龙门山构造带中假玄武玻璃形成深度的岩石磁学约束

The mechanical property of earthquake fault is key to understand earthquake mechanisms. Pseudotachylyte is ideal to record ancient earthquake as it contains detailed information about seismic stress and hypocenter parameters. However, it is difficult to directly obtain the formation depth of natural pseudotachylyte. Therefore, the mechanical properties of earthquake faults are inconclusive. In the present proposal, rock magnetic studies, microstructural observations and geochemical analyses will be conducted on pseudotachylyte, cataclasite (the wall rock of pseudotachylyte) from different depths at a Yingxiu-Beichuan fault outcrop and within cores from the Wenchuan earthquake Fault Scientific Drilling borehole 2 (WFSD-2) in the Longmen Shan thrust belt. Formation temperature of cataclasite via rock magnetism, oxygen content showed by the transformation of magnetic minerals during coseismic faulting, and microstructures, will be analyzed to determine the formation depth of pseudotachylyte, and we will then discuss the formation environment (such as oxidation-reduction, temperature etc.). All these results will provide rock magnetic information for deep tectonic setting of ancient earthquakes, help to understand the mechanism of large earthquakes in the Longmen Shan thrust belt and provide scientific bases for earthquake prevention and disaster mitigation.

地震断裂的力学性质是认识地震发生机制的关键。假玄武玻璃是保存在岩石记录中古地震滑动的直接产物，它包含有地震应力和震源参数的详细信息。然而，自然界大地震产物假玄武玻璃的形成深度很难直接获得，因此，一直制约着地震断裂力学性质的认识。本项目拟选择龙门山构造带映秀-北川断裂带地表和汶川科钻2号钻孔（WFSD-2）岩心中不同深度的假玄武玻璃和它的围岩-碎裂岩为研究对象，开展岩石磁学研究，辅助显微结构观察和地球化学测试。综合分析岩石磁学揭示的碎裂岩形成温度、地震断裂过程中磁性矿物转换指示的环境含氧量和显微构造特征，从而确定假玄武玻璃的形成深度，探讨假玄武玻璃的形成环境（如氧化还原性和温度等）。本项目可为龙门山构造带古地震断裂活动的深部构造环境研究提供重要的岩石磁学信息，有助于认识大地震发生机制，为防震减灾提供科学依据。

近年来，认识地震，尤其是认识大地震发生机制是当今科学研究的热点和难题，而对震源深度位置的环境和破裂机制的认识仍处于探索阶段，这是地震发生机制和地震破裂机理研究的瓶颈。本项目以龙门山构造带映秀-北川断裂带地表露头和汶川地震断裂带科学钻探2号钻孔岩心中的假玄武玻璃、碎裂岩及其围岩为研究对象，通过岩石磁学测试，结合高温加热实验、显微结构和地球化学分析，探讨龙门山构造带震源深度位置的震源环境和发生机制。本项目在确定龙门山构造带大地震孕震深度、认识孕震环境、估算同震摩擦热温度等方面取得了一系列创新性的成果和认识。标注本项目资助发表的学术论文共3篇，其中国际SCI论文1篇（Journal of Structural Geology）。本项目取得的主要研究成果如下：（1）首次在假玄武玻璃中发现了自然界中很难形成的“单质Fe”，并直接指示了近震源区断层滑移具高温（≥1300℃）还原环境，促进了地震断裂理论的创新与突破；并提出单质铁是假玄武玻璃高磁异常的新机制，拓展了地震断裂岩岩石磁学理论研究。（2）通过高温加热实验揭示了不同温度段形成的假玄武玻璃的显微结构演化过程。（3）对断裂岩岩石磁学研究进展进行了全面综述和总结，为龙门山构造带地震断裂作用的研究奠定了岩石磁学的理论基础；并用岩石磁学方法确定了龙门山构造带假玄武玻璃的形成深度，即孕震深度和孕震环境。（4）用mini-AMS方法确定了龙门山构造带晚三叠世古地震的震源机制及其早期主压应力方向由NNW向转化为现今NW向的特征。上述研究成果不仅提高了人们对于大地震发生机制的认识，而且为防震减灾提供了重要的理论依据。