青藏高原东缘地壳上地幔电性结构研究进展

经过数十年的努力,中国学者针对青藏高原东缘地壳上地幔探测,累积完成超过20000 km的大地电磁测深剖面,取得了一系列重要科学数据和认识,为青藏高原东缘构造格局、地壳上地幔电性结构、地震机制和动力学研究奠定了基础.根据青藏高原东缘的主要构造和断裂分布特征,本文重点对龙门山构造带、川滇构造带和三江构造带三个构造带分区进行研究,主要依据大地电磁探测工作成果和壳幔电性结构特征,系统地对青藏高原东缘地壳上地幔电性结构、与扬子西缘接触关系、汶川地震和芦山地震的电性孕震环境及弱物质流通道等几个方面进行了梳理和分析.一是青藏高原东缘地壳表层岩块和物质沿壳内高导层向龙门山造山带仰冲推覆,表现为逆冲推覆特征的薄皮构造;二是高原东部地壳中下部及上地幔顶部向龙门山造山带和上扬子地块西缘岩石圈深部俯冲,呈现刚性的上扬子地块西缘高阻楔形体向西插入柔性青藏块体的楔形构造;三是将汶川地震和芦山地震的震源投影到大地电磁剖面上,发现震源位于剖面下方的高阻块体与低阻体之间靠近高阻体的一侧,龙门山构造带岩石圈表现出高阻、高密度和高速的"三高"特征,这种非均匀电性结构可能构成地震孕育发生条件;四是川滇和三江地区的多条大地电磁剖面探测结果表明,在青藏高原东缘中下地壳存在下地壳流和局部管道流,大地电磁结果对其空间分布形态、位置及大小进行了较好的刻画.根据研究区壳幔电性结构特征的构造解析和综合实例分析,总结了青藏高原东缘六类壳幔电性结构模型,提出了下一步重点研究领域和目标.总之,青藏高原东缘壳幔电性结构的研究对揭示研究区岩石圈结构和构造格局提供了重要依据,对油气及矿产资源远景评价提供了背景资料,对"Y"型多地震区的构造关系和发震机理研究具有重要指导意义.     

青藏高原东缘古近纪粗碎屑岩沉积学及其构造意义

青藏高原东缘古近纪盆地的填图和沉积学研究表明,在青藏高原东缘区域性走滑-挤压构造背景下形成的古近纪盆地内广泛发育厚层—巨厚层状的紫红色粗碎屑岩系。其沉积特征指示为一种近源快速堆积的泥石流和辫状河道沉积体,形成于干旱炎热气候条件下的典型陆内冲积扇环境。盆地充填序列、粗碎屑岩层序、动植物化石和盆地内岩浆岩~(40)Ar-~(39)Ar年代学等综合研究结果表明,古近纪盆地内粗碎屑岩大约形成于38～29 Ma。该时期与青藏高原东缘北段(横断山地区)古近纪盆地的形成和南段(兰坪—思茅地区)大盆地的裂解时间基本一致,这很可能预示着青藏高原在晚始新世—早渐新世期间曾发生过整体的快速构造隆升。     

松辽盆地东缘域地壳结构及其地质意义:深反射地震

松辽盆地东缘域位于松嫩—张广才岭微板块东部.自晚古生代以来该域经历了西拉木伦河缝合带闭合产生的北向挤压作用、蒙古—鄂霍茨克洋自西向东剪刀叉式闭合对其东侧东南侧产生的挤压作用以及西太平洋板块西向变向俯冲产生的挤压作用等区域构造应力场影响,从而产生了复杂的地壳变动.该东缘域的地壳结构与松辽盆地地壳是否具有相近的结构特点,这是至今未被研究的内容.在Songliao Drep研究中已经用深反射地震手段得到松辽盆地地壳结构的一组新认识.这些认识在其东缘域是否还成立,也需要用同样精度的手段予以研究.另外,莫霍界面的宏观特征与微观（内部）特征,从松辽盆地到其东缘域有什么样的变化,其形成机理是什么,也需要进一步研究.为了回答这些科学问题,从哈尔滨西至尚志市附近实施了一条东西向约150 km长的深反射地震剖面.通过研究发现东缘域与松辽盆地基底地壳具有明显的差别,即由松辽盆地地壳的三分性变到东缘域盆地外地壳的二分性,在剖面近东端得到近26 km深的莫霍界面深度,并用均衡理论分析莫霍界面形态特征的形成机理;上部地壳存在双向大型推覆断裂,推测其被推覆体主体是古亚洲洋沉积地层即C-P系海相地层.这些认识为中国东北地区探查晚古生代海相地层、研究东北亚地壳结构特征提供了理论依据.

     

青藏高原东缘旋转变形机制的数值模拟

在印度板块与欧亚板块的碰撞作用下,青藏高原受到华南块体、鄂尔多斯块体等不同程度的阻挡,引起高原的整体隆升。青藏高原东南缘发生物质向南"逃逸",青藏高原东缘现今的地壳运动表现为围绕青藏高原东构造结发生顺时针的旋转。针对青藏高原东缘的旋转变形特征,基于以大型活动断裂为界的块体构造模型,利用粘弹性接触单元有限元模拟,分析了控制青藏高原东缘旋转变形的动力学环境,模拟的GPS速度与实测GPS速度能够较好的地吻合,构造应力场分布特征和活动断层的性质也能够较大程度地吻合,模拟过程采用的边界及其代表的动力学环境表明,青藏高原东缘整体受控于印度板块的持续碰撞和稳定的华南板块的阻挡,在下地壳的拖曳和重力作用下,青藏高原物质从南部边界"逃逸"。在"逃逸"过程中,受印度板块斜向俯冲作用的影响,沿实皆断裂缅甸板块对巽他板块的剪切拉升作用是形成围绕喜马拉雅东构造结的旋转运动和地壳变形的重要因素,也是青藏高原东南缘旋转活动构造体系的主要影响因素之一。     

四川盆地东缘上三叠统须家河组沉积特征

根据露头剖面实测、观察资料,分析和总结了四川盆地东缘上三叠统须家河组(T3x)的地层、岩性特征及沉积相标志.研究区内须家河组岩性为成分成熟度低的砂岩夹泥岩(局部有薄煤层及煤线),结合沉积相标志的研究结果认为其主要为三角洲-湖泊、辫状河、曲流河沉积,且以辫状河沉积为主.三角洲-湖泊沉积在须家河组下部相对发育,包括了沼泽、分流河道、水下分流河道、分流间湾、浅湖等微相类型,辫状河则在该组中部发育,包括了心滩、废弃河道等微相类型,曲流河沉积发育于该组近顶部,包括了边滩、泛滥平原(沼泽)等沉积微相,其中辫状河心滩是区内主要储集体,而三角洲-湖泊泥岩是良好的烃源岩,提出了区内须家河组的沉积相模式.     

青藏高原东缘新构造与活动构造研究新进展及展望

新构造运动与活动构造对人类的出现、演化、生存和发展都产生着深刻影响。近年来在青藏高原东缘部署开展的活动断裂调查与活动构造体系研究、川滇地块旋扭变形的古地磁学研究、西秦岭地区新构造与活动构造研究、滇西盆谷区的新构造幕划分、腾冲火山活动特征及其新构造背景调查等都取得了一系列重要进展与成果。这些成果对于深入认识和理解青藏高原东部地区现今地壳变形特征及其动力学机制和探索活动构造体系控震作用都具有重要意义,并可为该区的重大工程规划建设与国土规划利用的科学决策和城镇化发展等提供重要的地质依据。     

采用华山松树轮宽度重建秦岭东缘近百年冬半年温度

建立了秦岭东缘高海拔华山松树轮宽度年表,年表的可靠时段是从1911年到2005年(子样本强度大于0.8),基于此年表重建了秦岭东缘过去百年来冬半年(上年12月到当年4月)温度变化,重建方程的方差解释量为51%。重建序列有3个温暖时段： 1938～1944年,1958～1967年和 1998～2005年; 两个冷时段： 1945～1957年和 1968～1976年。自1968年以来,温度开始上升,但温度变化幅度未表现出明显异常。秦岭东缘和华北、华中及华东邻近,本文重建的温度序列与这3个区域的温度变化在低温、高温时段对应一致,而且相关显著,都表现出自1970s以来的升温趋势。表明在秦岭东缘采用高海拔华山松重建冬半年温度具有很大的潜力。     

中扬子区东缘中古生界对冲构造体系形成与演化

中扬子区东缘侏罗纪末期—白垩纪早期,受大洪山推覆区南西方向和江南雪峰逆冲推覆区北西方向的强烈挤压,形成了压扭性狭长的对冲构造体系; 两大推覆区的形成主要受深、浅变质岩结晶基底内幕两套拆离滑脱层系的作用,导致沉积盖层压缩沿基底面、志留系底面、泥盆系底面多层次滑脱推覆,产生了多样的挤压和压扭构造类型及其样式; 由造山带向盆内构造变形具有渐变的特点,为不对称式的仰冲(根带)—楔状掩冲(中带)—滑脱推覆(锋带)—对冲带; 持续压扭作用导致产生系列北东向左行走滑断裂将对冲构造体系分割; 白垩纪晚期—下第三纪,挤压转换为伸展环境,断裂负反转回滑成为中新生代断陷主控断裂,认为大洪山推覆区锋带已处于通海口—杨林尾—汉南一线,主体由于受洪湖走滑断裂和通海口断裂回滑的影响,接受了上白垩统—第四系沉积,仅保留了东、西两端弧形构造带古生界出露的构造面貌。     

青藏高原东缘深切河谷区古滑坡:判识、特征、时代与演化

青藏高原东缘是全球古滑坡最发育的地区之一。基于大量地面调查、遥感解译和年龄测试资料,总结了青藏高原东缘深切河谷区古滑坡的判识方法、主要发育特征、形成时代和分布规律。结果表明,古滑坡具有规模巨大、高位起动、物质组成和结构复杂等特征,其空间分布与地形地貌、岩性组合和活动构造等因素关系密切。古滑坡在区域上受气候变化影响较明显,一般形成于河流强烈下切阶段,与河流阶地具有较好的对应关系,多数已发现的古滑坡与T₂阶地时代相当,时间跨度为40~10 ka,集中分布于30~20 ka。构造活动和地震造成古滑坡在不同区段的分布具有差异性,一般在活动断裂带附近密集发育,现今发现的古滑坡多为这种成因。这些认识对于科学认知古滑坡的形成演化过程和未来巨灾风险预测具有重要的指导作用。     

鄂尔多斯盆地东缘深部(层)煤层气勘探开发理论技术难点与对策

我国深部(层)(以下均指埋深大于2 000 m)煤层气资源丰富,勘探开发潜力巨大。2019年以来,鄂尔多斯盆地东缘(鄂东缘)大宁–吉县区块逐步进入深部(层)煤层气“规模勘探+先导试验”阶段,直井日产气量突破2×104 m3,水平井日产气量突破10×104 m3,这一标志性成果既突破传统意义上煤层气勘探开发领域的深度禁区,使得煤层气总资源量有望在30.05×1012 m3基础上大幅度增加,又将成为“十四五”乃至长远煤层气产业实现规模发展的重点勘探开发方向。面对以地面传统钻井、压裂(储层改造)、排采(举升)、集输和数智化等为主体技术及开发方式的迫切需求,鄂东缘深部(层)煤层气面临许多基础理论和技术难点,包括:成藏机理和赋存规律,有利区优选方法;高产主控因素及控制机理,解吸–渗流机理与开发规律,“地质–工程一体化”开发甜点分类评价标准,关键开发指标确定方法和依据;低成本优快高效钻完井技术,水平井水泥环高效密封控制技术;煤岩缝网形成机理,低成本、高效、环保压裂入井材料,改造后缝网孔渗特征、流动规律;高盐、高水气比、出砂等工况下排采及举升控制技术;高效节能集输、规模开发所需复杂集输管网稳定运行理论与实践体系;数智气田建设和人工智能应用研究。在系统梳理上述难点基础上,针对性地提出勘探地质、开发地质、钻完井、压裂(储层改造)、排采(举升)、集输与数智化等理论与技术的研究方向和具体对策,这一成果不仅对加快鄂东缘深部(层)煤层气规模上产具有重要的指导意义,而且对国内外深部(层)煤层气规模开发具有很强的引领和示范作用,也可有力推动煤层气产业高质量发展、支撑实现国家碳达峰碳中和目标与保障清洁能源安全。