走滑斷層研究進(jìn)展—以阿爾金斷裂為例

范勃然

（河北地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，河北 石家莊 10077）

1 走滑斷層研究歷程

1.1 最早研究成果

17世紀(jì)末期的舊金山地震致使斷層發(fā)生大規(guī)?；瑒?，地質(zhì)學(xué)家因圣安德烈斯斷層突然滑落至400多米這一地質(zhì)現(xiàn)象開始研究，在20世紀(jì)的30～40年代，西方學(xué)者提出了走滑斷層的一些基礎(chǔ)概念。例如Sonder在1946年提出的全球剪切斷層格架，Kennedy開始提出平移斷層及其基本定義，國外學(xué)者認(rèn)為區(qū)域走滑斷層是地殼主要運(yùn)動之一。20世紀(jì)50年代，中國東部的郯廬斷裂帶也開始被地質(zhì)學(xué)家們所認(rèn)知，Moody和Hill在中亞、北美、阿富汗和西太平洋地區(qū)發(fā)現(xiàn)并對許多大型平移斷層進(jìn)行了研究[1-3]。

地質(zhì)學(xué)家們一開始并沒有涉及大區(qū)域內(nèi)甚至達(dá)到全球范圍內(nèi)關(guān)于走滑斷裂的研究，小范圍的偏多。由于無法解釋舊金山地震導(dǎo)致的斷層大規(guī)模滑動，國外一些地質(zhì)學(xué)家開始研究大區(qū)域范圍內(nèi)的走滑構(gòu)造及其發(fā)生機(jī)制，并發(fā)表了舉世聞名的文章《Wrench fault tectonics》，在該篇文章中還討論了走滑斷層的遺傳模式，并在此基礎(chǔ)上，提出了平移斷層結(jié)構(gòu)的基本原理，這是研究走滑斷層的一個進(jìn)步點(diǎn)。隨后由于磁異常帶被人民發(fā)現(xiàn)，威爾遜提出了洋中脊轉(zhuǎn)換斷層的概念，人們開始大規(guī)模研究大洋中脊的走滑形式，該學(xué)者提出了大洋擴(kuò)張的機(jī)制和著名的威爾遜旋回。

1.2 研究近期成果

隨著對地球研究地不斷深入，21世紀(jì)60年代末期魏格納提出板塊運(yùn)動學(xué)說，地質(zhì)學(xué)家們意識到自然界中還有許多大型走滑斷層未被識別。之后，Harland 提出了壓扭和張力的概念，以走滑構(gòu)造解釋造山帶、盆地和油氣圈閉的開展與演變。Crowel研究了San Andres斷層。Freund和Wilcox分別研究了平移斷層的運(yùn)動學(xué)和平移斷層的實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果。

1.3 現(xiàn)代研究成果

在70年代末期的時候，許多地質(zhì)學(xué)家開啟對走滑構(gòu)造進(jìn)行更深入地研討。專家們在東南亞研討會上同意走滑斷裂與收縮構(gòu)造等其他一些斷裂類型一樣重要。從近代開始，學(xué)者們以東南亞為走滑結(jié)構(gòu)最合適的研究場所。地質(zhì)學(xué)家書寫的 “傾斜走滑活動帶中的沉積作用”的論文集中詳細(xì)論述了傾斜走滑斷層的特點(diǎn)等，這既是對當(dāng)時走滑斷裂構(gòu)造研究的總結(jié)，也為后人的研究剖析打下堅(jiān)實(shí)的根底，對走滑斷裂構(gòu)造研究具有重要意義。

在此基礎(chǔ)上，地質(zhì)學(xué)家們在80年代開始對走滑結(jié)構(gòu)進(jìn)行一系列研究。例如研究西太平洋中生代斜俯沖的Taira；討論全球走滑斷層遺傳分類的Woodcock；亞洲碰撞走滑斷層網(wǎng)的Tapponier研究與分析 ；長期對圣安德烈斯斷層的鉆研的Sylvester在1988年完成了“走滑斷層”這一著述，這一著述詳細(xì)總結(jié)了近50年來全球走滑斷層研究的成績和存在的問題；Sengor鉆研地中海地區(qū)的走滑斷層；Sengor對造山運(yùn)動中走滑擠壓結(jié)構(gòu)的分析研究。同時，在第29屆國際地質(zhì)大會中確定了“走滑斷層構(gòu)造與沉積”這一主題。20世紀(jì)90年代，國際巖石圈委員會為對走滑構(gòu)造進(jìn)行更深化地鉆研，成立了新的“大陸巖石圈走滑斷裂”課題組。隨著觀測和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步，走滑斷層在現(xiàn)代研究中取得了很大進(jìn)展，如走滑斷層與深部流體的關(guān)系、走滑斷層與兩側(cè)地形的關(guān)系、走滑斷層的深部構(gòu)造特征、走滑斷層的應(yīng)變承載和分解機(jī)制、走滑斷層的活動特征與地震活動的關(guān)系。這一階段深化了對走滑斷層的鉆研。隨著研討的深化，學(xué)者們對走滑構(gòu)造的地質(zhì)作用，如盆地成因、板塊俯沖、碰撞、造山機(jī)制等有了更深入的看法[4]。

20世紀(jì)90年代，我國主要對郯廬斷裂、阿爾金斷裂等一系列大走滑斷裂帶進(jìn)行系統(tǒng)地研究和分析。專家采納構(gòu)造分析、古地磁、高精度GPS監(jiān)測、磁組織、構(gòu)造模擬等技術(shù)辦法鉆研了四周地塊或構(gòu)造大走滑斷裂帶的旋轉(zhuǎn)幅度。劉和甫、許志琴鉆研了中國大陸東西部差異地域盆山耦合與走滑造山帶的關(guān)系。肖尚斌等人分別鉆研了走滑構(gòu)造對油氣藏和地層的控制作用，走滑構(gòu)造對走滑盆地沉積的控制作用，這些成果有利于人類探尋油氣成藏，進(jìn)行油氣勘探。

2 走滑斷裂研究現(xiàn)狀

2.1 走滑斷裂的斷層效應(yīng)

走滑斷裂的斷層效應(yīng)又被稱為走滑斷裂的位移特征，主要由與走滑斷層斜交的非水平巖層或標(biāo)志物的錯動來識別走滑斷層的位移。然而，在一些復(fù)雜的情況下，會導(dǎo)致標(biāo)記層在平面或剖面上出現(xiàn)明顯的視覺錯位。

2.2 走滑斷裂的識別標(biāo)志

走滑結(jié)構(gòu)的變形往往構(gòu)成一些特定識別標(biāo)志，這也是標(biāo)記走滑結(jié)構(gòu)的依據(jù)。走滑斷層的識別標(biāo)記分為截面標(biāo)記和平面標(biāo)記。剖面上被標(biāo)記為地層的不連續(xù)性 、正花結(jié)構(gòu)和負(fù)花結(jié)構(gòu)、走滑斷層的內(nèi)部構(gòu)造和夾塊、絲帶效應(yīng)和海豚效應(yīng)。平面標(biāo)志有：走滑帶兩側(cè)地質(zhì)邊界水平錯開，具有帶狀分布和線性延伸特點(diǎn)。

2.3 走滑斷裂的伴生或派生構(gòu)造

走滑斷裂作用往往構(gòu)成派生或伴生的構(gòu)造，這些構(gòu)造受走滑斷裂帶上差異位置的多種要素控制，包含走滑斷裂的、應(yīng)變率、排列組合、走向變化、應(yīng)力大小和方向、巖石力學(xué)性質(zhì)、先存構(gòu)造等。由走滑引發(fā)的或與之相干的構(gòu)造規(guī)律可用走滑應(yīng)變橢圓來體現(xiàn)，該橢圓源于Cloos和Riedel的簡單剪切物理模擬實(shí)驗(yàn)。相關(guān)構(gòu)造包括：①主位移區(qū)(PDZ)是具有相同走滑構(gòu)造區(qū)的連續(xù)走滑斷裂帶和里德爾（R）剪切帶，走滑方向與主位移帶相同，二者夾角為巖石內(nèi)摩擦角；②銳角方向指示墻內(nèi)斷塊的運(yùn)動方向，也稱同向走滑斷層。③共軛謎語 (R′) 剪切，走滑方向與主位移區(qū)不相同，兩者的交角大，R剪切共軛，又稱逆走滑斷層。④同向剪切斷裂（P），又稱次級走滑斷層。⑤張性（T）斷裂，屬于局部張性斷裂，其方向垂直于走滑應(yīng)變橢圓的局部延長方向。⑥雁行褶皺和逆沖斷層群僅在構(gòu)造帶局部發(fā)育，走向垂直于應(yīng)變橢圓的局部收縮方向。⑦Y向剪切斷裂與主位移帶平行。PDZ，R，P和Y在走滑應(yīng)變橢圓中的剪切變形過程中彼此作用，構(gòu)成走滑斷裂帶。在走滑斷裂主位移帶的構(gòu)造組合中，局部構(gòu)造帶的走向和走滑矢量的方向決定了斷裂帶的局部收斂和離散。走滑收斂帶會引起收斂擠壓或扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致地殼縮短和隆起;走滑離散區(qū)構(gòu)成的釋放彎曲，伴隨著地殼的伸展、沉降和拉分盆地的形成。主位移構(gòu)造帶的構(gòu)造組合也受R、P剪切控制，常與正斷層、褶皺、線性路障、地塹塊等構(gòu)造組合相關(guān)聯(lián)。雁列褶皺經(jīng)常出現(xiàn)在走滑斷層周圍，這被認(rèn)作是剪切變形的結(jié)果。⑧在主要走滑斷層上方或附近相對狹窄，穩(wěn)定的地區(qū)發(fā)展雁列褶皺;它也可以在兩個走滑斷層 之間的大面積上形成。雁褶排列的傾斜方向與剪切主應(yīng)力的傾斜方向相同，即右旋構(gòu)成右旋褶皺，左旋構(gòu)成左旋褶皺[5-8]。

2.4 走滑斷裂分類方案

隨著人們對走滑斷層了解地深化，走滑斷層的分類也逐步多樣化。本文經(jīng)過對許多學(xué)者的走滑斷層分類措施的總結(jié)和剖析進(jìn)行研究，認(rèn)為其存在的主要問題是：對走滑斷層的分類界線不太清晰，同一分類體系中的分類尺度不一致，思索的因素不系統(tǒng)，分類結(jié)果中存在夾雜和附屬關(guān)系，難以區(qū)分走滑斷層的詳細(xì)類型，Woodcock和Miall的分類只考慮板塊邊界上的走滑斷層；依據(jù)劉和甫的分類，撕裂斷層屬于轉(zhuǎn)換斷層，在同一分類體系中具備包裹體關(guān)系；在夏邑平等的分類中，有太少太常見的因素，因而，很難精確識別走滑斷層的類型。目前，一些學(xué)者在現(xiàn)有分類的基礎(chǔ)上，提出了一種新的走滑斷層分類方法。依據(jù)動力學(xué)機(jī)制學(xué)者們將走滑斷層區(qū)分為主動走滑斷層及被動走滑斷層。主動走滑斷層是指在走滑應(yīng)力系統(tǒng)下形成的走滑斷層;被動走滑斷層是指在非走滑應(yīng)力狀態(tài)下形成的走滑斷層，被動走滑斷層可分為轉(zhuǎn)換斷層和轉(zhuǎn)換斷層，其中轉(zhuǎn)換斷層可分為單轉(zhuǎn)換斷層和復(fù)合轉(zhuǎn)換斷層。

3 阿爾金斷裂研究

3.1 阿爾金斷裂走滑發(fā)生時間

部分學(xué)者依據(jù)花崗巖的鋯石和磷灰石裂變徑跡冷卻年齡以及斷裂帶變形巖石的40Ar/39Ar進(jìn)行的同位素測年來判定阿爾金斷裂的走滑年限。阿爾金斷層大規(guī)模走滑隆升的時間應(yīng)為始新世至漸新世，約30Ma～55Ma。其余學(xué)者研究了阿爾金斷裂兩側(cè)沉積盆地和構(gòu)造帶的演變及其與阿爾金斷裂走滑的關(guān)系。在排除掉一些干擾的數(shù)據(jù)后，依據(jù)40Ar/39Ar巖石同位素測年結(jié)果，40Ar/39Ar的巖石為89-92Ma，說明阿爾金斷裂的走滑時期位于白堊紀(jì)晚期 。但這兩種方法測出的差異性很大，劉永江認(rèn)為，阿爾金斷裂深部的走滑作用早于地表的走滑作用，阿爾金斷裂有深部走滑向地表擴(kuò)散。

3.2 阿爾金斷裂運(yùn)動方式

目前，阿爾金斷裂帶的研究重點(diǎn)是斷裂帶的活動模式，目前主流觀點(diǎn)認(rèn)為阿爾金斷裂具有左旋走滑、韌性剪切和逆沖推覆的特征，最大切深可達(dá)巖石圈，只有少數(shù)學(xué)者認(rèn)為是右旋走滑。有學(xué)者認(rèn)為阿爾金斷裂是元古界右旋剪切、第三紀(jì)以來左旋剪切、早（中元古代）阿爾金斷裂右旋走滑，特別是三疊紀(jì)和中生代晚期的巨型構(gòu)造帶錯動、擠壓走滑斷裂、巨型構(gòu)造帶錯動形成的。根據(jù)相鄰盆地沉積巖、阿爾金夷平面等資料，在斷層面上對比了相鄰盆地的洪積階地高程和中新生代巖相厚度，確定了阿爾金山的隆升歷史[9,10]。

4 結(jié)論

走滑斷層的研究探討經(jīng)歷了一代又一代的深入并且形成了一定模式，但是走滑斷層的研究結(jié)論卻有著不同的觀點(diǎn)。例如阿爾金斷裂是一條典型的走滑斷裂，在斷裂發(fā)生時代、運(yùn)動學(xué)方面和認(rèn)識上存在很大差異，以巖石的成巖年齡、微觀構(gòu)造學(xué)去界定阿爾金的明確走滑時限，以便更好地為油氣勘探服務(wù)，提高已探明的油氣儲量，是巖石工程勘察研究的價值所在，未來需要更深入地探討和研究，為我國油氣資源開發(fā)提供更多的信息資源。