【汇旺担保】 断块构造说

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[拼音]:duankuai gouzaoshuo

[外文]:theory of fault-block tectonics

一种关于地球岩石圈构造及演化的理论。它认为岩石圈固结之后,断裂活动就佔据了主导地位。断块就是被岩石圈中不同深度的断裂及层间滑动断裂所切割成的块体,各块体之间在物质组成、构造滑动性和地质演化诸方面均有明显的差异。断块构造说强调块缘的形成与形变研究,因为它们是认识断块形成演化及其运动学和动力学的主要标志;同时也重视块内结构不均一性的研究,因为块内各种不均一地质因素,都可在同一区域应力场情况下导致块内应力的分布形式和边界条件的变化,使块内应变影象变得十分复杂。

断块构造说是张文佑于1974年提出的。它是以地质力学为基础,吸取了地槽地台学说和板块构造学等的有关内容,在研究中国及邻区大地构造特征和模拟实验的过程中建立和发展起来的。

基本内容

F.恩格斯曾指出“一切运动都存在于吸引与排斥的相互作用中”。前者常表现为地球的引力收缩作用;后者常表现为地球的热力膨胀作用。引力收缩可与大地构造作用中的挤压相比;热力膨胀则可与拉张相当。在地球演化过程中,“排斥”表现为地核-地幔-地壳的分异或大洋型地壳与大陆型地壳的分异、拉张作用,使断块间作相背运动,导致统一的大陆破碎解体,进而转化为过渡型或大洋型地壳;吸引则表现为各层圈之间的熔融作用或大陆型地壳、大洋型地壳以及它们之间的挤压作用,使断块间作相向运动并发生汇聚,导致过渡型或大洋型地壳转化为大陆型地壳等等。一个时期或(和)一个地区的挤压,必伴有另一个时期或(和)另一个地区的拉张;反之亦然,如洋中脊的扩张与海沟岛弧带挤压的对立统一。然而,挤压或收缩、拉张或膨胀都不是均一的,既表现为其幅度和速度的不同,又表现在挤压和拉张的相对性,既在总体挤压背景中,幅度小的和速度慢的相对幅度大的和速度快的则表现为相对的拉张;反之亦然。因深层膨胀引起浅层拉张和深层收缩引起浅层挤压而导致深层与浅层各层之间的层间滑动。这样又引起了水平运动与垂直运动的对立统一关系,以及基底与盖层、高速层与低速层、硬岩层与软岩层之间相互作用的辩证关系。

断块构造坚持地质力学分析与地质历史分析相结合的原则。地质力学分析是基础,强调各构造要素的空间组合;地质历史分析是综合,著重各类地质体的时间演化。其内容应包括正确运用和认识下述几个方面的对立统一关系:

(1)形成(或建造)分析与形变(或改造)分析相结合。形成是形变的基础,同期形成决定同期形变,前期形变控制后期形成。

(2)构造的现存形式与历史演化的分析相结合。历史演化是现存形式的基础,即构造的继承性与构造的新生性的相互关系。

(3)构造的空间分布与时间发展的分析相结合。空间分布是基础,时间发展演化是综合。

(4)小(微)型构造与大型构造的分析相结合。小型构造研究是大型构造研究的基础,即构造的相似性与非相似性的统一。

(5)浅层构造与深层构造的分析相结合。即深层控制浅层,浅层影响深层,或者说基底控制盖层,盖层影响基底。并须充分注意同一构造组合在不同构造位的差异及其内在联络。

地球在其漫长的演化过程中,经历了无数次构造变动,遗留下错综复杂的构造形迹。断块构造说认为,应力集中是产生构造应变的前提,而地质体的不均一性和作用力的不均一性是决定应力集中的主要因素。因此,不均一性的分析是大地构造和构造地质研究的关键。这也是断块构造说主要特色之一。当然,均一和不均一也是相对的,即小范围的不均一,在大范围内可相对看作是均一的。断块构造说之所以强调不均一性的分析,是因为应力往往在不均一处集中,而成为构造运动的起点。它决定了大地构造演化中空间上的不平衡性,以及时间上的渐变与突变或连续性与阶段性的统一。在研究不同构造的空间分布规律时,它是正确认识构造位和构造系的基础;在研究大地构造的演化规律中,它是正确划分构造阶段、构造旋回、构造幕和形变期次的前提。

断块的运动学问题主要涉及断块的活动方式。相邻断块的活动一般表现为水平运动和垂直运动两种方式。水平运动表现为拉张、挤压以及分别与它们处于同一运动系统中的剪下。地质力学分析表明,一个地区拉张,必伴有相邻地区挤压,反之亦然。地质历史分析表明,一个时期拉张,往往导致另一个时期挤压,反之亦然。一个总体的拉张时期内可以有短暂的相对挤压阶段发生,反之亦然。需要指出的是,由于地球结构的不均一性,单纯的拉张和挤压是少见的,一般都伴有同一运动系统的剪下,即剪下-拉张,剪下-挤压。两断块间的剪下拉张(或剪下挤压)必伴有它们和相邻断块间的剪下,导致块体的转动。此外,断块在水平运动中各层圈的运动速度往往存在差异,导致不同深度层次的剪下。垂直运动表现为块体的隆起和凹陷。由于断块各部分在其隆起和下陷时的速度和幅度不同,往往产生断块的抬斜运动或掀斜运动。从力学分析角度来看,水平运动和垂直运动是同一运动的两个侧面,如隆起导致表层拉伸和深部挤压,凹陷则使表层挤压和深部拉张。反之,断块间的背向水平运动(拉张)形成凹陷、裂谷至深海盆地,而相向水平运动(挤压)则造成隆起和山脉。当然,作为同一运动的两个侧面的水平运动和垂直运动,何者为主,要根据时间、地点和边界条件作具体分析,如高角度断层面上的垂直位移大于水平位移;而低角度断层面上的位移状况则相反。同一条逆冲断裂,表层以垂直运动为主,而深层则往往以水平运动为主。

探讨断块的驱动力问题,必须强调断块的运动学与动力学的统一,驱动断块的力与形成断块的力的统一,以及水平运动与垂直运动的统一,综合分析地质、地球物理、天文(特别是其他类地行星)的资料。地球的形成和发展都处在自转和公转的运动中,而自转和公转都受引力和热力的控制。地球内部物质在引力作用下发生分异和收缩,使重的组分向下聚集,导致地球转动惯量减小,自转角速度增大,离心力增大,造成有高纬度向低纬度地区的挤压;热力作用则引起体积膨胀或某种方式的热对流,使下地壳和上地幔物质沿断裂冲入地壳上部,重的组分向表层聚集,导致地球转动惯量增大,自转角速度变慢。在这种质量再分配中(包括外部天体的影响),地球自转轴也发生一定的偏移,地球内部各层圈的相对扁率也会发生变化。上述变化均可导致离极力、科里奥利力、旋转速度不均一效应与极移应力的产生。这些力的量级尽管不大,但它们在不均一处集中又在漫长的地质历史时期内起作用,则存在著推动全球构造运动的可能性。各断块间的相互错动、碰撞与拉开,就是在这些过程的相互交替和联合作用下发生的。

研究方向

断块构造说将通过以下问题的深入研究进一步充实和完善:地球深部地质作用过程;不同层次层间滑动断裂的活动方式及其机制;断块的运动方式(包括幅度和速率)与时间演化的统一及其所伴生的形成与形变分析;岩石圈的物质组成、演化模式及其动力学问题等,并加强全球地质的对比研究。

参考书目

张文佑著:《断块构造导论》,石油工业出版社,北京,1984。

孙枢等主编:《断块构造理论及其应用》,科学出版社,北京,1988。

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