转换断层及其在板块构造理论中的意义

1、转换断层及其在板块构造理论中的意义姓名：杨飙 学号：1200012424摘要转换断层是板块构造理论中的三大板块边界之一，在板块构造理论中占有重 要的地位。本文阐明转换断层的概念和特征，转换断层的分布以及其在板块构造 理论中的意义。关键词板块构造，转换断层，洋脊，俯冲带刖言上世纪50年代，人们不仅在洋底发现了巨大的洋中脊体系，而且还发现了 许多横切洋中脊、平行排列的断裂带，就象人的肋骨一样，被称为转换断层。它 们将洋中脊错开的水平距离可达数百至上千千米，这是地表大规模水平运动又一 有力的证据。转换断层的发现进一步证实了海底扩张的存在，为板块学说提供了 重要依据，并且成为划分板块的一种重要的边界类

2、型。/1965年加拿大学者J.T.威尔逊提出转换断层概念，并得出活动带把大陆分为 几个刚性的板块。1967年D.P.麦肯齐和R.L.帕克把转换断层概念扩展与地球表 面，定量的描述板块运动，确定了板块构造的基本原理。可见，转换断层概念和 板块构造理论的发展密不可分。正文/转换断层的概念的提出50年代，人们对大洋进行了详细的调查和研究，其中就发现了许多横切洋 中脊，水平排列的断裂带。这些与脊轴近于垂直的水平断裂带，长而平直，长的 可达数百到数千千米，一般可达数十千米。切割深度也很大，至少都切穿了大洋 地壳层。在海底地形上，断裂带呈现为岭脊和狭窄的沟槽或崖壁。由于上述断裂带多出现于大洋中脊区域，而洋

3、脊轴部又是海底扩张的中心， 也就是说，断裂带切开的并不是一般的海域，而是由不断向两侧扩张的洋脊引 起的，具有相对运动的非正常海域，因此，它必定与地质学中常见的一般平移 断层的性质不同。据此，加拿大学者威尔逊(J. T. Wilson)于1965年提出了一个全新的 断层名称一一转换断层：两个相邻的板块在边界两侧作平行于板块边界方向的平 错运动，板块在此既不增生也不消减，这就是转换型板块边界。转换断层具平移剪切断层性质，但它与通常的平移断层不同，后者在全断 层线上均有相对运动。威尔逊最早认为：转换断层(Transform Fault )是大型的平移断层，其终 端是一些其他类型的构造，例如中脊、海沟

4、或三联结合点。威尔逊注意到海底的 “平移断层系”沿走向位移幅度不发生变化，而是“突然中止”地过渡成为 方位和性质都不相同的挤压或引张类型的构造。这种类型断层使地壳受影响的表 面积产生了增长(洋中脊扩张)或缩减(大洋边缘消减)。对这种位于被动壳块之 间的断层，威尔逊建议称为“转换断层”转换断层与平移断层的区别虽然转换断层和平移断层都是具有平移剪切断层性质，但两者有很多不同之 处。首先平移断层沿着整个断裂带的两侧长度都发生剪切错动，而转换断层的错 动局限于脊轴之间错开的地方。其次，平移断层随着断层运动的时间的增长会使脊轴的间距越来越大，而转 换断层的脊轴的间距一般不会随时间而改变。然后，平移断层的

5、剪切方向与断层两侧中洋脊所显示的唯一方向一致；转换 断层的水平剪切方向与断层两侧洋中脊所显示的错开方向恰好相反。转换断层与平移断层的错动方式有着如此多的不同，那么这两种断层产生的 地震分布也就必然不同。转换断层断裂带的地震都是浅源地震，并只发生在洋中 脊之间的断裂带上，其外延地段基本没有地震发生。而平移断层的则整个断裂带 上都可能发生地震。转换断层的形成机制构造变形的五种基本方式是引张，挤压，弯曲，剪切和扭转。对于平移断层，其构造力是位于岩石圈内部的由主应力分解的切应力。当切 应力引起局部剪切滑动时，由于岩石圈内存在的围压和摩擦阻力，所以形成了 羽状排列的平移剪切带。但是在地壳中由挤压和引张形

6、成的平移断层并不一样， 并在羽状构造发育程度和其它一些构造特征的综合表现上也有明显差异。而且 岩石圈不同深度的物理条件不同，断裂的表现也不一样：浅层次形成脆性和脆 一塑性平移断裂带及其构造组合，而在深层次则过渡为韧性变形，形成所谓的韧 性剪切带。平移断层研究表明，即便挤压应力或引张应力出现于整个地壳或岩石 圈内，一条平移断层不但沿走向和倾向的产状和位移幅度有较大变化，而且很 少能一直贯穿到底。就单元体在挤压作用下的破裂模型来看，其中的剪破裂也未 穿过模型的中心部位。形成转换断层的构造应力与平移断层形成的附加应力不同，主要分布于岩 石圈之下，并以上地慢的上升对流束的水平作用方式表现出来，由于摩擦

7、作用 力，引起了岩石圈不同块体的水平运动(扩张或俯冲)。但是由于对流束的流速 各处有差异、岩石圈壳块的厚度不同、岩石圈同软流圈间摩擦阻力列处有别等原 因,故各不同壳块产生不同的加速度，从而形成了裂谷带或俯冲带上的转换层。转换断层的宏观表现 1宏观特征从以上讨论可知，转换断层与一般常见的平移断层有所不同。平移断层多发育于陆壳上，转换断层多发育于洋壳上，陆地上较少；转换断层的错动方向较为复杂，其两端与中间段的运动特征不同；转换断层的概念有两层含义：一是受海底扩张的影响，有时其错动方向与 原来相反，转换了性质；二是两端连接着洋脊或俯冲带，对板块的边界起 着转换作用；在地形上，转换断层与两侧板块是不相

8、匹配的，在破碎带上有时岩石比较 松散，容易被侵蚀，形成显著的凹槽；有时表现为狭窄的山脊或峭壁，这是由于 玄武岩浆呈墙状缓慢喷出所形成的。4.转换断层的分类转换断层可以产生于两段洋脊之间，可以产生于两个俯冲带之间，也可以产 生于洋脊和俯冲带之间，以此转换断层分为3类。第一类是洋脊-洋脊转换断层，它发生在两段洋脊之间，是转换断层的最基 本的形式。图中所示即为洋脊-洋脊俯冲带的示意图。其中v1,v2分别是两段洋脊的扩张速率，v3 是转换断层的错动速率。当洋脊的扩张速率小于转换断层的错动速率，即v1,v2v3时（这是地质时 期常见情况）r -这时，在两段洋脊之间，转换断层总的错动方向和原来的错动方向相

9、反，即原 来若是左旋.现在变成右旋（反之亦然），即由于海底扩张作用，使原来的横 断层平移断层）改变，转换了性质，所以称之为“转换断层”。它与一般的平 移断层是不同的，是一种新形态、新性质的断层。从以上动态分析来看，由于海底扩张运动和转换断层平错运动之间的矛盾 运动，导致了不同断块的运动速度及方向之间的运动叠加，从而引起了转换断 层运动方式的复杂性。不过，在两段洋脊中间的转换断层地段，运动最为显著， 是矛盾的主要方面，所以，这里发生的地震和洋脊段所发生的地震能连在一起。 在洋脊外的转换断层地段，虽然大多数情况下也在活动，但是，由于其处于运 动的次要方面，故这里的地震很少。由此可以看出转换断层的第

10、二项功能，即连 接两段洋脊的桥梁作用、转换作用。第二类是俯冲带-俯冲带转换断层，该类型的转换断层发生在汇聚性（挤压 型）板块边界的俯冲带。在这里,两个板块碰撞挤压，由于大洋板块位置较低密 度较大厚度较小，因而在挤压力的作用下便俯冲到大陆板块之下，进而熔化、消 亡，并产生了地震岩浆活动双变质带混杂沉积与浊流沉积等地质现象：其实例是 太平洋中横越斐济岛的转换断层。板块II相对静止，板块I从右侧运动而来并向板块II俯冲下去，AB与BC原 来是一个俯冲带整体，由于板块I在俯冲过程中所受到阻力分布不均衡，而导致 在不同地段其运动方向及速度的差异（v1,v2），使俯冲带分成两段，中间形成了 一个转换断层。

11、在两段俯冲带之外，仍可有断层延续现象，即在俯冲带间断处 （B B ）使转换成一个断层，在转换断层处，无板块的俯冲现象，只有板块的 相互平错运动，故地震活动也可以通过转换断层连接起来。第三类是俯冲带-洋脊转换断层，该类型的转换断层发生在洋脊与俯冲带距 离较近，且转换断层长度较大的地区，在太平洋东岸的板块交界处，有数个海 岭一俯冲带转换断层。其典型例子是智利海岸转换断层。转换断层（B E ）处于三个板块（I, II,III）的连接处，运动情况较为复杂， 洋脊（A B ）通过转换断层的转换作用，与冲带（C D ）相连，大洋板块在洋脊 处增生，在俯冲带处消亡。若vl=v2,即板块（I,II）的扩张速度

12、相等，则该转 换断层两侧无相互错动现象，属于死转换断层；若v1尹2,即板块（I,II）的扩 张速度不相等，则该转换断层活动，并根据v1,v2的相对大小，成为左旋或右 旋的转换断层。在转换断层相对静止或相对运动的过程中，洋脊与俯冲带之间的 距离可以增加，也可以减少，也可以保持不变。当板块扩张速度大于俯冲速度时, 其距离增加，反之则减少，当两者相等时，其距离则保持不变。转换断层在板块构造理论中的意义转换断层多出现在洋底，但在陆地上也有发现，如圣安德列斯断层、欧文断 层和印度洋中穿过阿拉伯海到达大陆碰撞带的洋底至大陆转换断层。观测全球板块构造图可知，全球共有转换断层约1 10条，其中大西洋中脊 42

13、条、太平洋40条、印度洋28条。转换断层的错动距离，可达数十到数百公 里，有的可达千余公里（如东太平洋的门多西诺断裂带）。在之前的讨论中，我们把转换断层两端的板块看作刚性板块。从全球板块构 造图中我们可以看到，转换断层几乎是是连续分布的。如果我们把转换断层同一 侧的看作同一个刚性板块，那么由转换断层，俯冲带，造山带就能把地球划分成 若干个刚性板块，这就是大陆构造中划分的几大刚性板块。且我们通过测量几大 板块转换断层边界的位移量，发现大部分的位移量可以通过一个欧拉极来表示， 这代表着通过转换断层，俯冲带和造山带定出的板块符合刚性板块的特性。即， 转换断层是板块构造学说在表面运动上的解释的重要依据。学者勒皮琼在1968年利用几个转换断层带的扩张速率的数据，算出了大西 洋，太平洋一南冰洋，北冰洋和印度洋中破裂带的欧拉极，发现和资料符合良好。 勒皮琼假设地球是膨胀后发现计算的不同欧拉极对应的转换断层的扩张率代表 过去1000万年里不同欧拉极的转换断层差异膨胀达到500万公里，这是不合理 的。因此勒皮琼得出结论，他的成果不利于地球膨胀的假说。勒皮琼还曾根据地球作为一个稳定半径的球体的假设和之前求得的5个欧 拉极和对应的旋转向量对主要板块彼此间的相对运动进行了一次球体分析，推测 地壳的拉张率和在板块边界上