大陆中部地壳应变局部化与应变弱化

大陆岩石圈流变学研究是构造地质学学科发展的必然,也是发展板块构造理论、探索大陆板块内部变形与动力学演化的核心问题。大陆中部地壳是大陆岩石圈中一个具有特殊性的圈层,其主要成分以花岗质岩石为代表,位于岩石脆-韧性转变域。在中部地壳层次上,岩石既具有脆性变形特点,又具有韧性变形属性,而且常常表现出多种流变强度。研究成果显示,中部地壳岩石流变具有许多特殊性:1)应变局部化是中部地壳流动最为典型表现形式;2)存在大陆地壳多震层:多震与强震,显示出中部地壳既弱又强的流变学属性;3)液/岩反应强烈,流体相直接影响着岩石的流变性;4)在许多地区存在有地球物理异常体(低速高导体)。大陆中部地壳应变局部化是板块相互作用过程中地壳层次上应变积累与集中的重要表现。在宏观尺度、中小型尺度和微观尺度上都有着重要的构造特点。地壳岩石的应变弱化,是诱发应变局部化的主要机制。多种形式的水致弱化(包括液压致裂、反应弱化、水解弱化等)与结构弱化(包括细粒化、晶格取向、成分分带性等)对于应变局部化具有重要的贡献。大陆地壳岩石流变学、中部地壳弱化与应变局部化研究,是未来岩石圈流变学研究的重要方向。     

石英C轴组构指示北大别造山后伸展期中-下地壳流变形式

造山带中-下地壳韧性流变形式反映深部岩石圈构造活动形式,是造山带深部岩石圈运动学及动力学研究的重要内容。前人对板块俯冲阶段造山带中-下地壳流动开展了较为深入的研究,但对造山后伸展期中-下地壳流变形式及其深部动力学认识不足。本次工作对北大别造山后伸展期中-下地壳岩石开展了详尽的构造观察和石英C轴组构分析,研究造山后伸展期中-下地壳流变形式。本次研究表明,中-下地壳流变带内岩石变形从边界区域的简单剪切变形为主导逐渐转变为在核部区域以纯剪切变形为主。流变带内部岩石变形特征表明北大别中-下地壳流变带的流变形式是介于活动边界条件下的透入性剪切流动和固定边界条件下韧性垮塌流动的过渡形式。这一流变形式可能是深俯冲太平洋板块的绕屈回撤和加厚造山带地壳活化韧性垮塌叠加的结果。     

"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。     

河南鹤壁尚峪新生代上地幔流变特征及构造意义

对河南鹤壁尚峪新生代橄榄霞石岩火山颈中的上地幔橄榄岩捕虏体的流变学进行了研究，结果表明，鹤壁地区新生代辉石地温总体上低于东南沿海及下扬子地区，有两种地温特征，其中全部尖晶石二辉橄榄岩及个别方辉橄榄岩的投影点落在大洋地温曲线上，甚至高于大洋地温，与中国东部新生代辉石地温特征吻合，而多数尖晶石方辉橄榄岩的投影点靠近地盾地温曲线或落在地盾地温曲线上；全部金云母方辉橄榄岩的投影点低一地地盾地温，样品的差异     

下扬子区岩石圈双层脆韧性过渡带叠置的流变学证据

下扬子区岩石圈流变学特征分析表明,流变学剖面具有典型的大陆拉伸构造特征,即“三层状”结构,3个脆性层之间夹有2个韧性层。浅层脆韧性过渡带与下地壳的低速高导层对应,深层脆韧性过渡带与Moho面对应。岩石圈强度在1.7×10~(11)～4.3×10~(11)N/m之间,是一个非常特殊的低强度岩石圈类型。岩石圈流变学特征反映的地球动力学意义与下扬子区中新生代以来的构造演化特征是一致的。     

华北第四纪火山作用研究

根据地层与同位素年代确定华北第四纪火山的时代为更新世 (Qp) ,距今 0 4Ma为火山活动高潮期。山西大同火山群东部火山为拉斑玄武岩 ,西部为碱性玄武岩 ;山东火山岩石碱性最强 ,为橄榄玄武岩 ,Sr同位素87Sr- 86Sr为 0 70 347～ 0 70 4 6 1,推测岩浆为地幔部分熔融的原始岩浆。对玄武岩中幔源包体的矿物进行了大量的电子探针分析 ,计算出其平衡温度为 880～ 110 0℃ ,平衡压力为 0 8～ 2 0GPa。由此推导的上地幔地温线低于由第三纪玄武岩中包体推导的地温线。上地幔的差异应力为 13～ 31MPa ,并随温度的升高而降低 ;应变速率为 7 78× 10 - 2 0 ～ 1 2 1× 10 - 14 s- 1,并随温度的升高而增大。研究结果表明 ,第四纪时期仍然存在上地幔底辟上涌 ,但其规模和活动强度均变弱     

碧溪岭超高压石榴橄榄岩的流变学研究

从组构、位错、滑移系及古应力计算等方面综合研究了大别山超高压石榴榄榄岩的流变学特征（１）对橄榄岩中单斜辉石和斜方辉石的且构分析表明,碧溪岭地区超基岩经历了塑性变形,形成了ＬＰＯ组构：碧溪岭超基性岩的变形特征既淡类似于蛇绿岩,也不完全等同于幔源包体,它有十分独特遥变形的图象。（２）利用费氏台可观测到的滑移系有如下两种：「００１」（１００）为中高温滑移系,「０１０」（１００）为低温滑移系,低温滑移系和     

济阳坳陷岩石圈热-流变学结构及其地球动力学意义

利用该区油气勘探积累的大量地温资料和岩石热物性参数, 结合地热学方法, 给出了该区的深部地热状态. 在此基础上, 利用流变学模拟进一步给出了相应的岩石圈流变剖面. 结果表明, 沉积盖层底面温度在129~298℃之间, 基底热流为54.3~60.5 mW/m²; 上地壳底部温度为406~436℃, 相应热流为47.7~52.6 mW/m²; 中地壳底部温度为537~572℃, 热流为41.3~46.3 mW/m²; 莫霍面温度为669~721℃, 地幔热流为38.1~43.1 mW/m², 热岩石圈厚度为71~90 km. 上述热状态参数与地壳厚度以及地表热流等因素密切相关, 地表热流越高, 则相应的深部温度和热流也越高, 热岩石圈厚度也越薄. 济阳坳陷较高的热状态与新生代期间太平洋板块向欧亚板块俯冲的弧后扩张动力学背景密切相关. 岩石圈纵向流变分层现象明显: 上、中地壳基本为脆性, 而中地壳底部及下地壳几乎均为韧性层, 壳下岩石圈为韧性. 此外, 也存在横向变化, 各凹陷岩石圈总强度不一. 济阳坳陷岩石圈总强度为1.52 × 10¹² ~ 2.16 × 10¹² N/m, 岩石圈有效弹性厚度Te约为24 km, 与力学强地壳(MSC)厚度基本一致. 太平洋板块俯冲过程中深部地壳矿物的脱水以及地幔楔热物质的上涌, 在地壳底部产生部分熔融, 并引发岩浆的底侵和向上侵入. 这一地球动力学过程可能是华北及东部地区下地壳的粘度降低、从而发生韧性流动的原因. 济阳坳陷岩石圈的上地壳脆性断裂变形和中下地壳的韧性流动这一分层变形特征决定了济阳坳陷新生代以来的成盆动力学机制.     

熔融流体与上地幔流变强度关系的实验研究

在上地幔温度(1300～1500K)、压力(1.5GPa)和应变速率10~(-4)～10~(-5)/s条件下对合成地幔岩进行了部分熔融变形实验研究.实验结果表明5%左右熔体使地幔岩石力学强度产生明显弱化现象,熔融流体强化了矿物颗粒边界滑移和动态重结晶作用.含少量熔体液-固态双相系统上地幔岩石变形机制以高温位错蠕变为主,应力指数n为2.3,蠕变活化能为270～994kJ/mol.