1、第八章走滑盆地走滑盆地 及其动力学分析及其动力学分析走滑断层（走滑断层（strike-slip fault)strike-slip fault)、横推断、横推断层层( (transcurrenttranscurrent fault fault）和扭断层）和扭断层（wrench fault)wrench fault)常被作为同义词使用常被作为同义词使用扭断层最早是扭断层最早是 (Suess(1885)(Suess(1885)提出的提出的Kennedy(1946)Kennedy(1946)和和Euson(1951)Euson(1951)将其定义为：将其定义为：地壳内相邻地块沿近于直立的滑动面在水地
2、壳内相邻地块沿近于直立的滑动面在水平方向作相对滑动平方向作相对滑动 至20世纪80年代，对走滑盆地的认识吏为深入。Reading(1980)建立了由走滑变形所形成的盆地类型(Mann等，1983)，将走滑盆地定义为盆地内的走滑盆地定义为盆地内的沉积作用与重要的走向滑动相伴随的沉积盆地沉积作用与重要的走向滑动相伴随的沉积盆地 拉分盆地拉分盆地仅是走滑盆地中一种最简单的盆地类型。走滑盆地中以走滑拉分盆地的研究最为深入，已经建立了拉分盆地演化的各种的经典演化模式(Rod-gers,1980;Mann,等1983;Aydin等,1985) Pitman等(1985)采用岩石圈均匀伸展模型研究了小型拉分
3、盆地的沉降和热演化史小型拉分盆地的沉降和热演化史，发现它们经历了非常少的热驱动裂陷后沉降，大部盆热异常在裂陷阶段已经衰减 Sylvester(1988)提出了把走滑盆地分为板间和板走滑盆地分为板间和板内两种类型内两种类型。也有人根据力学和沉降史将走滑盆地分为两种类型：与地幔有关的走滑盆地为与地幔有关的走滑盆地为“热热”盆地；相对薄皮的走滑盆地为盆地；相对薄皮的走滑盆地为“冷冷”盆地盆地 近年来的研究表明，有许久与大型走滑带相关的盆地，其形成演化并不能很好地以走滑带的“拉分”模型来解释（李思田等，1995），而是受伸受伸展与走滑或挤压与走滑运动机制的双重控制展与走滑或挤压与走滑运动机制的双重控制
4、 例如发育于红河断裂带面端的莺歌第三纪盆地，就显示了伸展与右旋走滑双重机制的联合作用；中国西部许久大型盆地的分析则表明挠曲作用与走滑两种作用的联合影响普遍存在（李思田等，1995） View southeast along the San Andreas zone. A linear valley has been eroded along the main trace of this right-lateral strike-slip fault. The black line at the right is not a fault but a fence lineA fence, near
5、 Point Reyes, California, offset 8.5 feet by displacement on the fault during the 1906 earthquake (photo by G.K. Gilbert) Rows in the cultivated field west of El Progresso, Guatemala, deformed by the earthquake of February 4, 1976. The thick, saturated, unconsolidated deposits have yielded by plasti
6、c deformation rather than rupture along the left-lateral strike-slip fault 形 成 环 境 走滑盆地可形成于广泛的地球动力学环境中 大陆内与大洋转换带 离散板块边界和拉张大陆环境 汇聚板块边界和挤压等各种构造环境中Miall (1984)的走滑断层分类走滑性质的断层走滑性质的断层转换断层转换断层 (transform fault)-重要的板块边界类型，是切穿岩石圈或地壳的走滑断层。平移断层平移断层 (transcurrent fault) 限于板内断层，一般指壳内或上地壳内发育的断层。 变换断层变换断层(transfer
7、 fault) 是典型的变换带走滑作用有三种方式：走滑作用有三种方式： 平行扭动、 聚敛扭动(压扭) 离散扭动(张扭)它们的出现主要它们的出现主要 取决于取决于： 块体间断层线方向的变化； 块体相对于断层线活动的变化不同方式的走滑活动决定着扭动组合各要素的出现和特点块体活动的改变和断层方向的变化造成平行、聚敛和离散扭动 (据Lowell，1985)转换断层连接类型转换断层连接类型 （Wilson, 1965)Wilson, 1965)六种类型：洋脊洋脊型、洋脊凹弧型、洋脊凸弧型、 凹弧凹、弧型、凹弧凸弧型、凸弧凸弧型纯剪切纯剪切 简单剪切简单剪切形成机制：形成机制：走走滑滑断断裂裂派派生生构构
8、造造 one of the main controls is the vertical component of movements along faults. pull-apart basins developed by extension within strike-slip fault zones (e.g. Dead Sea). basins developed by compression - some basins associated with San Andreas system are thrust-dominated, and resemble foreland basin
9、s. Transpression （压剪） Transtension （张剪） Movement of 2 fault blocks past each other is rarely a pure strike-slip motion, but usually involves overall compression or extension: combination of motions results in transpression or transtension. 走滑断层的位移示意图拉分盆地(pull-apart basin)推升盆地(push-up basin) So, stri
10、ke-slip is important in all kinds of sedimentary basins; e.g. rift basins fore-arc basins back-arc basins foreland basinsStrike-Slip faults= wrench faults Andersons Classification s 2 is vertical, s 1 and 3 are horizontal. s 3 bisects the obtuse angle Sinistral- left lateral Dextral- right lateral R
11、eleasing Bends- transtensional zones occur at fault bends Pull Apart Basins Restraining Bends- transpressional zones occurring at fault bends Push Up Ridges 推升盆地推升盆地拉分盆地拉分盆地 称平移断层称平移断层 走滑断层在平面上，以直线或曲线型的重要位移带为特征。横剖面上的典型特征是 “花状构造”。一些走滑断层在深部终止于低角度的拆离构造 另一个突出特征是，在主位移带内部和附近分布“雁行排列”的断层和褶皱Positive (Palm Tr
12、ee)- TranspressionNegative (Tulip) structure- transtension 正花状构造正花状构造-压扭作用下产生压扭作用下产生负花状构造负花状构造-扭张作用下产生扭张作用下产生走滑扭动变形走滑扭动变形 Complex folds and minor faults (e.g., at red arrow) in pressure ridge developed along a restraining bend in a splay of the San Andreas fault, California. The fault itself does no
13、t appear in the photograph. RWS photo. 三、走滑盆地的类型、充填三、走滑盆地的类型、充填及演化特征及演化特征 走滑盆地类型走滑盆地类型走滑拉张盆地走滑拉张盆地 (transtensional basin) - 斜张走滑盆地，扭张盆地， 横张盆地走滑挤压盆地走滑挤压盆地 (transpressional basin) - 斜压走滑盆地，扭压盆地， 横压盆地拉分盆地拉分盆地 (pull-apart basin) - 菱形裂陷菱形裂陷(rhombocham), 构造沉陷构造沉陷(tectonic epression),扭性地堑扭性地堑 (wrench grabe
14、n),菱形地堑菱形地堑 (rhomb graben)transtensional basinTranspressional basin1 1、走滑拉张盆地、走滑拉张盆地 走滑拉张盆地的形成与演化受到拉张与走滑的双重机制控制，它们即具有张性盆地的特征又具有走滑盆地的特征 走滑拉张盆地可发育在多种板块构造背景中，包括转换、离散和聚敛板块边界、拉张和收缩大陆环境，以及远离强烈区域变形区的板块内部 各类各类走滑盆地特征走滑盆地特征 走滑拉张盆地一般呈狭长的带状，盆地的延长方向平行于控盆边界断裂 在平面上，它们呈地堑状，常为单断箕状或双断半地堑状盆地，可以呈单一的盆地或呈雁列状盆地群分布于主走滑断裂带动
15、后侧 在横剖面上，控盆边界断裂以正断层为主，并显示出强烈的走滑运动特征 盆地的引张主要是沿与控盆边界断裂相垂直的方向进行，它控制了盆地发育的宽度 控盆边界主断裂是盆地形成演化和盆地内地层格架的主控因素 陆相走滑拉张盆地以湖泊沉积为主，具有双向充填和点物源供给的特征 盆地呈一侧受主干断裂控制的半地堑型式，其沉积和沉降中心均偏向于主干断裂一侧，地貌上为一陡坡 走滑作用主要沿控盆边界主断裂进行 走滑常表现为沉积区与物源区的错位，沿控盆边界断裂分布的沉积体系（如冲积扇）的侧向迁移或侧向叠置，平行于盆地延长方向产生多个沉积中心，沉积中心在空间上侧列，古流向发生有规律性的偏转等特征 走滑断裂常具有负花状构
16、造，在主位移带两侧常伴生断裂构造，它们在空间上呈雁列状排布，断层的性质多为走滑断裂、正断层或走滑正断层。缺少明显的挤压作用（如雁列褶皱和逆断层）2 2、走滑挤压盆地、走滑挤压盆地 走滑挤压盆地是在走滑和挤压联合作用下形成的盆地 Ingersoll(1998)认为，位于San Andreas 断裂带上的盆地是世界上研究最详细的一个走滑挤压盆地，云南西部始新世景谷盆地属走滑挤压盆地 这一类盆地如同前陆盆地一样，盆地的沉降受岩石圈挠曲而产生负荷作用的影响(Christie-Blick等,1985)，它们在沉积特征上与前陆盆地有较多的相似之处 走滑挤压盆地的一侧与造山带或冲断带、推覆带相毗邻，盆缘断裂
17、常为逆冲断裂，并伴有明显的走滑；与之相对的另一侧有发育断裂 的，也有不发育断裂的。当有断裂发育时，常为走滑断裂 走滑挤压盆地的控盆断裂常为走滑挤压断裂。盆地的挤压方向垂直于控盆断裂 走滑挤压盆地 的沉积常以河流控制的冲积扇和辫状河流沉积为主，但有些盆地也有湖泊沉积。走滑挤压盆地具有双向充填特征，紧靠主断裂一侧为冲积扇沉积，扇的规模相对较大，碎屑物质的搬运方向垂直于盆缘断裂而指向盆地轴部 与走滑拉张盆地和走滑拉分盆地相比，走滑挤压盆地的走滑特征相对简单，其走滑表现为：沉积区与物源区的错位、沉积中心斜列展布、沉降中心平行于控盆边界断裂带或造山带或造山带的侧面向迁移。很少能同时在一个盆地中全部观察到
18、所有上述标志 走滑压性盆地内常发育有包括低角度冲断层在内的大量逆断层、褶皱构造甚至推覆构造。盆地内的褶皱常呈春行状侧列或平行于主位相类似。发育于走滑挤压盆地内的思裂大多呈雁列状分布3 3、拉分盆地、拉分盆地 拉分盆地(pull-apart basin)是走滑构造环境中一种重要盆地类型 “拉分”这个术语，最早由Burchifel 和Stwart在1966年研究加利福尼亚死谷构造时提出的。拉分盆地，又称菱形裂陷(rhombocham)、构造沉陷(tectinic depression)、扭性地堑(wtench graben)、菱形地堑(rhomb gra-ben)等。 拉分盆地指的是在走滑断裂的某
19、些不连续部位或雁行式走滑断裂之间相互重叠错列部分，由于走滑断裂的滑移而引起横向拉张作用所产生的构造坳陷。在板块边缘和板块内部都有拉分盆地 分布 盆地规模不尽一致，沉积建造及火山活动取决于所在构造背景和构造活动强度 盆地的主要构造有边界走滑断裂、边界正断层以及盆地内部的剪性或张剪性断裂，这三者共同控制着拉分盆地的发展 在前滑张性盆地中存在的各种走滑标志同样在拉分盆地中存在拉分盆地的形成机制模式 (Mann et al., 1983)一、一、拉分盆地雏形：拉分盆地雏形：狭长的纺缍形状狭长的纺缍形状二、二、年轻拉分盆地：年轻拉分盆地：分“舒缓舒缓 S ”S ”型型( (左旋)和 “舒缓舒缓 Z ”Z
20、 ”型型( (右旋)三、三、成熟期拉分盆地：成熟期拉分盆地：埃拉特湾的拉分盆地构造埃拉特湾的拉分盆地构造成熟期拉分盆地：成熟期拉分盆地： 菱型盆地也有人称“菱型地堑菱型地堑, , 拉分盆地的长宽比长宽比 约等于3，一般把它认 为常数 盆地边缘形成明显断崖的侧接主断层。 盆地末端深渊被一浅水下隆起分隔，多 个深渊发育时往往在盆底呈对角线排列沉积模式：沉积模式：两侧接主断层间形成湖相或深 湖相，尤其是沿主断层带的陡坡区明显。 相反，限定菱型盆地终端的断层对盆地 沉积相分布几乎没什么影响1、盆地都发育在重要的大陆边缘或陆内走盆地都发育在重要的大陆边缘或陆内走 滑断层附近滑断层附近2、盆地延长方向与主
21、控制制性走滑断层平盆地延长方向与主控制制性走滑断层平 行行3、盆地最初由扩张作用形成，盆地变长加盆地最初由扩张作用形成，盆地变长加 宽，之后又遭受挤压和褶皱宽，之后又遭受挤压和褶皱4 4、总体上成一宽缓倾伏向斜总体上成一宽缓倾伏向斜5、盆地在走向和纵向上的不对称性盆地在走向和纵向上的不对称性6、由于走滑活动，边缘附近的物源区随时由于走滑活动，边缘附近的物源区随时 间发生迁移，沉积中心也向同一方向迁间发生迁移，沉积中心也向同一方向迁 移移7、主控制断层边界附近以碎屑流为主的冲积主控制断层边界附近以碎屑流为主的冲积 扇扇, , 外观上小而陡，陆上碎屑流沉积可进外观上小而陡，陆上碎屑流沉积可进 入水
22、下碎屑流沉积入水下碎屑流沉积8、在盆地相对不活动边缘一侧的缓坡上发育在盆地相对不活动边缘一侧的缓坡上发育 以河流为主的冲积扇，横向上过渡到湖相以河流为主的冲积扇，横向上过渡到湖相 冲积平原冲积平原 9 9、充填物以急剧的相变为特征。盆地尽管小，、充填物以急剧的相变为特征。盆地尽管小， 却发育种类繁多的沉积相却发育种类繁多的沉积相1010、极厚的沉积岩系，很高的沉积速率、极厚的沉积岩系，很高的沉积速率1111、具有相似的发展史：、具有相似的发展史： 主走滑断层拉张作用时期的盆地快主走滑断层拉张作用时期的盆地快 速发育阶段；速发育阶段； 持续的走滑断层活动时期的盆地变持续的走滑断层活动时期的盆地变
23、 长加宽阶段；长加宽阶段； 转换挤压时期的盆地充填物快速封转换挤压时期的盆地充填物快速封 闭，褶皱及抬升闭，褶皱及抬升 几几个个走走滑滑盆盆地地构构造造格格架架、沉沉积积式式样样的的比比较较研研究究盆地名称位置性质时代长(Km）宽(Km)面积(Km2)累计厚(Km)沉积速率（mm/a）霍恩伦（Hornelen） 盆地挪威西部 北侧为主右滑断带中 泥 盆世60-70 15-25 约 1250252.5雷奇(Ridge)盆地加州南部 介于右旋的圣加布利尔和圣安得列斯大断裂之间中新世至上新世30-40 6-154007-1133 个小苏尔弗克里克(Littesulphur creek)盆地加州北部
24、马阿卡码右旋断裂带东侧距今4-2Ma总长121.5-21552.5 走滑断层特有的花状构造和平面特征可以与其他断裂相区分。下面这些标志对于同沉积走滑断层的确定是十分有用的 1. 侧向运动 正如现今的走滑断裂带可以直接通过断层带两侧被错开的某些特殊岩性或沉积相的对比来确定走滑运动一样，古地理重建也可指示走滑构造的存在（1）沉积盆地中扇状体沿断裂的侧向迁移是走滑运动的一种重要形式 冲积扇的岩相学特征（如大的碎屑、砂岩或重矿物成分）常是沉积盆地某些特殊类型物源区的指示剂（2）物源区与沉积区的错离可以通过走滑作用得到很好的解释。利用古地理来指示走滑断层存在时，冲积扇或海底扇大小规模与物源区的大小规模相
25、称2. 垂直运动 沿着走滑断裂带，大规模及快速的垂向运动十分普遍。同沉积断裂只能通过沉积厚度或沉积相在侧向上的突变来识别 在有充足碎屑物供给的地方，相变并不与断层线相一致，而只有沉积厚度的变化 由于差异运动，沉积是十分快速的，堆积一般可达数千米厚(Reading,1980) 3. 侧向相变 侧向沉积环境变化是所有小型快速沉降盆地的一般特征 除大面积的剥蚀区由盆地一端供给物源，而在盆地内形成大面积分布的三角洲之外，大多数物源供给都是局部的 盆地内沉积作用受控于活动断裂，沉积相的迁移受断裂控制，相单元厚而侧向分布有限 上面所述的这些特征，均由快速的垂向运动所致，仅是拉伸和正断层作用的标志4. 压缩
26、特征 所有的走滑断裂带（除了走滑拉张）均显示有压缩特征 在一些地方沿断裂带由于局部的压缩可导致冲断、抬升和推覆构造的形成，抬升也会引起剥蚀，造成不整合（常常是角度不整合）。这些变形与相邻地区沉积盆地内的沉积常是同时发生的 在同一个走滑断裂带，某一方向的压缩缩短与另一方向的拉张是相伴随的，或者拉张与缩短是可以相互交替出现的 走滑盆地是走向滑动断裂作用的伴生产物，它们大多具有特定几何形态、高沉积速率、巨厚沉积、快速侧向相变等特征，这就导致了盆地在形态、分布、沉积充填序列、沉积体系域配置等方面有别于其他沉积盆地而独具特色1 1、沉积环境和沉积相、沉积环境和沉积相 走滑盆地的沉积环境多样，有海相和非海
27、相环境，经受的气候条件也千差万别 沉积体系可以从冲积扇、扇三角洲到海底扇、滑塌堆积、碎屑流和浊流沉积等 每一种相在盆地内侧向延伸都不会太远，盆地的沉积受控于盆缘边界断裂和盆地的快速沉降作用。 陆相走滑盆地发育初期为湖泊沉积环境。这样的湖泊通常是长而狭窄的，湖盆的拉长方向与走滑断裂带平行，具有单向或双向充填的特征，河流或三角洲的末端向盆地供给碎屑物，在盆地边缘常形成冲积扇。盆地充填时，可以从深水渐变到浅水，也可以由深水突变为浅水 尽管走滑盆地内岩浆活动稀少，但当拉伸作用突出时，盆地内也可发育火山岩。如我国下扬子地区宁芜中生代走滑拉分盆地内有面积达1400 km2的喷出岩堆积于盆地内（夏邦栋等，1
28、994；林鹤鸣等，1997）；云南三江地区腾冲地块上的上新世至第四纪走滑拉分盆地内，发育了一套玄武岩-安山岩-英安岩组合 当拉张作用相当强烈时，甚至在扩张中心可形成洋壳和蛇绿岩洋壳和蛇绿岩，如安达曼海2. 2. 盆地充填和地层学标志盆地充填和地层学标志 走滑盆地平行于走滑断裂系，呈拉长状，盆地深而相以地狭窄（宽度小于50km） 由于在盆地两侧的垂向运动的不均一性，横剖面常显示出不对称的特征为不整合、仰冲断层和倾向滑动断裂的组合 走滑盆地小而复杂，沉积相在纵向和横向上均不对称 盆地内侧向相变快速，以至于边缘角砾岩侧向可快速进入湖相泥岩 走滑盆地幕式快速沉降，沉积时间短，沉降速率极快，可达到100
29、0m/Ma(Reading,1982)；常发育多沉积中心 沉积中心、沉积相或相带沿走滑断裂发生侧向迁移，造成沉积体系的侧向叠置，盆地内的沉积厚度大于盆地深度 盆地同沉积区与物源区错位 走滑伸展盆地内岩浆活动强烈，地层层序显示由新向老的环型扩张结构。走滑挤压盆地随时间推移逐渐收缩，伴生雁列褶皱、逆冲断裂和推覆构造，盆地内具有数量多而复杂的不整合出现六、实六、实 例例AT8T2SEAATTNW3 3、郯庐断裂、郯庐断裂平面上平面上表现为斜列；表现为斜列；剖面上剖面上不同地区表现不一，为深部不同地区表现不一，为深部走滑在表层构造的体现走滑在表层构造的体现259W81E测线测线张扭性断层样式张扭性断层
30、样式PBZ71测线测线渤南西支张扭断裂样式渤南西支张扭断裂样式PBZ114测线测线莱州东支张扭断裂样式及走滑与伸展之关系莱州东支张扭断裂样式及走滑与伸展之关系PBZ106测线测线郯庐断裂走滑与伸展之关系郯庐断裂走滑与伸展之关系140E70E50N50N130E30N60E30N60E10N120E10N750 km1 2 50-20 Ma扩张阶段 -0 Ma 扩张阶段20大陆运动板块扩张主要走滑断裂走滑断裂陆内逆冲断层俯冲断层扩张断层2111-2222111v=i134 km/Ma (65-50 Ma) 70 km/Ma (50-40 Ma) 47 km/Ma (40-20 Ma) 45 km/Ma (20-0 Ma)印度大陆印度支那南海安达曼海阿尔金断裂喜马拉雅山红河断裂陕西坳陷云南坳陷天山阿尔泰山南昆仑断裂鲜水河断裂中国及其邻区大地构造简图V=5i0 20 km/Ma (35-17 Ma) V=i30 20 km/Ma (17-0 Ma) 沉积盆地沉积盆地
