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问题:岩石圈拉伸并减薄是真的吗?

已有 5757 次阅读 2018-8-7 08:19 |系统分类:观点评述

    (补充了应力状态)

    地质学中,一谈到盆地、伸展构造,就必然提到“岩石圈拉伸并减薄”。而我一听“岩石圈拉伸并减薄”,本人严重不赞同,心里一听就来气,必欲除之而后快!拉伸是主动的力,力从哪儿来?具有幻想、哲学性、思辨性。难道是我外行了?因为我想像的岩石圈拉伸是这样的:

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    于是我一直追根溯源,看是哪位哲人提出来的?有依据吗?于是查到了(按时间顺序):

    1. 1955年张文佑教授第一次提到引张作用; 1960年张文佑提到引张应力,是指挤压下背斜呈张性; 

    2. 1971年,Kairg提出了大规模地壳伸展和海沟的运动意味着俯冲带也在动,文中没有说地壳在拉伸;用的词汇是crustal extension。

    3. 1972年,Baker写了一篇68页的东非大裂谷的文章,里面多次提到了crustal tensin,这个似乎是地壳拉伸,和regional tension.

    3. 1977年,Green引用了前者,研究了地壳变薄的模式,认为弧后盆地的发育. 西太平洋边缘的弧后盆地是由于地壳伸展而发育成的(Kairg, 1971 ) ,而地壳变薄是由于同消减的岩石圈板块有关的部分熔融的地慢物质上涌和侵入所引起的。用的词汇是crustal extension。

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    4.1978年,McKenzie(麦肯齐老先生)提出了最经典的模型,提出大陆岩石圈的快速伸展,造成热软流圈的减薄和被动上升流,也没提到拉伸或力,只是伸展,即伸懒腰。用的词汇是stretching continental crust。老麦在文章末尾坦承,拉张模型最大的问题是,产生4.5公里厚的沉积盆地需约两倍的伸展量。尽管有人提出了解释方案,但这是模型中最不令人满意的地方。需要详细研究大型盆地的沉降历史、热流、地震反射观测资料。也就是说,盆地厚一点儿的,他解释不了!


McKenzie 1978.jpg

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     5.1979年高明修将引张作用扩大化到整个地壳,提出华北地区处于引张应力场中;

         6. Davis1981)更前卫,显示了一张图,画了两只小手,但在文中并没有描述拉张的事儿,比较狡猾,让你们自已去猜,象这样:

1981-Davis-The Eagle Pass detachment southeastern Arizona.png

    7.1982年,学部委员马杏垣先生似乎发展了前人的理论,将前人的地壳伸展,改成了地壳拉伸,适用于伸展盆地,引用了前人的词汇:引张作用F,站在更高的尺度上,提出引张作用使地壳拉伸变薄或裂陷, 造成伸展构造;挤压F造成收缩构造。原来是大咖提出的!可气的是,区区8页纸的论文,几乎没有引文,没有论据,居然都信了,当成定理了,没人质疑。

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    要驳倒它不易,因为沿用了这么多年,后来者一提盆地,就是拉张减薄了,不能全怪马先生。现在,若写80页纸来反驳也没人信。图中L是拉力。

    8.1984年,wenicke大陆岩石圈的均匀剪切,提出的模式,如下图,是向两侧流动,而不是拉伸。注意,下图箭头不是力!于是,一些专家可能误读了箭头的含义?认为这就是分开的力?


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   9.Lister G S(1986)总结了三个模式,两侧悄悄加了向外拉的应力符号,没吭气儿,文中未做解释,甚至没提到力,其中,第二个模式,是对Wernicke的严重歪曲,他的文章的文字和图从未画过向两侧拉的力的符号:


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    10.1988年,Wernicke均衡在正断裂系统中的作用,里面也是提到了伸展背景,用了extensional tectonism,而不是拉伸。

    11.Burov(1996)的研究岩石圈有效弹性厚度Te认为,不需要拉伸,岩石圈或地壳照样能减薄,那就是地表负荷,即山体、冰山、海山及沉积体,使岩石圈挠曲,地壳缩短并变薄:

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    Burov还对老麦肯齐说,“你的拉张模型,和我是矛盾的!”

    12. 漆家福教授(2007)就不顾一切地加上了应力了:


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    扩展真的会有,但我们将它扩大化了,下面是黄河几字型,有几个断陷盆地,几位作者都说是地壳拉伸,有银川近东西向、河套近南北向、渭河盆地南北向、黄河下游济源也是南北向,而黄河之外,汾河流域太原盆地、临汾盆地是北东向拉伸;大同盆地是北东向拉伸。如下图,见“坑”就“拉”?那中间的鄂尔多斯盆地怎么想?它是该挤,还是拉,似乎中间有根绳,在向中间拉?使银川、河套、渭河盆地断陷了?

    拉张最专业的说法是,深部有岩浆上涌,导至表面出现了拉伸。那问题来了,正好这个黄河几字型盆地下方有上拱的?能那么准的认准河道,向上拱?地下深部有一堆兔子,瞄准这些河道经过的地方:银川、河套、大同、太源、临汾、渭河,向上拱?河道、地形的形状是上帝安排的、还是随机的?还是与深部有关系?

    还有一个提法,说是这些地区向东,速度不同,鄂尔多斯西北向东移动速度仅3mm/a,而它自已向东为5mm/a,东部过黄河则是7mm/a,由于是速度不同的撕裂,那如何解释河套、渭河盆地?


    谢富仁(2003)说,大陆板块内部的扩张区(正断裂或正走滑断裂)大多位于异常高海拔地区, 例如美国西部的盆地山脉、东非裂谷、贝加尔裂谷、青藏高原和安第斯山脉。也就是说,即使有张性环境,也是在表面啊。

    但这个结论却令拉张说尴尬了,地壳中广泛存在着压应力,很少出现张应力,即使在大西洋中脊和东非大裂谷地区也测量到压应力(吕古贤,2008)。

    郑建平(2018)研究了西太平洋板片俯冲与后撤时可能认识到了华北克拉通的挤压背景,估计不敢说?如果一说,估计一堆人站出来反对。于是说,“晚中生代(~160Ma)以来, 华北克拉通破坏主要表现为周边块体的俯冲导致软流圈物质上涌、岩石圈减薄和浅部地壳滑脱, 岩石圈薄弱带处(如中部山带)出现褶皱和逆冲, 实现伸展背景下的局部挤压”,还是凌乱中....。




参考文献

[1] Kairg, 1971. origin and development of marginal basins in the western pacific, J. Geophys. Res., 76, 2542, 1971.

[2] A. R. Green. 1977. The Evolution of the Earth's Crust and Sedimentary Basin Development, Geophys. Mon. 20, 1977, 1-17.  

[3] Dan McKenzie. 1978. Some Remarks on the development of sedimentary basins. Earth and Planetary Science Letters, 40 (1978) 25-32.

[4] 马杏垣. 1982. 论伸展构造. 地球科学-武汉地质学院学报,3(18): 15-21.

[5] B. Wernicke. 1988. On the role of isostasy in the evolution of normal fault systems. Geology, v. 16, p. 848-851.

[6] Burov E B, Diament M. 1996. Isostasy, equivalent elastic thickness, and inelastic rheology of continents and oceans. Geology, 24: 419-422.

[7]Lister G S, EtheridgeM A, Symonds P A. Detachment faulting and the evolution of passive continental margins [J] .Geology, 1986, 14:246 - 250

[8]漆家福,杨桥. 伸展盆地的结构形态及其主控动力学因素. 石油与天然气地质,28(5): 634-640.

[9]Davis G H, Hardy J J. The Eagle Pass detachment, southeastern Arizona: Product of mid-Miocene listric (?) normal faulting in the southern Basin and Range [J]. Geological Society of America Bulletin, 1981,92(10):749-762.

[10] Baker, Mohr and Williams , 1972 , Geology of the Eastern Rift System of Africa.Geol .Soc .Am.Spec.Pap ., 136 :67 .

[11] 郑建平, 戴宏坤. 2018. 西太平洋板片俯冲与后撤引起华北东部地幔置换并导致陆内盆-山耦合. 中国科学: 地球科学, 48: 436–456, doi.





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