构造体制叠加对巴西东北部贾托巴盆地边界断层损伤带结构的影响

《Journal of Structural Geology》：Influence of tectonic regime superposition on damage zone structures in a basin-boundary fault, Jatobá basin, NE Brazil

该研究整合磁力、重力和结构数据，揭示巴西贾托巴盆地伊比米里姆断层的损伤区演化机制。发现断层损伤区受基底构造控制，重力反演显示盆地存在三个沉积中心，主中心位于断层中部。断层由三段组成，研究区段存在拉伸和压缩结构叠置，压缩结构切割早期拉伸结构。古应力分析表明拉伸结构主应力轴垂直向下（σ1），压缩结构主应力轴水平（σ3），推断盆地反转由安第斯与大西洋中脊远场应力驱动。揭示了构造体制叠加下断层损伤区发育规律，对次生地震结构预测具指导意义。

　　本文探讨了巴西东北部Jatobá盆地内Ibimirim断层及其损伤带的演化过程。研究者通过整合磁力、重力和结构数据，揭示了断层走向与损伤带形态之间的关系，以及远场应力对断层带结构的控制作用。文章指出，Ibimirim断层在该地区表现出复杂的几何特征，其断裂带内同时存在拉伸和压缩结构，这些结构的叠加对盆地的构造演化具有重要意义。

在研究过程中，科学家们首先对Ibimirim断层的区域特征进行了分析。他们利用磁力数据绘制了断层走向的磁力线，发现这些磁力线的走向与断层的走向一致，进一步表明断层在区域构造演化中具有重要作用。同时，通过重力数据的反演，研究团队识别出Jatobá盆地内存在三个沉积中心，其中最主要的沉积中心位于Ibimirim断层的中央区域。这一发现为理解断层带内部的沉积格局提供了关键依据。

此外，研究者还对断层的“断层位移”进行了分析，发现Ibimirim断层由三个主要的断层段组成，而本研究特别关注了中央断层段与东部断层段交汇区域的构造特征。在这一区域，拉伸和压缩结构相互交织，形成复杂的断裂网络。其中，压缩结构不仅跨越了拉伸结构，还对其进行了位移，这种结构的叠加增强了断裂带的连通性，同时并未显著扩大断裂带的宽度。这一现象表明，断层带的演化并非单纯由单一构造应力主导，而是多种构造应力相互作用的结果。

为了进一步分析断层带的演化机制，研究团队对断层带的古应力场进行了研究。结果表明，在拉伸构造阶段，断层带的主应力方向为亚垂直的σ1和亚水平的σ3，其方向组合为05/061，这与Pangea大陆裂解期间的拉伸构造特征相符。而在压缩构造阶段，主应力方向则发生了逆转，表现为亚垂直的σ3和亚水平的σ1，方向组合为03/349。这种应力方向的变化表明，Ibimirim断层的构造演化受到了远场应力的影响，尤其是安第斯山脉和中大西洋海岭的构造活动。这些远场应力在盆地反转过程中可能发挥了重要作用，导致原本处于拉伸状态的断层带在后续阶段发生反转。

在构造演化方面，研究团队认为Ibimirim断层的损伤带不仅受到拉伸构造的影响，还受到后续压缩构造的叠加作用。这种叠加作用改变了断层带的几何形态和结构特征，使其在拉伸和压缩构造的交替过程中表现出不同的演化路径。研究还指出，断层带的损伤区可能在不同构造阶段具有不同的演化模式，这为理解断层带的复杂性提供了新的视角。

在具体的研究方法上，本文采用了多学科的综合分析手段。首先，通过磁力数据的解析，研究者识别了Ibimirim断层的走向，并将其与Jatobá盆地内的拉伸和压缩构造进行了对比。其次，利用重力数据的反演，研究团队确定了盆地内部的沉积中心分布，并据此推断出断层带的几何形态。同时，研究者还结合地形数据，对断层带的断层位移进行了定量分析，从而更准确地描绘出断层带的演化过程。

在实地调查方面，研究者选取了一个面积为2.5×1.0公里的典型露头区域，对该区域内的拉伸和压缩构造进行了详细研究。通过野外观察和结构分析，他们识别了多种断裂类型，并分析了这些断裂之间的相互作用关系。研究发现，断层带内的断裂并非随机分布，而是受到断层走向和构造应力场的共同控制。此外，断裂带的演化还表现出一定的非线性特征，即在不同构造阶段，断裂的形态和分布可能发生变化，从而影响整个断层带的结构特征。

本文的研究结果对于理解断层带的演化机制具有重要意义。首先，它表明断层带的形成和发展并非单一构造应力作用的结果，而是多种构造应力叠加和相互作用的结果。其次，研究团队发现，断层带的损伤区在不同构造阶段可能表现出不同的演化模式，这为预测断层带的结构特征提供了新的思路。最后，研究还揭示了远场应力对断层带演化的影响，特别是在盆地反转阶段，远场应力可能在断层带的形成和演化中起到关键作用。

从地质背景来看，Jatobá盆地是巴西东北部重要的断裂带区域，其构造演化与Pangea大陆裂解密切相关。研究团队认为，Jatobá盆地的形成始于白垩纪，这一时期的构造活动导致了盆地内的拉伸构造发育。而在随后的盆地反转阶段，压缩构造开始影响断层带的演化，使得原本处于拉伸状态的断层带发生了结构上的变化。这种构造演化模式在许多其他盆地中也有所体现，因此，Jatobá盆地的研究结果对于理解类似地质环境下的构造演化具有普遍意义。

研究团队还特别关注了断层带的古应力场变化，认为这些变化可能与盆地的构造演化阶段密切相关。在拉伸构造阶段，断层带的古应力场主要表现为拉伸应力，而在压缩构造阶段，断层带的古应力场则表现出压缩应力的特征。这种应力场的变化不仅影响了断层带的几何形态，还可能影响了断层带内的沉积模式和构造活动。因此，理解断层带的古应力场变化对于预测断层带的演化趋势和沉积特征具有重要意义。

在研究过程中，科学家们还发现，断层带的损伤区可能在不同构造阶段表现出不同的特征。例如，在拉伸构造阶段，损伤区的宽度和断裂密度可能较低，而在压缩构造阶段，这些特征可能显著增加。这种变化可能是由于构造应力场的变化所导致的，即在拉伸构造阶段，断层带的演化主要受到拉伸应力的控制，而在压缩构造阶段，断层带的演化则受到压缩应力的影响。因此，断层带的损伤区特征可能随着构造应力场的变化而发生改变，这种变化需要通过详细的地质调查和数据分析来确认。

本文的研究还揭示了断层带的演化与沉积中心分布之间的关系。研究团队发现，Jatobá盆地内的沉积中心主要位于Ibimirim断层的中央区域，这表明断层带的演化可能对沉积中心的形成和分布产生重要影响。此外，断层带的几何形态和结构特征也可能影响沉积物的搬运和沉积模式，从而对盆地的沉积演化产生深远影响。

从更广泛的角度来看，本文的研究不仅有助于理解Jatobá盆地的构造演化，还为研究其他类似地质环境下的断层带演化提供了重要的参考。特别是对于那些位于大陆内部、远离活跃板块边界的盆地，研究断层带的演化机制对于理解其构造历史和沉积演化具有重要意义。此外，研究团队还指出，断层带的演化可能受到多种因素的影响，包括构造应力场的变化、沉积环境的演化以及地壳运动的模式，这些因素的相互作用可能决定了断层带的最终形态和结构特征。

本文的研究方法和结论也为未来的构造地质研究提供了新的思路。首先，多学科数据的整合（如磁力、重力和结构数据）有助于更全面地理解断层带的演化过程。其次，研究团队在野外调查中采用的高精度方法（如对露头区域的详细测绘）为断层带的结构分析提供了可靠的数据支持。此外，通过古应力场的分析，研究者能够更准确地判断断层带的演化阶段和构造活动的模式，这对于预测断层带的未来演化趋势具有重要意义。

在研究过程中，科学家们还特别关注了断层带的非线性演化特征。他们发现，断层带的演化可能并不遵循简单的线性模式，而是受到多种构造应力的叠加和相互作用的影响。例如，在拉伸构造阶段，断层带的演化可能主要受到拉伸应力的控制，而在压缩构造阶段，断层带的演化则可能受到压缩应力的影响。这种非线性演化特征表明，断层带的形成和发展是一个复杂的过程，需要综合考虑多种构造因素的影响。

最后，本文的研究成果对于实际应用也具有重要意义。例如，在油气勘探和资源评估中，了解断层带的演化过程和结构特征可以帮助预测油气储层的分布和形成条件。此外，研究断层带的非线性演化特征还可能为地震灾害评估提供重要的地质依据，因为断层带的结构特征可能影响地震活动的模式和强度。因此，本文的研究不仅具有理论价值，还具有重要的实际应用意义。