武汉地调中心在叠锥构造成因研究领域取得重要进展

近日，中国地质调查局武汉地质调查中心（中南地质科技创新中心）曾雄伟高级工程师团队在国际地学顶级期刊 《GSA Bulletin》 （美国地质学会会刊）上发表重要研究成果，首次从沉积地层学角度揭示了叠锥构造（cone-in-cone structures，CIC）与古地震活动的直接成因联系。该研究为这一延续两个多世纪的地质学难题提供了全新解释，也为古地震事件的识别提供了新的沉积学标志。

叠锥构造是一类发育于页岩、泥灰岩等低渗透性沉积岩中的特殊构造，由一系列彼此套叠的锥状纤维矿物集合体组成，在野外剖面中极为醒目。自18世纪末首次被描述以来，其成因一直是国际地学界争议的焦点。围绕叠锥究竟形成于沉积物未固结时的早期成岩阶段、还是岩石固结后的构造改造阶段，先后有生物作用、化学沉淀、晶体生长力、流体超压及构造剪切等多种假说，但始终缺乏统一的认识。

武汉地调中心研究团队将目光投向摩洛哥东部小阿特拉斯山（Anti-Atlas）地区。该区位于西非克拉通北缘，保存了完整的寒武纪—石炭纪古生代沉积序列，古生代期间经历了多期伸展活动并伴随多阶段基性—碱性岩浆作用，是研究盆地构造—沉积—火山相互作用的理想场所。团队在该区中奥陶统和下泥盆统地层中发现了与同期玄武岩、凝灰岩直接伴生的硅质和钙质两类叠锥构造，并通过系统的野外调查和显微结构分析，取得了三项关键认识：

一是发现了叠锥与火山活动直接伴生的地层证据。研究区中奥陶统Tachilla组硅质叠锥的赋存层位，向西约500米处出露一套约8米厚的同期层状玄武岩；下泥盆统Lochkovian页岩中的钙质叠锥，则与区域火山碎屑凝灰岩呈相互穿插关系。这是国际上首次报道的叠锥构造与同期火山岩直接伴生的地层学证据。

二是揭示了叠锥与地震诱发砂火山、泥火山的形态相似性。叠锥在平面上常呈现圆形—椭圆形边界和中央凹陷，在纵向上则表现为漏斗状流体通道结构，与地震液化实验中形成的砂火山和泥火山具有高度可比的“喷口—通道”几何形态。

三是确认了叠锥内部保留的流体逃逸显微记录。硅质叠锥中发育多组同心环带和中央凹陷，钙质叠锥的同心环带间则夹有富黏土薄层，两者分别记录了流体快速排泄后的塌陷以及流体裹挟围岩物质的过程，为地震触发的沉积物液化与流体逃逸提供了直接的显微岩石学证据。

基于上述发现，研究团队提出了叠锥形成的四阶段“火山—地震—沉积”成因模型：富水软沉积物在上覆低渗透地层条件下积聚孔隙压力（阶段一）；火山活动伴生的地震震动引发沉积物液化（阶段二）；液化沉积物与孔隙流体沿局部通道快速逃逸（阶段三）；流体条件变化后纤维状矿物沿通道结晶形成叠锥（阶段四）。

这一模型将过去分别从晶体生长、流体超压和地震液化等角度解释的现象统一到一个完整的形成过程中，揭示了叠锥并非单一过程的结果，而是火山活动、地震扰动、沉积物液化和矿物结晶共同作用的产物。该研究同时指出，叠锥多发育于细粒低渗透地层，而此类地层中传统的砂脉、液化脉等震积构造往往不易保存，因此叠锥有望成为识别细粒沉积序列中古地震事件的一种新的补充标志。

该研究成果发表于 《GSA Bulletin》 (Geological Society of America Bulletin)，论文题目为 Paleoseismic origin of cone-in-cone structures: Evidence from volcanic-associated strata in the Anti-Atlas, Morocco。武汉地质调查中心曾雄伟高级工程师为论文第一作者兼通讯作者，中国地质大学（武汉）余文超教授、河南理工大学张立军教授、中国-非洲地学合作中心Noura Lkebir博士等参与了合作研究。研究得到了中国地质调查局项目（DD202402021）、国家自然科学基金（U2444201、42472037、42172038）以及商务部援外项目（202107）的联合资助。

此次研究成果是武汉地调中心在沉积地质与盆地动力学研究领域取得的又一重要进展，体现了中心在基础地质研究与国际合作方面的持续创新能力。