大陆中部地壳天然固态流变与应变局部化

The middle crust is a special layer in the lithosphere in which there are intense fluid/rock interactions, some rocks possess high rheological strengths, earthquakes, especially disastrous earthquakes often occur. The layer is particularly characterized by strain localization constrained by the rheological properties of rocks..The project will conduct macro- to micro-scale investigation of middle crust fossil fault zones and fault rocks from two basic tectonic settings. The microstructures and fabrics of sheared granitic rocks under brittle to ductile transition conditions in the continental middle crust will be quantitatively studied applying modern analytical techniques. In combination of application of previous experimental results, the present project aims at the study of flow of rocks and factors contributing to the flow and strain localization at the middle crustal level, to reveal the deformation mechanisms, variation and conditions of major rock-forming minerals, and to evaluate the contribution of various mineral phases on the whole rock rheology. We try to finally find out 1) the rheological characteristics of middle crustal rocks, mechanisms of strain localization and conditions, the contributions of various factors (e.g. mineral phases and their distribution, variation of temperature and pressure, etc.), 2) Variation of rheological strengths of middle crustal rocks and constraining conditions (e.g. micro-mechanisms), to elucidate the genesis of seismic activities and disaster earthquakes (and possibly tectonic tremors), 3) the geodynamic significance of solid state plastic flow of middle crustal rocks and strain localization, e.g. during break-up, destruction and flow of continental plates and other geodynamic processes.

中部地壳是岩石圈中的一个特殊层次，是一个液/岩反应强烈、部分岩石高流变学强度、发育多震和强震的层次，尤以因岩石流变性制约而显著发育的应变局部化为特征。该项研究以两种不同大地构造环境中剥露地表的中部地壳化石断层带为研究对象，采用野外调查-室内分析的宏观-微观综合性研究，并结合应用前人实验研究结果，侧重以断层带内遭受脆/韧性转变剪切变形花岗质岩石及主要组成矿物的微观、超微变形构造特征和组构的定量表征与分析入手，开展岩石流动及影响因素研究，查明主要矿物变形机制、组合规律及变形条件，评价矿物相等对于全岩流变性的贡献，综合阐明：1）中部地壳岩石流变性、应变局部化的机理及制约因素，不同因素（矿物相及其分布、温度-压力变化等）的贡献；2）中部地壳岩石流变强度变化与制约因素（微观机制），有助于阐明中部地壳多震、强震（或慢地震）的成因；3）不同大地构造环境下中部地壳固态塑性流动与应变局部化的地球动力学意义。

对中部地壳流动变形机理获得了关键证据和新的理论认识。发现中部地壳发生从扩散蠕变、位错蠕变、液/岩反应到破裂变形的递进剪切变形过程，细粒化黑云母管状流动定向机理，建立了石英组构变化的新机制并提出钾长石膨凸作用机理及诱发岩石流动机制转变。提出颗粒塑性失配是岩石非稳态流动发生的重要触发因素，发现动态重结晶改造的假玄武玻璃，建立塑性失配致失稳（地震、慢地震）模型。建立了结构弱化致地壳应变局部化带发育、扩展与失稳的机理模型和塑性失稳诱发中、下地壳地震（慢地震）发生的微观机理模型。.中部地壳岩石/矿物流变性及变化制约中、下地壳的流动性。发现地壳切向（近水平）分层固态流变的重要规律，地壳尺度剪切不连续面（TDC）使得不同层次岩石变形运动学耦合而流变性解耦并引起地壳减薄。建立了中、下地壳切向固态流动Kelvin-Helmholtz失稳，递进穹隆构造、拆离断层带或走滑剪切带发育模型。提出先存地壳薄弱带制约应变局部化带发育，并控制宏观构造格架形成。阐明中部地壳固态流变过程存在特征褶皱样式组合与褶皱作用机制,中部地壳花岗质岩脉为厘定中部地壳固态流变属性及时限提供了重要依据。.中部地壳应变局部化带发育制约着区域性热-动力学演化及中-下地壳岩石的剥露。发现在渐新世-中新世哀牢山构造带点苍山、哀牢山和大象山杂岩体具有不同热演化，它们是相互独立的单元;中下地壳流动控制瑶山杂岩和印支地块内西盟杂岩穹隆构造的形成与剥露。重新定义“哀牢山断裂”为一个区域性中部地壳剪切不连续面（TDC），厘定点苍山杂岩剪切变形摩擦-粘性转变深度，并建立哀牢山-红河构造带新生代三阶段演化模型；发现辽南变质核杂岩是中、下地壳切向流动引发的穹隆作用和拆离断层作用的递进演化的结果；建立了早白垩世胶东-辽东半岛伸展构造省岩石圈两阶段不均匀（宽裂谷-窄裂谷）减薄和冀东双山子新太古代中、下地壳垂向流动模型；对于江南造山带NNE向韧性剪切带为收缩环境中部地壳剪切变形提供了范例。