华北地区拆离滑脱带控震作用初探

华北东部盆岭区以地震多、震级大、损失惨重而称。以往地震地质研究多注重断裂交汇、拐点、分枝等部位的控震作用。但是，华北盆岭区多次大震的烈度并不呈线型展布，震源也并非沿陡倾断裂走向分布，而是在一定深度上(近水平)弥散展布，故人们开始注意深部滑脱带控震的探讨。笔依据近十余年华北地幔亚热柱的研究认为，华北断陷区之下为—强烈上隆的地幔亚热柱。地幔物质的上隆及上侵作用使上地壳裂解断陷，而中地壳在地幔、下地壳的影响下形成相间展布的低速—高导层。在地幔亚热柱热物质流向外拆离的带动下，中、下地壳亦由亚热柱顶部向外围拆离滑脱。当中、下地壳拆离到上地壳裂陷盆地边缘受到造山带的阻挡而减慢时，两之间便产生剪切作用，导致应力不断积聚并阶段性释放，从而造成亚热柱外围地震频繁发生。     

龙门山冲断带多层次滑脱带与滑脱构造变形

龙门山冲断带发育多层次的滑脱层,通过野外地质考察、地震剖面解释和平衡剖面分析,可以将其划分为:(ⅰ)深层次滑脱带,包括壳幔滑脱带、壳内滑脱带和前震旦系基底滑脱带,所发育的构造变形样式主要有壳幔拆离滑脱变形、基底韧性剪切变形等;(ⅱ)中层次滑脱带,包括寒武-奥陶系滑脱带、志留系滑脱带等,发育的构造变形样式主要有等厚褶皱、尖棱褶皱、构造虚脱及其构造组合等;(ⅲ)浅层次滑脱带,包括上三叠统须家河组滑脱带、侏罗系滑脱带等,发育的构造变形样式主要包括逆冲推覆构造和重力滑动构造样式、背冲断块、三角带构造和双重构造等.多套滑脱层不仅使褶皱-冲断带自深层往浅层发育了不同的构造变形样式,同时还使得局部构造发生了明显的构造作用的叠加,研究表明,多套滑脱层在龙门山冲断带的形成和演化过程中具有重要的作用.     

西太平洋板片俯冲与后撤引起华北东部地幔置换并导致陆内盆-山耦合

华北中生代构造-岩浆活动频繁,深部岩石圈地幔性质发生变化,即克拉通发生活化作用.活化作用大致可分为三个阶段:(1)晚古生代至早侏罗世(至~170Ma),(2)中侏罗世至早白垩世早期(160~140Ma),(3)早白垩世至新生代(~140Ma以来).其中后两个阶段与古太平洋板片俯冲及后撤导致华北东部深部的岩石圈地幔置换并引起陆内浅部的盆山耦合过程是本文讨论的重点.在第一阶段,古亚洲洋俯冲和关闭引起华北北缘经历弧后拉张、碰撞挤压及碰撞后伸展等构造-岩浆活动,而且造成陆块边缘完整性的机械破坏和地幔性质的化学改造,成为后续软流圈物质上涌的通道和岩浆活动的优先发生区;受华南陆块俯冲的影响,华北南缘也发生了类似的过程.在第二阶段,蒙古鄂霍次克洋闭合及古太平洋板片俯冲剪切,引起华北北缘的两次近S-N向的挤压作用(燕山运动的A、B幕),近E-W向分布的陆缘盆地被晚中生代岩体和NE-SW断裂肢解为零星分布的盆岭省,岩浆作用由东北角向西迁移进入地块内部,同时郯庐断裂的性质由左行走滑转换为正断层,华北由早期的近S-N向的压扭性背景进入NW-SE向的弧后拉张阶段.第三阶段是华北克拉通破坏和岩石圈地幔增生的关键时期,深部难熔的克拉通型地幔被饱满的大洋型地幔置换,实现岩石圈大幅度减薄后的小幅增生增厚过程;浅部的表现是岩浆作用持续向东南迁移,陆内岩石圈薄弱带优先发生伸展变形,包括在早白垩世(140~110Ma)中部带侏罗纪逆冲断层反转为正断层、郯庐断裂的持续拉张引起中地壳拆离和大渤海湾盆地的沉降;晚白垩世至今(110Ma~),中部山带发生断陷作用形成汾渭盆地和沁水盆地,大渤海盆地内部断陷形成盆-山相间的地貌特征,苏鲁造山带则发育莱阳盆地等.华北克拉通规模小并发育陆内薄弱带,是克拉通容易破坏的内因.具这种特性的克拉通容易受周边多个俯冲构造域和上涌软流圈物质的共同影响.晚中生代(~160Ma)以来,华北克拉通破坏主要表现为周边块体的俯冲导致软流圈物质上涌、岩石圈减薄和浅部地壳滑脱,岩石圈薄弱带处(如中部山带)出现褶皱和逆冲,实现伸展背景下的局部挤压;俯冲板块后撤(~140Ma)则使上涌的软流圈回落形成岩石圈并实现地幔小幅增生置换(~125Ma)与伸展背景下浅部地壳断陷和成盆过程.因此,西太平洋板片俯冲和后撤是引起华北东部深部岩石圈地幔置换并导致陆内浅部盆-山耦合的外在动力来源,表明华北克拉通破坏是地块内部与地块边缘、深部过程与浅部盆-山耦合响应的综合地质记录,我们认为这也是燕山运动的本质.     

秦岭造山带岩石圈电性结构及其地球动力学意义

秦岭造山带三维电性结构特征的详细研究结果，结合其他多种地球物理和地质资料分析发现，自中新生代以来，尤其是晚近时期华北和扬子两地块向秦岭造山带持续陆内俯冲过程中，由于南秦岭岩石圈向北挤入作用，秦岭造山带的后陆冲断褶带和北秦岭厚皮叠瓦逆冲带，现今处于岩石圈叠置加厚与拆沉作用的初始期；与之相反，南秦岭正在经历拆沉－底侵的物质再循环作用，佛坪一带可能发育新的地幔柱；此外，在造山带北、南深部边界与内部不同岩石圈块体之间还伴随强烈的不同性质的走滑作用和物质侧向传输．最后探讨了秦岭造山带构造拆沉与巨厚岩石圈并存以及走滑构造作用等的地球动力学意义．     

西伯利亚板块与华北克拉通碰撞带地电结构及对深部缝合边界的讨论

西伯利亚板块与华北克拉通碰撞导致古亚洲洋闭合,形成了幅员辽阔的中亚造山带,该带内记录了丰富的板块碰撞信息,揭示深部缝合边界对于研究洋-陆俯冲到陆-陆碰撞的深部动力学过程具有重要的科学意义.本文对查干敖包—化德410km大地电磁测深(MT)剖面数据进行反演,获得二维电性结构,为研究西伯利亚板块与华北克拉通碰撞带深部构造形迹、碰撞边界问题提供地电结构的依据.结合人工反射地震及地质资料获得以下认识:(1)西伯利亚板块与华北克拉通碰撞带地壳存在多组"U"型低阻异常,多对应弧型、倾斜或"鳄鱼嘴"状反射界面.莫霍面存在两处错断现象,并与深部电性梯度带对应.岩石圈地幔除白乃庙岛弧呈低阻块体外,均为高阻块体,这些电性结构特征反映了南北汇聚所形成的构造形迹.(2)碰撞带可分为二连—贺根山和索伦—西拉木伦河两个不同时期的汇聚体系,晚泥盆世—晚石炭世早期形成的二连—贺根山汇聚体系由二连—贺根山增生杂岩带、宝力岛弧地体及断裂带组成,深部缝合边界位于二连浩特.而晚二叠—早三叠的索伦—西拉木伦河汇聚体系由二道井子增生杂岩带和温都尔庙增生杂岩带及断裂带组成,深部缝合边界位于苏尼特右旗.(3)在锡林浩特地区软流圈内部存在高阻异常,可能为俯冲消失的洋壳或碰撞造山后拆离的岩石圈残片.     

太行山山前断裂带的构造特征

据近年来的地质和地球物理资料对太行山山前断裂带做了研究 ,得到一些新的认识。断裂带开始出现于中生代 ,主要形成于早第三纪 ,由一系列NE -NNE向断裂左型斜列组成。断裂带的结构构造和活动具有鲜明的分段性 ,中北段的保定 -石家庄等断裂为大型拆离断裂 ,在倾向上水平延伸 70km左右 ,早第三纪水平拉张断距约 17km ,垂直断距 50 0 0～ 60 0 0m。断裂带基本上是发育于上地壳的拆离滑脱构造 ,不属深大断裂。它第四纪活动性不强 ,与强震活动没有直接成因关系 ,但断裂带南、北两部分与其它走向的地震构造带交汇 ,对区域地震构造和地震预测研究仍有重要意义     

南海北部陆缘深水-超深水盆地成因机制分析

本文以海洋地质调查和油气勘探开发中积累的地质和地球物理资料的解释和分析为基础,描述和划分了南海北部被动陆缘地壳岩石圈结构构造单元,由陆向海划分出近端带、细颈化带、远端带和洋陆转换带（OCT,含边缘高地）四个构造单元.从细颈化带到OCT基本处于现今陆架坡折带之外的深水-超深水区的范围,以强烈的地壳薄化和发育大型拆离断层控制的拆离盆地为特征.这些深水-超深水盆地的同裂陷阶段均经历了早期均一断陷、中晚期拆离式断陷的演化过程,受控于南海北部大型拆离断层作用及其所导致的岩石圈临界破裂过程.新的深水-超深水盆地形成机理的认识为南海北部陆缘岩石圈的非瞬时伸展破裂过程的分析提供了新的视角,同时,陆缘深水-超深水盆地具有独特的构造-沉积体系配置和构造-热演化过程,将为科学评价南海北部陆缘深水-超深水盆地油气勘探潜力提供新的思路.     

辽东半岛大营子拆离断层系及其区域构造意义

华北克拉通晚中生代发生了大规模岩石圈减薄并伴随着地壳层次区域性伸展作用的发生.在此伸展背景下,华北克拉通区发育有一系列的伸展构造,大营子拆离断层系即为一个典型实例、大营子拆离断层系位于华北克拉通东部（辽东半岛东南部）,主要由上盘火山-沉积盆地,大营子-黄花甸拆离断层带以及下盘古元古代变质岩系和侵入岩体三部分组成.依据拆离断层带中构造岩组合、构造岩变形显微构造和石英EBSD组构分析揭示出下盘岩石主要经历了从高绿片岩相到低绿片岩相的变形变质过程.基于火山-沉积盆地中火山岩的SHRIMP和LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果,推断伸展构造开始活动于（135±1.2）Ma之前,结束于（127±1）Ma.通过与辽南变质核杂岩及辽东半岛其他伸展构造的对比,以及这些伸展构造的分布及影响深度,可充分说明辽东半岛岩石圈破坏和减薄的不均一性,从而显示出其破坏程度的差异,并藉此探讨了华北克拉通破坏和伸展减薄的不均匀性.     

俯冲带橄榄岩及其记录的壳幔相互作用

俯冲过程是板块构造运动的核心过程,而地幔楔作为俯冲系统中连接俯冲盘和仰冲盘的关键构造单元,在地球层圈之间物质循环和能量交换等方面发挥了重要作用.本研究汇总了全球代表性俯冲带橄榄岩(包括俯冲带型蛇绿岩和地幔楔型造山带橄榄岩)的研究现状,并展望未来需要解决的关键科学问题.俯冲带型蛇绿岩地幔单元和地幔楔型造山带橄榄岩分别代表着大洋和大陆俯冲带侵位的地幔岩石,是研究俯冲带壳幔相互作用的关键对象.该相互作用的本质是俯冲板片和地幔楔之间在物理过程主控下发生复杂的化学交换作用.俯冲带型蛇绿岩能够记录从大洋岩石圈产生到俯冲启动直至成熟到消亡等不同阶段复杂的熔-岩和水-岩相互作用、变形变质过程、金属成矿元素富集以及壳幔物质交换等.地幔楔型造山带橄榄岩则反映洋-陆和陆-陆俯冲/碰撞、折返等阶段强烈的变形变质历史,多种性质的熔/流体交代作用(硅酸盐熔体、碳酸盐熔体、含硅酸盐组分的C-H-O流体/超临界流体),以及复杂的壳幔物质循环过程等.利用俯冲带橄榄岩进一步探索壳幔相互作用,需要采用高空间分辨率、高精度的测试方法从微观尺度上约束复杂的化学交代过程和变质变形历史,并与宏观构造的时、空演化相联系.     

大别山北缘深部结构的高精度重磁电震解析

大别山北缘位于大别造山带与华北陆块会聚地带,其深部精细结构还存在一些争议问题.根据近年来在研究区域内采集的地球物理数据,通过OMEGA、OASIS和FUGRO-LCT等多个重磁电震软件处理,获得了深部信息丰富的多种地球物理属性图像.本文从中选取了2条平行的电法和地震剖面,辅以高精度重磁数据,揭示了大别山北缘深部地质结构总体呈现华北陆块南向俯冲、北淮阳构造带向北逆冲的特征,并可清楚地识别大别山北缘造山带、肥南山前坳陷带和肥北斜坡带.其特征分别如下:①大别山北缘造山带,地震反射杂乱,电性高阻大于2000Ωm,以磨子潭-晓天断裂为界分为北大别杂岩带和北淮阳构造带,主要由大别群、卢镇关杂岩和佛子岭群组成,沿舒城-信阳断裂逆冲于中、下侏罗统之上,浅部发育北倾的金寨-龙门冲滑覆断裂.②肥南山前坳陷带,上部为中、新生界,呈现中低阻特征,地震反射界面清楚,断面波明显;下部为华北型前中生界沉积岩(上部可能残存古生界),电性特征为低阻(5~50 Ωm),地震反射较连续,内部反射弱.以六安断裂为界分为舒城凹陷和肥中断裂带,其北侧边界为肥中断裂.③肥北斜坡带,上部主要为侏罗系,呈现中低阻、水平层状地震反射特征;下部主要为霍邱群,电性为高阻,地震反射杂乱;中间为华北型前中生界沉积岩,向北逐渐减薄、直至缺失.上述认识将为华北陆块南向俯冲、南北板块碰撞缝合线和油气资源勘查等研究提供深部地质约束.     

华北地区强震活动特点研究

华北地区是我国的政治、 经济和文化中心, 也是我国地震多发地区之一。 华北地区历史地震资料记载时间较早且较为连续, 是研究我国强震活动的理想试验场。 选取第三、 第四活动期M≥6.0地震目录作为基础资料研究华北地区强震活动特点。 首先探讨华北地区强震活动与活动地块、 边界带的关系, 然后从时间和空间上分析华北地区强震活动的轮回性阶段及其期幕活动特点, 最后计算未来5年华北地区发生下一次M≥6.0地震的累积概率和条件概率。 研究结果表明: ① 华北地区M≥6.0地震活动主要集中在活动地块的边界带, M≥7.0地震则全部发生在活动地块的边界带上, 同时华北地区地震应变释放速率与边界带的构造活动速率呈线性相关; ② 第四活动期各活跃幕的能量释放均低于第三活动期, 因此华北地区未来仍可能发生M≥6.0地震; ③ 第三、 第四活动期的主体活动区存在显著差异, 且第四活动期的强震活动较第三活动期向东迁移; ④ 在2020年年初发生第四活动期闭幕M≥6.0地震的累积概率为80%左右, 而在2022年年底前发生M≥6.0地震的条件概率为50%。 本研究可为华北地区地震大形势分析和中长期地震危险性预测提供重要参考。     

内蒙古和林格尔6.3级地震前地震的空段异常

1976年4月6日内蒙古和林格尔6．3级地震是华北北部地区1次重要的地震，该地震前出现了明显的地震空段异常。介绍了该地震空段的时空特征，分析了地震空段的形成至解体与中强地震成组活动的关系。认为，地震空段可作为华北北部地区中强地震预测的中期判据，这对该地区地震预测有帮助意义。     

大华北浅源地震与日本海西部及我国东北深震的关系

分析了大华北浅源地震与日本海西部及我国东北深震的关系,认为本世纪来日本海西部—我国东北深震经历了5个相对活跃期,大华北各地震区相应经历这5个活跃期的影响期。根据大华北M≧6级浅源地震与深震活动的相关性,建立了太平洋板块楔形俯冲带端部重大深震事件导致大华北浅源M≧6级地震发生的板块俯冲模型,应变波传播速度约94km/年,地表视速度约100km/年。重大深震事件突出、模型稳定性强,预测实验表明模型公式可做大华北地震监测参考。用本模型可以解释浅源地震迁移、各地震区地震与深震活动相关等现象。     

华北地区2级以上地震活动图像研究及预测意义

对华北地区1970年以来的2级以上地震活动图像按一定标准进行全时空扫描, 共扫描出115条符合标准的异常。 经过与华北地区的中强震进行相关性讨论, 认为华北地区出现40天以上长轴超过300 km, 短轴超过100 km的2级地震平静; 局部地区出现周围比较平静的2级地震集中区; 出现持续30天以上的周围比较平静的2级地震条带、 空区, 可以作为华北地区发生中强以上地震的短期异常信号。     

南华北地区地震活动特征分析

南华北盆地与秦岭大别造山带在构造上有耦合关系,地震活动水平相当。将南华北盆地和秦岭大别造山带组成的南华北地区作为研究对象,考察了其地震活动特征和青藏高原强震对其影响作用。发现南华北地区地震活动水平显著低于北华北地区,略低于下扬子地区。并且,通过对比分析青藏块体7.0级以上地震和南华北地区4.0级以上地震的对应关系,发现两个地区之间存在明显的成组对应现象,并表现2年左右的时间差,表明青藏块体的地震活动对南华北地区有明显的构造应力场传递作用。该结果为南华北地区中长期地震预测提供依据。2017年四川阿坝州九寨沟县发生7.0级地震,根据时间延迟的存在,对南华北地区未来中等地震的发生具有一定的指示意义。     

南北地震带与华北地块强震间的相关迁移

地震震源机制解和地应力实测结果表明, 我国大陆地区存在近似于辐射状的区域应力场, 其辐射中心位于青藏地块东部. 本文首先定义我国大陆应力场近似辐射中心(35°N、 100°E)为动力源点, 在此基础上计算了1900年以来我国大陆东部地区(30°N—44°N、 104°E—125°E)所发生的34次M_S≥6.0地震震中到动力源点的距离与地震发生时间的关系. 结果表明, 20世纪南北地震带中北段发生M_S≥7.0地震后, 华北地块陆续发生了一系列M_S≥6.0地震, 且有随时间从南北地震带附近大体向东迁移的规律. 据此说明, 华北地块的地震主要受控于印度板块作用下青藏地块向我国大陆东部挤压的影响, 在其作用下产生了华北地块M_S≥6.0地震的系列东向迁移活动. 总体来看有4组明显的地震迁移活动, 每组地震“序列”的迁移视速度约为80 km/a. 华北地块首发M_S≥6.0地震距南北地震带中北段最近一次M_S≥7.0地震的时间间隔约为1个月至11.8年, 且60%的M_S≥6.0地震发震地点在(39°N±1.5°)区域内. 据此推测, 2008年汶川M_S8.0和2013年芦山M_S7.0地震后, 华北地块近年存在发生M_S≥6.0地震的可能, 晋冀蒙交界和环渤海及其附近地区值得重点关注.      

华北地区ML4级地震平静的分析

结合华北地区MS≥6级地震活动的韵律特征进行了地震幕的划分,并统计分析了华北地区（33°~43°N,108°~125°E）1980年以来出现ML4级地震平静与中等地震的对应情况,主要结论如下：（1）华北地区目前处于第五地震活跃幕的相对平静时段,目前6级地震已经平静16年多,随时可能进入新的地震活动幕;（2）ML4级地震平静对中强地震的前兆意义与当前地震活动所处地震幕的不同阶段有关,在1980—2000年ML4级地震平静与M5级及以上地震有较好的对应关系;2000年之后ML4级地震平静与ML5.2级及以上地震对应关系较好;（3）2013年11月23日山东莱州ML5.0级地震打破华北地区ML4级地震平静189天,虽然在预报期限内没有ML5.2级以上地震,但是2014年4月1日发生黄海ML5.1级地震,鉴于目前震群活跃,仍要警惕华北地区出现更大地震的危险。     

吴忠—灵武地区地震活动性与强震危险性分析

通过吴忠—灵武地区现有的地震活动性资料,并结合该区域过去的几次中强震震例和已有的研究结果,本文梳理与总结了中强震前该区域地震活动乃至中国大陆大震活动的时空特征,而且基于最小完整性震级分析了1970—2019年该区域中小地震的地震活动性特点。综合认为,吴忠—灵武地区中强震的广义前震和中小地震的活动性具有较为鲜明的特征,中强震发生前1—2年内该区域及邻区形成M_L2.0以上地震集中区或其西北方向的阿左旗腰坝区域大都出现M_L3.0以上信号震,而且一年前其主震的广义前震的确比较发育,存在一定程度的地震增强;地震序列统计分析表明,该区域的多重共轭构造可能是其主要原因,其多震型、双震型和震群型占有相对较高的比例。另外,从大形势角度来看,过去大部分5级以上中强震发生的主导因素很可能由华北地块主导的强震活跃幕引起,该区域的强震危险性不仅仅和局部特殊构造特征、区域前震活动变化有关,更重要的是,华北—东北亚地块大震活动对其也起到了较大的影响作用,相比而言,青藏高原、龙门山断裂带及祁连山构造带等区域的大震活动对吴忠—灵武地区中强地震触发影响不显著,而且吴忠—灵武地区的中强地震活动和华北—东北亚地块的大震活动可能存在一定的构造响应。      

西部地区特大地震活动特征及其对大华北地震趋势的影响

在分析 190 0年以来中国大陆西部特大地震 (MS≥ 7 5 )的时空分布特征的基础上 ,进一步研究了大陆西部特大地震与大华北地区强震 (MS≥ 6 0 )活动的相关特征 ,结果表明 :地震构造对西部的强震活动显示出很强的控制力 ;大华北强震与西部特大地震具有同步活动特点 ,但滞后于西部的地震活动 ;西部特大地震第 3活跃时段已经开始 ,但大华北地区出现 6级以上地震的连发还为时尚早