裂谷和裂谷作用

裂谷和裂谷作用
由于引张而使整个岩石圈发生破裂的地方称为裂谷，致使岩石圈发生破裂的作用称为裂谷作用。

对裂谷的研究大体使于19世纪中叶或更早一些时候。

裂谷一词，最初是英国地质学家J. 格雷戈里于19世纪末在描述东非裂谷时首先使用。

裂谷常呈线状，属深部成因的构造岩浆体系。

它通常产生在（地幔）穹状隆起背景上，受异常地幔控制，系在特定地质和构造应力条件下，由于地幔物质运动而引起的全球性构造体制的组成部分。

据统计，世界裂谷带的总长度为10万公里，每年有10立方公里的玄武岩浆和16000吨的铜在气热对流中沿裂谷被带到地表。

其中，大陆裂谷带规模较小，长数百乃至数千公里，宽数十或数百公里。

1953年，美国拉蒙特－多尔蒂地质研究所，经调查首先确认了大西洋中脊裂谷。

1956年更是发现，世界大洋洋底裂谷纵贯全球，连绵延展达64000公里，并且与大陆裂谷具有惊人的相似之处。

裂谷范围内，地壳变薄，重力值降低，地震波速减缓，而热流增高，常伴有大量碱性和次碱性岩浆活动。

裂谷活动带地质意义重大，且与成矿作用关系密切。

因而，它具有特定的构造、岩石、地层、地球物理和地球化学特征，以及相应的矿产组合。

世界上许多著名的和特大型矿床往往都与裂谷作用有关。

所以，对裂谷作用和裂谷带上的矿产分布规律的研究，目前已成为构造地质学家和经济地质学家们最为瞩目的研究课题之一。

一、裂谷的一般构造特征
（一）裂谷的分类：分为如下四类：
1、大洋中脊裂谷：如太平洋、印度洋和大西洋中脊裂谷。

谷底为硅镁
壳，即洋壳。

2、陆内裂谷：如东非裂谷、莱因裂谷和里奥格兰德裂谷。

谷底为硅铝
壳，即陆壳，但其厚度较周围地壳明显变薄。

3、陆间裂谷：如红海、亚丁湾和加利福尼亚湾。

谷底两侧为硅铝壳，
中间轴部有的地方为硅镁壳，即为过渡壳。

4、大陆边缘裂谷：如具有一系列裂谷成因的盆地－山脉地形的大西洋
型（被动）大陆边缘。

谷底虽为硅铝壳，但在总体上，近陆一侧为
硅铝壳，近洋一侧具有向洋壳过渡的特点，亦为过渡壳。

另外，根据裂谷的形成机制，又可分为自生（主动）裂谷和他生（被动）裂谷，或称地台期后型裂谷和造山期后型裂谷（我称“新陆壳裂谷”―属后碰撞期的）。

有人认为，莱因、奥斯陆和贝加尔裂谷的形成，分别与阿尔卑斯、华力西和喜山造山运动有关，因而称其为撞击裂谷（亦应属后碰撞期的新陆壳裂谷）。

出现在大陆内部或其边缘的古裂谷多属地台期后型残留裂谷。

有人认为，它的形成与三叉裂谷联结点（或称“三向裂谷联结”构造，简称“三联点”）有关，亦即在相邻两支裂谷发育成开阔海盆之后而残存在大陆内部的一支残臂。

对此沙茨基称“坳拉槽”，或译为“裂陷槽”。

（二）裂谷作用的阶段性：
早期阶段：以穹窿火山活动为代表。

主要特点是，地壳断续隆升，深部出现塑性流变，地表以阶梯状正断层为其特征，局部产生地堑或箕状断陷盆地，并伴有火山活动。

中间阶段：出现一系列地堑－地垒构造，伴有强烈的火山活动。

发育厚度可达数千米的类磨拉石和火山堆积物。

在发展成陆间和大陆边缘裂谷的情况下，可能出现陆、海过渡相沉积，泻湖相沉积与海相台地沉积的迭加，构成巨厚而复杂的地层剖面。

时间可持续数亿年之久，沉积厚度常逾万米。

晚期回返阶段：是一个比较复杂和长期构造变形的过程。

在时间上可以与第二阶段相继发生，但两者之间往往存在相当长的时间间断。

在回返阶段，由于应力方向的改变，基底可能出现多次差异性升降，断层的性质则由正－开断层变为逆掩－冲断层。

盆地基底上的堆积物出现不同程度的脆性和塑性变形。

从平缓的线性挠曲和长垣到大幅度逆冲－逆掩断层，均较常见。

强烈的变形多出现在被两个稳定地块所夹持的裂谷带内。

残留裂谷内沉积物的变形程度通常较弱。

（三）裂谷的周期性：
自元古代以来，地球上至少存在三个全球性裂谷作用周期，或称之为巨旋回。

1、最早一次，约距今26－20亿年前后。

2、第二次，距今12－8亿年前后。

地球上可能发生了大规模的分化改组。

北半球劳亚大陆分裂，形成了太平洋、乌拉尔－贝加尔海、古大西洋（又
称雅皮塔斯洋）和古特提斯海，同时导致南半球（冈瓦纳大陆）的组合
－泛非运动。

3、第三次，在距今2亿年前后。

相当于海西－印支－阿尔卑斯褶皱期，造
成了南半球冈瓦纳大陆的分裂和北半球的重新组合。

对于现代大陆裂谷活动，如东非裂谷、贝加尔裂谷和北美中西部里奥格兰德裂谷等等，是否属第三裂谷周期，尚有不同看法。

有人认为，它们可能代表着一次新的全球性裂谷周期的序幕。

二、裂谷带的岩浆活动特征
裂谷带的岩浆产物，一般均具有较高的碱性。

如镁铁质的碱性玄武岩和霞岩等。

1、现代活动带上岩石特征：
现代裂谷带上，早期出现中心式碱性和强碱性岩浆活动。

通常表现为特征明显的环状碱性杂岩体，尔后逐渐过渡为碱性和次碱性玄武质裂隙喷发。

这种演化序列在空间上往往表现为明显水平分带性。

如东非裂谷：早期中心式火山岩主要为霞岩－富钙响岩－碳酸盐岩系；晚期为橄榄玄武岩－粗面岩－碱流岩－贫钙响岩岩系。

红海裂谷两侧亦为中心式碱性岩，而中轴部为拉斑玄武岩岩系。

2、古裂谷岩石特征
相对较为复杂。

多数情况下，现代地表出露的岩石组合往往代表较深部岩石剖面，例如奥斯陆裂谷。

奥斯陆裂谷的侵蚀深度大约为3000米左右。

这里出露的深成岩大体可以分为两类：1）镁铁质火山岩；2）二长－闪长岩类岩石。

其中包括斜长流霞正长岩和霞石正长岩，局部见有少量镁铁质堆积岩和橄榄辉长岩。

前寒武纪，特别是早前寒武纪古裂谷往往具有较厚的多旋回火山－沉积建造，如古老地盾区广泛发育的绿岩带。

对前寒武纪绿岩带（主要是20－18亿年前），愈来愈多地被认为是古裂谷带上的产物。

绿岩一般都不是单一的火山旋回，而是一个复成的火山杂岩体。

整个剖面的厚度可达一至两万米。

这套地层具有特殊性，与中、晚元古代以后的裂谷岩浆剖面相比，它的特点是：
1）具有广泛发育的含铁建造；
2）缺少碱性岩石系列；
3）变形程度差。

早、晚前寒武纪大陆裂谷建造的共同特点是都含有重要的铜、镍、钴、铀和贵金属矿产。

三、裂谷带的一般沉积特征
裂谷的沉积作用大致可分为三个阶段：
陆相沉积阶段、海陆交互相沉积阶段、海相沉积阶段。

在裂谷的火山－沉积建造中，沉积地层一般都由粗碎屑、细碎屑和蒸发岩系组成。

在未被扰动的古裂谷，特别是前寒武纪裂谷剖面中，这种地层序列表现得尤为明显。

它大体反映了不同裂谷作用阶段的沉积特征。

1、陆相沉积阶段沉积物多为红色和灰红色类磨拉石建造，交错层理甚为发育。

沿走向和侧向，沉积厚度变化很大，从数十米到数千米。

沉积物中可能富含有机质，有可能形成一定规模的油气聚集。

2、海相或海陆交互相阶段裂谷扩张而演变为陆间或大陆边缘裂谷。

沉积物，包括腐泥质在内，主要沉积在由于裂谷作用而产生的凹凸不平（断拗和断隆）的陆架、陆坡和陆隆上。

在整个沉积剖面中，不同阶段沉积物相互迭加，从而构成巨厚的裂谷沉积建造，其厚度数千米到二、三万米。

早期陆相沉积可能最终被掩埋在大陆边缘冒地槽沉积柱的底部。

这种复杂的沉积建造的形成说明，裂谷带曾经经历过漫长的、但可能是周而复始的线性沉积过程，其间可能伴有分异程度较差的玄武－流纹岩石组合（双峰式组合－焦）。

3、在拉开盆地内，随着时间的推移和扩张量的增加，早期沉积物大多出现在沉积盆地的侧翼，而较新地层则依次呈迭瓦状堆积在盆地的中心部位，反映了盆地的时空演化进程。

值得注意的是，在裂谷沉积建造中，特别是在海相或海陆交互相沉积环境中，常形成大量蒸发岩和含有机质及金属软泥的沉积，往往构成具有重要经济价值的大型石油、天然气、煤和层控金属矿床。

如我国沿海沉降带、沙特阿拉伯－波斯湾、红海、苏伊士、亚丁湾、北海、加利福尼亚等地的油气。

阿尔果马和苏必利尔型铁矿、中非砂页岩型铜矿、芒特艾萨型铜铅锌矿、密西西比谷
型铅锌矿等。

在古裂谷带上分布的主要是金属矿产资源，而在中－新生代裂谷带上主要是蒸发岩、铀、褐煤和油气资源。

四、岩石－地球化学特征
与造山带内岩石相比，裂谷具有明显的碱性岩特征。

然而，在早前寒武纪时期，裂谷中普遍缺少碱性岩岩系。