地学前缘

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汶川M_w 7.9级地震同震断层陡坎类型与级联破裂模型

于贵华, 徐锡伟, Yann Klinger, 刁桂苓, 陈桂华, 冯向东, 李陈侠, 朱艾斓, 袁仁茂, 郭婷婷, 谭锡斌, 安艳芬, 孙鑫喆

2010, 17(5): 1-18.

摘要 ( 7088 )

PDF(12193KB) ( 17512 )

2008年5月12日,汶川Mw 79级地震在青藏高原东缘沿龙门山逆冲断裂带中段形成了两条NE向和一条NW向逆冲走滑型地表破裂。依据同震地表陡坎形态特征,将其分为8种类型:逆断层陡坎、上盘垮塌陡坎、挤压推覆陡坎、右旋挤压推覆陡坎、断层相关褶皱陡坎、后冲挤压陡坎、上冲叠覆陡坎和局部正断层陡坎。汶川地震所形成的同震地表破裂主要由以逆冲为主的映秀破裂段和兼具逆冲、右旋走滑的北川破裂段两部分组成,这两个破裂段分别对应于Mw 78与Mw 76级地震事件;它们还可进一步细分为分别对应于Mw 75、Mw 77、Mw 70和Mw 75等4个次级事件的4个次级破裂段。这些次级破裂段的级联破裂可以用来解释为什么汶川地震的持续时间长达110 s。余震震源机制分析结果表明,发震断层的倾角随深度的增加而变缓,且从西南向北东逐渐变陡可以用来解释走滑分量增加的成因。此次大地震还表明,沿青藏高原东缘地形抬高的主要驱动力可能是地壳挤压缩短,而不一定是下地壳物质流动和膨胀引起上地壳的隆升。

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2008年汶川地震破裂的滑移向量

何宏林, 魏占玉, 陈长云, 石峰

2010, 17(5): 19-32.

摘要 ( 4278 )

PDF(22115KB) ( 7632 )

估计同震滑移向量对于认识和理解破裂方式和破裂过程具有重要意义。2008年汶川大地震在青藏高原东缘龙门山推覆构造带的中央断裂和前山断裂上各形成了一条长250 km和72 km的地表破裂带。地震发生后至今,已经发表了大量有关同震位错沿破裂带分布的论文和报告,但绝大部分都仅仅是破裂的走向位错和垂直位错,极少有同震滑移向量的报道。这不仅是因为野外难以直接测量到水平缩短量(或拉张量),而且还因为这些走滑位错实际上是视走滑位错,部分或全部来自水平缩短或拉张。因此,仅仅根据视走滑同震位错和垂直同震位错估计的同震总滑移量肯定包含了相当大的误差。尝试利用据不同走向参考线测量到的一组(两个以上)视走滑位错来计算水平滑移向量的这一新方法,获得了中央破裂带上的7个水平同震滑移向量,并结合垂直位错量进一步计算了走滑、倾滑和水平缩短三个同震滑移分量以及断层倾角和破裂面上的同震滑移向量,综合出露破裂面的擦痕所指示的滑移向量,并对比根据矩张量解获得的震源深度的滑移向量,得出以下认识:(1)破裂南段的地表滑移向量的方位角明显小于震源深度滑移向量的方位角,表明在破裂从震源向地表传播过程中破裂面上的滑移向量发生了逆时针旋转;(2)滑移方位角向北东方向逐渐增大,表明地平面上水平滑移向量表现出顺时针旋转的趋势,而且在破裂向北东方向传播过程中近地表的走滑分量逐渐减小而倾滑分量逐渐增大; (3)几乎在每一个观测点倾滑分量都大于走滑分量,表明汶川地震的破裂方式在任何地点都是以逆冲运动为主;(4)破裂面倾角在104°~647°,平均值为41°,与天然破裂露头和探槽揭示的结果基本一致;(5)滑移向量沿破裂带的分布显示,走滑分量中段大而两端小,倾滑分量则相反,中段小两端大。

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汶川M_s8.0级地震强震记录所揭示的地震断层特征分析

张冬丽, 徐锡伟, 周正华, 于贵华

2010, 17(5): 33-42.

摘要 ( 1998 )

PDF(3529KB) ( 908 )

基于2008年5月12日汶川Ms 80级地震的强震台站记录,对比发震断层两侧的峰值加速度与地表破裂带上同震位移的分布特点,探讨了地震动强度分布特征与地表破裂位移分布之间的相关关系。分析近断层典型台站的强震动记录时程特征,获得了强地震动记录中所包含的断层破裂过程和破裂习性信息,从强震观测记录的角度进一步证实了汶川地震主震的多次破裂特征。结果表明,汶川地震主震至少包含了4次地震破裂事件,最主要的前两次破裂事件分别对应映秀—北川断裂段和北川—南坝断裂段的破裂过程,后两次破裂事件释放的能量相对较小,应该是第二次破裂过程触发局部次级破裂所引起的。此外,垂直于断层的峰值加速度剖面揭示的发震断层的高倾角逆冲特性,与地震地质调查和小震精定位等确定的相应结果是一致的。

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汶川M_s8.0级地震地表破裂带近断层水平缩短量研究

王虎, 冉勇康, 陈立春, 陈文山, 杨志成, 徐锡伟

2010, 17(5): 43-52.

摘要 ( 2161 )

PDF(4815KB) ( 840 )

2008年5月12日四川汶川发生Ms 80特大地震后,地表同震位移量已有了大量的详细调查和研究,然而对于近断层同震水平缩短量的研究却相对较少。笔者在中央断裂、前山断裂以及北西向分支断裂上选择合适地点进行大量探槽开挖,获得了近断层同震水平缩短量的分布情况为:中央断裂清平镇(28 m)、擂鼓镇(32 m)、平通镇(13 m),前山断裂白鹿镇(25 m)、九龙镇(14 m)、汉旺镇(06 m)。文中进一步在中央断裂和小鱼洞分支断裂地表破裂带上开挖数个探槽研究其近断层水平缩短量的问题,得到结果如下:龙门山中央断裂带映秀镇、擂鼓镇、平通镇探槽近断层水平缩短量分别约为(26±01) m、(26±02) m、(18±01) m;小鱼洞分支断层近断层水平缩短量约为(2±01) m。汶川512地震中央断裂地表破裂近断层较大水平缩短量出现在深溪沟和擂鼓一带,分别约为34 m、32 m;前山断裂地表破裂带近断层水平缩短量最大值出现在白鹿一带,约为25 m,白鹿以北,近断层水平缩短量逐渐减小。中央断裂和前山断裂联合破裂段水平缩短量值之和大于中央断裂带其两侧段落,最大水平缩短量总和可能约为53 m,地表破裂带近断层水平缩短量为整个地壳缩短量的主体部分。

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汶川地震地表破裂面形貌特征

魏占玉, 石峰, 高翔, 徐长鹏, 何宏林

2010, 17(5): 53-66.

摘要 ( 2845 )

PDF(4907KB) ( 979 )

准确描述破裂面形貌对于我们理解地震断层作用是非常重要的,破裂面的形貌特征包含许多关于地震和断层机制的有用信息。在Mw 79 2008 汶川地震中断层活动产生了两个新鲜的破裂面,八角庙破裂面和沙坝破裂面。我们使用3D便携式激光扫描仪(Trimble GX)对两个破裂表面进行测量,在野外微观尺度上研究了破裂面形貌特征。通过能谱密度和均方值两个方法分析破裂面形貌,新鲜的破裂面表现为自相仿性,能谱密度和均方值均与剖面长度存在幂律关系。在能谱密度与空间频率的对数图中,能谱密度曲线存在明显的拐点,该拐点所对应的波长称为“特征波长”,表明单一分形不能准确描述破裂面形貌。八角庙破裂面在平行滑动方向上的特征波长为7 mm,在垂直方向上特征波长略大一些(区域Ⅰ为10 mm,区域Ⅱ为9 mm);沙坝破裂面在平行滑动方向上的特征波长为8 mm,但垂直方向上特征波长略小(6 mm)。均方值曲线的最小二乘拟合直线的斜率为Hurst指数,该指数依赖于剖面线方向并描述破裂面形貌的各向异性,H指数的最小值和最大值分别与平行擦痕和垂直擦痕方向对应,这与野外断层面擦痕测量结果一致。沙坝破裂面的H指数极坐标图中存在次级H指数峰值(对应剖面线方向为85° 和160°),这揭示破裂面上存在一组隐匿擦痕。该组隐匿擦痕为汶川地震之前断层活动中形成的,但这还不足以推测上一次断层活动的时间和规模。另外,通过比较新鲜节理面和破裂面表明H指数是否大于08反映了断层类型。在整个空间频率域上,能谱密度曲线斜率(-α)和均方值曲线斜率(H)的线性拟合关系为α=122+172H,并不严格满足两者之间理论关系式,α=1+2H。这个差异是由于测量信号噪音、破裂面的多分形性和分析方法的差异造成的。

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基于高分辨率卫星影像估算汶川地震同震水平缩短量:以白沙河段为例

石峰, 何宏林, 魏占玉

2010, 17(5): 67-74.

摘要 ( 2661 )

PDF(2148KB) ( 862 )

：2008年汶川地震(Mw 79)造成了严重的人员伤亡和重大经济损失。震后现场调查获得大量的垂直和走滑同震位移数据,但缺乏同震水平缩短量数据,直接影响了对汶川地震的同震形变特征的研究。文中尝试从一个新的角度,通过地震前、后QuickBird卫星影像对比,同时结合野外实地测量来分析汶川地震地表破裂带同震水平缩短量。白沙河破裂段位于中央主破裂带的西南端,距震中区映秀镇最近仅有15 km。在该破裂段的两侧各有一条乡间公路,相距300~900 m,我们通过对比地震前、后QuickBird卫星影像的公路间距变化,对比震后实测公路位置与震前的差异,获得了一系列的同震水平缩短量,其平均值为68 m(RMS),最大值和最小值分别为132 m和11 m,综合误差为233 m。该估计值大于沿地表破裂带通过复原变形人工构造物以及变形地层所获得的同震水平缩短量,说明汶川地震在地表造成的水平缩短分布在一个较大的范围内,而破裂带附近所观测到的仅仅是其中的一部分。

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汶川地震擂鼓地区地表变形特征及其机制探讨

谭锡斌, 袁仁茂, 徐锡伟, 陈桂华

2010, 17(5): 75-83.

摘要 ( 2780 )

PDF(4036KB) ( 1079 )

基于擂鼓附近地表破裂几何形态的特殊性以及对擂鼓地区地震地表破裂机制存在的不同认识,本文通过野外实际调查测量,并结合已有的文献资料对擂鼓地区地震地表变形特征进行了详细研究。分析结果认为:擂鼓附近几何形态的变化、同震位移量的明显偏小,以及破裂带拐弯处的表层物质发散运动,表明该地区具有一般挤压阶区的特征。由于北川—映秀断裂北段是兼有逆冲运动和右旋走滑运动的断裂,所以相比于一般挤压阶区,擂鼓挤压阶区受到了更强烈的挤压隆升,并且仍受到逆冲引起的撕裂断层作用。擂鼓阶区内形成的滑坡、地表破裂以及鼓包都是局部块体受到强烈挤压作用的结果,而撕裂断层作用影响较小,且完全被挤压隆升变形所掩盖。根据文中的研究并结合已有的深部运动资料,笔者构建了擂鼓挤压阶区三维结构模型。对擂鼓地区的同震变形机制研究不仅有利于我们深入地理解汶川地震的地表破裂过程,也可为断裂阶区内的防震减灾提供理论依据。

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汶川M_s 8.0级地震断层间相互作用及其对起始破裂段的启示

钱琦, 韩竹军

2010, 17(5): 84-92.

摘要 ( 2601 )

PDF(2487KB) ( 970 )

汶川地震在地表形成了北东向与北西向两个方向的地表破裂带,余震分布也清晰地显示沿着小鱼洞断裂存在一条北西向小震密集条带。为了研究北西向小鱼洞断裂在汶川地震破裂过程中的作用,在已有的地表破裂数据和认识的基础上,结合汶川地震前小震资料和余震资料,完善了汶川地震震源构造模型。分别计算了以北川—映秀断裂西南的虹口段(BY1)与小鱼洞断裂作为初始破裂段所产生的库仑静应力变化量(ΔCFS)分布图像。结果显示,以北川—映秀断裂虹口段(BY1)做为起始破裂段,虽然小鱼洞断裂西北段(XYD2)的局部地段处于应力触发区,但在出现地表破裂的小鱼洞断裂东南段(XYD1)却处于15 bar的应力抑制区,同时随着北川—映秀断裂向北东方向的进一步破裂,小鱼洞断裂仍处于应力抑制区,并且范围有所扩大。如果这样,在汶川地震过程中,小鱼洞断裂应该是稳定的,不可能产生地表破裂带及小震密集条带;以小鱼洞断裂作为起始破裂段,北川—映秀断裂BY1段的大部分区段处于10~15 bar的应力触发区,不但如此,小鱼洞断裂对彭灌断裂也有触发作用。基于以上结果,认为汶川地震破裂过程是以北西向小鱼洞断裂为起始破裂段,该断裂的破裂触发了北川—映秀断裂和彭灌断裂,并导致北川—映秀断裂向北东方向发生级联破裂。

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龙门山中段山前带构造楔的发现及其几何学、运动学特征:对青藏高原东南缘隆升动力学机制的约束

鲁人齐, 何登发, John Suppe, 管树巍, 马晓鸣, 王明健, 桂宝玲

2010, 17(5): 93-105.

摘要 ( 2663 )

PDF(3302KB) ( 1508 )

运用断层相关褶皱几何学原理,对龙门山中段山前的地震反射剖面进行解释。研究发现,龙门山中段山前带垂向上具有多套滑脱层。其中深层次滑脱层位于前震旦系基底深度约(19±2) km的地方,其上发育双重构造和叠加构造楔,构造楔是龙门山中段山前带重要的构造样式之一。工区A剖面深层构造楔模型以后展破裂式叠加形成,断层产生的滑移量达455 km;B剖面深层构造楔模型以前展破裂式叠加形成,断层产生的滑移量约166 km;构造楔的形成导致上部断裂和岩层隆升并褶皱变形,A、B剖面山前地层相对川西平原最大抬升量分别为8 km和3 km。构造楔沿龙门山中段山前带走向平面上呈带状分布,具有不同的规模和几何形态;分析其形成时间较晚,可能形成于喜马拉雅期。通过对深层叠加构造楔几何学和运动学的定量计算,其正演运动学模型与实际剖面解释相吻合。深层叠加构造楔的形成在龙门山中段前山带有着其相应的成因机制,在所能限定的空间范围内,其特殊的地理位置、构造特征与成因,可以为研究青藏高原东南缘隆升的动力机制提供一定的约束。

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龙门山多层分层拆离地壳结构:新构造变形与深部构造证据

颜丹平, 李书兵, 曹文涛, 张维宸

2010, 17(5): 106-116.

摘要 ( 2851 )

PDF(3417KB) ( 1565 )

2008年5.12汶川地震发生后,对于龙门山地壳结构及其与汶川地震的成生联系成为构造地质学研究极为关注的科学问题。然而,现有的多种龙门山地壳结构模式在综合解释表层构造变形及深部构造时与调查和探测资料均有不符。利用前人地球物理探测成果,结合穿过龙门山主要发震构造单元彭灌杂岩及雪隆包岩体的综合构造剖面,将地表构造与深部地壳探测资料结合进行了综合解释,认为龙门山逆冲构造带中的多重冲断推覆构造由约10 km深处的拆离断层分隔,因而应该只是浅层次构造变形的组合样式;在中、下地壳韧性流壳层的主导下,扬子地块基底被动揳入并形成多层拆离的韧性流变构造组合。5.12汶川地震及余震是由于以彭灌杂岩和雪隆包岩体为代表的刚性体,在上部韧性流壳层前端的持续推挤作用下,发生破裂而形成的。

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2008年汶川8.0级地震的发震构造：沿龙门山断裂带新生的地壳深部断裂

徐杰, 高祥林, 周本刚, 计凤桔, 张进, 白玉柱, 陈国光

2010, 17(5): 117-127.

摘要 ( 2102 )

PDF(1943KB) ( 1113 )

在区域地质构造研究中，龙门山断裂带也称为龙门山褶皱冲断带或推覆构造带。许多研究者认为，2008年汶川8级地震的发震构造是这条断裂带或其中央映秀—北川断裂。笔者在深入分析龙门山断裂带的构造演化和岩石圈结构构造特征的基础上，着重探讨8级地震的发震构造，提出不同的认识。龙门山断裂带经历了松潘—甘孜造山带的前陆褶皱冲断带（T3J）、造山带（KE）和青藏高原边缘隆起带（NQ）3个动力学条件不同的演化阶段，在前两个阶段断裂带递进发展，第三阶段断裂带则被改造。从三维空间看，龙门山断裂带位于松潘—甘孜地块东南缘的上地壳内，并被推覆到扬子陆块上；而松潘—甘孜地块的中—下地壳和岩石圈地幔发生韧性增厚，而且向扬子陆块壳下俯冲，从而使浅、深部构造在垂向上形成“吞噬”扬子地块的“鳄鱼嘴”式结构。虽然在平面上汶川8级地震的主余震分布与映秀—北川断裂一致，但从剖面上看其震源所构成的震源破裂体位于龙门山断裂带之下的扬子陆块内。这种不一致性表明，8级地震的发震构造不是龙门山断裂带，而是扬子陆块内新生的高角度断裂，其走向基本与龙门山断裂带一致。推测这一震源断裂的形成过程是：当松潘—甘孜地块向东南推挤时，其前缘“鳄鱼嘴”构造咬合并错断被吞噬的扬子陆块部分，形成具有右旋逆平移性质的新断裂，导致汶川8级地震的发生。

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龙门山断裂带深部构造和物性分布的分段特征

楼海, 王椿镛, 姚志祥, 李红谊, 苏伟, 吕智勇

2010, 17(5): 128-141.

摘要 ( 2432 )

PDF(3254KB) ( 2350 )

根据龙门山断裂带周边的固定数字地震台网和流动地震观测获得的宽频带地震记录,用多种地震学方法研究该地区的地壳上地幔结构。深部结构研究表明,龙门山断裂带物性分布具有显著的分段特征。用远震接收函数Hk叠加方法计算了各个台站的地壳厚度和波速比。地壳厚度总体变化是,地壳从东向西增厚,最小厚度为378 km,最大厚度是681 km。从东南向西北横跨龙门山断裂带的地壳急剧增厚,从415 km增厚至525 km。但是,龙门山断裂带两侧地壳厚度的差异在断裂带的南段和北段是不同的。在南段,地壳厚度急剧变化的分界线在中央断裂附近;在中段,分界线在后山断裂附近;在北段,则断裂带两侧地壳厚度差异很小。泊松比的空间分布是,松潘—甘孜地体北部和西秦岭造山带具有低泊松比(ν<026),扬子地台具有低—中泊松比(ν<027),松潘—甘孜地体南部、三江褶皱带和四川盆地具有中—高泊松比(026<ν<029)。除龙门山断裂带南段及其附近,大部分地区均不具有超高的泊松比(ν>030)。龙门山断裂带南段地壳具有高泊松比(ν>030),而北段地壳则为中—低泊松比。高泊松比可以看成是铁镁质组分增加和/或部分熔融的证据,表明那里的下地壳部分熔融是可能的。松潘—甘孜地体东南部地区的下地壳处于富含流体或温度较高的部分熔融状态,它有助于青藏高原的下地壳物质向东运动。青藏高原东部中、上地壳向东运动受刚性强度较大的扬子地台的阻挡,沿龙门山断裂带产生应变能积累。当应变达到临界值,发生急剧的摩擦滑动,释放积累的应变能,产生汶川Ms 80地震。汶川地震在龙门山断裂带不同地段,表现出不同的破裂特征和余震分布,可能与断层带的分段深部构造差异有关。

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量子地震模型:对汶川地震的解释

钟福平

2010, 17(5): 142-150.

摘要 ( 1969 )

PDF(2225KB) ( 758 )

从大量的地震参数分析可知,在由同一主震引发的所有的余震发生的位置都不同。在发生地震之前,地震的震中位置都是一些相互独立、互不连续且发生了弹性应变的单元个体,笔者称这些独立不连续的弹性应变单元称为应变量子。综合前人研究成果,笔者建立了一个地震模型。运用该模型对2008年5月12日发生在中国汶川地震作了解释:由于在龙门山断裂带周围形成了许多的应变量子,这些应变量子的形成阻碍了龙门山断裂的运动,产生滑移亏损,从而造成在地震前测量到的龙门山断裂带速度场变化很不显著。2008年5月12日14时28分时,在龙门山断裂周围已形成应变量子中的其中一应变量子最先达到它的最大储能,释放它所储存的应变能,引发了汶川Ms 80地震。此次地震产生的地震波引发了龙门山断裂周围地壳应力的重分布,使得其他应变量子提前达到最大储能,释放出能量,于是触发成千上万次余震。此外,我们或许可以通过观测断裂滑移速率的变化情况来预测断裂周围应变量子的形成,从而来预测该断裂是否存在潜在地震的可能。

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青藏高原东部基于噪声的面波群速度分布特征

宫猛, 李红谊, 徐小明, 李信富, 贾晋生

2010, 17(5): 151-162.

摘要 ( 2412 )

PDF(4725KB) ( 889 )

通过收集青海、甘肃、四川三省的76个地震台记录的2008年1—12月三分量的连续噪声数据,利用噪声面波层析成像的方法获得了青藏高原东部的面波群速度分布特征。首先采用多重滤波方法提取了1 000多条台站对5~50 s的三分量面波群速度频散曲线,然后将研究区域划分为02°×02°的网格,利用Occam方法反演了瑞利波(RR)和勒夫波(TT)的群速度分布。反演得到的群速度分布特征与地表地质和构造特征表现出较好的相关性,清晰地揭示了地壳内部的横向速度变化。层析成像的结果显示在短周期(8～20 s)内,拥有较厚的沉积层的四川盆地表现为明显的低速特征,而青藏高原东部则表现为较高的群速度分布特征;随着周期的增加(>20 s),群速度的分布特征呈现出与短周期相反的特性,青藏高原东部下方的速度远远低于四川盆地,这可能与青藏高原东部中、下地壳低速层相关联,同时也意味着研究区域的地壳结构具有明显的横向不均匀性。在群速度分布图上,龙门山不仅是四川盆地与青藏高原的地形和构造分界带,同时也对应着高群速度与低群速度的过渡带。

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青藏高原昆仑—汶川地震系列与巴颜喀喇断块的最新活动

邓起东, 高翔, 陈桂华, 杨虎

2010, 17(5): 163-178.

摘要 ( 2842 )

PDF(7939KB) ( 2407 )

青藏高原是中国最主要的地震活动区之一。最近十多年来,在青藏高原中部连续发生了1997年西藏玛尼Ms 75级地震、2001年青海昆仑山Ms 81级地震、2008年3月新疆于田Ms 7.3级地震和5月四川汶川Ms 80级地震及2010年青海玉树Ms 7.1级地震,它们相继发生于青藏断块区巴颜喀喇断块四周边界活动断裂带上,是该断块最新活动的结果。发生于断块南北边界断裂上的3次地震都是走滑断裂错动的结果,发生在断块东南端的汶川地震则是挤压逆冲断裂的产物,而西北端的于田地震则呈现出张性特征,它们共同反映青藏断块区巴颜喀喇条状断块向东南方向滑动的最新活动。自1900年以来,青藏断块区和巴颜喀喇断块的强震活动表现出多期活动和区域性转移的特征,20世纪早期Ms 70级以上强地震活动的主体地区在青藏断块区北部边界构造带,中期转移到高原南部喜马拉雅板块边界构造带和断块区南部断块,最近十多年来则在巴颜喀喇断块及周缘边界断裂上活动。青藏高原这种块体活动和地震活动与澳大利亚印度板块对亚洲大陆的推挤作用相关,因而,青藏高原和巴颜喀喇断块的强震活动与澳印板块边界苏门答腊强震活动相对应。目前苏门答腊地区强震活动仍在继续,因此,近期对巴颜喀喇断块及青藏高原南部地区的强震活动和强震危险性仍需加以注意。

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东昆仑、玉树、汶川地震的发生规律和形成机理:兼论大陆地震成因与预测

李德威

2010, 17(5): 179-192.

摘要 ( 2367 )

PDF(4226KB) ( 1112 )

青藏高原东北部东昆仑、汶川、玉树等强震的同震地表破裂不对称发育,伴随余震有规律地分别向东、南东和北北东方向迁移,很可能是源于恒河盆地流经亚东、当雄、安多、库赛湖、治多、玉树、甘孜、汶川的弧形下地壳“热河”的流速和流向变化形成的,下地壳热流物质正在向云南及邻区汇聚形成下地壳“热海”,导致长时间跨季度构造热干旱,其影响超过大气环流的作用。地表破裂不一定受断层控制,震源也不在断层面上,下地壳流动导致中地壳发震并进一步影响上地壳形成同震脆性破裂系统。大陆板内盆山过渡带地震密集,大陆板内地震是在下地壳层流的热动力作用下导致活动地壳分层变形的产物。在大陆盆山耦合、圈层耦合的非线性开放系统中,从大洋底部的软流圈层流进入大陆底部使得地幔软流圈加厚,底辟上升为大陆下地壳流动,为地震活动提供了巨量热能;热软化的下地壳缓慢的韧性流动孕育了大陆板内地震;中地壳韧脆性剪切带易于积累能量,发生热能与应变能的转化,产生地震,形成震源层;上地壳脆性断层活动和地表破裂是地震释放深部能量的载体和方式之一。地壳稳定性评价的依据应当是地壳的活动性而不是断层的活动性。大陆活动构造区地震活跃期与平静期交替实际上是下地壳地震能量的聚散过程,体现在下地壳热主导的韧性流动构造与上地壳应力主导的脆性破裂构造之间的相互作用。下地壳热软化物质流动过程中流速、流向等突然改变触发地震,并产生共振波。大陆下地壳流层在厚度、温度、粘度、流速、流向上的变化产生一定程度的温度异常、流体异常及与其相关的大气层、电场、磁场、重力场、地球化学场、应力场、应变场、生物场等异常。合理布置天空网、地面网、地下网,综合立体监测有效的地震前兆,系统地开展长期、中期和短临地震预测,能够不断地提高地震预测水平。

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中国西部及邻区大地震时空特征、地质背景及发展趋势分析

吴冲龙

2010, 17(5): 193-205.

摘要 ( 3898 )

PDF(13299KB) ( 8996 )

在中国西部及邻区有一个以中国南北地震带—蒙古东部地震带、喜马拉雅地震带和帕米尔—天山—阿尔泰山—蒙古西部地震带为3条边而组成的巨型中亚三角形地震带,其大地震发生的强度之大、频度之高以及重复率之高、重复周期之短,在世界大陆上绝无仅有。这些大地震在空间上受到大地构造位置、构造应力场滑移线场、介质力学条件、壳内低阻流变层和先存力学脆弱带等五位一体的复合控制,震中主要分布于3条边与活动断裂带交叉处的中—上地壳中;在时间上存在以215 a±为最小单元的多种周期。印度板块的持续顶撞和推挤,是该带大地震孕育的能源,而太阳黑子活动和地球自转速率变化可能是该带地震的触发因素。以2001年昆仑山大地震和2008年汶川大地震为标志,中亚三角形地震带可能进入了一个新的1075 a活动中周期。果真如此,则未来数十年内在该三角形的3条边及其周缘,可能分别发生若干个M≥80级大地震和多个M≥70级强地震。

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鄂尔多斯块体周缘地区近期地震活动性与汶川地震应力触发作用的关系

朱艾斓, 解朝娣, 徐锡伟, 周永胜, Lei Xinglin, 王亚丽

2010, 17(5): 206-214.

摘要 ( 4413 )

PDF(2772KB) ( 4017 )

采用β统计对汶川地震前后鄂尔多斯块体周缘地区的地震活动率进行了空间扫描分析,并采用Ji Chen的震源破裂模型计算了汶川地震产生的库仑破裂应力变化,以研究鄂尔多斯块体周缘地区近期地震活动性与汶川地震应力触发作用的关系。结果发现,鄂尔多斯块体西南缘弧形断裂束的南东段与南缘渭河盆地的地震活动率在汶川地震后提高显著,其他区域的地震活动率没有明显提高,库仑破裂应力计算得到两个区域的应力变化范围分别为0005～002 MPa和0001～001 MPa,表明汶川地震有可能触发了这两个区域的地震活动。鄂尔多斯块体东缘的山西断陷带处于库仑破裂应力计算的应力增加区,应力变化范围为0～0012 MPa,2009年3月以来发生的4次ML 45～52级强有感至微破坏地震有可能被汶川地震所延迟触发。b值、地震能量释放率与空间相关距离SCL等地震活动性参数随时间变化扫描结果显示,该区域可能处于不断趋近高应力累积的状态,其未来大震有可能提前发生。西缘地区为应力减小区,其目前的地震活动处于正常水平状态。

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东亚与全球地震分布分析

马宗晋, 杜品仁, 高祥林, 齐文华, 李晓丽

2010, 17(5): 215-233.

摘要 ( 3701 )

PDF(7903KB) ( 8043 )

现代地震学是一门年轻的学科,但人类对地震现象的观察、记录和思索已有数千年历史。特别是在中国,很早就有灾害性地震的详细历史记载。最近40多年,我国、东亚及世界其他大陆地区的多次大地震的发生,推动了地震构造研究的发展,加深了对地震分布规律性及其地球动力环境的认识。从地质背景和发生机制看,全球地震构造可分为三大类:第一是太平洋海底地壳与陆缘地壳浅、中、深俯冲构成的地震带;第二是南半球离散地壳块体对北半球大地块边缘碰撞浅俯冲带;第三是全球三大洋脊张裂转换构造带。地球北半部内陆的中纬度地带有4个多震密布区,它们都处于N25°～55°的纬向大陆带内,与大陆会聚所造成的陆内变形有关。4个多震密布区的东半部则是相对少震区,显示出相对稳定的地壳结构。全球表壳GPS矢量场和北南两个极区各有不同,北半球欧亚大陆是向北呈弓字形运动;南半球是南美、非洲、阿拉伯、印度、澳大利亚等5块离散的大陆块,除南美大陆,其他4块大陆都是向NE和NNE方向运动。这4块大陆都是依次运动加速,澳大利亚陆块运动最快,向NNE方向约10 cm/a;同时从南太平洋南部沿NWW方向左型转换断层的运动也是高速的,这两个方向运动的交叉相碰,现已处在全球最为强烈的地震活动区域。北冰洋内群岛GPS站点向阿留申岛弧推进;南极冰陆的9个GPS站点则呈现旋扭状彼此相差约90°,可能表明北/南半球彼此有明显的1/4左右表壳的扭动。从卫星重力数据推测的地球的形状、全球热流的和地内热散失量的分布、地球磁场的西漂以及大地震引起的地球振荡特征等证据推测,地球的内部结构具有一定程度的非对称性和非均匀性,它们对全球板块运动、板块变形以及大地震的空间分布可能有一定的控制作用。

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汶川地震触发崩滑地质灾害空间分布及影响因素

郭兆成, 周成虎, 孙晓宇, 张俊

2010, 17(5): 234-242.

摘要 ( 2988 )

PDF(2856KB) ( 929 )

通过遥感解译和实地考察,获取了2008年汶川地震触发崩滑的空间分布,利用GIS空间分析和Logistic回归,分析崩滑的空间分布特征及其影响因素,建立了地震触发崩滑与其影响因素之间的回归方程。结果表明,(1)研究区共有5 154个崩滑群,覆盖总面积1 139 km2;(2)崩滑沿北川—映秀发震断层的两侧(断层上盘区占90％),呈北东向宽度不一的条带状分布;(3)Ⅺ和Ⅹ烈度区崩滑面积占区域面积的732％,Ⅷ度及以下烈度区崩滑面积比例较小;(4)崩滑发育及空间分布不仅受控于发震断层的活动,断层上下盘效应、地形放大效应等也是其重要影响因素。崩滑与其影响因子的回归方程表明:(1)到北川—映秀发震断层距离因子和到震中距离因子的偏回归系数远大于其他因子的偏回归系数,北川—映秀断层发震活动是控制崩滑空间分布的主导因子;(2)岩性软硬程度对崩滑空间分布的影响不显著;(3)地形坡度、高程、坡度变率、多年累积降雨、人工修路及植被覆盖对崩滑的发育产生影响。地形高程因子对崩滑空间分布的影响大于坡度、坡度变率因子的影响。人工道路、多年降雨及植被覆盖对地震崩滑的影响程度依次降低。

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地震破裂带特殊部位大型滑坡及其基于构造地貌发生模型的机制解释:以东河口抛射型滑坡为例

袁仁茂, 谭锡斌, 陈桂华, 徐锡伟

2010, 17(5): 243-253.

摘要 ( 2765 )

PDF(3296KB) ( 1220 )

汶川地震在龙门山地区激发了大量的次生地质灾害,其中尤以滑坡灾害分布最为广泛和严重。在所有滑坡灾害中,东河口滑坡发生在北川破裂带的北东端点,具有相当的特殊性,并造成了大量的生命财产损失。东河口滑坡是一种抛射型滑坡,具有与其他如重力或者降雨作用导致的滑坡不同的特点,即没有统一连续的滑动面,由上部比较深陡和下部比较浅缓的截然分开的两部分组成，在强地震加速度的作用下,滑坡体被抛射并在与地面发生碰撞之前沿抛物线轨迹运行。文章综合分析了东河口抛射型滑坡发生的地质地貌条件,并解释了该抛射型滑坡发生的动力源机制。结果显示,东河口滑坡区的滑坡带和翼状裂隙带在北川破裂带两侧的规则分布受控于断层的运动方式和滑坡的空间分布位置;此外,除地震动水平加速度和地质地貌条件外,垂直加速度和断层的运动方式对地震滑坡的激发也起着重要的作用。

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卫星热红外地震短临预测方法研究

强祖基, 马蔼乃, 曾佐勋, 王杰

2010, 17(5): 254-262.

摘要 ( 2322 )

PDF(4199KB) ( 1038 )

文章扼要介绍卫星热红外亮温异常的基本原理,分析建立地震短临预测遥感信息模型,通过11 a试验性预报实践和几个地震的案例,如南海东沙地震,台湾集集大地震,震例还有内蒙包头地震,美国华盛顿州奥林匹亚地震及印尼苏门答腊巨震等。从作为震兆的亮温异常提升到热应力场,对预测地震震中更加可靠和更有说服力,说明此项技术具有实际应用前景。

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从北华北盆地的地质结构看1976年唐山地震的发震机理

杨克绳, 胡平, 党晓春

2010, 17(5): 263-270.

摘要 ( 1960 )

PDF(9431KB) ( 2776 )

北华北盆地经过古近纪拉张、新近纪挤压形成了怀柔—三河—唐山—锦州—下辽河向南突出的弧形构造带，它与向南推挤的南北向唐山—丰南隆起一起构成燕辽山字型构造。唐山—丰南脊柱向南推挤造成弧顶挤压应力集中。一旦应力集中超过极限值,应力必然释放,形成大地震。文章从这一认识出发对1976年唐山地震的发震机理进行了探讨。

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黑龙江省氢气释放与地震及断块构造关系的探讨

邵济安, 赵谊, 陆永发, 唐克东

2010, 17(5): 271-277.

摘要 ( 1995 )

PDF(1868KB) ( 857 )

通过对2009年安达M 45级地震成功的预报,进一步认识到将H2浓度的异常变化与断层背景研究结合,并配合区域其他异常的检测可以作为地震预报的一种手段。结合不同深度的地球物理资料,讨论了黑龙江省的断块构造、中新生代断裂以及深部软流圈上涌的构造背景。将近年来地震分布、局部收集的土壤气体浓度资料与断层相结合,展示它们的内在联系。同时还引入GPS水平矢量显示中蒙东部构造区块现今向东的伸展蠕散运动的研究成果,用此解释研究区断裂活动的特征,并且指出这有别于中国西部地区地震活动的特征。

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深部找矿非线性定量理论与技术方法研究进展综述

申维

2010, 17(5): 278-288.

摘要 ( 1497 )

PDF(1398KB) ( 1249 )

深部找矿前景的定量评价等研究内容已成为当前中国深部找矿工作中地质成矿理论研究的热点,大深度物探技术和深穿透的化探新方法、高分辨率航卫遥感技术以及大深度的钻探技术等方法的研制和应用已成为深部找矿技术的发展方向。文中提出和介绍了深部成矿作用的分形性质及混沌机制、分形小波多尺度分析方法、分形地质统计分析、深部找矿的物化探新技术方法。

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裂谷盆地深层石油地质特征与油气成藏条件

于开财, 李胜利, 于兴河, 郑秀娟

2010, 17(5): 289-295.

摘要 ( 2041 )

裂谷盆地是指沉积盆地在地质历史演变的某个阶段经历了裂谷时期的盆地。裂谷盆地深层在中国一般是指裂谷盆地中含油气层段埋深>3 500 m的地层,国外则指埋深>4 000 m的地层。中国东部具深层油气田的裂谷盆地主要是中、新生代盆地;全球裂谷盆地深层的大油气藏主要分布于白垩系,其次是上古生界;深层油气藏的储层形式多样,有孔隙型、裂缝型、溶洞裂缝型及孔隙裂缝型等;深层油气田的油气运移方向以垂向为主,圈闭则大多以岩性或与断裂有关的构造岩性圈闭为主。其次,盐岩体的活动对圈闭的形成亦十分重要,其类型则以复合型为主。

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湖北铜绿山铜铁矿床成矿机制探讨

张宗保

2010, 17(5): 296-305.

摘要 ( 1723 )

PDF(2884KB) ( 1123 )

以铜绿山铜铁矿为例,探讨了浅成岩体冷却过程中夕卡岩及夕卡岩矿床在接触带上的形成过程及其耦合条件。在铜绿山矿区,矿体主要产出于石英二长闪长玢岩与下三叠统大冶群碳酸盐岩的半岛状岛链状残留、捕虏体接触带中,矿体与夕卡岩密切共生。此次工作根据大量野外观察,结合对已有资料综合研究,提出成矿空间为冷缩低压区的概念,即夕卡岩及夕卡岩矿床形成的起因是在岩浆固结后的岩石冷凝收缩过程中,在接触带上形成了一个能使流体持续汇聚和长期驻留的低压区——冷缩低压区系统。这个系统与岩浆期后热液的耦合,在超临界流体、CO2气体和临界转换作用的配合下,满足了夕卡岩型矿床成矿的需求,形成了铜绿山矿床。

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酒西盆地中新生代碎屑组分特征及指示意义

方世虎, 宋岩, 赵孟军, 袁庆东, 杭伟4, 洪峰

2010, 17(5): 306-314.

摘要 ( 1980 )

PDF(2545KB) ( 774 )

通过岩石碎屑成分分析,研究酒西盆地砂砾岩储集层沉积碎屑成分特征对物源属性、盆山格局演化及油气成藏特征的指示意义。研究表明,酒西盆地下白垩统下沟组砂岩成分成熟度低,物源构造属性以再旋回造山带和部分岩浆弧为特征,物源岩石类型主要为中酸性岩浆岩和变质岩(沉积岩碎屑极少),岩石成分及其组合显示盆地东、西部的物源差异明显;古近系白杨河组在岩石成分、岩屑组成上与下白垩统下沟组砂岩有较大不同,显示物源属性的明显改变。物源属性的改变在一定程度上反映构造格局分异、盆-格局的演变历程,控制了酒西盆地内油气富集和晚期成藏特征。碎屑成分特征在一定程度上决定了储集层的储集空间类型及裂缝发育规律,值得进一步深入研究。

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准噶尔盆地陆西地区油气运聚类型研究

王绪龙, 曹剑, 石新朴, 向宝力, 蓝文芳, 孙平安

2010, 17(5): 315-324.

摘要 ( 2362 )

PDF(2002KB) ( 847 )

油气运聚解析是石油地质学研究的基础命题,而复杂油气运聚解析则是研究难点和热点。以准噶尔盆地腹部陆西地区为例,提出了解析复杂油气运聚的一种新方法,即油气运聚类型研究。这种方法提出了新的研究思路。主要有两方面作用：一是在勘探发现油气显示后,通过分析油气运聚类型,进而评价成藏潜力,为试油提供依据；二是在试油之后,对成功和失利的井分别分析原因,解析二者在油气运聚类型和过程上的差异,从而为油气勘探部署和评价提供参考。以陆西地区为例的应用效果良好,尽管诸多参考标准并不一定完全适用于其他地区,但研究思路、方法可供借鉴。

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不同变质变形煤储层孔隙特征与煤层气可采性

范俊佳, 琚宜文, 侯泉林, 谭静强, 卫明明

2010, 17(5): 325-335.

摘要 ( 2777 )

PDF(2110KB) ( 1019 )

煤储层孔隙是煤层气的主要聚集场所和运移通道,煤储层孔隙结构不仅制约着煤层气的含气量,而且对其可采性也有重要影响。文中选取淮北煤田和沁水盆地不同矿区有代表性的煤样,通过对研究区不同变质与变形煤样的宏微观构造观测、镜质组反射率与孔隙度测试以及压汞实验分析,研究了不同变质变形煤储层孔隙结构特征及其对煤层气可采性的制约。研究结果表明,按照不同的变质变形特征将研究区煤储层主要划分为5类,即:高变质较强至强变形程度煤储层(Ⅰ类)、高变质较弱变形程度煤储层(Ⅱ类)、中变质较强变形程度煤储层(Ⅲ类)、中变质较弱变形程度煤储层(Ⅳ类)及低变质强变形程度煤储层(Ⅴ类)。不同变质变形煤储层的孔隙结构具有以下特征:Ⅰ类和Ⅱ类煤储层吸附孔占主导,Ⅰ类煤储层孔隙连通性差,Ⅱ类煤储层因后期叠加了构造裂隙,孔隙连通性变好;Ⅲ类煤储层中孔、大孔增多,但有效孔隙少,孔隙连通性变差;Ⅳ类煤储层吸附孔较多,中孔、大孔中等,且煤储层内生裂隙发育,孔隙具有较好的连通性,渗透性明显变好;Ⅴ类煤储层吸附孔含量较低,中孔较发育,大孔不太发育,有效孔隙少,孔隙连通性差。由此,变质程度高且叠加了一定构造变形的煤储层(Ⅱ类)以及中等变质程度变形较弱且内生裂隙发育的煤储层(Ⅳ类),其煤层气有较好的渗透性,可采性较好。

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中国北方沙漠－黄土体系的沉积和侵蚀过程与未来趋向探析

鹿化煜, 李郎平, 弋双文, 王先彦, Joseph A.Mason

2010, 17(5): 336-344.

摘要 ( 2475 )

PDF(1630KB) ( 1003 )

中国北方有大面积的土地被沙漠和黄土覆盖,是现代沉积和侵蚀比较活跃的地区。强烈的地表过程不仅影响着区域的生产生活活动,还通过粉尘传输影响北半球甚至于更大范围的气候和环境。长期以来,由于综合研究不够,对沙漠黄土体系的沉积和侵蚀规律以及未来趋向的认识有限。结合对沙漠沙地黄土沉积的高密度光释光年代测试结果,基于地统计法和遥感分析的黄土堆积量估算以及现代降尘、地表侵蚀的观察研究,认为沙漠沙地黄土堆积区的沉积和侵蚀过程受气候变化控制,这里既是堆积区,又是侵蚀区,处于动态变化过程中;黄土比沙地沉积保存着更完整的过去气候变化信息。黄土高原水蚀和风蚀在地质历史时期就存在,人类活动加强了侵蚀过程,但可能还没有实质性地改变这一趋向。通过对地质记录和古气候模拟结果的分析,在未来全球变暖的背景下,沙地地区可能由于有效湿度减少变干而使风尘活动加强,黄土高原地区的粉尘沉积速率也将随之加快。

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中国山西张村上新世气候与海拔的初步研究

秦锋, 杨健, 李金锋, 刘海明, 王宇飞

2010, 17(5): 345-360.

摘要 ( 1574 )

PDF(2962KB) ( 754 )

基于前人山西榆社盆地张村植物大化石和花粉组合资料，运用分布区叠加分析法，初步重建了山西张村上新世气候参数值和古海拔高度。研究结果表明,由不同数据来源计算的张村古气候参数数值变化范围大多落在今天的暖温带到北亚热带区间；依据原地埋藏的植物大化石组合推出上新世时山西张村地区存在植被垂直分带，周围为山地地形，由此估测的古湖海拔高程范围在400～1 000 m，明显低于今天约1 043 m的海拔高度，表明在上新世之后位于黄土高原东缘的张村地区还有抬升；支持前人关于更新世以来晋东南地区的整体缓慢抬升的推测。

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挤压断裂构造样式地震解释

吴红华, 戴福贵, 杨津, 杨克绳

2010, 17(5): 361-374.

摘要 ( 3981 )

PDF(9302KB) ( 6854 )

挤压构造的动力学为板块与板块碰撞形成造山带,在造山带一侧或造山带内部形成挤压型盆地,这些盆地在挤压应力作用下,形成叠瓦逆冲、复合逆冲、多层次滑脱逆冲、多产状逆冲断裂构造组合。文中对与挤压逆冲有关的褶皱构造样式——断弯、断展、断滑褶皱构造进行了描述，指出在加强非背斜构造样式勘探的同时,也应加强背斜构造样式的勘探。油气资料显示80%~90％的油气生产来自背斜构造样式的油气田,面积大、幅度高的挤压构造是形成大、中型油气藏的地质条件。

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岩石圈HPE热弱化与陆内构造变形

郭安林, 张国伟

2010, 17(5): 374-380.

摘要 ( 1722 )

PDF(916KB) ( 1149 )

大陆内部变形在很大程度受制于大陆岩石圈流变侧向不均一性,而温度(地热梯度)是影响地壳和地幔岩石流变性质的主导因素。由热引起的地壳/地幔岩石材料的热弱化是弱化的主要途径,为陆内变形准备了物质条件。在构造外力(板块相关的或非相关的)的作用下,这些受到热弱化的岩石材料极易发生变形,导致岩石圈内部的造山带和变形带的形成。文章试图在广泛的国内外文献搜集和综合分析基础上,介绍由生热元素(heatproducing elements)聚集产生的地壳/地幔(岩石)热弱化以及随后地幔下降流构造力作用造成的大陆内部应变局部化和陆内构造变形。这些地幔下降流是由大陆岩石圈地幔重力(瑞利泰勒型)不稳定性发育引起的。

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国际数学地球科学协会2010年会综述

申维

2010, 17(5): 382-384.

摘要 ( 2266 )

PDF(465KB) ( 1148 )

“国际数学地球科学协会(International Association for Mathematical Geosciences, 简称IAMG)2010年会”于2010年8月29 日—9月2日在匈牙利布达佩斯召开。本届年会由国际数学地球科学协会和匈牙利塞格德大学(University of Szeged)共同承办。来自20 多个国家和地区的近90位专家和学者出席了会议,其中有国际数学地球科学协会主席Vera Pawlowsky Glahn,协会前主席Frits PAgterberg,《Mathematical Geosciences》杂志主编Roussos Dimitrakopoulos,《Computers & Geosciences》杂志主编Eric Grunsky,《Natural Resources Research》杂志主编Keith RLong等著名数学地质学家。“国际数学地球科学协会2010 年会”主要内容有:颁奖仪式、特邀报告、学术交流会和专题讲座。颁奖仪式为颁发国际数学地球科学协会2010 年度Krumbein 奖(每两年颁发一次)和Griffiths教学奖。特邀报告为IAMG著名讲座讲演者Roussos Dimitrakopoulos,题目为“高阶地质统计学:复杂模拟、非高斯地质与环境现象研究”;George Matheron讲座讲演者Donald Allen Singer,题目为“解答不恰当的资源评价和探测问题”;Krumbein 奖获得者Lawrence J. Drew,题目为“数学地质学家的创新”;Griffiths教学奖获得者Ana Fernández Militino,题目为“统计教学与地质统计学的相互关系”。学术交流会共设4个专题, 主要涉及数学地质的理论问题、数学地质与环境科学、地质技术与工程地质学和资源估计与评价等内容。本次年会的主题是“能源、自然资源和环境评价”。在未来的几十年,能源与自然资源可持续提供是最重要挑战之一。许多国际组织正在争论这个问题,它也是几个科学或政治预言最流行主题之一。近年来,该主题有了一些正面和反面答案(回答),但是它们大多依据于不可靠的资源数据。该问题的最可靠答案应该来源于地球科学。一个好的答案需要数学与地质背景。以前的国际数学地球科学协会年会关注方法论与研究实例。2009年会主题主要强调计算方法。该主题增强了地球科学与计算科学整合以及促进其他学科的发展。我们相信国际数学地球科学协会能够在传统和非传统能源与自然矿产资源的测量计算、建模和评价中起着重要的贡献。评价环境问题,特别是废物处理在当代是极为重要的。应用各种数学地质方法能够减少相关的不确定性和风险。本次年会特别注意放射性废物处理,这是广泛应用核能的主要前提。讲演与讨论数学地质新方法以及相关实际应用的理论论文也是该年会的重要内容。1专题内容介绍11数学地质的理论问题主要介绍了数学地质在应用地球科学中的作用;一般分形的重构以及它的应用;分形几何在孔隙度建模中的应用;断层统计学和分形几何在地质学中的应用;地理(地质)信息系统的二维数据建模与实现;连续移动邻域克立格的压抑法;高维属性空间的简单克立格的主成分分析;基于距离方法的约束静态和高度非线性动态数据的多重非高斯模型抽样研究;序贯模拟的Gibbs抽样方法在复合先验概率分布取样中的应用;序贯指示模拟灯统计特征的实现;基于非参数连接函数的序贯空间模拟;完全溶解固体的成分回归;早期二叠纪Barakar旋回层的Gondwana盆地的统计建模和它的煤炭资源潜势;大尺度地下空间数据的3DGIS空间数据库模型和成分分析;基于JADE(联合近似特征矩阵对角化)算法的金属矿床深部地震数据的减噪方法研究;河流时间序列的极值研究;基于最大熵频谱分解的微断裂识别研究;分离尺度的凸面计算与平衡模拟;最佳汇集岩石的累积参数的高阶模拟异性渗透率研究;Hilber变换在地球物理地震信号处理的应用;空间一般线性混合模型的偏斜潜在变量的贝叶斯分析;分形储层中的高速流动性效应研究;分形不变分布及其在大型超大型矿床中的应用;基于序列再生的三维空间参数化研究;分形模型在中国广西西部的累积铝土矿储量估计中的应用;储量的地质统计分析;数据间隔与不确定的定量化和复杂化研究。申维/ 地学前缘(Earth Science Frontiers)2010, 17 (5)申维/ 地学前缘(Earth Science Frontiers)2010, 17 (5)12数学地质与环境科学主要介绍了时空数据的三维可视性交互式分析及其相关填图;大气环境质量下降弥散模型混合多尺度模型;加拿大和美国东北沿海省份的土壤地球化学与矿物学可变性的识别方法;匈牙利西部巴拉顿湖沼泽地数据序列的周期性恢复性聚类分析;在稳固的碎石泥沙冲击影响下的基岩剥蚀演化数字模型;冰川环境中的层次配属概率地质建模;形态构造与突出物的空间动力热喀斯特沉淀设计;灵敏度系数的计算效能集成方法;农业地貌空间模式针叶树林地带的定量分析;变差函数的稳健估计和稳健克里格方法研究;时间序列的地质统计技术分析;应用乘积总和模型来拟合时空线性协同区域化模型;简单指示克里格的贝叶斯边缘评估;地球环境中的地质统计学误差评价;克里格变量估计的设计与研究;区域剖面的地质数据与地球物理数据的计算技术综合分析和解释;伊朗东部Zahedan断层的构造地貌特征不变量的断层活动性评价方法研究;应用机器学习算法对地质空间数据进行分类、建模和分析研究;地下水特性的地质统计建模和它们的不定度评估;分离性克里格非线性估计在地下水硝酸盐分布建模中的应用;附加地质专家意见的地质三维层面模型的不定度定量方法研究;地质环境中的时间空间克里格方法;匈牙利Bátaapáti地区放射性贮藏库场所的地层概念模型发展研究;基于GIS数字高程模型的活动断层识别研究;应用数据地质信息系统来解决地质问题的方案研究;基于GIS的综合数据分析来研究资源利用问题;基于WEBGIS的地质环境方法建模;水文地质学中的动力因子应用研究;东西伯利亚Kuyumbinskaya地区和Kiramkinskaya地区Riphean纪与Vendian纪原始岩石的熟化碳氢化合物热侵入作用的数值模拟;应用人工神经网络研究Sungun斑岩铜矿间隙蚀变;带有外部漂移克里格方法在含有红土石灰岩矿石资源评价中的应用;火山气化学成分的化学变化扰动研究:意大利南部Vulcano岛屿研究实例。13地质技术与工程地质学主要介绍了应用反射多色成像进行碳酸盐岩定量微量纹理分析研究;应用地球物理数据进行地质技术岩体分类;静态与动态储集层模型的适应性方法研究;公路意外事故路损的地质技术和地球物理探查研究;同时计算真实二维序列的离散傅立叶变换和逆离散傅立叶变换的新公式;地球化学数据含量的面积品位分形模型研究;数字地图一般自动化图像处理方法;克罗地亚Sava凹地和Drava凹地岩石数值的2009最新变化图数据库研究;振幅随偏移距变化(AVO)数据的随机反演研究;GPS定位测量法的统计模型研究;基于Visual Basic语言开发的钻井数据一维变差函数计算程序的免费软件;克罗地亚Sava凹地的砂岩储集层厚度的序列指示模拟研究;伊朗AryanShahr地区的Gheysar隐蔽断层震源机制余震分布和航磁数据研究;基于遥感数据的水文建模:埃塞俄比亚大裂谷Awash汇水盆地研究实例;应用马尔可夫链在德国Goettingen地区研究三维地下岩石地质技术建模的数据综合与模型改进;复合钻井空隙检验的整合数据流分析和目标定向分析。14资源估计与评价主要介绍了加拿大Abitibi地区地盾的历史实例铜潜力资源评价;应用两步增强模拟算法估计地质统计学变差函数参数;克罗地亚Sava地区的凹地碳氢化合物饱和储藏的真实概率计算方法研究;侏罗纪上部岩石相图空间分布的地质统计方法研究:一个墨西哥Cantarell地区油田研究实例;应用统计与地质统计方法进行区域风能系统的特性描述与最优风能建模;法国Charentes盆地的高岭土矿床建模与储量分级的质疑;应用判别分析和序贯高斯模拟(SGS)分离Sungun地区斑岩铜矿蚀变带;荷兰莱茵河默兹三角洲的三维建模;中国国家2006—2010年矿产潜力定量预测计划进展;中国云南三江地区的非线性理论与方法的矿产资源评价;泛欧洲矿产资源评价和四维矿床建模;Transylvanian盆地泥火山的形态覆盖区与构造重要性研究;相关支撑的因果关系范例应用于矿产勘探与自然灾害空间预测可能性研究;应用专家判断进行隐藏矿床数量估计:一般操作程序和数学集成;地层钻井不确定相关评价:多井相关沉积规则;砷矿易损部分的概率填图:一个葡萄牙砷矿的风险评估实例;一片地域的概率矿产资源评价集合问题;增长曲线分析方法的综述;应用综合评价和趋势分析方法确定地下水品质退化模型;匈牙利Bátaapáti地区核废料库的Mórágy花岗岩多尺度破裂网络模型研究;匈牙利Bátaapáti地区氧化锰矿石的地球化学分类研究;希腊Almyros地区喀斯特泉的氯化物富集与发散模拟和随机模型比较分析;神经网络在沉积环境识别中的潜在应用;油气工业中螺旋管状钻孔轨迹的三维建模可视化程序开发设计;基于经验模式分解的低频音波信号增强。2特邀报告介绍21解答不恰当的资源评价和探测问题样本要经过假设检验确定它们来自那一个总体。这些假设检验是在显著性水平α下完成的。即使假设正确,也会犯“弃真”错误,这种错误称为第一类错误；当假设不正确时,又会犯“存伪”错误,所谓第二类错误。在资源评价与勘察中,许多研究工作要平衡这两种错误发生。在过去的40年,数学、统计学和计算科学显著的进步为解决许多资源矿产问题提供了强有力的工具。可是我们很少认识到第三类错误(可能是最大的错误),即解答(解释)不恰当的问题(solving the wrong problem)。这种错误大多数来自于信息提供与信息需求之间的失配。例如,矿产资源评价提供地壳中存在可重新利用资源估计数量。这个估计是依据怎样的信息?如果没有品位评估、矿物学的资料、间接的以及相关联系的不确定性和计算成本等信息,资源潜在的可用度就不能被评估。最优化寻找矿床产生而不是经济上值得要的稀有矿床也是一个例子。另一个勘探例子是研究如何详查较好地区的无掩蔽矿床,同时对隐藏矿床需要采取不同的勘察策略。解答(解释)不恰当矿产资源问题的失误能对研究结果产生负面作用。
22高阶地质统计学:复杂模拟、非高斯地质与环境现象研究地质科学和工程学相关的现象(如矿床特征、油藏属性、污染水平、地球表面温度等)表现出复杂的自然系统空间分布。通常利用有限的测量计算和二阶空间统计模型获得这些空间分布。二阶空间统计模型是有限的,因为地质系统是一个高度复杂与非高斯体系,并且表现出非线性空间连通性模式。非线性和非高斯高阶地质统计学是一个新的研究领域,它基于高阶空间累积量的连通性测度。这里介绍了高阶地质统计学的定义、空间模式推理和各向异性累积量解释;给出了几个例子来阐明物理应力描述累积量映像的概念;展示了高阶条件模拟的最新研究成果;略述了一个新的模拟方法和建立了高阶空间勒让德多项式的空间累积量,该方法不需要进行数据预处理和变换;呈现了复杂空间几何再生、双峰式分布和高阶累积量数据集;最后给出了应用模拟方法解决工程问题的“顺流而下”效果(“down stream” effects)的结论。23数学地质学家的创新地质统计学分析包含了从地球科学、健康研究到环境事件的一系列广泛的应用。然而在学习与教学中全面地介绍地质统计学是一项困难的工作。统计学不是一门容易学习的学科,数学更是如此。鼓励学生、科学家和专业人员把统计学和地质统计学作为一个非常重要的工具是非常重要的。寻找简单与吸引人的实例并通俗地解释它们是不容易的,在平时研究中寻求教学与研究之间的平衡是一个大的挑战。笔者介绍了自己在这方面的体验、技巧、创新和建议。这次会议增进了对国际同行的了解, 介绍了国内的研究成果, 对今后的学科发展和扩大与国际同行的交流奠定了良好基础, 同时为以后的研究工作提供了必要的信息和条件。编者按：据SCI数据库统计，2008年SCI收录中国科技论文已超过十万篇，其中大部分发表在海外期刊上，这对世界了解中国科技发展起到积极作用。但由于不少中国国内读者不易看到原版海外杂志，抑或没有足够时间、精力和水平阅读外文科技期刊，使得中国作者发表在国际期刊上的许多科研成果不能广泛、及时地被国内读者了解和利用，造成遗憾。本刊不定期开设“中国作者国际地学论文简介”栏目，其目的就是让更多的中国读者了解在国外发表地学论文的中国作者的基本联络信息、研究思路和成果，以便更有效地利用这些科研成果。

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中国作者国际地学论文简介

张招崇等、顾连兴等、于宋月等

2010, 17(5): 385-390.

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1张招崇等(American Mineralogist, 2006, 91: 11781183), 在苦橄岩的橄榄石斑晶中发现了自然金和自然铜第一作者联系方式: 张招崇, 中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院, 北京 100083。 Email: zczhang@cugb.edu.cn
图1苦橄岩橄榄石斑晶中的自然金目前我们对地球深部尤其是下地幔和地核的物质组成了解甚少,大多是根据地球物理资料和实验模拟间接推测的,这是因为没有直接带到地表的样品,而对地幔柱的物质组成则了解得更少。因为地幔柱起源于上下地幔边界或核幔边界,而苦橄岩又是地幔柱熔融形成的岩浆直接上升到地表形成的,因此有可能带来地球深部的信息。但是,在大火成岩省中还没有进行过相关的研究。申请者对云南丽江地区2个苦橄岩样品进行了分选,从中发现了自然金、自然铜、自然锌和碳硅石等少见的矿物。为了确定其赋存状态,申请者磨制了大量的薄片进行观察,最后分别在两个薄片中发现了1粒自然金和2粒自然铜被包裹于苦橄岩中的橄榄石斑晶中(图1和图2),并且通过电子探针分析发现,自然金为纯自然金,不含任何杂质(或杂质的含量在检测线以下,003％),如此纯的自然金还从没有报道过,而自然铜则含有少量硅和铝,这也是以前从来没有报道过的现象。自然金和自然铜被包裹于苦橄岩中的橄榄石斑晶的现象充分证明自然金和自然铜是在深部被带上来的。有关火山岩中含有自然金的现象,只有Sisson(2003)报道过在夏威夷Kilauea火山附近的海滩中发现了碧玄质火山玻璃中的铁硫化物中发现有自然金,但是该自然金含有少量的银,与申请者发现的自然金有很大的不同。由于自然金的金含量(成色)与其形成温度和压力关系密切,所以橄榄石斑晶中的自然金应该形成于异常高的温度和压力条件,这明显不同于各种热液成因的自然金,图2蛇纹石化橄榄石斑晶中的自然铜
因为后者都不同程度地含有少量的Ag、Te、Bi、Cu和Sb等。此外,自然铜中含有少量的硅和铝,可能指示了其来自于外核,因为外核通常含有这些轻元素,而在正常的地幔和地壳条件下还没有这种类似的现象,并且外核高温条件也可以解释高纯度的自然金,因此苦橄岩橄榄石斑晶中自然金和自然铜的发现为研究深部的物质组成和峨眉山地幔柱的起源提供了重要证据。另外,自然金和自然铜的发现还为某些金和铜矿床的地幔来源提供了直接的证据,因为以前所谓的地幔来源都是基于一些间接的证据,如同位素的证据等。已有的研究表明,碳硅石通常和金刚石共生,尽管本次研究还没有发现金刚石,但碳硅石的发现还是为进一步在苦橄岩中寻找金刚石提供了重要线索。

2顾连兴等(Ore Geology Reviews, 2007, 30: 129), 红透山块状硫化物矿床矿石糜棱岩铜金银富集机制第一作者联系方式:顾连兴, 南京大学地球科学与地质工程学院, 南京 210093。Email: lxgu@nju.edu.cn
辽宁红透山太古宙铜锌块状硫化物矿床产于华北地台东北部浑北花岗岩绿岩带中,矿床形成于30 Ga以前的古太古代,并在30～28 Ga受到了强烈变形和高级角闪岩相变质作用。层状矿体变为Y形,表明硫化物经历了强烈的机械再活化。矿石结构构造观察显示,海底喷流沉积的原始矿石矿物主要为黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿。矿石的沉积结构构造已被后期重结晶、变形和高级角闪岩相变质所消除,目前保存的矿石结构构造主要是变质峰期和退变质过程的产物(图1A、1B)。磁黄铁矿中缺乏单斜出溶体,闪锌矿中也缺乏黄铜矿病毒,这均是变质作用使原始磁黄铁矿和闪锌矿发生了强烈均一化的结果(图1A)。部分黄铁矿变斑晶来自沉积黄铁矿的重结晶(图1B),而另一部分则是磁黄铁矿在冷却过程中脱硫的产物。图1红透山矿石结构与构造
A—块状矿石中的黄铁矿变斑晶。黄铁矿与长英质和暗色矿物接触边界呈弯曲状,而与磁黄铁矿、闪锌矿和黄铜矿接触的边界平直。B—块状矿石中的黄铁矿变斑晶具平直边界。C—矿石糜棱岩中的韧性剪切面理。黄铁矿颗粒被碾碎至<1 mm的细小颗粒。磁黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿以韧性变形为特征。长英质和暗色矿物球粒同样被拉长,并可能伴随有旋转。D—矿石糜棱岩中由闪锌矿与磁黄铁矿和黄铜矿互层形成的面理构造。磁黄铁矿的三晶镶嵌构造表明已达到退火平衡(正交反射光)。E—矿石糜棱岩中两个世代的黄铁矿。透镜状黄铁矿(py1)显示压溶作用的存在。脆性碎裂黄铁矿颗粒(py1)间部分裂隙被再活化黄铁矿(py2)胶结愈合。py2与再活化的黄铜矿和闪锌矿共生(平面反射光)。F—再活化黄铜矿呈网脉状切割变形石英。图片中左上角黄铁矿颗粒强烈碎裂,且碎粒磨圆度较高,碎粒间发生明显位移,相邻颗粒通常无法拼合(平面反射光)。矿物缩写:cp—黄铜矿;dg—脉石矿物球粒;fg—长英质球粒;ga—脉石矿物;po—磁黄铁矿;py—黄铁矿;sph—闪锌矿。
红透山铜锌块状硫化物矿床中有30多个富矿体。这些富矿体长1～30 m,厚01～05 m,延深2～30 m,实际上是层状硫化物局部受到强烈剪切变形后形成的矿石糜棱岩带。矿石糜棱岩多数产在块状硫化物矿层内部并与之平行或近乎平行,少数产在矿体附近围岩中。富矿体中的黄铁矿主要发生碎裂变形(图1C—F),而磁黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿主要发生塑性变形(图1C、1D)。富矿体中的热液蚀变矿物主要是未变形的角闪石、阳起石、绿帘石、斜黝帘石、黑云母、白云母、钠长石、碳酸盐、石英。矿石糜棱岩比块状硫化物矿石明显富集铜、金、银等元素,其铜、金和银平均质量分数达1100％,174 g/t和235 g/t,相对于块状矿石的富集系数分别为53、50和46。这些金属的高度富集主要是因为矿石糜棱岩受到了后期流体的叠加(图E、F)。矿体中的磁黄铁矿有显著的退火结构,而黄铁矿没有发生明显退火(图1D),这表明矿石糜棱岩的退火温度为450～550 ℃,结合地质学及矿物学的研究,可知矿石糜棱岩及由其形成的富矿体形成于高级绿片岩相的退变质阶段。图2块状矿石、矿石糜棱岩和围岩片
麻岩铅同位素组成投影图红透山矿区块状硫化物矿石铅同位素组成变化范围甚小,206Pb/204Pb=1358～1365,207Pb/204Pb=1452～1463,208Pb/204Pb=3342～3374,并且其数值在207Pb/204Pb206Pb/204Pb和208Pb/204Pb206Pb/204Pb图解(图2)上的投影呈明显的线性排列,且离散度较小。相对而言,矿石糜棱岩铅同位素组成变化范围较大,206Pb/204Pb=1358～1429,207Pb/204Pb=1451～1471,208Pb/204Pb=3339～3423。在图2中总体上位于块状矿石趋势线的右侧上方,但其最低放射性铅与块状矿石几乎重合。红透山矿体的围岩片麻岩中放射性铅同位素含量很高,即206Pb/204Pb=20426 0～27881 5, 207Pb/204Pb=15819 9～17111 5,208Pb/204Pb=36879 8～47230 4。这些数据大致落在矿石糜棱岩趋势的延长线上(图2)。基于此铅同位素特征,我们推测块状矿石的最低放射性铅同位素组成可能代表了沉积矿石在变质峰期经历同位素再平衡后的铅同位素组成。矿石糜棱岩与块状矿石在金属种类和铅同位素组成上的相似性表明,矿石糜棱岩中的铜、金和银主要来自邻近块状硫化物矿体的内部再活化。矿石糜棱岩中含有较多放射性铅,并与围岩处于同一延长线上,表明矿石糜棱岩受到了源自围岩变质流体的叠加。综上所述,红透山太古宙海底块状硫化物矿床形成之后,强烈的变形变质在主矿层内部形成了30多个矿石糜棱岩带,这些带受到后期矿化流体的叠加,形成了铜、金和银高度富集的矿石糜棱岩型富矿体。

3于宋月等(Earth and Planetary Science Letters, 2010, 297: 413422), 大陆岩石圈地幔中的洋壳残留体: 来自东北蛟河高铝石榴石辉石岩包体的微量和SrNdO同位素证据通讯作者联系方式: 徐义刚, 中国科学院广州地球化学研究所同位素年代学与地球化学重点实验室, 广州 510640。Email: yigangxu@gig.ac.cn
碱性玄武岩的辉石岩包体通常被解释为幔源岩浆的高压堆晶体,但是来自中国东北的蛟河辉石岩包体则可能为再循环的变质洋壳残留。大部分蛟河辉石岩包体都具有粗粒变质结构,粗粒和细粒的尖晶石都有石榴石反应边(图1a),单斜辉石中常见尖晶石和石榴石出溶(核部为尖晶石,图1b, c),此外单斜辉石、石榴石和尖晶石形成它形的细粒矿物集合体(图1d),暗示其为前期某种矿物分解形成。其全岩所具图1蛟河辉石岩包体的矿物结构
(a)—大颗粒的尖晶石有石榴石反应边;(b)—单斜辉石中尖晶石的出溶;(c)—为图(b)的放大照片,显示出溶的尖晶石也有石榴石反应边;(d)—非自形矿物的集合体(包括单斜辉石、尖晶石、石榴石)。
图2蛟河辉石岩包体的Al2O3/MgO与SiO2/MgO的相关图解(a)及
CaO/MgO与SiO2/MgO的相关图解(b)
灰色图标为中国东部幔源堆晶成因的辉石岩包体数据。灰色虚线代表BeniBousera的辉石岩包体和RondaCzech的榴辉岩石榴石辉石岩成分变化趋势。
有的高铝(122%~174%)和高Mg＃(高达088)的特征与中国东部高压堆晶成因的辉石岩包体有显著区别,而与橄榄辉长岩特征相似(图2)。此外蛟河辉石岩包体全岩和石榴石、单斜辉石都表现出显著的Eu,Sr正异常特征(图3)。与地幔矿物之间通常所具有的O同位素平衡现象不同,蛟河辉石岩包体矿物表现出显著的O同位素不平衡（图4）。和正常地幔矿物的δ18O值相比,石榴石δ18O与之较相近(51‰~56‰),而单斜辉石的δ18O则相对较低(45‰~54‰),尖晶石的δ18O则相对较高(52‰)。这些特征暗示蛟河辉石岩包体的原岩可能为含斜长石的地壳岩石。另外石榴石、尖晶石与单斜辉石之间的O同位素分馏非常类似于遭受海水蚀变的洋壳中的斜长石和单斜辉石之间的O同位素分馏。这可能由于蚀变洋壳在俯冲变质过程中,尖晶石和石榴石这些高压变质矿物继承了原斜长石的O同位素特征,并且在地幔条件下没有发生同位素再平衡过程。图3蛟河辉石岩包体中单斜辉石和石榴石的稀土配分图解和微量元素蛛网图解
图4单矿物的氧同位素组成(a)和蛟河辉石岩中单斜辉石的δ18O与FeO的相关图解(b)
两箭头表示洋壳分别在低温和高温环境下的δ18O演化趋势。
蛟河辉石岩包体可能的形成机制如下:蛟河辉石岩的原岩为下洋壳的堆晶辉长岩,在洋壳向地幔俯冲过程中,辉长岩中的斜长石变质为尖晶石,进而转变为石榴石,形成石榴石辉石岩。可能的矿物反应式为:(1) Ol+Pl=Opx+Cpx+Sp;(2) Opx+Cpx+Sp=Grt+Ol。在矿物相的转变过程中,富含稀土的石榴石和单斜辉石继承了辉长岩洋壳中斜长石的Sr和Eu的正异常,此外石榴石和尖晶石也继承了斜长石的O同位素特征,且未发生同位素再平衡。因此,蛟河辉石岩包体是高温环境下遭受海水蚀变的下洋壳辉长岩的变质产物,这种解释与产出自金伯利岩中的榴辉岩包体的成因相似,而与来自中国东部大部分玄武岩中的辉石岩包体的高压堆晶成因形成对比。通过对岩石圈地幔中俯冲洋壳残留体的鉴别,对我们深入认识地幔不均一性和板内岩浆活动有重要意义。

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