来自深海沉积物源区的启示：加利福尼亚板块与太平洋板块之间相对运动速率的变化

海因

编者按

圣安德烈亚斯断层是美国加利福尼亚州最显著的震源。该断层被认为是西部太平洋板块和东部北美板块之间的边界地带。本文中，加利福尼亚大学圣克鲁斯分校的詹姆斯·海因利用美国自然科学基金委员会资助下的深海钻探航次所搜集到的数据展示了一种独创性的方法，用于解释在过去的2,500万年中两个板块是如何相对运动的。据估算，两个板块间的相对位移为5.5~7.0厘米/年。 英文

新近研究表明，圣安德烈亚斯断层的运动在加速 ^[1] ，然而之前的研究却并没有指出太平洋板块和美洲板块之间的运动速率是随时间而变化的。圣安德烈亚斯断层以及相关断裂体系的错移约束了某给定时段内的一个平均运动速率值，并且与广阔板块边界上区域内的运动有关。因此，它并不能表示两个板块之间的总相对运动量或速率变化 ^[2] 。磁异常可以用来测量两个板块之间的相对运动以及速率变化。但是，加利福尼亚湾湾口地区的磁异常只能代表过去几百万年中总的运动情况，而这种运动至少已持续了2,500万年（参考文献3）。本文将介绍一种新的方法，可用于测定加利福尼亚板块和太平洋板块之间的运动量及运动速率随时间的变化情况。 英文

德尔加达海底扇位于加利福尼亚北部，门多西诺断裂带南部，在地质年代上至少应该属于渐新世 ^[4] 。该海底扇处于太平洋板块东部边缘的一个比较特殊的位置上，向东直接与美洲板块上源区的各种岩性的岩石相邻。倘若海底扇穿过了美洲板块上特有的岩石源区，那么，其地层学上的特征可能可以指示两个板块之间的相对运动量和运动速率。这一源区的位置尤其适合此类研究，因为海底扇与太平洋板块边缘之间没有陆地（物源区）相隔，而且，门多西诺断裂带阻隔了沉积物从北部进入扇区 ^[4] 。因此，沉积物组成上的变化可能会指示海底扇相对于美洲大陆上的这些特有岩石源区的位置。 英文

利用X射线衍射，对深海钻探计划（DSDP）第五个航次的32、33、34站样品中小于2µm的部分 ^[5] 进行了半定量分析，结果表明，各种黏土矿物的百分含量随时间变化明显。高岭石+绿泥石、伊利石、蒙脱石的百分含量的变化分别出现在大约400万、500万、900万和1,500万年前（见表1）。 英文

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碎屑状粗粒级矿物、角闪石和辉石组合中的变化以及拉伸和波状消光所指示的应力和应变的等级变化在相同的时期内显示出显著变化（完稿中）。 英文

德尔加达海底扇被认为是一个沉积盆地，是由来自大陆源区的浊流和近海沉积物形成的。我们可以建立一个简单的海底扇演化模型，这样矿物颗粒的矿物学和变形方式的变化就与变化中的源区一致（图1）。图1是该模型中重要源区的示意图，包括：从全新世到400万年前的海岸山岭北部，400万到500万年前的内华达山脉中北部，500万到900万年前的圣克鲁斯山东部和代阿布洛岭北部，900万到1,500万年前的代阿布洛岭南部和内华达山脉南部。 英文

解释过程中遇到的最大问题是：在某假定源区对海底扇沉积物的影响占主导地位以前，海底扇已经向该源区伸入了多远的距离？海底扇沉积物中由一种岩性向另一种岩性的转变是不固定的，岩性变化的时间跨度短至400万年前的20万年，长至900万年前的150万年。随机选用这些时间间隔的中心点以及岩相古地理边界，可以得到加利福尼亚板块和太平洋板块之间相对运动速率随时间变化的更好解释（图2）。其中，对各种情况下图1所示的从德尔加达海底峡谷头部到不同岩石类型的距离都做了测算。 英文

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利用该方法得到的过去400万年的平均运动速率为5.5~7.0厘米/年，这与从海底磁异常计算出的速率 ^[3] 一致，而且使时空界线的选择变得更加合理。岩相古地理边界位置的合理变动以及时间界线上可能存在的误差，可给定图2中所示的相对运动速率的变化范围。即使所选取的解释不正确，这些数据仍能充分显示出：从1,600万年前到现在，加利福尼亚板块和太平洋板块之间的相对运动速率是增加的。 英文

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在这里，我要特别感谢阿特沃特、布克里、科、加里森、格里格斯、萨姆纳以及赖特（深海钻探计划第五航次）给予的帮助。 英文

（齐红艳　李任伟　翻译；李三忠　审稿） ECU5c8TB8jZmTu+5SOwS67rcklCRlK7koo2mXQW678yKOvzXDOw8aY2djsfew0LL