亚洲大陆逃逸构造与现今中国地震活动

2008年5月12日汶川地震让中国地学界强烈感受到深入研究地震地质与构造变形的重要性和肩负防震减灾巨大的社会责任。本文作者从构造地质学家的角度对中国大陆地震分布、成因规律以及发展趋势做了一些讨论。按地震分布,中国大陆可以粗分为两个区域,其交界是一条过渡带。该过渡带的东界是郯庐断裂及其和海南岛的连线,西界是齐齐哈尔—北京—邯郸—郑州—宜昌—贵阳—(越南)河内连成的线,后者其实就是松辽盆地的西界(大兴安岭的东界、太行山的东界、大娄山的东界）。我们不妨将上述两线所夹过渡带称之为“地震区分界线”。分界线以西的广大地区,活动断裂、活动褶皱、活动盆地都与印度板块楔入欧亚大陆造成的青藏高原隆升、快速侧向扩展、亚洲大陆逃逸构造活动有关。流变性较好的造山带(如青藏高原和天山)和流变性较差的古老地块(如塔里木、准噶尔、阿拉善、鄂尔多斯、四川盆地等)在其边界强烈对抗,形成强震。地震区分界线以东的中国沿海地区受太平洋和菲律宾海板块运动的影响也会发生地震,但其强度和频度与该线以西的青藏高原周边、天山、鄂尔多斯地块周缘以及张家口渤海断裂带上地震低得多。由太平洋板块在日本海沟向西深俯冲形成的地震在中国仅分布在吉林省珲春—汪清一带,这些深源地震对地面工程建筑破坏性不大。处于欧亚、菲律宾海和南海3个板块的交汇部位的我国台湾地震不断。受我国台湾地震的影响,闽粤沿海NW和NE向断裂往往被激活,形成地震。总之,虽然中国大陆的现代地震受太平洋、欧亚、印度和菲律宾海四大板块联合作用控制,但最主要、最直接、影响最大的还是印度板块楔入欧亚大陆造成的青藏高原隆升、快速侧向扩展和大陆逃逸。因此,对中国的地震研究不能仅局限于某区域或某条断裂,而应把整个亚洲大陆逃逸构造作为整体的、统一的“一盘棋”看待。     

中国大陆构造及动力学若干问题的认识

中国(东亚)大陆受特提斯、古亚洲和太平洋构造体系的制约,具有复杂的地体构架和特殊的岩石圈结构。本文从地学前沿——大陆动力学的视野出发,围绕中国大陆构造及动力学四个方面的研究,总结已有的进展并提出新的思考:①中国大陆板块下的构造和整个地幔运动的构架:地震层析资料揭示西太平洋板片向西俯冲到东亚大陆之下,其倾角逐渐减小,最后近水平地插进400～600km深度的地幔过渡带中,成为箕状几何形态的超深俯冲板片。印度岩石圈板片超深俯冲至青藏高原之下～800km的深度,在喜马拉雅西构造结部位发生双向不对称深俯冲,印度岩石圈板片向东俯冲至东构造结东侧之下300～500km的深度。②中国大陆变质基底的再活化:中国大陆的大部分陆块未受显生宙以来构造、变质和岩浆事件的改造与激活,在冈瓦纳大陆北缘的印度陆块和阿拉伯陆块北缘还发育有形成于泛非期(530～470Ma)的造山带,其影响范围至高喜马拉雅、拉萨地体和三江地区。新生代的变质活化普遍出现在喜马拉雅、南迦巴瓦、拉萨地体和三江-缅甸地区,最新的变质年龄仅2～1Ma(南迦巴瓦)。③中国主要高压-超高压变质带的大地构造背景及深俯冲-折返机制:中国及邻区含榴辉岩的高压-超高压(HP/UHP)变质带有洋壳(深)俯冲和陆壳(深)俯冲之分。青藏高原中,大部分洋壳俯冲形成的高压/超高压变质带与原-古特提斯洋盆中诸多微陆块之间的小洋盆的汇聚碰撞有关,陆壳深俯冲作用有两种机制,它们分别是大陆块之间剪式碰撞和撕裂式岩石圈舌形板片的深俯冲。④中国大陆造山带的深部物质可经3类机制挤出,即深部地壳物质"牙膏式"挤出、侧向挤出和"挤压转换式"挤出。     

斜长石塑性形变及其显微构造的研究

研究矿物特别是主要造岩矿物在不同温度、压力、差应力和应变率条件下的力学行为及其变形显微构造特征是矿物学的一个新领域,它已成为国际矿物学界和构造地质学界的热门课题。七十年代和八十年代初,人们通过对橄榄岩的主要组成矿物——橄榄石的研究,认识了位于岩石圈之下上地壳的蠕变,为板块构造理论的建立和发展作出了重要的贡献。近年     

论构造透镜体控矿

通过解析典型控矿构造透镜体, 将构造透镜体的边界划分为过渡型、突变型及复合型, 其中发育的成矿构造类型划分为脉型、网脉型及角砾岩型; 提出了构造透镜体型成矿系统概念, 认为构造透镜体弱变形域(Q)与包绕其中的线性强变形带(P)组成功能紧凑的成矿系统, 其中的构造-流体组成的双重动力系统、液压致裂形成的成矿构造系统、多源物质组成的矿源系统及网络化联通的输矿系统相互耦合, 最大限度地发挥系统功能; 变形分解作用、液压致裂作用及构造泵吸作用在系统功能实行过程中发挥至关重要的作用; 阐明了构造透镜体研究的成矿构造学意义.     

榴辉岩的地震波性质：对苏鲁超高压变质带地壳成分和折返机制的探讨

本文总结了榴辉岩的高温高压弹性波速测量结果,并将其应用于苏鲁超高压变质带地震资料的解释。由于榴辉岩具有高密度和高波速,它们和长英质片麻岩、大理岩、石英岩、角闪岩、麻粒岩、蛇纹石化橄榄岩的界面可以产生强反射。如果俯冲的陆壳物质以榴辉岩与围岩互层的形式在上地幔保留下来,就可能在造山带的上地幔产生地震反射。根据CCSD孔区地震剖面所建立的地壳成分模型表明:苏鲁超高压带地壳浅部的高速层可归因于夹在花岗质片麻岩、副片麻岩、角闪岩等岩石中的榴辉岩和超基性岩;中地壳主要由中酸性片麻岩、斜长角闪岩和副片麻岩组成;下地壳以中基性麻粒岩为主。在该超高压变质带现今的深部地壳,榴辉岩含量很少或几乎没有。因此,折返的超高压变质岩是以构造岩片的形式沿一系列剪切带逆冲并覆盖在正常的中下地壳之上,深部榴辉岩的缺乏可能与下地壳拆沉作用无关。     

水对名义无水矿物变形的影响

在固体地球中,水虽微量,但对众多地质过程(例如,岩石部分熔融与火山喷发、地震活动等)和岩石的物理化学性质(例如,电导率、滞弹性、地震波性质、相变动力学等)影响重大。更为重要的是,水能通过影响矿物的变形机制来控制岩石的流变强度,进而制约着地球动力学的过程。名义无水矿物(NAMs:Nominal anhydrous minerals)即为分子式中不含氢的矿物,其晶格的容水量远小于正常含水矿物(如,角闪石,蛇纹石等)的容水量,但由于NAMs在固体地球中体积比例甚大,仅上地幔的橄榄石中所能溶解的水可能比全部地表水还多。因此了解水对NAMs(尤其是分别作为地壳和上地幔主要组成矿物的石英和橄榄石)变形的影响对于精确地构建岩石圈强度剖面和深刻理解构造地质学与地球动力学过程至关重要。本文将系统地回顾水对NAMs变形的影响,首先通过回顾水在固体地球内部的存在形式提出了NAMs是固体地球中的重要水库,接着阐述了NAMs中水的存在形式、溶解机制、溶解度影响因素及扩散动力学,最后着重论证了水致弱化在石英和富镁石榴石中最强,然后依次是单斜辉石、长石、橄榄石,瓦德利石和林伍徳石。     

关于基岩山坡上的暴雨流冲刷坑被误认为驮兽蹄窝的讨论

山脉的隆升与夷平无不与地表岩石的风化剥蚀密切相关,暴雨冲刷作用对山区岩石的风化剥蚀至关重要。雨水顺着倾斜的山坡迅速汇聚,形成湍急洪流,冲携山坡上的砂砾与小石块,对石坡上原先小幅度的洼凹之地或薄弱部位进行机械性磨蚀与化学溶蚀,上述地质过程不断重复,逐渐形成山坡壶穴。美国加州华斯克巨岩公园、澳大利亚中部大红山以及中国北京西山的山坡壶穴都是暴雨流壶穴的典型例子。可惜过去一段时间里北京西山地区的山坡壶穴被误认为是"京西古道上骡马驴踩出来的蹄坑",这样解释的前提条件是在数百年间、数以万计的骡马驴不断地踩进同一处、且不断加深的石头蹄坑。动物行为学研究表明,马之类的动物在行走过程中会本能地躲避踩进较深(≥5~10 cm)的洼坑或水坑,以防扭伤蹄腕或折断腿骨。世界上著名的铺石古道上只见车辙痕不见马蹄坑,亦是有力的证明。     

Carrara大理岩高温高压变形实验研究

利用高精度的Paterson高温高压流变仪对Carrara大理岩在高温(873~1173K)高压(~300MPa)以及约10-6~10-3s-1应变速率下进行了三轴压缩变形实验。结果表明,在等应变速率条件下,其强度随着温度的升高而降低;在等温和等压条件下,其强度随着应变速率的增加先快速增加而后缓慢增加。在应变速率对差应力的双对数投图中,我们发现随着温度的升高拟合直线的斜率减小,并且在873K和高应变速率时973K温度下Carrara大理岩的流变本构方程服从指数律变化关系;而在高温(1073K和1173K)和973K低应变速率条件下Carrara大理岩的应力指数n为5.3~7.7,且服从幂次律变化关系。因此,Carrara大理岩在本研究的实验条件下主要有两种变形机制,一种是用指数律表示的高应力变形机制;另一种是用幂次律表示的中等应力变形机制。     

新疆榆树沟麻粒岩-橄榄岩地体:南天山北缘出露地表的古生代大陆壳-幔过渡带

对于大陆造山带内部的超基性岩体,除了蛇绿岩成因之外还有其他或许更为合理的解释。例如,位于新疆托克逊库米什地区南天山北缘的榆树沟麻粒岩和橄榄岩分别代表早古生代时塔里木板块北部大陆地壳莫霍面附近的下地壳底部与上地幔顶部的岩石,由于应变的局部化,被剪切分割成两个透镜状冲断岩片,顺着切割整个地壳直达上地幔顶部的韧性剪切带被挤出,最终呈固态挤侵到中地壳内绿片岩-低角闪岩相的变沉积岩(构造片岩、长英质糜棱岩)之中。最后,两个构造透镜体被剪切叠合到一起。榆树沟麻粒岩-橄榄岩地体为研究塔里木板块北部大陆地壳古莫霍面及其附近的岩石流变学与地球物理性质提供了一个十分难得的研究基地,因为大陆古莫霍面很少直接出露地表。榆树沟麻粒岩-橄榄岩组合的地体的大地构造意义与蛇绿岩所代表的截然不同。     

Paterson高温高压流变仪及其在岩石流变学的应用

地球作为一个动态体系,其内部岩石在各种物理化学条件下变形,形成各种地质构造.在过去的几十年里,得益于相关测试分析手段的不断发展,地球材料的流变学研究取得了许多实验突破,加深了人类对地壳和上地幔岩石变形行为的理解.本文对实验岩石变形装置的技术发展做了扼要的回顾,重点介绍了Paterson高温高压流变仪(HPT).HPT是...