7大陆裂谷与陆间裂谷1211

美国裂谷 贝加 尔裂 谷 第七章 岩石圈大地构造基本类型—裂谷（Rift） （大陆裂谷和陆间裂谷） 台湾纵谷 §1 概述 一、基本概念 最早是英国地质学家格里戈里（ Gregory ，1893）在研究 东非裂谷时提出的（ Rift-断陷谷; Riftvalley-断裂谷、中央裂谷；地 堑），是指由于地壳断裂作用而形成的谷状地形。 由于裂谷和裂谷作用在大地构造演化及矿产等方面的特 殊形和重要性，故已成为现今地学前沿课题之一，对其研究 不断深入。 现代概念—①裂谷是地壳上一种区域大型构造，是在伸 展作用体制下形成的、延伸很长的断陷带，与原始概念区别 是强调伸展作用而别于其它性质的断裂；②断裂规模大，大 者可切割整个岩石圈；③地形上表现为纵长的凹陷和谷地； ④与原始概念区别更强调于发育大陆地壳之上，而别于洋壳 上发育的大洋中脊。 简言之：裂谷是地壳或岩石圈上发育的区域大型构造类 型，是由于地壳或岩石圈的伸展作用而形成的延伸很长的狭 长断陷带。 二、大陆裂谷和陆间裂谷对比 1、大陆裂谷：发育于某一大陆地块／ 克拉通陆壳之上者称为大陆裂谷。 2、陆间裂谷：是发育在两个大陆地块 之间，是大陆裂谷进一步发展的产物。此 阶段由于大陆裂谷继续扩张，陆壳变薄甚 至完全拉开，地幔物质上涌可形成新的洋 壳而具有过渡性地壳，裂谷轴部已处在洋 壳之上。 §2 大陆裂谷 一、地形特征 呈狭长谷状地形，宽一般几十Km至百余Km,长达数百Km至数 千Km。如横穿东非的裂谷，地形高差达数千米，两侧出现非洲 最高山脉：西侧为米通巴山脉，东侧肯尼亚山脉高5199m。而谷 内多发育洼地、深水湖泊，如坦噶尼喀湖深达1400m。 东非裂谷从非洲东南部的赞比西亚河口（莫桑比克海峡）开 始经马拉维湖北部（马拉维与莫桑比克之间），并在此分为东 西两条：东面的一条是主裂谷，穿越坦桑尼亚中部，经肯尼亚 北部及埃塞俄比亚高原中部，继续向北直抵红海和亚丁湾，全 长5000 Km余；若与红海裂谷、约旦河裂谷相连再续延2000Km 余，全长则7000Km余。西面一条经坦噶尼喀湖、基伍湖、爱德 华湖、艾尔伯特湖等一直到苏丹境内的白尼罗河附近，全长 1700多Km 。 注：世界上的大陆裂谷除东非裂谷外，比较有名的还有贝加尔裂谷 （沿裂谷发育的贝加尔湖水深达1740m，为世界最深的湖泊，杨巍然等， 1989-2010；金性春，1987，P129）和莱茵裂谷等，但规模都要小得多。 东非裂谷及其盐湖 东非裂谷带轴部东非裂谷带轴部洼地及谷侧山体谷侧山体 贝加尔深水湖泊 美国裂谷 贝加 尔裂 谷 地形-地貌上的狭长谷地 大陆裂谷的地形 - 地貌形态 著名的“东非大裂 谷”亦称“东非大峡 谷”或“东非大地 沟”。谷壁刀削斧 劈，长度相当于地 球周长的1/6，气 势宏伟，景色壮 观，是世界上最大 的裂谷带，被航天 员形象地称为“地 球表皮上的一条大 伤痕”。 从整个非洲大陆来看， 东非大裂谷是全非洲最 高地带，属东非高原裂 谷区（高原=克拉通），总 面积500多万平方公里， 占非洲面积的1/5多，非 洲的几座海拔在4500 m 以上的高峰，全部分布 在这个自然区内，其中 有著名的乞力马扎罗山、 肯尼亚山、埃尔贡山等。 二.构造特征 大陆裂谷以断裂为边界，两侧往往被一系列正断层 所限且构成复杂的断陷带，表现出： 1、一般均为高角度的正断层，垂直断距可达几公 里，有时可切割（过）岩石圈到达软流圈。 2、大陆裂谷剖面上的组合型式并非一个简单的地堑 构造，而是由一系列的地堑和地垒组成的裂谷系，且 大致有一总体延伸方向。其中阶梯状/地堑式和堑-垒 式/琴键式是两种最基本类型，实际组合形式要复杂 些，常形成盆岭构造，如美国西部盆岭区。 3、大陆裂谷平面上的类型有平行式和三叉裂谷式。 4、形成机制是以扩张为主，故每一断层均有一定的 伸展量，据统计，东非裂谷总体伸展量为10Km±。 注：大陆裂谷指那些影响深、延伸长的大型伸展构造，而地 堑一词多用于尺度较小区域-路线-露头型的构造。 台湾纵谷 科罗拉多大峡谷 构造尺度 构造性 质张性构造 伸展 属性 谷侧断层 中新世更新世晚更新世中更新世晚更新世沉积时代 25-30km9-25km9000m4000m100-2000m断层宽度 2000m1500m1000-1100m500-800m0-200m断层断距 与奥里洪断裂交点 向北 中新世更新世晚更新世中更新世晚更新世沉积时代 25-30km9-25km9000m4000m100-2000m断层宽度 2000m1500m1000-1100m500-800m0-200m断层断距 与奥里洪断裂交点 向北 贝加尔 谷侧谷侧裂缘带 注：贝加尔谷侧谷侧裂缘带常表现为陡峭断崖，高约几百米甚至上千米；性质为 枢纽式阶梯状正断层组合（纪克诚，邢家善等，2008） 枢纽断层交汇点 艺术照—贝加尔谷侧谷侧裂缘带-陡峭断崖之倒影 美国科罗拉多大峡谷／裂谷谷侧谷侧裂缘带所呈现 的陡峭断层崖／断层三角面 小型地堑 构造格局—区域断陷与断隆交替出现 阶梯式 地堑式 地垒式 常见的构造剖面组合型式 坦噶尼喀湖半地堑式构造剖面 东非裂谷带平面上的构造组合型式 — 平行式和三叉裂谷式 三.火山—岩浆活动 大多伴有强的火山活动及深成岩浆活动，并常有地幔岩包 体，表现出： 1、火山岩以碱性玄武岩为主，当发展为过渡型裂谷时，在扩 张轴部可以出现拉斑玄武岩，其中所含包体多为橄榄石，故应 属幔源型的，同时也说明断裂切割深度大 。 2、火山岩的另一特点是常出现双峰式火山岩系列。所谓双峰 式是指基（中基）和酸（中酸）性岩浆大致同时喷发，几乎缺 失过渡的中性岩浆。基性岩浆属幔源，酸性岩浆属壳源，亦可 能是壳源和上升的基性岩浆与SI-AL壳围岩的成分混杂所致。 3、深成岩浆作用若有发育，则多为碱性侵入体，如碱性花岗 岩等（ A-γ）。我国汾渭地堑的碱性侵入体有霞石正长岩（临 汾）、方沸正长岩（临县—晋陕交界处），故有学者认为该地 堑业已具有裂谷性质。 4、从裂谷轴部向两侧，岩浆中碱分升高。据高温高压实验， 拉斑玄武岩浆形成约15Km±，碱性玄武岩浆约35~75Km。这 种岩石横向变化规律显然与构造有成因上的联系。 四、沉积建造 大陆裂谷的沉积物一般较厚，可达几公 里，如贝加尔裂谷沉积厚达5Km，有的古裂谷 沉积物一般达10-12Km；可包括河流相、湖泊 相、泻湖相等；一些深水盆地见有浊积岩（坦 噶尼喀湖）。最常见的沉积序列是： ③上部：蒸发岩为主（石膏、盐类等）； ②中部：深湖沉积，有深湖泥岩和湖相浊 积岩等； ①下部：粗碎屑岩（陆源碎屑）。 注：几乎所有裂谷均有上述三层沉积（若有火山 喷发则可形成火山-沉积建造），故沉积学者将之称 为裂谷沉积序列。 五.成矿作用 大陆裂谷矿产丰富多样。 1、岩浆成矿类型主要有：与基性有关者为铜等硫 化物矿床；与碱性花岗岩有关的主要是钨、锡、铋及 稀土等。 2、沉积成矿类型繁多：与火山碎屑有关的铁、铜、 铅、锌、铀等，与上述沉积系列有关的则有蒸发岩类 （我国内陆有哪些石膏、盐类产地？）、石油、天然 气、煤等非金属矿产，特别是中新生代低纬度内的矿 产。如号称“石油之海”的波斯湾曾是古地中海南岸广 阔大陆裂谷边缘。我国东部沿海一带广泛发育的数以 百计的中新生代大小不等的盆地，其中蕴藏着丰富的 油气资源。 提示：我国中东部的大型油田有哪些？有何规律？ 六.地球物理特征 1、地震：多为浅源地震带。震源一般小于40Km （20-45Km），华北中东部一系列断陷盆地带中表现明 显且显示出周期性；另一特点是在大陆裂谷处VP波速衰 减，东非裂谷之下为7.4-7.6Km/秒。 2、重力：多为低值或负值布格重力异常，负异常的 的产生是由于厚的沉积物和下部存在低密度的异常地幔。 如莱茵裂谷约为-30毫伽。 3、热流值：在大陆诸构造单元中，大陆裂谷具有最 大的热流值，一般比两侧高2-3倍，大于1.5HFU，最高 可达3.8-4.4HFU，东非裂谷为4.4HFU，华北邢台-天津 一带亦可采到地下热水。 4、地壳厚度：较薄，一般小于30km。 注：上述地球物理特征体现于裂谷处陆壳减薄、M面抬升之 “镜 像反映”，说明幔源物质存在。 地震 热流值 重力 密度 M面抬升 异常值 浅源， ﹤40Km， VP=7.4-7.6 2-4HFU 东非4.4 低或负， 莱茵：-30 毫伽 3.22- 3.24 天津:5Km 东非：10 Km 莱茵：5Km 正常值 岩石圈界面： VP=8.1± 陆壳： 1.46HFU 地幔： 3.52- 3.34 裂谷地球物理异常特征（不完全统计，参考值） 贝加尔裂谷轴部 M 面变化 提示： 从地球物理资料对比并结合大陆裂谷广泛的火 山活动及岩浆侵入作用，使研究者确信大陆裂谷之 下有异常地幔存在（也称地幔垫）。所谓异常地 幔，是指局部熔融膨胀的地幔，它可以上涌达到地 壳底部并使之变薄，同时也表现出VP衰减、密度、 粘度降低及热流值增高的特点。 我国一些断陷带下部存在异常地幔现今已达到 共识，其中包括华北中西部汾渭地区、华北东部京 津唐地区、华北北部西拉木伦—锡林浩特地区、上 扬子峨眉一带以及中下扬子的庐（江）-枞（阳） 盆地（安庆一带）等区段。 问：为何在这些区段发育？大地构造属性？ § 3 陆间裂 谷 苏伊士湾／运河地中海 一、概述 陆间裂谷是发育在两个大陆地块之间的裂谷 构造系，是大陆裂谷进一步发展的产物。 陆间裂谷的发展基于大陆裂谷继续扩张，陆 壳变薄甚至完全拉开，地幔物质上涌，可形成新 的洋壳而具有过渡性地壳。裂谷轴部已处在洋壳 之上。于上世纪60年代，研究人员乘海洋调查船 沿印度洋中脊前进考察，据其地质特征一直可以 追索到亚丁湾口，说明陆间裂谷与大洋中脊关系 密切，具有成因上的联系。有关内容望回忆“威 尔逊旋廻” 有关章节阐述。 位于东非地台与阿拉伯地台之间的亚丁湾- 红海，被认为是典型的陆间裂谷。 二、大地构造特征（以亚丁湾-红海视为剖析重点） 1.裂谷轴部正处于新生洋壳之上：①在红海发 现有呈条带状的磁异常； ②调查船打捞所取样品经 化验 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 为玄武质岩石。 2.经测量计算，在该处地壳伸长量为40—250Km。 3.地壳变薄，仅达10—20Km，在局部地段甚至更薄。 4.大地构造仍处于伸展体制，构造样式亦是由一系 列的地堑和地垒组成的裂谷系。 5.按全球板块构造学观点，阿拉伯半岛与东非大陆 原联为一体，由于红海扩张而使其分离，故将阿拉 伯也视为一个独立板块。 亚丁湾-红海大地构造应力场图解—区域伸展体制 红海区域地质构造剖面图（横过轴部至两岸） 红海西北部联合地质构造剖面图 苏伊士裂谷联合地质构造剖面图 §4 裂谷形成-演化的地球动力学模型 一、演化阶段 1、早期成穹阶段 2、断裂下陷阶段 3、陆间裂谷阶段 4、裂谷消亡阶段或进一步发展阶段 ★大陆裂谷→陆间裂谷→大洋中脊裂谷 大陆裂谷→陆间裂谷→大洋中脊裂谷 二、成因机制探讨 裂谷成因现阶段有争论，大地构造属性 是被动型（passive rifting）还是主动型（active rifting）？ ●被动裂谷：岩石圈的最初张裂是由于 岩石圈板块相互作用产生差异应力而引起 的，被动机制过程为：裂谷作用→上隆作 用→火山作用（强调浅部应力作用）。 ●主动裂谷：地壳或岩石圈因软流圈或 局部异常地幔物质上涌而破裂，主动机制 过程为：隆起作用→火山作用→裂谷作用 （强调岩浆底辟作用和深部热-物质过程）。 被动裂谷成因和特征 主动裂谷成因和特征 被动型 被动型 主动型 主动型的模拟实验（上部松散介质被视为水平岩层，底部塑 性介质模拟地幔上涌） 主动型应力轨迹（据模拟实验数据） 南贝加尔盆地 北贝加尔盆地 X Z X 幻灯片编号 1 幻灯片编号 2 幻灯片编号 3 幻灯片编号 4 东非裂谷及其盐湖 幻灯片编号 6 幻灯片编号 7 幻灯片编号 8 幻灯片编号 9 幻灯片编号 10 幻灯片编号 11 幻灯片编号 12 幻灯片编号 13 幻灯片编号 14 幻灯片编号 15 幻灯片编号 16 幻灯片编号 17 幻灯片编号 18 幻灯片编号 19 幻灯片编号 20 幻灯片编号 21 坦噶尼喀湖半地堑式构造剖面 幻灯片编号 23 幻灯片编号 24 幻灯片编号 25 幻灯片编号 26 幻灯片编号 27 幻灯片编号 28 幻灯片编号 29 幻灯片编号 30 幻灯片编号 31 幻灯片编号 32 幻灯片编号 33 幻灯片编号 34 幻灯片编号 35 幻灯片编号 36 幻灯片编号 37 红海区域地质构造剖面图（横过轴部至两岸） 红海西北部联合地质构造剖面图 苏伊士裂谷联合地质构造剖面图 幻灯片编号 41 幻灯片编号 42 幻灯片编号 43 幻灯片编号 44 幻灯片编号 45 幻灯片编号 46 幻灯片编号 47 幻灯片编号 48 幻灯片编号 49 幻灯片编号 50