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鄧陽(yáng)凡等-JES:綜合地球物理研究徐淮弧形構造帶的三維結構與成因機制

撰稿: 發(fā)布時(shí)間:2022-06-22

        華北東南緣是認識華南與華北碰撞以及大陸深俯沖、西太平洋板塊俯沖作用的關(guān)鍵區域,該區因產(chǎn)出徐淮弧形構造帶、郯廬大型活動(dòng)走滑斷裂、及高壓/超高壓變質(zhì)造山帶而吸引了全球地球科學(xué)工作者的廣泛關(guān)注。徐淮弧形構造帶位于郯廬斷裂帶西側(圖1),其彎曲形態(tài)如何形成及如何協(xié)調華北-華南碰撞與郯廬斷裂的大規模走滑,一直困擾著(zhù)學(xué)術(shù)界。前人基于地質(zhì)學(xué)和地球化學(xué)數據對徐淮弧形構造帶的形成進(jìn)行了地質(zhì)模型構建,但仍未有統一認識,且尚無(wú)深部的物性結構和三維形態(tài)約束。

圖1 徐淮弧形構造帶及鄰區的地形和布格重力異常。XHTB:徐淮逆沖褶皺帶; TLF:郯廬斷裂帶; HXF:淮陰-響水斷裂;JNF:江南斷裂;JSF:江山-紹興斷裂;FPF:豐沛斷裂;LLF:洛南-欒川斷裂;XGF:襄樊-廣濟斷裂
        近期,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所鄧陽(yáng)凡研究員團隊與陳赟副研究員、李鵬飛研究員等合作,圍繞徐淮弧形構造帶開(kāi)展了綜合地球物理研究工作:基于重力異常、磁異常、地震波速度、地震活動(dòng)性、地震波各向異性及磁異常優(yōu)選方位等,結合該弧形構造的表觀(guān)形態(tài),揭示了徐淮弧形逆沖褶皺帶形成的動(dòng)力學(xué)機制。
        全球范圍來(lái)看,逆沖褶皺帶常表現為弧形特征。本研究首先總結了前人的弧形逆沖褶皺帶成因的9種經(jīng)典模式(圖2),包括盆地沉積厚度控制、阻擋物控制、楔入體控制、滑脫體強度控制、斷層牽引、多斷層相互作用、大陸邊緣形態(tài)控制、板片形態(tài)控制和板片后撤影響。
        徐淮弧形構造帶表現為較小的負重力異常和磁異常,低的地殼和巖石圈速度(圖3),薄的地殼和巖石圈,淺的地震震源深度,這些特征顯示徐淮弧形構造帶具有巖石圈尺度的流變學(xué)異常。結合弧形構造兩端聚合的形態(tài),本研究認為是滑脫體的強度控制了徐淮弧形構造帶的形成(圖4):受深部動(dòng)力學(xué)作用,地幔物質(zhì)上涌,不僅造成了沿郯廬斷裂帶和徐淮弧形構造帶下方的低速異常結構,還減薄了巖石圈和地殼,并改變了上覆地殼內部的流變學(xué)強度,在受到擠壓情況下,由于強度差異性導致了弧形構造帶形成。然而,該區地幔物質(zhì)上涌的具體原因到底是“華南向華北俯沖”,“西太平洋板塊俯沖”,還是“洋中脊俯沖”,因無(wú)法對時(shí)間進(jìn)行約束,本研究暫未給出確切的信息,尚待更深入研究。

圖2 弧形逆沖褶皺帶的9種經(jīng)典模式,具體參見(jiàn)原文

圖3 徐淮及鄰區的速度結構。郯廬斷裂帶和徐淮下方可見(jiàn)明顯的低速,橫切剖面位置參考原文

圖4 徐淮弧形構造帶的形成模式圖。綠色線(xiàn)為SKS的快波方位,主要為東西走向;紅色線(xiàn)為磁異常優(yōu)選方位
        此外,重力和磁異常的延拓圖像顯示郯廬斷裂帶和洛南-欒川斷層是巖石圈尺度的斷裂帶;重力異常延拓及正演模擬表明華北東部的線(xiàn)性重力異常條帶是淺部異常體所致;華北東南緣磁異常優(yōu)選方位與構造單元走向一致,但與近東西走向的SKS快波方向明顯不同,秦嶺-大別造山帶除外,該區域磁異常優(yōu)選方位和SKS/Pms快波方向具有較好的一致性,暗示這一區域殼幔變形的耦合特征。 
        該成果發(fā)表在國內SCI期刊Journal of Earth Science上。本研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃(2016YFC0600402),國家自然科學(xué)基金 (41874106, 42021002),和廣東省基金 (2019QN01H101)等項目資助。
        論文信息:Deng, Y.*, Chen, Y., Li, P., Zhang, Z., & Badal, J. (2022), A Synthesis of Geophysical Data in Southeastern North China Craton: Implications for the Formation of the Arcuate Xuhuai Thrust Belt, Journal of Earth Science, 33(3), 552-566, doi:10.1007/s12583-021-1584-y.

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