流变学:构造地质学和地球动力学的支柱学科

地球是一动态系统,其各层圈的构造运动归根到底就是多矿物复合岩石在各种物理条件(例如,温度、围压、差应力、应变速率、应变方式等)下和化学环境(例如,氧逸度和水含量)中的形变。流变学作为研究岩石力学性质和变形行为的科学,现已成为地球动力学和构造地质学的支柱学科。本文对国际上近年来岩石流变学的最新进展做些扼要的介绍,呼吁中国固体地学界加强流变学的研究,做出经得起时间淘洗、实践检验的原创性成果来,使中国的构造地质学研究迈进国际先进的行列。     

侧向挤压下粘土破裂实验及其地质含义

长期以来,许多学者(Chang,1984,1950;张文佑、钟嘉猷,1965;Tschlenko,1967)用粘土、松散材料或岩石做变形试验,研究破裂的形成和发展的特点,并与野外观察到的节理或破裂进行对比,取得了很大进展。诸如材料变形初期出现的吕德氏线、破裂的共轭性与褶皱构造的空间展布规律性、破裂形成过程从剪切开始到张性破裂完成(张文佑等,1983,1975),以及根据破裂的产出探讨区域构造应力场,从全球性断裂组系追溯岩石圈动力学和地壳运动力源等等。     

煤岩的显微构造特征及其与瓦斯突出的关系——以南桐鱼田堡煤矿为例

煤瓦斯突出与煤岩显微结构构造密切相关。除部分显微结构构造与成煤阶段的环境等有关外,大部分都是构造变形的结果。因此,我们从构造变形类型和特点来划分煤岩显徽构造类型,既简便又利于应用。根据四川南桐鱼田堡煤矿4号及6号煤层的扫描电子显微镜研究,可将煤岩划分成5类:非构造煤、微裂隙煤、微劈理煤、碎裂构造煤和糜棱构造煤。文中详述了各类煤的特点,指出它们所代表的构造意义,并讨论了它们与瓦斯突出的关系。还特别提出糜棱构造煤的一系列塑性变形特征。得出结论:若其他条件均具备,有糜棱构造煤产出的地段,就可能是瓦斯突出最危险的部位。此外,根据观察煤瓦斯突出后的煤岩显微构造变化,提出有关瓦斯突出的过程,并探讨了煤瓦斯突出机理。在瓦斯突出过程中,已经历过塑性变形的煤岩又叠加了脆性变形,因而发生大量煤“粉尘”随突出而抛出。     

哀牢山—红河构造带古新世以来多期活动的构造和年代学证据

哀牢山—红河构造带哀牢山段可划分为东部高级变质带和西部低级变质带。构造分析表明:该构造带由3个不同变形域组成,可能代表其经历的3期左行走滑。第1期走滑发生在整个高级变质带,为拉张性左行走滑,形成角闪岩相L型构造岩。第2期走滑形成高级变质带中的高应变带,变形体制接近简单剪切,形成绿片岩相L-S型糜棱岩。第3期主要发生在低级变质带,为挤压性走滑,形成左行逆冲构造格局,并形成低绿片岩相千糜岩。地质年代学数据证明,3期左行走滑的形成时代分别是:距今58~56Ma、27~22Ma和13~12Ma±。哀牢山—红河构造带第1期左行走滑可能对应于印度与欧亚大陆距今60Ma左右的初始碰撞;第2期变形与青藏高原最强的挤压隆升期一致;第3期事件可能代表距今16~13Ma开始的青藏高原物质进一步东挤。哀牢山—红河构造带的3期主要左行走滑均发生在新生代印度与欧亚大陆的汇聚过程中。     

鲁西北西向断裂系与沂沭断裂带晚中生代演化关系及其动力学背景探讨

晚中生代是华北地块构造演化的转折时期。由出露于沂沭断裂带、鲁西地体、鲁东地体的中生代地层、岩浆,结合断裂活动年代学、区域地质等资料分析,可以将沂沭断裂带晚中生代构造演化划分出距今约160Ma、130～110Ma、90～80Ma等3个关键时期,并分别与左行压剪、左行张剪、右行压剪构造活动相对应。晚中生代沂沭断裂带与鲁西北西向断裂系间的几何学、运动学、年代学的共轭匹配关系表明,它们为特定构造动力学背景下形成的一组共轭断裂系。同时对鲁东地体晚中生代构造演化、鲁东北西向断裂系特征,以及沂沭断裂带、北西向断裂系晚中生代构造演化的动力学背景进行探讨。     

Spatiotemporal variations of water use efficiency and its driving factors in Inner Mongolia from 2001 to 2020

Water use efficiency (WUE) is an important variable to explore coupled relationships in carbon and water cycles. In this study, we first compared the spatial variations of annual gross primary productivity (GPP) and evapotranspiration (ET) using four GPP and ET products. Second, we selected the products closest to the flux towers data to estimate WUE. Finally, we quantitatively analyzed the impact of climate change and soil water content on WUE. The results showed that: (1) Four GPP and ET products provided good performance, with GOSIF-GPP and FLDAS-ET exhibiting a higher correlation and the smallest errors with the flux tower data. (2) The spatial pattern of WUE is consistent with that of GPP and ET, gradually decreasing from the northeast to the southwest. Higher WUE values appeared in the northeast forest ecosystem, and lower WUE values occurred in the western Gobi Desert, with a value of 0.28 gC m^?2 mm^?1. The GPP and ET products showed an increasing trend, while WUE showed a decreasing trend (55.15%) from 2001 to 2020. (3) The spatial relationship between WUE and driving factors reveal the variations in WUE of Inner Mongolia are mainly affected by soil moisture between 0 and 10 cm (SM0-10cm), vapor pressure deficit (VPD), and precipitation, respectively. (4) In arid regions, VPD and precipitation exhibit a major influence on WUE. An increase in VPD and precipitation has a negative and positive effect on WUE, with threshold values of approximately 0.36 kPa and 426 mm, respectively. (5) In humid regions, SM0-10cm, VPD, SM10-40cm, and SM40-100cm exert a significant impact on WUE, especially SM0-10cm, and weakens with increasing soil depths, these differences may be related to physiological structure and living characteristics of vegetation types in different climate regimes. Our results emphasize the importance of VPD and soil moisture in regional variability in WUE.     

印度与欧亚板块碰撞以来东喜马拉雅构造结的演化

在野外填图,构造观察及前人研究的基础上,本文识别并描述了东喜马拉雅构造结中的推覆断裂、正断裂及走滑断裂、背斜(形)和向斜(形)等构造类型,讨论了这些构造位置及与印度板块挤入,印支地块旋转的关系,还探讨了东喜马拉雅构造结对印度板块持续向北推挤下的特殊应变调节方式。在印度大陆部分,东喜马拉雅构造结由3个向外逐渐变新的构造结组成,即北东向的南迦巴瓦峰复式背斜、北西向的桑复式向斜及北东向的阿萨母复式向斜。上述3个构造结是协调印度板块的挤入、喜马拉雅弧的扩展及印支地块的旋转的构造。在欧亚大陆内部的冈底斯岛弧,在派区及阿尼桥走滑断裂协调下,高喜马拉雅结晶岩的基底挤入冈底斯岛弧内部,在大拐弯顶端形成向上的挤出构造。在南迦巴瓦峰构造结的北西侧,由于掀斜式抬升及重力滑动,使得冈底斯盖层与结晶基底脱耦,上盘盖层沿东久向北西方向滑动。在南迦巴瓦峰构造结北东侧,由于印支地块的挤出和旋转,形成一系列的北西向走滑断裂,如实皆断裂、嘉黎-高黎贡断裂、澜沧江断裂及红河断裂等。     

喜马拉雅中东部镜像均衡重力异常的形成研究

青藏高原南缘处于重力不均衡状态,由北向南可依次分为高原近重力均衡区、喜马拉雅山正均衡异常区和山前盆地负均衡异常区,正、负异常呈现壮观的镜像分布。本文选取喜马拉雅中东部的均衡重力异常数据,结合地貌高程、地壳厚度、降雨量、冰川及山前沉积等的分布状况,探讨地貌分异与均衡重力异常分布的相互关系。由上述资料获得3条跨越喜马拉雅山的综合剖面,结果显示喜马拉雅中东部正均衡重力异常的分布与冰川、河流等代表的地表剥蚀作用存在明显的空间耦合关系,而与降雨量无直接联系,山前盆地负均衡重力异常与沉积厚度的分布也存在很好的耦合。利用数值模型计算得到了喜马拉雅地区的均衡调整时间域在1 Ma左右的时间尺度内。通过与地貌响应时间域相对比,以及对地表剥蚀厚度的估计,认为山脉地区的正均衡异常主要由地壳厚度补偿不足引起(侧重Airy假说),而山前盆地的负均衡异常主要由低密度沉积层的分布引起(侧重Pratt假说),由于地貌响应时间快于均衡调整时间,在大约5～2 Ma以来,地壳的均衡调整始终延迟于山脉的持续剥蚀和山前的持续沉积,使得岩石圈朝着"反均衡"方向演变,最终形成了喜马拉雅现今壮观的镜像均衡重力异常分布。     

腾冲地块西缘那邦基性麻粒岩中石榴石Sm-Nd等时线年龄及其意义

石榴石 Ｓｍ  Ｎｄ 等时线法是近年来常用于较新年龄的测年方法。腾冲地块西缘新近发现的基性麻粒岩中石榴石和全岩的 Ｓｍ  Ｎｄ 等时线年龄为 １７～２５ Ｍａ, 是该麻粒岩经受后期变形变质作用的年龄, 与区内右旋走滑断裂活动时限相一致,为确证腾冲地区的右旋走滑断裂是印支地块逸出的西部边界提供了 Ｓｍ  Ｎｄ 等时线方法的年龄约束。并推断石榴石 Ｓｍ  Ｎｄ 体系的封闭温度较低, 应低于那邦变质基性岩晚期变质作用的６４０℃～７２０℃。