张裂(英语:Rift) 是岩石圈被拉开的线性区域[1] [2] ,是伸展构造的一种[3]

典型的张裂特征在中央有线状的断陷洼地,称为地堑,但更常见的是半地堑。半地堑的正断层和张裂侧隆起都在一侧,另一侧缺失[4] 。张裂若保持在海平面以上,它们形成一个板块裂谷,若被水填满,就形成一个裂谷湖。张裂区的轴心可能含有火山岩,但不是张裂都有火山活动。

大多数大洋中脊的中心轴都有张裂,是两块板块之间的分离板块边缘,也是新生洋壳和岩石圈的地区。

衰退张裂(英语:Failed Rift)是大陆在分裂时未能达到分开扩张。通常从张裂活动到扩张的过渡期常发生在三叉汇接区,此区有三条张裂集聚在一个热点 (地质学)。其中两条张裂持续发展到海底扩张的地步,而第三条中途停止发展,形成拗拉槽

张裂发展

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张裂起始

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张裂成熟度可由对局部应变反应而形成的张裂盆地变化来分期。在裂陷开始形成时,岩石圈上部发展一系列不连通的正断层,形成孤立的盆地[5]。若在陆上形成张裂,此期的排水通常是内部的。

成熟张裂阶段

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随着张裂的发展,一些单独的断层会增长,最终连接在一起形成边界断层。随后的扩张运动都集中在这些边界断层。断层的延长和断层间距的加宽,导致沿张裂轴的沉降区域更加连续。此阶段张裂肩的发育有明显隆升,对张裂盆地的排水和沉积有强烈的影响[5]

在张裂活动的高潮期,地壳会变薄,地表下沉,莫霍面相应升高。与此同时,因地幔岩石圈(英语:mantle lithosphere)变薄,导致软流圈顶部上升。这将使高热流从上升的软流圈带入到变薄的岩石圈,导致岩石圈进行脱水熔融,通常在这种大于 30 °C 的高热梯度下,引起极端变质作用。在碰撞造山带中,变质产物为的高温至超高温的麻粒岩及其伴生的混合岩花岗岩。在大陆张裂带可能有变质核杂岩,而在扩张脊中可能有洋核杂岩。这就形成一种在伸展构造中的造山运动,称为裂谷造山运动 (英语:Rift orogeny[6]

张裂后期沉降

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一旦张裂停止活动,张裂下面的地幔就会冷却,并伴随着大面积的张裂后期沉降。沉降量与张裂期地壳减薄量直接有关,以β因子来计算(初始地壳厚度除以最终地壳厚度)。沉降量也受张裂盆地在每个阶段的填充程度及物质的影响,因为沉积物的密度比水更大。 “McKenzie 模型”是一种简单的张裂形成模型,它假设张裂形成阶段是瞬时的。根据张裂后期沉降量的观察,来估计地壳变薄量[7] [8]。另一种模型为“弯曲悬臂模型” 'flexural cantilever model',该模型考虑了张裂断层的几何形状和地壳上部的弯曲均衡flexural isostasy [9]

张裂多期活动

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一些张裂显示出复杂而漫长的张裂历史,具几个不同的成长阶段。北海张裂就是一个实列,从二叠纪到最早白垩纪,超过 1 亿年的时期,经历了的几个独立的张裂发展阶段[10]

分裂到分开

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张裂可能导致大陆分开和海洋盆地的形成。张裂演变到大陆分开时,海底会沿着大洋中脊而扩张,造成洋盆,并分隔两侧共轭大陆边缘。[11]。张裂活动可能是主动的,受地幔对流控制。它也可能是被动的,被远场拉伸岩石圈的构造力驱动。受拉伸变形阶段之间的空间和时间影响,造成不同边缘区结构的发展。边缘区的分割最终导致形成莫霍面不同变化的张裂域,包括近端张裂域,具有由断层旋转的地壳块、颈缩张裂带,其地壳基底变薄、远端张裂域,具有深凹陷盆地、洋-陆过渡张裂带和大洋张裂带域[12]

在张裂演化过程中,常见变形和岩浆相互作用[12]。具岩浆活动的边缘有主要的火山活动特征。此种火山边缘均在被动大陆边缘[13]。缺乏岩浆活动的张裂边缘,一般会受到大规模断层和地壳超伸展的影响[14],在海底伸展滑脱带,常具有被蛇纹石化的上地幔的橄榄岩和辉长岩。

参考文献

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  1. ^ Rift valley: definition and geologic significance, Giacomo Corti, The Ethiopian Rift Valley
  2. ^ Decompressional Melting During Extension of Continental Lithosphere, Jolante van Wijk, MantlePlumes.org
  3. ^ Plate Tectonics: Lecture 2, Geology Department at University of Leicester
  4. ^ Leeder, M.R.; Gawthorpe, R.L. (1987). "Sedimentary models for extensional tilt-block/half-graben basins" (PDF). In Coward, M.P.; Dewey, J.F.; Hancock, P.L. (eds.). Continental Extensional Tectonics. Geological Society, Special Publications. Vol. 28. pp. 139–152. ISBN 9780632016051.
  5. ^ 5.0 5.1 Withjack, M.O.; Schlische R.W.; Olsen P.E. (2002). "Rift-basin structure and its influence on sedimentary systems" (PDF). In Renaut R.W. & Ashley G.M. (ed.). Sedimentation in Continental Rifts. Special Publications. Vol. 73. Society for Sedimentary Geology. Retrieved 28 October 2012
  6. ^ Zheng, Y.-F.; Chen, R.-X. (2017). "Regional metamorphism at extreme conditions: Implications for orogeny at convergent plate margins". Journal of Asian Earth Sciences. 145: 46–73. Bibcode:2017JAESc.145...46Z. doi:10.1016/j.jseaes.2017.03.009
  7. ^ McKenzie, D. (1978). "Some remarks on the development of sedimentary basins" (PDF). Earth and Planetary Science Letters. 40 (1): 25–32. Bibcode:1978E&PSL..40...25M. CiteSeerX 10.1.1.459.4779. doi:10.1016/0012-821x(78)90071-7. Archived from the original (PDF) on 1 March 2014. Retrieved 25 October 2012
  8. ^ Kusznir, N.J.; Roberts A.M.; Morley C.K. (1995). "Forward and reverse modelling of rift basin formation". In Lambiase J.J. (ed.). Hydrocarbon habitat in rift basins. Special Publications. Vol. 80. London: Geological Society. pp. 33–56. ISBN 9781897799154. Retrieved 25 October 2012
  9. ^ Nøttvedt, A.; Gabrielsen R.H.; Steel R.J. (1995). "Tectonostratigraphy and sedimentary architecture of rift basins, with reference to the northern North Sea". Marine and Petroleum Geology. 12 (8): 881–901. doi:10.1016/0264-8172(95)98853-W.
  10. ^ Ravnås, R.; Nøttvedt A.; Steel R.J.; Windelstad J. (2000). "Syn-rift sedimentary architectures in the Northern North Sea". Dynamics of the Norwegian Margin. Special Publications. Vol. 167. London: Geological Society. pp. 133–177. ISBN 9781862390560. Retrieved 28 October 2012
  11. ^ Ziegler P.A.; Cloetingh S. (2003). "Dynamic processes controlling evolution of rifted basins". 64. Earth-Science Reviews
  12. ^ 12.0 12.1 Péron-Pinvidic G.; Manatschal G.; Osmundsen P.T. (2013). "Structural comparison of archetypal Atlantic rifted margins: a review of observations and concepts". 43. Marine and Petroleum Geology
  13. ^ Reston T.J.; Manatschal G. (2011). "Arc-Continent Collision". In Brown D. & Ryan P.D. (ed.). Building blocks of later collision. Frontiers in Earth Sciences
  14. ^ Péron-Pinvidic G.; Manatschal G. (2009). "The final rifting evolution at deep magma-poor passive margins from Iberia-Newfoundland: a new point of view". 98. International Journal of Earth Sciences