断层带中假玄武玻璃成因机制及非稳态流变意义

假玄武玻璃呈玻璃质或隐晶质特性,常常与断层带相伴出现,其形成能有效地降低断层摩擦强度,被认为是古地震快速滑动的化石纪录。因此,对假玄武玻璃的研究对深入了解深部就位的断层变形和地震成因机制等具有重要意义。尽管国内外学者对假玄武玻璃开展了长期的研究,也积累了丰富的资料,然而,由于天然假玄武玻璃非常少见或零星地被报道,再加上其形成环境和过程的复杂性,对假玄武玻璃的构造特征、形成环境和成因机制仍然存在诸多争议及亟待解决的关键科学问题。研究表明,假玄武玻璃可以发育在大陆岩石圈不同深度范围内,即中下地壳乃至上地幔以糜棱岩为主的韧性变形领域（>60 km）,或中上地壳层次以碎裂岩为主的脆性变形域（<12 km）。越来越多证据也显示出在断层带的脆—韧性转换域中形成的假玄武玻璃跟浅源地震活动直接关联,也意味着中上地壳脆性变形和中下地壳塑性变形之间存在着更为复杂的耦合关联,同时对不同深部岩石强度和力学行为提出了挑战。对假玄武玻璃形成机制存在由断层面上的摩擦热导致的摩擦熔融体或仅仅是断层面岩石超碎裂粉碎作用认识的争议。而有研究认为干的环境有利于假玄武玻璃形成,因为流体的存在会降低断层面的有效正应力,不利于热量的积累以及摩擦熔融的进行;然而,另外一种观点认为流体的存在可以降低矿物熔融温度有利于断层摩擦熔融及形成假玄武玻璃。本文从假玄武玻璃的形成机制、形成深度、流体影响、形成后对断层强度的影响、以及保存与破坏机制几方面进行了最新总结,并对假玄武玻璃中非晶态物质的成因、脆—韧性转换带之下岩石的变形机制以及对陆壳强度的影响和非稳态流变意义进行探讨。     

断层带中假玄武玻璃成因机制及非稳态流变意义

假玄武玻璃呈玻璃质或隐晶质特性,常常与断层带相伴出现,其形成能有效地降低断层摩擦强度,被认为是古地震快速滑动的化石纪录。因此,对假玄武玻璃的研究对深入了解深部就位的断层变形和地震成因机制等具有重要意义。尽管国内外学者对假玄武玻璃开展了长期的研究,也积累了丰富的资料,然而,由于天然假玄武玻璃非常少见或零星地被报道,再加上其形成环境和过程的复杂性,对假玄武玻璃的构造特征、形成环境和成因机制仍然存在诸多争议及亟待解决的关键科学问题。研究表明,假玄武玻璃可以发育在大陆岩石圈不同深度范围内,即中下地壳乃至上地幔以糜棱岩为主的韧性变形领域（>60 km）,或中上地壳层次以碎裂岩为主的脆性变形域（<12 km）。越来越多证据也显示出在断层带的脆—韧性转换域中形成的假玄武玻璃跟浅源地震活动直接关联,也意味着中上地壳脆性变形和中下地壳塑性变形之间存在着更为复杂的耦合关联,同时对不同深部岩石强度和力学行为提出了挑战。对假玄武玻璃形成机制存在由断层面上的摩擦热导致的摩擦熔融体或仅仅是断层面岩石超碎裂粉碎作用认识的争议。而有研究认为干的环境有利于假玄武玻璃形成,因为流体的存在会降低断层面的有效正应力,不利于热量的积累以及摩擦熔融的进行;然而,另外一种观点认为流体的存在可以降低矿物熔融温度有利于断层摩擦熔融及形成假玄武玻璃。本文从假玄武玻璃的形成机制、形成深度、流体影响、形成后对断层强度的影响、以及保存与破坏机制几方面进行了最新总结,并对假玄武玻璃中非晶态物质的成因、脆—韧性转换带之下岩石的变形机制以及对陆壳强度的影响和非稳态流变意义进行探讨。     

假玄武玻璃年代学研究现状及其地震学指示意义

假玄武玻璃是一种呈暗色的微晶—隐晶质岩石,一般产于古地震断层滑动面,被认为是研究地震活动的＂化石岩＂。经过碎裂岩化或摩擦熔融,假玄武玻璃发育于从地表到岩石圈地幔的整个地震活动区,其年代学研究对于揭示某一地区古地震活动频次及发生规律有重要意义。假玄武玻璃的定年一般采用Rb-Sr、^40Ar-^39Ar、裂变径迹等三种方法,但Sr的扩散性质、假玄武玻璃内部结构和成分的不均一性及其形成高温快速过程中锆石的退火行为等诸多因素,制约了以上三种方法的应用。文中总结了三种方法,分析了其适用范围和局限性,探讨了假玄武玻璃定年研究中最适用的方法和需注意的事项。最后,阐述了假玄武玻璃研究的地震学指示意义。     

西藏羌塘裂谷带假玄武玻璃的发现及其岩石学特征与构造意义

假玄武玻璃是地震过程中断层滑动产生摩擦熔融并快速冷却的产物，被誉为"地震化石"，记录了断层带内地震发生时的物理-化学过程的相关信息，是认识断裂活动历史的重要物质组成。本文以青藏高原腹地羌塘地块SN向正断层——东依布茶卡断层中的假玄武玻璃和碎裂岩等为研究对象，借助偏光显微镜、扫描电镜、粉末X射线衍射分析、原位XRF分析等多种方法对其进行了详细的结构、构造、矿物成分及化学元素分布的分析。野外调查表明该断裂带中假玄武玻璃呈深灰-褐色，与超碎裂岩和碎裂岩相伴生，以断层脉、注入脉和网状脉的形式产出，厚度由几毫米至一厘米不等。显微结构观察显示，假玄武玻璃中残留有摩擦熔融形成的特征构造，如石英的港湾状熔蚀边、蜂窝状气孔构造以及局部发育的长柱状微晶、束状微晶集合体等，指示其为断层滑动摩擦熔融的产物。此外可见假玄武玻璃作为碎屑出现在碎裂岩和角砾岩中，且后期的碎裂岩中包含早期形成的碎裂岩的角砾等，这些特征表明在该断裂带内大地震事件多次重复发生。以该地区正断层初始活动时限13.5Ma、碎裂岩和假玄武玻璃形成深度为10km以下计算，这些断裂岩石从地下深部折返的速率至少为~0.74mm/yr。目前国际上鲜有报导正断层形成的假玄武玻璃，这是我们首次在羌塘地块SN向裂谷正断层中发现熔融成因的假玄武玻璃，对认识区域地震活动及断裂带演化过程具有重要意义。     

桐柏—大别造山带内与脆性—韧性剪切带共生的假玄武玻璃的发现及意义

在桐柏—大别造山带大河镇剪切带中首次发现与碎裂岩和糜棱岩共生的两种不同类型的假玄武玻璃。野外产状及显微结构的研究表明与碎裂岩共生的假玄武玻璃产出于以脆性破裂为主的断层浅部(<15km),而与糜棱岩共生的假玄武玻璃则产出于以韧性变形为主的断层深部(>15 km)。这两种类型的假玄武玻璃均含有熔解起源的自形微晶体,圆形或港湾状的碎片,流动结构和部分玻璃质基质。假玄武玻璃与碎裂岩和糜棱岩共生的现象说明在桐柏—大别造山带形成和隆起过程中同一断层剪切带内大地震重复发生。大河镇假玄武玻璃的研究可对大陆型大地震的发震机制及地壳浅部的脆性变形领域到深部的塑性变形领域的地震断层的破裂过程和力学性质的研究提供重要信息。     

大别造山带东部假玄武玻璃的显微构造特征及其意义

最近,在大别造山带东部发现了广泛的地震成因假玄武玻璃,这些假玄武玻璃主要呈简单脉状沿NE-SW向走滑断裂带或剪切带发育,后者大多与郯庐断裂带平行并穿切了包括白垩纪花岗岩在内的地质体。某些假玄武玻璃内发育由暗色石英条纹构成的糜棱质条带。本文通过普通光学显微镜和扫描电镜观察分析,详细研究对比了不同断裂带内部发育的假玄武玻璃及其围岩在显微构造特征上的差异及联系。根据岩石的组构特征,证实所发现的这些假玄武玻璃主要是由母岩的超碎裂岩化形成的,但在点1发育的假玄武玻璃基质的扫描电镜影象特征上,沿某些残斑矿物(钾长石、斜长石、黄铁矿)的边缘可以看到些许代表摩擦熔融成因的熔蚀状港湾结构,说明假玄武玻璃形成过程中曾经发生了程度较低的局部熔融作用。肉眼所见到的糜棱质石英条纹在显微镜下证实为早期的糜棱面理。同时,岩石组构的叠加显示,含假玄武玻璃的断裂带及假玄武玻璃本身普遍具有多期性,且晚期构造产物(或假玄武玻璃)总是较早期产物(或假玄武玻璃)碎裂岩化作用更加强烈,说明先期存在的构造软化带在控制假玄武玻璃形成过程中起着非常重要的作用,即构造带抬升过程中伴随的多期构造及细粒化是形成假玄武玻璃的基础。岩石的变形序列总体上显示为韧性-韧脆性-脆性的演化过程,从而证实了这些假玄武玻璃总体上形成于造山带抬升过程,而不是早期的俯冲过程。     

阿勒泰青河地区发现假玄武玻璃

假玄武玻璃（pseudotachylite）是由或地震断层的快速滑移而形成的一种暗色脉状、网脉状隐晶质断层岩。地震成因的假玄武玻璃可以沿走滑地震带的整个深度范围内发育,假玄武玻璃不仅可以作为判断断裂带存在或活动的标志,还可以作为断裂带或造山带冷却或抬升历史的标志,也是目前地学研究热点之一。     

假玄武玻璃的研究进展与现状

在国外有关假玄武玻璃（pseudotachylite)的研究已经有百余年的历史,在野外产状、显微镜观察和实验模拟等方面积累了丰富的资料。而国内在这方面的研究甚少。近年来,随着人们对“活断层”研究的深入,所谓有“地震化石”之称的假玄武玻璃也日益为研究者们所重视。假玄武玻璃通常认为是与地震断层有关的高应变速率条件下的产物。假玄武玻璃的研究对了解地震时地下深处断层带的变形机制等多方面具有重要意义。尤其是通过模拟假玄武玻璃形成时的相似条件（主要是力学机制和化学机制）,可以了解假玄武玻璃形成时断层剪切带变形历史。为了使国内对这一研究领域感兴趣的学者了解假玄武玻璃的形成过程及其所反映的意义,本文从假玄武玻璃的地质特征及成因等几个方面进行了总结,以飧读者。     

龙门山逆冲带假玄武玻璃在其形成及后期抬升过程中的化学变化

假玄武玻璃作为地震断层摩擦熔融的产物记录了断层带内地震破裂的相关信息,是认识断层带形成过程及其活动历史的重要物质组成。钻探获取的地下深部的断层岩样品,免受地表物理化学风化,相对较为新鲜,能够提供更接近其形成时的相关信息。本文以龙门山映秀—北川断裂带南段彭灌杂岩中发育多期假玄武玻璃为研究对象,应用扫描电镜、微区X射线荧光光谱(μXRF)岩心扫描仪以及布鲁克M4 TORNADO高性能微区X射线荧光光谱仪等仪器对虹口八角庙地表和汶川地震断裂带科学钻探(WFSD)岩心中发育的假玄武玻璃的化学组成进行对比研究。显微结构特征表明这些假玄武玻璃为地震断层快速滑动摩擦熔融的产物。化学元素对比分析结果显示,熔融物形成于高温还原环境下,其化学性质以高Fe、Ti、K值,低Si值为特征,并具高磁化率值的物理性质。地表假玄武玻璃经受表生流体作用,化学性质发生明显变化,以低K、Ti值和出现含Ca元素的新生矿物为特征。同时岩心中来自较深断层带的多期假玄武玻璃的成分差异也表明,大气水和地表水已沿断层带侵入到了585m以下或更深部位。因此在应用假玄武玻璃对地震断层瞬时滑动环境进行判断时需谨慎,应考虑其后期化学成分变化等造成的各种影响。     

尝试从断层带结构解读断层滑动方式

地震和断层物理学的核心问题是研究断层带结构与地震滑动方式之间的联系。地震是滑动行为的一种端员模式,在断层动态破裂过程中,摩擦融化和假玄武玻璃为高度局部滑动提供了野外的证据。无震滑动是另一种端员,该过程发生的蠕变与断裂带内部常见的剪切滑动     

汶川地震假玄武玻璃的特征、成因及其构造意义

富流体的断层泥是浅部地震断层带中的特征岩石。一般认为，地震过程中摩擦热会导致粒间孔隙流体热膨胀增压，形成同震断层弱化(热增压机制),从而抑制摩擦熔融的发生。然而我们研究发现，在2008年汶川大地震(M_W 7.9)中断层浅部发生了摩擦熔融。汶川地震发生一年后，我们在汶川地震断裂带科学钻探项目一号钻孔(WFSD-1)732.6m深处的断层泥中发现了厚度约2mm的假玄武玻璃(凝固的摩擦熔融物)。该假玄武玻璃形成的位置极浅，且产生于非固结的、富流体的断层泥中。从岩心来看，断层面可见镜面构造和同震擦痕。微构造分析显示，该假玄武玻璃主要由石英碎屑和由长石与黏土矿物熔融的非晶质基质组成，基质中发育众多不规则的微裂隙，并可见流动构造。化学成分分析显示，其基质富Ba且被重晶石(BaSO₄)小细脉切割，为同震及震后流体存在的证据。由于假玄武玻璃在流体存在的条件下会快速蚀变，且龙门山地区大地震复发周期为3000～6000年，因而这些完全未被蚀变的新鲜假玄武玻璃可能是最近一次大地震，即2008年汶川大地震的产物。针对钻孔中断层泥进行的高速摩擦试验，证实了在钻孔732...     

东南极哈姆峰地区假玄武玻璃的显微构造、年代学及其地质意义

发育在东南极普里兹湾西南部哈姆峰地区麻粒岩相花岗质片麻岩中的假玄武玻璃沿着近东西向断裂带分布。显微构造特征表明,该地假玄武玻璃基质中普遍发育球粒结构及树枝状、放射状-针状等不同形状及组合的矿物微晶体,说明这些假玄武玻璃是地震断层快速滑移过程中摩擦熔融作用的产物。假玄武玻璃中的微晶体矿物组合大体分为两种,它们分布在构造带不同地段:一种是以"紫苏辉石+斜长石"组合为主,分布于构造带东北部地段;一种是以"黑云母+斜长石+钾长石+石英"的组合为主,分布于构造带西南部地段,说明沿构造带不同部位构造环境及应力分布的不均匀性。同时,微晶体中富铝紫苏辉石的存在,表明假玄武玻璃形成过程及其后期的结晶过程可能处于高温(麻粒岩相)的构造环境下。假玄武玻璃的基质全岩K-Ar年龄为878.1±16.8 Ma,全岩40Ar/39Ar年龄谱系中所记录的年龄值主要集中在925~626 Ma。结合区域对比看,假玄武玻璃应该形成于格林维尔期构造事件。      

大别造山带东部假玄武玻璃的成因

最近,在大别造山带东部广泛发现了假玄武玻璃出露点,这些假玄武玻璃主要沿NE-SW向断裂带或剪切带发育。某些假玄武玻璃内发育糜棱质条带。本文主要讨论了大别造山带东部假玄武玻璃的显微构造、岩石化学及稀土元素地球化学等特征,在此基础上阐述了发育在该地区的假玄武玻璃的成因。      

假玄武玻璃及其形成过程和机制综述

对假玄武玻璃的概念和特征以及形成环境和产状作了综合性描述，并对其摩擦熔融成因进行了论证，对假玄武玻璃的形成过程和形成机制以及形成假玄武玻璃的地震断层的动力机制、活动方式和脉动性质进行了深入探讨；同时对母岩矿物性质和流体对假玄武玻璃形成的影响进行了分析，概述了假玄武玻璃形成过程中的化学成分变化，最后提出了有待进一步研究的几个问题。     

新疆富蕴可可托海—二台断裂带中假玄武玻璃及其围岩的年代学研究

发育在新疆富蕴可可托海—二台断裂带中的假玄武玻璃是古地震断裂快速滑移形成的构造岩。地质产状、显微构造研究表明,这些假玄武玻璃主要由发生重结晶的玻璃质熔融体形成。假玄武玻璃基质的全岩40Ar/39Ar阶段升温方法主阶段和KAr年龄分别为282.8±3.8 Ma和276.4±7.4 Ma。假玄武玻璃所在母岩（黑云母花岗岩和钾长花岗岩）的锆石U-Pb年龄分别为390.4±1.0 Ma和396.3±0.1 Ma,表明二台断裂带中的假玄武玻璃是在二叠世早期形成的,也说明二台断裂带古地震活动至少可以追溯到晚古生代（早二叠世早期）。尽管二台断裂带是现今仍然活动的地震构造带,但目前所见到的假玄武玻璃是早二叠世时期古地震活动的产物。1931年的富蕴80级地震仅仅是沿着二台断裂带发生的多次构造活动的一次活动,与假玄武玻璃之间没有成因上的联系。     

广东河台金矿假玄武玻璃地球化学和年代学特征及其地质意义

前人对河台金矿中的假玄武玻璃早有报道,但是因为未认识到其与成矿的关系而被忽视。在前人发现的糜棱岩中假玄武玻璃的基础上,本次研究又发现了三种其他岩性中的假玄武玻璃。河台金矿中的假玄武玻璃呈黑色脉状、网脉状和树枝状贯穿于糜棱岩化片岩、糜棱岩、混合岩和矿体中。本研究结合野外宏观特征和室内的岩相学微观特征,运用粉晶X射线衍射、全岩地球化学和Ar-Ar同位素等实验分析手段,比较了河台金矿不同地质体中假玄武玻璃岩脉的特征。研究发现假玄武玻璃脉体中存在树枝状微晶结构和碎屑颗粒的港湾结构,同时也含有碎裂成因的石英、长石,表明其成因以同震断层的摩擦熔融为主,并伴随有少量碎裂化。通过计算得出假玄武玻璃样品中结晶态的各类矿物含量为石英53.3%、伊利石20.5%、高岭石17.3%、钾长石8.9%。假玄武玻璃与围岩都具有富SiO_2和Al_2O_3,富K_2O贫Na_2O,低MgO和Fe_2O_3~T的地球化学特征。两者的稀土元素配分型式也非常相似,都显示轻稀土富集和中等程度的负Eu异常(δEu=0.51～0.71)。假玄武玻璃的显微构造和地球化学特征指示其主要是由围岩原地熔融形成的,形成深度在6～18 km。我们认为河台金矿的假玄武玻璃可以指示云开大山抬升过程中伴随着地震的发生,同时,假玄武玻璃脉体在空间上切穿矿体,因此假玄武玻璃的⁴⁰Ar/³⁹Ar年龄123.3±1.0 Ma可以作为河台金矿的成矿年龄上限。     

龙门山造山带的早期活动及其对造山作用的启示

2008年汶川地震后,在映秀-北川同震地表破裂带南段虹口乡八角庙地区发现有假玄武玻璃出露于~240m宽的断裂带内,代表了断裂带以往地震和断裂活动的直接产物。这套假玄武玻璃的高温熔融成因得到了元素地球化学和熔融结构的证实。玻璃基质、蚀变矿物和碎屑斑晶的化学分析显示假玄武玻璃继承了碎裂岩/超碎裂岩围岩的主要化学成分,除石英外,主要由长石和云母两种端员组分选择性熔融形成,并呈现出了化学组分分布的不均一性。假玄武玻璃的锆石U-Pb和玻璃基质~(40)Ar/~(39)Ar定年结果证实映秀-北川断裂的古地震发生于229~216Ma的中-晚三叠世,并具有11~14km的震源深度,表明映秀-北川断裂的早期活动始于印支期的造山运动。伴随着印支造山运动的发生,龙门山断裂带形成了其初始构造框架,并对之后的构造演化产生了深远的影响。     

秦岭造山带核部韧性剪切的岩石学研究

秦岭群属于秦岭造山带核部杂岩。它卷入了加里东褶皱带,表现出强烈的韧性再造特征。发育有一系列北西西向的韧性剪切带,组成剪切带阵列。其中包括秦岭群北缘的军马河—马蹄湾韧性推覆剪切带,南部边缘的寺坪—马山口韧性剪切带及秦岭群内部的韧性剪切带等。其边缘韧性剪切带乃是秦岭群与南北相邻变质古生界之间的构造边界,内部的韧性剪切     

闽—粤东南沿海大陆边缘韧性剪切带的基本特征

东南沿海大陆边缘剪切带是西太平洋活动大陆边缘构造带的组成部分,它是一条具有多次活动的左旋韧性平移剪切带。在本剪切带中可以观察到3种类型的构造:（1）规模巨大的呈北北东—北东向展布的糜棱岩带以及山拉伸线理组成的线状构造带。它们在平面上有明显的从断目两侧向中心递进变形特征;（2）呈北东走向陡倾角的糜棱叶理（Sa）、应变滑劈理或破劈理（Sb）、小型剪切带（Sc）;（3）由西到东断层作用样式和断层岩具有明显的递进变化特点。西部（浅部）断层作用以脆性剪切滑动为主,其断层岩则由假玄武玻璃及镜面糜棱岩组成;中部断层作用以跪—韧性剪切为主,为断层泥—碎裂岩—超碎裂岩;东部(深部,以韧性剪切作用为主,其断层岩为暖棱岩—花岗糜桂片麻岩—眼球状糜棱岩系列。以上特点表明在本剪切带内透入性和非透入性变形之间有着密切的关系,反映出在变形过程中具有由韧性变形逐渐向脆性变形的发展趋势。     

汶川地震断裂带结构特征与龙门山隆升的关系

2008年汶川地震(MW7.9)发生在青藏高原东缘龙门山断裂带上,并沿映秀-北川断裂和灌县-安县断裂分别产生约270km和80km的不同性质的地表破裂带。断裂岩是断裂活动的产物,是断裂带的物质组成,其结构特征记录了断裂活动演化的历史。本文以汶川地震发震断裂映秀-北川断裂带中虹口八角庙地区地表露头和汶川地震科学钻探一号孔(WFSD-1)岩心为主要研究对象,通过详细的野外调研、显微结构及XRD分析等,识别出映秀-北川断裂带由五个次级单元组成,分别为:碎裂岩带、黑色断层泥和角砾岩带、灰色断层角砾岩带、深灰色断层角砾岩带以及断层泥和角砾岩带。断裂岩组合显示映秀-北川断裂带具有多核断裂结构特征。映秀-北川断裂带在地表出露的宽度约为240m,岩心中厚度约为105m,碎裂岩、断层角砾岩、断层泥在地表及岩心中均发育,而假玄武玻璃仅在地表碎裂岩部分出现。汶川地震主滑移带斜切了映秀-北川断裂带,不完全沿袭古地震滑移带,暗示汶川地震断裂带与映秀-北川断裂带可能不是同一个断裂体系。通过断裂岩的研究确定了映秀-北川断裂带存在着摩擦熔融、热增压、动态润滑和机械润滑等多种断裂滑移机制。低温热年代学的研究推断映秀-北川断裂带的形成时代为15～10Ma,自形成以来,映秀-北川断裂带的长期活动控制着龙门山的快速隆升。断裂带五个不同断裂岩组合的内部结构带,可能与龙门山不同的隆升速率期有着一定的联系。