喜马拉雅东构造结石英EBSD组构研究及地壳构造变形环境指示

东构造结是喜马拉雅造山带构造变形和变质作用最强烈、岩浆作用和深熔作用最复杂的地区之一,是研究喜马拉雅地壳变形的理想场所。本文基于野外大比例尺填图,结合宏观与微观构造解析以及石英组构数据分析,得出以下结果:(1)东久-米林剪切带中段以左行走滑为主,其变形温度为300~550℃;直白-丹娘韧性拆离断层表现为上盘向NW方向运动,其变形温度为400~650℃。(2)研究区经历过高温变质至低温变形的过程,组构特征表现出从柱面<c>滑移至底面滑移的演化过程。在直白-丹娘韧性拆离断层两侧,构造变形呈不连续性,从而为进一步解体南迦巴瓦变质体和重塑区域构造演化过程提供了重要依据。

青藏高原东构造结林芝地热田浅部典型电性结构及热储关系

约40 Ma以来,受控于印度板块的俯冲及后期演化,青藏高原喜马拉雅山系东构造结成为了板块活动最强烈的地区之一;由于深部动力学过程中的浅表响应,该地区地热资源极为丰富。笔者等通过对两条音频大地电磁(AMT)测线进行数据处理与分析,查明了测点覆盖区域范围内二维电性结构及主要存在的深大断裂。依据电性结构推测研究区地下1 km深度范围内可分为4层,浅部低阻层为松散砂泥卵石层,下伏的中阻为砾卵石层,其下的低阻为砂岩、板岩、页岩强风化层,最底部的中高阻层推测为古元古界林芝岩群真巴岩组以片岩、花岗岩为主的地层。结合以往大地电磁测深及地震研究发现的地下10~20 km存在大规模近东西向展布且向上延伸熔融流变导致的低速高导体,推测可能是该地区深部热源所在。进一步通过对深部及浅部电阻率模型的综合对比研究,基于地热地质背景、电性结构特征,探讨了该地区的深部热源及热储关系。

GPS数据揭示的喜马拉雅东构造结地区现今应变特征及其动力学机制

喜马拉雅东构造结位于印度与欧亚板块碰撞的前缘,是地壳缩短和构造旋转变形十分强烈的部位。本文收集东构造结及其周边区域大范围、长时段的最新GPS速度场资料,采用“二维张力样条”方法计算获得区域构造应变场,研究其现今地壳运动与构造变形特征。结果显示,高应变率区集中在喜马拉雅主逆冲断裂、实皆-阿帕龙断裂、鲜水河-小江断裂、东构造结的环形地区和印度东北部及缅甸西部的巴坎-若开山脉地区,而在跨嘉黎断裂和红河断裂区域并无显著的应变。区域最大剪切应变率主要沿着实皆-阿帕龙断裂、鲜水河-小江断裂等构造带分布,区域最大面压缩率发生在阿萨姆东北部一带(N28°~29°、E95.5°~96.5°),最高量值为151.8×10^(-9)a^(-1);反映喜马拉雅东构造结的最强变形核心部位已经由南迦巴瓦峰地区向其东南方向发生了转移,移至位于阿萨姆东北部地区的喜马拉雅主边界逆冲断裂与阿帕龙断裂的交汇处。综合分析认为,喜马拉雅东构造结地区在印度板块强烈的楔入挤压作用下,大陆变形以地壳增厚为主,深部以黏塑性为特征的下地壳和上地幔物质的流动驱动着上覆脆性上地壳地块。

喜马拉雅东构造结地壳形变及断层运动特征

利用SBAS-InSAR技术提取喜马拉雅东构造结高精度地壳形变速率场,提出一种利用外部GACOS大气数据并基于干涉相位来抑制与地形相关的大气垂直分层延迟相位的方法,发展了一种顾及块体运动的残余轨道趋势相位校正方法。采用弹性回跳理论和负位错模型反演东构造结断层闭锁深度及蠕滑速率。InSAR形变结果表明,东构造结LOS向形变速率为-10~15mm/a。东久-米林断裂西南段两侧存在明显差异性运动,沿断层走向的差异性运动逐渐减弱并趋于稳定;嘉黎断裂跨断层构造活动不强烈。断层运动模型反演结果表明,东久-米林断裂西南段闭锁程度较小,闭锁深度以下的蠕滑速率为7~16mm/a,靠近东构造结顶端,断层闭锁程度逐渐增大,蠕滑速率逐渐减小至2mm/a;嘉黎断裂闭锁深度为4~25km,蠕滑速率为1~4mm/a,整条断裂均处于深度闭锁状态。

喜马拉雅东构造结——南迦巴瓦构造及组构运动学

喜马拉雅东端—南迦巴瓦构造结的构造格架总体呈现由叠置构造岩片构成的复式背形构造。自 NW 到 SE 由比鲁构造岩片、直白构造岩片、南派乡构造岩片和多雄拉变质穹隆组成,它们之间的界限分别是直白—丹娘—南伊沟韧性拆离断裂、直白—丹娘韧性逆冲断裂和多雄拉韧性逆冲断裂。由高压麻粒岩相组成的直白构造岩片被直白—丹娘—南伊沟韧性拆离断裂和直白—丹娘韧性逆冲断裂所夹持,为挤出构造岩片。根据印度斯—雅鲁藏布江大拐弯缝合带西侧和北侧的变形特征及石英组构运动学的 EBSD 测量结果,表明大拐弯缝合带存在各段的差异,并具有逐渐演化的特征。大拐弯缝合带的北端为拉月一迫隆乡韧性逆冲剪切带;西段为鲁朗—拉月左行走滑剪切带,西南段为嘎马—米林左行伸展转换剪切带,指示南迦巴瓦变质体相对拉萨地体的运动转为水平走滑运动。根据大拐弯缝合带东侧右行走滑和西侧左行走滑特征,推测在印度一亚洲碰撞之后,南迦巴瓦变质体受制于这两条走滑断裂,而相对喜马拉雅地体向北推移,并深深插入拉萨地体之下,形成东构造结。由于南迦巴瓦变质体的强烈上隆,其上部原存的特提斯喜马拉雅的古生代—中生代盖层沉积被俯冲和被剥蚀贻尽。南迦巴瓦变质体中直白组高压麻粒岩相中石榴石辉石岩形成的温压条件(T=800～900℃,P=2.6～2.8GPa)表明,岩石经历了相当于80km～100km 深度的峰期榴辉岩变质作用的条件,印度板片深俯冲于拉萨地体之下又折返挤出到由派乡组和多雄拉组角闪岩相(混合岩化)组成的南迦巴瓦变质基底之中。

喜马拉雅“东构造结”地区的特异重力场与深部地壳结构

跨越中、印、缅三国交界的喜马拉雅“东构造结”地区(92°E^97°E,26°N^30°N)有一半以上的面积尚没有重力测点,是重力数据空白区,故无法直接研究其重力场特征与深部地壳结构(构造).本文应用卫星重力异常资料作为近似空间重力异常,经计算给出的布格重力异常,其特征与该地区的地形高程呈很好的镜像相关.据此得到该区不同方位的3个地壳深部结构剖面.重力异常反演求得青藏高原地壳厚度>70 km;喜马拉雅造山带为55 km左右;布拉马普特拉河谷盆地为33~35 km;那加山山脉地区为40~45 km,即呈现出3个不同构造单元的展布.同时求得“东构造结”区由高密度的刚性物质构成,在印度洋板块的碰撞、挤压作用下呈向北运移,并插入青藏高原东缘.基于这样的构造格局和深层动力过程,导致了青藏高原东南缘和东北缘的强烈构造运动,大、小地震的频频发生和矿产资源的聚集.

喜马拉雅东构造结周边地区主要断裂现今运动特征与数值模拟研究

本研究通过对东构造结及其周边地区主要断裂进行野外考察,通过GPS观测数据和地质、地球物理资料的综合分析,建立三维有限元模型;运用数值模拟方法对东构造结周边地区主要断裂现今运动特征进行模拟研究,取得一些初步的认识:(1)东构造结北侧和东侧地块总体上围绕构造结发生顺时针旋转,右旋走滑的东南边界断裂不是嘉黎断裂,可能是阿帕龙断裂;(2)野外考察资料、GPS观测及数值模拟结果研究表明,嘉黎断裂不是整体右旋走滑断层,西北段和东构造结顶端附近为右旋挤压性质,东南段运动性质发生了转变,由右旋走滑运动转变为左旋走滑运动;(3)数值模拟结果表明,嘉黎断裂与实皆断裂可能是不相连的,至少不是简单连通的,阿帕龙断裂与实皆断裂可能是相连的;(4)东构造结目前依然起着一定的作用,它与阿萨姆角共同影响着现今区域构造变形,许多断裂活动转换和重要构造事件都发生在它们之间或很近的区域.

喜马拉雅东构造结岩石圈板片深俯冲的地球物理证据

2009～2010年在南迦巴瓦地区进行了宽频带地震和大地电磁探测,分别处理获得东构造结及其邻区的地下300km以上的P波速度图像和两条大地电磁电阻率剖面。通过资料的对比和综合解释,发现电阻率分布与地震波速有较好的对应关系。研究结果表明:南迦巴瓦变质体的上地壳部分呈现明显高速高阻特征,为两侧的雅鲁藏布江缝合带所夹持;中下地壳具有不均匀性,且普遍呈低速低阻特征;印度板块在藏东南向欧亚板块的俯冲前缘越过嘉黎断裂,抵达班公湖-怒江缝合带;在拉萨地体的高速俯冲板片以下100km至200km深度范围内存在大规模的低速异常带,其上盘中下地壳也广泛发育低速高导体,指示青藏高原东南缘可能存在韧性易流动的物质向东、东南逃逸的通道,为印度板块在南迦巴瓦的深俯冲动力学模式提供了地球物理证据。

利用接收函数方法研究喜马拉雅东构造结地区地壳结构

本文使用位于喜马拉雅东构造结地区布置的24个宽频带地震台站记录的远震波形数据,利用P波接收函数的方法研究了台站下方的Moho面深度、泊松比和地壳速度结构.结果表明,东构造结内Moho面深度呈现出自南西向北东方向逐渐变深的趋势,地壳厚度在54~60 km范围内,其中东久一米林走滑断裂带附近Moho面最浅,东构造结周围拉萨地块的Moho面深度在60 km以上.东构造结西部东久一米林走滑断裂带附近地壳泊松比较高.嘉黎断裂带南北两侧的泊松比差别较大,说明该断裂带两侧地壳结构存在显著差异.东构造结周边拉萨地块地壳内普遍存在低速层,分布在20~40 km深度范围内,厚度约为5~15 km.

喜马拉雅东构造结周边地区地壳磁异常分布特征研究

根据波茨坦地磁场模型(POMME6.2),研究喜马拉雅东构造结周围地区地壳磁异常的空间分布、磁异常随高度的衰减特征.利用二维小波变换方法对地表磁异常进行分解,分析小波细节组合和逼近信号的异常特点.讨论磁异常与地质构造的联系.结果表明,研究区内地壳磁异常分布相当不均匀.喜马拉雅—东构造结—龙门山—大巴山地区分布着较强的负磁异常;四川盆地为正磁异常,其他地区磁异常较弱.东构造结对周围地区磁异常有重要影响,它及其周围地区的地壳磁异常都是在负磁或弱磁异常背景上,叠加着中短波长的正负磁异常.这些中小尺度磁异常由中、上层地壳磁性物质产生,走向与地质构造基本一致.沿金沙江、红河断裂带分布着清晰的弱磁异常带.龙门山断裂带、丽江—小金河断裂带和红河断裂带是磁异常强弱过渡带.青蒇高原中部东西向的磁异常,在东构造结弧顶地区呈弧形分布.青藏高原中部和滇中地块带状、团状磁异常具有相同的衰减规律.

喜玛拉雅“东构造结”地区特异重力场的探讨

跨越中、印、缅三国交界的青藏高原东南的喜玛拉雅“东构造结”地区(92°E^97°E,26°N^30°N)一半以上的面积尚没有重力测点,是重力数据空白区,故无法直接研究其重力场特征与深部地壳结构(构造).本文分析了卫星重力异常的特性,提出应用卫星重力异常作为近似空间重力异常,并作布格改正后,得到的布格重力异常具有与该地区地形高程呈镜像相关的特征,可用以研究深部地壳结构.据三条重力剖面计算得到该地区三个地壳深部结构剖面的结果,给出青藏高原地壳厚度>70 km;喜马拉雅造山带为55 km左右;布拉马普特拉河谷盆地为33~35 km;那加山山脉地区为40~45 km,显示出三者为三个不同的构造单元.同时给出布拉马普特拉构造单元为相对高密度的刚性物质构成,随着印度洋板块向北运移,在碰撞、挤压下,插入青藏高原东南缘一带.导致该地带的强烈构造运动,和频发大、小地震.最后提出了几点认识和建议.

喜马拉雅东构造结地区雅鲁藏布江蛇绿岩地质年代学研究

雅鲁藏布江结合带在东构造结地区形成弧形展布的蛇绿混杂带,此前对该带蛇绿岩的地球化学特征和成因已有研究,但年代学研究十分薄弱。本文报道对该带蛇绿岩的地质年代学研究成果。从变玄武岩和变辉长岩中分选出两类锆石。一类锆石为自形的柱状双锥,具有清晰的同心韵律环带,较高的Th/U比值（主要为0.63~2.79）,SHRIMP II测出的年龄为185.8±1.7 Ma（MSWD=0.64,n=11）。另有3颗此类锆石经SHRIMP II和LA-ICP-MS分别测出207±29 Ma（MSWD=6.5）、209±20 Ma（MSWD=3.0）年龄值。另一类锆石为它形、半自形长柱-短柱状双锥,内部呈扇状分带、弱分带或无分带,具有较低Th/U比值（主要为0.005~0.033）,经SHRIMP II测出32.74±0.65 Ma（MSWD=0.92,n=11）年龄值。还有一些变质锆石测出82.8~70.8 Ma等年龄。测年结果表明蛇绿岩形成时代为早侏罗世,局部可能为晚三叠世。笔者认为新特提斯洋在晚三叠世至早侏罗世发生向北的俯冲消减,在晚白垩世闭合,蛇绿岩构造侵位。

青藏高原东构造结及周边地区上地幔顶部Pn速度结构和各向异性研究

东构造结是印度板块和欧亚板块碰撞的奇点,历来是地学研究的热点.本文在中国及区域地震台网资料所得结果的基础上,增加了1964-2006年的ISC数据,总共349475个Pn波到时资料,着重反演了东构造结及周边地区Pn波速度结构和各向异性.结果表明该区Pn速度结构与现代构造活动存在较明显的关联:四川盆地,印度板块是构造稳定的地块而具有高速异常;藏东南和南北地震带构造活动强烈而显示低速异常,云南南部、中南半岛北部因处于缅甸弧弧后扩张区其低速异常尤为明显.Pn波各向异性表明快波方向在东构造结有一顺时针旋转的趋势:在藏东南是北东方向,然后在南北地震带先转向东南,再转向南,最后在中南半岛北部突变为近东西向.这是因为青藏高原物质在东流的过程中,相对于东构造结和四川盆地,在藏东南和南北地震带存在强烈的简单剪切变形,而在缅甸弧后扩张区为纯剪切变形所致.SKS快波方向也有类似的旋转趋势,但在中南半岛北部附近,具有近东西向Pn快波方向的区域,比云南南部东西向SKS区域偏南3°左右,这可能是由于该地区岩石圈上部运动比下部更快的结果.

喜马拉雅东构造结地区地热成因分析

喜马拉雅东构造结地区是现今地球上构造活动最强烈、地貌演化最快的地区之一,属于地中海—喜马拉雅地热带,水热活动强烈。基于喜马拉雅东构造结的地热地质背景,采用野外调查、水化学和稳定同位素测试分析等手段,初步分析嘉黎地区深部地下热水发育特征及成因模式。结果表明,该区域地下热水均来自大气降水或冰雪融水,补给高程位于4500 m以上,推测补给区位于研究区西北部片麻岩山区;区内地下热水均为未成熟水,热水补给水源沿断裂循环至深部热储,随后受热对流上升至地表出露成温泉,热水上升至浅表部与冷水发生混合,冷热水最大混合比可达91%;采用二氧化硅温度计、阳离子温度计以及硅-焓模型估算出热储温度最高达380℃,热水在雅鲁藏布江结合带内循环深度达到6900 m。研究区深部热源主要来自雅鲁藏布江结合带及附近深大断裂,地表热显示主要受控于结合带两侧的次级张扭性断裂。本研究初步揭示了喜马拉雅东构造结嘉黎地区地热成因模式,可为该区重大工程建设和高温热害防治提供指导。

喜马拉雅东构造结北缘通麦—波密段现今地应力场特征研究

喜马拉雅东构造结是青藏高原构造演化研究的关键地区,规划有川藏铁路和雅鲁藏布江下游水电开发等重大工程,受限于地质地理条件,其现今地应力场尚不完全清楚。本文利用水压致裂法地应力数据,研究了东构造结北缘通麦—波密段现今地应力场,探讨了其构造应力环境。结果表明,通麦—波密段实测主应力随深度增加而增大,1100 m深度内SH和S_(h)分别为4.87~32.47 MPa和3.05~20.07 MPa,随深度增加梯度分别为2.49 MPa/100 m和1.61 MPa/100 m,略低于青藏地块和东构造结西缘梯度水平,但地应力状态特征参数表明其水平应力作用强度总体上高于青藏地块;SH优势方向为NEE向(N69.2°±11.5°E),相比NNE—NE向区域主压应力方向表现出明显的顺时针偏转特征;现今地应力场由水平向应力作用主导,400 m以浅应力类型为逆冲型,以深转换为走滑型;水平向差应力和构造差应力在600 m深度以下显著增加,构造差应力最大为12.42 MPa,表明通麦—波密段深部存在相对较强的构造应力作用;库伦摩擦失稳准则分析表明,受地形影响较小的200 m以深实测地应力值总体低于摩擦系数取0.6时理论地应力水平,并且430 m深度以下地应力值总体在摩擦系数取0.2~0.4的理论地应力取值范围内,揭示通麦—波密段现今地壳应力强度尚未达到极限水平,目前处于相对稳定的构造应力环境。最后,讨论了现今地应力场对东构造结北缘重大铁路隧道工程的潜在影响,并提出了应对建议。

喜马拉雅东构造结工程选址面临的地质安全挑战

喜马拉雅东构造结是全球构造活动最强烈、地质环境最复杂、地质灾害最频发的地区之一,工程规划建设面临板块构造带的构造错断、深埋工程灾变、松动山体失稳、流域性地质灾害链等灾难性地质安全风险。如何在活动构造带内选择相对稳定与安全的场址,实现工程规划建设与运营的地质安全风险最小化,是当前工程地质领域的重要课题。文章系统梳理了东构造结地区重大地质安全问题,发现传统的工程选址理论已无法满足喜马拉雅东构造结工程选址的要求,工程选址面临地质演化过程与工程区地质建造不清、构造活动性与强震灾害风险突出、深部构造应力场与灾变研究薄弱、超高位超远程地质灾害链形势严峻等重大地质安全挑战。为此,文章从“区域地质演化与工程地质问题”“活动断裂及工程安全风险”“复杂地应力场及工程灾变风险”“流域性地质灾害链工程风险”“东构造结工程选址理论方法”共5个方面提出工程选址主要研究方向,为完善工程选址风险评价与防控方法提供思路。

喜马拉雅东构造结高压麻粒岩PT轨迹、锆石U-Pb定年及其地质意义

喜马拉雅东构造结出露了一套基性高压麻粒岩,其峰期矿物组合为石榴石＋单斜辉石＋石英＋金红石＋斜长石,利用相平衡计算其峰期温压条件为904℃、1.37GPa,利用锆石U-Pb定年方法确定其变质年龄为20.7±2.3Ma。角闪斜方辉石麻粒岩为其第一阶段退变产物,其变质矿物组合为斜方辉石＋角闪石＋斜长石＋石英＋钛铁矿＋磁铁矿,温压条件为压力小于0.6GPa,温度为720～760℃。角闪岩相退变矿物组合为角闪石＋斜长石＋石英＋钛铁矿＋磁铁矿,温度小于745℃,压力小于0.6GPa。在角闪斜方辉石麻粒岩中变质锆石获得的定年结果为9.38±0.22M,根据锆石中角闪石＋斜长石＋石英的矿物包体特征,确定该年龄代表角闪岩相退变质年龄。据此,确定了喜马拉雅东构造结基性高压麻粒岩的PTt轨迹为顺时针2阶段折返过程,即第一阶段发生在20Ma左右的由高压麻粒岩相到角闪岩相退变阶段,第二阶段发生在9Ma左右的从角闪岩相深度折返到地表的阶段,计算得到其折返速率分别为2.4mm/y和2.3mm/y,这2个阶段的折返与目前通常认为的青藏高原2个主要抬升阶段是基本一致的。

喜马拉雅东构造结地热资源赋存特征与开发利用潜力

喜马拉雅东构造结地热资源丰富,未来开发利用前景较好,对西藏地区的高质量发展、助力实现国家“双碳”目标具有重要意义。本文通过对喜马拉雅东构造结典型温泉开展野外调查、水化学同位素分析、地温温标与硅-焓模型计算等方法,分析了地下热水水文地球化学与地热资源赋存特征,评价了地热资源储量与开发利用潜力。研究结果表明,喜马拉雅东构造结地热资源分布受活动断裂控制,地下热水主要赋存于雅鲁藏布江缝合带、通麦-通灯断裂、嘉黎-察隅活动断裂带三个水热活动区,地热资源丰富。区内地下热水具有高温度、高TDS、高偏硅酸和偏硼酸含量等典型特征,符合理疗矿泉水认定标准,可作为理疗矿泉水开发应用。区内地下热水为大气降水起源,补给高程为4309~4988 m,循环深度为1403~7202 m,热储温度为65.5~303.2℃,受热对流影响,沿构造薄弱部位向上径流,接受72%~96%比例的冷水混合,于地表形成不同类型地热显示。区内地热能资源总量为173.42×10^(18)J,可采地热能资源量为26.013×10^(18)J;地热水资源总储量为2.191×10^(10)m^(3),可采地热水资源量为3.286×109m^(3),现状开采系数仅0.86%~27.84%,极具开采潜力。地热资源的梯级利用和集成应用措施与技术是该地区未来重点研究的方向。

喜马拉雅东构造结附近强震对滇西南地区断层的影响研究

以在喜马拉雅东构造结发生的2000年6月7日缅甸MS6.9地震、2011年3月24日缅甸MS7.2地震和2012年11月11日缅甸MS7.0地震作为主要破裂源,计算3次地震震后周围应力的空间变化,给出其对滇西南地区断层造成的静态库仑应力变化的时间影响范围。结果表明:3次地震对滇西南地区活动断层库仑破裂应力变化主要为负值,即受到应力卸载的影响,其中包括大盈江断裂、龙陵—瑞丽断裂、南汀河西支断裂、南汀河东支断裂、孟连—澜沧断裂、打洛—景洪断裂和怒江断裂,量值范围在-0.06^-0.002 bar(1 bar=0.1 MPa),卸载影响最大的断裂为打洛—景洪断裂,为-0.06 bar,木嘎断裂和龙陵—澜沧断裂受到加载的影响,断层的库仑破裂应力分别为+0.002 bar和+0.004 bar。

喜马拉雅东构造结主要断裂的地震矩亏损与危险性评估

喜马拉雅东构造结是研究青藏高原构造演化的关键地区,地震活动频繁。文中基于地震矩平衡理论,利用GPS资料与历史地震目录分析东构造结地区的地震矩亏损,继而评估该区未来的地震活动。结果表明:研究区总体的地震矩累积率高于青藏高原的平均水平,近200a内的累积总量达(1.15±0.03)×10^22N·m,明显高于地震矩的释放总量(5.50±2.54)×10^21N·m。而地震矩亏损量最高的主前缘断裂不丹段具备发生MW8.1以上地震的可能,那加山断裂及嘉黎断裂通麦段则不排除未来发生震级大于MW7.5与MW7.3地震的可能,其余断层发生强震(MW7.1以上)的概率相对较低。而对于米什米断层与主前缘断层东段,虽然察隅MS8.6地震发生于此,但这2条断层未来的地震危险性仍不容忽视,且无论察隅地震发生于哪条断层,其复发周期均为660~1030a。