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1、岩石圈塑性流动与大陆板内构造变形研究进展评述周永胜(中国地震局地质研究所,北京,100029)摘要人们对大陆板内构造变形机制有两种不同认识,即“刚性”板块通过弹性实现应力远程传递和岩石圈通过下层塑性流动实现应力远程传递。通过对岩石圈各层变形属性和塑性流动的研究,认为通过处于塑性状态的下地壳和岩石圈地幔的塑性流动实现应力远程传递和控制板内构造变形更为合理。关键词岩石圈;塑性流动;构造变形;变形属性1.2岩石圈多层构造和延性下层塑性流动实1大陆板内构造变形机制的两种构造现应力远程传递观随着对大陆岩石圈探测程度的提高,人们1.1
2、单层构造变形与“刚性”板块通过弹性实认识到岩石圈是多层次的、非均匀的,不同层现应力远程传递次具有不同的变形属性和特征。特别是岩石圈关于大陆岩石圈内部构造变形,无论槽台下层塑性流动观点的提出,是对“刚性”岩石说或板块构造说,就其原意而言,都建立在大圈的最大挑战,为大陆岩石圈构造变形研究提陆内部是相对稳定的“刚性”块体的基础上。表供了新的思路。早在70年代初,麦肯齐现为大陆以相对稳定的古老地台、地盾、地轴(McKenzie,1972)就提出地壳流动在板块内部等陆核或“刚性”的板块为核心,构造变形主构造变形中的作用。莫尔纳等(M
3、olnaretal.,要集中于它们的边缘地带,形成地槽、造山带、1975,1977)和塔波尼耶(Tapponnieretal.,褶皱系,或者各种类型的板块边界,板块之间1976)关于板块内部滑移线场和岩石圈下层流的相互作用通过“刚性”板块的弹性来实现应动的构想以及后续的研究,无疑是对“刚性”板力远程传递。为了解释大陆内部构造变形,科块说的一种挑战。80年代以来,越来越多的研学家们对槽台说和板块说提出了众多修改和补究成果表明,下地壳或包括岩石圈地幔的流动充,或者使得地槽、地台扩大化和复杂化,提作用对大陆板块内部变形具有重要意
4、义。王绳出“准地台”、“准地槽”、“地台活化”、“地祖(1985,1993a、b,1994,1997;Wang,S-z,洼”等假设;或者把板块之间的各种边界移到1991,1993a、b)在前人研究的基础上,综合板块内部,认为大陆内部存在古、今板块边界高温高压岩石力学实验、地质、地球物理等研带;或者放宽大陆板块边界。典型的例子是把究成果,提出岩石圈多层构造和塑性流动网络裂陷盆地作为板块汇聚边界或新生边界,或者的观点。该观点更明确地指出大陆板块内部是解释为弧后盆地,或者解释为大陆裂谷。面对可变形体,板块内部变形是多层次的,岩石
5、圈大陆内部构造变形的大量事实,人们逐渐开始下层(包括下地壳和岩石圈地幔)的塑性流动注意大陆内部的可变形性和深浅部构造关系的网络不仅实现板块边界推挤力的远程传递,而复杂性,对大陆内部是“刚性”的观点提出质且控制上部脆性层的构造变形、地震、岩浆作疑(王绳祖,1997;马宗晋,1997)。用等地质、地球物理过程。这些研究成果揭示—8—了大陆内部构造变形以及深浅构造关系的实2.3岩石圈内存在多个弹性层和粘性层质,为大陆板内构造变形研究提供了新的思路在地壳、上地幔应力极限研究中,以地壳和方法。中某一深度为界,区分为弹性上层和粘性下层
6、,分别按库仑-莫尔摩擦律和非牛顿流动的幂次2岩石圈各层变形属性流动律估计应力极限随深度的变化,并得出地对单层构造变形和“刚性”板块弹性传递壳中部形成极限应力峰值的认识(Braceetal.,应力的挑战与岩石圈多层构造与延性下层流动1980;Meissneretal.,1982)。考虑到不同深传递应力观点的提出,首先是从认识岩石圈各度层次岩石粘性的差别,研究人员还指出上地层变形属性开始的。幔顶部存在另一峰值的可能,或者在岩石圈深近年来,随着高温高压岩石力学实验及深度范围内甚至可能存在多个峰值(Molnaret部地质、地球物理
7、探测的深入,人们逐渐认识al.,1981;Dunbar,1989)。戴维和科博德等到岩石圈从浅到深,岩石的破坏形式是由脆性(DavyandCobboldetal.,1991)也同意岩石向脆延性过渡;岩石的变形属性由弹性向粘圈极限应力值呈双峰式(上地壳和岩石圈地幔(塑)性转变(Byerlee,1968;Carteretal.,1987;为极限应力峰值),并以此为依据,设计了4层Tsennetal.,1987;王绳祖,1985,1993b,模型实验(脆性中上地壳、延性下地壳、脆性1995)。然而,由于受到理论认识和探测、反演岩
8、石圈地幔和延性软流圈),来模拟岩石圈构造技术等限制,人们对于岩石圈的变形属性,仍变形。史密斯和布鲁恩(SmithandBruhn,然有不同的看法。1984)在研究美国贝森和兰奇地区的地壳结构2.1岩石圈为弹性,软流圈为粘性和脆延性变形中,把地壳分成相间的3个脆性在应变传播研究中采用的双层模型假设岩层与延
