沂沭断裂带显微构造及变形叠加分析

本文主要论述了沂沭断裂带中碎裂岩的类型及特征、变形机制、变形叠加特征,并根据显微构造分析探讨了变形叠加期次及相应的断裂活动时间。      

沂沭断裂带及其近区的地震成因岩石新认识

将沂沭断裂带及其附近地区的地震成因岩石划分为四种类型,它们是具有地震成因构造的震积岩、震断层构造岩、震火山岩及隐爆地震角砾岩.前两类是构造地震的记录,而后两类是火山地震及隐爆火山地震的记录.由于震断层构造岩沿长期活动性断层分布,大多遭受了若干期强地震活动的改造,所以不易确定其最初的形成时期.因此,笔者重点对分布于沂沭断裂地震带及附近的其它三类地震成因岩石(包括震积岩、震火山岩和隐爆地震角砾岩)作了研究,论述了三类地震成因岩石的特征、时空分布、反映的地震作用机理及意义.认为:地震成因岩石不仅是强地震事件和激烈构造活动的记录;而且,因为由强地震形成的不同等级断层和裂隙构成了一个高渗透性的能够沟通不同深度石油和成矿流体的网络,所以深入研究地震成因岩石有助于完善大断裂地震带及近区的石油聚集与成矿理论.     

沂沭断裂带早期活动讨论

沂沭断裂带展布区域内不同地块的变质作用、岩浆活动和构造变形特征表明,在新元古代之前,区内发生过强烈的构造运动,但各地块的构造形迹不是在同一应力场作用下形成的,现存的沂沭断裂带各断裂均为脆性断裂,无继承性活动的迹象。因此,认为沂沭断裂带形成于新元古代之后。     

沂沭断裂带及其近区不同地质时期地震液化脉构造对比

在沂沭断裂带及其近区,已发现震旦纪石旺庄组、寒武纪馒头组、古近纪朱壁店组和沙河街组四个层位发育震积岩,它们均是具有地震液化脉构造和其它地震成因层内构造的震积岩层。通过对比与分析,确认不同地层层位的液化脉构造具有某些共同特征,这反映了不同层位的液化脉构造的成因具同一性。笔者认为将具有地震液化脉构造共同特征的前寒武纪“molar tooth构造”,称作“泥亮晶灰岩液化脉构造”为宜。     

沂沭断裂带早白垩世晚期伸展的低温年代学证据

沂沭断裂带(郯庐断裂带山东段)由4条断裂组成,其西部的两条分别称鄌郚—葛沟断裂和沂水—汤头断裂。横跨这两条断裂及夹持的中生代盆地,分别获得6个磷灰石裂变径迹数据,年龄分布在102~82Ma,封闭径迹长度集中在13.0~14.0μm。数据反演结果显示:隆起区在距今105~100Ma及约距今85Ma时有过两次快速冷却事件;这两条断裂所夹持的断陷区经历过快速沉降,达到最大古地温后,在距今85~60Ma快速抬升。结合区域地质背景资料,以及在沂沭断裂带附近南北向玄武岩脉及北西向断层的断层泥K-Ar年龄数据综合分析,认为沂沭断裂带在早白垩世晚期经历以伸展为主的左行张剪活动。     

沂沭断裂带莱州湾海域重力场特征

沂沭断裂带是郯庐断裂带的山东段,该断裂带不仅规模大,而且活动性强,具有"两堑夹一垒"的构造格架。利用实测1：20万海底高精度重力测量数据对沂沭断裂带莱州湾海域重力场特征进行了研究,采用欧拉反褶积、纹理分析等边界识别方法对数据进行处理解释,旨在对研究区进行构造格架的细化。根据重力场特征,推断断裂22条,以NE-NNE向和近EW向为主,推断沂沭断裂带4条主干断裂在莱州湾呈NNE向近平行舒缓波状展布;初步划分了3个三级构造单元,5个四级构造单元,12个五级构造单元;推断昌邑-大店断裂以西重力高反映了基底凸起,重力低主要反映了中、新生代凹陷,断裂以东重力高主要反映了早前寒武纪变质岩分布,重力低主要反映了中生代花岗岩体分布。     

沂沭断裂带内盖层的剪切变形及其构造意义

通过沂沭断裂带内晚元古代至古生代益层变形的详细研究，发现这套盖层遭受了明显的顺层左旋走滑剪切变形。这期盖层变形是与沂沭断裂带基底中北北东走向左行韧性剪切带同期形成的。它们是郯庐断裂带中生代大规模左行平移运动在不同层次上所造成的不同产物。这套益层的变形及其特征证明了郯庐断裂带大平移发生在中生代。     

沂沭断裂带南段莱阳群的发现及其地质特征

临沂至郯城－带青山群八亩地组火山岩之下存在大面积中生代陆相沉积。过去一直都划为王氏群。本文据其产出层位、岩石组合、古生物特征和区域对比关系，将其划分为莱阳群。     

基于深反射地震剖面的沂沭断裂带岩石圈精细结构

为揭示沂沭断裂带深部结构及发生—发展过程,查清断裂切割深度及对岩石圈地幔的破坏,探讨沂沭断裂带的构造组合样式、运动方式、地壳稳定性及其对资源环境的约束作用,研究团队于2019年在沂沭断裂带南段沂南—莒县附近布设了一条长约60 km的深反射地震剖面,系统采集了沂沭断裂带和两侧地块的地震数据,对沂沭断裂带深部岩石圈精细结构进行了解剖.结果显示,该区岩石圈结构在横向上表现为以沂沭断裂带为界的块状结构特征,地壳厚度约30.8～39.5 km;莫霍面总体呈西浅东深态势,并被西倾的沂水—汤头断裂(F2)和昌邑—大店断裂(F4)错断,垂直落差达10.5 km.与浅部"两堑夹一垒"的构造组合样式不同的是,沂沭断裂带在深部剖面上表现为由沂水—汤头断裂(F2)和昌邑—大店断裂(F4)向上延伸与分叉散开的多条断裂组成"双枝状"构造组合样式.断裂带内被断层切割的界面反射波多呈向上的拱弧形,其构造形迹具有伸展、挤压和走滑并存的特征,推断这些界面为层间滑脱构造,它们指示了沂沭断裂带"多层滑移"构造运动方式.该断裂带不仅切穿了近地表、壳内地质界面,F2、F4断裂还向下切割莫霍面,深入岩石圈地幔,是深达地幔的深大断裂构造带,为地幔热物质的上涌提供了通道,对中生代的岩浆活动和内生成矿具有控制作用.地震剖面西端的铜井金矿成矿与沿F2断裂上侵的铜井杂岩体关系密切;剖面东端的火山机构保存完整,没有明显构造破坏痕迹,据此认为沂沭断裂带左行走滑主要发生在早白垩世青山期以前,其后水平滑移量应不大.从区域地质分布及地震反演结果看,昌邑—大店断裂(F4)明显将山东省分割为鲁西和鲁东两个地质构造单元,因此将其作为区域地质构造分界线是合理的.本项研究结果进一步加深了沂沭断裂带深、浅部结构的认识,为分析研究沂沭断裂带的深部过程和浅部构造响应及对资源环境的影响提供了资料约束.     

从水系的分布形态探讨沂沭断裂带的运动特征

郯城-庐江断裂带是纵贯中国大陆东部,长达2 000 km以上的大断裂带。该研究利用DEM数据和ETM,以及谷歌卫星影像来分析郯城-庐江断裂带中段的沂沭断裂带周边的水系的几何分布形态特征。三维卫星图像解译和野外调查的结果显示：(1)沿断裂带周边发育的水系的几何分布形态主要受由F1-F4 4条主要断层所组成的沂沭断裂带构造所制约;(2)沿断裂带发育的水系不具有典型的走滑断层的系统化的同步转折和位错的变形特征;(3)沂沭断裂带东侧的F1和F2断裂是现今的活动断裂,而F3和F4断裂在第四纪基本没有明显的活动迹象;(4)F1和F2断裂以垂向运动为主,具有高角度的逆断层或正断层的运动特征。该研究结果显示沿断裂发育的水系地貌和几何分布特征可作为评价断裂的活动性和运动特征的地貌标志。     

沂沭断裂带及其近区地震事件地层的时空分布及意义*

沂沭断裂带纵贯山东省中部,属郯庐断裂带中段。在沂沭断裂带及其近区新元古代—新生代的沉积地层中,到目前,已识别出25个地震事件层位。这些地震事件层位的名称取自不同年代或年龄的含地震记录的岩石地层。大多数地震记录是震积岩,少部分为震火山岩,它们的时空分布支持该断裂带生成—活动与发展历史分2个阶段: 古郯庐断裂带阶段(新元古代—古生代)和中—新生代阶段。新元古代初鲁中至苏皖北部NNE向韧性剪切带的形成,沟通了秦岭大别与苏鲁洋间的NEE走向的转换断层,可能是沂沭断裂带或古郯庐断裂带的成因机制。在纵向上,古郯庐断裂带阶段形成了8个地震事件层位,其中5个地震事件层位较密集地分布于南华系至中下寒武统;中—新生代阶段形成了17个地震事件层位,其中12个层位较密集的分布于白垩系—古近系。因此,南华纪—早中寒武世、白垩纪—古近纪分别为2个发展阶段的强地震事件频繁发生时段。在这2个发展阶段,该断裂带地震活动的动力来源不同: 古郯庐断裂带阶段主要源于华北与华南板块的相向运动与碰撞;中—新生代阶段主要源于太平洋板块向欧亚大陆板块下俯冲。在横向上,有15个(占60%)地震事件层位分布在此断裂带内或由该断裂带内向两侧延伸,这体现了沂沭断裂带一直是研究区内发震构造的主体。所有地震事件地层分布于该断裂带纵中轴线两侧150~180,km以内的同沉积盆地,这证明该深大断裂带的两侧近区是强构造地震活动区。作者关于地震事件层位的时空分布的论述和图解,展示了该断裂带自形成以来的地震作用的过程与历史,清晰地勾绘出了这条长期活动地震带的影响范围,这不仅对分析此类深大活动断裂带及其附近由地震引发的软沉积物变形与地震作用具有重要意义,而且对评价此类地震带对地表和建筑物的地震破坏效应也具有重要意义。     

宁河地区地震探测结果与桐城断裂浅部结构特征初探

桐城断裂是一条对唐山地震有地壳形变反映的活动断裂,是沧县隆起与黄骅凹陷北部的分界线。本次研究在桐城断裂宁河跨断层场地采用浅层地震探测方法,布设了两条近南北向的浅层人工地震物探剖面,获得了两条反映不同深度的高质量叠加时间、深度剖面图,查明了目标断裂的结构特征。本次工作在研究区探测出7条断裂,发现桐城断裂是由多条主断裂和次级断裂组成的断裂带,但本次工作测线布设相对较短且探测深度有限,因此,通过总结相关部门专家和学者在研究区周边的地震探测成果,初步认为断裂带在浅部呈"花状",并向下呈汇聚趋势。另外,结合前人学者对研究区及周边的钻孔和地层研究工作,通过钻孔地层对比,认为桐城断裂是一条中更新世活动断裂。根据断裂上断点的准确坐标位置以及桐城断裂产状特征,发现宁河跨断层监测场地有效的对F2、F3和F4三条断裂进行了监控,并根据前人对研究区应力应变研究结果,认为宁河跨断层监测场地的巨幅形变反映了F2和F3两条断裂的垂直运动特征。但其形变特征与唐山地震的关系是需要进一步探索的。     

新元古代沂沭海峡地震引发的软沉积物变形及其微量元素信息*

新元古代沂沭海峡位于郯庐断裂带昌邑—大店断层西侧宽60~90,km、长300,km的区域内,其分布范围基本与郯庐断裂带中段一致。新元古代,该海峡盆地先后沉积了青白口系、南华系及震旦系的滨—浅海相陆源碎屑、泥质及碳酸盐沉积物,其岩石地层称之为土门群。本次研究从该海峡盆地土门群佟家庄组(由石英砂岩、泥灰岩和页岩组成,属南华系)、浮来山组(由细—粉砂岩夹页岩组成,属震旦系)及石旺庄组(主要由碳酸盐岩组成,下部夹页岩,属震旦系)中鉴别出了一系列地震触动软沉积物形成的变形构造,包括液化砂墙和砂脉、负载构造、火焰构造、球枕构造、软布丁构造、底辟构造、滑塌褶曲和同沉积断层等。它们是地震事件的记录——震积岩。新元古代中晚期(约800—600,Ma)沂沭海峡盆地拉张裂陷是它们形成的动力机制。根据石旺庄组中的微亮晶方解石脉与地震成因的变形构造(如负载、火焰、软布丁及同沉积断层等)共(伴)生的事实,并结合模拟地震试验结果分析,认为微亮晶方解石脉很可能是地震引发的饱和灰泥(方解石微粒)液化脉。微量化学元素分析结果表明,这些震积岩中的w(La)/w(Sc)和 w(La)/w(Th)值高于上地壳平均值和正常沉积层,而w(Th)/w(Sc)值则较低,深源微量元素Ni和Cr的含量也高于上地壳平均值及正常沉积层。这些微量元素特征是当时的盆地基底不稳定、快速沉积且伴有深部物质元素混入的反映,强地震很可能是快速沉积和促进深源物质混入的主要动力。土门群中发育的一系列地震引起的软沉积物变形(震积岩),再次证明了古郯庐断裂带的存在,由它们记录的地震事件也是晋宁运动乃至Rodinia超大陆的裂解的响应。     

New Early Cambrian Chordates from Haikou, Kunming

Two new chordates, Cathaymyrus haikouensis Luo et Hu sp. nov. and Zhongxiniscus intermedius Luo et Hu gen. et sp. nov. are studied in this paper. Both display numerous S-shaped myomeres on their trunk. C. haikouensis shows a long and slim body similar to that of Cathaymyrus diadexus Shu et al., Zhongxiniscus approaches to Myllokunmingia and Haikouichthys in the dorsal fin, but differs in the myomeres. Zhongxiniscus may be the intermediate form between Cathaymyrus and Myllokunmingia and Haikouichthys.     

寒武纪早期大气-海洋氧含量与生命大爆发

寒武纪早期(541~510Ma)地球环境与这一时期生命大爆发之间的关系一直是地球生物学研究的热点问题之一。本文系统总结了目前寒武纪早期大气-海洋氧含量与这一时期生命辐射之间关系的3种假说:大气-海洋的氧含量增加导致了寒武纪生命大爆发;寒武纪生命大爆发导致了大气-海洋氧化以及二者之间没有因果关系。3种假说均有相应的支持证据,但也存在与寒武纪早期海洋化学记录、与现代海洋观察不符和上述假说均未考虑寒武纪早期生命演化所展示的时空差异性等问题。在上述3种假说的基础之上,本文通过对寒武纪构造活动、陆源输入、海洋化学和生命演化等最新资料的综合讨论和分析表明:寒武纪早期地球环境与生命辐射之间很可能是相互作用与协同演化关系,而非简单的单向关系。     

Tectonic Taphrogenesis and Paleoseismic Records from the Yishu Fault Zone in the Initial Stage of the Caledonian Movement

The Yishu fault zone (mid-segment of the Tanlu fault zone) was formed in the Presinian. Periodic tectonic activities and strong seismic events have occurred along the fault zone. During the initial stage of the Caledonian Movement, with the proceeding of the marine transgression from the Yishu paleo-channel to the western Shandong, uneven thick sediments, composed mainly of sand, mud and carbonates of littoral, lagoon, and neritic facies, were deposited in the Yishu fault zone and western Shandong, and constructed the bottom part of the Lower Cambrian consisting of the Liguan and Zhushadong formations. Through field observations and the lab-examinations, various paleoseismic records have been discovered in the Liguan Formation and the Zhushadong Formations of the Yishu fault zone and its vicinity, including some layers with syn-sedimentary deformation structures that were triggered by strong earthquakes (i.e. seismite, seismo-olistostrome, and seismo-turbidite). Paleoseismic records developed in the Zhushadong Formation are mainly seismites with soft-sediment deformation structures, such as liquefied diapir, small liquefied-carbonate lime-mud volcano, liquefied vein, liquefied breccia, convolute deformation (seismic fold), graded fault, soft siliceous vein, and deformation stromatolite, as well as seismites with brittle deformation structures of semiconsolidated sediments. Paleoseismic records preserved in the Liguan Formation are not only seismo-olistostrome with a slump fold, load structure, and ball-and-pillows, but also seismo-turbidite with convolution bedding, graded bedding and wavy-bedding. However, in the western Shandong area, the closer to the Yishu fault zone, the greater the thickness of the Liguan Formation and the Zhushadong Formation, the greater the number and type of layers with paleoseismic records, and the higher the earthquake intensity reflected by associations of seismic records. This evidence indicates that tectonic taphrogenesis accompanied by strong earthquake events occurred in the Yishu fault zone during the initial stage of the Caledonian Movement, which embodied the break-up of the Sino-Korean Plate along the Paleo-Tanlu fault zone at that time.     

浙西下寒武统大陈岭组地震液化脉微量元素特征研究

地震液化脉是地震作用引起的软沉积变形的重要构造之一,前人对脉体形态学和动力学做了大量的研究工作,但对其成因的微观地球化学行为研究较少。笔者采取开化裴岭脚剖面2期地震事件沉积的3套地震液化脉层样品21块,分别对其脉体和含脉体围岩做了微量元素分析。结果显示,液化脉中Cs、Ba、Th、Zr、Hf、Cr、Rb、Nb等反映陆源性质元素明显高于含脉体围岩,而Sr、Y、Ni反映海相沉积特征元素则表现为含脉体围岩高于脉体。通过对V、Mo富集度和微量元素特征参数Sr/Ba、Th/U等的综合研究,发现液化脉体表现为氧化环境,含脉体围岩为还原环境,且脉体和围岩均具有淡水作用特点。研究认为,早寒武世大陈岭期白云质灰岩沉积过程中有蚀源区陆源碎屑物的补入;在地震突发振动力作用下,富含水的软沉积层液化泄水,因化学沉积物和碎屑沉积物性质的差异,塑性碳酸盐沉积物随水部分流失,使得单位体积内碳酸盐沉积含量低于围岩,导致脉体中更富陆源物质;地震事件沉积层属潮上带,特别是地震液化泄水后期至成岩期,含地震液化脉沉积层曾暴露地表,受后期陆源物的再补给及大气降水淋滤蚀变作用影响,表现为古气候和古盐度异常,为浙西大陈岭组浅水沉积提供了地球化学的证据。