柴北缘骆驼泉剖面新生代地层磁组构特征及其构造意义

青藏高原东北部新生代构造演化对理解高原隆升和变形模式具有重要意义, 而目前对于该地区挤压应力方向转变过程仍存在很大争议.本文对柴北缘逆冲带北西部骆驼泉剖面新生代地层开展系统磁组构(本文特指磁化率各项异性)研究, 以揭示该地区挤压应力方向的转变特征.系统岩石磁学结果表明, 骆驼泉剖面新生代样品中主要磁性矿物是顺磁性组分和赤铁矿以及少量磁铁矿.通过对磁组构特征分析及其与古水流方向对比表明, 骆驼泉剖面新生代地层磁组构主要为初始变形磁组构, 可用于指示沉积成岩时期的挤压应力方向.磁组构结果揭示, 骆驼泉地区挤压应力方向在上干柴沟组下部沉积时期为NNE-SSW向, 而上干柴沟组上部和油砂山组沉积时期转变为NE-SW向.结合柴北缘逆冲带已有磁组构结果指出, 该地区早期N-S向或NNE-SSW向挤压应力可能与印度—欧亚板块早新生代以来近N-S向碰撞挤压过程有关, 指示印度—欧亚碰撞的挤压应力自下干柴沟组下部沉积时期就已传播至高原东北部地区; 而后期NE-SW向挤压应力方向与该地区现今GPS揭示的上地壳运动方向一致, 可能与该时段高原东北部巨型走滑断裂构造体系(尤其是阿尔金断裂)有关.此外, 柴北缘逆冲带新生代挤压应力方向转变在其北西部起始于上干柴沟组下部沉积时期, 而南东部起始于上油砂山组下部沉积时期, 与地震反射剖面揭示的断裂活动等地质证据共同揭示柴北缘逆冲带新生代的构造活动自靠近阿尔金断裂的北西部向南东部传播和扩展.综合分析青藏高原东北部地区挤压应力方向转变和其他地质证据发现, 挤压应力方向转变显示出自柴北缘逆冲带北西部向东、西和南向扩展特征, 与阿尔金断裂在上干柴沟组下部-上油砂山组下部沉积时期剪切应力集中于断裂本身, 而上油砂山组下部沉积以来开始散布于高原东北部内部地区的两阶段走滑活动相关.

     

细粒碎屑岩的常温和低温磁组构:以秦岭造山带白垩纪徽成盆地为例

盆地内细粒沉积物的磁组构特征可以记录盆地发育演化的关键构造信息.然而,反转盆地内细粒沉积物的磁组构有何特征,其与盆地发育和反转变形有何关系,目前仍需要深入探索.针对这一问题,本文以东、西秦岭分界处的白垩纪徽成盆地为例,在野外构造观察的基础上,对该盆地内的细粒沉积岩,特别是同沉积断层附近的细粒沉积岩（包括生长地层）,开展了系统的岩石磁学、常温和低温磁组构研究.野外观察表明,徽成盆地白垩纪地层内发育了大量NNE走向的正断层,邻近断层的局部区域可见露头尺度的生长地层.盆地内细粒沉积物的磁化率值总体较低,岩石磁学实验表明,磁化率主要由顺磁性矿物控制,但也含有少量磁铁矿和赤铁矿等铁磁性矿物的贡献.常温和低温磁组构特征都表明,徽成盆地白垩纪地层内透入性的发育了NWW-SEE向的磁线理,与主要的（同沉积）正断层垂直或高角度相交,并显示出初始变形组构的特征,记录了盆地发育时以NWW-SEE向拉张为主的古应力信息.这一伸展应力场与控制徽成盆地发育的文县—太白断裂带呈锐夹角,表明断裂带在盆地发育时以左行走滑伸展为主.此外,与常温磁组构相比,低温磁组构显著提高了顺磁性组构的信号强度,突显了磁组构的优势方位,可以更为有效的反映岩石组构和应变信息.尽管徽成盆地白垩纪地层经历多期次构造变形,但其初始变形组构并未明显改造,为解析盆地构造属性提供了重要信息.

     

南大巴山前陆褶皱带荆竹坝—石窝剖面磁组构特征及其对构造演化的制约

通过野外构造观测、岩石磁学与磁组构综合分析,本文研究了南大巴山前陆褶皱带荆竹坝—石窝剖面的叠加构造特征及其形成演化.从北东向南西,剖面构造变形总体呈减弱趋势,褶皱轴面总体倾向北东,大尺度褶皱枢纽均以小角度向北西倾伏.古应力分析显示最大主压应力为北东—南西向,反映以南大巴山的推覆为主.剖面J3之前的采样层位主要表现为变形组构,而J3-K1的采样层位则表现为初始弱变形组构.磁线理呈NW-SE向的优势方位,与剖面主构造线基本平行,主要反映来自南大巴山的推覆挤压.剖面发育特殊磁组构：①磁面理与地层面斜交,主要与褶皱作用中的平行层简单剪切相关;②磁线理均不同程度斜交于地层走向,指示构造叠加背景.沿剖面北东向南西区段Kmin的倾伏角随构造变形强度减弱而增大,据此相关性可将Kmin的倾伏角作为判别弱变形沉积岩变形强度的标志.本文认为,在晚侏罗世以南大巴山的推覆为主而米仓山短轴背斜与川东褶皱带挤压次之的联合作用使南大巴山前陆褶皱带具有构造叠加特征,之后的早白垩世仍主要表现为南大巴山的推覆,而其他两个方向的挤压较之前相对较弱.该结果也反映了秦岭J3-K1陆内造山作用及燕山期雪峰陆内构造变形的影响,为探索陆内构造与陆内造山的大陆动力学提供了佐证.     

韩城断裂带NE段构造应力特征

断裂带的区域构造应力特征是研究其活动性的重要依据。在应变指示计较少的弱应变地区,磁组构是有效可选的手段。在韩城断裂带1/5万活动断层填图工作的基础上,对断裂带NE段的上峪口、渚北庄与邵家岭剖面进行了系统的岩石磁组构研究。结果表明,该区域三叠纪岩石样品磁化率椭球体以"扁球型"为主,表现出弱变形组构的典型特征。磁化率椭球体最大轴Kmax沿NWSE向与最小轴Kmin沿NE-SW向的分布趋势,以及断层两盘明显的差异性垂直运动、断层划痕与河流扭曲等野外证据,反映出韩城断裂带NE段受控于NW-SE向的拉张应力,兼有相对较弱的NESW向的水平挤压应力作用。断裂带不同地方的应力状态也存在一定的差异,研究区的上峪口与渚北庄剖面受到的水平挤压应力相对较弱;邵家岭则表现出较强的挤压应力作用。但邵家岭剖面大多数样品仍然落于"扁球型"区域内,可能说明在拉张应力控制的构造单元,即使挤压应力较为明显,沉积岩中的"拉长型"磁组构仍难以形成。     

勉略构造带康县区段磁组构特征及其构造意义

野外研究表明勉略构造带康县区段的两期主要构造变形特征:早期以较深层次的韧性变形为主,晚期为较浅层次的脆-韧性变形;表现为早期发育的紧闭褶皱、透入性面理,被晚期的褶皱以及脆性断层所截切、改造.磁组构主要反映晚期构造变形特征,样品磁化率各向异性度(PJ)总体较高,为强变形类型;T、E反映挤压、剪切为主的应变特征,与Flinn图解结果一致;两组磁面理均值为344°∠40°和179°∠61°,在平面上呈共轭状出露,锐角平分线近东西向,暗示了构造带内南北向挤压伴随着近东西向的走滑;磁线理倾角总体较小,近东西向展布;高角度磁面理以及占优势的低角度磁线理指示了挤压兼走滑的变形机制,部分高角度磁线理与逆冲作用有关.最小磁化率显示出晚期近南北向的应力方向.结合野外构造解析认为,晚期挤压兼右行走滑构造变形反映西秦岭逆冲推覆构造在碧口地块的阻挡下发生右行斜向逆冲,并暗示碧口地块相对向西逃逸.     

磁组构与构造变形

磁组构通常指磁化率各向异性,即AMS（Anisotropy of Magnetic Susceptibility）,是一种重要的岩石组构,是弱变形沉积岩地区灵敏的应变指示计.近年来,AMS在造山带及前陆地区的广泛应用为构造变形研究提供了极大的帮助,同时提升了该方法的理论认识.本文在研读最新相关文献与著作的基础上,结合笔者及研究团队在龙门山地区获得的磁组构研究成果,综述了磁组构在沉积岩地区构造变形研究中的应用进展,并基于现有的研究认识对关键问题进行讨论,提出以下几点认识：（1）磁性矿物分析是AMS研究的关键,应结合多种岩石磁学实验及光学与电子显微构造研究手段展开详细的磁性矿物学分析;（2）磁化率椭球与应变椭球的对应主轴在绝大多数情况下相互平行,但在不同期次、不同种类复杂的磁性矿物组成,或者多期次构造变形的影响下,AMS与应变的关系相对复杂,应比对高场和低温AMS及非磁滞剩磁各向异性（AARM）测试结果,获得不同矿物的优选定向特征,并对获得的组构进行分期;（3）AMS可以揭示造山带及其前陆地区的构造演化历史,并且是分析断层相关褶皱的有限应变特征和变形机制的重要方法,同时也是厘定断裂带变形性状和期次及运动学分析的有效手段;（4）磁组构形成于成岩作用早期或构造变形的最早阶段,能很好地记录褶皱和逆冲作用之前的平行层缩短变形,因此可以揭示同沉积阶段的古构造应力方向.后期足够强烈的构造变形能局部改造或彻底掩盖先存AMS记录,构造流体有关的同构造期结晶矿物或先存矿物的重结晶导致的再定向被认为是其根本原因;（5）斜交磁线理是一种特殊的磁组构类型,反映了区域构造叠加或多期构造变形作用或隐伏斜向逆冲等可能的构造过程,有必要结合多方面的地质证据对其成因作出合理解释.

     

岩石磁组构对剩磁稳定性的制约探讨: 以印支地块中生代碎屑岩和拉萨林周盆地设兴组红层为例

岩石磁组构因能提供磁性矿物晶体形状、排列方式等赋存信息而被广泛应用于判别岩石剩磁是否受到了后期构造应力的显著影响; 但常规岩石磁化率各向异性(AMS)是否能够准确限定岩石剩磁的稳定性, 目前尚无深入探讨.本文以印支地块Nakhon Thai盆地中生代Nam Phong、Phu Kradung和Phra Wihan组三套碎屑岩样品及拉萨地块林周盆地设兴组红层样品为例, 通过岩石磁化率组构和剩磁组构的对比分析发现, 尽管Nam Phong组绝大多数样品和Phu Kradung组全部样品的AMS组构显示其具有铅笔状至强劈理过渡型构造变形组构特征, 但高场等温剩磁各向异性(hf-AIR)显示其高矫顽力赤铁矿所携带的特征剩磁组构仍具有典型沉积组构特征, 表明其以赤铁矿为主的载磁矿物未遭受后期构造应力的显著影响, 仍然能够准确记录岩石形成时期的古地球磁场方向.另一方面发现有且仅有剩磁组构才是判别碎屑沉积岩特征剩磁是否遭受了后期构造应力影响的充分必要条件.也就是说, 如果岩石剩磁组构(如以赤铁矿为主要载磁矿物的岩石hf-AIR组构)指示其原始沉积组构已被构造组构显著叠加或取代, 则必然说明该岩石剩磁方向已受到构造应力的作用而发生了显著偏转, 因而不能直接用于构造演化和古地理重建等块体运动学研究.

     

岩石磁组构可以揭示应变吗？——以华南地块早三叠世灰岩为例

一般认为磁组构能有效地反映岩石所经历的应变特征.为了研究不同类型的磁组构和不同期次应变之间的关系,对来自华南地块两个地区的早三叠世灰岩样品进行了岩石磁学、磁组构以及应变特征的对比分析.来自湖北通山县的样品经历了三期构造变形,这为解析磁组构和多期次应变提供了理想的机会.岩石磁学结果显示携磁矿物主要为磁铁矿.磁化率各向异性（AMS）和非磁滞剩磁各向异性（AAR）结果显示其最小轴与层面垂直,最大轴和中间轴分布于层面内,反映了沉积和压实作用产生的应变,而后期构造应变在磁组构中没有体现.来自广东连县的样品发育有渗透性压溶缝面理和方解石脉,说明经历了构造应变.AMS结果没有显示占优势的组构方向.AAR结果显示三轴组构,其最大轴分布于最大应力方位,与构造应变特征吻合,最初的压实组构被构造应变组构所代替.上述结果表明：（1）AAR可以很好地反映渗透性应变的特征,而AMS有时会失效;（2）应变的尺度要小于样品的尺度,磁组构才能有效地反映应变.     

甘肃北山地区岩石磁组构特征及其构造意义

甘肃北山地区岩石磁组构特征是磁各向异性度P值大,反映该区总体韧性剪切变形强烈磁椭球扁率E＞0占优势,磁面理发育,部分样品磁线理发育,反映变形以压扁变形为主;但局部剪切拉伸变形明显,最小磁化率轴投影显示变形主压应力为近南北向为主.矿化蚀变的糜棱岩中P值与金品位呈反相关,说明矿化蚀变的热液作用削弱了岩石中已经形成的磁化率各向异性,反映出矿化蚀变晚于构造变形的时序关系.这与该区处于塔-哈两板块碰撞带的大地构造位置以及碰撞带的变形性质、变形样式、变形动力学和运动学,以及成矿作用的特点是相吻合的.     

沂沭断裂带中段基底韧性剪切带

在沂沭断裂带中段的泰山群结晶基底中,存在着一系列北东、北北东走向的左行韧性剪切带。对其中发育糜棱岩的韧性剪切带的结构构造、应变测量、变形岩石的显微构造、显微组构以及长石粒度和含量的变化规律进行了观测分析。讨论了韧性剪切带的变形条件和机制。及其递进发展的趋势。指出基底韧性剪切带是沂沭断裂带元古宙时期断裂活动时在地壳较深层次上形成的构造表象。在此基础上,讨论了地壳不同层次上的断裂变形及断裂岩石的综合分类问题     

阿尔金断裂东端的旋转构造及其动力学意义

在阿尔金主断裂与祁连山北缘断裂的交汇部位，发育一个反时针旋转构造——照壁山旋转构造，它是新构造运动期阿尔金断裂左行走滑运动的结果。结合前人资料，对照壁山旋转构造变形及其发育过程进行了初步分析，认为阿尔金断裂与祁连山北缘断裂的构造转换是通过旋转构造变形来实现的。沿阿尔金断裂一系列旋转构造的存在和青藏高原东北缘旋转构造的发育表明，伴随青藏高原北部物质绕喜马拉雅东构造结的顺时针旋转运动，使旋转构造成为高原北部边缘带转换、吸收构造变形的重要表现形式。     

1786年康定地震形变特征的初步研究

本文对鲜水河断裂带南东段,康定断裂地震的形变带进行了分析。认为,地震形变带主要由发育于地形斜坡上的线性坡中槽或垄岗组成。形变带具分段特点,单条长850—1500米,呈右阶“斜列式”展布,中段(极震区)一带为现状型。其中的破裂面具正断兼扭动特点。空间特征上,坡中槽一侧的交替上升变化是依次、轮换出现的,它是地震断层运动屈曲作用(Fault buckling)导致地表变形的反映。这种形变现象与该带北西段(炉霍段)走滑型地震的形变带相比有明显的差异,也表明鲜水河断裂带北西、南东两段的地震破裂方式是不尽相同的,它为同一走滑带不同地段运动特征的差异提供了证据。     

新疆及周缘构造破裂特征及地震序列类型

横亘新疆境内的天山及其周边的西昆仑、阿尔金和阿尔泰是中国大陆著名的强构造运动区和地震活动带。在对新疆构造区应力环境、动力过程、断层运动变形特征和地震序列分析讨论的基础上,对新疆及其周缘主要构造区地震破裂方式和序列类型进行研究,得出如下结论:(1)西昆仑构造区受来自青藏块体和塔里木块体NS和NW向水平压应力和垂向力的作用,构造运动呈现出走滑与逆冲特征,震源破裂以走滑型为主,数量较少的逆断型地震主要分布在西昆仑帕米尔一侧的深震挤压区,正断型地震主要出现在西昆仑与阿尔金交汇的拉张盆地及附近。该区主余型地震占63%,6级以上地震序列也存在多震类型。(2)阿尔金断裂带位于西昆仑北缘断裂和北祁连断裂过渡带,受青藏块体向北和向西的推挤,断裂本身的左旋位移量通过两端逆冲挤压而转化,使得青藏高原北边界不断向外扩展。在此力源下,阿尔金断裂带震源破裂以走滑为主,也有少量的逆冲型地震。地震序列中主余型和孤立型地震占比相同(占44%)。(3)在印度板块和亚欧大陆碰撞效应影响下,天山地区产生近NNE向水平压应力,构造运动显现出带旋性特征的逆冲和走滑,震源破裂方式与之相吻合。而天山构造大跨度的空间展布、扩展形式的多样性和地震破裂的两重性,又影响到地震序列类型的多样性,使得主余型、孤立型和多震型地震在不同构造部位呈现优势分布。(4)阿尔泰的构造运动可能受到了来自印度板块与亚欧板块碰撞的远程效应和西伯利亚块体南向运动的双向影响,形成NNE和SW向水平挤压力,主要大型发震断裂做右旋剪扭错动,而一些深断裂则以逆冲运动为主。震源破裂呈现出走滑(占64%)和部分的逆冲(占27%),6级以上地震序列主要为主余型,5级左右地震则多为孤立型。     

关于阿尔金北缘活动断裂带运动方式的转变机制的讨论

通过对构造变形、构造空间展布关系、断面产状变化以及构造应力场等的综合分析研究认为,阿尔金北缘活动断裂带在第四纪内的运动方式经历了由挤压逆掩为主（早更新世—中更新世初期）到左旋走滑兼具挤压逆冲（中更新世中、晚期）直至纯左旋走滑运动（晚更新世—现今）的逐渐转变过程．作用于这种转变,研究区内区域构造应力场的演变大致可以划分为三期,其主压应力轴方向由老至新依次为近南北向、北北东向和北东向．构造应力场和断裂带运动方式的这些变化主要是由于印度板块持续向北推挤导致青藏高原内部次级块体向东滑动、岩石圈物质向东流展而造成的．     

青藏高原东缘虎牙断裂带南北段运动方式差异性机理：来自数值模拟的约束

虎牙断裂带作为青藏高原物质东向扩展的前缘断裂之一,其运动方式和强震活动类型表现出显著的南北差异.研究虎牙断裂带运动方式的差异性机理,对于认识地震发生机制与高原东向扩展模式有着重要意义.本文构建包含虎牙断裂带的三维黏弹性有限元模型,研究介质流变性差异与断层几何形态对区域地壳变形及断层三维滑动速率的影响.数值实验结果表明,在青藏高原物质东向挤出的动力学背景下,在虎牙断裂带南段,中下地壳介质流变性横向差异控制着断层以逆冲性质为主的运动,且随着中下地壳断层两侧流变性差异的增大,断层西侧物质的水平运动更易发生向垂向运动的转换.在断层两侧流变强度差1~2个数量级时,断层倾向滑动速率与走向滑动速率的比值达3.3~4.0,表现出显著的逆冲运动,与松潘—平武强震所反映的断层运动特征基本一致.相反,在断裂带北段,考虑断层两侧中下地壳较小的流变性差异时,断层即表现出明显的逆冲运动,这与九寨沟M_S7.0等强震反映的断层以走滑性质为主的运动明显不符,表明虎牙断裂带北段可能不存在中下地壳介质流变性的横向差异,断层以走滑为主的运动方式主要受断裂带几何展布控制.研究结果为认识青藏高原东缘同一构造区内断层运动方式差异与发震机制以及高原东向扩展模式提供了理论依据.

     

阿尔金构造系晚更新世中晚期以来的逆冲活动

在阿尔金构造系中,阿尔金走滑断裂具有逆冲分量。文中将阿尔金构造系的逆冲活动分为西、中、东3段描述。西段从阿依耐克至车尔臣河河口,阿尔金南缘断裂具有逆冲活动迹象,在山前发育了规模较小的逆冲断层,有较新的地貌面被错动;中段从车尔臣河河口至拉配泉一带,在阿尔金山北缘发育大规模的逆冲断层,有较新的地貌面被错动;东段从拉配泉至宽滩山,逆冲断层有2种形式,此段阿尔金北缘断裂有逆冲分量,同时在阿尔金山北缘及山前冲洪积扇上发育逆冲断裂。自晚更新世中晚期以来,中段及东段逆冲速率<2mm/a。中段西部江尕拉萨依地区自16kaBP以来逆冲速率约为0.33mm/a,中部米兰桥一带自32kaBP以来的逆冲速率约为1.42mm/a。东段最大的逆冲速率在近中部的团结乡,自约5.31kaBP以来达到约1.81mm/a,向东西两端有减小的趋势,在西部柳城子自约72.36kaBP以来的逆冲速率为0.57mm/a,而东端的红柳沟自约8.99kaBP以来仅为0.05mm/a。团结乡地区约自19kaBP以来,逆冲活动有增强的趋势     

最新GPS数据揭示的东构造结周边主要断裂带的运动特征

最新GPS观测资料研究表明喜马拉雅东构造结周边主要断裂带在不同构造部位其运动特征不同.雅鲁藏布江断裂总体表现为右旋挤压运动,东构造结以西走滑速率为2~4 mm/a、挤压速率为1~4 mm/a,东构造结附近走滑速率为6~7 mm/a、挤压速率为1~4 mm/a;嘉黎断裂带从东构造结以西的右旋走滑运动,到东构造结附近的弱右旋走滑运动,转变为东构造结东南部的左旋走滑运动,走滑速率分别为4~6 mm/a、1~2 mm/a和3~5 mm/a.怒江断裂带在构造结以西主要为挤压运动,运动速率1~2 mm/a;在东构造结及其东南部则表现为右旋挤压运动,走滑速率为2~3 mm/a、挤压速率1~2.5 mm/a.以上结果表明,尽管东构造结形成于中生代,但现今对周边主要断裂带的运动仍有一定的影响;嘉黎断裂带东南段可能不是青藏高原右旋剪切带的南部边界.     

龙门山南段山前天全-乐山剖面磁组构研究及其对新生代构造变形的指示意义

四川盆地西南部西侧为龙门山冲断带,南面紧挨川西南褶皱带,其新生代构造变形特征对于认识青藏高原东南缘的变形机制具有一定的指示意义.磁组构是一种灵敏的应变指示计,在变形微弱的沉积岩地区尤为适用.本文在雅安-乐山剖面选取12个采样点进行磁组构分析,结合已有的天全-雅安飞仙关剖面的27个采样点数据,综合讨论川西南地区的构造变形特征.所有采样点的磁组构测试结果显示出3种弱变形的磁组构类型:沉积磁组构、初始变形磁组构和铅笔状磁组构.雅安-乐山剖面采样点的磁线理绝大部分为北东-南西走向,和龙门山南段的整体延伸方向一致,表明四川盆地西南缘新生代构造变形主要受控于龙门山的构造作用.飞仙关剖面的磁组构测试结果显示44%的采样点表现出磁线理和地层走向斜交的特征,由初始变形磁组构演变而来,并且所有异常磁组构仅局限在断层上盘,本文认为这是雅安地区新生代期间局部逆时针旋转引起变形叠加的结果.