拆离断层在华北克拉通破坏过程中的作用及其物理模拟-以鲁西地块为例

This under proposal focuses on the destruction in mechanism and progress of the Luxi Block, which is one of the key science problem in the destruction of the North China Craton (NCC). The Luxi Block lies in the interior of the NCC, decoupling on structure in deep and shallow level. Firstly, the methods of structural geology, chronology will be used to research the characteristics and active time of the detachment faults. Secondly, the relationships between the detachment faults and the pre-existing lithospheric fault such as Tanlu Fault (TLF) will be studied by the tectonic stress field characteristics. Thirdly, constrained by the chronology, the roles of the detachment faults in deep and shallow level deformation of the interior NCC on destruction of the NCC will be analyzed by kinematic parameters. Also the possible origin time of the NCC destruction will be discussed. Based on all above, the analogue modelling will be done to discuss the destruction of the progress and the mechanism of the Luxi Block. The analogue model will be conducted to investigate the effects of the pre-existing lithospheric rheology layering on the detachment fault activity, and the action of faulting response to the different depth of the Luxi Block. Also the multiple parameters and mechanism of the analogue model will be considered to simulate the possible destructive process and dynamics of the Luxi Block in Mesozoic and Cenozoic.

拟议中的研究项目旨在探讨华北克拉通破坏中的关键难题之一-鲁西地块破坏的机制、过程和动力学。申请选择克拉通内部深、浅部构造脱耦的鲁西地块作为研究对象，综合运用构造地质学、年代学和构造物理模拟等方法，通过野外地质调查和测年等手段，解析晚中生代以来拆离断层的特征、确定其活动时间，并根据构造应力场特征分析界定拆离断层与郯庐断裂带等岩石圈断层的内在联系；进一步以年代学为约束，通过运动学参数分析研究拆离断层中生代以来在华北克拉通内部变形深部过程及浅部响应中的作用，探讨华北克拉通破坏可能的起始时间。在此基础上，通过构造物理模拟实验尝试研究岩石圈流变结构分层、岩石圈先存断层存在条件下对拆离断层活动的影响及断层在鲁西地块深部过程和浅部响应中的作用，进行多参数、多变量和多方案、中生代和新生代两种构造体制下鲁西地块可能的破坏过程、方向和机制模拟，探讨华北克拉通破坏的过程和机制，具有重要的科学意义。

华北克拉通破坏模式主要基于区域边界的动力学条件，较少考虑克拉通内部的深部和浅部构造特征及其动力学特征，鲁西地块岩石圈结构和浅部断陷盆地的特征何时、如何与克拉通破坏相关联尚不十分清晰。针对华北克拉通破坏过程中存破坏的在上述的问题，本项目通过对克拉通内部深、浅部构造脱耦的鲁西地块拆离断层的变形特征、时间及其与郯庐断裂带关系研究，得出了拆离断层在克拉通内部变形的深部过程及浅部响应中的作用，并通过物理模拟实验探讨了华北克拉通破坏的过程和机制。研究结果认为， NW向先存岩石圈薄弱带和先存NE向边界郯庐断裂带共同控制了华北克拉通内部鲁西地块破坏的深、浅部脱耦，前者为拆离断层的发育奠定了基础，后者的活动时间和性质变化为拆离断层的发育提供了应力条件，二者共同导致了鲁西地块拆离断层在早侏罗世180Ma左右因郯庐断裂带左行走滑沿先存NW向岩石圈薄弱带开始发育，以其NW走向特立于华北克拉通广泛发育的NE向拆离断层之中。在华北克拉通破坏峰值期125Ma，受NW-SE向伸展作用郯庐断裂带转为正断活动，而鲁西地块NW向拆离断层受斜向拉伸，导致伸展变形受限，伸展量仅为5km左右，并在地壳15km、25km和29-30km低速带处拆离滑脱，由此引发了鲁西大规模的岩浆活动，同时这也是鲁西地块没有发育大规模中生代断陷盆地的根本原因。.本项目研究成果为华北克拉通内部破坏提供了典型实例，破解了鲁西地块破坏的时间、过程和机制，剖析了华北克拉通内部的深部和浅部构造特征脱耦的原因，明晰了岩石圈结构、地壳伸展的运动学特征和浅部断陷盆地与克拉通破坏之间的关系，得出古太平洋板块俯冲作用是鲁西地块破坏的一级动力学因素，NW向先存岩石圈薄弱面和边界郯庐断裂带是鲁西地块破坏深、浅部不关联的根本原因，NW向拆离断层是克拉通深部过程和浅部响应不均一的重要纽带。研究成果填补了华北克拉通内部破坏中的遗漏，开发了一套适用于岩石圈伸展变形的构造物理模拟的流程和方法，提升了对华北克拉通破坏的总体认识。