三聯點（Triple Junction）是指任意3個板塊邊界：離散型（ridge）、聚斂型（trench）和剪下型（transform fault）的交匯處。目前世界上已發現存在的三聯點有：TTT—Boso三聯點；FFF型—Karliova三聯點；TTR型—Chile三聯點；FFT型—勘察加—阿留申（Kamchatka—Aleutian）三聯點；RFF型—Queen Charlotte三聯點、Bouvet三聯點；RRF型—Macquarie Triple三聯點；FFF型—Mendocino三聯點；RRR型—Afar三聯點、Azores三聯點、Galapagos三聯點、Rivera三聯點、Rodrigues三聯點、Tongareva三聯點等。
基本介紹
- 中文名：三聯點
- 外文名：Triple Junction
- 釋義：3個板塊邊界的交匯處
- 例：TTT—Boso三聯點等
研究概述,概念的提出,三聯點的識別及描述,三聯點的發育及演化過程,模擬研究,三聯點的發育與油氣效應,
研究概述
三聯點（Triple Junction）是指任意3個板塊邊界：離散型（ridge）、聚斂型（trench）和剪下型（transform fault）的交匯處。自Mckenzie和Morgan首次詳細論述此概念以來，眾多學者開展了這項研究。例如，York針對Mckenzie和Morgan三聯點分類做了補充說明；York單純針對地幔柱成因的三聯點對板塊構造的指示意義做了分析；Pichon和Huchon、Ligi等、Bird等、Tesfaye等利用不同手段，研究了不同類型的三聯點的演化過程；Carracedo、Georgen和LinJ、Walter、Geyer和Marti從幾何模型、物理模擬、應力場模擬，以及熱場模擬等方面對三聯點的發育過程進行了定量或者半定量化的模擬；Fossen等結合實際三聯點構造背景，分析了構造演化過程對油氣效應的影響。國內專家也對已發現的三聯點進行了不同程度的構造演化分析與研究，如田勤儉和丁國瑜、李松林和賴曉玲分析了青藏高原東北緣疑似三聯點構造特徵；左仁廣和汪新慶針對不同三聯點的地質模型進行了初步的研究探討。
概念的提出
對三聯點的最早認識源於板塊構造，認為地幔柱在板塊運動中起著驅動力的作用。因此三聯點傳統上被認為是3個離散邊界或者是張裂裂谷的交匯處，即伴隨著地幔柱上涌，在巨大岩石圈穹窿上，沿大致成120°交角的3支三叉裂谷系，推測是因為這樣需要最小力。最早詳細論述三聯點概念的學術論文是McKenzie和Morgan的《The evolution of triple junction》，文中根據3種板塊邊界類型和每一個邊界的受力狀況將三聯點分為16種類型，即RRR、TTT（a）、TTT（b）、FFF、RRT、RRF、TTR（a）、TTR（b）、TTR（c）、TTF（a）、TTF（b）、TTF（c）、FFR、FFT、RTF（a）和RTF（b）型，並且根據其穩定性進一步又劃分為穩定型和不穩定型兩種。穩定型三聯點是指在不同地質歷史時期的發展過程中該三聯點的幾何特徵不會隨著時間而改變，即一個穩定的三聯點在各個不同的地質歷史時期都應該保持相同的幾何形狀，而不穩定的三聯點則會改變其形狀或類型等，同時認為在16種可能的三聯點中有14種在特定的情況下會達到穩定的狀況，只有FFF和RRF型三聯點在任何狀況下都無法達到穩定狀態。
之後，隨著研究的進一步深化，談到三聯點所處洋殼和陸殼特徵，幾乎都不可避免地涉及到三聯點的構造軌跡、結構類型、幾何學、運動學、穩定性和不穩定性特徵等方面。Pichon和Huchon指出McKenzie和Morgan對三聯點運動特徵的論述是不全面的，只考慮了正切平面下的三聯點，忽視了下沉板塊之間的三維相互作用。York的研究認為，除了McKenzie和Morgan提出的14種外，在適當的條件下有15種會達到穩定狀況。
目前世界上已發現存在的三聯點有：TTT—Boso三聯點；FFF型—Karliova三聯點；TTR型—Chile三聯點；FFT型—勘察加—阿留申（Kamchatka—Aleutian）三聯點；RFF型—Queen Charlotte三聯點、Bouvet三聯點；RRF型—Macquarie Triple三聯點；FFF型—Mendocino三聯點；RRR型—Afar三聯點、Azores三聯點、Galapagos三聯點、Rivera三聯點、Rodrigues三聯點、Tongareva三聯點等。在中國大陸內部有很多似三聯點構造，如海原—銀川附近、西安、臨汾附近、焦作—新鄉附近、鮮水河—龍門山附近、北京附近、渤海灣附近等。
三聯點的識別及描述
三聯點軌跡的組合形態主要以“丁”字形和“人”字形為主，各要素的具體展布形態與組合取決於3個板塊邊界的幾何相容性和板塊運動的相互補償協調。目前對三聯點的識別有很多種方法，如根據地表對不同時間尺度構造作用的回響、地震成像技術、全球定位系統以及長期的地質記錄等。例如，紅河—亞丁灣—東非裂谷可以直觀地看到一個幾何三聯點的破裂形狀；Tenerife島上因火山岩的分布，結合動力學等推測的三聯點；根據後期沉積物的快速沉積、地形測量、小型的河流被隆起切斷改道，以及地震成像等方法識別出Mendocino三聯點；通過斷裂帶分布識別出的青藏高原北隅三聯點；通過縫合線的識別發現的東秦嶺三聯點等。目前隨著水深測量、人工地震、重力、磁力等地球物理技術的發展和廣泛套用，對三聯點的識別有了更直接和簡便的方法，不但使得三聯點構造在一定程度上能夠更直觀地展現出來，並且對三聯點板塊邊界的確定起著越來越重要的作用。
對三聯點的描述主要牽扯到板塊邊界與相對旋轉和移動速度的方向和大小。獲取這些變數的方法有多種。例如，如果有新的洋殼產生，板塊移動的速度矢量就可以通過磁條帶來確定，同時也可以確定板塊的邊界；如果是轉換斷層邊界，板塊的速度方向應該平行於斷層的延伸方向。當然，最常用的確定板塊邊界的方法還是通過天然地震的分布情況，同時天然地震還可以確定板塊的運動方向和板塊之間相對運動速度的大小。目前隨著GPS活動網路的發展，使得對於地質研究對象長期不間斷的檢測成為現實，並且可以進行時間和空間的橫向和縱向對比，使得對板塊運動定量描述的詳細程度和可靠程度都大幅度地提高。
三聯點的發育及演化過程
由於岩石圈下伏軟流圈的上涌導致3個裂谷破裂相交形成的RRR型三聯點形成機制和演化的特殊性，對它的研究也最為廣泛。它們由地幔底辟上拱產生，屬主動型裂谷。其中兩支進一步發展成為大洋，第三支夭折成為坳拉谷，並且坳拉谷與新生洋盆、被動大陸邊緣相連，但是當洋盆發生俯衝作用，繼而使被動大陸邊緣演化為碰撞造山帶的一部分時，先前的衰退裂谷成為自造山帶伸向大陸內克拉通內部的拗拉槽。衰退裂谷一般位於被動大陸邊緣的凹角處。有的衰退谷只表現為一個有鹼性物質侵入的一條縫合線，有的會有複雜的沉積充填、火山活動或經歷複雜的構造改造。在新生洋盆的擴張過程中，衰退裂谷不再發生裂陷沉降而發生熱沉降，並可能成為大陸地區的物源輸入大陸邊緣的通道。在洋盆俯衝消減直至發生大陸碰撞的過程中，衰退裂谷還有可能發生一些輕微的擠壓構造作用。世界上很多大河都沿著衰退的裂谷流入大海，它們攜帶的三角洲沉積物的楔入擴大了裂谷的範圍。新的裂谷經常形成於老的裂谷的重新活化，如大西洋在中生代的張裂是在早古生代發生過張裂，在晚古生代又閉合的構造基礎上發生的。新的裂谷或者沿著海洋關閉的縫合線繼續發展，這種現象往往是因為裂谷或縫合線伸張透過大陸岩石圈的薄弱帶和地幔柱相連產生。
三聯點的演化涉及到洋脊的相互伸展增殖、干擾及板塊運動（方向和速率）的變化過程，三聯點的動態演化既可能改變三聯點的結構形態和運動狀態，也可能改變其結構類型。例如，大西洋的張裂開始於南美和非洲板塊，在現今的幾內亞灣形成一個RRR型三聯點，北西向的Benue裂谷是這個三聯點消亡的一支等。同時，研究還發現，並不是所有的RRR型三聯點都要有熱點或者是軟流圈地幔的存在，而且熱點的位置或者軟流圈地幔不一定都恰好位於RRR型三聯點的交匯處，如紅河亞丁灣在形成初期是一個FFR型的三聯點，它是由於在紅海裂谷北部末端有斜向狹長的火山物質沿著裂谷上涌產生的應力作用，使得紅河裂谷末端分叉為兩個剪下帶，即蘇伊士海灣剪下帶和亞喀巴灣剪下帶，使得早期的FFR型三聯點轉化為FRR型，並最終演化為RRR型，或者直接從FFR型演化為RRR型三聯點，而不是像York解釋的由於熱點在三聯點中心上涌形成的RRR型三聯點。
還如Bouvet三聯點從形成至今，經歷過從RFF—RRF—RRR—RFF—RRR的演化過程。由於Bouvet三聯點構造演化的複雜性，也有學者提出Bouvet三聯點既不是簡單的RFF型也不是簡單的RRR型三聯點，而是複雜的綜合型三聯點，它在區域上屬於RRR型，在交匯域則表現為以轉換斷層連線為主，故有的學者稱其為RFF型，有的學者稱其為不規則RRR型。還有的三聯點的位置會隨著構造演化遷移，如Afar三聯點和Tongareva三聯點等。三聯點普遍存在隨著地質歷史的遷移在空間上會在一個或多個板塊上留存有連續的遷移證據，如日本TTT三聯點、Galapagos三聯點、Tongareva三聯點、Afar三聯點、Mendocino三聯點等。
有些三聯點的交匯域處往往存在一個變形相對微弱的微板塊，並且它通常對3個大板塊邊界的幾何形態、變形強度和運動過程軌跡產生影響，如Galapagos三聯點、Bouvet三聯點、Pacific—Farallon—Phoenix三聯點和Pacific—Antarctic—Nazca三聯點等。Bouvet三聯點從侏羅紀形成至白堊紀期間發生過多次幕式的裂谷隆起和微板塊的形成，在149Ma的時候Bouvet三聯點是RFF性質的，在123Ma的時候在演化過程中出現了Trinidad微板塊，在122Ma的時候在Trinidad微板塊周圍出現了數個裂谷隆起，其中一個隆起形成了Magellan微板塊，在120Ma的時候兩個板塊都拼合在太平洋板塊上，Bouvet三聯點演化為RRR型三聯點，並且位置“跳躍”至南部。又如，位於西波西米亞地塊的古三聯點，由於相對集中的地幔火山作用使得古三聯點及微板塊恢復運動，從而改變和控制著三聯點的遷移路徑。
三聯點的幕式變化、遷移過程、反覆的裂縫傳播導致了微板塊的形成、變大或者與周邊板塊的拼合。三聯點的幾何形狀在時間和空間上都變化較大。三聯點的位置遷移往往導致某些構造特徵上的變化，如死亡的轉換斷層、直接或者潛在彎曲的假斷層（straight and potentially curving pseudo faults）、以網狀存在的深海丘陵（abyssal-hillfabric）以及因裂縫而發現的古微板塊活動等。甚至有些運動學上認為是穩定的三聯點也會發生幕式的遷移。
模擬研究
國內外對三聯點的模擬主要有數字模擬、物理模擬、熱模擬、應力場模擬等方面，但主要都是針對地幔柱引起的RRR型三聯點。用數學方法研究地質問題首先要考慮的是地質數據自身的特點，以便於建立數學模型，適合計算機對數據進行採集、存儲、加工處理等。RRR型三聯點因成因上的特殊性和簡單性，是三聯點問題中物理機制最簡單的一種，因而被較多地用來模擬。
最早進行有關RRR型三聯點三維數字模擬的是Georgen和LinJ，主要對發育在洋殼上RRR型三聯點的地幔流和熱結構特徵進行了模擬。針對洋殼上發育的Rodrigues（RTJ）、Azores（ATJ）和Galapagos（GTJ）三聯點特徵，Georgen和LinJ首先忽略掉微板塊等因素的影響，並依據統計學的分析，找出三聯點在幾何上的相似性，簡化出一個簡單的幾何模型，並假設板塊的速度矢量垂直於每一支裂谷，大小等於裂谷張裂速度的一半。模型的垂向邊界和底部的邊界速度條件設定為與深度和離假設的裂谷軸的垂向距離有關的函式，然後使用解析法，規定模型中每一個格線節點處於上升流和水平流速度作用的結果。模型的頂底溫度設為0～1350℃範圍，水平溫度梯度設為0℃/km。為了能夠研究地幔流和沿著每一支裂谷至少1000km長度的熱場，模型的大小為2000km×2000km×200km，離散為41×41×15的格線節點。在靠近三聯點的位置水平解析度最高，靠近模型表面的速度和溫度梯度達到最高，同時垂向解析度也最大，垂向和水平的格線間距分別為5～29km和20～99km。最後通過三維數據模擬總結出：在組成三聯點中的三個擴張軸中擴張速率最慢的一支和另外兩個近共線的擴張軸在近正交的情況下，不同擴張速率導致地幔流的速度和溫度結構不同。沿著擴張速度比較慢的兩支擴張軸，其上升流的速度和溫度沿著擴張軸向靠近三聯點方向都呈上升趨勢，然而沿著擴張速度比較快的擴張軸，其上升流速度和溫度結構都沒有明顯的變化。這種情況和單獨、一支擴張脊的情況比較相似。和RTJ三聯點比較相似的三聯點，沿著其擴張速度比較慢的一支擴張軸靠近三聯點方向，其上升流速度的上升幅度可以在20km範圍內上升3倍。在部分熔融區深度其溫度上升可達75℃。在和RTJ三聯點相似的模型中，將每一支擴張速度都提高2.4倍（類似於GTJ三聯點），發現沿著擴張軸，其上升流速度和溫度都沒有明顯的變化，然而，如果把每一支擴張軸的擴張速度降低2.4倍，則發現快速擴張和慢速擴張軸之間的差別明顯了。因此，地球動力對慢速擴張的三聯點系統的影響比對快速擴張三聯點系統的影響更大。
Walter和Troll在基於Merle等1996年對Tenerife島火山作用所建立的模型基礎上，通過砂堆物理模擬實驗，揭示出三聯點每一個軸向的裂谷作用有可能是由下部地層變形誘導的側向重力驅動所產生。實驗過程顯示如下。首先只對一個砂堆進行模擬，類似於Merle等1996年的實驗結果。在實驗過程中，中心部位小小地隆起，砂堆的周圍形成脊狀的逆沖斷層，隨著應力的增加砂堆上形成放射狀的地塹。對兩個單獨的砂堆模擬實驗時，兩個砂錐展布範圍會逐步部分地疊加，在應力施加到一定程度時，砂堆的中心位置開始出現沉陷即表示應力達到極限，橫穿兩個砂堆的中間出現一個地塹。結果類似於自然界中兩個火山構造相鄰的情況，對Tenerife的演化也有一個啟示意義。在進行Tenerife的模擬中，對3個砂堆施加應力達32h後（相當於實際地質時間3Ma），對3個砂堆的中心施加第4個應力，相當於Canadas火山。在中心位置同時還出現了正斷裂，該構造代表了伸展構造帶的所在位置，也是裂谷發生的潛在區域。模擬結果說明，Tenerife島的火山成因更傾向於火山岩的重力流和塑性流沿早期的破碎和裂縫侵入。這個結果與Ancochea等解釋的Tenerife火山島的時空演化關係一致，揭示出在三聯點中可變形的沉積物對三聯點的構造格架有很強的控制性，使得晚期的火山噴發作用導致的擴張作用在構造上可以獨立地向外擴張。Tenerife三聯點的構造格架是不穩定的，每一個軸的分割作用和重力側向傳播作用起著主導作用。先前火山學認為的由於熱點隆起誘導三聯點構造的說法，有些過高估計了深部的內力作用。
在Tenerife島上火山沿NW和NE方向的分布均表現為線性的定向分布，而在Canaria島南部NS向也有大量火山分布，但分布的趨勢卻不像前面兩個方向的火山那樣規律。為了明白Tenerife裂谷帶的起源和它們在火山演化過程中的作用，以及驗證NS向的火山帶是不是像前人說的是三叉裂谷系的第三支，Geyer和Marti在大量前人研究的基礎上，結合實際觀察數據製作出二維模型，以兩個交叉的有限元破碎帶表示兩個主要的裂谷系統。並簡化出流變學模型：將模型覆蓋區域遠大於研究區域以忽略邊界條件的影響，假設地殼是均衡彈性材料，只施加了簡單的應力。同時忽略掉實際可能存在的地殼的層理、先前存在的斷層、早期的應力等因素。在實驗過程中運用有限元方法（FEMFES），採取楊氏模量E=40GPa和泊松比ν=0.25作為標準。結合在自然中實際觀測的在不改變研究結論的前提下，在一定範圍變換以上參數進行對比研究。我們已經知道火山岩在Tenerife南部斜坡的分布情況，依據最大張應力值場的填充情況可以推算出伸張構造強烈的區域，也代表了火山噴發的中心位置，最大主應力的軌跡也指示了火山物質噴發的指向和裂縫的排布方向。作者的結論同時也支撐了前人對Tenerife的NW和NE兩個軸向裂谷的成因演化推論。在Tenerife南部的NS向展布的火山，不僅比NW和NE展布的範圍要寬，而且也不像NW和NE兩個軸向排列的指向明確。這種現象有可能是由於應力場發生過改變或者是新—老火山作用的疊加導致的結果。所以有關NS向的構造是不是三叉裂谷系的第3支，還要進一步調查。
總之，由於三聯點構造的多樣性和複雜性，也導致三聯點模擬的難度和多解性。針對不同的三聯點應要考慮不同的模擬實驗材料和方法。
三聯點的發育與油氣效應
三聯點特殊的伸展環境形成的裂谷對油氣勘探和開發有重要的指示意義。在對比Canyonlands、Utah和北海Viking形成的三聯點裂谷後認為，儘管構造背景不同，但是這些地塹在油氣效應方面都有著明顯的相似性。首先表現在，在地塹系統較深的部位極容易產生烴類有機物，同時裂谷邊緣的轉換帶斷層為油氣從小的生油窗運移到淺部的圈閉扮演著良好的通道角色。而隨著伸展運動進一步的進行，裂谷會進一步的加深，並不斷地伴隨著沉降，裂谷深部的更淺部也會形成生油窗。因此裂谷會提供一個長期的生油時限。其次，在地塹系統中通常還發生流體沿斷層的垂向運移，甚至橫向的封堵斷層也會加強或者是連續地起著引導流體垂向運移的作用。同時，由於集中地熱分布引起的複雜構造，往往進一步加強了垂向的滲透性。裂谷中的斷層不但起著油氣運移的通道作用，由於泥岩在斷層面的“塗抹效果”有時還會形成良好的不滲透夾層，有利於形成良好的圈閉系統。當然，斷層的封閉能力取決於多個因素，如位移量、岩性和相應的地層系統等。地塹系統的共性還表現在裂谷系統中局部構造高點的位置，如斷裂伸展的深度、地熱隆起的深度等。如果地塹系統比較大，並且這些構造產生在烴類的運移通道上，則比較容易產生較大的油氣產量，且淺部的產量往往大於深部的產量，如在Viking三聯點中的Viking斷陷中，Kvitebjorn油田是目前在地塹系統中具最有利開發前景的油氣田，包括27×106m3的可開採石油儲量和7.4×1010m3的可開採天然氣儲量。
總結前人有關的研究還發現，如果有機物埋藏比較深，則只會發現天然氣的累積，並且由於高溫高壓引起的壓實和膠結作用會導致這些區域的滲透性比較差。而在成熟度比較低的裂谷系統中，斷裂會產生在比較淺的位置，油氣的潛力聚集區也會產生在較淺的位置。
在進行裂谷油氣效應分析時還應該綜合考慮多方面的因素，如基底的各向異性、現今應力場和現存構造的角度、斷陷伸展量、斷裂深度、裂谷的對稱性和火山物質侵入等的影響。在對比Canyonlands、Utah和北海三聯點的Viking裂谷的特徵後發現它們都在一定程度上存在有沿裂谷走向的對稱性，在一些由不對稱的裂谷系統產生的半地塹中也有一些和裂谷相同的特徵。例如，現今的紅海、亞丁灣和東非裂谷是三聯點的典型實例，也是目前發現的唯一一個發育在海平面以上的RRR型三聯點：衣索比亞—紅海—亞丁灣三聯點是由衣索比亞—紅海南端—亞丁灣三聯裂谷和蘇伊士灣—亞喀巴灣—紅海北端三聯裂谷組成。紅海北部又分出蘇伊士灣和亞喀巴灣兩個分支裂谷，亞喀巴灣還發育有平移斷層，阻礙了蘇伊士灣的斷裂伸展。其中衣索比亞和紅海北部現在依然處於大陸裂谷階段，紅海南部和亞丁灣盆地的軸部已經出現了大洋地殼，亞丁灣盆地軸部甚至出現了新生洋殼擴張形成的轉換斷層，說明它們已經演化到陸間裂谷階段。在中新世早中期，紅海仍然是以大陸地殼上的地塹（半地塹）、地壘（半地壘）構造為特徵。推測中新世紅海仍處於大陸內裂谷階段，但大陸岩石圈厚度已經減薄到相當程度。直到上新世晚期在中央海槽出現由拉斑玄武岩、輝長岩和輝綠岩組成的新的洋殼，其同位素年齡測定為3.5Ma，屬晚上新世，自此開始海底擴張一直延續到現在。紅海東南端的新生洋殼部分已經與印度Carlsberg大洋中脊相連，熱流密度高達90～180mW/m2，地溫梯度在28～50℃/km以上。從演化特徵分析，紅海南部的陸間裂谷是在熱點和上地幔柱使地殼隆起破裂形成大陸裂谷基礎上進一步海底擴張形成的，如亞丁灣和紅海進一步擴張，它們將在未來的地質時期演化為類似於大西洋的新生大洋盆地。勘探表明，石油主要分布在紅海北部和蘇伊士灣等大陸裂谷部分，在裂谷深部僅有一些天然氣出現。這是因為裂谷擴張和新生洋殼的出現使得地溫增高導致石油破壞。
