香肠构造在大地构造研究中的应用

时间：2023-01-27 励志故事版权反馈

【摘要】：第六节　香肠构造在大地构造研究中的应用越来越多的研究者注意到香肠构造与大地构造样式的相似性，并将岩石圈尺度香肠构造引入大地构造研究的范畴。实际上早在1983年，Fletcher和Hallet对美国盆岭省的大地构造力学模型研究后就已指出，该地区盆岭构造是岩石圈不稳定拉张的结果，并讨论其地貌、力学演化和矿物岩石流变性质。在下地壳香肠化过程中，处于香肠体连续处的上覆盖层通过下地壳的交互伸展作用向香肠颈缩区发生拆离伸展。

香肠构造在大地构造研究中的应用_香肠构造与流变学

第六节　香肠构造在大地构造研究中的应用

越来越多的研究者注意到香肠构造与大地构造样式的相似性（Fletcher和Hallet，1983；Ricard和Froidevaux，1986；Lynch等，1987；Lacassin，1988；Daniel等，1996；Gueguen等，1997；Gartrell，1997；朱介寿等，1997，2004；蔡学林等，2003，2004；Klepeis等，2007；Price和Raymond，2009；Gibson，2012），并将岩石圈尺度香肠构造（Lithospheric　Boudinage）引入大地构造研究的范畴。

Lynch等（1987）研究了太平洋中部雁行排列的长200km左右的洋脊地貌和玄武岩成分，认为其构造环境为拉张裂隙，一种可能的形成机制是在板块尺度上的拉伸应力作用下，发生岩石圈规模的不稳定肿缩变形（pinch-and-swell　instability），并总结出其特征的波长为变形板块厚度的4倍。Daniel等（1996）在法国东南部科西嘉Centuri地区阿尔卑斯中新世滑脱构造及其下盘基底的变形研究中指出，地壳规模的滑脱构造伴随着深部地壳的韧性变形，深部下地壳的肿缩变形等香肠化过程同时还伴有不对称的张性剪切变形（图3-21）。

图3-21　法国东南部Centuri地区构造剖面（据Daniel等，1996，修改）
单箭头表示剪切方向和线理展布方向，双箭头表示同轴伸展方向

Gueguen等（1997）研究了西地中海弧后盆地岩石圈尺度的香肠构造，认为西地中海弧后盆地所隔断的大陆岩石圈呈现出香肠体的状态（以撒丁-科西嘉块体最大），并增强了大洋新生地壳的出露，这种拉伸变形通过向东倾伏和低角度正断层表现出明显的不对称性；研究发现岩石圈尺度香肠构造表现出100～400km的波长，与西太平洋-大西洋岩石圈尺度香肠构造有一致性。

朱介寿等（1997，2004）在将东亚及西太平洋地区的岩石圈划分为8种结构样式，将香肠状结构、藕节状结构分别列为结构样式之一，并进一步论证了华北地块为香肠状结构，菲律宾板块为藕节状结构。云金表等（2003）对松辽盆地深反射地震资料的分析认为，松辽盆地地壳具有层圈结构，拆沉减薄与地壳“三明治”结构的形成和上地壳伸展沉降及其后期的热沉降，造成了盆地整体凹陷与地幔凸起成镜像关系，断陷与拆离带凸起也成偏镜像关系。

蔡学林等（2003，2004）在对华南及邻区天然地震面波层析成像的构造解析（图3-22）和四川黑水—台湾花莲人工地震测深剖面与天然地震面波层析成像的分析基础上，总共建立了岩石圈的四种三维几何结构样式：克拉通陆根状结构、造山带楔状结构、碎块状结构和藕节状结构，以及岩石圈三类构造演化类型：克拉通型岩石圈、增厚型岩石圈、减薄型岩石圈和大洋型岩石圈，并认为菲律宾海大洋型藕节状岩石圈平均厚度较大（83km），大于菲律宾海板块整体岩石圈厚度，可能是由台湾花莲—台东一线发生的弧陆碰撞引起的。

Gartrell（1997）采用物理模拟实验方法，研究了断陷盆地与低角度拆离断层演化过程中的香肠化作用，从而验证了拉伸状态下断陷盆地、滑脱断层体系及其相伴塌陷地堑、低角度正断层体系的形成机制与过程（图3-23～图3-24）。美国西部的盆岭省（The　Basin　and　Range Province）是由一系列相间排列的地堑谷和山脊，即由地堑与地垒相间排列所形成的盆岭构造区域（Fletcher和Hallet，1983），Gartrell实验结果（图3-23B）从地貌和构造样式上与盆岭省是极为相似的。实际上早在1983年，Fletcher和Hallet对美国盆岭省的大地构造力学模型研究后就已指出，该地区盆岭构造（basin-and-range　structure）是岩石圈不稳定拉张的结果（图3-25），并讨论其地貌、力学演化和矿物岩石流变性质。

Fraser等（2006）通过对巴西圣埃斯皮里图盆地（Espirito　Santo　basin）的区域二维地震资料的分析认为，该地区纽康姆阶（Neocomian）岩石圈伸展作用由中上地壳脆性层的差异香肠化作用主导。

图3-22　华南地区岩石圈三维几何结构样式（蔡学林等，2003）

图A为克拉通型岩石圈；图B为增厚型岩石圈；图C为减薄型岩石圈

图3-23　断陷盆地与低角度拆离断层实验及结果（Gartrell，1997）

图A为实验装置与材料；图B为实验结果的地貌样式

图3-24　断陷盆地与低角度拆离断层实验纵向剖面（对应图3-23B）（据Gartrell，1997，修改）

图3-25　单个波长的香肠化岩石圈的变形网格（据Fletcher和Hallet，1983）

Klepeis等（2007）通过对西新西兰地区详细的构造解析、变质岩石学及锆石U-Pb定年研究得出：在约111～90Ma期间，该地区相对软弱的中地壳的近水平伸展与垂向减薄导致上地壳与出露地表的中地壳物质发生破坏，发育变质核杂岩；在这个阶段，发育的系列共轭剪切带使地壳发生横向与垂向的位移转换，导致在相对强硬的下地壳中，形成地壳尺度的剪切带型香肠构造（图3-26）。

图3-26　西新西兰地区早白垩世伸展作用形成的变质核杂岩发育的第三阶段（据Klepeis等，2007）

T_IC为下地壳的冷却温度；RI、WJ、PSZ、CA、BG、DS、BS、MI、VR分别指代具体地名

Price和Raymond（2009）通过研究认为科迪勒拉造山带始新世的伸展破坏包含有地壳尺度的香肠化作用（crustal　scale　boudinage）。在下地壳香肠化过程中，处于香肠体连续处的上覆盖层通过下地壳的交互伸展作用向香肠颈缩区发生拆离伸展。而洛基山脉地区包含了区域性的前陆褶冲带基底滑脱作用的，并涉及到先期逆冲断层复活运动的薄皮正断层作用，也被转换成下地壳香肠颈缩区的交互韧性伸展作用。Gibson（2012）通过研究发现加拿大南部的科迪勒拉地区的包泽盆地（Browser　basin）发育于地壳厚度为40～45km的平坦的过渡区域内，而其两侧地区的地壳厚度都在55～65km之间，这表明中-晚白垩世的地壳结构在剖面上呈类似于岩石圈尺度香肠的哑铃形：两侧为以厚皮状变形、高级变质、深熔作用以及深成岩作用为特征的成对造山带，中间为以经典薄皮斯基纳（Skeena）褶冲带为特征的包泽盆地。

Ricard和Froidevaux（1986）曾以岩石流变学理论，分析了岩石处于拉张环境中的不稳定性与岩石圈尺度的香肠构造，认为幂律力学和主波长理论在岩石圈尺度香肠构造的形成和演化中是适用的，岩石圈不同圈层（上地壳、下地壳和岩石圈上地幔等）由于边界条件、载荷、流变性质等条件的不同具有不同的波长和振幅；并认为褶曲变形和香肠化是具有统一性的，在一定的条件下是可以相互转换的，如图3-27所示，上地壳一直保持香肠构造的肿缩状态，而岩石圈上地幔则由香肠化向褶曲转换。