科学网—美国西部是巨型滑坡体
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2024-12-11 16:28
| 系统分类: 科研笔记
美国西部是巨型滑坡体
梁光河2024/12/11
1 中国南海大型海底滑坡体的启示
前几天杨巍然老师给我发来一篇文章，是关于南海珠江口盆地古滑坡的研究成果。海底滑坡在珠江口盆地广泛分布，该盆地是南海北部石油、天然气和天然气水合物的主要储层。然而，许多海底滑坡已经被掩埋或遮蔽。很难准确地识别和绘制它们。中国海洋大学Chaoqi Zhu等在珠江口盆地发现了大型海底滑坡或海底蠕变带（图 1），该滑坡发生在约23-24 Ma 的渐新世-中新世边界（Zhu et al.,2019）。大陆坡上的海底滑坡规模比陆地上滑坡更大，就总体积而言，比陆地滑坡大三个数量级。巨型海底滑坡在全球范围内引起了极大的研究兴趣。由此作者受此启发，联想到之前长期关注研究的美国西部的盆岭省，那可能是目前地球上最大的滑坡体。
图1左图是多波束海底地貌阴影图显示了白云-荔湾海底滑坡特征，右图是珠江口盆地地质图上对应的古滑坡区域。
2 美国西部盆岭省特征
北美盆岭省（The Basin and Range province of North America）位于北美洲西部地区（图2），包括北盆岭和南盆岭两个大区域。北美洲西部在新生代发育了造山后的伸展构造运动，该盆岭省是以东西向伸展为主的大陆伸展区，伸展速率1-5 cm/yr，为覆于低速地幔上的减薄的地壳。该区域发育了一系列正断层，断层间块体掀斜。谷地为地堑或半地堑，岭为地垒或掀斜块体的掀起端。单条断层位移一般8-10km，一些达15-20 km，总位移量60-300 km。热流是正常地壳的三倍，岩浆活动包括玄武岩和流纹岩。
研究说明美国西部的盆岭省在新生代已拉伸了约200～ 300 km，这是巨大的拉伸量。科罗拉多山脉的火山岩测年说明火山喷发主要集中在22～12Ma（章大港等，1999）。当然目前还有活动，包括地震活动和火山活动，比如著名的黄石公园也位于该区域内。
图 2 美国西部盆岭省地形地貌图
图3是美国盆岭省区域犹他州峡谷地国家公园地貌特征，显示为明显的伸展构造运动造成的峡谷地貌和巨型地裂缝特征。
图3 美国盆岭省区域犹他州峡谷地国家公园地貌特征
3 美国西部盆岭省成因机制
美洲西部在与太平洋漂移来的 诸多地体发生陆陆碰撞及其集合体总体向西漂移过程中，由于洋陆碰撞造成了科迪勒拉造山运动，造山后大约平均20Ma（0-40Ma）就会发生一次大规模伸展运动（图4）。这个周期性运动过程，可以理解为：当碰撞造山隆起达到一个临界高度后就会发生重力垮塌形成的伸展构造，伸展构造发生后，又会继续挤压运动，开启下一个旋回的造山隆起，隆起到临界高度又发生另一个旋回的伸展构造。事实上伴随着造山运动形成的地形隆升，重力滑脱形成的伸展构造趋势一直存在，重力滑脱构造运动类似一种滑坡现象，只要存在地形高差，这种趋势就存在。至于是否能够形成大滑坡，取决于高差大小、滑坡体和基底界面光滑程度、基底锁固段阻力以及是否存在流体润滑等等因素。
图 4科迪勒拉山系造山后伸展构造运动示意图
图5是北美洲西部盆岭省地形地貌图及伸展构造成因机制示意图，该图说明北美洲西部在新生代晚期至今发生了造山后的伸展构造运动，由重力垮塌造成的类似滑坡构造运动在地形地貌图上清晰可见。盆岭省宏观上表现为两个大的重力垮塌滑坡体，北部滑坡范围和南部滑坡范围大小相当，图中两个白色虚线范围给出了两个主要重力垮塌滑坡体范围。从北美洲的地壳结构图看，重力垮塌主要分布在外来地体汇聚的区域，包括部分变形的北美克拉通西侧区域，推测在外来地块和北美克拉通碰撞造山后，沿着二者接触带断裂发生了地幔熔融上涌，由此触发了大规模的伸展构造运动。目前的黄石公园内的热点就属于该伸展构造运动中的地幔上涌高点区。
图 5北美洲西部盆岭省地形地貌图及伸展构造成因机制示意图
4 美国西部盆岭省深部地球物理特征
从横跨美国内华达州和犹他州的深反射地震勘探剖面看，这种重力滑塌造成的伸展构造特征也十分显著，它们整体从东部向西滑动，其滑脱面可能是多个层次的，主要包括中地壳和下地壳两个滑脱面（图6），该图也可以解释为左侧断块滑动速度更快一些，而右侧断块滑动速度稍慢一些，从而形成了盆岭省的伸展构造。因为伸展构造的本质是一个块体相对另外一个块体相背而行，并发生了相对位移。
图6美国西部盆岭省深部剖面特征，A是原始深反射地震勘探剖面（杨文采，2014），B是重力滑塌造成的滑脱构造解释
图7给出了北美洲西部深部结构示意图，说明北美洲大陆在向西漂移的同时伴随着高原山脉造成的重力垮塌构造。其中海岸山脉是从太平洋上漂移而来拼贴在北美大陆上的微陆块。
图7北美洲西部深部结构示意图
5 结论
北美洲主体是潘吉亚超大陆裂解的产物，在超大陆裂解过程中，伴随着北大西洋的形成，北美洲整体向西漂移，漂移过程中与从太平洋区域向东漂移的诸多微陆块（地体）发生碰撞拼贴，形成西部高原山脉，西部高原山脉后期又发生造山后的垮塌，形成了目前的北美洲西部盆岭构造。
参考文献：
1) Zhu C, Cheng S, Li Q, et al. Giant submarine landslide in the South China Sea: Evidence, causes, and implications[J]. Journal of Marine Science and Engineering, 2019, 7(5): 152.
2) 章大港 , 周瑶琪 . 美国盆岭省快速拉伸期对火山作用的抑制 [J]. 世界地质 ,1999,(03):20-23.
3) 杨文采 . 从地壳上地幔构造看大陆岩石圈伸展与裂解 [J]. 地质论评 , 2014,65(5):945-961.
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