大型走滑断裂对青藏高原地体构架的改造

青藏高原的大型走滑断裂有13条,已确定的大型韧性走滑断裂主要形成于3个时期:早古生代、印支期和新生代以来.印度/亚洲碰撞(60～50Ma)以来形成的大型韧性走滑构造位于青藏高原的南部,而且主要在喜马拉雅山链的东、西两侧,如西侧的喀喇昆仑和恰曼韧性右行走滑断裂,东侧的鲜水河-小江和哀牢山-红河韧性左行走滑断裂、崇山-澜沧江、嘉黎-高黎贡山和萨盖韧性右行走滑断裂等.主要的变形特征表现为早期具有地壳深部的韧性走滑剪切带性质,在后期抬升过程中,由韧性→韧脆性→脆性应变转化;而在青藏高原北部,表现为古韧性走滑剪切带的再活动,如阿尔金-康西瓦、东昆仑左行走滑断裂,以及新生的脆性断裂,如海源左行走滑断裂等.本文在青藏高原13条大型走滑断裂研究及综合研究的基础上,阐述不同时期的大型走滑断裂,以及它们在青藏高原地体拼合及碰撞造山中的作用,包括走滑断裂与走滑型褶皱造山、走滑断裂与挤压/转换型造山、走滑断裂与挤压盆-山体系、走滑断裂与地体相对位移和走滑断裂与地体的侧向挤出,以及走滑断裂与构造结的形成.     

龙门山构造带WFSD-2钻孔岩心磁化率特征及其对大地震活动的响应

岩石磁化率特征可以帮助判断岩石的形成环境,对地震过程中滑动摩擦伴随高温的物理-化学变化具有显著反应.本研究以钻穿龙门山中段构造带的汶川地震断裂科学钻探2号孔（WFSD-2）岩心为研究对象,使用Bartington MS2K磁化率仪对500~2283.56 m深度的岩心进行高分辨率无损磁化率测试,并结合岩性特征和显微结构探讨了龙门山构造带主要岩石单元的磁化率特征及其地震断裂活动的磁学响应.磁化率测试结果表明,由花岗岩和火山碎屑岩组成的彭灌杂岩体的磁化率值（数十到数千个10^-6SI）普遍高于上三叠统须家河组沉积岩的磁化率值（数个到数十个10^-6SI）.从WFSD-2岩性分布来看,彭灌杂岩上下出露四段,其磁化率值特征反映它们属于不同的岩石单元,它们与下伏须家河组地层呈断层接触,构成叠瓦状构造,指示了龙门山构造带具有强烈的地壳缩短作用.断裂带中处于滑动带的断层泥和假玄武玻璃具有高磁化率特征,而断层角砾岩和碎裂岩不具有高磁化率值特征,表明断层岩磁化率增高的原因可能主要与地震断裂滑动摩擦过程中高温作用下发生的磁性矿物转换有关,断层岩中高磁化率异常可作为大地震活动的证据.WFSD-2岩心中的映秀-北川断裂带（600~960 m）可识别出约80条高磁化率异常的断层岩带,揭示映秀-北川断裂带是一条长期活动的断裂带,龙门山构造带形成演化过程中伴随着大地震活动.

     

重力梯度测量对加速度计温度系数的需求分析

加速度计的零位偏置、标度系数对温度很敏感,从而影响重力梯度测量系统的精度,将加速度计零位偏置、标度系数的温度系数代入重力梯度测量方程中,并给定重力梯度测量系统的精度、测量范围和温度变化范围,经过仿真计算得到系统对加速度计温度系数的要求.最后,选取某典型加速度计,通过优化组合,温度系数两正、两负配对使用,使得4只加速度计标度系数的温度系数和从15.255 ppm/℃降低到1.075 ppm/℃,满足系统要求.     

2013年四川芦山地震次生山地灾害发育规律

2013年4月20日8时02分,青藏高原东缘龙门山南部地区发生了芦山地震(Ms 7.0),此次地震诱发了大量次生山地灾害。以地震重灾区宝兴作为研究区,利用卫星遥感影像、数字高程模型和高清航拍图像,以及崩塌滑坡数据统计分析,并结合野外调查研究,对区内次生山地灾害的空间分布与岩性、断裂和坡度关系进行了分析和探讨,总结了宝兴地区地震诱发的次生山地灾害发育规律:1以中小型崩塌滑坡为主,且沿省道S210集中分布;2崩塌滑坡主要发生在宝兴杂岩区浅表强风化层及第四系松散堆积层;3研究区内发育的五龙断裂和小关子断裂不是芦山地震的同震断裂;4该区域70%的崩塌滑坡发生在坡度大于30°的区域范围内,30~40°坡度段崩塌滑坡最为集中;5人类工程活动是宝兴地区次生山地灾害集中发育在S210省道两侧的主要原因;6在汶川地震和芦山地震2次地震及其余震的频繁加载作用下,宝兴地区崩塌滑坡的活动性增加,未来几年将是中小规模崩塌滑坡发育的高峰期。     

喀喇昆仑断裂的变形特征及构造演化

喀喇昆仑断裂的变形特征、形成时代、构造演化以及它的构造意义一直存在着争议。在喀喇昆仑断裂东南段阿伊拉日居山地区,沿断裂出露具右旋剪切应变的糜棱岩和糜棱岩化片麻岩-花岗岩,显微构造研究表明其存在高温右旋剪切变形特征,并伴随淡色同构造花岗岩的产生,同构造结晶锆石所记录的U-Pb同位素年龄,暗示了喀喇昆仑断裂的形成时代在23-25Ma以前,其连续变形作用持续到-12Ma,之后伴随阿伊拉日居山的快速隆升以及噶尔盆地开始形成。综合分析表明喀喇昆仑断裂生长过程可能是由南东向北西扩展的过程,是印度板块与欧亚大陆持续碰撞的结果。断裂的累积位移量至少为280km,其长期平均滑移速率约为11mm／a。通过块体间运动学分析,表明在-23-25Ma以后青藏高原物质以约16．2mmn/a的速率向-N108°方向挤出。     

苏鲁高压—超高压变质带的折返构造及折返机制

苏鲁高压—超高压变质带的折返构造是由韧性剪切叠覆构造岩片组成,具NWW-SEE向剪切矢量及SEE向NWW的剪切指向,与折返构造伴随的高压和超高压退变质反应过程与石英从高温—中温—低温的组构模式吻合。150～100Ma期间的伸展事件包含了北界韧性伸展转换性剪切带及莱阳盆地的形成、苏鲁高压—超高压变质带北部花岗岩侵位、折返面理弯曲形成背形构造及伴随的韧—脆性正滑构造。多学科的综合研究表明,240～220Ma扬子板块巨量物质往北深俯冲于北中国板块之下,220～200Ma高压—超高压变质岩石整体快速折返,折返板片中保存的自上而下变质岩石单元序列与剪切叠覆构造岩片的物质组成序列基本一致。提出苏鲁高压—超高压变质折返板片呈上拱的舌形体,变形分解表明苏鲁高压—超高压变质板片是在“挤出”机制下折返及受后期伸展事件的改造。     

拖曳式海洋地磁三分量测量系统的设计与试验

针对现有拖曳式海洋磁力测量通常只能获取地磁总场信息,不能获得地磁矢量信息的问题,提出了一种拖曳式海洋地磁三分量测量系统设计方案。测量系统通过INS/GNSS组合导航进行定位定姿,搭载的三分量磁力仪与惯导通过高精度定位板刚性固定,经过数学平台的坐标变换,进而将拖体任意姿态下的海洋地磁场三分量数据归算到地理坐标系下。此外,对拖体进行了水动力分析,提高姿态稳定性的同时减小了阻力。经过海上试验和数据处理,系统获得的三分量数据在平差前的重复线内符合精度分别为东向6.8 nT、北向4.1 nT、地向8.0 nT,交叉点内符合精度分别为东向19.1 nT、北向19.5 nT、地向15.4 nT。结果表明该系统可为海洋矢量磁力测量提供良好的测量平台,为后续的海洋磁力测量提供实践经验和工程参考。     

四川汶川地震断裂带科学钻探2号孔(WFSD-2)岩性特征和断裂带的结构

以WFSD-2钻孔岩心为研究对象,通过详细的岩心编录和岩石学、构造地质学等研究,识别出该钻孔岩心具有6段岩性,从上向下依次为彭灌杂岩(0~599.31m)、三叠系须家河组二段(599.31~1211.49m)、彭灌杂岩(1211.49~1679.51m)、三叠系须家河组三段(1679.51~1715.48m)、彭灌杂岩(1715.48~2081.47m)、三叠系须家河组四段(2081.47~2283.56m)。彭灌杂岩主要以花岗岩和火山岩为主,三叠系须家河组沉积岩以砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、煤层(线)和砾岩为主。3套彭灌杂岩与三叠系须家河组沉积岩重复出现,时代较老的岩性段逆冲覆盖在新的地层之上,表明龙门山构造带由一系列逆冲岩片叠置而成。岩心中断裂岩较为发育,主要为断层角砾岩、碎裂岩和断层泥,反映出脆性变形作用的特点。通过对断裂岩的统计分析,厘定了20余条产状不同、规模不等的次级断裂带,断裂带宽度和断裂密度峰值显示FZ600、 FZ720、 FZ782、 FZ817、 FZ922、 FZ951、FZ1449、 FZ1681、FZ2082为主要断裂带,其中FZ1681系规模最大的一条断裂。依据断裂岩的组合特征可以将岩心中断裂带的结构以断层泥为核部划分为两大类：对称型断裂带和不对称型断裂带。根据地表破裂带、WFSD-1钻孔岩心中主滑移带位置的几何关系、岩性分层等因素,可推断汶川地震主滑移带应位于FZ1134、FZ1449或FZ1681之中,同时也暗示该地区经常发生类似汶川地震的大地震活动。研究表明,龙门山地区经历了强烈的构造缩短和快速隆升作用,暗示龙门山地区构造活动非常强烈。     

"构造研究进展与趋势"专辑特邀主编寄语

构造研究是地球系统科学研究中最具有交叉学科性质的领域,是长期经久不衰的学科,尤其涉及到解决对人类社会至关重要的问题时凸显它的重要性,如青藏高原形成演化过程对资源能源、地表作用及其环境气候与灾害的影响,以及地震活动对人类社会的冲击等等。地质学家们经过长期的持续研究,在地质学、地球物理学方面,包括岩石圈流变学、实验岩石学和青藏高原构造变形等方面取得了一系列重大成果与重要认识。《地球学报》集中在2019年第1期刊发16篇文章作为"构造研究进展与趋势"专辑,专辑涵盖了四个方向的研究成果:(1)大陆岩石圈流变学;(2)青藏高原形成与构造过程;(3)断裂作用与地震活动;(4)地区构造样式与效应等。这些工作主要涉及目前大陆岩石圈流变学的发展现状与前景、青藏高原形成演化和帕米尔及喀喇昆仑断裂带等重要构造带的研究进展,以及目前人们关注的与地震活动相关的断裂活动、岩石记录和物理化学性质变化等方面的研究,包括8篇综述性文章和8篇研究性成果。本文将从这4个研究方向简要介绍收入本专辑论文的研究工作,呈现构造研究成果与趋势,为深入研究和认识地球系统科学提供重要的基础。     

断裂带中古地震滑动的岩石记录

大量的野外观察和实验研究表明,高应变速率的变形作用会在岩石中留下特殊的构造特征。地震作为一种断层快速破裂变形行为,在其作用过程中会使震源及邻近岩石变形从而产生一些特征构造及矿物相组合。剥露地表的断裂带为研究地震相关变形及过程提供了很好的物质材料。识别其中的地震滑动标志,对于确定古地震事件及其发生的机制具有重要意义。Cowan(1999)将断层快速滑动摩擦使得断层面岩石熔融产生的假玄武玻璃作为断层中记录地震滑动的唯一可靠的标识。近年来断裂岩研究取得的一系列重大进展揭示,断层发生地震滑动造成的多种构造产物均可记录其滑动的信息,如碳酸岩和含水硅酸岩的脱挥发分作用、微量元素迁移特征、有机质成熟度、断层镜面构造、液化粒状流、碎屑-皮层集合体、同震晶体塑性变形以及非晶质物质等。此外,与地震破裂传播有关的、在极端瞬态应力条件下形成的,如注入脉、碎粉化作用等特征也可以作为地震发生的岩石记录。因此假玄武玻璃不再是地震破裂的唯一指示物。断层滑动速率在10–4～101 m/s范围内几乎都是动态的,也就是说在实验中10–4 m/s的滑动速率可能指示着地震滑动。本文总结地震滑动和破裂的岩石记录,对认识地震发生机制和完善地震断裂理论具有极其重要的意义。