中的地堑盆地，甚至一些不对称的地堑盆地，在早期的一些地质文献中都被认为是按照上述纯剪切变形方式形成的。并且将这种概念推广到整个大陆岩石圈的伸展，即形成了大陆伸展的纯剪切模式（图7-6）。在引张应力作用下，岩石圈发生均匀的“细颈化”或“颈缩作用”，上部地壳以脆性共轭正断层作用形成地堑与地垒，并造成地壳的水平伸展。下部地壳及壳下岩石圈（上地幔）可能以韧性流动方式造成透入性的韧性伸展减薄。因此，纯剪切伸展模式实际上也是一种均匀的非旋转应变模式。在纯剪切伸展模式中，中部地壳的脆性伸展层与下部地壳及壳下岩石圈的韧性伸展层在垂向上是重叠的。在任意给定垂直参照线上，从地壳到上地幔的整个岩石圈发生均匀的或线性递增的伸展变形（McKenzieetal.，1978）。

图7-6 岩石圈纯剪切伸展模式

（据McKenzieetal.，1978）

大陆岩石圈纯剪切伸展模式很好地解释了地堑、断陷盆地或裂谷的形成机制，如一些裂谷作用（或地堑形成机制）模式基本上都属于纯剪切伸展模式范畴。

大陆纯剪切伸展产生的地堑盆地常与深部的莫霍面隆起呈镜像反应，在一些地区的地球物理场特征上也得到验证。McKenzieetal.（1978）根据大陆纯剪切伸展模式建立了岩石圈伸展量与裂陷盆地沉降量以及后裂陷阶段热沉降量之间的定量模型，并以此为盆地构造理论模拟（定量）分析做了开拓性工作。其理论模拟分析结果与一些盆地的观测数据基本吻合，支持了大陆纯剪切伸展模式的合理性，从而推动了纯剪切伸展模式的应用。

（二）简单剪切伸展模式

早在20世纪60年代，美国地质学家就在北美西部科迪勒拉山脉盆岭区发现了大型近水平断层（或滑脱面）。此后的研究证明这是一条大约以12°倾角向地下延伸的大型低角度正断层，正向滑动至少有30km，甚至有50～60km。这一发现给人们以重要启示。Wernicke（1981，1982，1985）在研究美国西部盆岭区伸展构造的基础上提出了大陆岩石圈的简单剪切伸展模式。他认为地壳或岩石圈中存在的一些大型低角度正断层是大陆伸展变形的主要运动面。并且这个大型低角度正断层在大陆伸展中发生旋转剪切变形，位于该面之上的上盘系统进一步被大量旋转正断层肢解。整个岩石圈的伸展变形是一种旋转的简单剪切应变体制(图7-7)。在简单剪切伸展模式中，浅层地壳中脆性破裂构成的伸展构造系统，是由地壳中岩石圈尺度的大型低角度正断层上盘的剪切滑动引起的，其中的主要伸展断层不具有旋转平面式正断层或铲式正断层特征。低角度正断层切穿整个岩石圈，造成地壳的脆性伸展区域与上地幔的韧性伸展(在低角度正断层延伸部位发生韧性伸展，实际上也是低角度正断层的一部分)区域在垂向上并不叠加。因此，在任意给定的垂向参照线上，地壳的伸展减薄与上地幔的伸展减薄都是不均匀的。

图7-7 岩石圈简单剪切伸展模式

(据B.Wernicke，1985)

β_m—地幔岩石圈的伸展系数；β_c—地壳的伸展系数

简单剪切模式能够较好地解释裂陷盆地的非对称性及由裂陷盆地向伸展造山带演化等许多构造现象，而这些现象在美国西部盆岭区有充分的表现，其地球物理场特征也表明地壳的伸展区并非与上地幔的伸展减薄带相叠合。因此，这种模式一经提出后就被认为是可以接受的，是合理的，得到了许多学者的支持和响应(Ma Xingyuan et al.，1987；Lister，1986；Dixon et al.，1989)。

简单剪切伸展模式将裂陷盆地构造与盆地边缘及隆起区构造(如变质核杂岩的形成与隆起机制)有机地联系在一起。因而无论在研究盆地伸展构造方面还是在研究造山带伸展构造方面均得到广泛的应用(Lister et al.，1989；单文琅等，1991；张家声，1995)。最近几年，地质学家不仅关注低角度正断层上盘的脆性伸展机制，而且注意研究其下盘系统的变形与隆升机制(Lister et al.，1989；杨振升等，1995)。因此，低角度正断层面(或坡坪或拆离断面等)在简单剪切伸展中还可以发生复杂的变形，并产生相应不同部位的下部岩石圈界面(如莫霍面等)的隆起。

(三)分层拆离组合伸展模式

Eaton(1980)在研究美国西部盆岭构造区地壳的地质和地球物理特征的基础上，提出了一种大陆伸展模式(图7-8)，这可能是较早提出的一种分层组合伸展模式。它包含着两个重要思想：①地壳(或岩石圈)伸展构造是分层次的；②不同层次地壳或岩石圈的伸展变形方式可以不同。如图7-8 所示，浅层次的伸展构造受一条大型拆离断层控制，在上地壳的脆性系列域，拆离断层上盘系统为一系列同向倾斜旋转的铲式正断层，形成不对称的半地堑-半地垒(掀斜断块)构造。基本的变形机制属于旋转伸展的简单剪切伸展；深层次(下地壳及上地幔)的伸展则是纯剪切伸展机制，形成透入性的韧性流变及基性岩墙群侵入。这种伸展构造模式既强调大型拆离断层在岩石圈伸展中具有关键性作用(特别是对于浅层次的脆性构造的影响)，同时充分考虑了岩石圈在伸展过程中的“颈缩作用”。

图7-8 大陆分层伸展模式

(据G.P.Eaton，1980)

L₁—上地壳脆性伸展为主，产生断裂及掀斜断块，具有旋转伸展变形特点；L₂—脆韧性过渡层，形成滑脱断层或拆离断层；L₃—下地壳发育深成岩墙，片麻岩及混合岩，脆性-韧性伸展；L₄—壳下岩石圈，以韧性伸展为主

Lister et al.(1991)认为拆离断层可以是低角度正断层或坡坪式正断层，并认为拆离断层可以以低角度倾斜切穿整个岩石圈，也可以在地壳的韧性层中滑脱。据此，提出了岩石圈分层拆离组合伸展的5种模式(图7-9)。

广义的岩石圈分层拆离组合伸展模式还包括很多类型，例如，Royden＆Keen(1980)，Hellinger＆Sclater(1983)先后提出的用于理论模拟的岩石圈双模式等都可归属于分层拆离组合伸展模式。分层拆离组合伸展模式，可以是分层纯剪切伸展或分层简单剪切伸展，也可以是由简单剪切伸展(例如上部岩石圈)和纯剪切伸展(例如下部岩石圈)分层拆离组合而成；不同层次伸展变形发生的区域在垂向上可以叠合，也可以不叠合。因此，这一类型的大陆伸展模式有比较灵活的适应性。其主要强调岩石圈的分层性特征及大型拆离断层(滑脱断层)在岩石圈裂陷伸展过程中所起的重要作用。分层拆离组合伸展模式中的拆离断层具有调节和传递上、下层次的伸展应力的功能，可以认为是近水平的“传递断层”。

图7-9 分层拆离组合伸展模式的5种类型

(据G.S.Lister et al.，1991)

另外，还有很多研究者综合不同区域具体的伸展构造特征或从理论上提出了各种形式的大陆伸展模式或解释性模式(马杏垣，1982；Anderson et al.，1983；Back，1988；Malavieille，1993)，但基本上都属于上述三大类型的伸展构造模式。

总之，纯剪切伸展模式和简单剪切伸展模式是解释大陆伸展机制的两种极端性认识，而自然界的大陆伸展机制可能比人们设想的要复杂。但是，建立模式在地质构造研究中是很必要的，它是认识构造地质现象及构造过程的概括和总结。将大量地质资料中得到的认识上升到概念性模式是产生新的地质理论的重要步骤。然而，应用已有的模式去解释一个具体区域的地质现象和地质过程就必须小心谨慎。一个区域的大陆伸展机制可能在地质发展的不同时期有所不同。相应，在不同时期大陆伸展模式也会发生变化。所以，必须用动态的、灵活的态度去观察和研究具体区域的地质、地球物理场资料，并在此基础上建立能最大程度地解释各种地质、地球物理现象的大陆伸展模式。