万天丰-中国区域大地构造之十二(大陆构造的变形、变位、机制)
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中朝板块内- 1800 Ma， 扬子板块内（南北）- 1000 Ma， 祁连山-阿尔金带 400 Ma， 华夏板块完成拼合 400 Ma， 阿尔泰-额尔古纳、天山-兴安带 300-260Ma 秦岭-大别 带 800，400俯冲；205Ma碰撞， 绍兴-十万大山带 – 800俯冲，400 ？ 220Ma 碰撞 澜沧江 220 金沙江 255-227Ma 完达山 150-140 Ma， 班公-怒江 90~50Ma， 喜马拉雅 ~34Ma
板块构造动力学 •大陆动力学 处在定性的 探讨、猜想与假说阶段 •不能脱离海洋板块的研究
五、关于陆壳类型
陆壳类型
• S.Marshak, Van der Pluijm,
M. Hamburger 1999 Tectonics of Continental Interiors Tectonophysics , 305: 1-3 1997年9月 GSA Penrose Conference
新构造期 右行走滑逆断层 断面封闭， 浅部20km 以上断裂 活动， 走滑100200米
四、板内拉张断层、盆地 构造及其形成机制
• 表面为松散沉积的盆地, 为什么重力高? • 板内拉张带多数在古弱化带、断层带
基础上发育 • 当该带与某一期构造的最大主压应力 方向呈小角度相交时，就可以形成板 内拉张断层或形成断陷或凹陷盆地
燕山期 挤压，几 乎无走滑 主断面内 无岩浆活 动， 岩浆起源 深度 20km
四川期 走滑-正断层 （北左南右） 北延至远东 岩浆贯入 切到莫霍面 地壳断层 滑距小于 10km
华北期 南段挤压、 逆断层， 北段右行 走滑 几乎无岩 浆活动
喜马拉雅期 正-左行走滑 1-20 km 幔源包体、碱 性玄武岩 深切到50-80km 岩石圈断层
东秦岭 南阳-邓州地震剖面
扬子板块楔入秦岭地块之中地壳 中朝板块俯冲到秦岭地块之下
大别山段，扬子板块楔入中朝板块的上地壳
诸城-青岛段，中朝板块楔入扬子板块的中地壳 （ < 80 km）
构造混杂岩带，一系列断片
多期次变质、变形 大比例尺构造研究及其测年
构造岩同位素测年的复杂性
• • • •
• 现代活动汇聚边界（俯冲带）的陆
壳（日本）（A） • 现代活动碰撞带的陆壳（喜马拉雅 山）（B） • 现代活动裂谷的陆壳（东非裂谷） （C） • 现代板块转换边界的陆壳（美国加 州）（D）
中生代重新活动的陆壳（E），中生代
以来至少没有构造-热活动，然而有低温、 变形
中生代汇聚边缘带的陆壳（F）但其后
澜 沧 江
金 沙 江
楔状（wedging）或鳄鱼式（crocodile）碰撞带构造 赵永贵等1992；钟大赉， 1998
碰撞带平面展布曲折 不同地段对冲方式不同
秦岭-大别碰撞带 平面展布（Indentation）
秦岭-大别碰撞带深部 楔状(鳄鱼式)构造
扬子板块俯冲到秦岭地块之下 中朝板块俯冲秦岭地块到之下
大陆板内变形比较强烈的影响因素
（1）、中国大陆是由37个小陆块所组成、构造 稳定性差； （2）、沉积盖层厚度不均一、陆块上部岩石强 度较低； （3）、陆块经受了多期碰撞、拼合，基底断裂与弱化 带的构造继承性，基底构造影响盖层构造； （4）、元古代以来，尤其是中生代以来，周邻板块构 造作用较强，板内应力场多期次、多方向地发 生变化。
第十二章 大陆构造的变形、 变位及其动力学机制
万 天
2011
丰
中国大地构造的主要特色
小地块 板块内
多拼合 强变形
一、板内变形的动力学机制
•特 征 •影 响 因 素
•动 力 学 机 制
中国大地构造的基本特征
• 许多小陆块所组成。 • 一系列强烈的褶皱、断裂（包括逆掩断层）或十分
微弱的构造变形（仅发育张、剪节理），强度不同 的构造变形常常可以混杂地组合在一起(并非带状) • 陆内构造变形可深入大陆数千千米 • 发育了各类岩浆活动，动力变质作用 • 板内变形的强度，明显地低于板块之间的俯冲带或 陆-陆碰撞带的（缩短或位移量达数百-上千千米）， 板内断裂活动的某一构造阶段最大断距或位移距离 一般为数十千米
碰撞带与两盘地块的综合研究
三、大型走滑断层带研究
• 多期构造活动的解析
两盘应力分析与断层带研究相结合
走滑标志研究
• 标志带尽量窄些，与断层尽量垂直 • 常用：岩相界线，变质带、岩体，
陡倾斜断层，微量元素分布等值线， 化探异常，地球物理异常 • 慎用：盆地、化石带、岩相带、褶皱 带、古地磁资料
印支期 左行最大走滑 350 km 上地壳滑脱、 无岩浆活动， 切断深度小于 20km 基底断层，古 裂陷槽基础
鳄鱼Crocodile （楔状Wedging 、对冲Ramp）构造
• • • • • • • •
金沙江（赵永贵、钟大赉等，1992 ） 龙门山（Cai et al.,1997） 秦岭 （袁学诚,1997） 祁连山（Wang et al., 1997） 阿尔金山（蔡学林等,1998） 天山 （邵学忠等,1996） 喜马拉雅山（滕吉文等,1996） 加拿大阿帕拉契亚（林寿发，1994）
盖层厚的地方发生强板内变形，稳定地块 上浅层构造滑脱 • 密度大的古地块成盆地， 古代的强构造 变形-岩浆带（花岗质）成山 • 只有少量断裂为新生的，研究中、新生代 的，一定要关注古老的构造基础与演化 • 新最大主压应力与断层走向几乎平行
二、陆-陆碰撞带研究
• 多次（>13次）会聚、俯冲或碰撞
老弱化带的基础上发育 新的构造变形
• 岩石圈内的基底构造控制盖层构造 • 老断裂在新应力场作用下重新活动
较多（新生断裂较小），最大主应 力方向与新断裂的夹角很小，因而 新的生长断层其优选方向可指示当 时区域最大主应力方向
老弱化带的基础上发育 新的构造变形
• 仰冲的逆断层之上可形成背斜，古断裂和
Os-Re法， 适合古老的年代 Sm-Nd法，可反映多次热事件 U-Pb法，微区测定继承锆石（SHRIMP） Ar-Ar法，过剩Ar（石英，伊利石）， 微区研究，大于 100 Ma较好 • Pb-Pb法，物源 • K-Ar法， 中新生代较适用 • 同构造期变质矿物的挑选是关键 (糜棱岩、韧性 剪切带, 矿物标型特征研究)
正高重力异常，使地壳相对下 沉 • 呈拉张状态的正断层控制了盆 地边界 • 不是底辟、地幔上隆或地幔羽 上升的产物
里海东北地区
盐丘底辟构造（盐类垂直向上）
陆块变位（运动学）
板块间上千km，陆内几十-上百km
• 缩短带（褶皱、逆掩断层） • 伸展带（古大洋，盆地，裂谷，
拆离断层，变质核杂岩带） • 平移带（走滑断距） • 古地磁，古纬度变化，古磁方位 变化，（精度问题）
研究适合于中国碰撞带的 地化图解， 谨慎使用已有地化-构造图解 岛弧与板内岩浆带差别？ 大洋玄武岩与幔源玄武岩的区别？
大力加强微量元素与微区研究
运动量估算
• 大洋扩张速度、扩张时间和扩张量 • 缩短速度、缩短时间和缩短量 • 方法：由岩石化学成分估算；
由形变、应变估算（褶皱较好，逆 掩断层较困难），结合地球物理 资料
T
印支期
J-K11
燕山期
陆壳陆幔型岩石圈
wk.baidu.com
陆壳洋幔型岩石圈
大洋岩石圈
K12-E1
四川期
华北期
E2-3
喜马拉雅期
N-Q1
Q2-4
新构造期
一、板内变形的动力学机制
• 板块俯冲模式（Burchfiel and Davis，1975；
Livacari, Burk and Sengö ， 1981 ） 或 碰 撞 r （Dunlap and Teyssier，1995），600km ；
• 地幔羽上升、壳-幔拆离和陆内俯冲模式
（Martin，1983；邓晋福，1996）； • 板块碰撞的远程效应模式（England，1987； Ben and van der Pluijm, 1997）2000km； 北美边部，300km内，由100MPa降为30MPa。
一、板内变形的动力学机制 - 板块构造作用的远程效应
板内拉张断层与断陷盆地
• 燕山期板内拉张（纵或横向）断层多，断陷盆地小， •
•
• •
NWW向为主，东部地壳以缩短（几十km）增厚为主 四川期板内拉张断层和断陷盆地大量发育，NNE向为主， 东部地壳减薄为主（渤中，15-25km） 华北期板内拉张断层和断陷盆地局部发育，近E-W向为 主（渤中，25-29km） 喜马拉雅期板内拉张断层和断陷盆地局部发育，NNE向 为主（坳陷期） 新构造期板内拉张断层和断陷盆地局部发育，近E-W向 为主
2) 成盆机制 假说的争论
水平运动? 垂直运动? 中科院 地球物理所
刘光鼎, 郝天珧, 张岭等 2005
最新地震层析资料: 深部存在高速体 (可能为高密度,较冷的地块), 而不是热的地幔柱, 盆地为正高重力异常，因而沉降 盆地边界受控于水平位移为主的断层(3~2 : 1)
盆地形成机制
• 深部存在高密度侵入体，造成
以后没有发生穿透性变形或变质作用的陆 壳（J）
应该按不同构造期来划分构造单元 只编一张构造单元划分图是不能反映 长期历史演化的，是不妥当的 完全按古大陆再造图来编图， 现缺乏大量的洋壳资料，空缺区太大
陆壳类型
近二百年来大陆地质构造研究陷
入困境 非要对动态变化中的陆壳 给予一个固定的称谓
陆壳类型
过去的认识是含糊不清的
• 造山带（地槽）与
非造山带（地台） • 陆内造山带（活化地台、台褶带）， 碰撞造山带，俯冲造山带
可受多期构造-热事件 的作用，宜按演化史 （时间）分类（10类）
陆壳类型
5000 km 减少90MPa，每100km 减少1.8MPa
塑性变形与弹性变形的传播
• 岩石塑性（永久）变形（流变），晶格位
错为主 ，消耗能量, 应力值降低， 岩石 强度低，密度小，变形易于传播得远,速度 慢。 造成不同地区构造强变形的时间不同 • 岩石弹性变形， 质点震动 岩石密度大、强度大， 地震波易于传播 （速度快，传播远）
再没有受到汇聚边缘构造作用的影响
中生代裂谷的陆壳（G），现在处在或
邻近于被动边缘区的重新定向的裂谷中
•受到古生代构造-热事件的作用，古生 代以后没有发生穿透性变形或变质作用 的陆壳（H）
受到元古宙构造-热事件的作用，元古宙
以后没有发生穿透性变形或变质作用的陆 壳（ I ）
受到太古宙构造-热事件的作用，太古宙
板块构造动力学 •大陆动力学 处在定性的 探讨、猜想与假说阶段 •不能脱离海洋板块的研究
五、关于陆壳类型
陆壳类型
• S.Marshak, Van der Pluijm,
M. Hamburger 1999 Tectonics of Continental Interiors Tectonophysics , 305: 1-3 1997年9月 GSA Penrose Conference
新构造期 右行走滑逆断层 断面封闭， 浅部20km 以上断裂 活动， 走滑100200米
四、板内拉张断层、盆地 构造及其形成机制
• 表面为松散沉积的盆地, 为什么重力高? • 板内拉张带多数在古弱化带、断层带
基础上发育 • 当该带与某一期构造的最大主压应力 方向呈小角度相交时，就可以形成板 内拉张断层或形成断陷或凹陷盆地
燕山期 挤压，几 乎无走滑 主断面内 无岩浆活 动， 岩浆起源 深度 20km
四川期 走滑-正断层 （北左南右） 北延至远东 岩浆贯入 切到莫霍面 地壳断层 滑距小于 10km
华北期 南段挤压、 逆断层， 北段右行 走滑 几乎无岩 浆活动
喜马拉雅期 正-左行走滑 1-20 km 幔源包体、碱 性玄武岩 深切到50-80km 岩石圈断层
东秦岭 南阳-邓州地震剖面
扬子板块楔入秦岭地块之中地壳 中朝板块俯冲到秦岭地块之下
大别山段，扬子板块楔入中朝板块的上地壳
诸城-青岛段，中朝板块楔入扬子板块的中地壳 （ < 80 km）
构造混杂岩带，一系列断片
多期次变质、变形 大比例尺构造研究及其测年
构造岩同位素测年的复杂性
• • • •
• 现代活动汇聚边界（俯冲带）的陆
壳（日本）（A） • 现代活动碰撞带的陆壳（喜马拉雅 山）（B） • 现代活动裂谷的陆壳（东非裂谷） （C） • 现代板块转换边界的陆壳（美国加 州）（D）
中生代重新活动的陆壳（E），中生代
以来至少没有构造-热活动，然而有低温、 变形
中生代汇聚边缘带的陆壳（F）但其后
澜 沧 江
金 沙 江
楔状（wedging）或鳄鱼式（crocodile）碰撞带构造 赵永贵等1992；钟大赉， 1998
碰撞带平面展布曲折 不同地段对冲方式不同
秦岭-大别碰撞带 平面展布（Indentation）
秦岭-大别碰撞带深部 楔状(鳄鱼式)构造
扬子板块俯冲到秦岭地块之下 中朝板块俯冲秦岭地块到之下
大陆板内变形比较强烈的影响因素
（1）、中国大陆是由37个小陆块所组成、构造 稳定性差； （2）、沉积盖层厚度不均一、陆块上部岩石强 度较低； （3）、陆块经受了多期碰撞、拼合，基底断裂与弱化 带的构造继承性，基底构造影响盖层构造； （4）、元古代以来，尤其是中生代以来，周邻板块构 造作用较强，板内应力场多期次、多方向地发 生变化。
第十二章 大陆构造的变形、 变位及其动力学机制
万 天
2011
丰
中国大地构造的主要特色
小地块 板块内
多拼合 强变形
一、板内变形的动力学机制
•特 征 •影 响 因 素
•动 力 学 机 制
中国大地构造的基本特征
• 许多小陆块所组成。 • 一系列强烈的褶皱、断裂（包括逆掩断层）或十分
微弱的构造变形（仅发育张、剪节理），强度不同 的构造变形常常可以混杂地组合在一起(并非带状) • 陆内构造变形可深入大陆数千千米 • 发育了各类岩浆活动，动力变质作用 • 板内变形的强度，明显地低于板块之间的俯冲带或 陆-陆碰撞带的（缩短或位移量达数百-上千千米）， 板内断裂活动的某一构造阶段最大断距或位移距离 一般为数十千米
碰撞带与两盘地块的综合研究
三、大型走滑断层带研究
• 多期构造活动的解析
两盘应力分析与断层带研究相结合
走滑标志研究
• 标志带尽量窄些，与断层尽量垂直 • 常用：岩相界线，变质带、岩体，
陡倾斜断层，微量元素分布等值线， 化探异常，地球物理异常 • 慎用：盆地、化石带、岩相带、褶皱 带、古地磁资料
印支期 左行最大走滑 350 km 上地壳滑脱、 无岩浆活动， 切断深度小于 20km 基底断层，古 裂陷槽基础
鳄鱼Crocodile （楔状Wedging 、对冲Ramp）构造
• • • • • • • •
金沙江（赵永贵、钟大赉等，1992 ） 龙门山（Cai et al.,1997） 秦岭 （袁学诚,1997） 祁连山（Wang et al., 1997） 阿尔金山（蔡学林等,1998） 天山 （邵学忠等,1996） 喜马拉雅山（滕吉文等,1996） 加拿大阿帕拉契亚（林寿发，1994）
盖层厚的地方发生强板内变形，稳定地块 上浅层构造滑脱 • 密度大的古地块成盆地， 古代的强构造 变形-岩浆带（花岗质）成山 • 只有少量断裂为新生的，研究中、新生代 的，一定要关注古老的构造基础与演化 • 新最大主压应力与断层走向几乎平行
二、陆-陆碰撞带研究
• 多次（>13次）会聚、俯冲或碰撞
老弱化带的基础上发育 新的构造变形
• 岩石圈内的基底构造控制盖层构造 • 老断裂在新应力场作用下重新活动
较多（新生断裂较小），最大主应 力方向与新断裂的夹角很小，因而 新的生长断层其优选方向可指示当 时区域最大主应力方向
老弱化带的基础上发育 新的构造变形
• 仰冲的逆断层之上可形成背斜，古断裂和
Os-Re法， 适合古老的年代 Sm-Nd法，可反映多次热事件 U-Pb法，微区测定继承锆石（SHRIMP） Ar-Ar法，过剩Ar（石英，伊利石）， 微区研究，大于 100 Ma较好 • Pb-Pb法，物源 • K-Ar法， 中新生代较适用 • 同构造期变质矿物的挑选是关键 (糜棱岩、韧性 剪切带, 矿物标型特征研究)
正高重力异常，使地壳相对下 沉 • 呈拉张状态的正断层控制了盆 地边界 • 不是底辟、地幔上隆或地幔羽 上升的产物
里海东北地区
盐丘底辟构造（盐类垂直向上）
陆块变位（运动学）
板块间上千km，陆内几十-上百km
• 缩短带（褶皱、逆掩断层） • 伸展带（古大洋，盆地，裂谷，
拆离断层，变质核杂岩带） • 平移带（走滑断距） • 古地磁，古纬度变化，古磁方位 变化，（精度问题）
研究适合于中国碰撞带的 地化图解， 谨慎使用已有地化-构造图解 岛弧与板内岩浆带差别？ 大洋玄武岩与幔源玄武岩的区别？
大力加强微量元素与微区研究
运动量估算
• 大洋扩张速度、扩张时间和扩张量 • 缩短速度、缩短时间和缩短量 • 方法：由岩石化学成分估算；
由形变、应变估算（褶皱较好，逆 掩断层较困难），结合地球物理 资料
T
印支期
J-K11
燕山期
陆壳陆幔型岩石圈
wk.baidu.com
陆壳洋幔型岩石圈
大洋岩石圈
K12-E1
四川期
华北期
E2-3
喜马拉雅期
N-Q1
Q2-4
新构造期
一、板内变形的动力学机制
• 板块俯冲模式（Burchfiel and Davis，1975；
Livacari, Burk and Sengö ， 1981 ） 或 碰 撞 r （Dunlap and Teyssier，1995），600km ；
• 地幔羽上升、壳-幔拆离和陆内俯冲模式
（Martin，1983；邓晋福，1996）； • 板块碰撞的远程效应模式（England，1987； Ben and van der Pluijm, 1997）2000km； 北美边部，300km内，由100MPa降为30MPa。
一、板内变形的动力学机制 - 板块构造作用的远程效应
板内拉张断层与断陷盆地
• 燕山期板内拉张（纵或横向）断层多，断陷盆地小， •
•
• •
NWW向为主，东部地壳以缩短（几十km）增厚为主 四川期板内拉张断层和断陷盆地大量发育，NNE向为主， 东部地壳减薄为主（渤中，15-25km） 华北期板内拉张断层和断陷盆地局部发育，近E-W向为 主（渤中，25-29km） 喜马拉雅期板内拉张断层和断陷盆地局部发育，NNE向 为主（坳陷期） 新构造期板内拉张断层和断陷盆地局部发育，近E-W向 为主
2) 成盆机制 假说的争论
水平运动? 垂直运动? 中科院 地球物理所
刘光鼎, 郝天珧, 张岭等 2005
最新地震层析资料: 深部存在高速体 (可能为高密度,较冷的地块), 而不是热的地幔柱, 盆地为正高重力异常，因而沉降 盆地边界受控于水平位移为主的断层(3~2 : 1)
盆地形成机制
• 深部存在高密度侵入体，造成
以后没有发生穿透性变形或变质作用的陆 壳（J）
应该按不同构造期来划分构造单元 只编一张构造单元划分图是不能反映 长期历史演化的，是不妥当的 完全按古大陆再造图来编图， 现缺乏大量的洋壳资料，空缺区太大
陆壳类型
近二百年来大陆地质构造研究陷
入困境 非要对动态变化中的陆壳 给予一个固定的称谓
陆壳类型
过去的认识是含糊不清的
• 造山带（地槽）与
非造山带（地台） • 陆内造山带（活化地台、台褶带）， 碰撞造山带，俯冲造山带
可受多期构造-热事件 的作用，宜按演化史 （时间）分类（10类）
陆壳类型
5000 km 减少90MPa，每100km 减少1.8MPa
塑性变形与弹性变形的传播
• 岩石塑性（永久）变形（流变），晶格位
错为主 ，消耗能量, 应力值降低， 岩石 强度低，密度小，变形易于传播得远,速度 慢。 造成不同地区构造强变形的时间不同 • 岩石弹性变形， 质点震动 岩石密度大、强度大， 地震波易于传播 （速度快，传播远）
再没有受到汇聚边缘构造作用的影响
中生代裂谷的陆壳（G），现在处在或
邻近于被动边缘区的重新定向的裂谷中
•受到古生代构造-热事件的作用，古生 代以后没有发生穿透性变形或变质作用 的陆壳（H）
受到元古宙构造-热事件的作用，元古宙
以后没有发生穿透性变形或变质作用的陆 壳（ I ）
受到太古宙构造-热事件的作用，太古宙