经典地质图集，搞明白裂陷盆地 ！

大到大洋裂谷，

小到由正断层控制的地堑，

这些在地壳或岩石圈

伸展变形过程中形成的盆地

都可视作伸展型盆地。

大规模地堑发育（图源@USGS）

裂陷盆地作为

典型的伸展型盆地，

是指那些由于岩石圈或

地壳裂陷作用过程中

形成的沉积盆地，

在地质学中有着极其重要的意义。

伸展构造（图源@NASA）

裂陷盆地是如何形成的？

又具有什么特征？

（图源@Gfycat）

伸展作用物理模拟

01

裂陷作用是指

引张力作用于整个岩石圈

并导致地壳和岩石圈

发生大规模的开裂和

断陷的地质作用过程。

（图源@Episteme）

而伸展构造是指

在裂陷作用(或区域引张作用)下

形成的一切使地壳或岩石圈

沿水平方向发生

伸长变形的构造的总称。

（图源@WEBVolumeProblems）

裂陷盆地是地壳表浅层的

大型伸展构造, 

主要特征为沉积盆地是

在地壳的伸长减薄过程中

形成和发展的。

红海裂谷（图源@Geological Digressions）

岩石圈的伸展变形需要

水平方向的引张作用力。

因此岩石圈裂陷作用

可根据引张力的起因，

分成主动的和被动的

两种动力学机制。

主动裂陷作用是指岩石圈下

软流圈热物质主动上涌，

引起整个岩石圈

水平引张的过程。

被动裂陷作用的力源是

板块构造演化过程中产生的

区域水平引张力。

（图源@文献[1]）

也就是说，

作为裂陷盆地形成的

主要动力源，

主动裂陷可能出现：

热隆起→火山活动→裂陷盆地形成

→热沉降等构造事件序列 。

主动裂陷（图源@Allen and Allen/Geological Digressions）

而在被动裂陷机制中, 

由于区域应力场是主要动力源。

因而可能出现：

裂陷盆地形成→

热隆起→火山活动→

均衡沉降、 热沉降等

构造事件序列。

（图源@Allen and Allen/Geological Digressions）

 实际上，

裂陷作用的主动和

被动并非彼此孤立。 

在裂陷盆地形成的过程中, 

裂陷作用既有“主动”成分，

亦有 “被动”成分，

且在不同阶段可能表现为

不同动力学机制占优势。

裂陷作用（图源@ Science）

02

在板块的内部或

不同板块边缘都可以有

裂陷盆地的存在。

它们的形成和演化

直接或间接受到

板块构造运动制约。

板块构造（图源@Britannica）

因此，根据

裂陷盆地形成演化过程与

板块构造运动的关系, 

可将该盆地分成

如下图的四大类。

（图源@地质工作手册）

大陆板块内部的裂陷盆地

主要包括伸展型拗陷盆地、

陆内宽裂陷盆地、

陆内窄裂陷盆地。

伸展型拗陷盆地指

地壳或岩石圈受引张减薄

而形成的碟状坳陷。

其形成的可能原因：

岩石圈减薄未造成大规模破裂，

或盆地位于大型坡坪式

拆离断层的断坡部位。

（图源@地质工作手册）

陆内宽裂陷盆地是由

一系列平行延伸或分叉、 

斜交的地堑、 半地堑组成， 

裂陷作用发生在很宽阔的地区。

（图源@地质工作手册）

宽裂陷盆地可以被

埋藏在后继的

盆地沉积层之下，

如渤海湾盆地，

也可直接露出地表， 

如美国西部盆地。

渤海湾（图源@ESA）

陆内窄裂陷盆地的

裂陷作用发生在

比较窄的范围内，

地堑、半地堑呈

链状、斜列式分布，

构成平面上狭长沉降带，

为典型大陆裂谷。

如东非裂谷、 苏伊士湾等。

东非裂谷（图源@International Renewable Energy Agency）

与板块离散运动有关的

裂陷盆地主要包括

陆间裂谷或原始大洋裂谷、

衰退裂谷、

新生大洋盆地和洋中脊，

以及被动大陆边缘。

陆间裂谷或

原始大洋裂谷的裂陷作用

使岩石圈完全裂解成

两或三部分。 

裂谷底部是新生洋壳并有

进一步扩张趋势， 

成为岩石圈板块离散运动边界。

如红海裂谷南部。

红海裂谷（图源@Woods Hole Oceanographic Institution）

衰退裂谷是从大洋以

高角度伸入大陆内部的

裂陷盆地， 

是大洋形成初期的

三叉裂谷系中一支，

 如西非的贝努埃裂谷。

贝努埃裂谷（Benue rift）（图源@Aymatth2）

大洋封闭并发生

大陆碰撞形成造山带后， 

早期衰退裂谷演化成为与

造山带近直角相交并

伸向克拉通内部的拗拉槽，

如俄克拉荷马州周围盆地。

俄克拉荷马州周围盆地（图源@Debra Higley）

大陆板块破裂后

继续发生海底扩张， 

形成大面积以

洋壳为底的新生洋盆， 

海底扩张仍然在洋中脊发生，

如大西洋盆地和大西洋中脊。

大西洋中脊（图源@mid-Atlantic ridge）

被动大陆边缘指

在离散板块运动造成的大陆边缘。

被动大陆边缘包括陆阶和

陆隆或陆堤等盆地单元。

如大西洋两侧的大陆边缘。

大西洋盆地（图源@Wikiversity）

与板块俯冲作用有关的

裂陷盆地主要包括

弧内（ 裂陷）盆地、

弧后（ 裂陷）盆地和

弧间（ 裂陷）盆地等。

撞击裂谷指

大陆板块碰撞过程中

在碰撞带前方的大陆内部

形成的走向与碰撞带

近垂直的狭长盆地。

为典型被动裂陷作用过程，

如莱茵地堑、 

贝加尔湖盆地等。

莱茵地堑（图源@文献[2]）

03

多数裂陷盆地是由

正断层作为

同沉积边界断层的沉积盆地。

正断层作为

伸展构造变形中的基本要素, 

控制着裂陷盆地的

形成和构造演化。

（图源@Wiley Online Library）

正断层按其断层面形态

可分为平面式和铲式；

按断层两盘岩层及

断层面本身是否发生旋转运动

分为非旋转和旋转两类。

正断层划分（图源@文献[3]）

另有一种常见正断层

由较陡倾斜的断坡和

较缓倾斜的断坪

组合成台阶状断层面，

特别是多级的坡坪式形态，

可称为坡坪式正断层。

属于旋转类正断层，

而根据这些

边界正断层的差异性，

可将裂陷盆地构造样式类型

分为如下四类：

由非旋转平面式正断层

控制的地堑与地垒；

由旋转平面式正断层控制的

多米诺式半地堑系;

 由铲式正断层控制的

半地堑或滚动式半地堑；

由坡坪式正断层

控制的复式半地堑。

（图源@文献[3]）

同一构造背景

可形成多个裂陷盆地， 

即裂陷盆地区。

盆地中控制地堑或半地堑的

主干正断层在平面上

展布型式多样， 

使整体盆地也呈现

不同平面形态。

多条主干断层分布（图源@Mikenorton）

裂陷盆地可能

只有一侧发育主边界断层，

另一侧为构造斜坡。

即使发育两条

平行的主边界断层，

多数情况下两条断层的位移

往往是相互消长， 此强彼弱。

（图源@Columbia University）

伸展主干断层之间

发育的构造变换带

在盆地构造演化中

起着十分重要的作用。

伸展构造样式的变化情况及

主干断层位态和规模决定了

构造变换带

可以不同尺度和型式发生。

裂陷盆地主干边界断层平面展布型式（图源@文献[3]）

连接基底主断层的

一些横向斜向断层

是典型的变换带，

称为变换断层。

变换断层运动性质

受被传递的主干伸展断层

位态及伸展位移方式等

多种因素影响。

（图源@文献[3]）

变换断层并非是

传递伸展应变的唯一形式。 

如在东非裂谷中的

基底主断层间常发育

走向斜坡、 凸起带和

复杂多边形断块体等

多种样式的变换构造。

东非裂谷（图源@NASA）

参考资料：

[1] Merle, O., 2011, A Simple Continental Rift Classification, Tectonophysics, Elsevier, pp. 88-95.

[2] Yan L ,  Tsukamoto S ,  Frechen M , et al. Timing of fluvial sedimentation in the Upper Rhine Graben since the Middle Pleistocene: constraints from quartz and feldspar luminescence dating[J]. Boreas, 2018, 47(1).

[3] 徐开礼, 朱志澄. 构造地质学-第二版[M]. 地质出版社, 1989.

[4] Gil de la Iglesia, Alba. Seismic structure of the crust beneath the Rif Cordillera[J]. Social ence Electronic Publishing, 2015, 13(22):85-96.

[5] 漆家福. 裂陷盆地中的构造变换带及其石油地质意义[J]. 海相油气地质, 2007, 12(004):43-50.

NASA、ESA、YouTube、GEOLOGY、维基百科、搜狐、百度百科等