華北地區的構造活動長期以來是地質學家關注的重點。近期，中國地震局地震預測研究所地震預測重點實驗室“中國地震局地震地球化學”創新團隊連續3篇發表在《Chemical Geology》上的論文，通過多學科手段相結合的思路，對區域內的流體地球化學特征進行了詳細調查，揭示了華北地區復雜的構造活動和流體運移之間的關系。

華北克拉通的流體地球化學特征與區域構造框架的關系

陳志等（2022）研究了華北克拉通內主要活動斷裂帶的氣體釋放特征與區域構造框架的關系。研究結果表明，在青藏高原東北緣和張渤構造帶中，土壤氣Rn和CO₂的釋放量和溫泉逸出氣中的殼源或幔源貢獻明顯高于區域其他構造帶。結合剪切應變率場、GPS水平速度場和S波速度成像的結果進行綜合分析發現，這兩個區域的構造活動強烈，在地下可能廣泛存在新生裂縫的發育，張渤構造帶地下20-40 km可能存在幔源流體，青藏高原東北緣地下可能存在殼源流體，其前沿可能達到了六盤山斷裂。

圖1 青藏高原東北緣（a）和張渤構造帶（b）流體運移模型

青藏高原與鄂爾多斯塊體之間匯聚邊界的確定

李營等（2023）對青藏高原與鄂爾多斯塊體之間匯聚區的氣體地球化學特征、大地熱流和地震層析成像進行了研究，旨在確定塊體之間的匯聚邊界，并研究青藏高原的擠壓作用對深源氣體的釋放的影響。結果表明：地殼的裂隙密度（ε）、流體飽和率（ξ）和泊松比（σ）較高的地區出現強烈的氣體釋放；六盤山地區存在較高的土壤氣Rn和CO₂釋放、較高的大地熱流分布、以及較高的ε、ξ和σ，表明六盤山斷裂帶附近可能是青藏高原和鄂爾多斯地塊之間的匯聚邊界，區域內強烈構造變形可能促進了深源氣體的釋放。

圖2 青藏高原與鄂爾多斯塊體匯聚區流體運移模型

青藏高原塊體隆升對區域流體運移的控制

劉兆飛等（2024）結合土壤氣（Rn和CO₂）密集觀測、溫泉脫氣特征、以及地震成像結果對青藏高原東北緣弧形構造帶氣體釋放的成因機理進行了研究。結果表明，弧形構造帶南部的收斂區中Rn和CO2的釋放比北部的分散區更為強烈，并且青藏高原上地殼的隆升（可達4 mm·a^-1）在控制土壤氣體空間分布方面起著至關重要的作用。上地殼中裂隙密度（ε）、流體飽和率（ξ）和泊松比（σ）較高的區域顯示出更強烈的氣體釋放，如海原M_S 8.5地震的震中地區。此外，初步估算了弧形構造帶的CO₂年釋放量，約為1.10 Mt·yr^-1。

圖3 青藏高原東北緣弧形構造帶Rn和CO₂釋放模型

這些研究通過結合流體地球化學、剪切應變率場、GPS水平速度場、S波速度成像和地震成像等多學科方法，揭示了華北地區構造活動對流體運移的控制。這些發現不僅為華北地區的地震預測和深-淺流體耦合機理提供了新的見解，還為理解青藏高原與華北克拉通之間的相互作用機制提供了重要線索。

上述研究成果均發表在國際地學期刊《Chemical Geology》。該期刊是《Elsevier》出版社1966年推出的半月刊，致力于發表有關同位素和元素地球化學、地質年代學和宇宙化學的原創研究論文，以及具有重大研究進展的創新論文。該期刊被列為中國科學院SCI期刊分區中的2區，屬于TOP期刊，年發文量為300-500篇，2021-2022年影響因子為4.685。

論文信息：

[1] Zhaofei Liu, Zhi Chen, Ying Li, Zhidan Zhao, Anhui Sun, Jingchao Li, Jinyuan Dong, Ying Zhao, Le Hu, Zihan Gao, Chang Lu, Shujuan Su, Hongyi He, Yuanxin Zhao. 2024. Crust uplift controls the massive emissions of 222Rn and CO2 in the Northeastern Tibetan Plateau, China. Chemical Geology, 663: 122280. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122280. 

[2] Ying Li, Zhi Chen, Anhui Sun, Zhaofei Liu, Antonio Caracausi, Giovanni Martinelli, and Chang Lu. 2023. Geochemical features and seismic imaging of the tectonic zone between the Tibetan Plateau and Ordos Block, central northern China. Chemical Geology, 622: 121386. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2023.121386. 

[3] Zhi Chen, Ying Li, Zhaofei Liu, Hongyi He, Giovanni Martinelli, Chang Lu, and Zihan Gao. 2022. Geochemical and geophysical effects of tectonic activity in faulted areas of the North China Craton. Chemical Geology, 609: 121048. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2022.121048. 

原文鏈接: 

[1] https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122280.

[2] https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2023.121386. 

[3] https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122280

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撰稿人：劉兆飛

審稿人：周曉成