慢速扩张洋脊上的快速裂谷扩展

慢速扩张洋脊上的快速裂谷扩展 Martin C1 K1 等 20 年前就已经认识到了沿着洋中脊 , 含有细长的 、被沉积物部分充填的 、 内 长约 30 km 宽约 5 km 并不时切断深海丘陵 扩张轴的裂谷扩展 。一般说来这一过程是 随着两个扩张段之间的水平断错沿洋脊走 地貌的盆地 。这些构造体两边的深海丘陵 向的移动 , 一个扩张段吞蚀另一扩张段而 模式各具特色 , 很难越过这些构造体进行 加长的过程 。这个移动留下了一些倾斜于 明确的对比 。单道地震反射剖面明盆地 ( ) 脊轴的假断层 。测量扩展脊与假断层之间 充填有 100 —150 m 局部达 350 m厚的 θ 的锐夹角和通过磁异常得知半扩张速率沉积 物 , 还 能 显 示 出 洋 壳 中 半 掩 埋 的 陡 ( v , 就 可 以 计 算 出 扩 展 速 率 p v/ p = 坎 。θ) tan。我们 在 此 描 述 的 是 在 大 西 洋 洋 中 这些斜构造体使磁异常线出现明显的 () 脊 26N? 附近首次观察到的沿慢速扩 扭折 。4613W? 和 4710W? 实 例 中 成 对 的 扭张脊的快速裂谷扩展 , 我们描述了地质背 折在磁条带中造成约 7 km 的右侧阶梯 景和进行观察后 , 探讨了这种快速扩展可 能的原因及其意义 。 状纯错距 。 斜状断离与磁异常偏移相一致有力地 在 Kane 和 Atlantis 断裂带之间有 18 ( 说明了存在着一个扩展的裂谷体系 , 我们 个右侧阶梯状非转换断层 “二级”不连 ) 对构造体作出这种解释 , 假设这个扩展的 续移动将大西洋洋中脊断错开 。我们的 裂 谷 模 式 , 右 侧 阶 梯 状 等 时 线 错 距 及 研究区东缘有 5 个这种断错及其间的 4 个 4613?W 和 4710W? 构造体的北西走向 要“二级”扩张段 。这些 “二级”扩张段长 求裂谷向南扩展且这些被观察到的构造体 约 40 —70 km , 平均寿命 至 少 10 —20Ma , 由此代表内部假断层体系 , 那么每个构造 它们被沿洋中脊轴以 0 —5 km/ Ma 的速率 体则由一个内部假断层 、转移岩石圈和一 (移动的 “二级”断裂错离 0 —60 km 大部 () ( ) 个夭折 衰退裂谷组成 。对于这些发育 分 20 —30 km 。因 此 , 断 离 移 动 假 断 完善的实例来说 , 内部假断层复合体与地) 层轨迹和与洋脊该时期大致平行的地貌 θθ壳等时线之间的夹角为 20?—40, ? 即扩 展体之间的夹角通常超过 80。? ( ) 速 率 与 半 扩 张 速 率 p/ v 的 比 值 为 我们通过水深和地磁资料 , 在研究区 112 —217 。此处半扩张速率为 14 km/ Ma ,发现了一种新的构造类型 , 这至今未在慢 表明扩展速率为 17 —40 km/ Ma 。 这些快速扩张地壳方面描述过 , 其等时线呈较低 (速移动的右旋断错的规模 约 的角度斜切过正常等深线和磁条带 。地貌 ) 7 km 或 约 015Ma 约 为 E 段 南 、北 两 侧 和重磁资料揭示出至少两个或多达 12 个 的慢速移动的二级非转换右旋断错规模的 这种斜构造体 , 均呈北西走向 。本文主要 20 % 。4613W? 和 4710W? 假 断 层 体 系 的 南研 究 其 中 两 个 实 例 。它 们 出 现 在 西 经 北两端不及中间部位轮廓分明 。磁条带 4613?和 4710附? 近 二 级 扩 张 段 E 的 地 壳 扭折迹线表明每个假断层体系完整地穿越 过整个 E 段 的 全 部 长 度 ; 反 之 , 假 断 层 裂离附近 , 一个很短的裂隙扩展时兼并了 一个长裂隙 。 终止或汇 入 等 时 线 则 表 明 由 于 E 段 最 北 ( ) 也有人提出裂谷扩展可能是由于扩张 端很短的脊段 小于 10 —20 km向东跃 移约 5 km , 开始形成了快速扩展裂谷 , 或板块边界和下伏固定软流圈之间的相对运 动所致 。人们对这个观点不屑一顾 , 因为 由于从 E 、G 两段之间的非转换断错处以 最近的观察发现断离沿板块边界的附近部 > 75 km/ Ma 的 速 率 极 快 地 向 南 扩 展 , 扩 位以相反的方向移动 。在本研究区 , E 段 展事件由于类似的跃移或极快的扩展速率 / A 段断离的向北移动与快速扩展裂谷的 而达到顶峰 。不管哪种情况都表明扩展事 向南生长背道而驰 , 因此板块边界运动与 件的接近全段的长度是二级段扩展造成 。 地幔和裂谷扩展的因果关系在此处是不适 Phipp s Mo rgen 等 提 出 中 速 和 快 速 扩 张洋 用的 。 脊中的裂谷扩展是顺脊轴的地形梯度 离开 海底扩张方向的变化与裂谷扩展相吻 洋中脊高点方向进行的 。他们认为这 是由于差重滑动应力导致裂隙末梢应力增合 。尽 管 有 迹 象 说 明 板 块 运 动 有 某 种 变 加所致 。高处需要滑动更远的距离 , 因此 化 , 但没有明显的迹象证明快速扩展的裂 谷与扩张方向的某种变化有关 。 那里的重力滑动应力大于低处的应力 , 在 剩余重力资料为解释快速扩展成因的 裂隙 末 梢 产 生 集 中 应 力 。在 4613?W 和 有意义的线索 。如上所知 , 这两个发育最 4710W? 假断层附近 , E 段最高的地壳在 () 完善的扩展裂谷 4613W? 和 4710W?能 其南部边缘 , 水深向北增加 。因此 , 如果 够与剩余重力异常从低到高的变化进行对 现在的地形状况反映裂谷扩展时的情况 , () 则扩展体是向上坡发展的 , 与重力滑动模 比 。这表明地壳减薄和 或地幔变冷与 式正好相反 。等时线断错约 7 km , 说明在 裂谷快速扩展的开始和移动同期发生 。这 些重力的变化是剩余重力异常空间模式的 中央裂谷谷壁之内很可能发生了扩展作用 () 通常宽约 20 km。根据中大西洋中脊中 一部分 , 被解释为其与洋脊的岩浆供给量 ( 央裂谷的轴线中点目前的高度来推论 , 裂 的幕次性有关 。我们推断高岩浆供给 与 ) 谷在段端的扩展最初是向上坡发展的 。因 重力低相应期是岩浆侵入为主的板块分 () 离期 , 而低岩浆供给 与重力高相应期 此 , 重力滑动模式用在此处是不合适的 。 则是断裂作用为主的板块分离期 。因此 区域脊轴方向地形从亚速尔附近到赤 快速扩展的裂谷可能是在从多岩浆到少岩 道断裂带一直呈向南变深的趋势 。这可能 浆的过渡时期发育起来的 。 表明重力滑动应力向南集中 , 这与已观察 我们根据大西洋洋中脊新的地球物理 到的裂谷向南扩展相一致 。然而 , 这样一 和地貌资料分析观察到的斜断错地磁等时 个大规模的趋势只引起了快速扩展的小裂 线和伴生的海底地形异常 , 代表着慢速扩 谷的运动 , 而没有引起二级断离的向南运 张的洋脊上裂谷快速扩展 。扩展裂谷和变 动 , 这是不可能的 。这一地区有许多二级 断错 据 知 是 向 北 移 动 的 , 其 中 包 括 具 有短裂谷之间的断错 大 都 < 10 km , 扩 展 速 — 14 — 邻段 。种种假设如裂谷扩展与板块运动变 摘 译 自 《 Geolo gy》, 1997 , 马建 华 化 、裂隙长度和脊轴地形梯度的关系等 ,Vol125 , No17 魏合龙 校 都难以解释这种构造现象 。然而 , 剩余重 力异常表明这种扩展是由于海底扩张多岩 晚古新世冰后高温期的高分辨率记录 和环加勒比海火山作用之间的关系 T1J 1Bralower 等 ( ) 晚古 新 世 55Ma 发 生 的 突 然 变 暖 OD P 165 航 次 中 , 在 加 勒 比 海 点 位 ( () ( 999 哥伦比亚盆地和点位 1001 尼加 是地质记录中最突出的瞬变气候事件 <5) ( ) ) 拉瓜海隆下部中发现了晚古新世冰后高 10aZacho s 等 , 1993。作为晚古新世 ( ) 温期记录 。这些点位在晚古新世位于 10? 冰后高 温 期 L P TM , 这 个 事 件 与 地 球 ( ) N Sigurdsso n 等 , 1997。在点位 999 和上海洋 、气侯和生物圈的急剧变化有关 。 1001 中 , 该事件在泥岩层中分别厚 0142( ) 高纬海面温度 SS Ts提高了约 6 ?, 大 和 0180 m 。在点位 999 中 , 泥岩在某些区 ( ) 气循 环 强 度 减 小 Rea 等 , 1990 。从 低 间中显示出微弱的纹层 。两个记录都表示 () 纬至深水 指温跃层以下的所有水的流 出整个 L P TM 期间生物扰动减少了 。 大量增 加 了 , 并 伴 随 着 8 ?的 增 温 。过 去 体积碳酸盐的同位素分析显示出在 100Ma 中 , 深 水 变 暖 加 剧 了 深 海 底 栖 有 13 δ 999 点位C 有 12 ‰的负偏移 , 在 1001孔虫的大量灭绝 。在浮游有孔虫和陆地哺 13 δ点位中有 3 ‰的偏移 。偏移的形状与其 乳动物的化石群中发现了物种形成的速率 它点位的记录类似 , 偏移开始时很陡 , 从 很快 。在 L P TM 对 比 中 , 发 现 一 个 大 的 13 δ下向 上 不 到 10cm 时 就 出 现 了C 极 小 () 3 ‰、突然的海洋和陆地物质的稳定同 值 , 999 点位在 015 m 后渐增 , 1001 点位 ( ) 位素负偏移 Koch 等 , 1992。能引起碳循 13 δ在 115 至 215 m 之后渐增 。C 偏移的长 环中大的快速变化的唯一可行机制是当深水 度都在 L P TM 剖面中 。 变暖时 , 甲烷水合物从水中分离出来 。 泥岩中不含钙质有孔虫 , 它阻碍了在 现在 , L P TM 的影响已被证实了 , 但 厘米级的泥岩中探测底栖有孔虫灭绝 。在 最终的原因还很难确定 。推测北大西洋火 999 点位海底之下 975165 m 和 1001 点位 成岩区的火山作用温暖了高纬气候 , 并开 综合剖面的 3166 m 处 发 现 了 灭 绝 底 栖 有 启了低 纬 至 深 水 的 主 要 来 源 。然 而 , 与 孔虫动物群 。 L P TM 中已发现的热带变暖相结合的气候 1001 点 位 的 火 山 碎 屑 层 包 括 蒙 脱 石( ) 模 式 Sloan 和 Tho mas , 1997 与 火 山( ) 粘土基质和振荡带钠质 An 约 30斜长 CO引起的变暖机制不一致。 2石的丰富斑晶 , 并含有普通角闪石和黑云