第1章绪论
　　裂谷是地球深层作用的地表断陷构造，是以高角度断层为边界所形成的长条状的地壳下陷区域。裂谷代表了威尔逊旋回的初始阶段，是板块构造运动过程中，大陆崩裂至大洋开启的初始阶段岩石圈板块生长边界的构造类型，在大洋中脊与陆壳区域均有发育（侯贵廷，2014）。
　　在非洲大陆中，太古宙克拉通之间的泛非造山带中分布有三个典型裂谷系，分别是西非裂谷系、中非裂谷系和东非裂谷系东非裂谷实际上是一个裂谷系，即东非裂谷系。。其中，西非裂谷系和中非裂谷系初始形成于早白垩世，常被共同称作中西非裂谷系，属于被动型的大陆裂谷。东非裂谷系位于非洲大陆的东南部，是从渐新世活动至今的裂谷系，属于主动型的拗拉谷（Guiraud et al.， 2005）。这些裂谷盆地有着不同的地质特征和形成机制，周缘板块构造格局相对简单，裂谷演化背景相对清晰，是开展裂谷盆地动力学定量分析研究的较好对象（Guiraud and Maurin， 1992; Fairhead et al.，2013）。非洲裂谷群为裂谷盆地动力学定量分析提供了良好条件，因此，本书以非洲的中新生代裂谷群为例，开展裂谷盆地动力学的定量分析和研究。
　　1.1国内外研究现状
　　Suess（1891）最初将“地堑”（graben）一词应用于构造地质学中，对红海和莱茵裂谷进行描述，但未对其构造成因进行详尽的解释。Gregory（1896）在研究东非裂谷时，首次使用了“裂谷”（rift valley），用于描述东非具火山与地震、狭长而深陷的大型断陷带。Cloos（1937，1939）把地堑这种地貌的构造成因解释为地壳上拱的结果，并运用构造地质学和大地构造学解释裂谷的成因。到了20世纪60年代，裂谷成因的认识有了较大发展。Shatsky（1964）首次从东欧地台上识别出了埋葬的古裂谷，赋予其“拗拉谷”（aulacogen）的名称。Khain （1976）提出裂谷作用与造山作用具有同等的重要作用，是地壳分裂与大陆裂解的重要地质作用。从70年代开始，裂谷成因的研究日益受到重视。
　　Burke（1980）首次对裂谷给予了较为准确的定义，即整个岩石圈厚度在伸展减薄过程中破裂，而在狭窄区域中形成的狭长凹陷。这个定义第一次将裂谷与地壳的伸展减薄联系在一起，赋予了地球动力学内涵。
　　进入20世纪90年代以来，裂谷的成盆机理和动力学研究集中在裂谷的大陆裂解、深部地质研究和流变学研究领域，如Ziegler (1988)、Fairhead和Binks (1991)提出三联支裂谷为超大陆裂解初期的产物，拗拉谷实质上是三联支的一个消亡支。Razvalyaev (1991)认为若同红海和东非裂谷一样，在前裂谷期以岩浆活动为主，出现大量的碱性火成岩，存在大火成岩省，则该裂谷为主动裂谷，反之则为被动裂谷。
　　1.1.1裂谷动力学机制研究现状
　　裂谷盆地的动力学机制研究近三十年来具有较大的进展。Kusznir等（1991）提出了有关岩石圈的几何形态、热作用和挠曲均衡特征、上地壳的伸展断裂（简单剪切）和下地壳-岩石圈的塑性变形（纯剪切）关系的动力学模型。Kusznir和Ziegler（1992）又进一步提出了裂谷动力学机制的力学公式和假设条件。在裂谷动力学演化阶段的力学模拟方面，Marsden等（1990）正演模拟了同裂谷期的力学机制。Kusznir 和Egan（1989）给出了同裂谷期由于上地壳断裂作用和下地壳及岩石圈地幔的纯剪切产生的岩石圈热扰动的力学公式。Yielding和Roberts（1992）详细研究了裂谷盆地的控盆断裂上下盘相对隆升和侵蚀作用。Ziegler和Cloetingh（2004）认为被动裂谷是重要的裂谷类型，但是否所有的裂谷都是被动的，或某些裂谷是否需要一个局部的主动作用，如地幔柱来提供局部驱动力，都有待深入研究。
　　被动裂谷的成因机制是裂谷动力学机制研究的前沿科学问题。Baker等（1972）最早提出了被动裂谷的定义，认为被动裂谷盆地是非地幔上拱导致地壳拉张、沉降而形成的裂谷盆地。对被动裂谷动力学机制的分类，分为三种动力学模式：纯剪切模式（McKenzie，1978），简单剪切模式(Wernicke，1981)及简单剪切-拆离模式（Lister et al.，1986），混合模式(Barbier et al.，1986)。大多数裂谷都可以从地球动力学方面归属到这三种模式。
　　随着国内外被动裂谷盆地油气的勘探开发，积累了越来越多的实际资料，为裂谷的动力学机制的详细分类和研究提供了研究基础。近些年来国内外学者开展了对裂谷的动力学机制研究，包括定性的大地构造研究和数值模拟研究工作。Liao和Gerya（2015）模拟了海底扩张对于大陆裂谷的继承的动力学过程，反映了正交的伸展环境对大陆裂谷形成的作用。Brune和Austin（2013）模拟了亚丁湾的扩张过程，认为亚丁湾的扩张是源于斜向的伸展环境对于裂谷的动力学作用。Allken等（2012）模拟研究了单个断裂和裂谷系链接的动力学过程。Koopmann等（2014）模拟了裂谷分段伸展的动力学模型，认为裂谷的分段伸展与平行于裂谷走向的地幔岩浆活动相关。Ulvrova等（2019）对裂谷的发育过程进行了模拟，认识到裂谷的伸展速率历经了先增加再减少的过程，其中在最初的阶段具有最大拉应力和较慢的伸展速度。Shen和Zhang（2019）定量分析了不同边界条件下大陆岩石圈在不同阶段的扩张和破裂过程，认识到伸展速率在大陆裂谷演化中的重要作用，更快速的伸展速率会导致岩石圈的破裂。Ellis等（2011）模拟了超高压岩石在裂谷作用中上升至地表的动力学过程。Bertotti等（2000）研究了内克拉通伸展盆地控盆断裂伸展和岩石圈减薄的关系。
　　Starostenko等（1996）通过数值模拟研究了控盆断裂对成盆构造应力场影响的动力学机制。一般认为裂谷盆地的发育分为两类：第一类是岩石圈的伸展并伴随着之后的热沉降，第二类是在地质应力作用下岩石圈的弯曲（Allen and Allen，2005）。Holt等 （2010）认为在一些盆地中，增生地壳的热沉降可以解释一些盆地的形成机制。Sachau和Koehn（2010）通过数值模拟认识到了裂谷两翼的隆起程度与先存断裂和岩石圈弹性厚度的影响相关。Hou等（2010a）通过数值模拟方法，研究了加拿大地区岩墙群，对岩石圈的初始破裂进行了分析。Hou和Hari（2014）通过对盆地生长断层的生长因子与伸展因子的计算统计，识别了华北克拉通破坏而形成裂谷的核心区域。Brune等（2017）通过运动学和动力学数值模拟研究方法，分别探究了伸展型岩石圈裂谷盆地的演化发育。Naliboff和Buiter（2015）模拟了在伸展环境中断层的初始形成与相互作用并最终形成裂谷区域的动力学过程。Koehn等（2019）通过数值模拟方法研究了伸展型裂谷的成核和发展的动力学过程。Naliboff 和Buiter（2015）通过数值模拟认识到，相比于岩石圈的整体强度，裂谷区域与周边区域强度的差异是导致裂谷活化和迁移的重要因素。Balázs等（2018）采用数值模拟手段研究了伸展环境下先存缝合带重新激活的动力学过程。Brune（2017）通过数值模拟认识到，东非肯尼亚、埃塞俄比亚区域的裂谷演化与岩石圈的非均质性相关。Patricia和Gabriela（2017）对比斯开地区的裂谷进行研究时认识到，该地区裂谷作用的形成与脆性地壳底部的剪切作用密不可分，同时和边界的远场作用力相关。Cai等（2015）在对红海地区的数值模拟研究中认识到，远场作用力对裂谷的初始形成至关重要，地幔作用和先存薄弱带也是影响裂谷形成的重要因素。Sun等（2017）通过数值模拟研究中条拗拉谷，认为裂谷的形成与地幔柱、边界远场作用力和岩石圈的非均质性相关。Polyansky等（2018）对主动裂谷作用进行研究，模拟了地幔的底辟作用并认识到岩石圈下的地幔柱对于裂谷作用的重要意义。Mondy等（2018）指出在被动裂谷中，软流圈的上升对于裂谷的发展也有着积极的作用。Sun等（2014）指出重力是后裂谷阶段的主要作用力。Sacek（2017）通过数值模拟指出了地幔作用不是后裂谷阶段地形变化的主要影响因素。
　　1.1.2国内裂谷盆地研究现状
　　国内对裂谷盆地的研究主要开始于20世纪八九十年代。张文佑（1984）提出亚洲大陆向太平洋蠕散，大陆地壳上部的边界条件相对自由而形成拉张断陷，中国东部发育大量的中新生代裂谷盆地。马杏垣等（1983）认为中国东部中新生代地堑系是地壳沿岩石圈薄弱地区拉张减薄形成的裂陷构造。李德生（1982)、李德生和薛叔浩（1983）认为中国东部板内与板缘的一系列断陷-拗陷所形成的地壳增生，具有陆内增生和陆缘增生的双重动力学演化过程。田在艺和张庆春（1996）认为，由于太平洋板块俯冲方式的改变，在不同时期和不同地区发生上地幔对流调整，岩石圈拉张减薄，地壳断裂，形成裂谷盆地。
　　渤海湾盆地是中国东部地区具代表性的裂谷盆地，侯贵廷(2014)、侯贵廷等（2000，2001，2003）对渤海湾盆地进行了研究，认为其是继承型与相干型并存的中新生代叠合裂谷盆地。漆家福和陈发景（1995）、漆家福等（2003）对渤海湾中生代盆地的演化识别出5期不同期次，认识到构造应力场的变化影响了盆地多期次的演化。李三忠等（2004，2010）认识到北北东向走滑断裂对渤海湾盆地具有控制作用。周立宏等（2003）结合深层地震勘探解释的成果，认识到渤海湾裂谷盆地在燕山期的构造演化是在太平洋大陆边缘弧挤压的构造背景下形成的。戴黎明等（2013）通过有限元数值模拟了渤海湾盆地黄骅拗陷的现今应力场特征，认识到拗陷内构造样式和应力场方向差异与地形、断层和滑脱面的变化相关。许立青等（2015）认为渤海湾盆地内部存在的受走滑作用影响而形成的板内拉分盆地的动力学背景是印度板块向北的俯冲与太平洋板块向东的俯冲。
　　近20年来，我国的裂谷盆地研究开始向海外扩展，主要集中在非洲和中亚地区，并取得重要成果，尤其在非洲裂谷盆地研究方面取得突出成果（童晓光等，2004；窦立荣等，2006；张亚敏和陈发景，2006；刘为付，2016；张燕等，2017；张光亚等，2018；张庆莲等，2013a，2013b， 2018；贾屾等，2018）。
　　1.1.3东非裂谷系动力学机制的研究现状
　　非洲拥有包括中西非裂谷系与东非裂谷系在内的诸多裂谷盆地，对其形成的动力学机制的研究一直是热点话题。
　　东非裂谷系形成的动力学机制存在很多争议。一般认为，东非裂谷系的形成与东非地区局部的拉张环境相关。Richardson（1992）认为大洋中脊扩张的作用力引发了板块内部应力场的变化，对裂谷的形成起到关键作用。Pavoni（1993）指出，非洲板块周围85%被活动洋中脊所包围，对非洲板块的应力环境起到了重要作用。Delvaux（2001）认为，大洋中脊的扩张所产生的远场压力，可能是引发第四纪之后裂谷形成的重要机制，考虑到印度洋洋中脊形成于38Ma前（Patriat et al.， 1982， 1997），而大西洋洋中脊形成时间更早，探讨两次洋中脊扩张的远程挤压作用对研究东非裂谷系形成的动力学机制不容忽视。McClusky等（2003）认为，东非地区地块的位移在新生代发生了分异，因此导致了拉张型裂谷的形成，但考虑到非洲板块的刚性性质，应力释放的发生不应当如此容易。Chorowicz认为东非裂谷两侧的地块在裂谷初始形成前就发生了相对位移的看法过于简单。