鄂尔多斯地块南缘地应力测量研究

利用水压致裂法得到的地应力测试数据对鄂尔多斯地块南缘地壳浅部地应力分布规律及断层活动性进行研究。结果表明:（1）两个水平主应力随深度线性增长,应力梯度分别为0.032和0.021,在测量深度域内水平和垂直应力的关系为S_H > S_h > S_V,该应力状态有利于断层发生逆断层活动,与1556年华山大地震的发震正断层的性质不同;（2）研究区的最大水平主应力方向为北南-北北西向,与区域速度矢量场方向一致,与其他资料解译的区域构造应力方向有一些差异,主要是受鄂尔多斯地块周缘断层活动的影响;（3）利用Mohr-Coulomb准则及Byerlee定律,摩擦系数取0.6~1.0,对研究区的地应力状态进行分析,发现鄂尔多斯地块南缘的测点未达到或超过地壳破裂极限状态,不存在断层失稳或地震等其他形式的地壳活动,处于较稳定地壳应力状态;（4）实测数据为该区补充了新的地应力测量资料,研究结果为该区工程设计及建设、构造应力场数值模拟提供了边界条件,对于该区地质灾害评价、地壳稳定性以及大陆动力学的研究具有重要意义。      

全球应力场与构造分析

介绍了近年来全球构造应力研究方面的一些新进展并以“世界应力图”提供的资料为背景 ,结合一些最新的研究成果 ,阐述了全球构造应力场的分布特征及其与板块构造运动之间的联系。研究结果表明 :(1)全球存在大尺度的统一性构造应力场 ;(2 )全球大多数板块内部地区为挤压应力作用 ,其应力结构多为逆断型、走滑型或逆走滑型 ;(3)大陆板块内部的扩张区大多位于高海拔异常地区 ,其应力结构为正断型或正走滑型 ,如青藏高原、东非裂谷和贝加尔裂谷等 ;(4)全球大部分地区的地壳上部构造应力作用方向较为均一 ,存在区域统一应力场 ;(5 )全球大部分地区的最大水平主应力方向与板块绝对运动 (角速度 )迹线保持较好的一致性 ,反映出构造应力与板块运动的关系密切 ;(6 )板块汇聚、洋脊扩张可能是产生岩石圈上部构造应力的主要力源。     

渤海湾盆地中北部沉降史分析及裂后期异常沉降分离

为了探究渤海湾盆地新生代沉降过程与西太平洋板块俯冲过程的对应关系,作者收集整理27口钻孔和1条地震地质 剖面数据,并运用回剥技术和应变速率反演方法,模拟出渤海湾盆地中北部裂陷期地壳应变速率变化,分离出裂后期异常 沉降。模拟获得裂陷期地壳应变速率曲线具有明显的三次大的波动,可指示三次构造沉降事件：裂陷Ⅰ幕（60~42 Ma）,对 应于渤海湾盆地孔店组-沙四段沉积过程,平均构造沉降速率为4.6 m/Ma;裂陷Ⅱ幕（42~36 Ma）,对应沙三段-沙二段沉 积过程,平均构造沉降速率为5.5~30.5 m/Ma;裂陷Ⅲ幕（36~24.6 Ma）,对应于沙一段-东营组沉积过程,平均构造沉降速 率为14.7~54.7 m/Ma。研究区内裂后期观测构造沉降与模拟的理论值存在明显的差异,即存在异常沉降。盆地北部异常沉 降值在100~200 m,中部渤海海域异常沉降值在500~700 m,裂后期异常沉降向海域增大。作者推测渤海湾盆地裂后异常沉 降主要是太平洋板块俯冲诱发的深部地幔物质流动导致向下拖拽力引起的。因此,渤海湾盆地中异常沉降可能是一种动力 沉降。     

基底先存构造对裂陷盆地断层形成和演化的控制作用规律

针对基底先存构造对裂陷盆地断层控制作用研究中存在的问题,应用脆性断裂新理论--“不协调性准则”来阐述、分析裂陷盆地基底先存构造控制断层形成和演化的力学机理,确定基底先存构造活动性的变化规律,探讨并初步确定基底先存构造对裂陷盆地断层形成和演化的控制作用具有如下规律: (1)先存构造(特别是先存断裂)优先活动,这是基底先存构造能控制沉积盆地断层形成和演化的根本原因。(2)先存构造对盆地断层控制作用的强度决定于其活动性,它由先存构造的产状、力学性质和应力状态决定,可以用先存构造活动性系数(fAS)来定量描述。(3)受基底先存断裂控制的断层发育的位置和延伸方向(走向)、形成次序、继承性特征,以及分布规模等都表现出显著的规律性。(4)与伸展方向垂直,且与σ1夹角为45°-(/2)的基底先存断裂对断层的控制作用最强;随着走向与伸展方向的夹角α逐渐变小,以及倾角偏离45°+(/2),对断层的控制作用就逐渐减小。(5)基底先存断裂的规模越大,对断层的控制作用就越强;受大规模基底先存断裂控制的断层往往构成裂陷盆地的构造格架。(6)随着薄弱带抗剪强度的减小,基底先存薄弱带发生破裂的可能性不断增大,对断层的控制作用不断增强;而相对基底先存断裂而言,其影响程度则相对偏弱。上述认识可以为裂陷盆地地震资料的构造解释提供理论模型,为裂陷盆地断裂系统的形成和演化的深入研究提供理论指导。     

桐柏-大别南缘殷店-马垅韧性剪切带的变形及年代学分析

殷店-马垅（简称殷马）韧性剪切带是桐柏-大别造山带南缘的一条重要的边界断裂,对其精细的构造变形研究将有助于进一步认识桐柏-大别造山带的演化方式和过程。本文主要对殷店和马垅两个地区进行了详细的剖面观测,利用有限应变测量,计算出殷马剪切带中岩石应变椭球长短轴的平均轴率为1.69,靠近剪切带的岩石应变量大,向北远离剪切带,应变量减小;通过构造应力场分析查明剪切带的古应力状态,最大压应力σ₁为北北东-南南西向,对应最大拉应力σ₃为北西西-南东东向。岩石的有限应变分析和应力场状态,反映出板块间的碰撞挤压作用力在平行剪切带和垂直剪切带方向上存在应力分解。剪切带内糜棱岩中的锆石U-Pb定年结果显示,其年龄为172～137 Ma,据此得出殷马剪切活动时代主要为中侏罗世-早白垩世。     

新疆北天山晚古生代洋盆演化与推覆构造

通过实地考察并综合区域及深部物探资料,研究了北天山逆冲推覆系统的构造样式、结构特征和组合方式;认为北天山晚古代洋盆为板内地壳扩张活动形成的裂陷构造产物,存在时限短暂、对生物群迁移基本没有阻隔作用,不应具有分隔岩石圈板块的大地构造意义。     

济阳拗陷新生代构造演化及其动力学背景分析

应用平衡剖面法计算了济阳拗陷新生代不同时期的第一主张应力方向：Ek-Es₄时期,盆地主应力方向为NNE向;Es₃₊₂时期为NNW向;Es1-Ed时期为NWW向;新近纪和第四纪为近N-S向.区域第一主应力方向与盆地断裂活动性、构造变革面、盆地沉降史均具有较好的吻合性.济阳拗陷是以断陷为主,叠加走滑的复合型盆地,经历了裂陷+走滑-走滑-裂陷-拗陷4个阶段.     

南黄海中-新生代裂谷盆地构造-热演化:对成盆机制和烃源岩热演化的指示

基于Advanced McKenzie地球动力学模型和Easy%R_oDL化学动力学模型,建立了南黄海中-新生代（K₁3-Q）裂谷盆地的构造-热演化史,结合盆地深部壳幔结构、梳理周缘中-新生代板块汇聚与离散过程,讨论了该盆地低地热状态成因、成盆机制和烃源岩热演化.盆地地壳伸展系数约为1.22,岩石圈地幔伸展系数约为1.06;由裂陷期（K₁3-E₂）至今,最高热流值仅由约76 mW/m2降低至约66 mW/m2,最高地温梯度仅由约37 ℃/km降低至约30 ℃/km,首次揭示低地热状态贯穿整个裂谷盆地发育阶段.低岩石圈地幔伸展系数、深部非镜像莫霍面分布、盆地发育阶段仅处于弧后远场拉张应力环境,均指示成盆过程中深部伸展上涌强度低,是导致其持续低地热状态的根本原因,深部热应力不是其主要成盆动力来源;依据高地壳伸展系数和控盆拆离断层演化,认为印支-燕山期先存逆冲断裂复活形成壳间拆离体系,并以简单剪切变形方式控制裂谷盆地发育,是其根本成盆机制;南、北部坳陷烃源岩主排烃期为三垛组二段沉积时期,自渐新世构造反转后热演化终止,古埋深和古地温场条件共同控制现今南、北部坳陷相同深度烃源岩热成熟度差异.      

东海盆地中、新生代盆架结构与构造演化

基于地貌、钻井、岩石测年和地震等资料,分析盆地地层分布、盆架结构、构造单元划分和裂陷迁移规律,结果表明东海盆地由台北坳陷、舟山隆起、浙东坳陷、钓鱼岛隆褶带和冲绳坳陷构成,是以新生代沉积为主、中生代沉积为辅的大型中、新生代叠合含油气盆地;古元古代变质岩系构成了盆地的基底。该盆地不仅是印度-太平洋前后相继的动力体系作用下形成的西太平洋沟-弧-盆构造体系域一部分,而且也是古亚洲洋动力体系作用下形成的古亚洲洋构造域和特提斯洋动力体系作用下形成的特提斯洋构造域一部分,晚侏罗世至早白垩世经历了构造体制转换,盆地格局发生重大变革,早白垩世以前主要受古亚洲-特提斯洋构造体制影响的强烈挤压造山和地壳增厚作用演变为早白垩世以来主要受太平洋构造体制控制的陆缘伸展裂陷和岩石圈减薄作用,经历侏罗纪古亚洲-特提斯构造体制大陆边缘拗陷和白垩纪以来太平洋构造体制弧后裂陷两大演化阶段。白垩纪以来太平洋构造体制的弧后裂陷演化阶段可细分为早白垩世至始新世裂陷期、渐新世至晚中新世拗陷期和中新世末至全新世裂陷期。     

二连盆地胜利煤田构造特征及成因机制

为研究二连盆地胜利煤田构造及成因问题,以野外地质调查及煤田地质资料分析为基础,结合前人研究成果,分析研究区构造及其演化。结果表明:早白垩世以来,位于西伯利亚板块与欧亚板块缝合带之上的胜利煤田在早期基底断裂的基础上,受东部太平洋板块向欧亚板块俯冲的影响,主要经历了伸展断陷、压扭变形和抬升剥蚀三期次级构造运动,形成了NE向边界断层控制下的压扭成因的NW向高角度正断层与NE向帚状构造的组合;其构造演化主要分为3个阶段,分别为阿尔善期的缓慢裂陷阶段、腾格尔和都红木期加速裂陷-快速裂陷阶段、赛罕塔拉期进入缓慢裂陷-终止裂陷阶段,研究区在此基础上发育的聚煤盆地。      

渤海湾盆地晚中生代以来伸展模式及动力学机制

通过分析盆地区大陆伸展模型参数、火成岩地球化学特征时空演化、岩石圈分层伸展几何学和运动学、应力场-变形场的匹配和演化,文章对渤海湾盆地晚中生代以来伸展断陷的动力学过程进行了系统讨论。晚中生代,盆地北、西部以变质核杂岩模式伸展,南、东部以宽裂陷模式伸展;在岩石圈伸展过程中,地壳变形方式为简单剪切,岩石圈地幔变形方式为纯剪切;盆地处于洋壳俯冲背景下弧后伸展区,盆地及西、北部隆起区岩石圈地幔为EM1型,而南、东部隆起区受扬子板块俯冲改造成类似EM2型;盆地变形的力源为板块相对运动产生的引张力,以及郯庐断裂的走滑作用。新生代,渤海湾盆地以窄裂陷模式伸展,地壳和岩石圈地幔变形方式均为纯剪,但岩石圈地幔伸展强度大于地壳;盆地处于大陆内裂谷环境,软流圈地幔上涌并改造岩石圈地幔,且盆地裂陷的力源以软流圈地幔上涌产生的引张力为主。     

松辽盆地裂谷期前火山岩与裂谷盆地关系及动力学过程

松辽盆地存在裂谷期前火山岩,之后上地壳脆性伸展发育半地堑裂谷盆地。裂谷期前火山岩近水平展布于基底之上,裂谷期,沉则分布于半地暂内,两者属于不同构造层。     

中伊朗盆地库姆组层序充填与新特提斯海演化

中伊朗盆地形成和发展受特提斯洋张力以及阿拉伯板块和伊朗板块边缘聚力的复合控制, 其演化经历了基底裂谷(Z1)、被动边缘(Z2-T2)、裂谷盆地(T3)、弧后前陆(J-N11)、陆内坳陷—挤压改造(N12-Q)等不同阶段, 层序充填包括1个一级层序、3个二级层序, 显示明显的纵向叠加、横向复合的复式特点。作为中伊朗盆地弧后前陆演化阶段沉积产物, 库姆组层序充填总体呈现碳酸盐岩、火山岩-火山碎屑岩、陆源碎屑岩“混积”的特点。库姆组包括S1、S2、S3、S4 4个三级层序, 其充填演化经历了Chattian期、Aquitanian早期、Aquitanian晚期、Burdigalian期4次三级海平面变化事件, 最大海平面时期(mfs)位于Burdigalian早期。     

From continental rifting to seafloor spreading: Insight from 3D thermo-mechanical modeling

Continental rifting to seafloor spreading is a continuous process, and rifting history influences the following spreading process. However, the complete process is scarcely simulated. Using 3D thermo-mechanical coupled visco-plastic numerical models, we investigate the complete extension process and the inheritance of continental rifting in oceanic spreading. Our modeling results show that the initial continental lithosphere rheological coupling/decoupling at the Moho affects oceanic spreading in two manners: (1) coupled model (a strong lower crust mechanically couples upper crust and upper mantle lithosphere) generates large lithospheric shear zones and fast rifting, which promotes symmetric oceanic accretion (i.e. oceanic crust growth) and leads to a relatively straight oceanic ridge, while (2) decoupled model (a weak ductile lower crust mechanically decouples upper crust and upper mantle lithosphere) generates separate crustal and mantle shear zones and favors asymmetric oceanic accretion involving development of active detachment faults with 3D features. Complex ridge geometries (e.g. overlapping ridge segments and curved ridges) are generated in the decoupled models. Two types of detachment faults termed continental and oceanic detachment faults are established in the coupled and decoupled models, respectively. Continental detachment faults are generated through rotation of high angle normal faults during rifting, and terminated by magmatism during continental breakup. Oceanic detachment faults form in oceanic crust in the late rifting–early spreading stage, and dominates asymmetric oceanic accretion. The life cycle of oceanic detachment faults has been revealed in this study.     

Radiogenic trigger and driver for continental rifting and initial ocean spreading

Closure and opening of oceans on time‐scales of a few hundred million years is a fundamental tectonic process on Earth, typically referred to as a “Wilson cycle”. Subduction of oceanic and continental crust leading up to and during continent–continent collision can refertilize and enrich the orogenic continental lithospheric mantle in heat‐producing elements. The resulting thermal anomaly weakens the lithosphere and, along with structural weaknesses (e.g. sutures), make this orogenic lithosphere more prone to rifting given an extensional stress field. Thermal modelling shows that anomalously hot lithosphere can focus asthenospheric upwellings over time‐scales of a few hundred million years. Processes related to closure of oceans thus provide a mechanism for later localization of rifting and an extensional driving force.     

Late Mesozoic rift evolution and crustal extension in the central Songliao Basin,northeastern China: constraints from cross-section restoration and implications for lithospheric thinning

The Songliao Basin, the largest oil-producing basin in China, was the centre of late Mesozoic rifting and lithospheric thinning in northeastern China. However, the rifts are still poorly revealed due to a thick cover of subsidence successions. By structural interpretation and sequential restoration of cross-sections based on new 2D seismic data and well data, this study presents the structural style, basin evolution, and horizontal crustal extension of the central Songliao Basin. We have developed a novel method to retrieve the regional extension principal strains. The results enable an assignment of rifting into two episodes. The earlier episode (ca. 157–130 Ma) was dominated by distributed faulting of numerous planar normal faults trending NNE–SSW, NNW–SSE, or near NS, probably reflecting pre-existing basement fabrics; in contrast, the later episode (ca. 130–102 Ma) was controlled by localized extension along several major listric faults. Horizontal crustal extension during rifting is estimated to have been 11–28 km (10.6%–25.5%), with the long-term average rate varying from 0.20 to 0.51 mm yr^–1. Regional horizontal strains show a gradual evolution from biaxial extension at the beginning of rifting to WNW–ESE uniaxial stretching during the later rifting episode. Brittle crustal extension is interpreted to have been associated with vertical strain due to tectonic stretching, which is estimated to have contributed more in thinning the lower crust than the mantle lithosphere. Accordingly, a two-episode dynamic model is proposed to explain rifting in the Songliao Basin. We suggest that the earlier event was dominated by delamination of the thickened continental lithosphere, whereas the later event was probably controlled by regional crustal detachment due to slab subduction and stagnancy of the Izanagi lithospheric plate.     

珠江口盆地西部陆缘伸展-减薄机制

为揭示珠江口盆地西部陆缘伸展-减薄过程，进行盆地断裂构造样式识别、断层活动速率和一维空盆构造沉降定量计算和综合分析.珠江口盆地西部以铲式断层和拆离断层为主并继承性发育.张裂一幕断层活动和构造沉降集中于开平凹陷，最大速率分别达到239 m/myr和108.6 m/myr.张裂二幕断层活动和构造沉降向洋盆迁移，最大速率分别达到192 m/myr和210.7 m/myr.张裂一幕岩石圈减薄集中在开平凹陷，以地壳脆性薄化为主.张裂二幕减薄中心向洋盆迁移，岩石圈地幔可能发生了局部薄化和软流圈上涌，导致陆架和上陆坡区凹陷内部构造沉降减弱；洋陆过渡带处上地壳快速减薄，且薄化速度比下地壳快.对比西北次海盆南侧上地壳较厚及下地壳较薄或缺失的情况，推测西北次海盆在破裂前发生了不对称的单剪薄化.      

从地壳上地幔构造看大陆岩石圈伸展与裂解

本篇讨论大陆岩石圈拆沉、伸展与裂解作用过程。由于大陆岩石圈厚度大而且很不均匀,产生裂谷的机制比较复杂。大陆碰撞远程效应的触发,岩石圈拆沉,以及板块运动的不规则性和地球应力场方向转折,都可能产生岩石圈断裂和大陆裂谷。岩石圈拆沉为在重力作用下"去陆根"的作用过程,演化过程可分为大陆根拆离、地壳伸展和岩石圈地幔整体破裂三个阶段。大陆碰撞带、俯冲的大陆和大洋板块、克拉通区域岩石圈,都可能产生岩石圈拆沉。大陆岩石圈调查表明,拉张区可见地壳伸展、岩石圈拆离、软流圈上拱和热沉降;它们是大陆岩石圈伸展与裂解早期的主要表现。从初始拉张的盆岭省到成熟的张裂省,拆离后地壳伸展成复式地堑,下地壳幔源玄武岩浆侵位,断裂带贯通并切穿整个岩石圈,表明地壳伸展进入成熟阶段。中国东北松辽盆地和西欧北海盆地曾处于成熟的张裂省。岩石圈破裂为岩浆侵位提供了阻力很小的通道网。岩浆侵位作用伴随岩石圈破裂和热流体上涌,成熟的张裂省可发展成大陆裂谷。多数的大陆裂谷带并没有发展成威尔逊裂谷带和洋中脊,普通的大陆裂谷要演化为威尔逊裂谷带,必须有来自软流圈的长期和持续的热流和玄武质岩浆的供应。威尔逊裂谷带岩石圈地幔和软流圈为地震低速带,其根源可能与来自地幔底部的地幔热羽流有关。     

中国边缘海域及其邻区的岩石层结构与构造分析

利用中国边缘海域近年的地震层析成像结果,根据速度异常和各向异性分析东海、黄海和南海北部的岩石层结构和构造,讨论中朝块体和扬子块体在黄海内部的拼合边界(黄海东部断裂带)、东海陆架盆地上地幔异常与岩石层形成演化、南海北部地壳底部高速层的成因及地幔活动等问题。分析表明,黄海东部与朝鲜半岛之间存在一个深部构造界限(大致对应于黄海东部断裂带),分界两侧Pn波速度各向异性存在明显差异,反映不同构造应力和断裂剪切运动作用下的岩石层地幔变形特征。东海陆架下方的低速异常揭示了张裂盆地形成时期的地幔活动痕迹,表明中、新生代期间发生过地幔上涌并造成岩石层减薄,菲律宾海板块向西俯冲引发的地幔活动对东海陆架岩石层的形成、演化产生明显的影响。南海北部岩石层厚度较大并且温度相对偏低,地幔异常仅限于局部地区,估计南海北部大陆边缘的地壳底部高速层形成于张裂发生之前,或者是地壳形成时期壳幔分异时的产物。南海中央海盆的扩张不仅导致地壳拉张,软流层物质上涌,而且也造成岩石层地幔减薄甚至缺失。     

Lithospheric buoyancy forces in Africa from a thin sheet approach

Many features in rift zones and passive margins have been successfully explained by lithospheric stretching models driven solely by tectonic forces. However, the origin of these forces and whether they are sufficient for amagmatic rifting of an initially thick lithosphere remain open questions. We use a thin sheet approach and the CRUST 2.0 model to compute vertically averaged deviatoric stresses arising from horizontal gradients of gravitational potential energy. Computed deviatoric stress directions agree well with earthquake focal mechanisms and stress indicators from the World Stress Map project. We compare the resulting force per unit length with the integrated strength of the lithosphere in the East African Rift and show that buoyancy forces may account for a significant part of the force budget causing continental rifting but are likely insufficient to rupture an initially thick and cold continental lithosphere. This suggests other processes contribute at a significant level to the force balance driving continental rifting in East Africa.