新世纪构造地质学与力学的新理论--最大有效力矩准则

最大有效力矩准则是构造地质学和力学领域中的一个新理论.最大力矩位于主压应力轴的土50°方向,控制强各向异性介质中褶劈理和塑性介质中韧性剪切带的形成.55±10°区间无显著力矩降,构成共轭膝褶带和伸展褶劈理形成的有利区间.该区间囊括现有天然和实验膝褶带和伸展褶劈理的全部数据,证明最大有效力矩准则的有效性.最大有效力矩准则对许多长期以来难以解释的天然变形构造给出了合理的理论解释:(1)褶劈理的形成;(2)大型低角正断层和高角逆冲断层的成因;(3)地震反射剖面中鳄鱼嘴构造提供一新的解释;(4)变质结晶基底的基本构造型式-菱网状韧性剪切带的形成;(5)可藉以确定主应力方向和相关的运动学涡度.在地质学研究中,广泛运用摩尔-库伦准则解释断裂构造,然而,该准则不能对自然界广泛存在的低角正断层、高角逆冲断层和各向异性或塑性介质中许多构造作出合理的解释.而最大有效力矩准则可给予合理的说明,它的提出是对构造地质学和力学基础理论的重要补充.     

最大有效力矩准则的理论与实践

共轭断裂面对σ₁一侧为锐角(一般小于60°),而共轭变形带面对σ₁一侧为钝角(一般为110°)。锐角可用力学的摩尔-库仑准则解释,钝角则可用最近提出的最大有效力矩准则予以说明。最大有效力矩准则的数学表达式为M_eff=0.5(σ₁-σ₃)Lsin2αsinα。式中, σ₁-σ₃ 代表变形岩石的屈服强度, L为单位长度, σ为σ₁与变形带间的角度。该准则证明最大有效力矩出现在σ₁轴左右54.7°方向。55°±10°区间力矩无显著变化,天然和实验的观测值全部在该区间内。该准则在实践中可解释膝褶带、伸展褶劈理、膏盐层中的屈服带、低角正断层、高角逆断层、结晶基底中的菱网状剪切带、地震反射剖面中的鳄鱼嘴构造和前陆盆地中的拆离褶皱等地质构造的形成,可藉以确定有关构造形成时的应力状态和运动学涡度,并说明推覆构造与伸展构造间的运动学和动力学关系以及深俯冲超高压岩石的折返-出露机制。     

赣北武功山花岗岩穹窿伸展构造—中法合作考察研究新进展

通过中法学者对赣北武功山地区滑移机理、伸展模式、形成时代和岩石物理等方面的合作考察比较研究，指出该区为一个典型的花岗岩穹窿伸展构造．可以划分出前泥泥盆纪韧性拉仰滑移、泥盆－石炭纪韧脆性顺层滑脱和二叠－三叠纪脆性滑塌三套变形构造层．早期下构造层遭受加里东运动的变形变质作用，后期则由中生代花岗岩体的上拱作用使期穹窿构造成型、合作科研工作还在进行，有待进一步论证。     

大陆造山带古洋盆恢复的有关问题讨论

对涉及古洋盆恢复的有关问题，诸如蛇绿岩的内涵与外延、造山带的结构构造特征、岩浆活动的特征、性质及时空分布规律等进行讨论。认为古洋盆恢复应以构造活动为主线，结合造山带地质体的变形、变质、岩浆活动、地球化学和同位素年龄等进行综合研究。     

晓天—磨子潭断裂的构造演化对大别高压—超高压岩石折返过程的指示

位于大别造山带北部的晓天—磨子潭断裂带分隔了北大别高级变质带和北淮阳浅变质带.该断裂带由韧性剪切带和脆性正断层组成,两者具有基本一致的NW—SE向走向.脆性正断层叠加在韧性剪切带之上,控制了其北侧的早白垩世火山岩盆地的发育,为大别造山带早白垩世穹窿过程中的伸展断层.晓天—磨子潭韧性剪切带叠加在北大别灰色片麻岩之上.糜棱岩中的矿物变形温度估计(600—650℃)、基质多硅白云母探电子针分析及压力计算(约1.1GPa),指示韧性剪切带形成于高角闪岩相的下地壳深度,为造山带同碰撞折返边界.韧性剪切带糜棱面理上的矿物拉伸线理侧伏角自东向西逐渐由水平过渡到近倾向.露头构造、显微构造及石英C轴组构皆指示该韧性剪切带具有上盘向北西的运动方向.韧性剪切带几何学与运动学特征指示,大别造山带高压—超高压岩片的折返是向南东的斜向挤出,并兼有折返岩片以东端为枢纽的逆时针旋转.     

青藏高原东缘安宁河断裂带中-新生代构造变形及其磁组构特征

安宁河断裂带是青藏高原东缘大型走滑断裂系鲜水河-小江断裂系重要组成部分,演化历史悠久,构造变形复杂。为了进一步理清青藏高原东缘安宁河断裂带中-新生代构造变形,文中通过详细的野外构造观察与解析并结合构造岩磁组构对安宁河断裂带进行精细的构造变形研究,厘定了安宁河断裂中-新生代构造变形序列及其变形特征。结果表明中生代安宁河断裂带先后经历了印支晚期NEE-SWW向挤压作用下的早期具有左行走滑特征的韧性剪切和晚期韧-脆性密集劈理化构造变形过程以及晚中生代近E-W向挤压作用下形成的低角度韧-脆性剪切三期构造变形过程;构造岩磁组构样品的平均磁化率具有强、弱磁化率2种特征,且构造岩具有磁面理较磁线理发育的特征,磁化率椭球体以压扁型为主,构造强应变特征明显;最小磁化率主轴呈NEE-SWW向,即中生代早期的韧脆性变形受到了NEE-SWW向的挤压作用,但运动学分析结果反映出了后期叠加改造的特征。新生代安宁河断裂带整体经历了NWW-SEE向挤压作用下以左行走滑为主的具有自西向东扩展特征的三幕挤压走滑和两幕斜张走滑构造变形过程,奠定了安宁河断裂带现今两堑夹一垒的构造地貌。这为深入认识和恢复川滇南北构造带及其青藏高原东缘的形成演化过程奠定了基础。     

单轴压缩剪应变局部化带分布的数值模拟及其对最大有效力矩准则的验证

基于应变软化理论, 模拟岩石加载应力时出现局部化韧性剪切带到发育褶劈理的过程, 从而验证最大有效力矩准则的有效性。根据相关试验规程和标准规定的试样形状、尺寸和应力加载速率, 采用FLAC^3D软件, 对岩石试样在单轴轴对称压缩条件下局部化剪切带的形成过程进行数值模拟, 应变软化后得到的共轭剪切应变集中带共轭夹角为107.7°, 论证了最大有效力矩准则的109°规律, 同时也合理解释了横切面的剪切应变等值线的随机性表现。     

单轴压缩剪应变局部化带分布的数值模拟及其对最大有效力矩准则的验证

基于应变软化理论,模拟岩石加载应力时出现局部化韧性剪切带到发育褶劈理的过程,从而验证最大有效力矩准则的有效性。根据相关试验规程和标准规定的试样形状、尺寸和应力加载速率,采用FLAC3D软件,对岩石试样在单轴轴对称压缩条件下局部化剪切带的形成过程进行数值模拟,应变软化后得到的共轭剪切应变集中带共轭夹角为107.7°,论证了最大有效力矩准则的109°规律,同时也合理解释了横切面的剪切应变等值线的随机性表现。     

安徽桐城挂车河镇地区东西向韧性剪切带分形特征及其估算应变速率适用性分析

 安徽桐城挂车河镇(挂镇)地区东西向韧性剪切带包括早期长英质韧性主剪切带、晚期镁铁质韧-脆性剪切带和伴生的长英质同向或牵引变形带.两期长英质构造岩中石英动态重结晶新颗粒发育,边界具有锯齿状或港湾状等不同的微观特征,具有统计意义上的自相似性和明显的分形特征.其分形维数介于1.097~1.144,变形温度介于600~700℃,变形条件相当于麻粒岩相和同构造花岗岩;高温流变学方法估算应变速率低于10^-7.27s^-1,镁铁质韧-脆性剪切带伴生初糜棱岩的应变速率比主韧性剪切带糜棱岩的小0.5数量级左右.分形维数可用作变形温度计和应变速率计,但石英颗粒变形实验推导的Kruhl温度计和Takahashi应变速率计在天然变形岩石中应用很少.与其他方法估算的变形温度和应变速率综合对比结果表明,Kruhl温度计是适用的,而Takahashi应变速率计仅适用于低温(T<400℃)条件.     

塔北隆起北部正断层的成因机制及地质意义

塔里木盆地自中生代以来一直处于挤压构造背景,而塔北隆起北部正断层的出现却引起众多学者的关注.本文对塔北隆起北部正断层的成因机制进行了分析探讨.分析认为,根据正断层发育完全受基底古构造格架的控制,其成因源于再生前陆盆地挤压背景下基底构造活动对上覆构造层的影响,具体表现为:①基底受挤压强烈翘曲导致上覆脆性地层引张构造变形;②先存基底断块隐伏活动诱导上盘层系引起构造变形.得出正断层自西向东的持续发育随前陆盆地沉降中心的迁移而有规律性变化的结论.塔北隆起北部正断层的成因模式揭示了塔里木盆地北部基底—盖层统一构造变形的关系,对解释中国西北地区挤压构造背景下沉积盖层局部引张构造变形具有重要的地质意义.     

湖北谷城紫金复合型韧性剪切带的变形史及其推覆构造意义

作为武当山大型推覆体内部紫金断片构造边界的紫金韧性剪切带具有复合性质,曾先后经历了自北而南的韧性推覆—北东向脆、韧性左行走滑—北东向韧、脆性右行走滑—脆性张破裂及平移。韧性剪切带的演化与武当山推覆构造的递进变形密切相关。     

苏南地区逆冲推覆构造的某些特征研究

江苏南部地区的逆冲推覆构造广泛发育。这些逆冲推覆构造的产出具多层次性,其形成与该区不同时代地层内的多套由软弱岩层组成的滑动系统有关。关于逆冲推覆构造存在的证据,许多学者已撰文列述了大量地质事实,此外,在地球物理场上亦有明显反映。逆冲推覆构造上覆系统与原地系统间节理裂隙发育程度上有明显差异。逆冲断层带断层岩由浅至深有由脆性—韧脆性—脆韧性—韧性变形的变化规律,在脆性剪切带内的局部地方存在韧性变形。这些变形特征可通过偏光显微镜下变形矿物的一系列光学现象和透射电子显微镜(TEM)下石英晶体的位错现象得到验证。     

青藏高原新生代构造研究最新进展和构造发展的阶段性

从逆冲推覆构造、走滑构造、伸展构造3个方面对喜马拉雅-青藏高原造山带内的新生代(印度-亚洲大陆碰撞之后)构造最新进展进行了总结和分析.基于这些资料,提出青藏高原内部变形的3个阶段:始新世(50~33 Ma),青藏地区总体呈刚性,变形集中在造山带的南北周缘;渐新世-中新世初(33~22 Ma),高原中西部以逆冲断层形式的散布式挤压变形,以东部大型走滑断层为边界的块体挤出与块体旋转3种变形方式共存;中新世初至今(22~0 Ma),高原块体的强度进一步变弱,以遍及高原整体的连续散布变形为主,出现共轭走滑断层与伸展构造.认为南北走向的地堑(正断层)是同样处于东西伸展应力体系下的藏中共轭走滑断层向造山带南北延伸扩展的产物.此外,还对造山带内会聚量的调节方式进行了定量的分析和估算.     

山西中条山铜矿区的剥离断层

通过对山西中条山铜矿区进行详细构造测量和显微构造观察，认为中条山地区早、中元古代经历了多期变形的叠加改造。三期伸展构造分别标志着剥离断层在地壳不同构造层次上的特征。在深部构造层次上表现为近水平的韧性剪切带；在中部构造层次以脆─韧性变形过渡性为标志；在浅部构造层次上以碎裂带及高角度正断层为主。     

四川西部泸定断裂带构造变形特征

位于川滇南北构造带北部的泸定断裂带内发育糜棱面理、拉伸线理、"A"型褶皱、鞘褶皱、糜棱岩系列的断层构造岩等,它们是原岩和矿物在地壳较深处,在高温、高压环境中,经过晶格位错滑移、位错蠕变、动态重结晶等方式发生强烈韧性变形而形成.该断裂带属于一条典型的韧性剪切带.剪切带内发育的旋转碎斑系、不对称显微揉皱以及书斜构造等指示剪切带上盘下滑移的运动学特征.该韧性剪切带仅发育在古元古界康定群之中,而未见其影响上覆的古生代-新生代的地层,可能形成于元古代的晋宁期-澄江期.泸定韧性剪切带在几何学特征、断层岩类型、变形环境、变形层次、变形机制、运动学特征、动力学特征以及形成时期上与该区发育的其他南北向脆性断层迥然不同,它们不属于同一构造成分.     

内蒙古霍各乞矿区狼山群伸展构造及其控矿作用

对内蒙古霍各乞矿区内面理、线理、褶皱、断裂构造进行多层次、多尺度、详细的构造解析发现，内蒙古霍各乞矿区狼山群早期存在明显的伸展变形，广泛出现顺层面理。在狼山群第三岩组中发育韧性剪切带、糜棱岩、顺层掩卧褶铍及石香肠构造。霍各乞矿田含矿岩系实际上是变形较强的顺层韧性剪切带，矿床或矿体最初在韧性剪切带及顺层面理中富集成矿，形成浸染状、层状、条带状、块状矿化。     

龙门山中段推覆构造的变形特征

论述了龙门山三大推覆体和推覆面的构造变形特征 ,认为耿达 -汶川推覆体为褶皱冲断推覆体 ,映秀 -白水河推覆体为冲断推覆体 ,彭灌推覆体为冲断褶皱推覆体 ,并将其划分为两个次级推覆体 ,而相应的推覆面分别为韧性变形为主叠加后期脆性变形 ;脆 -韧性变形以脆性为主及脆性变形的特征。其形成次序由北西向南东 ,即前展式扩张方式。主要活动时期为印支期和喜马拉雅期     

龙门山中段推覆构造带构造特征

文章依据龙门山中段推覆构造带的构造特征，将其划分为茂汶─耿达推覆构造带、映秀—大宝山推覆构造带、彭灌推覆构造带三个次级推覆构造带，并对各级推覆构造带主滑面特征、推覆体内部构造特征、显微构造特征及变形性质作了较为详细的研究，结果表明：三个次级推覆构造带在变形性质上依次为韧性、韧脆性、脆性，变形强度由强至弱，变形层次从深到浅，均经历了多次构造叠加复合作用。主要推覆期为喜马拉雅期。     

脆、韧性变形构造煤的激光Raman光谱特征及结构成分响应

对淮北煤田不同类型构造煤进行了激光Raman光谱分析,探讨了不同变形机制下构造煤结构成分的变化特征．结果表明,各类构造煤均存在两个主要的Raman振动区域（G峰和D峰）,分别位于1590．3-1600．1cm^-1和1340．3—1356．9cm^-1,脆、韧性变形构造煤随着变质和变形程度的增加,表现出明显不同的光谱特征．脆性变形构造煤,随着变质、变形程度增加,光谱特征峰明显增强,D峰峰位向低波数偏移;韧性变形构造煤（糜棱煤）的特征峰则随之减弱,D峰峰位向高波数偏移;脆韧性变形构造煤则先类似于脆性变形、而后表现为韧性变形的变化特征．进而从分子水平上,探讨了造成脆性变形与韧性变形构造煤激光Raman光谱不同变化特征的原因．     

鲁西隆起晚中生代以来北西向正断层特征及物理模拟

鲁西隆起区伸展构造极为发育,通过野外地质调查对隆起区北西向正断层的几何学特征进行研究,采用平衡剖面演化方法,选取横穿该区北西向断层的一条剖面,定量计算正断层横向上和垂向上晚中生代以来各主要构造演化阶段的构造运动学参数,并通过构造物理模拟实验详细解析鲁西隆起区伸展变形过程。研究结果表明,北西向控凹断层在三叠纪后皆发生负反转,晚中生代鲁西隆起受到强烈拉伸,伸展构造主要发生在19~20 km以下的深尺度范围内,断层切割深度加大。断裂带上普遍发育断层角砾岩、碎裂岩及断层泥。古近纪伸展作用以浅层拉伸为主,鲁西伸展量和伸展率最大,伸展作用强烈,对应北西向正断层的活动速率值也达最大值,同时发育大规模、范围广的半地堑。新近纪,伸展率很小,北西向正断层活动性大大减弱,至第四纪,断层几乎不再活动,反映鲁西隆起基本处于稳定。鲁西隆起晚中生代的伸展与华北克拉通构造变革相一致,而新生代的强烈伸展主要受控于太平洋板块与欧亚板块俯冲方向与速度的改变以及印度板块与欧亚板块的碰撞。