断裂剪切带中的纳米结构与成矿作用

纳米科学已涉及从信息学到地学的各个领域,成为这个时代一个标志性的关键词。近十多年来,国内外的纳米地学 研究,在实践、理论和实验等诸方面都取得了迅速的进展。该文运用4F (Fact, Formation, Function and Formulation,即事实观 察、形成机理、功效作用和计算模拟)研究方法,利用扫描电子显微镜（SEM） 和透射电子显微镜（TEM） 对断裂剪切带中 的纳米结构与成矿作用进行了样品观察和综合分析。首先,作者表述了岩石剪切面上广泛分布的剪切薄壳（膜） 的形成、 发育和组成,一般脆性剪切的薄壳厚度（h,毫米-厘米级） 要比韧性的剪切薄膜（忽米-毫米级） 厚,前者是由动态摩擦 粘滑滑移引起的,而后者则是由静态蠕滑滑移造成的,且两者均是由纳米矿物和纳米结构组成的。随之,作者集中探讨了 作为研究主体的剪切薄壳（膜） 中纳米结构的应变变形和生成演化,它们既具有弹性又有粘性的变形特征而不是单一的力 学属性。纳米结构的生成-发育-演化,可依剪切变形过程划分为强化(硬化)-弱化（软化） -脆化(退化)三个变形应变阶 段,和相应的纳米涂层-纳米弱化-纳米层裂三种类型纳米作用：（1） 纳米涂层是一种最基本的纳米作用,在成熟的断裂 剪切(带)中,只要有滑移摩擦存在,就会有纳米结构。这种作用能引起有序的纳米结构和定向结构,包括单体纳米颗粒 （通常直径d= 40~80 nm） -复体纳米颗粒-多重复体纳米颗粒;纳米粒-纳米线-纳米层;纳米颗粒粒化-异化-再生 等。（2） 纳米弱化作用是由颗粒粒度减小,瞬时温热,叶理发育和弱势矿物等所致,并可细分为滑动纳米弱化、流变纳米 弱化和动力纳米弱化三种类别。（3） 纳米层裂作用是一种由动力热作用到静力冷作用诱发的剥离作用,通常沿着纳米结构 的劈理面、解理和滑移面开裂。进而,以江西省的金山金矿和广丰滑石矿为例讨论了纳米结构与成矿关系：（1） 含金糜棱 岩发育过程中的纳米涂层作用成岩,纳米弱化作用成矿和纳米层裂作用形成面理的三个阶段。其重要的是纳米弱化作用期 间超糜棱岩的温度能够达到纳米金物质的熔点327 ℃,并在流变滑移过程中产生集中颗粒型（d=15~35 nm） 和分散颗粒型 （d=4~8 nm） 的金颗粒;（2） 滑石矿中高应变反映的纳米结构和纳米作用尤为强烈,具有局部熔融流变,纳米弱化作用阶段 的纳米次分层作用非常发育,沿（001） 面滑移的叶理厚度仅10~15 nm,且纳米层裂作用更是造成开放性的剥离、裂理作 用。上述的研讨,揭示了实质上至少一维的“纳米小疙瘩（nano-orange） 在地球物质中无处不在”。这场地学变革-- “纳 米科学与技术是地球科学的下一次革命（Hochell, 2000）”--大幕才刚刚开启,就促使科研工作者对一些地质现象重新认 识,也激发大家去开发“纳米小疙瘩”在地球物质中的“新奇”功效。     

新疆东昆仑-阿尔金地区航磁反映的断裂构造特征

本文根据最新的航磁资料,将东昆仑-阿尔金山地区按照不同的磁异常面貌特征进行了分区描述,其总体展布以北东和近东西向为主,磁异常具有明显的分区、分带性。同时辅以卫星重力资料,通过解析延拓、任意水平方向导数计算等处理,得到大量与断裂相关的地球物理场信息,并结合地质资料综合分析,揭示了研究区内断裂构造尤其是深大断裂在磁场上的特征。这些特征主要以不同磁场分界线、磁异常梯度带和串珠状异常等形式呈现,明显的表现为磁场分区、分带的界线。在此基础上,根据航磁资料解释和实际应用结果对深大断裂与成矿的关系进行了探讨。本文实例揭示已知的中小型矿床多位于深大断裂附近。     

嘉鱼断裂西向延伸与第四系活动特征

嘉鱼断裂为已证实的隐伏断层。该断裂从洪湖老湾西南横切长江,沿近东西—北东东向延展,经嘉鱼县城东北马鞍山北缘向东延伸于斧头湖,长约40 km,该断裂东端已有明显出露,而断裂尾部并没有明显出露。由于区内小尺度物探资料的缺乏,使得该断裂的走向和活动性都缺少相关证据。本文利用浅层地震反射结合折射层析成像方法,采用2 m道间距接收人工地震波,利用多次覆盖技术和密集炮集折射记录,分别对数据进行反射处理和层析成像,获取了浅层地震反射剖面和高分辨率折射层析成像剖面,并参考相关区域地震安全性评价钻孔资料进行解译。综合研究结果表明：浅层地震反射和高分辨率折射联合应用可互补,尤其在外界干扰较为严重的区域,利用高分辨率折射层析成像可减少浅层地震反射对断层的误判。此外,研究结果证实了嘉鱼断裂的具体位置,其性质为北盘下降、南盘上升的正断层,且该断层错断了第四系沉积层。     

南堡1号构造馆三段断盖配置油气渗漏部位及其控藏作用

为了研究南堡凹陷南堡1号馆三段火山岩盖层上下油气分布规律,在馆三段火山岩盖层及其内油气渗漏断裂发育及分布特征研究的基础上,通过对馆三段火山岩盖层断接厚度与其封油气所需最小断接厚度相对大小的比较和对油气渗漏断裂凸面脊的确定,预测了南堡1号构造馆三段断盖配置油气渗漏部位;并结合油气分布,对断盖配置油气渗漏部位对油气成藏与分布的控制作用进行了研究。结果表明,南堡1号构造馆三段断盖配置发育10处油气渗漏部位,其中：F₂及分支断裂油气渗漏部位最发育,有3处油气渗漏部位;其次是F₁、F₆断裂,有2处油气渗漏部位;F₃、F₄、F₅和F₇断裂仅各发育1处油气渗漏部位。这些油气渗漏部位及附近有利于下伏东一段油气在上覆馆三段之上聚集成藏,应是造成南堡1-1断鼻、南堡1-3断块和南堡1-5断鼻北部油区油气既可以分布在下伏东一段又可分布在馆三段之上,而南堡1-5断鼻南部油气仅分布在下伏东一段的根本原因。     

New insights into the carbonate karstic fault system and reservoir formation in the Southern Tahe area of the Tarim Basin

As worldwide hydrocarbon exploration has extended from shallowly to deeply buried strata, reservoir quality has attracted substantial and persistent interest in petroleum geology. In particular, deeply buried strata (>5500 m) in the Tarim Basin have attracted considerable attention because carbonate reservoirs that have experienced fracture or dissolution have also been shown to demonstrate considerable hydrocarbon potential. Therefore, it is necessary to determine how these reservoirs are developed and distributed in detail from both scientific and practical standpoints.In this paper, we address this issue using a case study in the southern Tahe area, which is contained within the largest Palaeozoic marine oilfield in China. In the northern Tahe area, mega-paleokarst systems developed in the Ordovician strata; however, the reservoir quality in the southern part of the Tahe area is relatively poor because it is covered by insoluble formations during karstification. Observations of cores and analyses of images of well logging demonstrate that these reservoirs are dominated by caves, vugs and fractures that have developed near faults. We speculate that the faults penetrating insoluble formations represent the main dissolution passages that originally developed these karstic fault systems. Additionally, we analyse a series of outcrops, seismic data, and structures to characterize the spatial geometry of these major faults and their surrounding fractures in detail. Most of these are strike-slip faults, and their subsequent reservoirs can be divided into three categories based on their development, including dendritic, sandwich and slab reservoirs. Recent studies demonstrate that karstic fault reservoirs are most common traps in the study area. Although various types of carbonate karstic fault reservoirs are represented in this region, the dendritic karstic fault reservoir is the most hydrocarbon-rich.Guided by these initial results, 108 wells were drilled from 2013 to 2014, producing 485 thousand tons of oil and yielding success ratios greater than 89%. The average production of dendritic reservoirs is 37.4 tons per day (t/d), while those of sandwich and slab types are 20.2 t/d and 14.0 t/d, respectively. These results represent significant references for future hydrocarbon exploration and the development of similar deeply buried karstic fault reservoirs in the Tarim Basin and elsewhere.     

吉林省白山市板石沟铁矿断裂构造地球化学特征

断裂构造中元素的迁移变化规律是构造地球化学研究的主要内容.白山市板石沟铁矿断裂构造发育,是开展断裂构造地球化学研究的有利地区.通过对板石沟铁矿17矿组和赵家沟矿组典型逆断层剖面测量,采集构造岩和周围岩石,分析常量元素和微量元素,利用构造地球化学剖面法、质量等比线法和特征元素比值来反映元素在逆断层中分布特征和迁移变化规律.通过分析认为在逆断层中常量元素SiO₂、Fe₂O₃、CaO、Na₂O亏损,Al₂O₃、K₂O富集,微量元素中Rb、Sr等离子半径较大元素富集,离子半径较小元素Co、Cr、Ni亏损,K₂O/Na₂O、V/Cr、Rb/（Ni+Co）在逆断层中呈现出高值,SiO₂/Al₂O₃、（Fe₂O₃+CaO+MgO）/Al₂O₃呈现出低值.依据这些构造地球化学特征可以用来判断断裂构造的存在,为断裂构造地球化学研究和板石沟铁矿勘查提供构造地球化学依据.     

西沙海域南部多边形断层的发现及其分布特征与控制因素

根据新采集的三维地震资料,在西沙海域南部发现了多边形断层,其发育分布具有层控特征明显、在富泥地层中发育、多方位走向、纵向断距小、平面延伸长度小且形态为不规则多边形等特征。由于研究区东西两侧应力条件的差异,导致多边形断层发育特征的差异明显。通过对多边形断层发育控制因素的分析,认为地层岩性(特别是西沙海域上构造层的远源细粒沉积物)是其发育的主控因素之一,同时水道砂岩、成岩作用及构造作用等也是影响其发育分布的因素。多边形断层可以作为流体运移的通道,它与下部构造断层连接可将深部烃源岩中的油气运移到上部储层中聚集,或继续向上运移到浅部地层中形成天然气水合物。     

2014年鲁甸6.5级地震成因、破裂特征和余震分布特征的库仑应力作用

根据2014年鲁甸M_S6.5地震的区域构造和余震共轭分布特征,本文首先计算了1733年小江断裂带北段M7.75地震,1850年则木河断裂带M7.5地震和1974年马边M_S7.1地震对鲁甸M_S6.5地震震源机制解两个节面的黏弹性库仑应力作用,结果显示NNW向发生主破裂的包谷垴-小河断裂受到这3次地震,尤其是1850年M7.5地震明显的库仑应力作用,我们认为则木河断裂的高速左旋走滑运动以及7级以上强震的重复发生对于包谷垴-小河断裂的强震孕育和断裂演化方面具有促进作用;然后分析了鲁甸6.5级地震的共轭破裂与余震分布特征,并分别计算了两个共轭破裂面单独破裂对另一破裂面的库仑应力作用,结果显示NEE向破裂促进NNW向破裂的发生,而NNW向破裂后则阻碍了NEE向破裂的进一步发展,最终发展成以NNW向破裂为主的共轭破裂事件;最后计算了共轭破裂产生的库仑应力变化对余震的影响,认为位于NEE向破裂面西侧的余震集中分布主要是由于应力触发作用而形成.     

2013年川滇交界香格里拉—得荣震群序列的重新定位、震源机制及发震构造

2013年8月28日和31日四川得荣县与云南德钦县、香格里拉县交界地区分别发生MS5.2和MS5.9地震.这两次主震连同截至2013年12月31日发生的589次M≥1.5余震,构成香格里拉—得荣震群序列.该序列的震区位于青藏高原东南隅横断山脉的三江构造带地区,地处川滇菱形块体西边界,当地有多组交错的活动断裂.为了了解这一震群序列的震源构造特征以及震区的构造动力环境,我们利用区域地震台网的数字波形资料以及中国地震台网中心的有关震相数据,建立了分区速度结构模型;使用Loc3D(川滇走时表定位软件)重新测定该震群序列中10次MS4.0地震的位置,利用双差法对该序列中的更小地震进行重新定位;同时,采用地震矩张量的时间域反演方法获得10次MS4.0地震震源机制的矩张量解.重新定位结果显示:香格里拉—得荣震群序列的绝大部分地震发生在NW向德钦—中甸—大具断裂中段7~15km深度的基底层,整个序列的震源分布长度约17km,横向宽度约7km;震源分布在横剖面表现为负花状构造的断裂带内,其中,NE倾向的主干活动断裂及其北东侧一条SW倾向的次级断裂分别控制该负花状构造的两个侧边.本研究反演得到的震源机制解显示:该序列所有MS4.0地震均是德钦—中甸—大具断裂中段在近S-N向—NNE-SSW向拉张作用下的正断层作用的结果,右旋走滑作用并不明显.这与该断裂晚第四纪活动的地质地貌特征—右旋走滑为主、正断倾滑为辅—并不吻合.这种不一致可能暗示震区的现今构造运动与以往有所不同,为进一步研究青藏亚板块东南隅与缅甸亚板块以及印度板块交界地区的现今构造动力学提出了问题与线索.     

用跨断层形变资料分析鲜水河断裂西北段的运动特征

本文利用主成分分析、震间位错反演和小波技术分析了鲜水河断裂西北段的跨断层形变资料(1986—2013).结果表明:以左旋走滑为主的断层长期运动为跨断层资料的主要信息,且符合负指数函数的运动规律,随着断层深度的增加,滑动量逐渐减弱.从炉霍段、道孚段到乾宁段,断层闭锁程度逐渐增强.2001年昆仑山M8.1地震发生后,鲜水河断裂西北段地壳浅层(地表以下30km)的左旋走滑明显减弱,到2013年的累积减弱量为3~13mm.5·12汶川M8.0地震发生前,断层滑动出现周期4~5年的增强信号.4·20芦山M7.0地震发生前,断层滑动首先出现低频信号(4~5年周期)增强,随着地震发生临近,强信号频率逐渐升高,直到出现周期为1年的强信号.