《秦岭造山带—鄂尔多斯盆地野外实践》课程之“造山带构造演化”野外教学设计

野外实习是地质学本科教学不可缺少的重要环节,也是课堂理论教学的补充和延伸。大学三年级的野外教学实习是在学生基本完成了专业课程学习的基础上进行的,着眼于创新思维的启发和科研方法的训练,帮助学生从理论学习向科学研究顺利过渡,是培养地质学专业学生成才的关键课程。文章重点以西北大学地质学系《秦岭造山带—鄂尔多斯盆地野外实践》课程之“造山带构造演化”为例,以板块构造理论为指导,通过考察研究典型路线剖面上保存的古洋壳残片（蛇绿岩）、俯冲—碰撞过程的岩浆、变质、沉积记录,培养学生重建造山带构造演化过程的思路和方法。     

贺兰构造带北段-桌子山中-新生代构造变形特征

贺兰山构造带位于鄂尔多斯盆地与阿拉善地块之间,经历了元古代以来长期的构造演化过程。贺兰构造带北段的桌子山具有复杂的构造样式,该构造样式记录了鄂尔多斯块体、阿拉善块体以及古亚洲洋构造演化的丰富信息。详细的野外构造解析揭示,贺兰构造带北段桌子山地区自中生代以来主要经历了多期挤压构造变形。第一期构造变形以三叠系及其以下地层中的NWW向宽缓褶皱为代表,指示了晚三叠纪NNE向的挤压作用;第二期以侏罗系及其以下地层中的NE走向构造为代表,指示了晚侏罗世NW向的挤压作用;第三期构造变形以黄河断裂发生右旋走滑及其两侧早期变形构造线走向及古应力场方向之间30°夹角差异为代表。黄河断裂以东白垩系及其以上地层结构稳定,结合前人古地磁研究结果,认为第三期构造变形为桌子山沿黄河断裂发生近30°逆时针旋转,变形时间为新生代。     

岫玉的地震波速、各向异性、弹性力学性质及其构造地质意义

为了研究水化岩石圈地幔和地幔楔的地震波速、各向异性及其与蛇纹石化程度及应变状态的关系,作者实验测量了8块叶蛇纹岩(采自辽宁的岫玉)标本在不同构造主方向(X,Y和Z)上的纵、横波速度随围压(0~600 MPa)的变化规律,详细研究了叶蛇纹石在塑性变形过程中通过(001)[010]位错滑移形成很强的晶格优选定向和高达21%的纵波速度各向异性与24%的剪切波分裂的特征,发现高温叶蛇纹岩与低温利蛇纹岩具有截然不同的地震波性质,例如,在围压600 MPa下,高温叶蛇纹岩的Vp=6.73 km/s、Vs=3.74 km/s,Vp/Vs=1.80,而低温利蛇纹岩的Vp=5.10 km/s、Vs=2.32 km/s,Vp/Vs=2.20。前人利用低温蛇纹石化橄榄岩的波速数据解释温度高于300℃的水化地幔楔和岩石圈地幔的地震波速不可避免地要低估研究区域内蛇纹石化的程度和水含量。本研究查明叶蛇纹岩的地震波性质及其各向异性特征亦为解释全球大洋板块俯冲带乃至青藏高原地区的剪切波分裂资料提供了新的思路。     

晶质岩石的地震波性质及其地质、地球物理意义

人类有关地球内部物质成份、结构和物理状态的认识绝大多数来自于地震波的资料,而地震波资料的正确解释又离不开岩石地震波性质的高温高压实验研究。地壳和地幔岩石的地震波性质和各向异性是当今世界地学前沿研究的一项重要内容,该领域横跨了地震学、岩石物理学和构造地质学,在过去一段时间里非常活跃并取得许多重要的成果。本文仅将作者近年来研究岩石地震波性质（例如,岩石波速滞后性,地震波速随围压的变化规律,纵、横波速之间的关系,泊松比等）的部分进展做一简扼的综述,并谨以此纪念已故中国科学院院士张文佑先生诞辰100周年。     

扬子板块北缘新元古代构造属性的岩浆事件制约

黄陵地区新元古代侵入杂岩可为研究扬子板块北缘新元古代构造演化过程及其深部动力学机制提供关键信息。依据岩石组合及分布特征，可将黄陵杂岩划分为黄陵庙岩套、三斗坪岩套、大老岭岩套和晓峰岩套四个单元。本文以黄陵杂岩的围岩崆岭杂岩中花岗片麻岩、黄陵庙黑云母花岗岩和三斗坪闪长岩为研究对象，在系统的野外地质和岩石学研究基础上，开展了LA- ICP- MS锆石U- Pb年代学分析。结果表明，崆岭杂岩花岗片麻岩原岩年龄为1978±13 Ma，且记录了2.5 Ga的构造- 热事件。黄陵庙黑云母花岗岩和三斗坪闪长岩分别形成于815±9 Ma和813±6 Ma，与黄陵庙岩套和三斗坪岩套的侵位时限基本一致。综合分析本次研究结果与前人资料，认为黄陵杂岩主要形成于863~794 Ma，为新元古代早期岩浆活动的产物。通过综述区域地质和地球化学研究资料，认为黄陵杂岩形成于新元古代早期活动大陆边缘的构造环境，提出扬子板块北缘在新元古代早期经历了长期的俯冲- 增生造山过程。     

大洋板块俯冲带地震波各向异性及剪切波分裂的成因机制

大洋板块俯冲带是许多重要地质作用(例如脱水、部分熔融、岩浆和地震活动)发生的场所.对位于俯冲带之上的地震台站所检测到的不同剪切波的数据解析,可以获得源于上覆板块、地幔楔、俯冲板块和板下地幔的地震波各向异性的关键信息.本文系统总结了世界各地大洋俯冲带的剪切波分裂样式,对目前国际上流行的大洋俯冲带的地震波各向异性的主要成因...     

川西盐井沟断层传播褶皱的三维构造建模与磁组构分析

当前断层相关褶皱研究的发展方向是从二维向三维的转换。文中基于Arcgis、Discovery以及Gocad等三维软件平台,对川西盐井沟地区地震资料进行精细的解析,得出盐井沟背斜是一个典型的三剪断层传播褶皱,并建立了它的三维模型。同时考虑到单纯符合几何约束的构造解释普遍存在着多解性和不确定性,结合几何学的三维建模和动力学的有限应变分析研究断层相关褶皱。在川西盐井沟地区18个采样点钻取了184块定向岩心样品,通过磁组构的分析结果发现,盐井沟地区的磁组构基本上都是弱应变的初始变形组构,褶皱前翼应变强度比后翼略强。断层传播褶皱三剪带是有限应变最为集中的区域,在模型预测的三剪带内,磁组构反映的有限应变也较为强烈。磁组构所指示的构造应力场大致为NW-SE向挤压缩短,与断层相关褶皱的几何学与运动学模型的预测相一致。     

大陆岩石圈流变与地震波速各向异性

岩石的流变决定了地球各时空尺度的变形,是理解大陆岩石圈构造演化的关键.岩石流变学的研究主要通过高温高压流变学实验和天然变形岩石的多尺度观测来实现,目前已经积累了大量的数据.本文总结了岩石圈不同深度主要造岩矿物,包括橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、角闪石、斜长石、石英和云母的流变机制、组构类型以及地震学性质;介绍了岩石圈地幔橄榄岩、榴辉岩、基性麻粒岩、斜长角闪岩和长英质岩石的高温高压实验和天然变形观测进展,包括流变学强度和行为、地震波速和各向异性等;以青藏高原为例,讨论了岩石流变学研究在解译地震波速各向异性的定量化约束作用.将矿物变形组构与地震波各向异性相结合,有望在岩石圈流变学机制和结构的研究中取得重要突破.