关键词：
鲜水河断裂带
断裂机制
蠕滑变形
粘滑变形
纳米级颗粒
断层岩
摘要：
鲜水河断裂带是青藏高原东部极其重要的大型左行走滑断裂带,它不仅控制着高原物质向东挤出,而且是我国强地震活动最为频繁的断裂带之一。2008年Ms8.0级汶川地震发生后,鲜水河断裂带库伦应力值明显增加,特别在2013年芦山Ms7.0级地震和2017年九寨沟Ms7.0级地震后,鲜水河断裂带库伦应力急剧增加、极有可能是下一次发生大地震的断裂。因此,它已成为人们尤为关注的焦点和热点,特别是鲜水河断裂带的变形机制和物理化学性质,是认识断裂带地震发生机制的关键,也是目前国际公认解决2021年《Science》公布的125个最具挑战性的科学问题之“是否存在有助于预报的地震先兆?”的基础和关键。鲜水河断裂带在走向上以八美惠远寺为界可划分为北段和南段。北段又可进一步划分为炉霍断裂、道孚断裂、乾宁断裂等3条几何形态比较单一的次级断层。鲜水河断裂南段的几何形态和内部结构则比较复杂,呈四条右阶雁列式分支——雅拉河断裂、色拉哈断裂、木格措南断裂和折多塘断裂。本论文以鲜水河断裂带不同段的断层岩为主要研究对象,通过详细的野外地质调查和研究,采用偏光显微镜和扫描电镜对系统采集的样品进行显微结构观察分析,并利用粉末X射线衍射、拉曼光谱、同位素年代学等多种测试方法对样品的化学成分和年代进行分析测定,系统开展鲜水河断裂带的内部结构和物质组成等方面的研究,认识断裂带的流变学特征、变形行为,探讨断裂带的变形行为、滑移机制及其断裂带的构造演化。获得的主要创新性认识如下:(1)通过断裂带内部结构、断层岩类型、物质组成和变形特征等方面研究,厘定出鲜水河断裂带北段不同段落之间的变形行为存在明显的差异:炉霍断裂段,发育厚度可达15～20米的黑色含碳质断层泥和断层角砾岩,含有约30%粘土矿物。强面理化,具有碎基交织结构,发育似“S-C’”组构。扫描电镜下,粘土矿物定向排列,局部发生弯曲或褶曲,发育卡片屋型和层状孔隙,广泛存在压溶作用,断裂段经历了相对缓慢变形的蠕滑过程。激光拉曼光谱分析揭示出断层泥中存在碳质石墨化。石墨作为相对稳定的矿物,可作为古地震发生的证据,表明其发生过地震快速滑动。因此,炉霍断裂在经历长期的蠕滑过程中存在粘滑行为。断层带中大量伊利石和伊蒙混层粘土矿物的存在使断层变弱易产生滑动;碳质石墨化的存在,说明断裂地震滑动存在热增压滑移机制。道孚断裂段,发育于碳酸盐岩地区的断裂具有多核结构特征。沿主滑移面发育厚约2mm的断层泥。显微构造分析揭示出,滑移面附近的灰岩碎屑被截切去顶的现象,表明断层活动方式为粘滑。纳米级球形颗粒和港湾状片晶在滑移面上的发现是本次论文工作的亮点之一,它们的存在与地震滑动和强烈摩擦弱化有关。摩擦加热和碳酸盐岩的热分解作用在断裂滑移机制中占重要的地位,热增压作用是断裂滑移的主要弱化机制。(2)鲜水河断裂带南段断裂带结构组成、断裂作用过程和变形行为更为复杂。沿鲜水河断裂带南段出露折多山花岗岩体及宽度不等的韧性剪切带,局部还发育强烈的深熔作用形成的淡色脉体。不同于北段相对单一的断裂几何学特征和相对脆性的变形特征。发育于八美附近的强劈理化黑色断层角砾岩和折多塘断裂北西端的断层泥,变形表现为压溶作用,表明经历了蠕滑变形过程。方解石或石英细脉发育,表明流体作用的广泛存在。普遍可见碳质物质呈细脉状发育,碳质物质的来源可能与岩石的原岩或附近的围岩有关。局部碳质石墨化的程度较高,揭示出该段发生过快速滑移。糜棱岩带宽约数百米至两公里不等。显微构造分析揭示出,韧性剪切带中发育“S-C”组构、长石“σ型”残斑、石英多晶条带、“云母鱼”等变形特征。石英和长石的动态重结晶机制揭示花岗质糜棱岩形成于450℃～600℃温度条件下。折多山岩体腹地处13个AFT样品的年龄范围在2.2～9.2Ma之间,可计算折多山岩体的主体隆升速率大约为0.36～1.5mm/a。结合前人的热年代学数据,反映出从北端到腹地再到南端,岩体抬升年龄具有变年轻的趋势;推测可能是由于鲜水河断裂带从北往南水平运动速率逐渐减小、垂直运动速率逐渐增大导致的。(3)在全面总结前人的年代学资料基础上,结合本文研究成果建立了鲜水河断裂带渐新世以来三个阶段的构造演化过程。I:ca.32～24Ma,鲜水河断裂带左行走滑作用开启和初始阶段,变形集中在地壳深部,表现为一定规模的岩浆作用和深熔作用;II:ca.20～13Ma,鲜水河断裂带左行走滑作用的峰期变形期,变形遍布在整个地壳层次,表现为强烈的左行韧性剪切变形和大规模的岩浆作用;III:ca.10～现今,变形集中在上地壳,表现为块体旋转和强烈隆升,地震活动性加强。鲜水河断裂带的构造演化和地震活动性受印度-欧亚板块碰撞以来青藏高原东缘向东挤出的陆内变形过程的约束。
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