裂谷盆地成因机理Word文档格式.docx

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Huismans（2014）探讨了下地壳强度对上地壳、岩石圈地幔层圈耦合性的影响以及存在克拉通刚性基底时变形机理。

Tetreault（2018）总结出岩石圈不同流变结构下大陆裂谷演化模式。

Salazar（2018）以超大陆拼合前板块碰撞俯冲带作为初始构造薄弱带，探讨裂谷初始裂解与古碰撞造山带的关系；

Manatschal（2015）探讨了真实岩石圈结构（具有先存构造带）与理想化岩石圈结构对裂谷演化的影响；

Chenin（2019）探讨先期继承性缝合带与古大陆拼合时板片俯冲断裂造成的地幔亏损对裂谷演化的影响。

Wenker（2018）探讨了不同属性的岩石圈（克拉通型、造山带型）以及地壳内异质性对裂谷初始应变集中的影响；

Beaumont（2012）探讨了不同的地壳强硬性与薄弱带对裂谷盆地演化的影响；

Naliboff（2015）以裂谷演化的多时相为基点，表明裂谷演化过程若存在构造冷却期，会发生跃迁，形成新的扩张中心；

Beniest（2017）通过设置克拉通刚性基底，模拟出裂谷跃迁构造模式。

Svartman（2015）以岩石圈热年龄反推岩石圈厚度（LAB深度），并探讨不同岩石圈厚度、地壳厚度对裂谷演化的影响；

Geoffroy（2015）通过在岩石圈之下设置温度异常、岩石圈内部设定挡板正演了主动型裂谷的演化阶段。

虽然一些学者对某种类型的裂谷盆地进行了动力学机制的探讨和分析，但对于具体研究区缺少针对性的、与实际对标的数值建模，对于火山型陆缘成因机制的研究多是大陆破裂后的岩浆活动，而主动裂谷形成与演化过程中地幔作用（包括岩浆上涌减压熔融过程或特定温压下熔体作用）尤其是针对于南大西洋南段主动裂谷成因的动力学机制，尚缺少数值验证。

同时，双扩张中心裂谷可用裂谷跃迁模式解释，但前人提出的几种裂谷跃迁模式均不适用于南大西洋实际情况，尚缺少与实际匹配的数值模拟论证，国内外研究尚属空白。

南大西洋油气区为国际上重要的油气勘探区，其特殊的构造形成环境对油气成藏的影响仍是当今研究热点。

其中，盐下裂谷盆地层系油气勘探为目前重要的勘探区域；

另外，非洲大陆发育典型的东非-红海裂谷原型盆地（Macgregor，2015），发育受控于地幔柱活动，裂谷盆地具有构造分段，受基底构造影响，具有斜向张开特点，然而其单因素对于裂谷盆地发育的控制作用的研究尚处于空白，需要进行相关的数值模拟进行论证并探明其成因机制；

目前围绕渤海湾、东海陆架和南海盆地，持续开展了地震勘探及重磁研究，揭示盆地宏观结构特征（Franke，2018；

赖维成，2013），并开展了相关盆地成因的物理模拟实验研究，对中国东部裂谷盆地成因演化已形成了系统的理论总结。

我国东部发育新生代裂谷盆地，大多处于坳陷以后阶段，具有深层油气勘探潜力，其动力学、热力学成因演化过程只能依靠数值模拟计算实现定量化研究，而目前研究尚薄弱，不具有对深层油气勘探指导意义。

一、裂谷盆地类型

裂谷盆地按照形态构造样式可划分为6种：

宽裂谷、窄裂谷、高角度断裂组合裂谷、低角度断裂组合裂谷、对称裂谷、非对称裂谷（表1）。

表1.裂谷盆地类型及其构造特征

（形态学分类）

裂谷盆地按动力学成因可划分为4种：

宽裂谷、窄裂谷、贫岩浆型裂谷、富岩浆型裂谷（表2）。

根据发育位置，裂谷可分为大陆裂谷、陆间裂谷和洋中脊裂谷。

表2裂谷盆地类型及其构造特征

（动力学成因分类）

1.宽裂谷和窄裂谷

关于窄裂谷前人研究较多，它在岩石圈尺度上具有集中性变形特征（变形范围一般为50~100km），变形区与不变形区之间存在较大的地壳厚度与地形的横向变化，窄裂谷作用属于稳态岩石圈伸展，其形成与强度较大的脆性上地幔有关，通常是在纯剪切机制下形成，窄裂谷内地壳厚度梯度变化较大，典型窄裂谷的实例包括东非大裂谷、贝加尔裂谷等。

相反，宽裂谷的变形区域很宽（可达1000km左右），内部常发育变质核杂岩.宽裂谷具有2个特征，即宽达800km的宽泛的弥散伸展应变区、较小的地壳厚度与地形的横向变化。

其伸展变形主要发生在薄的脆性上地壳，岩石圈的其他圈层以大规模的韧性流动为主，有2种地质条件利于宽裂谷作用的发生：

强上地幔主导岩石圈流变学特征和低应变速率；

增厚地壳的重力势能为主导，即重力垮塌，重力势能可以阻止变形的局部化（张进江等，2019）。

盆岭省、爱琴海盆地是典型的宽裂谷。

平面上，宽裂谷通常由一系列平行延伸或分叉、斜交的半地堑组成，表现为断层的极性与地堑的偏移，McClay等的物理模拟实验表明沿着裂谷的走向断层具有很强的分段性特征，并发育多种类型的构造转换带。

剖面上，宽裂谷通常由发育在地壳中的大型低角度拆离正断层控制，它常控制变质核杂岩的发育，裂陷盆地是拆离正断层上盘的地壳断块旋转伸展变形的产物，宽裂谷可以埋藏在后继的沉积盆地之下，也可以直接暴露在地表，甚至拆离正断层所控制的变质核杂岩也广泛出露在地表（陈为佳等，2014）。

2.对称裂谷和非对称裂谷

对称裂谷以纯剪切为主，裂谷盆地两侧宽度相近。

非对称裂谷以简单剪切为主，下地壳常作为滑脱层牵引裂谷向一侧迁移。

韧性变形有利于地壳的对称减薄，而脆性变形在断层形成较少时能量效率较高，因此它有利于不对称。

穿时性拆离断层控制了盆地相对不对称形状，并造成了相当大的可容空间（Masinietal.，2014），穿时性拆离断层的存在可导致地壳薄化（Saspiturryetal，2019；

Benoitetal，2020）。

这也表明，上地壳在近端（向大陆方向）和远端（向海洋方向）边缘域均表现为主要的脆性模式。

3.主动裂谷和被动裂谷

从动力学成因上将大陆岩石圈的伸展主要是由区域应力场或者软流圈热隆起效应引起的，据此裂谷盆地可划分为主动裂谷和被动裂谷。

主动裂谷产生于地幔对流或地幔柱形成的地幔物质上涌，其形成动力来自岩石圈底部，是由上升的地幔对流物质引起的，上升的地幔柱引起岩石圈减薄、地壳均衡隆起。

岩石圈通过加热、吸附在软流圈表面而热减薄，此外就是伸展导致的颈缩现象。

东非裂谷被看作是主动裂谷的典型例子，有广泛的隆起，裂谷系，火山作用明显。

而被动裂谷形成于岩石圈的直接拉伸，岩石圈可在多种环境下经拉张而形成伸展，其动力来自板块边界，底劈软流圈的隆升是岩石圈伸展的响应。

岩石圈由于伸展而减薄，软流圈的被动隆升带来一系列的二次过程：

减压熔融、地壳或岩石圈岩浆岩的底侵、大陆溢流玄武岩的喷发等。

二、裂谷盆地构造发育的主控因素

大陆裂谷的构造演化受岩石圈流变和热结构、地壳非均质性、壳幔各向异性、裂谷系统的动力学等多种因素的影响。

但是，这些参数的影响往往很难通过观测研究来估计，正演数值模拟可以用来研究控制裂谷系统基本动态的关键过程。

1.岩石圈流变学属性对裂谷盆地构造发育模式的影响

Brune（2017，2014）以岩石圈流变性为自变量，探讨岩石圈强度对裂谷演化的影响，他建立了一个模型，该模型强调由连续的上地壳断层完成的裂谷迁移，并通过下地壳流动来平衡（Bruneetal，2014；

Bruneetal，2017），他认为地壳流变学控制着裂谷的样式，并最终决定着裂谷边缘的构造，在冷的、强的、薄的地壳中，伸展被脆性断层和韧性剪切带所容纳，这些断层形状不对称，形成狭窄的裂谷。

热的、弱的、厚的大陆地壳以韧性变形为主，并经常对称地延伸到宽阔的裂谷系统。

使用干橄榄石流变学（Hirthetal，2003）来模拟强的、枯竭的次大陆地幔的变形，而使用湿橄榄石流定律（Hirthetal，2003）来模拟弱的、软流圈地幔。

Huismans（2014）探讨了下地壳强度对上地壳、岩石圈地幔层圈耦合性的影响以及存在克拉通刚性基底时变形机理（Huismansetal，2014）。

Tetreault（2018）总结出岩石圈不同流变结构下大陆裂谷演化模式（Tetreaultetal，2018）。

2.岩石圈伸展速率对裂谷盆地构造发育模式的影响

伸展应变速率主要与岩石圈热扩散有关，伸展变形主要集中在岩石圈强度较小的区域。

在低应变速率下，变形区域易横向迁移，使得裂陷作用发生在宽阔的地壳范围内，若同时出现低角度或近水平的拆离断层，会形成一系列的拆离断层上盘的裂陷盆地。

较高的裂谷速度通过更有效的软流圈热平流提高了挖掘通道的温度。

更快的裂谷作用会产生更宽的边缘，具有更明显的不对称性。

Tetreault（2018）探讨了裂谷在超慢速至快速不同伸展速率影响下，裂谷演化的构造样式（Tetreaultetal，2018）。

3.岩石圈基底构造对裂谷盆地构造发育模式的影响

Wenker（2018）探讨了不同属性的岩石圈（克拉通型、造山带型）以及地壳内异质性对裂谷初始应变集中的影响（Wenkeretal，2018）；

Beaumont（2012）探讨了不同的地壳强硬性与薄弱带对裂谷盆地演化的影响（Beaumontetal，2012）；

Naliboff（2015）以裂谷演化的多时相为基点，表明裂谷演化过程若存在构造冷却期，会发生跃迁，形成新的扩张中心（Naliboffetal，2015）；

Beniest（2017）通过设置克拉通刚性基底，模拟出裂谷跃迁构造模式（Beniestetal，2017）。

前裂谷盐单元促进的脱耦和基底主要韧性减薄之间的相互作用（Ethè

veetal.，2018），导致异常薄的大陆地壳的发展，也就是裂谷的样式与前裂谷岩层的存在有关。

前裂谷盐和粘土单元作为滑脱层，当同裂谷复理石沉积时，允许前裂谷碳酸盐岩留在中央地垒两侧发育的盆地中。

裂谷前碳酸盐岩向远端区域滑动导致边缘构造剥蚀，碳酸盐岩残余在边缘形成孤立的筏体。

当地壳被侧向提取时，前裂谷覆盖层仍在盆地中心。

随后同裂谷沉积物的沉积使初始热异常得以保留，这主要影响了前裂谷沉积物和地壳基底的变形机制。

在向斜型盆地的轴线上，极端的纯剪切导致极薄的基底层的发育，上覆较薄的前裂谷和同裂谷沉积，下覆发掘的地幔。

4.岩石圈热熔融作用对裂谷盆地构造发育模式的影响

Geoffroy（2015）通过在岩石圈之下设置温度异常、岩石圈内部设定挡板正演了火山型裂谷的演化阶段（Gelffroyetal，2015）。

5.岩石圈圈层厚度对裂谷盆地构造发育模式的影响

Svartman（2015）以岩石圈热年龄反推岩石圈厚度（lab深度），并探讨不同岩石圈厚度、地壳厚度对裂谷演化的影响（Svartmanetal，2015）。

如果地壳厚度大（约50km）、莫霍面温度高（750℃以上），下地壳的流动性强，易导致变质核杂岩的发育，这种情况下上地壳的伸展非常集中，但是下地壳流动使地壳的减薄发生在很宽的范围内，它的流动还能使莫霍面形态保持平坦，随着伸展作用的持续，变质核杂岩演化为宽裂谷。

6.岩石圈性质对裂谷盆地构造发育模式的影响

Salazar（2018）以超大陆拼合前板块碰撞俯冲带作为初始构造薄弱带，探讨裂谷初始裂解与古碰撞造山带的关系（Salazaretal，2018）；

Manatschal（2015）探讨了真实岩石圈结构（具有先存构造带）与理想化岩石圈结构对裂谷演化的影响（Manatschaletal，2015）；

Chenin（2019）探讨先期继承性缝合带与古大陆拼合时板片俯冲断裂（slabbreak-off）造成的地幔亏损对裂谷演化的影响（Cheninetal，2019）。

Ferná

ndez-Lozano等人（2019）得出结论，坎塔布里安造山带形成导致的岩石圈性质的差异可能也是伊比利亚边缘以北白垩纪伸展盆地分布和形状的原因（Ferná

ndez-Lozanoetal，2019）。