郯庐断裂带中段东西两侧地壳结构差异及构造意义研究

郯庐断裂带中段的东西两侧是两个截然不同的地质构造单元,西侧属于华北板块的鲁西隆起区,东侧属于扬子板块的苏鲁块体。从两大板块开始碰撞一直到后期的地壳强烈改造,鲁西隆起与苏鲁地块在地壳结构上存在明显的差异。本文利用反射率方法对深地震测深宽角折射/反射记录进行模拟计算,得到两个块体的一维地壳速度结构模型。通过比较发现,鲁西隆起区的莫霍深度比苏鲁块体的莫霍深度深7 km,而苏鲁块体的平均地壳速度仅有5.94 km/s,比鲁西隆起区的平均速度6.34 km/s要低许多,这与苏鲁块体岩石圈后期经历的强烈改造有较大关系。扬子板块与华北板块的相互作用,经历了俯冲、强烈碰撞挤压、再到后期折返、岩浆底侵以及郯庐断裂在中生代经历的巨大左行平移等过程,这都是地壳后期改造的原因。

华北克拉通东部地壳和上地幔结构的接收函数研究

利用北京大学和早期中国科学院地质与地球物理研究所在华北克拉通东部地区布设的共34台宽频带地震仪记录的远震体波资料,获取P波接收函数和S波接收函数,再分别通过偏移成像和共转换点叠加(CCP)和倾斜叠加得到了华北克拉通东部横跨郯庐断裂带地区沿剖面的地壳和上地幔速度间断面分布.研究结果表明,鲁西隆起下方的莫霍面的深度要比华北盆地和青岛地区浅约5km,形成类似屋顶状的莫霍面隆起.郯庐断裂带和聊考断裂带下方的莫霍面有明显的错断.岩石圈与软流圈的分界面(以下简称LAB)的深度从太行山山前的约100km深度上升到鲁西隆起下方约60km深,向东在青岛地区下方LAB深度进一步变浅.我们利用倾斜叠加计算台站下方波速比得到地壳内的泊松比变化,结果显示鲁西隆起泊松比值分布相对均匀,而青岛地区内泊松比变化剧烈,可能反应了该地区作为苏鲁大别超高压变质带的北缘经历了较为复杂的地质演化过程.

秦岭-大别-苏鲁造山带白垩纪以来的抬升冷却史——低温年代学数据约束

总计100个新的磷灰石裂变径迹数据提供了从整体上探讨晚中生代以来抬升冷却史的年代学数据。这些切过东秦岭至黄陵背斜、穿过桐柏至扬子前陆冲断带以及大别和苏鲁超高压变质岩带,南秦岭的裂变径迹年龄与扬子内的黄陵背斜相似,而北秦岭则与桐柏-大别-苏鲁相当。从北秦岭到大别,裂变径迹年龄趋于减小,但过郯庐断裂到苏鲁则略有增加。与我国西部造山带裂变径迹年龄格局相较,桐柏-大别-苏鲁带与西部各造山带显然不是处于同一挤压变形体制下。相对于超高压岩石早期快速的阶段性抬升,即岩浆活动期(～120Ma)后的抬升要和缓得多;相对于其它地质单元,扬子前陆冲断带、黄陵背斜和南秦岭在岩浆活动期后即抬升冷却到了磷灰石裂变径迹封闭温度(～110℃)对应的深度。基于裂变径迹数据和相关Ar/Ar 和 K-Ar 数据进行的冷却史模拟结果显示:全区均表现为相似的三阶段冷却过程:(1)白垩纪早期开始快速抬升至磷灰石裂变径迹退火带的冷却阶段;(2)随后的处于部分退火带的缓慢冷却阶段;(3)上新世以来的加速抬升过程。现今的磷灰石裂变径迹年龄格局基本上受控于白垩纪的快速抬升冷却事件,但最后为晚期活动断裂所定格。

郯庐断裂带合肥-宿迁段及邻区大地电磁三维成像

本文利用覆盖郯庐断裂带合肥—宿迁段及邻区的大地电磁阵列数据,应用大地电磁三维反演技术和印模重构方法,获得了测区可靠的三维电阻率模型.该电性模型中,郯庐断裂带东西两侧在浅部均有高阻分布,在深部电性结构显著不同,具有西低东高的特征,而郯庐断裂带则是两侧高低阻明显分界带;在南北方向,电性结构也存在较大不均匀性,嘉山地区呈现低阻特征,是断裂带上的电性分界点,郯庐断裂带在此处由北部的四条主断裂变成南部的两条.结合研究区地质、大地测量和地震学等资料,综合分析结果表明:郯庐断裂带作为苏鲁造山带和张八岭隆起高阻体陡立的西边界,切割深度超过莫霍面.嘉山地区相对低阻分割了张八岭高阻条带与苏鲁高阻体,阻碍了断层上应力的传递,造成了嘉山北、南两侧断裂带构造变形强、弱的变化,从电性结构上证实了郯庐断裂带具有分段性的特征;苏鲁高阻体南端向西偏转穿过郯庐断裂带,阻碍断层滑动,致使泗洪—嘉山段存在应力积累和断层闭锁的地震孕育环境,其地震危险性值得关注.

济阳盆地南缘古近系碎屑高压变质矿物的发现及其构造古地理含义

针对华北济阳盆地南缘、鲁西隆起北麓的博兴洼陷新生代沉积,通过矿物分离、显微鉴定、探针分析与计算,发现古近系孔店组和沙河街组第四段中存在确凿的碎屑蓝闪石、冻蓝闪石、多硅白云母等高压矿物。结合同层位碎屑重矿物组合与区域碰撞造山带物源的时比分析,说明上述高压矿物源于胶东地区的苏鲁造山带,而其源岩是否与俯冲洋壳的折返有关值得进一步研究。对碎屑蓝闪石等高压矿物物源进一步的讨论说明,它们极可能直接来源于苏鲁造山带,但不排除博兴洼陷同时期也接受了来自鲁西地区的剥露物质(含再旋回物源)。因此,鲁西隆起-苏鲁造山带晚中生代-古近纪早期具有明显的东高西低的古地理特点,而自古近纪始新世中期45Ma左右(相当于沙河街组四段顶界年龄)古地势开始逆转。换句话说,45Ma以后鲁西隆起基本阻隔了直接来自苏鲁造山带的物源。

超高压变质作用:地球科学的新热点

超高压变质作用是变质压力达2.5Gpa以上的超深变质作用。以出现柯石英、金刚石等超高压变质矿物为标志。我国大别苏鲁是世界上出露最好、延伸最长的超高压变质带。代表中晚三叠纪扬子陆块向中朝陆块深俯冲过程中巨量陆壳物质曾经进入地幔深度达150km。超高压变质的形成和折返、隆升岩石记录的精细研究,可以获得变质的PT轨迹,进而重塑"先挤压、后拉张"的构造演化模型。超高压变质作用的研究为板块构造理论在大陆的应用,展开新前景,已经成为地球科学的新热点之一。

裂变径迹、同位素年龄研究苏皖周边隆起构造抬升

利用裂变径迹测年、同位素测年等研究了苏皖周边的江南隆起、张八岭隆起、苏鲁隆起在不同地质年代发生的不同级别构造抬升。研究表明,这些隆起虽然出露元古代地层,然而并非持久存在的"古隆起",而是有过"隆升-夷平-沉积-再隆升"经历的古、今隆起。包括三大隆起在内的苏皖下扬子区曾大面积覆盖古生界、上白垩统、下第三系等沉积物,由于印支—早燕山运动,始新世中期的真武事件(51Ma)和渐新世(38～24Ma)沉积间断等导致了目前海相、陆相盆地的分割和残存。

南黄海千里岩隆起区构造属性及地质演化

千里岩隆起位于南黄海的最北部,是一个长期裸露的基底隆起区。通过对南黄海重力异常的区域分析和异常分区以及与苏鲁隆起的地质对比研究,认为两者具有同一地质成因,前者是后者的东向延伸,皆成因于印支期华北板块和与扬子板块的碰撞。早白垩世,后期太平洋板块西向俯冲使千里岩断裂带反转变化为同生正断层。

苏鲁造山带东段新生代两阶段剥露事件的磷灰石(U-Th)/He热年代学证据

苏鲁造山带位于华北和华南板块之间,是中国东部最显著的陆内造山带之一,约束其新生代剥露过程对于理解中国东部盆山格局分布及其动力学机制具有重要意义.低温热年代学方法由于封闭温度较低,能更准确地约束上地壳地质体的剥露过程.利用磷灰石(U-Th)/He方法,对苏鲁造山带东部的多福山和锯齿山开展研究.磷灰石(U-Th)/He年龄-高程和热历史模拟结果显示,多福山和锯齿山在早-中始新世(54~43 Ma)和渐新世(35~27 Ma)发生剥露.这与苏鲁造山带西段的剥露时间同步.结合区域内已报道的研究结果,表明中国东部造山带受太平洋板块、印度板块向欧亚大陆俯冲的影响,在早新生代出现广泛的阶段性剥露过程,从而奠定了中国东部的盆山分布格局.