转换断层
转换断层（英语：Transform fault ），又称为转形断层或错动型板块边界，是一系列沿着张裂型板块边界平行排列、把洋中脊走向切割为不同块段的一种大规模水平位移断层。转型断层形成的断裂带通常长达数千千米，宽约100到200千米，在海底表现为线形陡崖，两侧地形高度差可达两千米以上或更多。转型断层造成的板块水平位移量，如果以电磁勘探的结果和两侧的洋中脊轴比较，多者可以达到数百千米。[1]
转换断层命名的原因是来自于其可以“转换”两个板块间运动方式的特质，也就是说，因为处于两个张裂形板块之间，所以无法固定为右移断层或左移断层的部分即为转换断层。板块间的相对运动，遇到转换断层之后，就有机会转变成另一种型式的相对运动。例如，一个转换断层可以使原本远离两段洋中脊的板块张裂，转换为拉近两段洋中脊的对向运动。[2]
历史
地球上的磁场的强度会随着时间变化，产生的区域性变化称为地磁异常，地磁异常会纪录该地区岩石在形成时的地磁方向[3]。1950年代开始，包括加州大学洛杉矶分校的海洋学教授维克托·瓦基耶在内的一些科学家开始利用二战时期遗留下来的磁强计，对这些地磁异常做定量的观测。之后，随着1950年代全球地磁异常分布调查范围覆盖的逐渐完备，科学家发现洋中脊两侧会出现条状、类似斑马纹路的磁條帶（英语：Magnetic Stripe[1]）。这些磁带后来被认为是海底扩张的结果：洋中脊会往两侧产生新的地壳、新的岩石，这些陆续产生的岩石会分别记录下产生当时地磁当下的方向[4][5]。
不过，这些磁带的平行排列部分延续并不长。许多科学家迅速注意到，每隔一段距离，同一条磁带就会出现断裂，发生前后两段磁带错位约数百千米的事件；与此同时，洋中脊也发生的类似的位移情况。最初，这种情况被归咎于“某种规模较大的走滑断层”的作用，认为转换断层周围磁带的错位是后期的错段走滑之结果[1]。
1965年，加拿大地质学家威尔逊在著名论文《一种新的断层分类与其对大陆漂移的影响》（英语：A new class of faults and their bearing on continental drift）中提出说法，认为造成磁带错位的是一种命名为“转换断层”的新品种断层，不是走滑断层[6]：磁带的错开是因为生成时就母洋中脊受转换断层影响的关系，不是后天造成[1]。
威尔逊从李德的断层弹性回跳理论出发，他发现洋中脊附近断层的行为并不符合其理论中关于物体错位和其他地质标记（英语：Geological Marker）位移的典型模式，而此二者都是地质学中“走滑”一概念的来源[6][7][8]。威尔逊发现，不同于走滑断层，这些新种断层会在传统断层结构中、位移地质标记（英语：Offset Geological Marker）标记的出现处出现相反方向的走滑。还有，相对于走滑断层会一次移动同一磐上所有物质的特性，转换断层并不会移动二洋中脊，也不会增加二洋中脊之间的距离──这一点获得了既有地震震源位置观测结果的支持[6]。
1967年，美国哥伦比亚大学教授赛克斯以洋中脊周围震源机制解的分析结果验证了转换断层的假说。机制解显示在大西洋洋中脊的地震中，的确出现了如转换断层理论预料的错动情况，而且此些错动情况与传统走滑断层理论所会预测的走滑方向相反[9]。
转换断层与走滑断层
转换断层和走滑断层最大的差异在于板块移动的位置、方式及动力来源。转换断层与走滑断层在板块错动位置上的差异在于断层线外侧，板块移动的方向是否和内侧一致。走滑断层的错动是沿着整条断裂线发生的，两侧的两段洋中脊之间的距离将随时间逐渐加大；如果由走滑断层引起地震，则整个岩层破裂面都会发生地震。但是，对于转换断层而言，虽然洋中脊两侧海底不断扩张，断层两侧洋中脊之间的距离并不会加大。错动与频繁的地震活动只会发生于本条目首图中由于扩张方向相反而产生错动，以红色线段标示的转换断层段。在红线以外的地方，因为海底的扩张方向相同，因此仅有裂痕而无错动，且甚少发生地震，恰好与走滑断层所造成的影响相反。[1][10]
转型断层与走滑断层在板块移动方式上的差异在于位移的大小是否会和位于断层线的位置有关系。一般走滑断层的位移，向着两端是逐渐减弱、慢慢消失的。而转换断层向两端并不存在减弱的现象，而是在两个端点戛然终止，转换为另一形式的运动（通常是洋中脊的局部拉张作用）。[1][10]
在动力来源方面，转换断层和走滑断层也有所差异。走滑断层，和逆断层、正断层等其他种断层相仿，位移的动力来自于岩石的应力。然而转换断层不同，转换断层的动力来自于板块之间的张裂运动。因此，影响转换断层移动速率的因子主要来自于该地区张裂的激烈性。[2]
除此之外，洋中脊的分段长度与与转换断层的张裂速度之间会有一定比例大小关系，佐证转型断层的特征应与洋中脊的张裂性质有关。[11]
转换断层的外观
转换断层的完整构造切穿整个岩石圈，所形成的地形景观甚为巨大。沿洋底转换断层所发育的槽谷及崖壁，有的高度差可达2000米以上。如果以传统对海洋地壳的分层来看，转换断层的破裂面通常可以完整切穿深海沉积物层以及中部的玄武岩质层，在某些出露，甚至可以观察到下层辉绿岩的标本；可以说，转换断层可以提供典型且相当完整的海洋地壳剖面。一个典型转换断层的崖壁，如果以拖采进行观察，由上而下通常可以依序观察到这几种岩层的分布：
转换断层通常伴有强烈的动力变质作用。拖采得的标本经常观察到被角砾岩化、糜棱岩化或片理化的痕迹，有些岩石还会出现微型褶皱。可见，转换断层是一种重要的变质带与构造形变地带。由于剪切作用与变质作用，转换断层有机会使岩石的磁性丧失，故沿着转换断层常常可以发现缺失洋中脊磁异常的区域，这些无磁地区通常位于断层面向两边延伸10到30千米左右。除此之外，某些转换断层地带的地壳明显较薄，厚仅约2到4千米。[1]
形成机制
转换断层的相关形成机制尚未明了，一般认为可能是由洋脊上不稳定处断开而产生的。不过2010年，苏黎世联邦理工学院的塔拉斯·戈亚教授发表的电脑模拟显示，转换断层可能是洋脊在扩张时于动态不稳定下渐渐弯曲而产生的。[11]
案例
- 美国的圣安德烈亚斯断层：位于陆地上的转换断层，经过旧金山、洛杉矶等大都会区。
- 中东的死海断层：经过土耳其南部、黎巴嫩和以色列，许多西方古籍中均有记载该断层引发的地震。
- 新西兰的阿尔卑斯断层。
- 巴基斯坦的恰曼断层。
- 土耳其的北安那托利亚断层。
- 北美洲的夏洛特皇后断层。
参考文献
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 赵, 颖弘 (编). 海洋底構造導論. 武汉: 中国地质大学出版社. 2008: 47. ISBN 9787562522584.
- ^ 2.0 2.1 轉形斷層 (Transform Fault). 台湾大学地质科学典藏数字化计划. [2018-12-05]. （原始内容存档于2018-12-05）.
- ^ 地磁異常和磁極的倒轉. 台湾大学地质科学典藏数字化计划. [2019-02-11]. （原始内容存档于2020-06-12）.
- ^ Mason, Ronald G.; Raff, Arthur D. Magnetic survey off the west coast of the United States between 32°N latitude and 42°N latitude. Bulletin of the Geological Society of America. 1961, 72 (8): 1259–66. Bibcode:1961GSAB...72.1259M. ISSN 0016-7606. doi:10.1130/0016-7606(1961)72[1259:MSOTWC]2.0.CO;2.
- ^ Raff, Arthur D.; Mason, Roland G. Magnetic survey off the west coast of the United States between 40°N latitude and 52°N latitude. Bulletin of the Geological Society of America. 1961, 72 (8): 1267–70. Bibcode:1961GSAB...72.1267R. ISSN 0016-7606. doi:10.1130/0016-7606(1961)72[1267:MSOTWC]2.0.CO;2.
- ^ 6.0 6.1 6.2 Wilson, J.T. A new class of faults and their bearing on continental drift. Nature. 1965-07-24, 207 (4995): 343–347. Bibcode:1965Natur.207..343W. doi:10.1038/207343a0.
- ^ Reid, H.F., (1910). The Mechanics of the Earthquake. in The California Earthquake of April 18, 1906, Report of the State Earthquake Investigation Commission, Carnegie Institution of Washington, Washington D.C.
- ^ CTI Reviews. Physical Universe 12. Rillito, AZ: Cram101 Textbook Reviews. 2016. ISBN 9781619061057.
- ^ Sykes, L.R. (1967). Mechanism of earthquakes and nature of faulting on the mid-oceanic ridges, Journal of Geophysical Research, 72, 5–27.
- ^ 10.0 10.1 板塊運動構造學說. 北一女中地科站. [2018-12-05]. （原始内容存档于2017-05-21）.
- ^ 11.0 11.1 周汉强. 地球科學：切斷中洋脊的裂痕—轉型斷層之謎. web.archive.org. Sciscape 科景. 2010-11-30 [2018-12-05]. 原始内容存档于2010-11-30.
