中国大陆现今构造应变率场及其动力学成因研究

通过分析中国大陆地壳运动GPS速度场得到现今构造应变率场。结果显示在印度板块北向推挤作用下 ,青藏高原内部及其邻域形变场并不局限于少数大型走滑断裂 ,而是在大范围内广泛分布 ,各地区构造运动驱动机制也可能各有不同。藏南地区主应变率场呈均衡的约 2× 10 -8a-1南北向挤压和东西向拉张 ,显示印度板块下插造成的地壳增厚和岩石圈拆离可能形成上地壳与上地幔间形变解耦 ,地壳内部在南北向挤压及重力场作用下产生东向塑性流驱使上地壳产生东西向拉张。西藏中部羌塘地区主应变率场显示均衡的约 2× 10 -8a-1北北东向挤压和北西西向拉张 ,反映本地区一系列走向北东和北西的共轭剪切断裂的活动 ,可能源于南北向挤压和软流层内东向塑性流的驱动。柴达木盆地及周边地区主应变率场呈约 2× 10 -8a-1北东向压缩和约 (0 1)× 10 -8a-1北西向拉张 ,表明地壳增厚造成的地壳温度上升可能还不足以造成上下地壳的充分解耦 ,南北向的消减还未能有效地转换成东西向的拉张 ,形变以褶皱和逆冲断裂运动为主。当今青藏高原形变场的形成应是构造运动从南到北阶段性发展过程中地壳与上地幔介质性质差异造成驱动机制不同的结果。     

广西花山花岗岩的岩石学和地球化学特征及成岩物质来源的探讨

本文研究了花山花岗岩的岩石学、地球化学和同位素地质学特征,确定了花山岩体是一个由三期独立的、不同时代、不同成因和不同物质来源的花岗质岩浆岩所组成的复式岩体。第一期印支期牛庙石英二长岩和同安石英二长岩,属以幔源物质为主的壳幔混合来源,由上地幔分异岩浆上侵并同化混染了地壳物质而形成;第二期燕山早期花山主体花岗岩亦属壳幔混合来源,但其壳幔物质比值有所增高。上地幔沿东西向区域性深断裂的上拱和地壳物质(包括沉积组分和火成组分)受热重熔,是该期花岗岩的可能成因;第三期燕山晚期细粒花岗岩小岩体是由以沉积组分为主的地壳物质经部分熔融、重熔或深熔而成。     

1976年唐山大地震的孕震环境:密集地震台阵观测得到的结果

1976-07-28唐山地区发生了震惊中外的7.8级大地震。为什么在华北古老克拉通内部的唐山地区能够发生如此的大地震一直是一个令人费解的问题。是否会在唐山地区再次出现同样的破坏性地震值得认真研究。利用流动地震观测台阵数据和接收函数反演方法,我们研究了唐山地区60 km深度范围内的三维地壳上地幔速度结构。结果表明:(1)由活动断裂切割的唐山断块与周围介质存在明显差异,围限唐山断块的断裂均为超壳的活动断裂;(2)唐山大震区中上地壳具有明显的非均匀壳内低速体;(3)该地区壳幔界面表现为明显的断块式隆升,与两侧相比,唐山菱形地块下方的上地幔顶部异常隆起的高度达到10 km左右,下伏的上地幔具有异常的非均匀结构;(4)唐山大震区可能有幔源物质较大规模的侵入,形成了中、上地壳内的低速体。由于较已往的研究结果有更高的空间分辨率,我们得到了一些以往尚未发现的有关唐山地区深部结构的异常特征;(5)首都圈地区内破坏性地震发生的地点绝非偶然,它们均与其相应的深部构造背景密切有关,这为强震发生地点的预测提供了可能。根据本文结果,我们认为,1976年唐山大地震的主因源于上地幔的垂向运动变形及壳幔之间物质及能量的交换,区域水平向应力场为次要作用。这有助于解释为什么能够在我国华北古老克拉通地区发生7级以上强震,在唐山地区再次发生7级以上大地震的可能性值得给予进一步的研究和关注。     

白垩纪以来中国西部地体运动的古地磁证据和问题

地质证据表明中国西部各地体在白垩纪之前已经增生到欧亚大陆之上 ,但这些地体自白垩纪以来的古地磁极位置与稳定欧亚大陆的古地磁极位置存在较大差异 ,对其最可能的解释是发生在晚白垩世与古新世之交 (约 6 5Ma)印度板块和欧亚大陆之间的碰撞及其后印度板块的持续北向挤压 ,使得这些地体之间以及这些地体与稳定欧亚大陆之间发生了相对位移和地体内部的变形。文中利用现有的古地磁研究成果 ,计算了自白垩纪以来中国西部各地体与欧亚稳定大陆之间的南北向相对位移量。塔里木地块和柴达木地体的古地磁数据表明 ,阿尔金断裂至少经历了四期活动。在欧亚地区普遍存在的第三纪磁倾角偏缓现象 ,很可能反映了在该地区长期存在非偶极子场。     

从藏南陆-陆碰撞带深部结构构造演化探讨斑岩铜矿的成岩成矿问题

本文以INDEPTH项目对印度大陆与欧亚大陆碰撞带深部成像结果为基础,从构造演化角度探讨藏南陆-陆碰撞带冈底斯斑岩铜矿带的成矿作用问题。深部探测给出的碰撞带深部结构与侯增谦等地质学家提出的深部结构有较大的异同,如何协调起来以深化对藏南陆-陆碰撞条件下成矿作用的认识,这是本文讨论的中心。藏南碰撞带成矿实际上是在新特提斯大洋岩石圈俯冲形成的冈底斯岩浆弧成矿作用的基础上,再经过陆-陆碰撞挤压强烈改造后的再成矿。碰撞带的深部结构构造演化的特点是:(1)新特提斯大洋岩石圈板块向北连续俯冲了约120 Ma,形成的冈底斯陆缘火山岩浆弧带,这导致了陆缘带地壳增厚并含有大量的地幔岩浆流体物质(如南美安第斯成矿带那样);(2)在印度大陆与冈底斯陆缘弧接近碰撞时,在对挤中新特提斯大洋洋壳与大洋岩石圈地幔发生向上挤出与向下拆沉,并使部分洋壳残片和大洋岩石圈物质保存在中上地壳内;(3)两大陆岩石圈碰撞对接后,印度岩石圈地幔加深达70~80 km并沿地壳底部向北推进,并将加厚地壳内大量的成矿物质、钙碱性岩浆,洋壳及新生的下地壳,以及部分地幔物质从地壳底部将其围限起来,成为后期再成矿的物质基础;(4)查明了碰撞带深部壳/幔间产生了一层中间速度层(相当于MASH层),在中上地壳部位出现一层巨大的部分熔融层;(5)在碰撞挤压下冈底斯带内产生多组断裂构造,大型逆冲断裂系与背冲断裂,并引发了含矿岩浆的再活动,并在浮力(下地壳内)和挤压力作用下多次活动上升生成斑岩型铜矿床;(6)成矿后地表遭受过强烈的风化剥蚀作用,使矿床出露地表。     

冈底斯中东部底垫-俯冲转换带附近地壳上地幔结构远震P波层析成像研究

利用冈底斯中-东部197个宽频带天然地震台站记录到的数据和远震P波走时层析成像方法,获得了该区域的P波速度扰动图像。层析成像结果显示研究区地壳和上地幔地震波速度结构存在着复杂的空间变化。首先,在藏南拆离系断层(STD)以北的特提斯喜马拉雅地壳中存在着较强的低速异常,但是该低速异常的北端在远离裂谷带的地方并没有明显越过雅鲁藏布江缝合线(YZS),这与前人的观测结果略有不同;在亚东-古露(YGR)和措美-桑日(CSR)裂谷带的下方存在低速异常,但异常强度都没有前者大;在两个裂谷带之间的拉萨地块中-南部,地壳表现为强高速特征。这些结果表明,影响青藏高原地壳构造演化的"地壳通道流(Crustal Channel Flow)"在藏南主要分布在特提斯喜马拉雅地区,在雅鲁藏布江缝合线以北的冈底斯地区,可能主要局限于沿裂谷带分布。其次,被解释为印度岩石圈地幔的上地幔高速异常,在研究区西部,抵达了雅鲁藏布江缝合线以北100km或更远的地方,而在研究区东部,并没有越过雅鲁藏布江缝合线,而是停留在缝合线以南~100km的高喜马拉雅下方,印证了前人给出的印度板块俯冲角度在研究区附近存在东西向变化的层析成像结果。此外,我们的层析成像结果还印证了冈底斯东南侧的上地幔低速异常根植于上地幔底部,我们认为该现象可能与巽他块体的顺时针旋转引起向东俯冲的缅甸弧向西后撤有关。     

松辽盆地深层天然气运移通道研究

松辽盆地的形成伴随着上地幔软流层的阶段性上隆。在上地幔软流层上隆的过程中,刚性上地幔和下地壳发生张性断裂,汇聚在软流层中的烃类物质沿这些张性断裂上升到中地壳,并在富有储集空间的中地壳驻留。随着上地壳正断层阶段性沉降,驻留在中地壳的烃类物质沿上地壳正断层上升到盆地沉积层。烃类气体在上升路径遭受氧化则形成二氧化碳气藏,未遭受氧化则形成烃类气藏。玄武岩浆上升通道也是幔源气上升通道,工业气藏多分布于火山通道相储层。幔源气运移通道研究将提高深层天然气探井成功率。     

中国东部中新生代盆—山系及有关地质现象的成因机制

中国东部中新生代盆－山系及关地质现象，受水平挤压力和重力共同作用而呈下断层产出的上地壳平面Ｘ型断裂－压剪性正断层的控制，分别形成于晚侏罗－早白垩世库拉板块北北西向挤压和晚白垩世以来印度板块北东向挤压时期。     

长江中下游南京（宁）-芜湖（芜）段深部壳幔电性结构——宽频大地电磁测深研究

为了较全面、客观地认识南京(宁)-芜胡(芜)地区岩石圈深部结构,探讨岩石圈热结构和壳、幔物质状态等重要科学问题,为矿集区成矿作用和成矿规律的研究提供依据,我们完成了6条宽频大地电磁测深剖面。通过分析各剖面电性成像结果,讨论了研究区地壳-上地幔导电性的"拟三维"结构,发现测区普遍存在连续的下地壳-上地幔低阻层,仅在巢湖冲褶体断开。结合区域热流结果,我们认为下地壳-上地幔有较好的导电性,可能存在局部"熔融体"或"含水剪切断裂",其物质状态很可能是热的、软弱的。此外,我们通过物质状态和电性界面推断了上地幔隆起的位置和长江深断裂带的分布范围,认为长江断裂带不但存在,而且由多条北深南浅的断裂组成,较为复杂。     

壳幔过渡层及其大陆动力学意义

根据地震测量结果,造山带常见一个P波传播速度介于典型地壳和典型地幔之间的圈层,称为壳幔过渡层。这个圈层在地球物质科学领域常常被解释为壳幔混合层,形成机制不十分明确。提供了另一种选择,认为壳幔过渡层实际上可能是幔源岩浆底侵作用和地壳分异作用的产物,其密度随压力的逐渐变化是其波速特征的主要原因,是区域岩石圈重力不稳定的标志;也可能是软流圈物质岩石圈化的结果,是区域岩石圈逐渐冷却的象征。这个模型可以更好地解释造山带岩石圈拆沉作用、壳幔物质交换和岩浆活动,因而壳幔过渡层的查明具有重要的大陆动力学意义。     

中国西南地区CO2释放点的He同位素分布不均一性及大地构造成因

在印度板块向欧亚大陆俯冲碰撞过程中,产生一系列深大断裂带,形成大量CO2释放脱气点。这些点除了释放大量的CO2、N2、H2S气体以外,还会附带释放CH4、He等各种各样的气体。释放出来的氦为惰性元素,是判识幔源气体最灵敏的地球化学示踪指标,He同位素随形成的构造部位不同而不均匀地分布,且与不同的大地构造成因关系密切。藏中及藏北区块在大地构造位置上属于班公湖-怒江断裂带发生了明显的地幔脱气作用,显示其与地幔相连通而且深度达到上地幔,为一条岩石圈深断裂带;但样品中幔源氦约占总氦的1.4%~1.7%,反映该断裂带深部的开放性程度较低,而闭合性程度相对较高,由此反映了该区处于强烈挤压的构造环境和地壳增厚的地质背景。在滇西南地区(重点在腾冲热海地区)地热流体逸出气体中含有大量幔源岩浆挥发组份,表明该区地壳浅部存在幔源岩浆侵入活动。该区怒江断裂带发生着明显的地幔脱气作用,显示该断裂带与地幔相连通且深度达到上地幔,为一条岩石圈深断裂带;同时所有样品中的幔源氦平均约占总氦的26.2%,最高可达48.8%以上。反映该裂谷带代表伸展性构造环境,且是地幔脱气作用最强烈的构造区之一,是俯冲碰撞的中心地带。而在滇中地区—小江断裂带却是另一番景象,该区样品中的幔源氦平均约占总氦的2.27%,最高也才8.9%。反映此区为印度板块向欧亚大陆以NNE方向碰撞影响到的最东缘。小江断裂带局限在地壳范围内,故而氦同位素显示出在此断裂带以西则明显存在幔源来源,而往东则幔源氦极微。氦同位素在自西至东由藏西到藏南(藏南西与藏南东)至滇西到滇中,R/Ra值由较低到较高再到较低到最高再降低的平面分布规律。川西—鲜水河断裂带则因特殊的构造部位,是中国“地质百慕大”;样品中幔源氦平均约占总氦的8.1%,平均值高于西藏各分区以及云南除滇西南以外的各区,但又远远小于滇西南—腾冲地区。说明鲜水河断裂带,部分地贯穿整个岩石圈,并有切割上地幔之趋势。     

东海与黄海的三维速度结构及其构造意义

利用面波层析技术分析了该区地壳上地幔的三维构造。地壳上层的速度分布具有以海域中心为轴,东西两侧对称的特点,总体呈NE向展布,同结晶基底的构造对应良好。东海与黄海的构造差异主要表现在下地壳与上地幔,分别与华北和华南的速度结构相同。从杭州湾到吐噶喇海峡(大约沿30°N纬线)存在一条近EW走向的上地幔高速带。东海与黄海在地貌与地质、地震活动、大地热流、品质因数和重磁异常等方面存在系统性的差异,这与早第四纪从杭州湾到吐噶喇海峡出现的左旋剪切破裂以及贝尼奥失带的右旋撕裂有关。作者推断:东海是新生代弧后扩张作用而形成的;大巴-大别山南麓-杭州湾-吐噶喇海峡是华北与华南地壳块体的分界线,琉球海沟的消减带是华南地壳块体的东界;东亚的现代构造运动,主要与太平洋板块、印度板块和上地幔的运动有关,而菲律宾板块的俯冲对中国大陆的作用较小。     

长江中下游及其邻区深部地球物理背景与含金夕卡岩矿床的分布

长江中下游地区是我国重要的铁铜矿产基地。近十年来,我国所发现的含金夕卡岩矿床和铜伴生金夕卡岩矿床也主要产在长江中下游地区。作者借助12条大地电磁测深剖面、5条地震剖面、层析成像速度结构资料、重磁场等区域的和深部的地球物理资料进行综合对比研究,给出长江中下游及其邻区的三维深部构造格架及其与含金夕卡岩矿床和铜伴生金夕卡岩矿床的分布关系。作者认为,上地幔隆起带(岩石圈地幔减薄带)、上地幔异常区(相对低速区)、壳内高导层隆起带、深断裂(岩石圈剪切带)、地壳上地幔不均匀性块体的边缘、重力高反映的基底隆起区、跳跃磁场反映的岩浆岩带和构造交汇处等诸多因素的共同作用控制着含金夕卡岩矿床和铜伴生金夕卡岩矿床的分布。     

上地幔岩石的交代分异模式

地球的上地幔和岩石围(厚度为200—400公里)的成分和构造早已引起地质学家的关注.这是由于造壳作用多数都决定于地幔作用,而许多矿床的形成则决定于壳下地质活动.当代有关上地幔成分和构造的资料都是以地球物理研究的间接资料和对地幔产物的直接研究为基础的,这些地幔产物通过各种方式上升至地表或进入地壳中.地球物理资料表明,上地幔的纵向和横向不均匀性特别明显.弹性波速度(Vp)的变化说明上地幔中可能存在着大量的镁铁岩和超镁铁岩.近年来所进行的地震研究表明, 土地幔具有分层特征,以Vp速度从7.4—8.6公里/秒的交替分层,和呈现出具低速弹性波(波导)的一些相互分离、厚度不大的分层,代替了先前测得的唯一的强波导层(帕夫连科娃,1983).     

青藏高原电性结构及其对岩石圈研究的意义

在西藏近南北向布设了横跨青藏高原的3条大地电磁测深剖面(亚东-雪古拉、达孜-巴木错、那曲-格尔木),采用超宽频带大地电磁测深方法进行了地壳、上地幔电性结构探测研究,发现该剖面具有的主要电性结构特征为:①那曲以南地段,电性层比较薄,低阻体多呈串珠状断续分布,产状明显北倾,倾角为20°～30°。②那曲—雁石坪地段,电性层厚度有所增加,低阻体或高阻体呈近于水平薄板状分布。③雁石坪以北地段,电性层厚度较大,低阻体呈大透镜体状较连续地向南倾,倾角40°左右。④3个地段的电性层差异明显,与构造背景和岩浆活动性关系密切。以上电性特征为研究印度板块和欧亚大陆碰撞机制提供了地球物理依据。     

地幔流体作用——地幔捕虏体中流体包裹体的研究

被碱性玄武岩和金伯利岩带到地表的地幔捕虏体是认识地球深部信息的窗口 ,是人们能够直接观察到的一种上地幔样品 ,其矿物中流体包裹体的存在提供了上地幔流体活动的直接证据。流体 /地幔矿物之间元素的分配对约束地幔交代过程中流体相的作用和上地幔流体的组成 ,揭示俯冲带壳幔物质的再循环过程 ,解释岛弧玄武岩高场强元素亏损的原因有重要意义。文章对近年来有关地幔捕虏体中流体包裹体的研究进行了评述 ,并结合近年来流体 /地幔矿物之间元素分配的高温高压实验研究讨论了流体在地幔中的重要作用。     

长白山及邻区地壳、上地幔顶部三维速度结构

根据沿长白山布设的宽频带流动地震台站及吉林省地震台网所记录的近震P波走时数据,利用层析成像方法对长白山及邻区（39°N-45°N、122°E-130°E）深至40 km的地壳和上地幔顶部三维速度结构进行了研究。结果表明：地震的发生和分布多集中于断裂等复杂地质构造。利用较高分辨率的地壳、上地幔顶部三维速度结构证实了长白山火山区岩浆囊存在,并推测岩浆囊的位置位于火山口的西南方向,深度为10~40 km。壳内岩浆囊分布对进一步解释、认识火山灾害提供了重要的深部信息。     

西藏高原中、北部断裂构造特征:INDEPTH(Ⅲ)-MT观测提供的依据

根据1998年和1999年INDEPTH(Ⅲ)MT在西藏中、北部所完成的德庆-龙尾错(500线)和那曲-格尔木(600线)超宽频带大地电磁深探测剖面数据研究西藏高原中北部断裂构造特征,有助于推进印度板块与亚洲板块碰撞、俯冲构造模式的研究.研究结果表明,区内发育有F1～F10一系列深断裂.其中,F2向北倾斜是早期的主断裂,F1则是后期主逆冲断裂,它们共同构成空间结构复杂的嘉黎深断裂带.班公-怒江缝合带的主断裂系由略微向南陡倾的F3、F4和F5三组超壳深断裂构成;由于受后期构造运动强烈的改造,缝合带内发育多条延深不大的上地壳断层.唐古拉断裂带由F6、F7两组主断裂和一系列次级断裂构成;主断裂产状上陡、下缓,总体向南倾斜,向下延深达下地壳.而金沙江缝合带是由F8(金沙江断裂)和F9(可可西里断裂),以及它们之间存在的一系列上地壳次级断层共同组成的,是一组很宽的地块碰撞缝合带.F10即昆中断裂是产状陡立的超壳深断裂,是昆仑山断裂带的主体构造,它构成松潘-甘孜-可可西里地块的北部边界.从剖面电性结构特征分析,昆中断裂以南属于西藏高原主体;而以北地区是否还归属西藏高原?这有待更深入的讨论.值得特别关注的事实是,研究区内2组缝合带之下都存在向上地幔延伸的壳内高导体,它们可能反映区内壳幔热交换过程的痕迹.     

中国大陆壳内与上地幔高导层成因及唐山地震机理研究

文中首先给出了中国大陆上地幔高导层埋深图 ,对其物理成因作了解释。然后给出了中国大陆壳内高导层分布埋深图 ,因人们对壳内高导层的成因有多种看法 ,所以文中进行了讨论 ,并认为卤水成因说更有说服力。文中对壳内与上地幔高导层构造成因作了简要阐述。最后 ,由于壳内和上地幔高导层分布埋深与强地震的分布有密切的关系 ,所以作为实例 ,文中给出了唐山地区地壳结构 ,阐述了地壳内深部流体在地震中的作用 ,并给出了主要证据。     

洋岛玄武岩中的熔体包裹体揭示地球深部氯循环

正地球深部与表层间挥发性元素的交换一直是重要的地球科学问题。来自海水的挥发分通过热液蚀变作用进入大洋地壳,之后通过洋壳的俯冲作用进入上地幔。但是这些挥发分是否能够被带入更深的下地幔目前依然不清楚。Cl元素非常适合示踪俯冲物质中海水来源的挥发分。含有海水来源挥发分所形成的地幔源区具有很高的Cl含量,上地幔中Cl的不均一性被认为