华北地区的构造活动长期以来是地质学家关注的重点。近期，中国地震局地震预测研究所地震预测重点实验室“中国地震局地震地球化学”创新团队连续3篇发表在《Chemical Geology》上的论文，通过多学科手段相结合的思路，对区域内的流体地球化学特征进行了详细调查，揭示了华北地区复杂的构造活动和流体运移之间的关系。

华北克拉通的流体地球化学特征与区域构造框架的关系

陈志等（2022）研究了华北克拉通内主要活动断裂带的气体释放特征与区域构造框架的关系。研究结果表明，在青藏高原东北缘和张渤构造带中，土壤气Rn和CO₂的释放量和温泉逸出气中的壳源或幔源贡献明显高于区域其他构造带。结合剪切应变率场、GPS水平速度场和S波速度成像的结果进行综合分析发现，这两个区域的构造活动强烈，在地下可能广泛存在新生裂缝的发育，张渤构造带地下20-40 km可能存在幔源流体，青藏高原东北缘地下可能存在壳源流体，其前沿可能达到了六盘山断裂。

图1 青藏高原东北缘（a）和张渤构造带（b）流体运移模型

青藏高原与鄂尔多斯块体之间汇聚边界的确定

李营等（2023）对青藏高原与鄂尔多斯块体之间汇聚区的气体地球化学特征、大地热流和地震层析成像进行了研究，旨在确定块体之间的汇聚边界，并研究青藏高原的挤压作用对深源气体的释放的影响。结果表明：地壳的裂隙密度（ε）、流体饱和率（ξ）和泊松比（σ）较高的地区出现强烈的气体释放；六盘山地区存在较高的土壤气Rn和CO₂释放、较高的大地热流分布、以及较高的ε、ξ和σ，表明六盘山断裂带附近可能是青藏高原和鄂尔多斯地块之间的汇聚边界，区域内强烈构造变形可能促进了深源气体的释放。

图2 青藏高原与鄂尔多斯块体汇聚区流体运移模型

青藏高原块体隆升对区域流体运移的控制

刘兆飞等（2024）结合土壤气（Rn和CO₂）密集观测、温泉脱气特征、以及地震成像结果对青藏高原东北缘弧形构造带气体释放的成因机理进行了研究。结果表明，弧形构造带南部的收敛区中Rn和CO2的释放比北部的分散区更为强烈，并且青藏高原上地壳的隆升（可达4 mm·a^-1）在控制土壤气体空间分布方面起着至关重要的作用。上地壳中裂隙密度（ε）、流体饱和率（ξ）和泊松比（σ）较高的区域显示出更强烈的气体释放，如海原M_S 8.5地震的震中地区。此外，初步估算了弧形构造带的CO₂年释放量，约为1.10 Mt·yr^-1。

图3 青藏高原东北缘弧形构造带Rn和CO₂释放模型

这些研究通过结合流体地球化学、剪切应变率场、GPS水平速度场、S波速度成像和地震成像等多学科方法，揭示了华北地区构造活动对流体运移的控制。这些发现不仅为华北地区的地震预测和深-浅流体耦合机理提供了新的见解，还为理解青藏高原与华北克拉通之间的相互作用机制提供了重要线索。

上述研究成果均发表在国际地学期刊《Chemical Geology》。该期刊是《Elsevier》出版社1966年推出的半月刊，致力于发表有关同位素和元素地球化学、地质年代学和宇宙化学的原创研究论文，以及具有重大研究进展的创新论文。该期刊被列为中国科学院SCI期刊分区中的2区，属于TOP期刊，年发文量为300-500篇，2021-2022年影响因子为4.685。

论文信息：

[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. 

原文链接: 

[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：刘兆飞

审稿人：周晓成