北京密云北石城断裂带的断层岩特征及其地震事件的可能证据

通过对北京密云北石城断裂带的野外和室内工作,该断裂带的断层岩可分为四种类型:碎裂岩类、糜棱岩类、假熔岩和断层泥。它们具有不同的矿物学、形变和组构特征,分别代表不同的成因机制。假熔岩和碎裂岩类断层岩的存在,可作为古地震事件的可能证据。前者是地震断层运动在断层面上摩擦增温,引起围岩中矿物的选择性熔化形成的。在该断裂带中可能发生不止一次的古地震事件。断层岩特征和产状表明,该断裂带经历了两种不同力学性质的运动,早期为韧性剪切;晚期为脆性破裂,并伴有地震发生     

造山带中古洋壳核杂岩的识别与地质意义

洋壳核杂岩是由低角度正断层的大规模拆离作用而形成的大型洋底穹窿状凸起构造.其大规模拆离作用产生的韧性构造现象,最终会随着洋盆的闭合保存在造山带的蛇绿岩中.本文以将今论古的思路,系统总结现今洋壳核杂岩的岩石-构造特征.现今洋壳核杂岩包括了上盘火山熔岩与深海沉积、拆离断层带和下盘地幔橄榄岩与辉长岩侵入体等三部分.造山带中古洋壳核杂岩在全球造山带不同程度被揭示出来,我们较为系统地总结了(西阿尔卑斯Chenaillet蛇绿岩、阿尔巴尼亚Mirdita、伊朗扎格罗斯造山带Kermanshah、西藏普兰和加拿大阿帕拉契亚的Thetford-Mine)蛇绿岩中可能的古洋壳核杂岩及其特征.通过系统的对比,我们认为古洋壳核杂岩较为普遍,其有如下鉴别特征:超基性岩-基性岩单元规模较大、直接出露洋底导致发育一定规模的蛇绿质角砾岩;基性熔岩少或缺失,一般相对是晚期产物;深海沉积物(硅泥质岩、灰岩)或枕状熔岩直接覆盖在超基性岩之上;发育强韧性剪切变形拆离断层带,局部可发育高角度正断层;蛇绿岩中发育辉长岩、斜长花岗岩等侵入脉体.总之,造山带中的蛇绿岩有相当一部分是古洋壳核杂岩,是洋底拆离断层作用形成的.蛇绿岩中的韧性变形带不一定都是就位在造山带时的变质底板成因,极有可能是初始形成洋中脊时的拆离断层成因.然而,蛇绿岩中发育的韧性变形,以前普遍被认为是蛇绿岩在仰冲就位过程中形成的.两种不同成因的韧性变形代表截然不同的地质意义,前者形成于拆离断层的伸展环境、伴随一系列伸展构造,代表新生洋盆的形成;而后者则形成于逆冲就位的挤压背景,表示蛇绿岩的就位、洋盆的消亡.造山带中含蛇绿岩质的角砾岩不一定是造山阶段隆升剥蚀的产物,也可能是初始形成洋中脊时的产物.     

龙门山断裂带假玄武玻璃特征及断层弱化机制的探讨

与断层相关的假玄武玻璃被认为是地震化石,记录了地震发生过程和断裂机制的重要信息,对认识断层地震活动性具有重要意义.本文综合地表露头及汶川科钻（WFSD-1、WFSD-2）岩心研究,对映秀—北川断裂带南段彭灌杂岩中发育的假玄武玻璃进行详细的结构、构造及矿物成分分析.这些假玄武玻璃以断层脉和单个/网状贯入脉的形式产出,厚度由几毫米到数十厘米不等,与碎裂岩和超碎裂岩相伴生.显微结构观察发现假玄武玻璃中发育大量熔融特征构造,如港湾状熔蚀边、蜂窝状气孔构造、黏滞性流动构造以及针状、球粒状、羽状、纤维状、粒状等多种形态的微晶及微晶集合体,表明其为断层滑动摩擦熔融的产物,指示摩擦熔融润滑是断层滑动过程中最主要的弱化机制.同时热增压和机械润滑机制可能存在于断层滑动的不同阶段.此外,从野外和显微镜下都观察到假玄武玻璃脉具有浅灰、深灰、浅褐、棕褐色及黑色等不同的颜色,可能代表着不同程度的脱玻化作用,并且不同颜色有相互穿插交切关系,可能指示存在多期假玄武玻璃,也就是说,产生假玄武玻璃的大地震事件沿映秀—北川断裂带重复发生.最近的研究认为这些假玄武玻璃形成于晚三叠世时期地下~10—15 km深度.结合须家河组地层中发育的厚层断层泥和角砾岩,~180—280 m宽的映秀—北川断裂岩带是断裂长期活动演化的产物.作为龙门山地区最陡峭的地形边界,映秀—北川断裂带长期地震活动造成的地壳缩短加厚可能是龙门山快速隆升的主要原因.     

组构对花岗质岩石流变影响的实验研究

正华北克拉通减薄是近年来地学界的热点问题,拆离断层形成与地壳伸展减薄是华北克拉通岩石圈减薄的浅部响应,而拆离断层内岩石的流动及变形机制直接受控于岩石流变学状态。对于华北克拉通地壳流变研究,流变实验和天然样品流变分析多数集中在下地壳,对于与拆离断层对应的中上地壳流变实验研究比较少。目前为止,有关于地壳伸展和拆离断层形     

南海北部陆缘深水-超深水盆地成因机制分析

本文以海洋地质调查和油气勘探开发中积累的地质和地球物理资料的解释和分析为基础,描述和划分了南海北部被动陆缘地壳岩石圈结构构造单元,由陆向海划分出近端带、细颈化带、远端带和洋陆转换带（OCT,含边缘高地）四个构造单元.从细颈化带到OCT基本处于现今陆架坡折带之外的深水-超深水区的范围,以强烈的地壳薄化和发育大型拆离断层控制的拆离盆地为特征.这些深水-超深水盆地的同裂陷阶段均经历了早期均一断陷、中晚期拆离式断陷的演化过程,受控于南海北部大型拆离断层作用及其所导致的岩石圈临界破裂过程.新的深水-超深水盆地形成机理的认识为南海北部陆缘岩石圈的非瞬时伸展破裂过程的分析提供了新的视角,同时,陆缘深水-超深水盆地具有独特的构造-沉积体系配置和构造-热演化过程,将为科学评价南海北部陆缘深水-超深水盆地油气勘探潜力提供新的思路.     

汶川地震剪切滑动面微-纳米级颗粒的特征、形成机制及地震意义

在2008年汶川5.12大地震同震主地表破裂带—北川-映秀破裂带中,多处断层滑动面上可见到具有强烈变形特征的薄层断层泥.在地表垂直位移量较大的西南段和东北段,选取八角庙、和尚坪和沙坝探槽中的断层泥为研究对象,利用立体镜和扫描电镜对断层泥的组构特征和Y剪切面上的微-纳米级颗粒进行形态和结构研究.观测研究结果显示,汶川5.12大地震的同震断层泥发育有明显的Y和R剪切和平直擦痕.断层滑动摩擦面磨损、研磨、粉末化则是汶川同震断层泥中微-纳米级颗粒形成的主要途径.地震断层滑动会产生摩擦热,但并不排除热分解在断层泥滑动面上纳米粒子形成过程中的重要作用.断层摩擦滑动面上普遍存有微-纳米单体及其复合体两类颗粒,微-纳米颗粒形态有球状、蚕虫状、饼状和块状等.其主要结构是散布状和堆积状结构,但也有少量条带状和层状结构,而结构单元之间常有空隙,显现松散接触.在条带状和层状结构中,仅有异化的单体颗粒,而在散布状和堆积状结构中除了主要是由单体颗粒异化形成的蚕虫状,块状和圆饼状形态的复体颗粒外,还有未变形的单体球状颗粒.Y剪切面上微-纳米颗粒的散布状、堆积状、条带状和层状结构都是在相同的地震快速变形过程中极端不平衡条件下形成的.条带状和层状结构是塑性变形,而散布状和堆积状则是脆性变形,不连续的动态摩擦(断层粘滑)是松散结构形成的主要机制.汶川地震同震断层滑动面微-纳米级颗粒的结构是地震断层滑动留下的地质形迹(不是假玄武玻璃),是地震断层滑动的记录,它可作为判定古地震断层的一种标准.     

滑脱拆离断层带中的构造成矿作用——以熊耳山北坡滑脱拆离断层带为例

以熊耳山北坡为例,探讨了滑脱拆离断层构造成矿作用的基本特点、普遍规律和滑脱拆离断层构造成矿作用的机制,包括成矿模式,流体作用模式及成矿过程中的构造环境和时空关系,并建立了滑脱拆离断层的构造成矿模式.     

珠江口盆地开平凹陷边界断层三维几何学与运动学

神开断层位于开平凹陷北部,是发育在南海被动大陆边缘洋陆过渡带的大型伸展拆离边界断层.本文以高精度2/3D地震资料和测井资料为基础,首次对神开断层的三维几何学和运动学特征进行剖析.根据断距变化,结合走向、倾向、倾角特征,将神开断层分为西南、中、东北三段;空间上认为神开断层断面是由多个等倾角区组成的复杂曲面,重建其几何学形态模型,通过5个垂向轴面和3个横向轴面将神开断层断面分为20个区.以正断层相关褶皱理论为指导,对神开断层运动学特征进行深入研究;根据平衡剖面对比,认为断层西南段、东北段在始新世早期开始发育,中段在始新世中晚期发育并与西南段和东北段连锁形成一条断层;断层旋转程度自西南向东北变弱;断层西南段反转强度最大,中段次之,东北段无反转.神开断层西南段为"反犁式"形态;中段为"座椅式"形态,与大洋核杂岩伴生;东北段为"犁式"形态.断层下盘的波瓦状构造为古老的拆离断层面,与神开断层一起构成拆离断层系.     

太行山北段中新生代断层岩的显微构造研究

太行山北段是大兴安岭 -太行山 -武陵山构造带中段的典型构造区 ,区内 2条主断裂 (紫荆关断裂和乌龙沟断裂 )组成的断裂带发育中、新生代的碎裂岩系列断层岩。通过对断裂带内不同岩性原岩区的断层岩进行详细的显微构造研究 ,分析了 3种主要变形强度类型的断层岩 (碎裂化岩石或构造角砾岩、初碎裂岩、碎裂岩 )的区域分布、显微结构以及微观变形机制 ,鉴定出断层岩中的 3期构造变形叠加 ,结合区域资料探讨了区内中、新生代断层岩反映的 3期主要构造运动及其特征 ,显示出构造强度逐渐减弱的演化趋势     

超慢速扩张西南印度洋中脊硫化物成矿模型

洋中脊多金属硫化物已经成为人类重要的战略资源,科学的成矿模型是对其调查研究和勘探的重要依据.相较快速、慢速扩张洋中脊,超慢速扩张洋中脊在岩浆供给、构造和围岩等特征均存在明显差异,但目前对其热液循环及硫化物成矿模型缺乏系统梳理,制约了其资源勘探评价与研究的有效进程.本文系统总结了超慢速扩张西南印度洋中脊热液活动分布以及典型热液区的构造、热源、热液通道、围岩类型、流体性质和硫化物等特征,根据其成矿地质背景的差异性特点将该洋中脊赋存的热液系统分为局部强岩浆控制型、单向拆离/高角度大偏移距断层控制型以及双向拆离控制型三类,根据岩浆供给率(M值)的大小进一步将其划分为五种类型,从而建立了超慢速扩张西南印度洋中脊的局部强热供给-深大断裂控制硫化物成矿模型.超慢速扩张西南印度洋中脊扩张速率整体变化不大(14～18mm/a),岩浆供给呈分段不均匀性.通过近20年的调查研究,发现其发育类型多样的热液系统和硫化物.在岩浆供给充足的洋脊段,发育局部强岩浆供给条件下的深部岩浆房(4～9km).而在岩浆供给贫瘠的洋脊段,发育长期持续活动的深大拆离断层(可达13km),并沿拆离断层形成成矿带.因而超慢速扩张洋脊具...     

相继断层作用解释共轭边缘的非对称性和伸展差异

早期伸展期间,冷的大陆岩石层变薄并发生沉降,形成裂谷盆地。如果继续拉伸并最终导致破裂,裂开的、大大减薄的板块便沉降至海平面以下深处,形成一对共轭的裂离边缘。尽管盆地和边缘是普遍存在的结构,但是从中等程度伸展的盆地到明显拉伸边缘的变形过程还不清楚,就像目前研究一致报道的那样,地壳减薄比由脆性断层作用引起的伸展要强烈1-4。该伸展差异可能起因于脆性地壳层和塑性地壳层的差异拉伸2,但是这不足以解释共轭边缘的典型非对称结构5,6——在剖面上,一侧边缘显示逐渐变薄,伴随着大断裂发育,而共轭的另一侧显示突然变薄,却伴随着小断裂发育5。裂陷早期开始活动的全地壳拆离,在理论上可以引起减薄和非对称1,但在机制上是有疑问的。此外,伸展差异在共轭边缘的两侧均有发生,导致外部形态的矛盾——两侧边缘均像拆离断层的上盘7,8。不同的模型认为,由于地震成像的限制,许多脆性伸展未被探测到,其原因或是地震分辨率难以识别的断裂9、基底顶部100km级别拆离面上不可见的变形8,或者是剖面上断裂组合的构造复杂性3。这里我们利用深度偏移地震成像准确地测量断层伸展,并将其与地壳减薄进行比较。利用观测资料建立了一种裂陷期运动学平衡模型,通过由裂陷盆地到非对称结构过程中断层控制的地壳减薄,和共轭裂离边缘的超级减薄解决了伸展差异。与现有的认识相比,观测资料支持这种观点:在地震资料上地壳减薄首先可由清晰可见的简单安德森断裂解释。     

秦岭北界岩石圈组成及结构

位于北秦岭及华北块体交界处的明港地区发育有中基性火山角砾岩岩体群, 侵位时代为178.31± 3.77 Ma, 火山岩为亚碱性系列安山玄武岩, 火山角砾岩中含有丰富的下地壳和地幔的深源捕虏体, 是揭示秦岭造山带边界岩石圈组成和结构的理想地点. 对捕虏体岩套研究的结果表明, 其中的镁铁质麻粒岩、榴辉岩、变辉长岩在微量元素及Pb同位素特征等方面与南秦岭块体的相似, 代表了南秦岭俯冲至华北克拉通的下地壳下部的组成; 滑石化的橄榄岩为上覆的华北块体的地幔楔物质, 遭受了下覆南秦岭地壳释放的酸性熔/流体的交代. 该区的深部模型为晚古生代以后, 南秦岭岩石圈向北拆离俯冲, 它的上部垫置于北秦岭之下; 下部继续向北俯冲于华北块体之下. 中生代早期北秦岭向北仰冲, 华北块体呈鳄鱼状向南楔入到秦岭造山带.     

秦岭北界岩石圈组成及结构--河南明港地区深源捕虏体研究

位于北秦岭及华北块体交界处的明港地区发育有中基性火山角砾岩岩体群, 侵位时代为178.31±3.77 Ma, 火山岩为亚碱性系列安山玄武岩, 火山角砾岩中含有丰富的下地壳和地幔的深源捕虏体, 是揭示秦岭造山带边界岩石圈组成和结构的理想地点. 对捕虏体岩套研究的结果表明, 其中的镁铁质麻粒岩、榴辉岩、变辉长岩在微量元素及Pb同位素特征等方面与南秦岭块体的相似, 代表了南秦岭俯冲至华北克拉通的下地壳下部的组成; 滑石化的橄榄岩为上覆的华北块体的地幔楔物质, 遭受了下覆南秦岭地壳释放的酸性熔/流体的交代. 该区的深部模型为晚古生代以后, 南秦岭岩石圈向北拆离俯冲, 它的上部垫置于北秦岭之下; 下部继续向北俯冲于华北块体之下. 中生代早期北秦岭向北仰冲, 华北块体呈鳄鱼状向南楔入到秦岭造山带.     

五莲拆离断层带的结构、应变及运动学涡度特征

五莲拆离断层带发育于胶东半岛,作为五莲变质核杂岩的重要构造单元,分隔了作为下盘的苏鲁造山带超高压变质岩与上盘的早白垩世诸城盆地与盆地基底.断层带走向由南向北总体由NNE转为NE向,倾向W或WNW,平面上具有"波瓦状"延伸特征,主要由断层角砾岩、糜棱岩组成,向下过渡为糜棱岩化片麻岩.拆离断层带总体具有上盘向W或WNW向伸展运动.调和平均值法计算获得断层带中弗林指数K取值范围0.98～2.0,平均值约为1.35.极摩尔圆法、伸展褶劈理法、Rs/θ法、石英光轴法等多种方法获得糜棱岩、初糜棱岩的平均运动学涡度值分别为0.64～0.97、0.76～0.93、0.6～0.92、0.63～0.98,均值分别为0.83、0.80、0.78和0.86;应变测量与运动学涡度估算的结果共同说明五莲拆离断层带是在伸展拉伸条件下形成的一般型韧性剪切带.运动学轨迹显示,从NW向SE方向运动学涡度值总体存在递减的趋势,在剪切带的中上部,简单剪切作用更为明显,表现为较高的涡度值(涡度值>0.75,最大可达0.98)、低的减薄率和较低的K值;向下盘方向,纯剪切应变的成份明显增加,表现为较低的涡度值(涡度值<0.70,最小可达0.64)、相对高的减薄率和较高的K值.结合大地构造背景,五莲拆离断层带的形成与演化是华北克拉通岩石圈减薄与破坏作用在其东部边缘的一种反映.五莲断层带可以被厘定为形成于地壳伸展环境的减薄型一般剪切带,是地壳伸展引起断层带简单剪切、下盘快速抬升及岩浆上涌引起垂向施加在断层带的纯剪切联合作用的结果.     

太行山东缘石家庄南部地壳结构及断裂活动性探测

采用深、浅地震反射和钻孔地质剖面相结合的方法,对太行山东缘石家庄南部的地壳结构和隐伏断裂的活动性进行了研究.深地震反射探测结果表明,该区地壳厚度33~38km,莫霍面从华北平原向太行山下倾伏.石家庄—晋县凹陷是受拆离断层控制的盆岭构造,太行山山前断裂为凹陷的西边界断裂,表现为上陡下缓的铲形断裂.石家庄—晋县凹陷中还发育北席断裂和栾城断裂,它们与太行山山前断裂一样受拆离断层的控制,未错断早更新世晚期以来沉积的地层不属于活动断裂.深地震反射剖面的中部还揭示了一个近垂直的穹窿状反射异常体,它可能起源于莫霍面,向上,穿过上、下地壳分界面,并延伸至上地壳.穹窿状反射异常体内部反射波视频率随深度增加而降低,在莫霍面附近的壳幔过渡带也出现明显的频率降低、界面扭曲和变形现象,推断它可能是上地幔岩浆上涌到地壳内部的侵入体.结合电磁测深结果可以发现,上地幔热物质的上涌和东、西向拉张可能是形成石家庄—晋县凹陷的动力学机制.探测结果为深入理解石家庄地区的深部地球动力学过程、华北克拉通破坏机制、深浅构造关系和地震构造提供了依据.     

北京地区碳酸盐糜棱岩和碳酸盐假熔岩碳氧同位素组成的初步研究

北京地区部分碳酸盐糜棱岩和碳酸盐假熔岩碳氧同位素组成的测试结果表明,碳酸盐岩在发生塑性变形时其δ13C、δ18O值均有不同程度的降低。同位素证据表明,碳酸盐糜棱岩的形成温度较低,并具有缓慢冷却的生成环境;碳酸盐假熔岩具有高温淬冷的同位素地球化学特征,它的形成可能与发震断层的迅速破裂过程有关。研究断层面附近产出的碳酸盐岩的稳定同位素组成对确认古地震事件是有意义的     

洋壳渗透率结构对其内部热液对流的影响研究——基于热力学数值模拟

洋底特殊环境的限制使数值模拟成为研究海底热液对流与成矿机制的有效方法.本文通过数值模拟的方法,研究洋壳渗透率单因素变化对热液对流系统的形态和输出参数(热液喷发温度和热流值)进行研究.模拟结果表明,洋壳平均渗透率分别与热液喷发温度和热量输出呈反相关和正相关关系,符合达西流体热对流的基本解析规律.另外,洋壳渗透率的垂向变化不会使洋壳内部的对流系统产生明显的横向偏移,只使热液羽规模在垂向上产生规律性变化,且渗透率越大,热液羽规模越小.渗透率在水平方向的变化则是引发热液羽和热液喷发位置横向偏移的主要因素,且只有在特定的渗透率水平变化率范围内,上涌热液羽才会发生向高渗区的明显偏移,这也从一定程度上解释了现今拆离断层相关的热液系统均未发育于断层终止线上的事实.以大西洋Trans-Atlantic Geotraverse(TAG)热液区为例,断裂带高渗区必然影响相邻洋壳内部热液的上涌路径,但受区内拆离断裂带周缘的渗透率水平变化规律的影响,上涌热液羽不至于完全偏移至断裂带,从而产生拆离断层上盘的热液活动.     

吴川—四会断裂带构造岩变形环境分析

吴川－四会断裂带存在着中－高温超塑性变形岩石和半韧性半脆性糜棱岩两大系列构造岩，具有长期复杂的变形历史。中高温超塑性变形岩石由层状花岗质构造片麻岩、面状花岗质构造片麻岩和带状花岗质构造片麻岩构成，它们分别形成于晋宁期造山作用、早加里东期和印支期的基底折离作用。而半韧性半脆性构造岩由糜棱岩系列岩石构成，尤以出现玻状岩为特征，为燕山早期逆冲断层产物。     

超塑性纳米纤维状滑动带控制孕震断层摩擦

了解控制断层摩擦的内在机制对于了解活动断层的孕震滑动十分关键。断层带中的位移常常局限在高反射(镜面)的滑动面上,通常滑动面上还覆盖有薄层的纳米颗粒状断层岩。本文展示了实验模拟的方解石断层中发育的镜面状滑动面,它由在室温条件下呈韧性的纳米颗粒链或是纳米纤维线性排列组成。这些微结构和相应的摩擦数据表明,断层滑动机制类似于经典的Ashby-Verrall超塑性,该机制能够产生不稳定的断层滑动。对这种机制而言,纳米晶体方解石断层泥中的扩散物质转移速度足够快,以致于可以控制石灰岩地区的孕震活动。随着壳内断层上越来越多地被证实存在着纳米颗粒状断层面,本文提出的机制很有可能普遍适用于壳内孕震活动。     

华北地幔亚热柱型地震机理探讨

中国是一个多地震的国家,以地震多、震级大、损失惨重为特征。介绍了西太平洋与欧亚大陆间的洋-陆俯冲带型地震;印度次大陆与喜马拉雅陆-陆碰撞型地震和华北地幔亚热柱拆离滑脱型地震等3种地震基本类型,并侧重探讨了华北地幔亚热柱外围拆离滑脱带型地震的发震构造、形成机制和地震模型。