侯春儒：中部地壳应变局部化与地震断层成核【GSA Bulletin, 2022】

发布时间：2022-12-30       阅读：119次

地震活动往往引起难以估量的生命财产损失。因此，了解地震过程，进而预测地震是地震学家和地震地质学家坚持不懈追求的目标。自然界断裂带沿走向和倾向往往都有很大的延伸，部分断裂带甚至切穿整个地壳，断裂带内岩石的变形行为，以及沿断裂带走向和倾向不同部分之间的相互作用控制着断层的流变行为，尤其是地震活动。地球物理研究表明俯冲带中的韧性变形对俯冲带地震有重要影响，这也得到了俯冲带内重复地震的证实。越来越多的大地测量以及数值模拟揭示了陆内走滑断裂和逆冲断裂中的地震活动也受到地震带底部韧性剪切的影响。然而，此类韧性变形与地震活动的关系还存在很大的争议。因此，对剥露地表断裂带中的假玄武玻璃及其围岩的研究将为我们认识这些过程提供独特的视角。

针对上述科学问题，我校地球科学与资源学院博士研究生侯春儒在“岩石圈构造”求真群体刘俊来教授的指导下，对辽东半岛金州拆离断层带开展了系统的野外构造解析与显微构造分析。取得了以下认识：

1） 金州拆离断层带内保存了大量的假玄武玻璃脉，它们与围岩中的糜棱面理平行，并发育在超糜棱岩带内，多数假玄武玻璃发生了重结晶与韧性变形。重结晶的假玄武玻璃与超糜棱岩具有相似的物质组成和显微构造特征，表明两者形成于相同的层位。

2） 围岩中，尤其是超糜棱岩带内，保留了大量高应力、高应变速率的前震失稳变形证据，例如石英条带中被黑云母愈合的破裂，石榴子石的碎裂等，这些证据表面在地震之前存在前震失稳现象。

3） 间震期稳态流动的石英条带、假玄武玻璃中保留的前震变形的石英集合体残块以及震后释放期变形石英条带应变速率的计算结果分别为2.5×10^-13s^-1，10^-10-10^-11 s^-1，10^-11 s^-1，表面前震加速过程的发生。应变局部化带的出现会加载地震带，从而触发地震。俯冲带以及陆内逆冲断裂带的前震加速已被大地测量所观测到，因此有望成为地震前兆。

4） 位于脆韧性转变带顶部的假玄武玻璃两侧常发育液化碎裂岩，以及被绿泥石脉愈合的破裂。这表明流体并非通过同震破裂分配进入脆韧性转变带或中下地壳，而是流体超压诱发了地震活动。此外，韧性剪切带内同构造石英脉和花岗质岩脉的大量出现引起流体在地震带底部汇集。前震阶段流体在地震带底部的汇集可以通过地球物理观测发现，因此也有望成为地震前兆。

图1 重结晶假玄武玻璃野外及镜下特征

图2 应变局部化带的演化过程及伴随的失稳现象

本研究受到国家自然科学基金重点项目（41430211）资助。上述研究成果发表在国际地质学权威期刊《Geological Society of America Bulletin》上：Chunru Hou, Junlai Liu, Yuanyuan Zheng, Yanqi Sun, Tieying Zhang, Baojun Zhou, Wenkui Fan; Mechanisms of strain localization and nucleation of earthquake faulting by grain-scale processes at the middle crustal level. GSA Bulletin 2022; 134 (11-12): 3205–3220. doi: https://doi.org/10.1130/B36303.1. [IF2021=5.41]

全文链接：https://doi.org/10.1130/B36303.1