板块构造应变场探讨

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构造应变场是从构造变形的整体概念出发来研究变形。对于本区来说，具体研究内容包括，板内变形速度、板内变形量、板内变形时间以及板内应变速率等一系列与板内整体变形有关的问题。目前区域构造应变场研究一直进展不大，很难选定某一应变参数来反映应变场的强弱和大小，实际上国内外现阶段区域构造应变场的研究尚处于探索阶段。鉴于此，需要特别指出的是，我们这里使用的方法，作为研究板块构造变形的应变场来说，带有明显的探讨性，请读者阅读时加以注意。

9.2.1 板内变形速度

板块构造理论的核心就是板块之间的水平运动，板块运动的结果造成板缘及其板块内部发生永久性构造变形。本区处于板块内部，但又明显距离板缘不远，虽然构造变形与板缘相比没有典型的造山带那样强烈，但是，中生代的构造运动已经具有典型的陆内造山带性质，因此，构造变形的表现是比较强烈的。本节主要研究板内缩短速度与扩张速度问题，研究方法主要选用Sugisaki（1979）根据现代板块边界的运动速度与相应的火山岩岩石化学成分进行对比，找出其对应关系的经验公式（图9-11）。图中横坐标表示板块扩张（-）与板块缩短（+）速度，单位为cm/a，纵坐标分别选用火山岩岩石化学成分中的w（K2O）、w（Na2O）与石英指数（Silica index），石英指数是一个经验公式，用θ表示。

石英指数（θ）=w（SiO2）-47［w（Na2O）+w（K2O）］/w（A l2O3）

石英指数中w（SiO2）、w（Na2O）、w（K2O）、w（A l2O3）均为质量分数。

根据Sugisaki（1979）研究成果，可以发现，随着板块运动缩短速度的逐渐加大，石英指数随之不断变大，而w（Na2O）与w（K2O）逐渐减小。

应当指出，上述计算公式及其图解是运用板缘变形速度获得的经验公式。因而，对于板内变形来说，使用此经验公式解决板内变形速度问题，其数值的绝对值可能有所夸大。但是，作为系统精度，由于所有数据都用同样的方法进行计算，因此，其变形速度的相对大小是没有问题的。另外，据万天丰教授（1993）研究认为，火山岩和侵入岩岩石化学对于确定板内运动速度具有同样的作用。本课题共计收集了印支期以来火山岩、岩浆岩常量元素化学全分析样品资料271件，按照时间顺序，分别进行了统计、归纳和图解法估算，求出我省自印支期以来各期的板块变形速度（表9-3）。由于印支早期河北省缺乏肯定的火山岩或岩浆岩岩石化学全分析资料，少数相当于印支早期的部分岩浆岩同位素资料确切年龄往往经不起推敲，因此，本课题对印支早期的板内变形速度暂不加讨论。

从表9-3我们可以看出，本区自印支晚期至喜马拉雅早期这一地质时段内，根据228件火山岩和岩浆岩常量元素全分析计算结果，这一地质时段内板内平均缩短速度为：3.78～4.94 cm/a之间，主体反映了一种挤压体制为主的构造运动机制；自喜马拉雅晚期至新构造期收集的43件岩石化学全分析计算结果看，所得数据全部为负值，即-0.12～-0.35 cm/a，表明此时河北省板内运动是以扩张形式为主，扩张速度与此前的缩短速度相比相差一个数量级。上述计算总体反映了当时板内构造变形速度的基本状况，与中国东部大范围相比，板内构造变形速度还是比较一致的。需要指出的是，本区新构造期的板块扩张速度绝对值与其他方法所得数据相比有些偏大，分析其原因可能比较复杂，然而，若从数量级的角度考虑，本区的板内构造扩张速度与中国东部相比仍然是一致的。

图9-11 火山岩化学成分与板块运动相对速度的关系

9.2.2 板内缩短率、变形时间与应变速率

确定由于构造运动引起的板内缩短率、板内变形时间和板内应变速度是基于这样一种基本认识，即地壳中的岩层原始沉积在无特殊因素影响下，一般应当是呈现水平产状的，由于后期构造运动作用使地层发生褶皱、断裂、逆冲断层系、拆离断层、拉张盆地、高原和山脉等等。

对于缩短率的计算，为了简便起见，可以用褶皱变形来概略计算板内变形的缩短率，其计算公式我们选用如下表达式：

创新思维与找矿实践

式中θ为区域褶皱翼部的代表性倾角。

对于板内变形的缩短量，我们可以采用垂直区域构造线方向的剖面长度乘以板内变形缩短率求得。板内变形的作用时间，我们采用剖面上总的缩短量除以板内变形缩短速度求得，这一变形时间反映的是某一地质时段内的平均时间。

表9-3 河北省印支期以来板内变形速度

板内变形的应变速率是由缩短率被变形作用时间去除求得，这一数据用以反映岩石的变形速率状态。

应当指出的是，上述计算是以板内变形的缩短率和变形速度为基础数据进行计算的，可以看出，由1-cosθ公式计算所得的缩短率是最低限度的，因为，计算过程中由于逆掩断层所造成的缩短并没有计算在内，而褶皱构造也必定由于覆盖等原因有所遗漏，因此，本课题对于板内缩短率的计算只能是最低限度的。事实上，精确的缩短率计算有赖于平衡剖面法，由于资料缺乏，我们暂时没有使用。

根据区域构造应力场特征，按照不同构造层的实际资料，我们对印支晚期、燕山早期、燕山晚期、喜马拉雅早期、喜马拉雅晚期的顺序，对本区构造应变场性质进行探讨，主要涉及板内变形缩短率、变形速度、缩短量、变形作用时间、应变速率等诸多因素。对于印支早期由于未获得该构造层确切的变形数据，对于新构造时期由于缺乏可靠的缩短量和缩短率数据，本书对它们无法讨论，因此，暂时从略。

9.2.2.1 印支晚期（前235～208 Ma）

由于印支晚期本区区域构造应力场方向为近南北向的水平缩短为特征（表9-4），因而沿经向统计基本垂直区域构造线方向，可以最大限度反映区域变形特点。我们沿东经118°00′～119°40′地带进行纵弯褶皱翼角统计，进而计算出各主要参数。

结果表明，本区印支晚期板内缩短率为24.30%，板内缩短速度为4.4 cm·a-1，这一数据与中国东部其他地区相比基本吻合，数据绝对值处于中等程度。板内变形时间为6.4 Ma，说明在印支晚期构造作用的强烈时期仅占整个印支晚期构造时段的25%。这一时期的板内应变速率为1.2×10-15s-1，应变速率是相当低的，其变形过程属于一种流变状态。

表9-4 河北省印支晚期板内缩短率、变形时间与应变速率

9.2.2.2 燕山早期（前208～135 Ma）

燕山早期本区板内构造应力场的最大主压应力方向以北西西—南东东向的挤压构造应力为特征，因此，我们选择按照褶皱构造轴面垂直最大主压应力方向，即褶皱两翼的倾角呈近似纬向统计最佳。按照北纬39°40′～41°40′地带进行剖面统计（表9-5），结果发现，燕山早期板内构造的缩短率为14.55%，仅相当于印支晚期板内缩短率的一半稍强。板内变形的缩短速度为4.94 cm·a-1，可见缩短速度是很快的。燕山早期的板内变形时间为3.64 Ma，仅占整个燕山早期的5%左右，变形时间是比较短暂的。从板内变形的应变速率来看，ε=1.26×10-15 s-1，表明变形过程仍属于流变状态。

表9-5 河北省燕山早期板内缩短率、变形时间与应变速率

9.2.2.3 燕山晚期（135～52 Ma）

燕山晚期由大量火山岩和岩浆岩岩石化学全分析计算得出的板内变形缩短速度为3.87 cm·a-1，这一数据与万天丰教授（1993）对燕山和邯邢地区的计算结果基本吻合。这里需要指出的是，我们在前文区域构造应力场中已经发现，燕山晚期本区的区域构造应力场方向以北北西—南南东向的挤压应力和北西西—南东东向的拉张应力为特征，且以后者占据主导地位，特别是白垩纪在冀北地区发育了大量长轴北北东向展布的一系列断陷盆地，一般认为是北西西—南东东向拉张作用为主的结果。事实上，本区白垩纪确实发育有一些碱性花岗岩（如窟窿山岩体、响山岩体及后石湖山岩体等等），这些碱性花岗岩体的侵位明显反映了当时地壳处于伸展体制下的大陆裂谷环境的产物。可以看出，本区上述地质事实与选用Sugisaki（1979）板块运动速度经验公式计算的结果产生了矛盾，对此，本课题讨论认为我们尚不能合理解释此现象，更深入的研究工作只有留待今后地质事实的不断发现加以解决，仅此说明。

9.2.2.4 喜马拉雅早期（52～23.3 Ma）

喜马拉雅早期构造变形在本区表现为平原区存在一系列古近系和新近系地层构成的褶皱构造，褶皱轴线一般表现为长轴北北东向（图9-7），表明本区受到北西西至南东东向的挤压应力作用，太平洋板块持续向本区俯冲推挤是区域构造主要应力背景。对于构造变形资料的统计，沿纬向进行构造剖面的缩短率统计可以比较真实的反映出最大变形特点，也比较便利。我们沿北纬37°20′～36°40′之间的地带统计，结果表明（表9-6）此时的板内缩短率仅为0.32%，板内缩短速度为4.3 cm·a-1，处于一种中等偏强的构造应变状态。变形时间约0.9 Ma，仅占整个喜马拉雅早期构造演化时期的0.002%，表明在这样短的时间内，变形速度是不大的，其变形作用是比较微弱的。板内变形的应变速率为1.69×10-5s-1，说明喜马拉雅早期的变形过程均属于流变状态。

表9-6 河北省喜马拉雅早期板内缩短率、变形时间与应变速率

9.2.2.5 喜马拉雅晚期（23.3～0.7 Ma）

喜马拉雅晚期整个中国东部构造应力场状态是以南北向挤压，东西向扩张为主要特征的。此时本区主要表现为伸展构造体制的扩张作用为主，幔枝构造显示的深部调整作用进一步加强，形成了北北东向的太行山山脉持续隆升和华北断陷盆地的强烈坳陷，盆地与山脉相伴发育，形成盆-山耦合。对此，白文吉等（1985）研究认为，华北盆地中正断层达5000余条，一般表现为凹面向上的铲式断层，是盆地不断扩张过程中形成的产物。据万天丰（1993）资料，本区板内扩张速率为1.52%（表9-7）。扩张速度为0.12%，变形作用时间为3.8 Ma，占喜马拉雅晚期整个构造演化时间的9%，强变形期仍然是短暂的。板内应变速率为1.2×10-6s-1，表明仍处于流变状态。

综上所述，不难看出，河北省的岩石圈各构造期的板内变形各不相同，板内缩短率在各构造时期亦有差别。从大的差别来看，印支晚期和燕山早期的板内缩短率大于15%，变形作用比较强烈；燕山晚期和喜马拉雅晚期板内缩短率小于1.52%，与前者相比相差一个数量级，说明构造变形作用比较微弱。

利用构造变形资料和岩浆岩化学分析资料计算结果表明，板内构造的变形率、变形速度、变形量、变形时间具有显著的正相关性（表9-8）。中生代以来河北省的构造变形作用主要发生于构造活跃期，一般情况是发生于各构造期的晚期，构造变形的活跃期（强烈变形时间）只占整个构造期的10%左右，其余地质时间绝大部分处于相对宁静状态。构造运动的活跃期和阶段性表明，地质历史时期的构造变形作用带有明显的突发性与不确定的周期性，这种周期性表现为在各构造期时限是不等的。

表9-7 河北省喜马拉雅晚期板内缩短率、变形时间与应变速率

表9-8 河北省板内变形及构造应力场、构造应变场综合简表

事实上，地质作用过程是极其缓慢的。对于地壳构造变形的理解，人们必须摆脱对常规视野中材料变形时间因素的固有思维，因为人们日常所见到的绝大部分是弹性变形，即使在实验室中模拟加压实验，时间因素仍然无法模拟，以年计算的加压实验对于地质时期来说，仍然是短暂的刹那。从本区大量的板内构造应变场计算可以看出，尽管地壳构造变形具有鲜明的突发性特征，但是构造运动的变形过程仍然是十分缓慢的，中生代以来各地质时期的构造应变速率均为10-15～10-16s-1之间，皆属于流变过程。这表明构造变形作用的突发性与岩石变形的流变性可以共存，二者并不互相否定。

钛金板泡水里会变形。因为钛金板是一种具有优异耐腐蚀性和高强度的金属材料，它在许多应用中拥有广泛的用途。不过，即使是具有出色性能的钛金板，如果长时间泡水，也会发生变形。以下是会导致钛金板变形的几个因素：

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3、水分的渗透和吸附：虽然钛金板对水的腐蚀性较小，但水仍然可以通过细微的微孔或裂缝渗透到金属内部。水的渗透和吸附会导致钛金板的局部腐蚀或氢脆，从而引起变形。

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