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Geophysical Research Letters:新鲜固结湖相泥岩磁组构可用于指示“现今”应变场

磁化率各向异性(磁组构)以其经济、快捷、高灵敏的特性被广泛应用于构造地质研究中。磁组构的一大优点是可以记录弱变形组构,即宏观观测手段无法观测到的微弱变形组构(野外露头并未发现明显的变形),因此有大量研究利用磁组构恢复古应变方向。那么是否可以利用现今沉积物的磁组构来获得现今应变场的特征呢?要验证这一想法,首先得找到一个构造相对活跃区,且这个活跃区内赋存有适合记录弱变形磁组构的软泥沉积(通常为湖相静水沉积)。然而,尽管这些未固结的软泥沉积是现今沉积,但由于它尚未固结,采样过程中很容易对它的组构造成干扰,因此只能退而求其次,采取最新固结的湖相泥岩沉积。本研究对青藏高原东北缘柴达木盆地与茶卡-共和盆地内11个湖泊的现今湖岸阶地最新固结的湖相泥岩(图1)进行了详细的岩石磁学、XRD、扫描电镜与多种磁组构分析,并将磁组构结果与采样区附近的断层及褶皱所指示的挤压方向、GPS速度场插值得到的现今应变场、以及震源机制解、钻孔水压致裂推算出的应力场方向进行对比。

岩石磁学结果揭示亚铁磁性矿物,反铁磁性矿物(个别采点)以及顺磁性矿物均对磁化率有重要贡献。但室温磁组构、低温磁组构、交变退磁(最大交变场为100mT)后磁组构、热退磁(697℃)后磁组构的平均方向均非常接近,部分点位几乎重合(图3),指示了顺磁性矿物对磁组构的控制性作用。XRD结果揭示这些顺磁性矿物主要为硅酸盐类粘土矿物。扫描电镜照片(图2)显示多数拉长状的颗粒,如绿泥石、伊利石等粘土矿物颗粒的线理方向与磁线理平行。

多数采样点的磁线理方向在误差范围内与临近断层或褶皱走向平行或亚平行,其获得的最大挤压方向与GPS速度场计算得到的应变场方向以及钻孔水压致裂推算出的应力场方向也较吻合(图2和4),表明新鲜固结湖相泥岩的磁组构可以用来指示“现今”应变场方向。传统获得应力与应变场的手段,例如地震震源机制解取决于地震活动的频率、震级以及发震位置;GPS需要在特定位置建立台站并进行至少数年的观测。而湖相细粒沉积分布极为广泛,其所记录的磁组构也许可以为世界应力数据库增加更多的间接应变数据。


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图1 柴达木盆地及茶卡-共和盆地湖岸阶地采样点位照片及其附近地质图


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图2(a-k)室温磁组构等面积投影图及采样区临近断层和褶皱走向;(l-p)代表性样品的光学及扫描电镜图像


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图3 室温磁组构、低温磁组构、交变退磁后磁组构、热退磁后磁组构的对比


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图4 青藏高原东北缘地质图以及磁组构结果与GPS应变率场、WSM2016应力场方向对比。


以上研究成果在线发表在国际地球物理学权威期刊Geophysical Research Letters,新构造与年代学实验室博士生谢皓为论文第一作者,刘彩彩研究员为通讯作者。共同作者代成龙利用最新GPS速度场数据获得了研究区的现今应变场。本研究获得青藏高原第二次科学考察项目(2019QZKK0901)、国家自然科学基金(42074077,42225205)和中央级公益性科研院所基本科研业务专项(IGCEA2116)等项目的联合资助。

论文信息:Xie Hao, Liu Caicai*, Gan Weijun, Zhang Zhuqi, Zhang Huiping, Lü Yuanyuan, Zhao Xudong, Yu Jingxing, Dai Chenglong and Zhang Peizhen. (2024). Magnetic fabric of freshly consolidated lacustrine mudstones constrains the “present‐day” strain field. Geophysical Research Letters, 51, e2023GL106421. https://doi.org/10. 1029/2023GL106421




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