夏威夷-皇帝海山链成因机制—古地磁学约束

夏威夷-皇帝海山链位于北太平洋中部,是一条自西北至东南延伸的海底火山链,并在47 Ma存在一个方向弯折。厘定这一特征的成因机制和运动学过程,是西太平洋海区软流圈与岩石圈相互作用以及跨圈层物质能量交换的关键科学问题,对于解译东亚大陆动力学演化过程亦具有重要意义。目前对于夏威夷-皇帝海山链47 Ma弯折的机制有两种争论:太平洋板块运动方向改变和热点移动。古地磁学是研究大陆漂移和板块演化的最有效手段之一,其最大优势是可以定量化研究地质历史时期中岩石圈板块的运动学过程。本文首先通过回顾与总结前人对夏威夷-皇帝海山链成因及转向机制的研究,重点探讨古地磁学在该问题上所提供的约束证据,并对存在的关键科学问题进行了梳理和展望。     

雅浦沟-弧体系构造演化过程

雅浦沟-弧体系具有十分独特的地质特征,雅浦岛弧以变质岩为主,岛弧岩浆作用较为缺乏,同时雅浦沟-弧距离异常短,增生楔缺失。在总结雅浦沟-弧系统及其邻区的地球化学、地球物理以及构造特征等证据的基础上,探讨了雅浦沟-弧系统的构造演化过程。雅浦岛上的变质基底具有相对较高的K_2O含量、高Ti含量以及较低的~(87)Sr/~(86)Sr比值,表明雅浦岛上的变质基底为帕里西维拉海盆洋壳的一部分。雅浦海沟东侧存在一块水深较深的三角形区域将雅浦岛弧与加罗林海岭间隔开来,地球物理特征显示该区域并没有受到加罗林热点的影响,说明加罗林海岭并没有与雅浦岛弧直接碰撞。结合帕里西维拉海盆在20～15 Ma的NE-SW向扩张以及与之相关的海盆东西两侧洋壳发生的左旋相对移动,推测雅浦海沟很可能是雅浦岛弧东侧的扩张中心暴露转变成的俯冲带,而雅浦海沟东侧的三角形区域则为俯冲板片重新暴露的结果。     

华北克拉通内部的拉分盆地:渤海湾盆地黄骅坳陷结构构造与演化

华北克拉通内部的拉分盆地有汾渭地堑、胶莱盆地和渤海湾盆地内部一些次级拉分构造单元等。黄骅坳陷就是这样一个拉分构造,位于渤海湾盆地中心地带,整体呈北北东走向,分割西侧北北东向的冀中坳陷和东侧北西西向的济阳坳陷,是发育在一个巨型走滑构造带中的新生代拉分盆地。黄骅坳陷的西界为沧东断裂系,东界为兰聊—盐山—羊二庄断裂系,最大负向构造单元在"大歧口凹陷",古近系最大沉积厚度达11km以上,是渤海湾地区地壳伸展最剧烈的地区。黄骅坳陷东、西边界相对较陡,受其控制,整个黄骅坳陷表现为拉分盆地;而"大歧口凹陷"为其主体,"大歧口凹陷"内部构造样式的控制性构造为东西向的断裂,而不是传统认为的沧东断裂等;所以,黄骅坳陷内部单个凹陷具有比较独特的下部为地堑式断陷、上部叠加北断南超的箕状结构。黄骅坳陷内部的凸起是沙一期才开始出现并起分割沉积空间的作用,沙一期以前,现今的歧口主凹、板桥次凹、歧北次凹、歧南次凹、北塘凹陷等都还是统一的一个湖盆。黄骅坳陷主要构造总体可划分为北北东向盆缘走滑断裂系、北东东向区域伸展断裂系、东西向盆内次级伸展构造和南北向变换构造,其中,最为显著的分割构造就是南北走向的沿岸变换带与孔店隆起。不同的伸展构造区受统一的基底拆离构造系统控制。"大歧口凹陷"的结构构造是华北克拉通破坏晚期阶段裂解过程的直接记录,是区域北北西向伸展背景下的产物。盆地构造经历了4个重要发展阶段:始新世孔店事件形成的拓展裂解阶段、渐新世初济阳运动事件形成的地堑式拉分断陷阶段、渐新世末东营运动形成的箕状断陷阶段、中—上新世热沉降期的碟状挠曲拗陷演化阶段。     

印度西部洋陆过渡区结构特征及构造演化

印度西部洋陆过渡区位于上印度扇,处于印度板块、阿拉伯板块和欧亚板块交汇处,周缘发育多种板块边界类型,构造特征复杂.前人对该区域的构造性质及演化的研究较少,其内部一级构造的地壳性质认识存在争议.本文在对地震资料构造解析的基础上,分析了印度扇近海盆地、默里脊系统和拉克西米山脊的断裂样式、断裂组合以及盆地结构特征,揭示印度西缘的洋陆过渡区为发育向海倾斜反射层(SDRs)和下地壳高速体(HVZ)的火山型被动陆缘.其中,印度扇近海盆地的断层多构成地堑、半地堑和地垒组合,地壳性质为减薄陆壳;默里脊系统表现为右行张扭性质,以小默里脊为界,以西为正在低速扩张的洋壳基底,以东为减薄的陆壳;拉克西米山脊地壳性质则为减薄的陆壳.印度西缘的洋陆过渡区的形成与白垩纪以来马达加斯加板块、塞舌尔微板块和印度板块之间的多期裂解事件,以及多个热点导致的岩浆事件有关.此外,运用2DMove软件进行了平衡剖面恢复,揭示了印度扇在新生代以来经历了古-始新世初始伸展断陷期、渐新世-早中新世稳定沉积期、中-晚中新世张扭断陷期和上新世以来的热沉降期4个构造演化阶段.     

渤海湾盆地大歧口凹陷新生代构造演化与盆地原型

大歧口凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷中北部,是中新生代叠合盆地中新生界沉积最厚的凹陷。本文基于大量二维、三维地震剖面和钻井资料,从凹陷主控断裂活动性、沉积沉降中心分布和构造格架等方面,侧重对大歧口凹陷新生代构造演化过程和原型盆地类型进行研究。认为:1)大歧口凹陷构造单元有4级,凹陷具有"东西分带、南北分块"的平面构造格局和北断南超箕状断陷的剖面结构。2)凹陷内断裂有4级,主要断裂的规模、活动期次和断裂活动具有演化的阶段性和空间的迁移性,典型构造带活动性具有由北往南迁移的特点。3)新生代期间整个大歧口凹陷的沉积沉降中心均在东部海域的歧口主凹内,但整体具有往南迁移的趋势。4)凹陷经历了拓展裂谷、拉分断陷、箕状断陷和碟状坳陷4个构造演化阶段,断陷阶段在整个构造演化时期意义重大,且具有走滑拉分特点。故认为大歧口凹陷原型盆地是一种"板内拉分盆地"。     

山西南部燕山期类隔挡式褶皱构造特征

晋南地区自西向东发育一系列NNE向背斜与向斜。背斜地区主要出露太古代结晶基底或早古生代地层,向斜核部出露的最新地层则是三叠系。在宁武-静乐盆地、太原西南水浴贯等地可见零星或成片分布的侏罗系残存,部分地区可见残留的白垩系,与侏罗系呈不整合接触。根据卷入地层时代分析,这些褶皱应为燕山期变形产物。背斜区域地层相对较陡,核部或翼部发育大量NNE向逆冲断裂,太古代结晶基底同样卷入变形;而向斜核部地层非常平缓,产状近于水平。山西南部整体构造表现为一种类隔挡式褶皱构造特征。在吕梁山区、霍山背斜带及太行山沿晋获断裂一带均可见燕山期岩浆岩体分布。根据这些岩体的同位素年龄及前人节理统计结果,可知该区在晚侏罗世至早白垩世于NW-SE向的挤压应力场下发生了剧烈的构造运动。同时期,华北地区及整个中国东部都表现出相似的构造特征,而古太平洋板块正NW向往亚洲板块下俯冲,因此,晋南地区的类隔挡式褶皱的形成可能与太平洋板块俯冲有关。     

华北地块中部活动构造特征及汾渭地堑成因探讨

研究区位处华北克拉通中部,受太平洋构造域和特提斯构造域的影响,新生代开始裂解,先后形成了渤海湾盆地和汾渭地堑。第四纪以来,华北地块中部活动日趋活跃,不同走向的断裂和盆地也表现出不同的活动性。NW向和近EW向断裂主要表现为左旋走滑性质,而NE向断裂则主要表现为正断性质。NNE向断裂虽也表现出正断性质,但右旋走滑性质正逐渐占主导地位。汾渭地堑中,NE向盆地与NNE向的盆地也因此表现出一定的活动差异。盆地形成初期,两种走向的盆地沉降速率差别不大,但第四纪以来,NE向盆地的沉降速率已大大超过NNE盆地。对于第四纪以来这种构造运动的表现,同时结合GPS观测数据及青藏高原的大规模隆升与华北地块中部山地相对隆升和盆地沉降事件在时间上的高度一致性,推测华北地块中部中新世以来的构造活动主要受印度与欧亚板块碰撞的挤出作用影响,在NWW和NE向剪切应力的作用下,华北地块中部自南北两端受NWWSEE向拉张的合力作用下开始裂解。随着青藏高原隆升速度的加快,两种剪切应力也随之增强,其合力的影响范围逐渐向中心向东不断扩展,形成了一系列的NNE和NEE向盆地。同时,NE向剪切应力增幅明显强于NWW向剪切,导致其合力由NW向拉张逐渐转变为NNW向拉张,引起不同走向断层活动性的差异与不同走向盆地沉降速率的相应改变。     

多波束资料在胶州湾口海底节理构造研究中的应用

利用2004年5月在青岛胶州湾口获得的高分辨率多波束资料(水平分辨率0.5m×1m,垂向分辨率0.2m),研究了该区海底节理构造及其分布规律,揭示青岛胶州湾团岛至薛家岛的研究区域中存在大量线性微地形,在海底地形图上表现为2组相交的“X”型线性阴影(一组为NE向,另一组为NW向),把整个海底切割成菱形格状。结合侧扫声纳探测等资料分析,认为这种线性微地形可能代表了海底出露的节理(裂隙)微构造。     

电感耦合等离子体质谱测定海水中的锂、铷、硼、锶

测定海水中的Li、Rb、B、Sr 不需要像痕量元素一样采用复杂的分离富集方法, 去除基体元素,富集目标元素, 而是直接将海水稀释50 倍, 优化电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)参数, 提高测试灵敏度后, 在线加入内标Re 上机测试, Li、Rb、B、Sr 的方法检测限(3σ)分别为0. 75, 0.25, 14.0 和0.10 μg/L。连续测试10 次海水样品, 计算相对标准偏差(RSD), Li 为1.47%, B 为3.13%, Rb 为2.05%, Sr 为2.01%;并进行加标回收率实验, 回收率在96.5%～105%之间。结果表明, 该操作简单, 测定速度快, 数据稳定,可靠, 满足海水中这4 种元素的测试要求。测定了大西洋底层海水(距离海底200 m)中这4 种元素, 数据偏差小于2.65%, 低于方法测试标准偏差, 该层位水体稳定, 无变化。