地壳对接消减带和叠接消减带与陆-陆碰撞造山和俯冲增生造山:来自侵入岩构造组合的记录

从地壳对接消减带与地壳叠接消减带的概念出发,讨论了板块构造岩浆旋回,俯冲增生造山和陆-陆碰撞造山分别对应于板块会聚构造的第一次和第二次造山作用;讨论了俯冲增生造山的结构样式,主要由俯冲增生杂岩和岩浆弧构成;陆-陆碰撞造山指相意义的S型花岗岩类的鉴别标志,以及指示板块构造岩浆旋回结束的后造山过碱性A型花岗岩类的识别标志。最后主要基于中国侵入岩大地构造图(1∶250万)及其说明书的成果,简要地讨论了中国三个克拉通性质的陆块区以及与西伯利亚克拉通、印度克拉通之间的大洋区的洋陆转换形成的俯冲增生造山和随后的陆-陆碰撞造山,认为:(1)塔里木克拉通西北缘与西伯利亚克拉通西南缘陆-陆碰撞可能发生在石炭纪,早二叠世可能完成;(2)中国三个克拉通的陆-陆碰撞可能分别发生在早—中三叠世,晚三叠世完成拼合,形成中国主体大陆;(3)早白垩世晚期—晚白垩世完成中国主体大陆与西伯利亚大陆的最终拼合;(4)新生代中国大陆与印度大陆拼合,碰撞造山仍在进行。

地震学科普之窗(三)——火山前沿与地震消减带

吸引大地君的地球科学的魅力之一就是来到野外工作。在活火山前,可以真实地感受到实际知识与课本所学的东西差距之大。地震之国日本也是火山之国,地震与火山有什么关系吗？谜底就在地球内部。

地震层析成像及其在消减带和地震断层带成像中的应用

回顾了地震层析成像方法的最新进展,包括模型参数化的改进,三维射线追踪,反演算法,地方震、近震和远震资料的联合使用及层析成像反演中反射波和转换波的加入。然后介绍了新一代层析成像方法在消减带及地震断层带上的应用。这些新的研究确定了消减海洋岩石层、地幔楔中的岩浆房和活动火山弧底下地壳前所未有的清晰图象,表明了与岛弧岩浆作用和弧后扩张相关的地球动力系统与深部过程有关,如:地幔楔中的对流循环和消减板块的深部脱水反应。地震断层带上的高分辨率层析成像表明,破裂成核现象与地震孕育过程和地壳物质的不均匀性以及非弹性过程(如断层带上的流体)紧密相关。

卡斯凯迪亚消减带的周期性的慢地震

汇聚边界连续的大地测量结果显示,深部瞬时蠕变事件可释放大量的应变能而不产生可测震动,因而这种地震被称之为慢震或寂静地震。因为最大地震产生于消减带,所以了解慢震在多大程度上降低罕见大地震释放的能量,对地震危险性的评估至关重要。下面我们提供的资料说明发生在卡斯凯迪亚慢震的周期性和目前正在发生的这样一个地震。

利用消减带内大的海沟平行向重力变化预测孕震特性

证实了特大地震主要发生在具有很大海沟平行向负重力异常(TPGA)区,而具有很大海沟平行向正重力异常的地区其地震活动很少。这些观测资料显示,在至少100万年时间尺度内,在给定的消减带内孕震特性的空间变化与前弧地质构造存在稳定联系。笔者观测到的这种相关性与这样一个模型一致,即前弧地质构造中的各种水平向地形异常、重力异常和孕震特性均受到板块边界空间变化的摩擦力特性的控制。

卡斯凯迪亚消减带的幕式颤动和滑动:静滑动震颤

发现在最初被认为不活动的北卡斯凯迪亚消减带的深部界面观测到的重复性缓慢滑动事件具有独特的非地震性地震学特征。颤动状的地震信号与用跨越过去6年的地壳运动数据识别出的滑动事件在时间和空间上相关。在滑动事件之间的时段内,颤动活动要么不存在,要么很小。我们称这种颤动和滑动相关现象为幕式颤动和滑动(ETS)。我们认为幕式颤动和滑动的活动可以作为卡斯凯迪亚特大逆冲地震区应力加载的实时指标。

消减带大地震的不同于特征地震的行为和复杂的复发特性

最近几年,一些消减带内的俯冲大地震再次破裂了以前巨大地震曾破裂过的板块边界地段引人注目。有关破裂了板块边界同一部位的相继发生的两次大地震的已有地震资料,提供了比较这两次地震的地震矩释放空间分布的机会。本文对发生在板块边界地段的地震作了此种比较,这些地段曾在下列地震中遭到破坏:(1)1957年(M_W=8.6),1986年(M_w=8.0)和1996年(M_W=7.9)的阿留申群岛地震;(2)1963年(M_W=8.5)和1995年(M_W=7.9)的千岛群岛地震;(3)1971年(M_W=8.0)和1995年(M_W=7.7)的所罗门群岛地震;(4)1968年(M_W=8.2)和1994年(M_W=7.7)的本州北部地震。以前的研究已经确定了4次初发大地震和2次复发大地震的矩释放的空间分布。这里,运用长周期面波和宽频带体波的经验格林函数分析得到的震源时间函数,反演确定了最近3次地震的滑动分布。通过比较相继地震破裂矩释放的空间分布,发现断层重复滑动图象有很大差异。1994年本州北部地震和1995年所罗门群岛地震,基本上填充了以前地震遗留下来的没有滑动的地区,而不是同一凹凸体的重新破裂。1995年千岛群岛地震和1996年阿留申群岛地震重新破裂了先前地震确定的凹凸体分布地段,但具有不同的滑动量。本研究提供了环太平洋板块边界的大震的复发性质比主要凹凸体的重复破裂更为复杂的第一个直接的证据,无论是从整个断层分段上发生的破裂是通过重复发生的具有接近相同的破裂长度、破裂地点及滑动大小的事件来实现的这一点来说,还是从各个凹凸体在后续的地震循环中以相同的滑动函数发生破裂这一点来说,所研究的4个板块边界的断层滑动都不支持特征地震式的滑动模型。这些连续发生的滑动的图象与滑动复杂性仅取决于不变的几何和构造的非均匀性的物理模型不符,而表明考虑动力学同样是重要的。

南卡斯凯迪亚消减带的旋转及板块闭锁

GPS矢量及地震倾斜率同时反演出俄勒西部的旋转和南卡斯凯迪亚消减逆冲断层的板块闭锁，板块闭锁极其远离海岸，与过去的研究一致，这足以导致地质因素而诱发大地震的发生。俄勒冈部绕邻近极的顺时针旋转可能是由海盆和洋脊的沉降所驱动，导致了华盛顿州北西向的缩短，转移极位于奥匹克－瓦洛厄的线形构造带，这解释了旋转极南部的主导扩张和北部的收缩。

伊豆－小笠原消减带中双层深震地震带

伊豆－小笠原消减带中双层深震地震带ＴａｋａｓｈｉＬｉｄａｋａ等自大约７０年前发现深震以来，深震机制一直是个谜，因为一般脆性断裂所需的剪应力在几百公里的深度是不可能达到高值的。目前已提出的深震机制包括：塑性失稳，剪切引起的熔化，伴随再结晶的失稳，多相相...

根据新西兰从消减至走滑的板块边界转换带的地方震来研究地震各向异性

用剪切波分裂法研究了消减带(新西兰北岛南半部)及其向倾斜转换断裂的转换带(南岛北部马尔博罗地区)地壳和上地幔中的各向异性。在马尔博罗,延迟时间几乎不随深度而增加,最可能的是,本研究所用的高频震相主要反映了岩石层的各向异性。在马尔博罗断层系中部,快波偏振与断层近似平行。各向异性是由于在马尔博罗断层系之下50～80 km 处存在(30±10)km 厚的变质的片岩(榴辉岩)引起的。在马尔博罗断层系边缘,快波偏振平行于最大压应力方向,与地壳中由裂纹引起的各向异性一致。根据 SKS 震相推断出的地幔中与岛弧一样宽的剪切带,看来在地壳内发生在较窄的区内。在北岛的南半部,所有深度地震的快波偏振都平行于海库兰奇消减带和断层的走向。偏振性质和主要取自地幔的 SKS 震相的性质很相似。这表明,岩石层和上地慢具有一致的走滑剪切形变。对延迟时间随深度增加的地幔,我们计算出在软流层上部200 km 中速度各向异性为(1.2±0.3)%。为了与SKS 延迟时间匹配,这个结果要求直至(580±100)km 的深度都存在各向异性物质,或要求各向异性随深度而变化,或者分裂与频率相关。

岛弧区消减作用、弧反转及斑岩铜—金矿床的成因

西南太平洋边缘的第三纪—第四纪斑岩铜—金矿床(尤其是菲律宾的吕宋岛、巴布亚新几内亚大陆、布干维尔岛、瓜达尔卡纳尔岛以及斐济)大部分形成于弧极反转之后。在没有出现这种弧反转的地区(例如新西兰和日本),就没有或者极少出现斑岩铜—金矿床;因此,较老的斑岩铜—金矿床可以作为追索构造历史的重要线索。两阶段熔融作用可导致岩浆中金的富集。斑岩铜—金矿床的构造背景不同于推测的火山岩容矿型块状硫化物矿床的构造背景。

大陆俯冲带弹性板块厚度的变化

通过对欧洲、亚洲和美洲俯冲形成造山带地区的15个弹性岩石圈厚度可靠地估计后,我们认为大陆岩石圈的强度作为深度的函数与大洋岩石圈显著不同。大陆岩石圈的强度可比所预计的、具有相同热年代的大洋岩石圈的强度高得多或低得多,这取决于岩石圈的应力状态。我们认为这是两种效应相互作用的结果。对一亿年以上的大陆板块来说,大陆下面的热板块越厚,其弹塑性转变点就越深,并且由于大陆地壳的塑性蠕变激活能低,导致上部弹性岩石圈在很高的扭曲应力作用下大规模破裂。若年龄为10亿年的岩石圈弹性板块的厚度为100km,则热板块的厚度至少为250km。在高应力状态下弹性板块变薄的程度与下地壳中包含塑性带的简单屈服包络线的计算结果相一致,大陆物质的屈服强度低。

华北克拉通北缘晚中生代火山岩Sr-Nd-Pb同位素填图及其构造意义

辽宁西部广泛分布着晚中生代火山岩，横跨华北克拉通和兴-蒙造山带两大构造单元，一般认为它们是以在这一地区发育的两条主要断裂——西拉木伦河断裂和赤峰-开源断裂为界。这些火山作用曾被认为是中生代伊泽奈崎板块西向或西北向消减作用的结果。在岩性上它们主要以中酸性岩石为主，玄武岩等中基性岩石较少。为查明下伏岩石圈对这些岩浆作用成因的影响，对其中的 SiO2含量 < 60％的中基性火山岩进行了详细的 Sr- Nd- Pb同位素研究。结果显示，以西拉木伦河断裂和赤峰-开源断裂两侧为界，两侧火山岩的同位素特征存在显著区别。南区有明显的 EMI特征并具 EMI- PM混合趋势，而北区则显示了原始或略亏损的特征。南北两区之间的过渡带（介于西拉木伦河断裂和赤峰-开源断裂之间）则表现了同位素组成上相应的过渡特征。这一地球化学观测与已有的地质和地球物理资料颇为吻合。基于新生代幔源岩石化学反演的中国东部陆下地幔化学区划研究揭示了克拉通下 (subcratonic)岩石圈地幔与 EMI存在着密切关系。本研究所提供的地球化学证据说明了采用中生代中基性岩类作为类似研究途径的可行性，并进一步提出对华北克拉通边缘中生代火山作用成因另一种可能的解释。

大陆边缘增生造山作用

文章评述了增生造山作用的研究历史和进展,认为增生造山作用贯穿地球历史,是大陆增生的重要方式。用大陆边缘多岛弧盆系构造理解造山带的形成演化,提出巨型造山系的形成与长期发育的大洋岩石圈俯冲制约的两侧或一侧的多岛弧盆系密切相关。在多岛弧盆系演化过程中的弧-弧和弧-陆碰撞,弧前和弧后洋盆的消减冲杂岩的增生,洋底高原、洋岛/海山、外来地块(体)拼贴等一系列碰撞和增生造山作用形成大陆边缘增生造山系。大洋岩石圈最终消亡形成对接消减带,大洋岩石圈两侧的多岛弧盆系转化的造山系对接形成造山系的联合体。拼接完成后往往要继续发生大陆之间的陆-陆碰撞造山作用、陆内汇聚(伸展)作用,后者叠加在增生造山系上,使造山过程更加复杂。对接消减带是认识造山系形成演化的关键。大洋两侧多岛弧盆系经历的各种造山过程可以从广义上理解为一个增生造山过程。多岛弧盆系研究对于划分造山带细结构非常重要,是理解造山系物质组成、结构和构造的基础,并制约了造山后陆内构造演化。大陆碰撞前大洋两侧多岛弧盆系及陆缘系统更完整地记录了威尔逊旋回,记录的信息更加丰富。根据多岛弧盆系的思路对特提斯大洋演化提出新的模式,认为西藏冈底斯带自石炭纪以来受到特提斯大洋俯冲制约,三叠纪发生向洋增生造山作用,特提斯大洋于早白垩世末最终消亡。