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华北克拉通中部深部电性结构特征及对克拉通破坏机制的启示

华北克拉通位于欧亚大陆东部、太平洋板块西侧,是世界上最主要的古老克拉通之一。华北克拉通以山西地堑断裂系和太行山山前断裂为界,分为鄂尔多斯地块(西部)、太行山隆起(中部)和华北平原(东部)。晚中生代以来,华北克拉通西部的鄂尔多斯地块整体仍保持相对稳定,构造变形、岩浆活动和岩石圈减薄均局限于鄂尔多斯地块边缘。华北克拉通的东部和中部地区整体发生明显活化,表现为强烈的变形作用、广泛的岩浆活动、大规模成矿作用、大型沉积盆地形成显著的岩石圈减薄和地幔置换作用等。华北克拉通新生代构造最典型的特征是发育有多组北北东走向的正断层,控制了半地堑和地垒系统,例如山西地堑内的霍山断裂、太行山隆起东缘的太行山山前断裂等(图1)。

 

图1 华北克拉通构造简图和大地电磁测点位置分布

 

中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室孙翔宇助理研究员、詹艳研究员、杨晓平研究员、周庆研究员、杨海波副研究员、中国地震局第二监测中心赵凌强副研究员与合作者沿着临汾盆地至汤阴地堑的剖面上采集了大地电磁数据(图1),通过三维反演技术获得了沿剖面的深部电性结构(图2)。



图2 沿大地电磁剖面(a)地形和构造分布、(b)垂直隆盛速率、(c)深部电性结构

 

研究结果表明:霍山断裂和太行山山前断裂是研究区内明显大型高低阻电性边界带,贯穿了整个地壳尺度,这两条断裂是划分华北克拉通内部的鄂尔多斯地块、太行山地块以及华北平原三大次级地块间的基底断裂。太行山地块上地壳为层状高阻体,中下地壳存在着大规模分布的低阻结构,东西两侧的华北平原和鄂尔多斯地块地壳尺度以较为稳定的层状电阻率结构为主,这表明沿剖面附近华北克拉通的岩石圈破坏作用可能主要集中在中部的太行山地块下方。1303年洪洞8级地震的孕震环境可能受多重因素控制,太行山下方中下地壳的的幔源物质不断上涌引起临汾盆地所在的山西裂谷区域拉张作用,导致了霍山断裂发生东南倾向滑动的原因可能是该次地震发生的主控因素。结合已完成的地震学资料我们推测华北克拉通中部太行山下方的破坏过程表现出自下而上的进程,热机械-化学侵蚀机制可能主导了克拉通的破坏作用。

 

相关结果发表在国际著名地学期刊Journal of Asian Earth Sciences和Tectonophysics上。

Sun, X., Zhan, Y., Yang, X., Zhou, Q., Feng, X., Zhao, L., & Liu, X. (2023). Electrical structure of the fault system in the Tangyin graben, eastern margin of the Taihangshan uplift, China: Inferences from magnetotelluric imaging. Journal of Asian Earth Sciences, (March), 105631. http://doi.org/10.1016/j.jseaes.2023.105631

Sun, X., Zhao, L., Zhan, Y., Wang, Q., Yang, H., & Liu, X. (2023). Electrical structures in the central part of the North China Craton and their implications for the mechanism of Craton destruction. Tectonophysics, 862(May), 229959. http://doi.org/10.1016/j.tecto.2023.229959