高亚洲区内一种新类型的断层——垂直转换断层及其地球动力学意义

自６０年代以来，国际上进行了许多大地地球物理研究，包括重力、地震测深和热流等，对高亚洲下部地壳和地幔的结构揭示出许多新现象。特别应该指出的是，在高亚洲，包括帕米尔—喜马拉雅地区、青藏高原，都反映出一组穿透地壳、错开莫霍面的高角度深断裂。但是，对这组深断裂的分析研究很不足。本文将对这组断裂进行讨论，辨认出它们是一组垂直的转换断层，命名为垂直转换断层（Ｖｅｒｔｉｃａｌｔｒａｎｓｆｏｒｍｆａｕｌｔｓ）。它们在高亚洲隆升和年青造山作用（Ｍｏｕｎｔｉａｎ－ｂｕｉｌｄｉｎｇ）方面具有独特的动力学作用。垂直转换断层在古老山带也应该有自己的位置和作用     

皖东五河—凤阳地区钱台子金矿床黄铁矿标型特征及S-Pb同位素组成

岩石的变形机制和力学性质对认识活动断裂带的孕震机制和发震过程都具有重要意义。圣·安德列斯（San Andreas）转换断层是太平洋板块与北美板块的构造边界,也是重要的地震活动带,总结了美国南加州地震中心对圣·安德列斯断层钻孔断层岩的研究进展。对断层泥的高速摩擦实验发现：动力弱化现象只在高速滑移时才发生,伴随着摩擦生热,岩石的摩擦系数显著降低。断层泥中富镁黏土矿物的富集可以显著降低断层的摩擦系数,促进蠕滑,黏土矿物的不均一分布可导致断裂带变形行为和地震分布的突变。与断层泥和碎裂岩不同,粉碎岩形成于快速传播地震的断裂端部,具高孔隙率和高渗透率,流体活动性强。此外,断层岩的有机质成熟度可用来追溯古地震造成的热异常。在川滇中国地震科学实验场开展科学钻探项目,研究断层岩样品的显微结构、物理性质和变形历史,以期为理解大陆汇聚与转换挤压过程中复杂的地震活动提供重要信息。     

活动断裂带岩石的变形机制和摩擦性质—以圣·安德列斯断层为例

岩石的变形机制和力学性质对认识活动断裂带的孕震机制和发震过程都具有重要意义。圣·安德列斯（San Andreas）转换断层是太平洋板块与北美板块的构造边界,也是重要的地震活动带,总结了美国南加州地震中心对圣·安德列斯断层钻孔断层岩的研究进展。对断层泥的高速摩擦实验发现：动力弱化现象只在高速滑移时才发生,伴随着摩擦生热,岩石的摩擦系数显著降低。断层泥中富镁黏土矿物的富集可以显著降低断层的摩擦系数,促进蠕滑,黏土矿物的不均一分布可导致断裂带变形行为和地震分布的突变。与断层泥和碎裂岩不同,粉碎岩形成于快速传播地震的断裂端部,具高孔隙率和高渗透率,流体活动性强。此外,断层岩的有机质成熟度可用来追溯古地震造成的热异常。在川滇中国地震科学实验场开展科学钻探项目,研究断层岩样品的显微结构、物理性质和变形历史,以期为理解大陆汇聚与转换挤压过程中复杂的地震活动提供重要信息。     

东北亚中生代火山岩研究若干问题的思考

东北亚中生代火山岩包括大陆边缘北北东向线型火山岩带,以及大陆内部俄罗斯西伯利亚、蒙古、中国大兴安岭等面型火山岩带。它们是东北亚古亚洲洋构造域向太平洋构造域转换时期深部地幔地球化学过程以及东亚大陆与古太平洋板块相互作用的产物。对它们的研究涉及古生代古亚洲构造域闭合过程的深部地幔的动力学和地球化学演化历史,以及东亚大陆边缘由被动边缘向活动大陆边缘转换历史。古亚洲域大洋岩石圈向地幔深部潜入而引发的热地幔     

0.8 GPa下泥质岩和安山岩部分熔融实验研究

大陆岩石圈内热异常是不同花岗质岩浆起源的最主要原因,通常认为有幔源和壳源两类途径形成花岗质岩浆,它们在起源过程中,部分熔融作用是其主导因素.     

大陆深俯冲实验模拟研究进展

介绍了大陆深俯冲及超高压变质岩在物理实验模拟和数值实验模拟方面的进展及由实验得出的主要结论和板片断离模式的应用；综合各研究成果，总结出大陆深俯冲的3个基本要素是周边板块的推力、洋壳及地幔岩石圈的拉力和大陆岩石圈内发育的主断层，3个可能的板片断离过程，以及俯冲过程中大陆岩石圈可能的形态变化；对实验模拟在该领域的应用研究进行了简要评述及前景展望。     

转换—正断拉张作用和不对称盆地:另一种拉分盆地模式

大陆转换断层常常伴生—些较小型的拉分盆地。但是,常常发育于转换断层附近的大型盆地,并不符合拉分模式,沿死海裂谷和El Pilar断层伴生的几个盆地的构造证明了这种观点,这些盆地极不对称,其一侧边界基本上沿着线状转换断层,另—侧则是—条近平行的正断层,表明走滑运动和转换—正断层拉张作用是同时发生的。这种现象不符合经典的断层理论,其原因可能是沿离散板块边缘转换断层比附近地壳软弱得多。分析发育于相对较硬的地壳内一条软弱转换断层附近的水平主应力方向表明,聚敛和离散板块运动分别造成了与断裂近垂直的挤压和拉张为特征的应力场。沿圣安德烈斯、死海以及El Pilar转换系统的构造样式表明,沿转换断层走向这两种应力状态可随时间发生预期的变化。     

论构造地质学和大地构造学的几个重要问题

在构造地质学与大地构造学研究中,自从创立板块构造学说以来,尽管已经取得巨大的成绩,但是还存在很多重大的难题有待解决,也有一些极具争议的课题值得探讨,尤其是大陆岩石圈内的构造地质问题。笔者认为,在中国区域地质调查中断层的多期活动及其年代学的研究最为薄弱,对此必须大力加强;在构造地质研究中,必须将变形与变位紧密地结合起来,也即应该把中、小型构造研究与大地构造研究结合起来。为促进深部能源的开发,盆地深部构造研究应大力加强。应认真关注碰撞带的定义、范围、内部结构及其与周边板块关系的研究。应扎实地推进岩石流变学与流体在各种地质条件下作用的研究。临震预报的探索与现代地球动力学研究十分重要,可能是中国为人类社会的安全和稳定所能做的一项巨大的贡献。大陆岩石圈内各个构造滑脱面及其相关断层的研究,对于构造-岩浆活动和板内地震起到重要的控制作用。定量化的大陆动力学研究与深部成矿预测是当前很重要的课题。笔者建议大力加强对于上述课题的研究,科研决策部门也可考虑给予大力的资助。板块构造动力学机制的探讨是完善板块构造学说所必需的,但是在可预见的未来此课题很难有重大的突破。     

印度-亚洲大陆碰撞过程中新特提斯洋岩石圈的命运

印度-亚洲大陆碰撞之后的新特提斯洋板片的断离过程及其产生的岩浆作用一直是青藏高原南部地质研究中受到广泛关注但存在极大争议的问题.分析了青藏高原南部拉萨地块上新特提斯洋板片断离存在的问题，总结了目前用于限制板片断离过程的岩石学方法.对拉萨地块南部典型地区早新生代镁铁质岩石开展了详细的地质年代学、主微量元素和Sr-Nd-Hf同位素地球化学分析，厘定了~57 Ma和~50 Ma与新特提斯洋板片断离过程密切相关的两套岩石.~57 Ma的镁铁质岩石显示出高的Zr/Y和Ti/Y比值，不同于拉萨地块南部广泛分布的岛弧岩浆地球化学特征，表明它们形成于板内伸展背景下，很可能代表了新特提斯板片断离的开始.~50 Ma的镁铁质岩石为富闪深成岩，反映了印度-亚洲大陆碰撞后南拉萨地块岩石圈中的富水环境，暗示大洋板片断离后仍然持续释放流体至上覆岩石圈地幔中.结合拉萨地块上已有的镁铁质岩石的年代学和地球化学数据，重建了新特提斯洋在印度-亚洲大陆碰撞之后从初始撕裂至板片完全断离的全过程，即新特提斯板片在~57 Ma开始发生初始撕裂，随后以高角度俯冲并与印度大陆岩石圈脱离，导致中拉萨和南拉萨地块同时出现广泛的镁铁质岩浆作用，在~50 Ma大洋板片完全断离.拉萨地块内部岩石圈地幔地球化学组成存在极大的不均一性，中拉萨地块和南拉萨地块东部的局部地区存在古老的岩石圈物质组成，而南拉萨地块中部主要为亏损的岩石圈.拉萨地块内局部古老富集岩石圈可能受到新特提斯洋板片断离后深部地幔物质上涌的影响转变为新生的亏损岩石圈，这一过程很可能促进了拉萨地块的中酸性岩浆大爆发作用和大陆地壳生长.      

犁式正断层综述

正断层通常是犁式的,即断层倾角随深度变缓.沿这类断层运动可形成几种形式的构造圈闭(滚动背斜、上升断块封闭).某些犁式断层仅产生于沉积岩中,另一些则错断基底岩石.研究表明这类断层产生在伸展体制下有韧性岩石垫底的脆性岩石中.伸展体制可以是区域应力场派生的局部应力场.断层倾角变缓反映岩石的韧性随深度增强,沿断层走向断层倾角会因落差变化而变化.剖面上一条犁式断层可能是由较短的成雁行排列的断层段组成.断层常常分叉,某些分叉可能发生在组成断层带的各条断层的末端附近.犁式正断层产生在裂谷作用、漂移作用和被动大陆边缘演化阶段的盆地形成过程中.在其他类型的盆地中,如造山期后伸展作用形成的盆地中,也发育有犁式断层.在板块会聚和转换或走向滑移作用期间,区域性挤压应力体制下派生的伸展构造也可以产生犁式断层.     

Tomographic Imaging of the India-Asia Plate Collisional Tectonics and Mantle Upwelling Beneath Western Tibet

To better understand the lithosphere mantle collision tectonics between the India plate and Asia plate, we determine three dimensional P wave velocity structure beneath western Tibet using 27,439 arrival times from 2,174 teleseismic events recorded by 182 stations of Hi-CLIMB Project and 16 stations in the north of Hi-CLMB. Our tomographic images show the velocity structure significantly difference beneath northern and southern Qiangtang, which can further prove that the Longmu Co-Shuanghu ophiolitic belt is a significant tectonic boundary fault zone. There are two prominent high velocity anomalies and two prominent low velocity anomalies in our images. One obvious high velocity anomalies subduct beneath the Tibet at the long distance near 34°N, whereas it is broke off by an obvious low velocity anomaly under the IYS. We interpret them as northward subducting Indian lithosphere mantle and the low velocity anomanly under IYS likely reflects mantle material upwelling triggered by tearing of the northward subduction Indian lithosphere. The other prominent high velocity anomaly was imaged at a depth from 50 km to 200 km horizontal and up to the northern Qiangtang with its southern edge extending to about 34°N through Hoh Xil block. We infer it as the southward subducting Asia lithosphere mantle. The other widely low velocity anomaly beneath the Qiangtang block lies in the gap between the frontier of India plate and Asia plate, where is the channel of mantle material upwelling.     

岩石圈流变性与沉积盆地以辽西-辽北-松辽盆地区为例

岩石圈流变性取决于岩石圈的地热状态、物质组成和结构,并量化为岩石圈总强度。沉积盆地的沉降和抬升是地球最上层流变带形变的响应,岩石圈板块对构造应力的响应在很大程度上取决于岩石圈流变性在横向和纵向上的不均一性。辽西、辽北、松辽盆地区岩石圈流变性存在明显差异,因而岩石圈总强度明显不同,在晚中生代伸展过程中,变形方式、变形幅度不同,分别形成了断陷盆地、多断少坳型盆地和断坳型盆地。     

辽西地区中生代火山—沉积盆地群特征及成因机制

辽西地区的早侏罗世－早白垩世盆地群是一集颇具特色的断陷盆地群。盆地构造演化具多期次特点，火山作用与沉积作用频繁交替，形成了兴隆沟、蓝旗和义县三个火山沉积旋回。兴隆沟、蓝旗旋回是在挤压盆地中形成的，是古亚洲构造域向环太平洋构造域转换时期的产物；义县旋回是弧后裂谷盆地的产物。盆地特征及深部构造研究表明，辽西盆地群坳陷作用不发育的原因是岩石圈性质和强烈的火山作用。     

中国典型大型走滑断裂及相关盆地成因研究

扭动走滑构造是最常见的构造样式之一,走滑拉分盆地也是重要的含油气盆地类型。大地构造运动本质是岩石圈在区域应力场作用下的变形过程,然而真正将走滑断裂和走滑拉分盆地的成因以及它们的特征和岩石圈性质联系起来研究的文献却很少。显然,区域应力场是形成构造运动的前提条件,是外因,决定了运动的基本方式,如走滑、拉张或挤压等(构造类型);而岩石圈是构造运动的主体,是内因,其性质决定了形成构造的规模和具体形态(样式)。中国境内发育的大量走滑断裂体系和走滑盆地展示:古老克拉通上发育大面积分布的多条小位移走滑断裂体系,如塔里木盆地古生代走滑断裂体系;被后期热活动破坏了的克拉通发育多条扭动断裂系,例如华北克拉通东部的郯庐断裂系、兰聊—盐山断裂系、太行山东麓断裂系,并和区域拉张应力场耦合形成雁列式断陷群(如渤海湾盆地);相对较弱的古生代基底岩石圈发育大型单一走滑断层,如郯庐断裂东北段,并沿断裂发育一些相互独立的走滑拉分盆地;而在固结较差的中新生代造山带往往形成一条平直的大型走滑断层,例如阿尔金走滑断裂、海原断裂等。本文内因外因相结合,从扭动应力场和岩石圈强度以及流变学特征,建立了不同岩石圈性质下下部韧性层和顶部(上地壳或上地壳上部)刚性层之间的耦合作用机制以及扭动构造形成和演化模式,较好地解释了中国陆内发育的典型走滑断裂和走滑拉分盆地的成因机制。     

华南岩石圈三维结构

从穿过华南陆块的6条P波地震层析剖面出发,综合引用海量出版物中部分成果,对华南岩石圈三维结构作了初步探讨。以川湘黔裂陷槽和钦杭断裂为界,可以将华南岩石圈分成三大部分。在钦杭断裂东南为华夏岩石圈。它是东南亚西太平洋低速带的一部分,它与东南亚西太平洋低速带的其他地区的共同特点是它们的岩石圈地幔都受到软流圈物质上升而被改造。部分地区幔源物质侵入地壳,形成丰富的矿藏。川湘黔裂陷槽以西的地区为上扬子岩石圈。它在地表是一个热块体,但在深部有延伸超过200 km的高速基底。上扬子岩石圈受到其西攀西地幔柱的改造,在壳幔过渡带产生峨眉山岩浆房,在古生代末曾引发玄武岩的大面积喷发,至今仍在滇西留有岩浆房,并产生丰富的热泉。在川湘黔裂陷槽与钦杭断裂之间的是中扬子岩石圈。中扬子在地表是一个冷块体,在湘中实测热流值低到小于20 mW m-2,根据热流值计算得到的岩石圈厚度达到300 km。具有低速、低电阻率特征。根据大地电磁测深得到的结果也与地热流计算得到的相似。     

Great earthquakes at island arcs and the lithosphere

The occurrence of great earthquakes in the northwestern circum-Pacific belt is explained systematically in terms of the interaction between the oceanic and continental lithospheres. The great earthquakes in the Alaska-Aleutian region are considered to be a result of a rebound of the continental lithosphere which is dragged by the underthrusting oceanic lithosphere. The largest earthquakes in the Japan region are about one order of magnitude smaller than those in the Alaska-Aleutian region. This is interpreted as due to the weakening of the continental lithosphere caused by a frictional heating at the interface between the oceanic and the continental lithospheres. When the friction becomes very small because of the subsequent heating, a tensile force begins to prevail in the oceanic lithosphere. This tensile force is caused by a gravitational pull exerted by the sinking lithosphere. When this tensile stress surpasses the strength of the lithosphere, a large-scale normal fault occurs which extends through the entire thickness of the lithosphere. The intermittent slippages of the lithosphere on this fault plane are observed as great normal-fault earthquakes. The Sanriku earthquake of 1933 represents one of these earthquakes. The normal faulting accounts for the sharp bend of the lithosphere at the trench and the rapid increase of the dip angle of the deep seismic zone in going from northern Japan to the Izu-Bonin region. After repeated slippages, the sinking lithosphere becomes detached from the oceanic lithosphere and no further lithospheric interaction can take place. This picture is consistent with the complete lack of great shallow earthquakes in the Izu-Bonin region.     

郯庐断裂带的形成与演化：综述

从历史的与整体的观点出发，综合了地质、地貌、地球化学与地球物理的资料，系统地研究了郯庐断裂带各阶段的形态学、运动学以及动力学机制。认为此断裂带开始形成于中、晚三叠世，其长度小于１５００ｋｍ，切割深度小于１５～２０ｋｍ，此时最大左行走滑断距为４３０ｋｍ左右。侏罗纪（２０８～１３５Ｍａ）与中始新世－渐新世（５２～２３．３Ｍａ），此断裂带表现为逆断层活动，断层面受挤压较紧闭。白垩纪－早始新世（１３５～５２Ｍａ），郯庐断裂呈现为略带右行走滑的正断层（走滑断距不超过１００ｋｍ），郯庐断裂带与其北部切割深度约为３０～４０ｋｍ。中新世－更新世（２３．３～０．７３Ｍａ）断裂带表现为带有左行走滑的正断层，走滑断距约５０ｋｍ，断裂带切割深度在５０～８０ｋｍ之间。中更新世（０．７３Ｍａ以来）断裂带又变成略带右行走滑的逆断层，走滑断距不足１００ｍ。由于断裂带形成以来的剥蚀深度不大，地表的断层岩都是碎裂岩与断层泥。沿此断裂带在早白垩世构成了中国东部重要的内生金属成矿带。     

中国大陆岩石圈壳幔韧性剪切带系统

众多地震测深剖面的地质构造解析显示,大陆岩石圈存在既有显著差异又有密切联系的两套断裂系统,即以地壳表层脆性剪切带为主的浅层断裂系统和以切割莫霍界面的壳幔韧性剪切带为主的深部断裂系统。根据地震测深速度结构特征,结合深部构造岩石地球化学的综合研究,将切割莫霍界面或壳幔过渡带的壳幔韧性剪切带划分为三类(俯冲带、缝合带和剪切带)五型(大陆岩石圈边缘海沟俯冲带、大陆岩石圈碰撞缝合带、挤压型壳幔韧性剪切带、伸展型壳幔韧性剪切带和走滑型壳幔韧性剪切带)。建立起中国大陆岩石圈构造变形由地壳表层向深部扩展以及由壳幔过渡带向地壳中上部扩展的岩石圈双向扩展模式。壳幔韧性剪切带既是无机成因天然气等深部流体的通道,又是地震活动区的发震构造之一,因此研究大陆岩石圈壳幔韧性剪切带具有重要学术价值和实际意义。     

试论郯城-庐江断裂带形成、演化及问题

在前人研究基础上,并结合地质、地球物理、地球化学等资料,审视郯庐断裂带的力学性质、演化阶段、动力学背景以及深部岩石圈活动对郯庐断裂带和渤海湾盆地形成的影响,提出一些与前人研究成果不同的认识：郯庐断裂是追踪继存性断裂;郯庐断裂南段在晚古生代可能存在转换断层;渤海湾盆地形成与地幔柱有关,与郯庐断裂扭动关系不大等。最后质疑3个问题与地学同仁探讨。     

热与克拉通破坏

大陆克拉通是地球表面上相对稳定的构造单元。从地热学的角度考虑,克拉通岩石圈的稳定意味着地表热流等于对流地幔岩石圈底部提供的热流加上岩石圈内部由放射性衰变产生的热量。太古代稳定克拉通一般具有冷的地热特征,且处于热平衡状态。打破克拉通热平衡的因素有多种,如岩石圈地幔的放射性生热、来自深部的地幔柱、板块俯冲等。华北是全球古老克拉通遭受破坏最明显和最典型的地区,其破坏与中生代太平洋板块向东亚的深俯冲密切相关。古太平洋板块快速俯冲并停滞在地幔转换带脱水、形成宽约1 000 km的低粘大地幔楔,导致地幔对流增强。在活跃地幔对流的热侵蚀与橄榄岩-熔体相互作用共同作用下,华北克拉通在中生代期间迅速减薄。经过中生代加热减薄的华北克拉通岩石圈强度显著变弱,在俯冲板块后撤作用下,岩石圈拉张并进一步减薄,地表热流升高。华北克拉通破坏是一个漫长的历程,期间大地热流的演化特征呈现出由中生代以前的低值演化至新生代的高值再过渡到现今的中等状态（接近全球大陆平均值）。