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杨涛：苏门达腊海域扇前沉积物的重磁化：与成岩硬化-地震的关系
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杨涛：苏门达腊海域扇前沉积物的重磁化：与成岩硬化-地震的关系【JGR-SE，2024】 2024-09-23 阅读：41次 2004年12月26日，在印尼苏门达腊西侧海域发生了Mw 9.1级强震。该区域地处印度-澳大利亚板块与欧亚板块汇聚边界（图1），强震频繁发生。然而这些地震有一个共同的显著特点，其产生的破裂往往仅限于向海一侧非常狭窄的范围内。研究发现，相比其他海沟（如日本海沟），在苏门达腊俯冲汇聚边缘，输入沉积物厚度达到了惊人的4-5km。这些巨厚的沉积输入对于俯冲带浅部地震的发生、破裂和滑移行为具有重要的影响和控制作用。 2016年，国际大洋发现计划(IODP) 362航次—苏门答腊发震带在苏门答腊海域实施。对该航次U1480站位岩芯样品的古地磁测量发现，年龄介于60-67 Ma的尼科巴扇扇前沉积物具有非常浅（<20°）的古地磁倾角，远远小于其期望值（~53-64°）。为了理解其成因机制及其与上述巨厚沉积输入和地震之间的关系，我校地球物理与信息技术学院杨涛教授及其合作者选取扇前序列样品，通过系统的古地磁学和岩石磁学测量与分析（图2），以及配套样品扫描电镜和能谱分析，取得了以下发现和认识： （1）扇前序列中，火成岩的磁性载体主要是粗颗粒的假单畴到多畴钛磁铁矿，且保存相对完整；相比之下，扇前沉积物的磁性载体主要是细颗粒的超顺磁到单畴(SP/SD)磁铁矿，且发生强烈蚀变；同时沉积物裂隙中存在大量的重晶石（图3）。综合分析表明，在上覆尼科巴扇的快速埋藏作用下，扇前沉积物脱水形成的热液流体导致其发生了显著的重磁化。 （2）热模拟结果表明，扇前沉积物的埋藏温度可以达到60°C左右，非常有利于沉积物中蒙脱石向伊利石转变，同时释放出大量的Fe2+离子。这些Fe2+离子是形成次生SP/SD磁铁矿的重要来源。因此，尼科巴扇埋藏作用导致的蒙脱石向伊利石转变对沉积物重磁化也具有一定的贡献。 （3）基于古地磁倾角对应的古纬度，参考印度板块视极移曲线（图4）推断，扇前沉积物重磁化开始于渐新世早期。然而，根据沉积速率估算，尼科巴扇在距今1.8 Ma左右接近现今厚度（~1250 m），表明重磁化极有可能主要发生于近~1-2 Ma。 上述研究表明，输入沉积物脱水与成岩作用不仅可以影响和控制地震的破裂与滑移行为，而且可能会导致沉积物发生重磁化，表明汇聚板块边缘沉积物的古地磁学与岩石磁学研究，有助于刻画对地震破裂和传播具有重要影响的成岩状态与物理化学条件。 图1 IODP 362航次站位分布图以及U1480站位岩性柱状图 图2 代表岩芯样品的岩石磁学特征 图3 代表岩芯样品扫描电镜图像，显示扇前沉积物中磁铁矿发生强烈蚀变 图4 由岩芯样品古地磁倾角计算的古纬度与印度板块视极移曲线(Acton, 1999; Torsvik et al., 2012)对比 该研究受到国家自然科学基金（41874105）的资助。成果近期发表在国际地学专业期刊《Journal of Geophysical Research：Solid Earth》上：Yang, T., Petronotis, K. E., Acton, G. D., Zhao, X., Chemale, F., Jr., & Vasconcelos, P. M. (2024). Remagnetization of pre‐fan sediments offshore Sumatra: Alteration associated with seismogenic diagenetic strengthening. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 129, e2023JB028460. 全文链接：https://doi.org/10.1029/2023JB028460 |
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