The Innovation | 地球的转换断层是一个“多元宽变形带”吗？

导  读

地球岩石圈由板块组成，板块之间有三种类型的边界，分别是拉张型的大洋中脊、走滑型的转换断层以及汇聚型的俯冲带。目前对洋中脊、俯冲带的复杂结构及变形演化研究较多，而对转换断层的认知甚少。在经典模型中，转换断层被认为是简单的窄走滑断层；然而近期研究发现，宽广的多元变形带普遍存在于全球大洋转换断层，该研究近日以Report形式在线发表在The Innovation上。

图1 图文摘要

地球板块运动常导致地震、火山和其他大地质事件。板块内部的地壳比较稳定，但大板块交界处相互挤压或撕裂，形成一系列蔚为壮观的山脉、裂谷和海沟。除了挤压或撕裂外，还有一种特殊的走滑类型的板块边界，叫做转换断层。转换断层垂直于大洋中脊，将洋中脊分割为多个部分，其形态对板块扩张方向的改变较为敏感。因此，深入研究转换断层的演化过程与机制，对完善地球板块构造学说至关重要。

上世纪60年代，发展了革命性的板块构造学说，随即人们对洋中脊和俯冲带进行了大量研究，而对转换断层的深入研究相对较少。随着对海底地震规律性及演化机制的深入研究，学者们开始关注转换断层的形成演化机制，研究结果挑战了“转换断层是简单走滑断层”的经典模型。本研究提出了一个全新的概念模型，诠释了大洋转换断层及其临近区域“多元宽变形带”的形成与演化机制。

太平洋-南极洲板块边界的希曾（Heezen）、萨普（Tharp）与彼特曼（Pitman）等转换断层系统显示出了平行于转换断层的隆起、较深的转换断层谷和附近的裂谷带等地形特征（图2）。研究发现，这些地形是随着1200万年以来板块运动方向的改变逐渐形成的。

图2 希曾、萨普与彼特曼转换断层海底地形及地震分布

基于此，本研究提出了一个新的概念模型，为了适应板块运动方向的改变，转换断层附近会产生“多元宽变形带”（图3）：首先，转换断层发生了垂直运动；然后，在转换断层外形成较小的正断层；再者，随着进一步拉张，这些正断层可能发展为裂谷带；最后，其中一些裂谷带有可能发展为新的转换断层。

图3 转换断层“多元宽变形带”形成与演化模型

通过对全球不同地区的研究发现，“多元宽变形带”是全球海洋转换断层的固有特征。这种宽广变形既可以是拉张型，也可以是挤压型，从而形成全球海洋转换断层的复杂地形。

图4 全球转换断层宽变形带的典型范例

总结与展望

在地球三大类型的板块边界中，转换断层受到的关注最少，然而它在大洋板块扩张过程中起着至关重要的作用。基于提出的全新概念模型，本研究诠释了大洋转换断层“多元宽变形带”的形成与演化机制。该机制表明，转换断层不应被认为只是一条简单走滑断层，它会通过一系列变形来适应板块运动方向的改变。深入研究复杂的转换断层地形，对解密板块演化机制具有重要意义。

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原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(21)00118-1

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第三卷第一期以Report发表的“Mechanism of progressive broad deformation from oceanic transform valley to off-transform faulting and rifting” (投稿: 2021-04-22；接收: 2021-11-26；在线刊出: 2021-11-27)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100193

引用格式：Zhang F., Lin J., Zhou Z., et al. (2021). Mechanism of progressive broad deformation from oceanic transform valley to off-transform faulting and rifting. The Innovation. 3(1),100193.

 作者简介

张 帆，中国科学院南海海洋研究所研究员，博士生导师。主要研究方向为全球俯冲带系统的板块形变以及对大地震、海啸与水循环的影响，南海构造与岩浆活动，以及大洋中脊与转换断层的相互作用等。曾获第八届亚洲海洋地质大会青年科学家奖。现任《Terra Nova》副编辑。

个人主页：http://www.omg.scsio.ac.cn/document.action?docid=60036

林 间，中国科学院南海海洋研究所特聘研究员，南方科技大学讲席教授。国际著名海洋地球物理学家，对海洋地球科学与地震学作出卓越贡献。当选美国地球物理联合会（AGU）会士、美国科学促进会（AAAS）会士、美国地质学会（GSA）会士、亨利-比奇洛杰出海洋学家讲座教授等。历任美国伍兹霍尔海洋研究所高级研究员、麻省理工学院/伍兹霍尔海洋研究所教授等。曾任国际大洋中脊InterRidge主席、美国科学院海啸委员会等。

个人主页：https://www2.whoi.edu/staff/jlin/

周志远，南方科技大学研究副教授。主要从事海洋地球物理学研究，研究方向包括深海地球动力学、俯冲带动力学、大洋与南海岩石圈及地幔演化等。现任《地球与行星物理论评》青年编委。

个人主页：https://ocean.sustech.edu.cn/views/Teacher_information.html?id=320

杨宏峰，香港中文大学长聘副教授。主要从事地震震源物理、俯冲带动力学，断裂带结构、诱发地震等研究，在国际期刊上发表论文70余篇。现任EQS, ERA, SRL副主编。2018年获傅承义青年科技奖。

个人主页：https://www.cuhk.edu.hk/sci/essc/people/yang_hf.html

Jason Phipps Morgan，南方科技大学讲席教授，当选我国特聘专家，国际著名地球物理学家。美国地球物理联合会（AGU）会士、欧洲地球科学联合会（EGU）会士、欧洲地球科学联合会勒夫奖得主。专业领域为地球动力学，通过表面观测、地震方法和数值模拟研究地球内地壳的自然运动过程，地质结构及板块动力学等。曾长期在知名高校任职，包括美国麻省理工学院、德国基尔大学、康奈尔大学以及伦敦大学皇家霍洛威学院等。

个人主页：https://ocean.sustech.edu.cn/views/Teacher_information.html?id=46

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