漫话转换断层
胡经国
一、转换断层基本概念
转换断层（TransformFault）是加拿大学者J.T.Wilson（J.T.威尔逊）于1965年创立的一种断层新类型。
大洋中脊被一系列横向断裂带切割，其间距约为50～300公里。这种断裂带大多与大洋中脊轴线相垂直，看上去很像是在后期把大洋中脊错开的平移断层。
J.T.Wilson指出，这种横断大洋中脊的断裂带不是一般的平移断层，而是由于自大洋中脊轴部向两侧的海底扩张而形成的一种特殊断层，J.T.Wilson称其为转换断层。
20世纪50年代，人们不仅在大洋底发现了巨大的大洋中脊体系，而且还发现了许多横切大洋中脊、平行排列的断裂带，就象人的肋骨一样，被称为转换断层。它们将洋中脊错开的水平距离可达数百至上千千米。这是地表大规模水平运动的又一有力的证据。转换断层的发现进一步证实了海底扩张的存在，为板块学说提供了重要依据，并且成为划分板块的一种重要的边界类型。
转换断层在洋底均呈线性分布，长度可达数百至数千公里。它们不仅使两侧洋底有很大高差，而且平移错断了洋底的重力和磁异常条带。大陆区内的转换断层情况更为复杂。
转换断层是岩石圈板块的守恒型边界。由于岩石圈板块沿转换断层相对运动，但是板块体积恒定不变，因而它被称为岩石圈板块的守恒型边界。
转换断层的提出为证实板块构造学奠定了重要的理论基础。岩石圈板块在地球表面运动的轨迹就是转换断层，其运动特征符合欧勒定律。岩石圈板块运动的转换断层具有共同转动极，证明岩石圈板块运动具有球面刚体转动性质。
根据欧勒定律，球面上的刚体运动只能是绕球面一个极点转动。岩石圈板块运动的地球球面几何关系符合欧勒定律，因而岩石圈板块应属于刚体或至少应属于统计均一的刚性特征。岩石圈板块具有刚性特征并且符合欧勒定律的球面转动的认识，对板块构造学的建立具有决定性意义。
转换断层这种岩石圈边界，既不形成新的岩石圈，原来的岩石圈也不会消减。转换断层并不是使洋中脊发生单方向的平移错位，而是反映了岩石圈的不均匀断裂。转换断层以陡崖为标志，具有水平位移的浅源地震特征，往往伴随着板块的分离和火山活动。
二、转换断层与平移断层对比
虽然转换断层具有平移剪切断层性质，但是它与平移断层不同。平移断层在全断层线上均有相对运动。但是，转换断层只在错开的两个洋中脊之间才有相对运动；在洋中脊外侧由于运动的方向和速度均相同，因而断层线并无活动特征。由于洋底岩石圈背离洋中脊向两侧推移，因而转换断层另一端最终与边界或消亡边界相遇而中止。
概括起来，转换断层与平移断层有以下区别：
⑴、转换断层将洋中脊及磁异常条带错开，但是被错开的洋中脊在断层两侧的错距并不变化，既不增大也不减小；而平移断层活动时，错距不断增大。
⑵、转换断层的相对位移只发生在被错开的两端洋中脊之间，而洋中脊外侧转换断层的两盘是同向位移的；而平移断层两盘位移是遍及断层全长的。
⑶、转换断层两盘的位移方向在洋中脊之间相对洋中脊的视位移方向是相反的；而平移断层的标志层错移方向与断层位移方向是相同的。
⑷、在转换断层两盘错开的洋中脊之间，断层错距处处相等；而平移断层错距在中部最大，向两端减少。
错开洋中脊的转换断层与平移断层对比表
平移断层 转换断层 随着时间的推移，平移断层两侧两段大洋中脊之间的距离将不断加大（越来越远） 虽然大洋中脊轴两侧海底不断扩张，但是转换断层两侧两段大洋中脊之间的距离并不加大 平移断层错动沿整条断层线发生 转换断层相互错动仅仅发生在这两段大洋中脊轴之间的断层线（BC段）上；在这段断层线（BC段）以外的断层线上，断层两侧海底的扩张方向相同，其间没有相互错动 平移断层错断方向为左旋 BC段的错动方向，恰好与平移断层把洋中脊错开的方向相反，即转换断层错断方向为右旋 三、转换断层错动方向的确定
1、断层面的确定
要判断转换断层错动段的错动方向，可以借助该处地震震源机制的研究。位于震源周围不同方位的地震台所记录到的来自震源的纵波初动具有不同的性质。若断层靠地震台一侧的岩石向着地震台方向运动，则该地震台接收到的纵波初动为压缩波；若断层靠地震台一侧的岩石向离开地震台方向运动，则该地震台接收到的纵波初动为拉张波。
链接：震源机制
震源机制（EarthquakeMechanism）,是指震源区在地震发生时的力学过程,即地震发生的物理过程或震源物理过程，或地震震源处地球介质的运动方式。它可以通过多个地震台的地震记录图来确定。
通常所说的震源机制是狭义的，即专指研究构造地震的机制而言。构造地震的机制是震源处介质的破裂和错动。
震源机制研究的内容包括：确定地震断层面的方位和岩体的错动方向，研究震源处岩体的破裂和运动特征，以及这些特征和震源所辐射的地震波之间的关系。
链接：纵波初动
浅源地震纵波（P波）初动与震源体初动方向之间的关系较明确而简单，即纵波初动具明显的象限分布特点。
在地震学的早期研究中，人们就已注意到，纵波到达时地面的初始振动有时是向上的，有时是向下的。地震学家把断层的弹性回跳理论和纵波初动的四象限分布联系起来。1938年第一次利用纵波初动求出完整的地震断层面解。
在震源周围出现两个压缩象限（+）和两个拉张象限（-），它们被断层面和与断层面垂直的辅助面分开。
位于这两个节面上的地震台，接收不到纵波初动（或很微弱）。
根据震源周围各地震台记录到的纵波初动符号，可以把两个压缩象限和两个拉张象限以及两个节面的位置确定下来。但是，还不能确定其中哪一个节面是断层错动面。根据地震波研究以及其它资料，有可能鉴别哪一个面是断层面。若震源的错动导致地面上出现裂缝带，则与该裂缝带走向相应的节面就是断层面。这是判断断层面的最理想的方法。
此外，等震线的长轴方向、余震分布的长轴方向等，也指示了断层的延伸方向。
2、断层错动方向的确定
在断层面确定以后，根据压缩区和拉张区的象限分布情况，又可以确定出断层的错动方向。
1966年，L.R.Sykes（L.R.赛克斯）发现，断层带上的地震都以走向滑动占优势，各次地震震源机制所反映的断层错动方向，与转换断层所要求的方向完全相符，证明断裂带的确是一种不同于平移断层的转换断层。
地震活动几乎都集中在转换断层BC段上，而在大洋中脊轴以外的AB段和CD段，一般没有地震发生。可见，断层的错动仅仅发生在BC段上，至两端点B和C，断层错动突然终止。
一般平移断层的错动是向两端逐渐减弱、慢慢消失的。而转换断层的错动则向两端并不存在减弱的现象，而是突然终止，转换成另一种形式的运动（如大洋中脊轴部的拉张运动）。
四、转换断层的形成
转换断层是由于大洋中脊两侧海底扩张运动而形成的，转换断层的错动方向也就是海底扩张的方向。所以，转换断层的发现和验证，为海底扩张说提供了又一个有力的证据。转换断层与海底磁异常和深海钻探成果，并列为海底扩张说三大证据。
转换断层很可能与大洋中脊同时形成。其形成历史可以追朔到大陆裂谷阶段。当岩石圈拉张破裂时，断裂循着地块的薄弱带生成。它们在地表上的展布极不规则，很少呈直线形。张文佑等认为，可形成锯齿状断裂。在大洋张开初期，若该断裂的某些段落平行板块的运动方向，则可沿其形成转换断层。只要板块分离扩张的方向保持稳定，沿转换断层的错动便可以持续发生。
五、转换断层的类型
1、威尔逊六种转换断层类型
连接洋中脊和洋中脊的转换断层，即洋脊－洋脊型转换断层，是最先认识到的一种转换断层。
此外，还有连接洋脊和海沟的洋脊－海沟型转换断层，以及连接海沟和海沟的海沟－海沟型转换断层。
进一步考虑到岛弧－海沟系靠转换断层一侧的岩石圈是俯冲还是仰冲，则岛弧－海沟系又有凹弧和凸弧的分别。
威尔逊提出了六种转换断层类型，即：洋脊－洋脊型、洋脊－凹弧型、洋脊－凸弧型、凹弧－凹弧型、凹弧－凸弧型、凸弧－凸弧型。
由于岛弧可以向凸面所指方向仰冲推进，因而：
洋脊－凹弧型和凹弧－凹弧型转换断层逐渐伸长；
凹弧－凸弧型转换断层逐渐缩短；
洋脊－洋脊型转换断层活动段落的长度，通常保持不变；
洋脊－凸弧型和凹弧－凸弧型转换断层的长度，在各种具体情况下是不确定的（前者可能缩短）。
各类转换断层的错动，都在两端突然终止，并转换为洋脊的拉张运动或岛弧－海沟系（及年轻造山带）的挤压运动。洋脊－洋脊型转换断层几乎都位于洋底，唯有圣安德列斯断层例外，它展布于北美大陆西部。它的南端与加利福尼亚湾内东太平洋海隆的北延部分相连，北端与戈达脊、胡安德富卡脊相连，属于洋脊－洋脊型转换断层。
2、压性和张性转换断层
沿转换断层所发生的运动未必纯属平移剪切，有的转换断层尚兼有压缩或拉张性质。据此，可将转换断层分为压性转换断层和张性转换断层。
压性转换断层的构造变形十分强烈。
沿着张性转换断层往往有软流圈物质上涌，出现火山活动，局部可形成新的洋壳。例如，加勒比板块的北界开曼海槽槽底，曾经采集到新鲜的玄武质熔岩。这种转换断层又称为泄漏型转换断层。
张性转换断层在海底地形上常发育成狭长的海槽，有时也被称为海沟。显然，这种转换断层型海沟，与那些伴有板块俯冲作用的真正海沟，在构造含义上是不同的。
2018年4月15日编写于重庆
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