鄂尔多斯活动地块及边界带1∶50万地震构造图编制

地震构造图是综合反映特定地区地震构造环境和地震活动水平的基础性图件,鄂尔多斯活动地块及边界带1∶50万地震构造图是国家重点研发计划“鄂尔多斯活动地块边界带动力学模型与强震危险性研究”项目的一个专题成果。该图以鄂尔多斯活动地块及边界带为编图范围,参照地震行业有关地震构造图编制标准和数据库标准,在系统收集和整理区域地理信息、地质、活动构造、地震、地球物理等资料的基础上,开展高分辨卫星影像解译,吸收项目最新研究成果,建设了编图所需的基础数据库;通过资料矢量化、地层界线修改、断层修改、图面修饰、图件复核等环节,编制成鄂尔多斯活动地块及边界带1∶50万地震构造图。该图反映了由银川盆地—贺兰山、弧形构造束、渭河盆地、山西地堑系、河套盆地等活动构造单元组成的鄂尔多斯活动地块边界带,以及相邻地块有关地震构造的最新资料,完善了鄂尔多斯地块及边界带活动构造几何学和运动学图像,建成了区域地震构造基础数据库。

鄂尔多斯活动地块边界带第四纪晚期构造活动特征及强震孕育机制

鄂尔多斯地块是位于中国内地中心位置的典型活动地块,由于受西南部青藏地块和东部太平洋板块远程作用的影响,地块各边界带构造活动特征和变形具有明显的特殊性和差异性。文章总结了多年来围绕鄂尔多斯活动地块周缘边界带开展的活动断裂定量、地震孕育机制及活动特征等的已有研究结果,对地块周缘断裂活动特征及强震孕育机制进行系统总结。鄂尔多斯活动地块不同边界带断裂第四纪晚期活动特征的不同是强震孕育环境差异的最直接的证据。鄂尔多斯活动地块西边界构造变形样式复杂,受青藏高原向北东挤压扩展的影响,西边界南段断裂以走滑、逆走滑和逆冲为主要特征。而向北到西边界北段,以右旋走滑为主要特征;以青藏高原最新扩展前缘的三关口-牛首山断裂为界,北部的银川盆地表现为典型的断陷盆地,边界断裂有右旋走滑特征,地震活动多以正走滑型为主。北边界的河套盆地以北侧的正断层为其控盆构造,历史和古地震多集中在北侧边界断裂上。南边界的渭河盆地构造特征相对较为复杂,由两组正断层组成,历史大地震多发生在盆地南缘,盆地中北部有中强地震发生。东边界的山西地堑系由多个裂谷型盆地斜列组成,历史大地震表现为南强北弱,北部盆地受张-渤构造带的影响,盆地走向和断层运动性质均发生了明显变化,多具备发生7级左右地震的构造条件。综合认为,断裂活动特征典型的鄂尔多斯活动地块周缘各边界带,未来强震多发生在大地震离逝时间长的地震空区/空段,或是构造带的转换和交汇区。

华北克拉通西部鄂尔多斯地块长城系碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb测年及意义

自1.85 Ga西部陆块与东部陆块沿中部造山带碰撞拼合形成统一的华北克拉通之后,中—新元古代克拉通经历了广泛的陆内拉伸,形成了熊耳裂陷槽、燕辽裂陷槽、渣尔泰—白云鄂博—化德裂陷槽及东缘裂谷系。前人根据钻井资料及区域地层对比认为鄂尔多斯地块变质基底之上沉积了中元古代长城系—蓟县系。其中,长城系下部主要为石英岩夹板岩,上部为粉砂质板岩、硅质板岩及含燧石条带白云质灰岩与石英砂岩;蓟县系以白云岩为主,夹少量砂岩、页岩。本文对采自鄂尔多斯地块6口钻井中的长城系进行了碎屑锆石年代学研究。结果表明,鄂尔多斯地块长城系浅变质沉积岩的碎屑锆石年龄组成了1.60 Ga、1.85 Ga、1.95 Ga、2.35 Ga和2.50 Ga等峰值。与华北克拉通内部中—新元古代沉积岩碎屑锆石年龄峰值对比结果表明,长城系沉积岩的碎屑物质来自华北克拉通内部。结合区域钻井资料及前人研究成果,推断中元古代鄂尔多斯地块北缘及东缘为隆起剥蚀区,西南部为沉积区,其西南缘为被动大陆边缘,与北秦岭地体之间被宽坪洋分隔。

鄂尔多斯盆地东部上石炭统铝土岩系储集层特征及形成模式

基于岩心观察、岩石薄片、X射线衍射、扫描电镜、低温气体吸附和等温吸附等实验,分析鄂尔多斯盆地东部上石炭统铝土岩系岩性和孔隙特征,以揭示铝土岩系储集层形成演化过程。研究表明:(1)提出以铝的氢氧化物、铁矿物和黏土矿物三单元的铝土岩系岩石学命名分类方案;(2)铝质泥岩产状主要为致密块状和碎屑状,(泥质)铝土岩多呈致密块状、豆状、鲕状、多孔土状和碎屑状,溶蚀孔、晶间孔和微裂缝是主要储气空间,孔隙度一般小于10%,以介孔为主;(3)华北地区铝土岩系纵向上总体上可分为5段,即铁岩(山西式铁矿,A段)、铝质泥岩(B段)、铝土岩(C段)、铝质泥岩(含碎屑)(D段)和暗色泥岩-煤岩段(E段);(4)在岩溶平台、缓坡和洼地分别发育潜穴/漏斗状、透镜状、层状/块状铝土岩沉积,岩溶平台及缓坡处有利于地表水淋滤,岩溶改造作用强,孔隙发育,储集层厚度大且物性好,但连贯性差,低洼处物性较差但储集层相对连续稳定。铝土岩天然气富集受源岩-储集层-裂缝综合控制,相关认识可为该层段和类似铝土岩系天然气勘探开发提供地质依据。

青藏高原东北缘—鄂尔多斯地块地壳上地幔S波速度结构

1999～2 0 0 0年从青海玛沁到陕西榆林,横跨青藏高原东北缘和鄂尔多斯布设了一条由4 7台宽频带数字地震仪组成的长约10 0 0km的流动地震台阵观测剖面.利用记录到的远震体波波形资料和接收函数方法获得了剖面下0～10 0km深度的地壳和上地幔S波速度结构.结果表明,沿观测剖面地壳结构显示了明显的分块特征;地壳厚度自东向西由4 0km增加到6 4km左右;在海原地震带下方和西秦岭断裂以西到日月山断裂之间的区域Moho间断面结构复杂;在192 0年海原震区及其西侧,上地壳存在明显的低速层,在该地区的绝大部分地震分布在该低速层东边界偏向高速区一侧;祁连山东缘Moho面有约4km的深度间断,壳内向西逐渐减薄的低速层内有大量微震发生,沿祁连山的逆冲加走滑的构造运动在深度上已经穿透了Moho面;在玛沁断裂和日月山断裂之间,上地壳存在厚度很大的低速层,同时该区域下地壳也明显加厚.研究结果表明,青藏高原东北缘与鄂尔多斯地块之间的过渡带地壳变形强烈,地壳结构较为破碎,这与该地区地震频发相一致.

青藏高原东北缘、鄂尔多斯和华北唐山震区的地壳结构差异——深地震测深的结果

划分大陆活动地块的重要标志之一是它们在地壳结构间的差异。大陆不同地块具有不同的地壳结构特征。这些结构和构造上的不同反映了它们在地壳内部的变形特征和动力过程的差异。文中利用深地震宽角反射 /折射剖面的结果 ,讨论了青藏高原东北缘东昆仑巴颜喀拉地块、鄂尔多斯地块和华北地块唐山震区地壳结构的差异。它们分别是变形强烈的活动地块、内部变形小相对稳定的地块和现代发生过强震的活动地块。在地壳结构上它们之间的差别是明显的。这些差异表现在地壳的分层性质、上地壳和下地壳的结构、地壳结构的不均匀尺度、壳 /幔分界的性质、壳内低速层的分布、地壳界面、特别是莫霍面的构造形态等方面。

鄂尔多斯地块北部中、新生代玄武岩地球化学特征及其地质意义

通过对分布于鄂尔多斯地块北部杭锦旗与和林格尔玄武岩地球化学特征的研究,探讨了该区中、新生代岩浆源区的组成、变化及其所反映的地质意义。杭锦旗与和林格尔分别有早白垩世(Ar-Ar年龄为126.2Ma)和晚中新世(Ar-Ar年龄为6.4Ma)玄武岩分布。杭锦旗早白垩世玄武岩的SiO2(46.93%～47.93%)较低而碱含量较高(K2O+Na2O为5.75%～6.21%),组合指数σ为6.7～8.0,K2O>(Na2O-2),属于碱性系列的钾质粗面玄武岩;其Mg#值为32.4～32.8,Ni、Cr含量低于20μg/g,反映玄武岩浆形成后经历过橄榄石和单斜辉石分离结晶等后期演化作用;其Nb、Ta相对于La亏损,初始87Sr/86Sr为0.7062,εNd(t)为-12.25,反映岩浆源区主要为富集EMI型地幔。和林格尔晚中新世玄武岩为橄榄拉斑玄武岩,其组合指数σ为2.1～2.8,Mg#值变化于46.7～52.4,Ni含量变化于111.1～125.8μg/g,Cr为123～178μg/g,Mg#值和Ni、Cr含量的变化反映岩浆原生程度随时间变新有所增大;其Nb、Ta相对富集,具有相似于OIB的微量元素特征,但仍表现相对富集的Sr-Nd同位素性质,初始87Sr/86Sr比值变化于0.7051～0.7053,εNd(t)为-1.91～-0.74,推测为软流圈与EMI型岩石圈地幔相互作用的产物。杭锦旗与和林格尔玄武岩的207Pb/204Pb比值都较低,△207/204为3.6～6.5,△208/204>60,均具EMI型Dupal异常。玄武岩地球化学特征进一步表明,华北克拉通西部的鄂尔多斯地块所处的岩石圈自早白垩世以来发生过较小规模的伸展减薄作用,但其伸展减薄和被改造的程度远弱于华北东部。

鄂尔多斯和塔里木地块运动与中国大陆强震关系探讨

本文在综合分析地质、古地磁、GPS和地震活动资料的基础上,讨论了鄂尔多斯和塔里木地块的运动与中国大陆强震的关系。鄂尔多斯和塔里木地块同为中国大陆古老、完整、坚固的地块,内部结构简单。而两个地块周缘断陷带或挤压造山带较破碎,其内部结构较复杂。综合研究表明,鄂尔多斯地块的整体向东平移并叠加逆时针旋转的运动控制着周缘走滑断裂和地震活动;塔里木地块向北平移叠加的顺时针旋转及向周缘造山带的俯冲导致周缘断裂和强震的发生。尽管天山构造带为主要的地震带,但塔里木地块与天山造山带边界的MS≥6.0地震主要受塔里木地块运动的影响。像鄂尔多斯和塔里木这样传统意义上的稳定地块,实质上是边界强震的主要贡献者。鄂尔多斯和塔里木完整坚固地块的整体运动,对其周缘强震的发生起着关键作用。

鄂尔多斯地块的运动特性与现今地震活动性

鄂尔多斯地块现今水平运动是鄂尔多斯地块本身运动与中国大陆整体运动相互叠加的结果,其动力来源主要受到青藏地块的北东向推挤、地块北缘的北西向拉张。最新的GPS速度场观测表明,鄂尔多斯地块及周缘1999~2015速度场随着时间推移发生明显变化,其东北缘、西北缘、西南缘、东南缘的速度场变化较为显著,南北缘的左旋运动速率远大于东西缘的右旋运动速率。1970年以来鄂尔多斯地块现今地震资料显示的地震活动性、应变积累释放、应力空间分布及其应力场分析结果表明,鄂尔多斯地块北缘是地块周缘乃至华北地区中强地震的主体活动区域,2000年以来地块周缘能量持续积累,是1970年以来能量积累最长的一个时段。2015年阿拉善左旗5.8级地震后,地块周缘的能量出现预释放的迹象,鄂尔多斯地块北缘具有高的应力分布异常区域。

鄂尔多斯地块早白垩世构造-热事件:杭锦旗玄武岩的Ar-Ar年代学证据

在鄂尔多斯地块北部杭锦旗黑石头沟,于下白垩统砂岩之上发现了一层玄武岩。其SiO2(46.93%)较低而碱含量(K2O+Na2O=6.21%)较高,组合指数σ=8.0,含标准矿物Ne,属于碱性橄榄玄武岩。Ar-Ar激光阶段加热定年结果表明,该玄武岩具有126.2±0.4Ma的Ar-Ar年龄。年龄数据表明杭锦旗黑石头沟玄武岩形成于早白垩世,反映鄂尔多斯地块在早白垩世发生了一次构造-岩浆-热事件,这与华北、乃至整个中国东部在早白垩世发生了较普遍的构造-岩浆-热事件具有一致性。这次构造-岩浆-热事件可能引起深部流体自地下深部上涌及在地块内部运移,为各种成矿元素的迁移、沉淀、富集和成矿创造了合适条件。

青藏高原东北缘至鄂尔多斯地块壳幔电性结构及构造变形研究

为了获取青藏高原东北缘至鄂尔多斯地块的壳幔电性结构,研究祁连造山带、鄂尔多斯地块及六盘山构造带的构造变形,布设一条甘肃陇西至陕西黄陵的近东西向大地电磁测深剖面,获取了91个大地电磁测深点的响应.经过对全剖面观测资料的数据处理、分析及二维反演,获得了剖面壳幔电性结构模型.研究结果表明:剖面横向可划分为三个区块,分别对应祁连造山带、六盘山构造带与鄂尔多斯地块;祁连造山带东段可能残存沟弧盆体系的构造格架,青藏高原北东向生长可能是在这一先存格架上的叠加与改造;六盘山构造带壳幔结构复杂,以中地壳拆离断层为界,上地壳发育拆离断层系统而下地壳挤压缩短增厚;鄂尔多斯地块成层性较好,地块总体较为稳定,但局部经历了与地幔上涌相关的物质与结构再造.

鄂尔多斯地块西南缘古元古代辉绿岩年代学、地球化学及构造意义

在鄂尔多斯地块西南缘的六盘山断裂带内出露铁马河辉绿岩。铁马河辉绿岩相对贫CaO、MgO和K2O;富集FeOT、TiO2和Na2O。轻稀土相对富集,重稀土平坦,不显示Eu异常,稀土配分曲线显示右倾型;高场强元素无异常,大离子亲石元素K、Rb、Ba相对富集,显示富集地幔源的地球化学特征。对辉绿岩样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,获得上交点年龄2018±16Ma,说明岩体形成于古元古代。样品具有低的(87Sr/86Sr)i值(0.7003~0.7064)和正的εNd(t)值(+5.14^+4.33),Nd同位素一阶段模式年龄(约2.0Ga)与LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄基本一致,暗示其来源于软流圈地幔的部分熔融。结合区域地质资料的研究表明,华北克拉通西部地块(鄂尔多斯地块)在2.0Ga期间的伸展背景与东部陆块一致,暗示整个华北克拉通在2.0Ga左右存在广泛的裂解事件。

鄂尔多斯地块区内地震活动特征的初步研究

本文根据历史强震资料、有感历史地震资料以及仪器地震记录,研究了鄂尔多斯地块内部地震活动的时间和空间分布特征,探讨了鄂尔多斯地块周缘地震带地震活动与地块区内地震活动的关系。研究表明,鄂尔多斯地块区内曾有多次MS≥5.0破坏性地震发生,为典型的中强地震活动区;地块区地震活动具有时空不均匀性,时间分布呈现出明显的分期特征,空间分布东南强西北弱;地块内部MS≥5.0中强地震活动与其周缘地震强震活动关系密切且主要受其东缘和南缘汾渭地震带MS≥6.0地震活动的控制。

稳定的鄂尔多斯地块在整体运动吗?

以华北地区三维流变结构和活动地块划分为基础,结合速度结构、热结构等其他地质地球物理资料,建立起一个与实际情况较为相符的三维黏弹性体模型,在GPS速度场约束下,本文实现了华北及其邻近地区岩石圈动力学三维数值模拟.通过与GPS速度场及计算的欧拉极参数的拟合对比分析,详细论证了鄂尔多斯地块数值模拟结果的可靠性,并印证了鄂尔多斯地块横向上的水平运动具有良好的整体性.在此基础上,计算了鄂尔多斯地块沿深度变化的欧拉极参数,发现以下地壳为过渡带,中、上地壳与岩石圈地幔间的欧拉极参数存在明显的差异.对块体内部4个点速度随深度的变化的进一步分析表明,鄂尔多斯地块壳幔间水平运动差异主要表现为岩石圈地幔相对于中上地壳的逆时针扭转变形.因此,稳定的鄂尔多斯地块横向上的水平运动具有良好的整体性,但纵向上在下地壳处存在明显的水平运动差异,推测下地壳可能存在较强的剪切变形带.

鄂尔多斯盆地深部热结构特征及其对华北克拉通破坏的启示

基于二维稳态热传导方程,利用有限元数值模拟方法,选取东西向横穿鄂尔多斯盆地地质与地球物理解释大剖面进行了深部温度场数值模拟研究,得到了华北克拉通西部的鄂尔多斯盆地下伏岩石圈热结构特征.地幔热流变化范围：21.2～24.5mW·m^-2,体现为东高西低特征.壳幔热流比（Qc/Qm）介于1.51～1.84之间,为＂热壳冷幔＂.与华北东部地幔热流对比表明,西部的鄂尔多斯盆地相对处于稳定的深部动力学环境.在岩石圈热结构研究基础上,对克拉通地震岩石圈与热岩石圈厚度差异进行了对比,研究表明：鄂尔多斯盆地西部地震岩石圈与热岩石圈厚度差异约达140km,而东部的汾渭地堑,渤海湾盆地二者差异逐渐减小.华北克拉通自西向东,地震岩石圈厚度与热岩石圈厚度差异不断减小,意味着华北克拉通岩石圈下部的软流圈地幔黏性系数自西向东逐渐降低,本文从地热学角度可能印证了太平洋俯冲脱水作用对华北克拉通的影响.

鄂尔多斯地块南缘构造演化及其对盆地腹部的构造—沉积分异的效应

鄂尔多斯地块南缘处在盆地与秦岭造山带之间这一盆—山结合的过渡部位,由于构造位置的特殊性,自古生代以来其构造及沉积面貌与盆地腹部地区存在较大差异,具体表现在:1)早古生代沉积开始早、结束晚;2)晚古生代沉积开始晚;3)印支期西南部发生局部坳陷沉降;4)燕山晚期盆地南部强烈抬升(远高于盆地东部的同期抬升);5)喜马拉雅期渭河地区快速沉陷与渭北隆升。盆地南部经历了3次大的构造格局转换:一是晚古生代末—印支期西南部“由隆到坳”的构造转换;二是印支期末—燕山期主体构造走向由北西—南东向到南北向的转换(构造转向);三是燕山期末—喜马拉雅期渭河地区由强烈隆升到快速沉降的转换(构造反转)。盆地南部在不同时期所表现出的与盆地本部的不同耦合特征均根源于区域大地构造背景的差异:1)早古生代处于活动大陆边缘构造环境;2)海西期—印支期受古特提斯洋开裂—闭合的影响;3)燕山期受古太平洋板块俯冲的影响;4)喜马拉雅期受印度板块俯冲与太平洋板块俯冲的共同制约。鄂尔多斯地块南缘经历强烈伸展与造山过程,引起了其与盆地腹部的构造—沉积分异。

鄂尔多斯地块北缘动力背景和现今地震活动特征

鄂尔多斯地块的动力背景是青藏高原东北缘NE向推挤作用的结果。1970年以来,鄂尔多斯地块北缘现今地震活动表明,中强地震活动具有幕式活动特征,从1970~2015年共经历了4幕活动;块体西北缘与东北缘的中强地震具有迁移对跳活动特征,1970年以来共经历了4组对跳;震例统计结果揭示,地块北缘6.0级左右地震前,块体中等地震经历长时间平静具有普适特征;2005-03以来,块体所在的阴山地震带再次进入中等地震超长平静时段。其幕式活动特征、迁移特征、时间平静特征可作为区域范围强震的预测指标。

鄂尔多斯地块地壳内S波衰减特征的研究

采用分布于鄂尔多斯地块及其周缘的32个地震台站记录到的19次地震事件共487条数字化波形记录,利用遗传算法反演得到了整个鄂尔多斯地块地壳内S波的三段几何扩散参数、S波非弹性衰减Q值随频率变化的关系式、32个台站的场地响应以及19次地震的震源参数.计算结果表明,鄂尔多斯地块地壳内S波非弹性衰减在1Hz处的Q值比地质构造活跃地区的结果要大得多.32个地震台站的场地响应在高频部分除个别台站外基本没有表现出明显的放大效应,但在低频区间部分台站之间有一定的差异.19次地震事件的地震矩对数值与震级ML有很好的线性关系.

鄂尔多斯盆地奥陶纪华北海和祁连海演变及岩相古地理特征

鄂尔多斯盆地奥陶纪华北海与祁连海演变关系是多年来研究中的一大难题。本文依据古生态演化的不可逆性及地理分区 ,并结合盆地中东部、西部和南部奥陶纪地层的系统对比 ,深入探讨了奥陶纪牙形刺动物群在不同沉积分区的演化特征及其与华北海和祁连海之间的关系。并在此基础上 ,将祁连海侵漫到盆地西缘地区的时间 ,确定在华北海马家沟四期最大海侵的晚期 ,侵漫范围尚末过中央古隆起带的鄂 6井到定探 1井一线。中央古隆起在马家沟四期沉积后 ,对华北海和祁连海具有明显的分隔作用。根据牙形刺动物群的面貌及不同阶段的地理分区 ,结合古构造格局及岩石、岩相标志 ,系统分析了奥陶纪不同阶段的沉积特征 ,再现了各期岩相古地理面貌 ,为鄂尔多斯奥陶系天然气勘探奠定了地质基础。

鄂尔多斯克拉通地块活化了吗?

克拉通地块在演化过程中的活动性是大陆保存状态研究的核心内容,克拉通不同程度的活动性与油、气、煤、铀和盐类等矿产资源密切相关,制约着板内的地震活动,因此是能源、资源与环境研究的热点之一。以华北克拉通西部的鄂尔多斯地块为例,以地块内部的深井与高精度反射地震剖面为基础,揭示了鄂尔多斯地块的构造活动性,并将这种活动性称之为“活化”。研究表明,自中元古代以来,鄂尔多斯克拉通地块的活化表现在6个方面:①地块内部或周缘发育了中元古代、寒武纪—早奥陶世、石炭纪—早二叠世、中-晚三叠世与新生代等5期裂陷或伸展活动;②地块内部发育了中-新元古代、奥陶纪、晚石炭世、中-晚三叠世、早白垩世与中新世晚期—第四纪等6期岩浆活动,尤以长城纪、早白垩世岩浆活动为盛;③发育了7个时期的断裂系统及断层相关褶皱;④发育了长城系与前长城系、蓟县系与前蓟县系、震旦系与前震旦系、寒武系与前寒武系、奥陶系与前奥陶系、石炭系与前石炭系、三叠系与前三叠系、侏罗系与前侏罗系、白垩系与前白垩系、第四系与前第四系等10个区域性不整合面;⑤经历了中-新元古代、早古生代、石炭纪—三叠纪与侏罗纪—白垩纪等4个构造沉降旋回,沉降中心发生明显迁移;⑥新生代地块周缘地区快速裂陷并沉降充填,内部则隆升剥蚀,地块周缘及内部均发生了一系列强震活动。鄂尔多斯地块的演化受周缘板块构造背景与深部构造活动的强烈控制,早白垩世的岩石圈可能经历了大规模减薄,新生代晚期地块北部的岩石圈发生活化和减薄,这与鄂尔多斯地块逆时针旋转、上地幔物质部分熔融及其沿周缘地堑系薄弱带上侵有关。鄂尔多斯地块已发生了较明显的活化,活化事件对成盆、成烃与成藏可能具有重要意义。