斷裂帶中方解石脈顯微結構、地球化學和年代學研究：藏南亞東裂谷帶古地震記錄*

李春銳 李海兵 潘家偉 劉棟梁 白明坤 劉富財 張進江

1. 中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所，自然資源部深地動力學重點實驗室，北京 100037

2. 北京大學地球與空間科學學院，北京 100871

3. 南方海洋科學與工程廣東省實驗室(廣州)，廣州 511458

斷層以及斷層附近的破裂帶作為流體運移的通道，在地震活動期間能夠溝通不同層次流體，如大氣水、地殼流體、幔源流體(Menziesetal., 2014；Barberioetal., 2017)。地震過程中富含CO2流體運移時，由于巖石破裂導致的流體壓力降低，以及不同來源流體混合時導致的礦物溶解度變化，在斷層的階步以及破碎帶裂縫中會產(chǎn)生礦物沉淀，形成方解石脈(Dolej? and Manning，2010；De Filippisetal., 2013；Brogietal., 2014)。方解石脈的顯微結構可以指示其與地震事件的關系：同構造期沉淀脈體結構為塊狀、拉長塊狀和擴展狀，其中同震階段形成的脈體由于裂隙開啟過程中流體壓力快速下降導致的高礦物飽和度，一般具有塊狀等粒結構(Verhaertetal., 2003；Boullieretal., 2004；Uysaletal., 2007；Watanabeetal., 2008；Nurieletal., 2012)；震間期壓溶-沉淀，常見結構為“壓力影”和超壓泥頁巖層中發(fā)育的纖維脈(Eyaletal., 1992；Bonsetal., 2012; Zhangetal., 2015)；震間期開放裂縫沉淀，常見類型為淺表暴露面的泥質(zhì)薄層(Flottéetal., 2001；Verhaertetal., 2004；Nurieletal., 2011)。沿斷層發(fā)育的方解石脈作為地震期間斷層活動和裂縫開放的記錄(Boullieretal., 2004；Williamsetal., 2017)，其地球化學示蹤劑如同位素，REY(稀土元素和釔)模式，可以用于推斷發(fā)震時期以及地殼流體循環(huán)路徑(Nolletetal., 2005；Uysaletal., 2011；Bergmanetal., 2013)。由于非地震活動成因的脈體流體來源為相鄰圍巖，因此脈體地球化學和同位素多具有與圍巖相似的特征。地震活動相關脈體具有更大的外部流體來源貢獻，地球化學特征與圍巖常具有明顯差異。因此，對斷層方解石脈的研究有助于更好地理解地震行為、地震周期以及地殼內(nèi)部流體循環(huán)模式。

青藏高原的東西向伸展產(chǎn)生了一系列南北向裂谷(圖1)，是藏南地區(qū)最顯著的活動構造(Molnar and Tapponnier，1978；Tapponnieretal., 1981；Armijoetal., 1986；Kapp and Guynn，2004)。亞東-古露裂谷是南北向裂谷系中規(guī)模最大的裂谷，地震活動性最強、發(fā)震頻率最高(Wuetal., 2011)。自公元1264年以來，亞東-古露裂谷內(nèi)部及周緣共發(fā)生了17次Mw>6.0的地震，其中14次發(fā)生在裂谷北段和中段，即雅魯藏布江至古露之間(Chevalieretal., 2020)。裂谷南段第四紀地震活動研究同樣缺乏，僅在帕里地塹有兩處報道，分別為地震崩滑體以及地表破裂帶(Pengetal., 2018；Haetal., 2019a)。作為藏南地區(qū)規(guī)模最大的裂谷系，亞東-谷露裂谷南段延伸約200km，在裂谷東側的基巖內(nèi)有廣泛的斷層出露(圖2)。裂谷斷層附近發(fā)育的方解石脈能夠為同震斷裂活動研究提供依托。

圖1 藏南地區(qū)正斷層分布和亞東-谷露裂谷位置

圖2 亞東裂谷區(qū)域地質(zhì)簡圖(據(jù)Zhang et al., 2012; 劉文燦等，2014)

本文對亞東裂谷斷層涅如堆段和帕里段發(fā)育的方解石脈體進行了顯微結構，C-O-Sr同位素，REY元素以及U-Th定年研究，確定了礦物沉淀與地震事件的關系，發(fā)生時間以及流體來源。結合野外調(diào)查，討論了中更新世以來亞東裂谷的伸展速率變化。

1 地質(zhì)背景

亞東-谷露裂谷作為藏南地區(qū)規(guī)模最大的一條裂谷，自南向北依次穿過高喜馬拉雅、特提斯喜馬拉雅、雅魯藏布江縫合帶、拉薩地塊，終止于拉薩地塊北緣，全長約500km，總體表現(xiàn)為半地塹和地塹(圖1)(Armijoetal., 1986；Wuetal., 1998；Leloupetal., 2010)。亞東-谷露裂谷南段即亞東裂谷，位于雅魯藏布江縫合帶與印度板塊之間，長約200km，由三個北北東走向的地塹(帕里地塹、涅如堆地塹和熱隆地塹)右階組成(圖2)。每個地塹長約45～80km，寬約20km，邊界斷層為裂谷東側北西向延伸的西傾正斷層(Haetal., 2019b; Wangetal., 2020)。亞東裂谷斷層行跡清晰，可以觀察到新鮮的地表破裂帶，以及山根處的斷層三角面，代表裂谷發(fā)生了較為活躍的伸展變形，晚第四紀以來亞東裂谷的平均伸展速率為0.9±0.3mm/yr(Haetal., 2019b；Wangetal., 2020)。

亞東裂谷發(fā)育在前寒武系變質(zhì)巖、下古生界、上古生界、中生界和新生界中(圖2)。前寒武系為高喜馬拉雅結晶巖帶亞東巖群。下古生界主要為奧陶系灰?guī)r、粉砂巖。上古生界為陸相沉積，其中石炭系多為碳酸鹽臺地相沉積，以灰?guī)r為主，二疊系主要為砂巖、礫巖及灰?guī)r(劉文燦等，2014)。中生界在裂谷帶分布廣泛，下、中三疊統(tǒng)主要為砂質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖，上三疊統(tǒng)為變質(zhì)細砂巖和粉砂質(zhì)板巖。侏羅系、白堊系以海相沉積為主，主要巖性為砂巖、頁巖和硅質(zhì)巖等。新生代地層主要為碳酸鹽和淺海陸源碎屑沉積(萬曉樵等，2002)。新近系沉積受地貌、湖泊、斷裂影響明顯，多見河湖相、洪積和坡積相、冰磧相沉積，均不整合于下覆地層之上(劉文燦等，2006；Liuetal., 2017)。研究區(qū)內(nèi)巖漿巖主要沿斷裂出露，基性侵入巖出露較少，中酸性侵入巖分布面積較大，主要由加里東期花崗巖和新生代淡色花崗巖組成(張宏飛等，2005；劉文燦等，2014)。

2 方解石樣品采集與測試方法

本文通過衛(wèi)星照片和野外調(diào)查確定斷層展布、產(chǎn)狀和方解石脈體的發(fā)育位置，并采集定向樣品。在對方解石脈樣品切割、拋光，超聲波清洗以去除風化表面后，使用1～2mm微鉆獲取樣品粉末。對于方解石脈，為了避免圍巖污染，至少遠離圍巖或角礫1mm采集樣本。對于圍巖，同樣在遠離裂隙和脈體1mm處采集樣品。最終將所得的脈和圍巖樣本用于稀土元素和C-O-Sr同位素分析以及U系列測年。所有拋光樣品均制備了顯微薄片，以進行光學和陰極發(fā)光(CL)顯微鏡的微觀結構分析。

Sr同位素分析在中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所固體同位素地球化學實驗室完成?；瘜W前處理及同位素測試流程參考Lietal.(2019)，測試儀器為Thermofisher-Triton-Plus多接收熱電離質(zhì)譜儀。采用國際標準樣品NBS987對數(shù)據(jù)采集期間的儀器穩(wěn)定性進行了評價，測量平均值為87Sr/86Sr=0.710249±0.000012，與報告值一致(Lietal., 2019)。

稀土元素含量分析在中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所成礦年代學實驗室進行。稱取40mg樣品粉末加入2%HNO3溶解，待溶解完成后加入1mL 500×10-9In內(nèi)標，并用1%HNO3稀釋至50g。測試儀器為ICP-MS(Element)。采用標準曲線法以In內(nèi)標校準儀器漂移。以國家標準參考物質(zhì)(花崗巖GSR1；安山巖GSR2；玄武巖GSR3)進行質(zhì)量監(jiān)控，絕大多數(shù)元素RSD≤10%。

鈾系測年在西安交通大學同位素實驗室使用MC-ICP-MS(Thermo-Finnigan Neptune-plus)進行。化學前處理方法參照Edwardsetal.(1987)。儀器、標準化、半衰期和測試流程見Chengetal.(2000, 2013)。

3 斷層與脈體特征

3.1 宏觀特征

方解石脈和圍巖樣品獲取自亞東裂谷的三個采樣點，分別為涅如堆地塹北側達凱研究點和南側土熱勒研究點，以及帕里地塹北部的沖巴研究點(圖2)。

達凱剖面位于涅如堆地塹北部東側達凱村東南2km處，剖面長約350m，圍巖為上二疊統(tǒng)板巖，自東向西分別發(fā)育斷層破碎帶以及F1和 F2兩條斷層(圖3a-c)。斷層F1傾向292°、傾角69°，F(xiàn)2傾向308°、傾角51°，與區(qū)域內(nèi)亞東裂谷斷層產(chǎn)狀一致，破碎帶內(nèi)發(fā)育一組與斷層走向一致傾向相反的共軛破裂(圖3c-f)。沿次級破裂和斷層面的階步位置充填方解石脈(圖3d-k)，脈體顏色為淺灰色和黃色，厚度0.3～1cm長度小于10cm(圖3d-g)。

圖3 涅如堆地塹正斷層構造特征(達凱研究點)

土熱勒剖面位于涅如堆地塹南部東側，長約300m，圍巖為上二疊統(tǒng)灰?guī)r，自東向西分別發(fā)育F3和 F4兩條斷層，斷層F3傾向289°、傾角57°，F(xiàn)4傾向291°、傾角64°，衛(wèi)星影像上兩條斷層跡線清晰(圖4a-c)?？拷璧氐腇3斷層錯斷上下盤灰?guī)r，形成典型的斷層三角面，斷層面底部距離頂部約150m，底部1.5m為白色新鮮面，為最近一次古地震的地震遺跡(圖4d-e)。F3和F4斷層之間為碎裂巖帶，表現(xiàn)為方解石膠結的灰?guī)r角礫或早期方解石角礫，斷層兩側發(fā)育破碎帶(圖4f)。該點方解石脈或方解石膠結物顏色為白色和黃色(圖4e, f)。

圖4 涅如堆地塹正斷層構造特征(土熱勒研究點)

沖巴剖面位于帕里地塹沖巴芒錯北部約2km處，巖性為奧陶系灰?guī)r以及上覆第四系冰川沉積物(圖5a)。該點發(fā)育F5、F6、F7三條斷層(圖5b, c)，其中F5為裂谷邊界主斷層，傾向320°、傾角60°，上盤發(fā)育第四系沖積物和鈣華，下盤為奧陶系灰?guī)r，沿斷層發(fā)育約1m寬的灰黑色斷層泥及下盤破碎帶。F6、F7為次級斷層，斷層F6傾向240°、傾角66°，F(xiàn)7傾向300°、傾角54°，斷層切穿上下盤奧陶系泥晶灰?guī)r，兩側均為斷層破碎帶，發(fā)育斷層角礫巖(圖5b-g)，沿F6斷層面可見沿擦痕充填的白色方解石脈(圖5g)，沿F7斷層面發(fā)育厚層方解石脈，寬度可達5cm，顏色為白色和灰白色(圖5g、圖6g-j)。

意識的培養(yǎng)不是一蹴而就的，長期潛移默化的影響才能形成穩(wěn)定的意識形態(tài)。面對我國高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育滯后和師資不足的現(xiàn)狀，光靠幾節(jié)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程是不能有效激發(fā)師范生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識的。只有在日常的教學過程中，教師有計劃的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識滲透與灌輸才能提高教育成效。

圖5 帕里地塹正斷層構造特征(沖巴研究點)

圖6 斷層活動相關的方解石脈體野外宏觀構造特征及采樣位置

3.2 脈體微觀結構

涅如堆地塹北側達凱研究點(圖7a, c-e)和帕里地塹北部的沖巴研究點(圖7f)階步處充填的方解石脈均為塊狀結構，部分脈體中可見巖石破碎形成的不規(guī)則的圍巖角礫(圖7a)。方解石脈體邊界不平直，呈彎曲狀(圖7c)或鋸齒狀(圖7e)。達凱研究點處方解石脈表現(xiàn)為多期次特征，同一裂隙中充填了粒徑不同的多條平行脈體(圖7c, e)。粗顆粒方解石粒徑可達1mm，發(fā)育雙晶，細顆粒方解石粒徑0.1～0.4mm。方解石陰極發(fā)光顏色均勻，晶體沒有觀察到分帶，表明在方解石脈生長過程中沒有顯著化學成分變化，粗粒的塊狀脈陰極發(fā)光顏色為暗紅色，細粒塊狀方解石陰極發(fā)光顏色為紅色(圖7e)。單層脈體內(nèi)部可見平直的后期破裂，延伸方向與邊界主破裂方向相同(圖7d)。

土熱勒斷層面上的方解石脈同樣具有塊狀晶體特征，發(fā)育雙晶。方解膠結物中含有圍巖或先期方解石角礫，角礫呈棱角狀，磨圓差(圖7b)。

沖巴研究點沿F6斷層階步位置發(fā)育的方解石脈具有塊狀結構，靠近擦痕的暴露面以及脈體-圍巖邊界呈彎曲狀(圖7f)。沿F7斷層發(fā)育一處厚層(5cm)方解石脈，脈體-圍巖邊界呈彎曲或鋸齒狀，方解石晶體表現(xiàn)為晶體拉長、長軸方向垂直于圍巖巖壁(圖7g)。晶體從脈-圍巖界面向脈中心方向生長，同向生長導致脈-圍巖界面處存在生長競爭。脈體中間夾雜的圍巖條帶以及再次出現(xiàn)的方解石晶體競爭生長表明脈體經(jīng)歷了再次開啟-愈合過程(圖7g)?？拷麱7斷層的上盤圍巖內(nèi)發(fā)育的方解石細脈同樣具有多次沉淀的特征，脈體-圍巖邊界較平直，晶體競爭生長方向表明第二次破裂發(fā)生在先期脈-圍巖界面處(圖7h)。

圖7 亞東裂谷與正斷活動相關的方解石脈微觀構造特征

4 地球化學特征

為確定形成方解石脈的流體來源，本文在達凱、土熱勒和沖巴研究點采集了碳氧同位素樣品33個，鍶同位素樣品29個以及稀土元素-釔樣品28個。

4.1 碳氧同位素

δ13CV-PDB和δ18OV-SMOW分析結果示于表1和圖8a。

表1 亞東裂谷方解石脈、圍巖和鈣華的氧-碳-鍶同位素值

涅如堆地塹達凱研究點方解石脈δ13CV-PDB值為-9.4‰～-4.8‰、平均值為-8.2±0.3‰，δ18OV-SMOW值為-4.4‰～-3.3‰、平均值為-3.9±1.5‰。涅如堆地塹達土熱勒研究點方解石脈δ13CV-PDB值為+0.9‰～+2.2‰、平均值為+1.7±0.5‰，δ18OV-SMOW值為-4.2‰～-2‰、平均值為-3.3±0.8‰；圍巖δ13CV-PDB值為+3.5‰～+4.5‰、平均值為+4.2±0.3‰，δ18OV-SMOW值為+9.5‰～+17.4‰、平均值為+13.6±2.4‰；鈣華δ13CV-PDB值為+5‰～+5.9‰、平均值為+5.5±0.5‰，δ18OV-SMOW值為+13.9‰～+17.4‰、平均值為+15.6±1.8‰。帕里地塹沖巴研究點方解石脈δ13CV-PDB值為+1.6‰～+3.5‰、平均值為+2.8±0.7‰，δ18OV-SMOW值為-2.6‰～+0.3‰、平均值為-0.8±1.0‰；圍巖δ13CV-PDB值為+0.8‰～+3.2‰、平均值為+2±1.2‰，δ18OV-SMOW值為+0.7‰～+2.4‰、平均值為+1.6±0.9‰。

藏南地區(qū)報道的奧陶系碳酸鹽巖δ13CV-PDB為 0.17‰～2.32‰、δ18OV-PDB為-15.33‰～-11.45‰(Yuetal., 2021)， 二疊-三疊系碳酸鹽巖δ13CV-PDB為0至4‰、δ18OV-PDB為-14‰至-12‰(Shenetal., 2010)。達凱研究點方解石脈與區(qū)域內(nèi)碳酸鹽巖相比具有較低的δ13CV-PDB值，其他兩處采樣點方解石脈δ13CV-PDB值與區(qū)域值相符(圖8a)。

圖8 方解石脈、圍巖和鈣華的同位素特征

各研究點方解石脈的δ18OV-PDB值均輕于圍巖以及藏南地區(qū)碳酸鹽巖，值得注意的是，達凱研究點方解石脈具有極低的δ18OV-PDB值。方解石脈中的δ18OV-PDB特征取決于沉淀流體的來源和沉淀溫度(Faure, 1998)。假設大氣水在全新世沒有顯著變化，并且代表了過去的地下水，參考海拔 3000m 以上的高喜馬拉雅河流已發(fā)布的δ18OV-SMOW值(-16‰～-19‰)(Gajurel al., 2006；Li and Garzione, 2017)，使用碳酸鹽-流體古溫度計 (O’Neiletal., 1969)，可以計算出，如果達凱研究點方解石脈來源為大氣水，則沉淀溫度在122～252℃之間(圖8c)，若來源為大氣水以及相鄰區(qū)域碳酸鹽巖，則需要更高的沉淀溫度。

4.2 87Sr/86Sr同位素和REY元素模式

涅如堆地塹達凱和土熱勒研究點方解石脈87Sr/86Sr同位素比值介于0.7224～0.7340之間(圖8b, 表1)。明顯高于土熱勒灰?guī)r圍巖的87Sr/86Sr同位素比值(0.7139～0.7189)。帕里地塹沖巴研究點方解石脈87Sr/86Sr同位素比值介于0.7132～0.7159之間。與奧陶系灰?guī)r圍巖87Sr/86Sr同位素(0.7112～0.7148)一致。

方解石脈和圍巖樣品的稀土元素(包括釔)含量見表2。球粒隕石標準化的REY圖中顯示，達凱研究點方解石脈表現(xiàn)為富LREE和Eu正異常，土熱勒研究點方解石脈表現(xiàn)為富LREE，Eu負異常以及Y正異常，沖巴研究點表現(xiàn)為富LREE，Eu負異常(圖9)。

表2 亞東裂谷方解石脈和圍巖REY元素分析結果(×10-6)

圖9 達凱研究點(a)、土熱勒研究點(b)和沖巴研究點(c)方解脈和圍巖的球粒隕石標準化REY模式(標準化值據(jù)Haskin et al., 1968)

5 U系年代學

我們對達凱研究點3個擦痕方解石脈，土熱勒研究點2個斷層方解石脈，和沖巴研究點3個斷層方解石脈進行U-Th年代學測定(表3)。

表3 亞東裂谷斷層方解石脈U系測年結果

達凱研究點發(fā)育擦痕的方解石脈(YD112、YD132和YD164樣品)均具有塊狀晶體結構，測得其年齡超過測試上限(大于600ka)。土熱勒研究點F3方解石脈(NFA0樣品)具有塊狀結構，測得年齡為679±129ka，F(xiàn)4方解石脈230Th/232Th值過低(4×10-6～5×10-6)，測得年齡超過測試上限(大于600ka)。沖巴研究點F6斷層方解石脈YD410樣品表面發(fā)與擦痕，且具有塊狀內(nèi)部結構，測得年齡為544±26ka，F(xiàn)7斷層方解石脈具有拉長的塊狀結構，在YD314和YD348樣品中(圖6i, j)測得年齡為408±13ka和444±15ka。微觀結構觀察顯示這些方解石脈未重結晶，表明以上年齡是可靠的。

6 討論

6.1 方解石脈結構與成因

斷層作用各時期形成的方解石脈類型包括：(1)水力壓裂產(chǎn)生的同震結晶：晶體形態(tài)為塊狀，非自形等粒結構，形成于流體壓力快速下降或流體突然停止上升導致的高礦物飽和度(圖10a)(Phillips, 1972；Bons，2001；Boullieretal., 2004；Uysaletal., 2007)。(2)斷層拉張部位的同構造結晶：晶體形態(tài)為拉長塊狀和擴展狀(Bonsetal., 2012)。拉長塊狀脈晶體具有明顯的競爭生長特征，平均晶粒寬度沿生長方向增加，通常沿圍巖表面向裂縫內(nèi)生長(圖10b)(Durney and Ramsay, 1973；Oliver and Bons, 2001)。擴展狀脈具有橫跨整個脈寬的晶體，是通過對在先存晶粒的不同位置多次破裂和愈合而形成的(Durney and Ramsay, 1973；Ramsay, 1980)。(3)震間期沉淀，如纖維脈(圖10c)(Hilgersetal., 2001；Nolletetal., 2005)和暴露面的薄層泥晶涂層(Flottéetal., 2001；Nurieletal., 2012)。

圖10 方解石脈內(nèi)部特征結構(據(jù)Woodcock et al., 2007)

本次研究中亞東裂谷涅如堆段發(fā)育的方解石膠結物和擦痕脈的微觀結構具有等粒塊狀結構(圖7c, d)，且具有不平直的脈體邊界，代表了與地震斷層滑動相關的拉張部位的方解石快速沉淀(Gratier and Gamond，1990；Nurieletal., 2019)。亞東裂谷帕里段一處沿斷層發(fā)育的方解石脈具有拉長的塊狀結構(圖7e, f)代表同構造時期的裂縫愈合。沒有觀察到與溶解沉淀相關的裂縫緩慢愈合的證據(jù)，如纖維脈和泥質(zhì)涂層(Gratier and Gamond，1990；Hilgersetal., 2001；Nurieletal., 2012; Zhangetal., 2015)。CL觀察表明，方解石擦痕樣品CL顏色均勻(圖7d)，表明在單個沉淀事件期間結晶。由于每個破裂-愈合事件都意味著裂縫打開，塊狀或拉長塊狀晶體從充滿流體的開放裂縫中析出(Hilgersetal., 2001)，多條平行發(fā)育的方解石脈代表多次裂縫密封事件(圖7g, h、圖11)。本文中樣品觀測顯示，不同期次的層狀脈被圍巖包體條帶(圖7e, f)分隔，或被鋒利的晶體間破裂切割(圖7c, d)，表明新的破裂事件均在早期裂縫完全密封后才發(fā)生。

圖11 亞東裂谷地震相關方解石脈生長模式

6.2 流體來源

根據(jù)圖8a,δ13CV-PDB和δ18OV-SMOW兩者具有比較明顯的線性關系，指示流體具有二元混合特征。本文的三個研究點中，達凱點具有異常輕的碳氧同位素特征。碳同位素組成表明，方解石中的碳可能來自地球深處(即地?；蛳碌貧?，也可能來自碳酸鹽或有機質(zhì)。然而，δ13C值較集中，排除了有機來源的可能性，位于幔源碳(-5.5±0.5‰)(Sakai and Matsuhisa，1996)和區(qū)域內(nèi)碳酸鹽巖之間，表明具有幔源貢獻。極低的δ18O值反映了大氣水來源，以及高于120℃的沉淀溫度。方解石脈的高Sr同位素比值超過區(qū)域內(nèi)奧陶系，二疊-三疊系灰?guī)r的同位素值。因此排除了方解石僅來自溶解了碳酸鈣的大氣水。高Sr同位素比值表明，在流體的運移過程中通過了放射成因的基巖，如高Sr比值的硅質(zhì)碎屑和花崗巖(McNutt, 2000)。因此區(qū)域內(nèi)喜馬拉雅淡色花崗巖體(Sr比值0.756～0.775)(楊曉松和金振民，2001；李開玉等，2020)以及二疊系板巖圍巖為流體提供了高Sr比值特征。深層滲透的大氣水與變質(zhì)/花崗質(zhì)基巖的相互作用很可能發(fā)生在溫度高于122～252℃ 的條件下，Eu正異常同樣指示了熱液環(huán)境。因此該點的方解石脈形成機制可能為幔源脫氣與深層大氣水混合成因(圖12)。外部來源的流體反映了脈體形成于開放系統(tǒng)，即斷層活動時的裂隙連通狀態(tài)，這與塊狀結構方解石脈代表的同震時期相匹配。

圖12 地震相關的斷裂帶流體循環(huán)模式圖

土熱勒和沖巴研究點方解石脈具有相似的地球化學特征，δ13CV-PDB值與區(qū)域碳酸鹽巖一致(Shenetal., 2010；Yuetal., 2021)，δ18OV-SMOW值低于碳酸鹽圍巖，表明具有大氣水貢獻。Ce和Eu負異常以及Y的正異常反映了低溫氧化環(huán)境(Bauetal., 1997；Bolharetal., 2004)?？紤]到三個研究點所處位置鄰近，脈體記錄的溫度特征能夠?qū)鄬β裆?，與達凱研究點方解石具有的高溫條件相比，土熱勒和沖巴研究點方解石形成于更淺的區(qū)域。分析的樣品還顯示了與灰?guī)r圍巖密切相關的方解石REY特征和87Sr/86Sr值，指示了流體來自大氣水以及溶解的碳酸鹽巖(圖12)。

6.3 方解石脈與地震活動

地震引起巖石破裂后，流體發(fā)生突然的壓力降低和平衡濃度改變(Putnisetal., 1995；Robertetal., 1995；Barnes and Rose，1998；Putnis and Mauthe, 2001)，因此形成充填于裂縫或角礫間的礦物沉淀。受到礦物過飽和程度，裂隙張開寬度，以及先存晶體取向的不同，沉淀的礦物晶體具有塊狀或拉長塊狀等結構(Oliver and Bons, 2001；Nolletetal., 2005；Woodcocketal., 2007)。活動斷層的實驗和觀察表明，在愈合作用影響下，同震期間形成的張裂隙將在此后很快(幾天到幾個月)關閉(Hiramatsuetal., 2005; Lietal., 2006)。本次研究中沿斷層階步部位發(fā)育的方解石脈均具有塊狀結構，代表同震時期方解石沉淀，部分樣品發(fā)育由平直破裂面分隔的多層脈體，代表了流體多次注入。土熱勒研究點沿斷層面發(fā)育的方解石脈體內(nèi)部發(fā)育棱角狀圍巖角礫，代表斷層滑動期間巖石破裂伴隨的流體注入。沖巴研究點沿斷層面發(fā)育一套厚層方解石脈，具有拉長的塊狀結構，代表震后同構造期的破裂愈合。因此本文中選取的方解石脈能夠代表同震或同構造的斷層活動。即研究區(qū)自北向南，達凱斷層記錄了超過兩期的地震活動，活動時間距今均超過600ka；土熱勒研究點F3斷層在距今679±129ka發(fā)生一期地震活動；沖巴研究點記錄了NNE向斷層544±26ka的地震活動以及，NE向F7斷層408±13ka和444±15ka的兩期地震活動。在以上三個研究點中，涅如堆地塹南段土熱勒點發(fā)育的斷層三角面較為完整，新鮮斷層面與三角面頂部高差約150m，斷層傾角為57°。若本研究中方解石脈記錄的地震年齡為初始活動時間，則裂谷該段中更新世以來的E-W向伸展速率為0.17～0.24mm/yr，由于方解石脈的沉淀晚于最早期的斷層活動，因此斷層實際活動時期更長，因此該速率為最大值，即中更新世以來的伸展速率小于晚更新世以來0.8±0.3mm/yr的伸展速率(Wangetal., 2020),以及GPS觀測的現(xiàn)今伸展速率6mm/yr(哈廣浩，2019)。即中更新世以來，亞東裂谷涅如堆段斷層活動速率增大。

7 結論

本文通過對藏南亞東裂谷地區(qū)斷裂帶中的方解石脈體成因、地球化學以及年代學分析，得到以下認識：

(1)亞東裂谷涅如堆段和帕里段沿裂谷斷層發(fā)育方解石脈。三個采樣點中沿斷層面階步產(chǎn)出的方解石脈具有塊狀結構，土熱勒點沿斷層面發(fā)育的方解石脈體中包含角礫狀圍巖，以上兩種結構代表了流體在同震階段的快速沉淀；沖巴點沿斷層發(fā)育一處厚層方解石脈，具有拉長的塊狀結構，代表震后同構造階段的流體沉淀。

(2)涅如堆地塹北部方解石脈REY模式反映了熱液特征，異常輕的δ13CV-PDB值具有幔源特征，而極低的δ18OV-SMOW值顯示出大氣水貢獻。涅如堆地塹南部和帕里地塹北部方解石脈REY模式反映了淺成的低溫特征，δ13CV-PDB和87Sr/86Sr值與區(qū)域內(nèi)灰?guī)r相近，代表了圍巖對方解脈的貢獻，偏負的δ18OV-SMOW表明方解石脈同樣存在大氣水貢獻。

(3)地球化學數(shù)據(jù)顯示，達凱點方解石脈顯示了來自大氣水和地幔流體貢獻，沉淀溫度約為122～252℃，土熱勒和沖巴點的流體來源主要為灰?guī)r圍巖和大氣水，方解石在低溫條件沉淀。地震相關的擠壓和破裂導致地幔流體延斷層上升，在深部區(qū)域與下滲或深埋的大氣水共同導致方解石沉淀。在淺部區(qū)域，由于地震破裂產(chǎn)生的壓力和溫度變化，灰?guī)r中過飽和流體和淺部地下水混合產(chǎn)生方解石沉淀。

(4)方解石脈的顯微結構和地球化學數(shù)據(jù)顯示，脈體形成與地震活動相關，其中裂谷的涅如堆段記錄了一期679±129ka的地震活動，且該段斷層活動速率從中更新世明顯增大；帕里段北部記錄了544±26ka、444±15ka和408±13ka三期地震活動。

致謝鈾系測年工作得到西安交通大學同位素實驗室寧有豐研究員和賈雪雪的悉心指導，碳氧同位素數(shù)據(jù)分析得到了中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所高建飛副研究員的寶貴建議和指導。劉俊來教授、張波副教授和本刊編輯提出了寶貴意見和建議。在此一并表示感謝。