构造分析-伸展构造

Metamorphic core complexes 28
变质核杂岩的主要特点
• mcc由强烈变形、变质的基底（下盘）和 轻微变形（变质）的盖层（上盘）构成。 • 外形呈圆形或椭圆形，直径一般十余公里 或数十公里，呈孤立分散的穹隆状产出。
变质核杂岩的主要特点
• 基底与盖层之间以规模巨大的低角度拆离断层 分隔；
Metamorphic core complexes
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岩浆作用引起的伸展作用
岩浆作用
地壳增厚导致失稳作用 热及流体作用引起拆离断层作用 岩浆作用 热窿 滑覆
伸展
拆沉作用
俯冲－增厚 拆 沉
软流圈的上涌 岩石圈的反弹 伸 展
-岩石圈伸展
High and low convergent rates
伸展拆离-
断陷部分熔融-
均衡补偿
刘俊来等，2006
4. 区域伸展构造组合
欧亚大陆东部地区早白垩世伸展构造系
（四） 盆岭构造
美国西部内华州盆岭区构造
在伸展区，掀斜构造、阶梯状断层、地堑、地垒等共同 产出，形成由不对称的纵列单面山、山岭及其间宽广盆 地组合成的构造-地貌单元，即盆岭构造。
5. 大陆伸展模式
• Lister（1986）：
– 纯剪模式 – 单剪模式 – 分层剪切模式
Gueydan et al., 2008
Buck, 1991
• 要点:
– – – –
（1) 纯剪切伸展模式 （Pure shear model)
共轭高角度正断层系、对称地堑、裂谷盆地 岩石物理状态与岩石圈变形 水平拉伸纯剪变形与非旋转应变 上部地壳至下部地幔的均匀变形
四、伸展动力来源
造山带垮塌
造山带挤压缩短 增厚的不稳定造山带楔体 不稳定根部 伸 展
重力扩散（垮塌）
Phanerozoic orogenic belts in Eurasia
Rechnitz MCC Gleinalm MCC Naxos MCC
Chapedony MCC
Diancang MCC
Low-angle normal fault system underneath the Devonian Hornelen basin (Norwegian Caledonides)
（八）基性岩墙群
放射状
北美（晚太古）
平行式
德干高原 （晚白垩世）
深部与浅部
二、变质核杂岩
变质核杂岩（metamorphic core complexes or core complexes, or Cordilleran metamorphic core complexes 70年代研究美国西部Cordillera 造山带时发现的一 种特殊构造单元，并提出mcc的概念，80年代以 来研究甚广，并掀起大陆伸展构造研究的高潮。
（3）分层拆离伸展模式
（Delamination—detachmentment model )
• 基本要点：
– 地壳（岩石圈）伸展构造是分层的; – 不同层次岩石圈的伸展变形方式不同
• 浅部：单剪 • 深部：纯剪 Eaton(1980)在 研究美国盆岭 省的地质和地 球物理特征的 基础上提出了 一种解释性的 大陆伸展模式，
变质核杂岩
• 研究表明，在北 美西部Cordillera 造山带中（从北 部加拿大不列颠 哥伦比亚经美国 西部向南至墨西 哥西北部长约 3000km、宽 300km的带内， 发育有至少27个 mcc。
Metamorphic core complex
Distribution of Cordilleran-type metamorphic core complexes in western North America (from: Fossen 2010)
1. 正断层:Anderson and Hafner models
深度越大，3越大； φ值越小； 值越大； 倾角减小 =45°-φ/2
φ1 φ2
2
2

切向剪切、多米诺式组合 与地块掀斜
2. 铲式（犁状）断层形成的力学解释
Laminar Flow
铲状断层产状变化的模式（1）
铲状断层产状变化的模式（2）
变质核杂岩的主要特点
• 拆离断层原始产状近水平，在伸展拆离中变成犁式， 上盘多发育Domino式断层组合。 • 上盘断层作用为典型的脆性断层，变形属脆性域。盖 层也可因侵入作用而发生变质或轻微糜棱岩化。
变质核杂岩的主要特点
• 在mcc周缘出现箕状盆地—半地堑。其中常常 堆积了一套粗碎屑沉积。
三、伸展构造模式
构造地质学理论与技术(2) -构造分析
伸展构造与变质核杂岩
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
伸展构造 （extensional tectonics）
伸展构造是在岩石圈拉伸及减薄 作用下形成的一套特色的构造系 统。
正断层—最基本的伸展构造型式
σ3
σ1 σ1
σ3
σ3
σ1
正断层形成的应力条件为：
最大主应力(σ 1)在竖直方向上增大，或最小主应力(σ 3)在水
3. 变质核杂岩形成与演化
A) Lister and Davis (1989)model: detachment faults ―fire‖ from older subhorizontal mylonitic shear zone; shear zone is captured by master detachment fault and isostatically bowed upwards; B) Spencer and Reynolds (1986, 1989)model: mylonitic shear zone represents mid-crustal continuation of initially low-angle detachment fault; detachment fault and shear zone are isostatically bowed to subhorizontal; C) ―Rollinghinge‖ model of Buck (1988) and Wernicke and Axen (1988): mylonitic shear zone represents mid-crustal continuation of high-angle normal fault; normal fault and shear zone isostatically rotate to subhorizontal (figure adapted from Bartley et al., 1990); D) Domino-faulting model: similar to rolling-hingemodel except mechanism of rotation is domino-style normal faulting (e.g. Proffett, 1977; Davis, 1983; Gans and Miller, 1983; Wong and Gans, 2008).
伸展构造型式
（七）拆离断层： （R. L. Amstrong, 1972)/北美西部科迪 勒拉伸展构造：大型 低角度犁式/铲状正 断层/异地年轻地层 与深层次老地层。
伸展构造型式
– 介于新的盖层和老的基 底之间； – 上盘正断层组合：阶梯 状、半地堑组合 – 上盘为异地岩块；下盘 为原地岩块 – 上盘、下盘变形差异 – 构造岩
大型断陷盆地是以边界断层控制的区域性沉陷单元， 呈菱形、带状或等轴状盆地产出，如渤海湾盆地、 松辽盆地、江汉盆地等。
断层位移与转换
（六）裂谷
• 概念提出：J. W. Gregory (1894),东 非裂谷 • 概念：岩石圈板块 背离运动/地幔隆 大陆裂谷 起/地壳断陷
奥拉槽
陆间裂谷
大洋裂谷
– 大陆裂谷的主要特征：
(Zhang et al., 2012, GR)
大青山 金州
变质核杂岩的主要特点
• 基底属于塑性变形域，内部有岩体侵入，变形强烈；基 底的顶部总是发育一条糜棱岩带，糜棱岩化随着远离拆 离断层向着深部逐渐减弱，并过渡为正常片麻岩。
拆离断层带作 为一个脆-韧性 转变条件下形 成的断层带， 发育了从碎裂 岩—微角砾 岩—角砾糜棱 岩—绿泥石化 角砾糜棱岩— 糜棱岩—片麻 岩
半地堑：单侧由正断层控制的下降断块； 或由一组倾向相同的正断层控制的一系 列下降断块形成的构造样式
（四） 盆岭构造
美国西部内华州盆岭区构造
在伸展区，掀斜构造、阶梯状断层、地堑、地垒等共同 产出，形成由不对称的纵列单面山、山岭及其间宽广盆 地组合成的构造-地貌单元，即盆岭构造。
（五）大型断陷盆地
• 代表裂谷发育的早期阶段/正断层/地堑、半地堑/幔隆/断陷/ 岩石圈伸展 • 巨厚陆源碎屑堆积/双峰式火山岩 • 高热/浅源地震
伸展构造型式
邢作云等，2005
邢作云等，2005
5 级阶地的年龄为 2.60Ma, 1.20Ma, 0.90Ma, 0.65Ma和 0.15Ma,
孙继敏、许立亮，2007
（2）简单剪切伸展模式
基本要点： – 低角度（~12°）大位移正断层； – 伸展变形—大型低角度正断层—旋转 变形—上盘旋转正断层—下盘微弱变 形—单剪变形 – 地壳至地幔的伸展减薄具有不均匀性 – 下盘隆升与变质核杂岩
(simple shear model)
Wernicke(1981,19 85)在研究美国西 部盆岭区伸展构造 的基础上提出了简 单剪切伸展模式。
• 变质核杂岩
– 定义（Concept)：
• 1) Coney (1980): A group of generally domal or archlike, isolated uplifts of anomalously deformed, metamorphic and plutonic rocks overlain by a tectonically detached and distended unmetamorphosed cover.