扬子块体两侧造山带地壳推覆的地球物理证据及其地质意义

基于深部地球物理探测结果建立的青藏高原东缘-江南造山带的地壳结构,发现扬子块体在NW向受到来自青藏高原东缘物质的逆冲推覆,在SE向受到来自江南造山带物质的逆冲推覆.这些推覆作用控制了川西-江南雪峰造山带西部地壳构造.青藏高原向东挤出的物质,在龙门山断裂带附近遇到坚硬四川盆地的阻挡,以上、中地壳的向上逆冲推覆,下地壳插入到四川盆地之下和扬子块体内地壳的褶皱、缩短、增厚方式被吸收,形成熊坡、龙泉山构造带,造成浦江-成都-德阳断裂、龙泉山西坡断裂的NW向逆冲.这些结果回答了青藏高原东向挤出物质的去向问题.总之,扬子块体两侧受到造山带地壳逆冲推覆的发现,为研究华南地区的陆内造山机制,恢复构造演化历史和青藏高原侧向挤出的运动学过程开阔了视野.     

利用变形河流阶地限定帕米尔北缘木什背斜的缩短、隆升和侧向扩展

位于帕米尔前缘逆冲推覆体(Pamir Front Thrust,PFT)东端的木什滑脱背斜,是帕米尔弧形推覆构造带最前缘和最新的变形带。对地形横剖面、纵剖面和水系发育特征的分析表明,木什背斜总体上具有由西向东扩展生长的特征。在背斜核部及北翼发育数级开阔平坦的沿轴向展布的河流阶地,阶地可划分为4期。利用阶地堆积细颗粒石英光释光测年获得阶地面T2a、T3和T4的形成年龄分别为(15.8±2.40)ka、(55.1±10.3)ka、(131.4±23.9)ka。伴随背斜的生长扩展,河流阶地面发生了横向和纵向掀斜,并形成断层陡坎和褶皱陡坎。木什背斜晚第四纪的缩短和隆升主要是通过褶皱翼旋转机制进行的,估算其最小缩短速率为(1.6±0.3)mm/a,最小隆升速率为(1.9±0.3)mm/a。与此同时,沿轴向背斜发生了向东的侧向迁移和旋转。根据背斜垂直隆升与侧向扩展之间的关系,估算背斜在131～16ka期间向东的侧向迁移扩展速率较快,为 (14.6±3.6)mm/a; 自16ka至今,侧向迁移扩展速率迅速减小至(1.7±0.3)mm/a,背斜向东的迁移扩展可能已基本停止,而以侧向旋转为主。     

西南天山柯坪逆冲推覆构造带的地壳缩短分析

柯坪逆冲推覆构造带是西南天山山前晚新生代以来形成的活动逆断裂-褶皱带,由5~6排近平行的弧形褶皱带组成,出露地层为寒武系—第四系。背斜形态多为复式箱状背斜和不对称的斜歪背斜,分别与断层弯曲背斜和断层扩展背斜的几何形态一致。地震勘探资料显示,各褶皱带前缘活动逆断裂在深部归并于统一的、由寒武系中的石膏层组成的滑脱面。滑脱面深度具有南浅北深、东浅西深的特点,皮羌断裂西侧滑脱面深度约为9km,东侧滑脱面深度为5km。在柯坪逆冲推覆构造中部的皮羌断裂东西两侧各5km和8km的位置,以断层弯曲褶皱和断层扩展褶皱构造模型为指导,用线长平衡的方法完成了2条长度分别为78km和73km的平衡地质剖面,恢复到变形前的形态后计算出这2条剖面上的地壳缩短量分别为40km和45km,缩短率为33%和37%。由于对柯坪逆冲推覆构造开始形成时间的证据较少,所以要计算长期的缩短速率是比较困难的。对比天山南麓库车活动逆断裂-褶皱带的形成时代,以及柯坪逆冲推覆构造与印干断裂的关系,认为柯坪逆冲推覆构造形成于第四纪早期的西域砾岩沉积阶段,按距今2.5Ma计算,柯坪逆冲推覆构造的地壳缩短速率是15.4~17.3mm/a     

黄河阶地特征与地震动参数的相关性研究

在分析已有资料的基础上划分了兰州盆地与建设工程分布密切相关的T₀、T₁、T₂、T₃和T₄级黄河阶地,建立201个土层地震反应模型。通过一维等效线性化计算和反应谱分析,得出兰州盆地沉积阶地50年超越概率10%地表地震动参数,分析阶地高度和v_S≤500 m/s覆盖层厚度特征与地震动参数峰值加速度Am和加速度反应谱特征周期T_g的相关性。表明兰州盆地T₀~T₂阶地覆盖层厚度与50年超越概率10%A_m呈正相关,T₃及以上阶地覆盖层厚度对A_m增大有明显的减小作用。T_g值随T₀~T₃阶地覆盖层厚度的增加而变大,当覆盖层厚度进一步变大,T_g值不再同步增大,阶地覆盖层厚度对T_g的影响是有限的,阶地海拔高度与地表50年超越概率10%地震动参数没有关系。     

四川龙泉山断裂带变形特征及其活动性初步研究

文中通过野外调查和地震反射剖面研究,获取了龙泉山断裂带的变形特征。龙泉山断裂带主逆冲断层位于龙泉山背斜的西翼,具有明显的分段性特征,北段与南段断层面倾向NW,断续分布;中段断层面倾向SE,形成典型的断层传播褶皱,并且断层已经沿背斜前翼膝折带的轴突破,形成贯通的突破断层。因此,中段构成了龙泉山断裂的主体。地貌对断裂活动性的响应表明龙泉山断裂早更新世—晚更新世有过一定的活动,晚更新世以来活动速率较低,且活动性具有从南向北逐渐减弱的趋势     

白杨河阶地揭示的北祁连山西段晚第四纪构造变形

祁连山作为青藏高原东北缘的重要造山带,是高原向NE方向扩展的最前缘,逆冲和褶皱作用是青藏高原向N扩展的重要构造变形方式。白杨河发育于祁连山内部,向N汇入前陆区酒西盆地。因此,可以通过白杨河阶地研究祁连山北缘的变形特征。通过对白杨河阶地的详细调查与测量,得到如下认识:1)白杨河阶地具有流域分段性,在地形陡变带及盆地内白杨河背斜区发育多级阶地。以阶地级数来说,以牛头山为界,上游发育2—3级阶地,下游发育4—5级阶地。2)从白杨河阶地纵剖面获得昌马断裂的垂直活动速率为(0.32±0.09)mm/a,地壳缩短速率为(0.12±0.09)mm/a;旱峡-大黄沟断裂T5形成以来(约13ka)没有垂直活动;老君庙背斜区T5阶地(约9ka)褶皱变形隆升量为(6.55±0.5)m,缩短量为(3.47±0.5)m,隆升速率为(1.23±0.81)mm/a,缩短速率为(0.67±0.44)mm/a;白杨河背斜开始活动时期约为300kaBP,其170ka以来的平均隆升速率约(0.21±0.02)mm/a,缩短速率为(0.14±0.03)mm/a;3)北祁连山地区在响应青藏高原向N扩展的过程中表现出2种不同的变形特征:在祁连山内部以剪切变形为主,表现为块体侧向挤出;而在祁连山北缘地形陡变带和酒西盆地内部以挤压变形为主,表现为地壳缩短和隆起,并且盆地内构造缩短变形量占总变形量的50%左右。     

帕米尔北缘木什背斜第四纪滑脱褶皱作用与北翼逆断裂的生长

发育在帕米尔弧形推覆构造带最前缘的木什活动背斜是一南缓北陡的第四纪滑脱褶皱,背斜的最小地壳缩短量为0.7km,构造隆升幅度可达1.5km.木什背斜北翼逆断层由一系列坡向北的反向断层陡坎组成,不同断坎间垂直位移分布呈现此消彼长的特征,不论是整个北翼逆断层西段还是单条断坎,其垂直位移均呈东高西低的不对称分布,位移梯度东高西...     

西南天山-塔里木盆地结合带浅深构造关系 ——深地震反射剖面的初步揭露

盆山结合部的浅-深结构样式是进行陆内造山动力学研究与讨论的重要依据.2007年,在喀什东的天山与塔里木盆地之间的过渡带上,完成了一条近南北向的长度为121 km的主动源深地震反射剖面,显示出盆山结合部现今地壳尺度的构造格架.剖面南部呈现出10~12 km巨厚的沉积盖层,沉积盖层内发育滑脱断层;盆山结合部多排隆起构造以及天山山前上地壳显现出向北倾斜的断裂与地表地质观察吻合;盆山结合带展现出滑脱与逆冲推覆构造相关的断层褶皱;与塔里木盆地稳定沉积层相比,在南天山浅、中层地层受到强烈的变形改造,导致地层比较破碎,反射变弱、连续性较差;时间剖面上可以追踪到比较连续的Moho反射,从南向北有加深的趋势.深地震反射剖面揭露出的西南天山与塔里木盆地的这些浅-深构造,展现出塔里木盆地盖层向南天山滑脱与南天山向塔里木盆地逆冲推覆的特征,反映出陆内汇聚下的盆山耦合关系.     

汶川M_S8.0地震地表破裂带及其发震构造

震后应急野外考察表明,2008年5月12日汶川MS8.0地震在青藏高原东缘龙门山推覆构造带上同时使北川-映秀断裂和灌县-江油断裂两条倾向NW的叠瓦状逆断层发生地表破裂。其中,沿北川-映秀断裂展布的地表破裂带长约240km,以兼有右旋走滑分量的逆断层型破裂为主,最大垂直位移6.2m,最大右旋走滑位移4.9m;沿灌县-江油断裂连续展布的地表破裂带长约72km,最长可达90km,为典型的纯逆断层型地表破裂,最大垂直位移3.5m;另外,在上述两条地表破裂带西部还发育着1条NW向带有逆冲垂直分量、左旋走滑性质的小鱼洞地表破裂带,长约6km。这一地表破裂样式是近期发生的特大地震中结构最复杂的一次逆断层型地表破裂,地表破裂的长度也最长。利用已有的石油地震剖面,结合余震分布和地表破裂带特征等资料构建的三维发震构造模型表明,龙门山推覆构造带现今和第四纪时期以地壳缩短为主,斜滑逆冲型地震表明青藏高原中东部的水平运动在华南地块与巴颜喀拉地块之间的龙门山推覆构造带上转化为地壳的缩短和隆升     

新疆南天山库车坳陷晚第四纪以来地壳缩短速率的初步研究

库车坳陷是南天山中段新构造运动异常强烈的地区,发育4排近EW向展布的逆断裂-背斜带。通过野外实地考察及前人资料分析,认为该区晚第四纪以来的构造变形主要集中于喀桑托开逆断裂-背斜带、秋里塔格逆断裂-背斜带和最南缘的亚肯逆断裂-背斜带之上,而且不同构造带之间的变形方式存在较大差异。作者利用全站仪(total station)对上述构造带的变形地貌进行了精确测量,并结合年代学分析,得到喀桑托开逆断裂-背斜的地壳缩短速率为1·0~2·0mm/a,秋里塔格逆断裂-背斜带的地壳缩短速率为2·5~3·0mm/a,亚肯盲逆断裂-背斜的地壳缩短速率为1·5~2·0mm/a。晚第四纪以来,库车坳陷SN向总的地壳缩短速率不<5·0~7·0mm/a     

THE LATE QUATERNARY TECTONIC DEFORMATION REVEALED BY THE TERRACES ON THE BAIYANG RIVER IN THE NORTHERN QILIAN MOUNTAINS

The Qilian Mountains, as a major orogenic belt in the northeastern margin of the Tibetan plateau, is the forefront of the expansion of the plateau to the northeast, where thrusts and folds dominate tectonic deformation. The Baiyang River starts from the inner Qilian Mountains, flowing northward across various structures, and finally into the Jiuxi Basin. This work focused on exhaustive investigations to the terraces on this river to characterize the Late Quaternary tectonic deformation in this region. The results show that (1)these river terraces on the Baiyang River are segmented, of which multiple levels developed at steep terrains and anticlines in the basin. Bounded by the Niutou Mountains, mainly 2-3 and 4-5 levels of terraces formed in the upper and lower reaches, respectively. (2)The longitudinal profiles along the river suggest a vertical motion rate of the Changma fault as (0.32±0.09)mm/a and crustal shortening rate (0.12±0.09)mm/a. There was no vertical activity since the formation of T₅ surface (13ka)on the Hanxia-Dahuanggou fault. At the terrace T₅ (9ka)on the Laojunmiao anticline, fold uplift amounts (6.55±0.5)m and shortening amounts (3.47±0.5)m, yielding uplift and shortening rates (1.23±0.81)mm/a and (0.67±0.44)mm/a, respectively. The Baiyang River anticline began to be active about 300ka with uplift and shortening rates (0.21±0.02)mm/a and (0.14±0.03)mm/a, respectively since 170ka. (3)In the Qilian Mountains, there were two different deformation characteristics in response to the expansion of the Tibetan plateau. Shear deformation dominates the inner Qilian Mountains, which is manifested as lateral extrusion of blocks. In the northern margin of Qilian Mountains and Jiuxi Basin, the deformation is dominated by compression, expressing crustal shortening and uplift, and the shortening within the basin accounts about half of the total deformation.     

龙门山南段前陆区晚第四纪构造变形样式

龙门山中南段前陆区是青藏高原东缘唯一发育新生代薄皮构造与沉积盆地的地段,研究其最新构造变形样式有助于深入理解青藏高原向东扩展的构造机理.论文通过青衣江河流阶地测量与古青衣江洪积扇形态重建,研究了龙门山南段前陆区晚第四纪活动构造格局及其活动性,取得了如下认识：（1）青衣江河流阶地纵剖面显示,龙门山南段前陆地区晚第四纪变形主要为褶皱作用,总体地壳缩短速率为2.5~3.9 mm·a^-1,远大于山区冲断带0.48~0.77 mm·a^-1的地壳缩短速率,地壳缩短主要由前陆地区吸收;（2）青衣江古洪积扇错断变形显示,龙门山南段前陆区活动构造表现为北西—南东向地壳缩短与近东西向的地壳缩短的叠加作用,两者分别受控于巴颜喀拉块体南东向推挤作用与川滇块体向东推挤作用;（3）自中新世初川滇块体向南东挤出,四川盆地西南角起到分流青藏高原物质的作用,其西南侧物质通过鲜水河—小江断裂带的左旋错动向南东方向分流,其西北侧物质通过龙门山断裂带的右旋错动向北东方向分流,迎面受到了最大的推挤作用,进而向前陆扩展形成了薄皮褶皱构造带.     

焉耆盆地北缘和静逆断裂-褶皱带中晚第四纪变形速率

焉耆盆地为南天山内部的一个山间盆地,盆地北缘发育1排第四纪新生褶皱带,即和静逆断裂-褶皱带。中晚第四纪以来,由于和静逆断裂-褶皱带的持续活动使得在褶皱生长过程中形成的多期洪积地貌面发生反向掀斜变形。利用高精度差分GPS,对褶皱带中部哈尔莫敦背斜区内的多期变形地貌面的地形形态进行了测绘,判定背斜的生长主要以翼旋转为主。利用背斜北翼不同地貌面的反向掀斜角度,分别计算了不同期次地貌面的隆升和缩短变形量。结合原地宇宙成因核素深度剖面法和光释光测年法,对背斜区内的F4,F3b,F2洪积台地面和T1阶地面的形成年龄进行了测定,发现背斜在距今约550ka、428.3+57.6-47.2ka和354.3+34.2-34.8ka不同时段的平均隆升速率从0.31±0.24mm/a下降至0.15±0.02mm/a,同时背斜北翼的翼旋转速度也呈逐渐减小的趋势。但背斜自起始变形开始,缩短速率却大致保持恒定为约0.3mm/a。而这一恒定的缩短速率与现今横跨和静逆断裂-褶皱带所观测的GPS速率具有很好的一致性,说明在天山内部的哈尔莫敦背斜区,短尺度的GPS速率可以代表长尺度的地壳应变速率,同时反映出山体内部一系列断层和褶皱构造在吸收和调节整体变形量时也起到一定的作用。     

THRUST OF THE SOUTHERN LONGMENSHAN FAULT IN THE LATE QUATERNARY REVEALED BY RIVER LANDFORMS

The Longmenshan fault zone is divided into three sections from south to north in the geometric structure. The middle and northern segments are mainly composed of three thrust faults, where the deformation of foreland is weak. The geometric structure of the southern segment is more complex, which is composed of six fault branches, where the foreland tectonic deformation is very strong. The Wenchuan M_S8.0 earthquake occurred in the middle of the Longmenshan in 2008, activating the bifurcation of two branches, the Yingxiu-Beichuan and the Guixian-Jiangyou faults. In 2013, the Lushan M_S7.0 earthquake occurred in the southern Longmenshan, whose seismogenic structure was considered to be a blind fault. After the Lushan earthquake, the seismic hazard in the southern Longmenshan has been widely concerned. At present, the studies on active tectonics in the southern Longmenshan are limited to the Dachuan-Shuangshi and the Yanjing-Wulong faults. The Qingyi River, which flows across the southern Longmenshan, facilitates to study fault slip by the deformation of river terraces. Based on satellite imagery and high-resolution DEM analysis, we measured the fluvial terraces along the Qingyi river in detail. During the measurement, the Sichuan network GPS system (SCGNSS)was employed to achieve a precision of centimeter grade. Besides, the optical luminescence dating (OSL)method was employed to date the terraces' ages. And the late Quaternary activities of the six branch faults in the southern Longmen Shan were further analyzed. The Gengda-Longdong, Yanjing-Wulong and the Xiao Guanzi faults (west branch of the Dachuan-Shuangshi fault)all show thrust slip and displaced the terrace T₂. Their average vertical slip rates in the late Quaternary are 0.21-0.30mm/a, 0.12-0.21mm/a and 0.10-0.12mm/a, respectively. Since the Late Quaternary, vertical slip of the east branch of the Dachuan-Shuangshi fault was not obvious, and the arc-like Jintang tectonic belt was not active. Crustal shortening rate of the southern Longmenshan thrust fault zone in the late Quaternary is 0.48-0.77mm/a, which equals about half of the middle segment of the Longmenshan. Based on the previous study on the tectonic deformation of the foreland, we consider that the foreland fold belt in the southern Longmenshan area has absorbed more than half of the crustal shortening. The three major branch faults in the southern Longmenshan are active in the late Quaternary, which have risk of major earthquakes.     

2008年汶川地震中断坡-滑脱断层破裂: 龙门山挤压隆升的大地测量证据

青藏高原东缘龙门山构造隆升一直存在挤压造山模式和下地壳层流模式之争.下地壳层流模型认为,龙门山隆升与水平缩短关系不大,山前断层只是高原、盆地间差异性垂直运动的结果,高原之下无需挤压模式中的大规模水平滑脱层.本文利用近场密集的同震形变数据,约束汶川地震破裂几何特征及同震滑动分布.反演结果显示汶川地震撕裂龙门山中南段近水平滑脱层, 宽度达到60～80 km,释放能量约占总标量地震矩的12%,在16～21 km深度出现两三个滑动量高达6～7 m的破裂区.深部低角度破裂往上转为高角度逆冲,沿龙门山中央断裂以约55°倾角出露地表.汶川地震破裂的几何产状和滑移幅度表明龙门山冲断带发育大规模的近水平滑脱层,是青藏高原东缘地壳缩短增厚、龙门山挤压隆升的重要证据.     

LATE QUATERNARY CRUSTAL SHORTENING RATE OF THE BEILUNTAI FAULT IN SOUTHERN TIAN SHAN,XINJIANG

The Beiluntai Fault is a Holocene active fault. It is the boundary between southern Tian Shan and Tarim Basin. Since the late Quaternary, steady activities of the Beiluntai fault have resulted in offsets, folds, and uplift of pluvial terraces. We used the high-resolution RTK topographic surveys to reveal that the fault scarp morphology on the Akeaiken(Ak) segment and Zhuanchang(Zc) segment of the Beiluntai fault. We found that the crustal shortening of Ak and Zc segments are dominated by thrusting and folding-uplift, respectively. We employed th optically stimulated luminescence(OSL) dating method to develop a new chronology for the different pluvial terraces, indicating that they formed at 49.14~58.51, 27±3, 13.72~14.64, 7.13±0.88, (3.32±0.43) ka, respectively. These data permitted to estimate the crustal shortening rate(about 2.4mm/a) remains largely constant on the Ak segment, while the crustal shortening rate of Zc segment was 1.43~1.81mm/a since the Fan4 pluvial terraces was abandoned. Compared with the Ak segment, the crustal shortening rate of the Zc segment declined obviously. This shows that the NS-trending crustal shortening rate of the Beituntai fault decreased gradually from west to east. A comprehensive comparison of the reverse fault-fold belt system in the front of southern Tian Shan also indicates that the crustal shortening rate drops from west to east.     

青藏高原东缘龙门山逆冲构造深部电性结构特征

通过对汶川地震前观测的碌曲—若尔盖—北川—中江大地电磁剖面的数据处理和反演解释,揭示了沿剖面的松潘—甘孜地块、川西前陆盆地、龙门山构造带及秦岭构造带50 km深度的电性结构特征及相互关系,表明青藏高原东缘向东挤压,迫使向东流动的地壳物质沿高原东缘堆积,并向扬子陆块逆冲推覆.龙门山恰好位于松潘—甘孜地块与扬子陆块对挤部位,主要受松潘—甘孜地块壳内高导层滑脱和四川盆地基底高阻体阻挡的约束,地壳深部存在着西倾且连续展布的壳内低阻层,表明龙门山深部确实存在着逆冲推覆构造,其逆冲断裂系中的三条断裂不仅以不同的倾角向西北倾斜,并且向深部逐渐汇集,但茂县—汶川断裂可能在深部与北川—映秀断裂是分离的.龙门山两翼的四川盆地和松潘甘孜褶皱带的电性结构既具有明显差异性,又具有一定的相关性.四川盆地显示巨厚的低阻沉积盖层和连续稳定的高阻基底的二元电性结构,而松潘—甘孜地块则表现为反向二元结构,即上部大套高阻褶皱带,下部整体为低阻的变化带,龙门山逆冲构造带本身又表现为松潘地块逆冲上覆在四川盆地之上,构成上部高阻褶皱带、中部低阻逆冲断裂带和底部盆地高阻基底的三层电性结构.对比龙门山逆冲构造断裂带的西倾延伸上下盘两侧的两个反对称的二元电性结构,松潘区块深部推断的结晶基底与龙门山断裂带下盘推断的下伏盆地结晶基底又存在某种内在对应关系,推断可能存在一个西延至若尔盖地块的泛扬子陆块.因此,龙门山构造带地壳电性结构研究对于揭示青藏高原东缘陆内造山动力过程,探索汶川大地震的深部生成机理都具有重要意义.     

西南天山前缘乌拉根背斜南翼逆断层的发现及其地质意义

塔里木盆地新疆喀什以西部分是西南天山和帕米尔两大对冲构造系统的会聚带,关于两者变形前缘和分界的确切位置存在不同认识.在乌恰县以南的玛依卡克盆地南缘,清晰可见属于帕米尔构造带、向N或NNE逆冲的帕米尔前缘逆冲推覆体(PFT).最近野外调查在盆地北部发现了西南天山前缘的最新变形带:向南逆冲的乌拉根背斜南翼断层.断层总体近E...     

有限元数值模拟龙门山断裂带地震循环的地壳变形演化

现今地壳变形数据显示横跨龙门山断裂带的地壳缩短速率低于3 mm·a^-1,如此小的地壳缩短速率与龙门山断裂带附近的长期地质造山（平均高程约4.5 km）形成强烈对比.我们构建并使用了一个二维平面应变黏弹塑性有限元模型来模拟龙门山断裂带的地震循环位移变化,从而探讨了短期变形与长期变形之间的关系.模型模拟了地震循环的各个阶段（震间加载期、同震瞬间和震后黏性松弛调整期）以及多个地震循环（万年尺度）的地表变形,揭示了变形在地震循环中是如何累积、释放、调整以及最终形成永久变形导致了造山.模拟结果显示,岩石圈流变结构以及断层几何形态均对地震循环的地表位移变化有着显著的影响.经过多个地震循环,青藏高原东缘整体产生水平缩短与增厚抬升,而四川盆地基本保持稳定,区域的水平缩短主要由断层位错及青藏东缘的缩短抬升来调解,造成了青藏东部与川西盆地的差异抬升.研究结果将地震循环时间尺度的短期变形与长期地质造山联系起来,帮助我们理解青藏高原东部的隆升机制.