新世纪构造地质学的纵深发展:深海、深部、深空、深时四领域成就及关键技术

近10年来,构造地质学面临前所未有的机会和巨大的发展前景,建立超越板块构造理论的时代已经来临,地幔柱理论与板块构造理论的融合必将为太阳系乃至宇宙形成的构造过程提供全新认识。文中从宏观角度,综述了当前深部、深海、深空和深时4个发展方向取得的成就,展望了这4个方面的未来发展趋势。同时,综合概述了推动近10年来构造地质学发展的4个关键技术:针对表面构造形迹的高精度激光高度计(深空星球表面成像)、高分辨率多波束(深海海底地形成像);针对深部构造形态的层析成像(tomography);针对动力学演化(深时)的各种模拟软件(ANSYS、COMSOL、FLAC等);针对物质材料流变学的高温高压实验和成分原位测试技术。     

海底活动断裂研究方法及我国近海活动断裂研究

海底断裂引起的地震／海啸等灾害有着巨大的破坏性，这使得地震和地质学家越来越关注那些位于海底之下的活动断裂。总结了20世纪90年代以来国外在海底活动断裂研究中常用的技术方法和手段，这些方法包括高分辨率声学探测技术、水下照相／摄像技术、定年技术、海底钻孔取样、GPS变形测量和0BS观测等，而我国也正逐渐拥有和掌握这些技术方法。目前，我国对海底活动断裂的研究尚处于起步阶段。在我国近海海域中，渤海和福建—粤东沿海是强震的多发区，主要与几条规模较大的海底断裂的活动密切相关，如郯庐断裂渤海段，张家口—蓬莱断裂和华南的滨海断裂等，因此，为了增强对近岸海域地震的预测、评价地震危险性并对地震所造成的灾害进行评估，有必要在上述海域开展海底活动断裂的研究。     

Pasisar:一种深拖式高分辨率地震采集系统

我们知道 ,由于海水对声波的吸收作用 ,目前我们在进行深海地震勘探时 ,往往会得到令人失望的结果 ,主要是由于震源的能量不够强所致 ,例如 ,以８００Ｊ电火花作震源 ,当水深大于１５００ｍ时 ,穿透深度几乎为零。如果要大大提高震源的能量 ,除了技术上的难度外 ,代价也是非常巨大的。法国ＩＦＲＥＭＥＲ的科学家研制了一种深拖于海底的高分辨率混合地震采集系统 ,这一系统可在水深６０００ｍ以内采集到高分辨率地震剖面［１］。１Ｐａｓｉｓａｒ系统介绍Ｐａｓｉｓａｒ系统主要由震源、接收电缆和一个ＳＡＲ深潜器组成 (图１) ,ＳＡＲ是十…     

南黄海砂质海底反向声散射测量（6-24 kHz）

在南黄海某一典型的砂质海底区域，采用全向性声源和全向性接收水听器开展了频率范围为6-24 kHz的海底反向声散射测量。测量结果表明，在避免海面散射干扰并满足远场条件的情况下，本次实验获得了掠射角范围为18~80°的海底反向声散射强度，其数值为-41.1~24.4 dB。在有效掠射角范围内，声散射强度总体上随掠射角的增大呈现出增大趋势，但对于不同的频率，其变化趋势有所不同，反映出不同的散射机理。在20°、40°和60°掠射角处，在6-24 kHz的频率范围内反向声散射强度总体上呈现出正相关的频率依赖性，其线性相关斜率分别为0.2229 dB/kHz、0.5130 dB/kHz、0.1746 dB/kHz。在最大掠射角80°处，反向声散射强度未呈现出明显的频率相关性。     

西沙石岛风成碳酸盐沉积的早期成岩作用

西沙石岛风成碳酸盐沉积形成于晚更新世,正处于早期成岩阶段.通过薄片、扫描电镜、稳定碳、氧同位素、常量元素和微量元素分析,对石岛风成碳酸盐岩的早期大气淡水成岩作用进行了研究.发现石岛风成碳酸盐沉积的早期成岩固结主要在大气淡水作用下完成,其中蒸发成岩作用在初始固结中可能起着主要作用;在大气淡水作用影响下,部分碎屑颗粒发生溶蚀和新生变形,新生的微亮晶低镁方解石(5 ～15 μm)镶边胶结在颗粒及孔隙周围,并成为主要的胶结物;而作为大气渗流带和潜流带典型产物的亮晶胶结物则很少占据主导地位.海水成岩作用主要表现为对早期成岩作用的改造,会造成锶、镁含量的增高,但影响范围仅止于浅表层,而且对δ13C和δ18O值的影响微弱.生物化学作用可能参与了古土壤中灰质壳与根管石的形成,但在风成碳酸盐沉积的整体成岩上不具意义.大气淡水成岩作用会造成石岛风成碳酸盐岩δ13C和δ18O值的降低,并使碎屑发生新生变形而导致锶、镁的淋溶.成壤风化作用会导致Al、Fe、Mn、Y、Cr元素在古土壤中明显富集,其中Al、Fe、Mn的富集与成壤风化作用有关,而Y、Cr元素则可能源于长期暴露引起的风尘或火山灰的相对富集.     

南黄海海底沉积物声学特性及其影响因素试验研究

利用自南黄海中西部海底取回的沉积物样品,对其声学特性及其影响因素进行了试验研究,结果显示,研究区海底沉积物的压缩波速为1.359 ~1.695 km/s,剪切波速为12.5 ~70.9 m/s;颗粒较细的沉积物与较低的压缩波速、剪切波速对应,主要集中在研究区东侧水深较深处;沉积物的物理力学性质对其压缩波速、剪切波速的影响较显著,沉积物的温度和换能器的频率对上述声学两参数也具有一定的影响,而沉积物的包含物及薄夹层等影响声波传播的理论计算结果。给出了研究区海底沉积物物理力学各参数与压缩波速、剪切波速之间的回归方程,以期为国防、工程提供基础资料。     

多波束资料在胶州湾口海底节理构造研究中的应用

利用2004年5月在青岛胶州湾口获得的高分辨率多波束资料(水平分辨率0.5m×1m,垂向分辨率0.2m),研究了该区海底节理构造及其分布规律,揭示青岛胶州湾团岛至薛家岛的研究区域中存在大量线性微地形,在海底地形图上表现为2组相交的“X”型线性阴影(一组为NE向,另一组为NW向),把整个海底切割成菱形格状。结合侧扫声纳探测等资料分析,认为这种线性微地形可能代表了海底出露的节理(裂隙)微构造。     

海底热液多金属硫化物分布及控矿因素

基于最新公布的全球热液矿点数据讨论了海底热液多金属硫化物矿体形成的构造环境,探讨了深部岩浆活动、断裂构造以及沉积物盖层等控矿因素对洋中脊多金属硫化物矿体成矿的影响。研究结果表明:海底热液多金属硫化物矿点主要分布于离散型板块边界和汇聚型板块边界;深部岩浆活动和断裂构造是洋中脊热液多金属硫化物成矿最主要的控矿因素;快、慢扩张洋中脊环境深部岩浆活动和断裂构造的差异导致在海底形成了不同规模的多金属硫化物矿体。对认识海底热液多金属硫化物矿床分布与成矿规律、以及开展海底多金属硫化物资源勘查具有一定的指导意义。     

南黄海中部海底沉积物原位声速与物理性质相关关系

基于在南黄海中部获得的海底沉积物原位声速数据,分析讨论了原位声速与密度、含水量、孔隙比、孔隙度等沉积物物理性质参数的相关关系。通过回归分析建立了海底沉积物原位声速预测方程。结果表明,原位声速与上述物理参数之间具有良好的相关性,相关系数r均大于0.93。对比分析了原位声速预测方程与甲板声速预测方程的差异,两者最小相差15.8 m/s,最大相差31.3 m/s,平均差值约为22.6 m/s。将原位声速预测方程与其他研究者建立的声速预测方程进行了对比,结果表明不同声速预测方程存在明显差异,初步分析了存在差异的原因。     

1969年渤海Ms7.4地震发震断层的声学探测

发生于1969年的渤海M_s7.4地震是渤海海域惟一一个主震被现代仪器记录的大地震,对其发震断层的讨论争议颇多.2005~2008年,我们在主震震区进行了3个航次的高分辨率声学探测,获得了包括浅层单道地震、侧扫声纳以及CHIRP剖面等在内的数百公里综合地球物理观测资料.本文报道了对上述声学资料的研究结果.研究表明,在震区海底之下2~3 m发现了一条走向NE30°、长20 km、宽约3 km的微型凹陷带,地质时代为5000 a B.P.,沉积面的最大下凹幅度为1.5 m;在空间位置上微型凹陷带与BZ28断裂、余震活动分布基本一致,因此,微型凹陷带是BZ28断裂活动的结果,而A层底界的下凹变形则是1969年渤海7.4级地震活动的结果, BZ28断裂是该地震的发震断层.BZ28断裂呈NE30°走向,是郯庐断裂带的次级断裂,浅层地震剖面揭示其最新活动时间为全新世中晚期,根据地质时代以及断层的垂向位移量,计算得到BZ28断裂晚更新世以来的垂向活动速率约为0.05 mm/a,全新世为0.3 mm/a,具有活动强度增加的趋势.