松辽盆地是中国最大的石油产地和最大的裂谷盆地,也是欧亚大陆东缘晚中生代裂陷作用与岩石圈减薄的中心,然而由于巨厚拗陷层的覆盖,深部断陷层构造特征及其演化研究仍十分薄弱,断陷作用动力及其与岩石圈减薄的关系一直处于争论中。大量最新高精度地震资料的构造解释表明,松辽盆地断陷期发育NNE、NNW和近NS向三组同沉积正断层,其中主断层多为东倾犁式断层,在其控制下断陷盆地多为西断东超的半地堑,且具有南北分区、东西分带的分布特征,可能受控于近EW向的索伦缝合带和NNE向孙吴-双辽断裂带等基底构造。其中位于盆地中部的长岭断陷南、北分别受NNW向和NNE向正断层控制,构成独特的“<”形边界断裂系统,内部则发育NS向正断层。这种复杂的断裂系统可能是断陷之前NNE向基底断裂左旋走滑派生的共轭剪裂面和追踪张裂面等先存构造软弱带活化形成的。构造物理模拟表明,NNE向断裂左旋走滑派生的次级破裂面的走向及其组合与松辽盆地断陷期边界断层的平面几何形态非常类似,验证了上述观点。这种复杂的断裂系统及其造成的地壳伸展方向的不确定性给传统的基于二维应变假设的平衡剖面构建、构造演化史反演带来困难。为此,本文提出了基于三维应变假设的多方向平衡剖面恢复与区域应变分析方法,即分别构建和恢复垂直于每组断层走向的“平衡剖面”,这种剖面的伸展率可看作剖面方向上的线应变,并可通过莫尔圆图解来计算区域伸展主应变的大小和方向。这种方法是传统平衡剖面和应变分析技术的扩展与结合,是获取缺乏露头的复杂裂谷地区的地壳伸展应变、进而推断伸展应力场的新手段。本文构建和恢复了长岭断陷分别垂直于NNE、NNW和近NS向同沉积断层的3组(9条)区域性平衡剖面,获得了该区断陷期的构造演化史、地壳伸展量以及伸展速率,并用上述方法求得了伸展主应变大小和方向。结果表明,松辽盆地中部断陷期总体受WNW-ESE向(117°)伸展(即正向裂谷作用)控制,地壳伸展率为23.7%,伸展量约50-60km,但断陷期并非同一期伸展事件,而是由早、晚两个脉冲式伸展阶段组成。早期阶段即火石岭期和沙河子期(ca.157-130Ma),以双向拉伸为特征,发育多方向平面式正断层,但初期NNE-SSW向拉伸稍占主导,NNW向断层活动性更强；随后WNW-ESE向拉伸增强,NNE-SSW向拉伸减弱,部分犁式边界断层上发生应变集。晚期阶段即营城期和登娄库组(ca.130-102Ma),以WNW-ESE向单向拉伸为特征,NNE向和NS向犁式边界断层持续活动,上盘并派生次级断层,NNW向断层可能具有右旋走滑分量。上述伸展应变得到构造分析、沉积响应及松辽盆地周缘变质核杂岩拉伸线理所反映的地壳应变特征的支持,说明本文的方法与结果是可靠的。这两个阶段均以相对快速伸展开始,随后为缓慢伸展期,前者与强烈火山活动相一致,而后者则对应于火山作用平静期和构造转换期,说明断陷期地壳伸展与岩浆作用是耦合的。此外,本文在三维应变和岩石圈体积守恒假设下建立了地壳水平伸展与岩石圈垂向减薄的定量关系,据此估计,地壳水平伸展造成的垂向应变可解释松辽盆地中部大部分的地壳减薄,但却只能解释岩石圈地幔减薄的一小部分,这意味着深部岩石圈地幔的减薄存在其他非构造机制,本文认为岩石圈根部的拆沉可更好地解释断陷初期的双轴拉伸和热穹窿式伸展。最后,本文提出了一个“两阶段动力学模型”来解释松辽盆地中部断陷期构造演化、地壳伸展与岩石圈减薄的过程,并强调断陷之前的NNE向基底断裂左旋走滑和岩石圈加厚对断陷作用有重要影响。早期阶段可能受控于加厚岩石圈根部拆沉引起的地表热穹窿式纯剪伸展,晚期阶段处可能受控于伊泽纳奇板块俯冲引起的区域性地壳单剪伸展拆离与岩石圈减薄。