[科普中国]-对称伸展作用

简介

从构造运动学角度来看，岩石圈的被动裂陷作用可以概括为两种端元体制，即以 McKenzie模式为代表的纯剪切变形体制和以 Wernicke模式为代表的简单剪切变形体制。在构造变形分析中，纯剪切变形是指一种共轴递进变形，即在整个递进变形过程中，应变主轴的方向保持不变(图a);而简单剪切变形是一种非共轴递进变形，在整个递进变形过程中应变主轴随递进变形的发展而发生改变(图b)，用一叠卡片可以很好地模拟这一过程。

McKenzie模式和 Wernicke模式是盆地定量模拟的基础，也是进一步研究更为复杂的地壳伸展变形作用的基本出发点。1

重要假设对称伸展作用有三个重要的假设：

① 假定地壳和岩石圈的伸展量是相同，即均匀伸展假设;

② 伸展作用是对称的，不发生固体岩块的旋转作用。由此导致的岩石圈的伸展过程中，主应变轴的方位不会随时间而发生变化，因此，这是纯剪切变形状态;

③ 当岩石圈受到瞬时和均匀的拉伸作用而变薄时，热的软流圈为了保持岩石圈均衡而被动上隆，此时，如果大陆岩石圈的初始表面相当于海平面，可以得到机械伸展造成的沉降量和隆起量。1

伸展定量模型基于上述假定，McKenzie(1978)提出了均匀伸展定量模型，基本的要点是：

(1)盆地的总沉降量由两部分组成：其一是由初始断层控制的沉降，它取决于地壳的初始厚度及伸展系数 β;其二是岩石圈等温面向着拉张前的位置松弛，从而引起的热沉降，热沉降只取决于伸展系数 β大小。

(2)模拟结果表明，断层控制的沉降是瞬时性的。由于热流值随时间而减小，因此，热沉降的速率随时间呈指数减小。一般情况下，大约 50Ma后，岩石圈的热流值将降低到其初始值的 1/e，因此，裂谷活动停止以后，热流值对 β的依赖程度很小。

将盆地的沉降区分出断层控制的同裂陷期(synrift)沉降和热作用控制的裂后期(postrift)沉降是 McKenzie均匀伸展模型的最主要的贡献，它揭示了岩石圈裂陷作用所导致的盆地沉降的普遍特征。

许多盆地的实例显示出上述盆地沉降特征的普遍性。我国东部几个典型伸展型断陷盆地均显示出断 -坳型或“牛头”型结构，实际上这种结构就代表了上述两阶段的沉降模式，即断层控制的同裂陷期(synrift)沉降和热作用控制的裂后期(postrift)沉降。1

误差校正由 McKenzie均匀伸展模型预测的地壳伸展系数 β、初始沉降以及热沉降与地质观测结果存在误差。实际的地壳伸展量和初始沉降量要比根据McKenzie模型预测的小得多，而热沉降值要比根据 McKenzie模型的伸展系数 β预测的大得多(Sclater等，1980)。因此，在 McKenzie均匀伸展模型之外，许多学者又提出了不少的改进模型(RoydonandKeen，1980)，如随深度变化的非连续性拉张模型或随深度变化的连续性拉张模型等，用以研究地壳伸展量对热沉降值和高程变化的影响。

对称伸展作用导致盆地两侧对称构造的发育，如果盆地的发育进入到大陆漂移阶段，裂谷张开的中心将与洋盆扩张的中心一致。1

作用结果伸展盆地是与在引张作用下地壳和岩石圈伸展、减薄作用有关的一类裂陷盆地，由陆内裂谷到被动大陆边缘这一盆地演化序列所构成。裂谷是最常见的一种伸展盆地。裂谷概念是1896年Gregory描述东非裂谷时提出的一个术语，初期的含义指的是在平行的正断层之间的一种狭长的凹陷。后来 K.Burke(1980)修改了 Gregory的定义，指出裂谷是由于整个岩石圈遭受伸展破裂而引起的狭长凹陷。需要强调的是：第一，该裂谷定义中未提到平行断裂，主要是由于许多裂谷边界不一定是两条平行断层，而可能仅在一边具有大型断层;第二，定义中提到的整个岩石圈遭受破裂是强调裂谷作为一种大尺度构造，而把中、小型构造，例如，浅层由于挤压作用在轴部发育的张性地堑系，盐丘构造上部产生的小型地堑系，排除在外;第三，定义中所提到的伸展破裂是将裂谷与贯穿岩石圈的其他大型断裂，例如转换断层，区别开来。综合上述，裂谷比较完整的定义应当是“由于整个岩石圈遭受伸展破裂而引起的，并且常常是一侧或两侧为正断层限制的断陷盆地”。

除了裂谷外，坳陷(sag)、坳拉槽(aulacogen)和被动大陆边缘也属于伸展盆地。裂谷与只经过区域沉降但缺乏大型伸展断层的坳陷、坳拉槽和被动大陆边缘的主要差别。在真正的裂谷中，由于岩石圈上隆、减薄或区域应力场产生的张性偏应力足以克服岩石的破裂强度，从而形成断层。如果张性偏应力不足以造成脆性破裂，那么隆起或沉降作用就会在无断裂的情况下进行。如果热源供应中断并不再有新的热源，那么岩石圈就会发生热收缩作用并引起热沉降。当裂谷继续伸展，在扩张中心形成新的洋壳时，就开始了裂谷系向被动大陆边缘的演化阶段，即裂谷 －漂移阶段。被动大陆边缘楔状沉积体记载了岩石圈对其持续不断的冷却作用及大量沉积物本身负载的响应。1