脆-韧性转换带变形过程与机制:以郯庐断裂带南段为例

关于脆-韧性转换带的变形过程与机制,长期以来缺乏明确的认识。郯庐断裂带南段出露的新元古界张八岭群为浅变质火山-沉积岩系。这套岩层的韧性变形与低级变质作用发生在印支期,当时处于中地壳层次,是认识中地壳脆-韧性转换带变形特征与过程的天然对象。详细的构造研究表明,区内张八岭隆起北段出露的张八岭群呈现为平缓的韧性拆离带,而大别造山带东缘则为陡立的左行走滑韧性剪切带,两者代表了中地壳不同类型的变形带,这两类变形带在印支期递进变形中经历了相似的变形转换,即早阶段透入性韧性变形和晚阶段脆-韧性变形。早阶段韧性变形中,发育片内A型褶皱和透入性面理和矿物拉伸线理为特征的糜棱岩;晚阶段脆-韧性变形中,发育膝折、皱纹线理、褶劈理、石英脉、张裂隙、B型剪切褶皱等构造。变形早阶段应变软化促进了韧性变形的发展,而变形晚阶段降温所导致的应变硬化使得韧性变形无法继续,从而转变为脆-韧性变形。这些研究显示,中地壳脆-韧性转换带在深度不变的递进变形中是可以发生韧性向脆-韧性变形的转变。

云南景谷地震震源深度:新生断裂脆韧性转换带深度探讨

地震深度能够约束地壳流变结构,成熟断裂的脆韧性转换带深度为10km左右,而存在于古老稳定地块的新生断裂上,地壳脆韧性转换带深度在地壳浅部数千米处.但是构造活动区新生断裂的相关研究较少,2014年10月7日云南景谷M_w6.1地震为此提供了一个较为难得的案例.本文使用基于Pn/Pg相对定位方法和CAP(cutand paste)方法分别反演得到了景谷主震和2次5级以上余震的震源起始破裂深度和矩心深度.主震的起始深度为9.5km,矩心深度为5.0km,主震破裂于深部然后向浅部发展,而2次余震可能表现为圆盘式破裂,其震源矩心深度与起始深度较为接近.综合大地电磁测深结果和区域流变结构,发现3次地震的深度与电性高低阻分界面和岩石强度拐点深度接近,由此可以认为这一新生断裂的脆韧性转换深度约为10km.此次景谷地震研究结果表明,构造活动强烈区新生断裂的脆韧性转换带深度与成熟断裂类似,不同于古老稳定地块新生断裂的流变结构.

江南造山带西南段摩天岭穹隆脆韧性剪切与铀成矿作用

在造山带构造体制转换环境下,铀元素的活化、迁移和沉淀富集过程多与脆韧性剪切带的递进发育过程紧密相关。鉴于此,详细的区域和矿田构造解析是正确理解铀矿床成因的关键。华南江南造山带及其周缘分布着大面积低温铀矿床,既有晚古生代铀矿床,又有后期叠加的新生代铀矿床,均受脆韧性剪切转换带控制。华南铀矿床成矿作用具有多期叠加成矿特点,以往对单个铀矿床成矿地质和赋矿特征的研究较多,但对铀成矿作用与区域地质、构造体制及其剪切转化关系的系统研究则较为薄弱,造成对矿床成因认识很不统一,制约了对这一区铀成矿作用的深入理解。为深入了解这类铀矿床的形成机制,本文选取了摩天岭穹隆376矿床和374矿床两种不同地质特征的代表性铀矿床开展研究。通过详细地构造解析,我们认为摩天岭穹隆至少发育了五期构造变形,分别为新元古代(~820Ma)(D1期)近东西向褶皱与同构造岩浆侵位、加里东期顶部向NW的逆冲(453~426Ma)(D2期)、后加里东期NE走向的正向韧性剪切(426~295Ma)(D3期)、燕山晚期-喜马拉雅期的脆-韧性伸展(87~47Ma)(D4期)及喜马拉雅期以来的构造隆升与剥蚀(47Ma~至今)(D5期);结合显微构造与电子探针分析,认为D3期和D4期为关键铀成矿期。通过系统野外调查,以构造地质解析为主线,对新元古代三防花岗岩体及其周缘主要含矿构造与典型铀矿床的关系进行了详细解析,提出了摩天岭两种类型铀矿床由脆韧性递进变形控制的统一铀成矿模式,以期对华南铀矿勘查工作提供借鉴。

鲜水河断裂带康定段雅拉河断裂深部应力应变状态及其孕震环境

鲜水河断裂带位于青藏高原东缘,是中国大陆内部地震活动性最强的大型左行走滑断裂之一,揭示其深部应力状态与应变是认识孕震环境和评估断裂带地震危险性的重要依据。本文选择鲜水河断裂带未来强震危险性较高的康定段作为研究对象,聚焦雅拉河断裂带内的糜棱岩,通过光学显微镜和扫描电镜(SEM)的显微构造分析、粒度统计、石英组构和Ti含量测试,确定石英递进变形过程中差应力的变化和不同阶段的变形温度,构建鲜水河断裂带康定段的地壳强度剖面。观测结果显示,糜棱岩在抬升过程中石英发生颗粒边界迁移(GBM)、亚颗粒旋转(SGR)和膨凸重结晶(BLG)三种类型的变形机制。构建的地壳强度剖面显示,雅拉河断裂带应变速率约为6.08×10^(-13)~1.62×10^(-11) s^(-1),脆韧性转化带发生在~12.5±2.5km深度,该处岩石极限强度~145.5MPa。实际岩石强度(μ=0.383)小于理论破裂摩尔圆(μ=0.85)的岩石强度发育应变弱化。当韧性变形阶段由位错蠕变形成的应变局部化以及细粒化等机制降低岩石的强度至临界条件时,会导致破裂频次的增强,应力释放发生地震。同时,位错蠕变引起的应变弱化导致岩石强度降低,使高应力无法积累。

地壳介质的流变性与孕震模型

在分析归纳中国大陆地区地震震源深度分布特征的基础上 ,着重分析了地壳介质的物理性质 ,特别是地壳介质的流变特征 ,进而探讨了震源深度分布的物理解释和孕震环境。文中应用中国陆区地热研究中的有关成果 ,推导了中国东、西部地区壳内脆韧性转换带的深度 ,给出东部地区壳内脆韧性转换带深度为 2 0～ 2 5km ,西部地区为 35～ 4 5km ,这一结果显示出壳内脆韧性转换带与我国东、西部震源深度的下界面基本一致 ,且中国大陆地震的深度大体上终止于壳内脆韧性转换带。从而表明 ,壳内脆韧性转换带有可能是控制大陆地震震源深度分布的主要原因。在这些研究的基础上 ,建立了大陆强震的震源模型 ,讨论了大陆地震的孕震过程和有关机理问题。

廊固凹陷深部剪切破裂构造的地震学证据

基于区域地震台网观测数据,采用近震波形反演方法,确定2018年2月12日河北永清M4.3地震的最佳双力偶源震源机制解为:节面Ⅰ走向297°,倾角58°,滑动角-32°;节面Ⅱ走向45°,倾角63°,滑动角-144°;是一个略带正断分量的右旋走滑地震.结合近震转换波测定主震的震源深度在19km附近.地震序列的双差定位结果显示:永清地震序列震中呈北东向窄带展布,表明此次地震主要向北东向破裂;深度集中分布在17~19km,整体形态近于铅直,显示发震断裂具有走向北东、倾向南东、倾角陡立的特征,与节面Ⅱ的性质比较吻合,推测节面Ⅱ为发震断层面.将发震断层面参数与震源区附近断裂性质进行对比分析,形成了关于廊固凹陷附近区域地震构造的一些认识:(1)推测永清地震的发震构造不是地壳浅部发育的先存正断裂,而是震源区下方一条地壳尺度的深断裂,该深断裂为新生断裂,具有右旋走滑正断性质,倾角陡峭、近于直立、宽度较大,向上与夏垫断裂相通.(2)综合震源区附近多条深地震反射剖面探测结果,推测永清地震的发震断裂与新夏垫断裂同属一条断裂,称为:新夏垫深断裂.该断裂从夏垫向西南方向延伸至文安,并可能与霸县-束鹿-邯郸断裂带相联系,总长度超过150km.(3)基于2006年文安M5.1地震与2018年永清M4.3地震在震源机制上的相似性及震源位置上的关联性,结合区域构造条件,认为两次地震的发震构造均为新夏垫深断裂.(4)根据研究区几次显著地震的震源深度分布特征,参考区域断层构造、电性结构和流变学模型,推测活化克拉通块体新生断裂的脆韧性转换界面深度在15km附近.

永清MS4.3地震和廊坊MS3.0地震的发震构造研究

基于首都圈数字地震台网的宽频带资料,首先采用CAP方法确定了永清MS4.3地震和廊坊MS3.0地震的震源机制解:永清地震节面Ⅰ的走向、倾角和滑动角分别为52°,62°和-140°,节面Ⅱ的走向、倾角和滑动角分别为300°,55°和-35°;廊坊地震节面I的走向、倾角和滑动角分别为48°,57°和-147°,节面Ⅱ的走向、倾角和滑动角分别为299°,63°和-38°。两次地震的震源机制解较为一致,推测它们可能具有相同的发震断层。利用近震转换波获得两次地震的震源深度,分别为19 km和13 km。利用双差法对两次地震的主余震进行重新定位,结果显示:两个地震序列的震中均呈NE向分布,余震震源深度均浅于主震震源深度,震源深度分别集中在17—20 km和12—13 km范围内,两个序列的短轴剖面揭示了震源分布均呈现倾向SE,倾角陡立的特点。将地震序列的分布与震源机制解的结果进行对比,认为两个序列的水平展布方向与其对应的主震震源机制解中节面Ⅰ的走向比较接近,深度分布的高倾角特征也与节面Ⅰ比较相似,因此认为发震断层面均为节面Ⅰ。通过将震源机制解中节面Ⅰ的参数和地震序列的分布与区域活动断层的产状性质进行比较,取得了一些关于发震构造和地震成因的重要认识:①永清MS4.3地震和廊坊MS3.0地震的发震构造不是上地壳的先存正断裂-河西务断裂,不排除与中下地壳的新生构造或深大断裂有关;②永清、廊坊地震发生在13—19 km深度上,结合地壳结构、断裂构造以及区域流变结构等资料,推测该深度范围可能是廊固凹陷的壳内脆性-韧性转换区域,是地震孕育和发生的有利构造部位。

首都圈地震活动构造成因的小震精定位分析

应用双差地震定位法对首都圈及其邻区1980-2004年发生的地震进行重新定位，进行首都圈的地震构造成因分析表明：重定位的地震表现为与区域构造更为密切的“井”字形活动分布，地震震源分布证实了人工地震勘探所推断的深大断裂的存在；首都圈地区的地震多发生于地壳的中、上部，可能存在局域构造块体运动变形和深部构造动力作用的二种不同地震构造成因；地震活动图像表明中强震易发生在上下地壳相交的脆一韧性转换带中，并揭示了首都圈地区潜在的地震空区和陡倾角的隐伏断层．