走滑断层研究进展—以阿尔金断裂为例

范勃然

（河北地质大学 地球科学学院，河北 石家庄 10077）

1 走滑断层研究历程

1.1 最早研究成果

17世纪末期的旧金山地震致使断层发生大规模滑动，地质学家因圣安德烈斯断层突然滑落至400多米这一地质现象开始研究，在20世纪的30～40年代，西方学者提出了走滑断层的一些基础概念。例如Sonder在1946年提出的全球剪切断层格架，Kennedy开始提出平移断层及其基本定义，国外学者认为区域走滑断层是地壳主要运动之一。20世纪50年代，中国东部的郯庐断裂带也开始被地质学家们所认知，Moody和Hill在中亚、北美、阿富汗和西太平洋地区发现并对许多大型平移断层进行了研究[1-3]。

地质学家们一开始并没有涉及大区域内甚至达到全球范围内关于走滑断裂的研究，小范围的偏多。由于无法解释旧金山地震导致的断层大规模滑动，国外一些地质学家开始研究大区域范围内的走滑构造及其发生机制，并发表了举世闻名的文章《Wrench fault tectonics》，在该篇文章中还讨论了走滑断层的遗传模式，并在此基础上，提出了平移断层结构的基本原理，这是研究走滑断层的一个进步点。随后由于磁异常带被人民发现，威尔逊提出了洋中脊转换断层的概念，人们开始大规模研究大洋中脊的走滑形式，该学者提出了大洋扩张的机制和著名的威尔逊旋回。

1.2 研究近期成果

随着对地球研究地不断深入，21世纪60年代末期魏格纳提出板块运动学说，地质学家们意识到自然界中还有许多大型走滑断层未被识别。之后，Harland 提出了压扭和张力的概念，以走滑构造解释造山带、盆地和油气圈闭的开展与演变。Crowel研究了San Andres断层。Freund和Wilcox分别研究了平移断层的运动学和平移断层的实验分析结果。

1.3 现代研究成果

在70年代末期的时候，许多地质学家开启对走滑构造进行更深入地研讨。专家们在东南亚研讨会上同意走滑断裂与收缩构造等其他一些断裂类型一样重要。从近代开始，学者们以东南亚为走滑结构最合适的研究场所。地质学家书写的 “倾斜走滑活动带中的沉积作用”的论文集中详细论述了倾斜走滑断层的特点等，这既是对当时走滑断裂构造研究的总结，也为后人的研究剖析打下坚实的根底，对走滑断裂构造研究具有重要意义。

在此基础上，地质学家们在80年代开始对走滑结构进行一系列研究。例如研究西太平洋中生代斜俯冲的Taira；讨论全球走滑断层遗传分类的Woodcock；亚洲碰撞走滑断层网的Tapponier研究与分析 ；长期对圣安德烈斯断层的钻研的Sylvester在1988年完成了“走滑断层”这一著述，这一著述详细总结了近50年来全球走滑断层研究的成绩和存在的问题；Sengor钻研地中海地区的走滑断层；Sengor对造山运动中走滑挤压结构的分析研究。同时，在第29届国际地质大会中确定了“走滑断层构造与沉积”这一主题。20世纪90年代，国际岩石圈委员会为对走滑构造进行更深化地钻研，成立了新的“大陆岩石圈走滑断裂”课题组。随着观测和实验技术的进步，走滑断层在现代研究中取得了很大进展，如走滑断层与深部流体的关系、走滑断层与两侧地形的关系、走滑断层的深部构造特征、走滑断层的应变承载和分解机制、走滑断层的活动特征与地震活动的关系。这一阶段深化了对走滑断层的钻研。随着研讨的深化，学者们对走滑构造的地质作用，如盆地成因、板块俯冲、碰撞、造山机制等有了更深入的看法[4]。

20世纪90年代，我国主要对郯庐断裂、阿尔金断裂等一系列大走滑断裂带进行系统地研究和分析。专家采纳构造分析、古地磁、高精度GPS监测、磁组织、构造模拟等技术办法钻研了四周地块或构造大走滑断裂带的旋转幅度。刘和甫、许志琴钻研了中国大陆东西部差异地域盆山耦合与走滑造山带的关系。肖尚斌等人分别钻研了走滑构造对油气藏和地层的控制作用，走滑构造对走滑盆地沉积的控制作用，这些成果有利于人类探寻油气成藏，进行油气勘探。

2 走滑断裂研究现状

2.1 走滑断裂的断层效应

走滑断裂的断层效应又被称为走滑断裂的位移特征，主要由与走滑断层斜交的非水平岩层或标志物的错动来识别走滑断层的位移。然而，在一些复杂的情况下，会导致标记层在平面或剖面上出现明显的视觉错位。

2.2 走滑断裂的识别标志

走滑结构的变形往往构成一些特定识别标志，这也是标记走滑结构的依据。走滑断层的识别标记分为截面标记和平面标记。剖面上被标记为地层的不连续性 、正花结构和负花结构、走滑断层的内部构造和夹块、丝带效应和海豚效应。平面标志有：走滑带两侧地质边界水平错开，具有带状分布和线性延伸特点。

2.3 走滑断裂的伴生或派生构造

走滑断裂作用往往构成派生或伴生的构造，这些构造受走滑断裂带上差异位置的多种要素控制，包含走滑断裂的、应变率、排列组合、走向变化、应力大小和方向、岩石力学性质、先存构造等。由走滑引发的或与之相干的构造规律可用走滑应变椭圆来体现，该椭圆源于Cloos和Riedel的简单剪切物理模拟实验。相关构造包括：①主位移区(PDZ)是具有相同走滑构造区的连续走滑断裂带和里德尔（R）剪切带，走滑方向与主位移带相同，二者夹角为岩石内摩擦角；②锐角方向指示墙内断块的运动方向，也称同向走滑断层。③共轭谜语 (R′) 剪切，走滑方向与主位移区不相同，两者的交角大，R剪切共轭，又称逆走滑断层。④同向剪切断裂（P），又称次级走滑断层。⑤张性（T）断裂，属于局部张性断裂，其方向垂直于走滑应变椭圆的局部延长方向。⑥雁行褶皱和逆冲断层群仅在构造带局部发育，走向垂直于应变椭圆的局部收缩方向。⑦Y向剪切断裂与主位移带平行。PDZ，R，P和Y在走滑应变椭圆中的剪切变形过程中彼此作用，构成走滑断裂带。在走滑断裂主位移带的构造组合中，局部构造带的走向和走滑矢量的方向决定了断裂带的局部收敛和离散。走滑收敛带会引起收敛挤压或扭转，导致地壳缩短和隆起;走滑离散区构成的释放弯曲，伴随着地壳的伸展、沉降和拉分盆地的形成。主位移构造带的构造组合也受R、P剪切控制，常与正断层、褶皱、线性路障、地堑块等构造组合相关联。雁列褶皱经常出现在走滑断层周围，这被认作是剪切变形的结果。⑧在主要走滑断层上方或附近相对狭窄，稳定的地区发展雁列褶皱;它也可以在两个走滑断层 之间的大面积上形成。雁褶排列的倾斜方向与剪切主应力的倾斜方向相同，即右旋构成右旋褶皱，左旋构成左旋褶皱[5-8]。

2.4 走滑断裂分类方案

随着人们对走滑断层了解地深化，走滑断层的分类也逐步多样化。本文经过对许多学者的走滑断层分类措施的总结和剖析进行研究，认为其存在的主要问题是：对走滑断层的分类界线不太清晰，同一分类体系中的分类尺度不一致，思索的因素不系统，分类结果中存在夹杂和附属关系，难以区分走滑断层的详细类型，Woodcock和Miall的分类只考虑板块边界上的走滑断层；依据刘和甫的分类，撕裂断层属于转换断层，在同一分类体系中具备包裹体关系；在夏邑平等的分类中，有太少太常见的因素，因而，很难精确识别走滑断层的类型。目前，一些学者在现有分类的基础上，提出了一种新的走滑断层分类方法。依据动力学机制学者们将走滑断层区分为主动走滑断层及被动走滑断层。主动走滑断层是指在走滑应力系统下形成的走滑断层;被动走滑断层是指在非走滑应力状态下形成的走滑断层，被动走滑断层可分为转换断层和转换断层，其中转换断层可分为单转换断层和复合转换断层。

3 阿尔金断裂研究

3.1 阿尔金断裂走滑发生时间

部分学者依据花岗岩的锆石和磷灰石裂变径迹冷却年龄以及断裂带变形岩石的40Ar/39Ar进行的同位素测年来判定阿尔金断裂的走滑年限。阿尔金断层大规模走滑隆升的时间应为始新世至渐新世，约30Ma～55Ma。其余学者研究了阿尔金断裂两侧沉积盆地和构造带的演变及其与阿尔金断裂走滑的关系。在排除掉一些干扰的数据后，依据40Ar/39Ar岩石同位素测年结果，40Ar/39Ar的岩石为89-92Ma，说明阿尔金断裂的走滑时期位于白垩纪晚期 。但这两种方法测出的差异性很大，刘永江认为，阿尔金断裂深部的走滑作用早于地表的走滑作用，阿尔金断裂有深部走滑向地表扩散。

3.2 阿尔金断裂运动方式

目前，阿尔金断裂带的研究重点是断裂带的活动模式，目前主流观点认为阿尔金断裂具有左旋走滑、韧性剪切和逆冲推覆的特征，最大切深可达岩石圈，只有少数学者认为是右旋走滑。有学者认为阿尔金断裂是元古界右旋剪切、第三纪以来左旋剪切、早（中元古代）阿尔金断裂右旋走滑，特别是三叠纪和中生代晚期的巨型构造带错动、挤压走滑断裂、巨型构造带错动形成的。根据相邻盆地沉积岩、阿尔金夷平面等资料，在断层面上对比了相邻盆地的洪积阶地高程和中新生代岩相厚度，确定了阿尔金山的隆升历史[9,10]。

4 结论

走滑断层的研究探讨经历了一代又一代的深入并且形成了一定模式，但是走滑断层的研究结论却有着不同的观点。例如阿尔金断裂是一条典型的走滑断裂，在断裂发生时代、运动学方面和认识上存在很大差异，以岩石的成岩年龄、微观构造学去界定阿尔金的明确走滑时限，以便更好地为油气勘探服务，提高已探明的油气储量，是岩石工程勘察研究的价值所在，未来需要更深入地探讨和研究，为我国油气资源开发提供更多的信息资源。