2022年1月8日青海门源MS 6.9地震地表破裂考察的初步结果及对冷龙岭断裂活动行为和区域强震危险性的启示

2022年1月8日青海门源M_S 6.9地震发生在青藏高原东北缘的祁连山断块内部,仪器震中位于海原活动断裂系西段的冷龙岭断裂带上,是该断裂系自1920年海原8.5级大地震后再次发生M>6.5的强震。考察结果的初步总结表明,此次门源地震产生了呈左阶斜列分布、总长度近23 km的南北两条破裂,在两者之间存在长约3.2 km、宽近2 km的地表破裂空区。南支破裂(F₁)出现在托来山断裂的东段,走向91°,长约2.4 km,以兼具向南逆冲的左旋走滑变形为主,最大走滑位移近0.4 m。北支主破裂(F₂)出现在冷龙岭断裂的西段,总长度近20 km,以左旋走滑变形为主,呈整体微凸向北东的弧形展布,包含了走向分别为102°、109°和118°的西、中、东三段,最大走滑位移出现在中段,为3.0±0.2 m。此外,在北支主破裂中—东段的北侧新发现一条累计长度约7.6 km、以右旋正断为主的北支次级破裂(F₃),累计最大走滑量约0.8 m,最大正断位移约1.5 m。综合分析认为,整个同震破裂以左旋走滑变形为主,具有双侧破裂特点,宏观震中位于北支主破裂的中段,其地表走滑位移很大可能与震源破裂深度浅有关,其中的右旋正断次级破裂可能是南侧主动盘向东运移过程中拖曳北侧块体发生差异运动所引起的特殊变形现象。印度与欧亚板块近南北向强烈碰撞挤压导致南祁连断块沿海原左旋走滑断裂系向东挤出,从而引发该断裂系中的托来山断裂与冷龙岭断裂同时发生破裂,成为导致此次强震的主要动力机制。在此大陆动力学背景下,以海原左旋走滑断裂系为主边界的祁连山断块及其周边的未来强震危险性需得到进一步重视。      

隐伏在青藏高原中部的东西走向断裂的航磁异常场特征及其意义

1998～2000年完成的青藏高原中西部航磁数据的综合分析结果显示,在青藏高原中部存在一个重要的隐伏断裂带（大致沿革吉北-改则南-错勤北-申扎北）。结合藏东位场分析结果,革吉北-改则南-错勤北-申扎北隐伏断裂可与嘉黎走滑断裂相连。沿该隐伏断裂发生的地震震源机制解显示,该断裂性质与嘉黎走滑断裂相同。因此,该隐伏断裂与位于藏东的嘉黎走滑断裂一起构成了位于高原中部的东西走向的巨型走滑断裂。这种推测得到了相关地质、地球物理证据和数值模拟结果的证实。此外,该巨型走滑断裂可能调节着青藏高原内部的应力分布,从而控制着高原内部的变形特征。     

大型走滑断裂对青藏高原地体构架的改造

青藏高原的大型走滑断裂有13条,已确定的大型韧性走滑断裂主要形成于3个时期:早古生代、印支期和新生代以来.印度/亚洲碰撞(60～50Ma)以来形成的大型韧性走滑构造位于青藏高原的南部,而且主要在喜马拉雅山链的东、西两侧,如西侧的喀喇昆仑和恰曼韧性右行走滑断裂,东侧的鲜水河-小江和哀牢山-红河韧性左行走滑断裂、崇山-澜沧江、嘉黎-高黎贡山和萨盖韧性右行走滑断裂等.主要的变形特征表现为早期具有地壳深部的韧性走滑剪切带性质,在后期抬升过程中,由韧性→韧脆性→脆性应变转化;而在青藏高原北部,表现为古韧性走滑剪切带的再活动,如阿尔金-康西瓦、东昆仑左行走滑断裂,以及新生的脆性断裂,如海源左行走滑断裂等.本文在青藏高原13条大型走滑断裂研究及综合研究的基础上,阐述不同时期的大型走滑断裂,以及它们在青藏高原地体拼合及碰撞造山中的作用,包括走滑断裂与走滑型褶皱造山、走滑断裂与挤压/转换型造山、走滑断裂与挤压盆-山体系、走滑断裂与地体相对位移和走滑断裂与地体的侧向挤出,以及走滑断裂与构造结的形成.     

滇西北程海—宾川断裂带第四纪分段活动性的构造地貌表现与限定

青藏高原东南部边缘的程海-宾川断裂带是一条正断与左旋走滑运动兼具的复合型活动断裂,起着调节青藏高原内部物质向东挤出的重要作用,并控制着区域的主要强震活动.基于GIS（Geographic Information System）技术,利用遥感影像和DEM（Digital Elevation Model）数据提取该区的关键构造地貌信息,对其第四纪分段活动性及特征进行了分析探讨.结果表明,程海-宾川断裂带的第四纪活动具有明显的分段性及空间差异性.其北段的金官-程海盆地主边界断层以正断层活动性质为主,并具有整个断裂带上最高的垂直活动速率;中段的期纳断裂以左旋走滑运动为主,且具有最高的走滑活动速率;南段宾川盆地东缘边界断裂也以正断层活动为主,但垂直活动速率略低于北段.总体上看,程海-宾川断裂带第四纪期间的垂直活动性由北往南降低,水平走滑活动性由中段往南北两端降低.在活动强度方面,程海-宾川断裂带百万年尺度的长期活动速率一直保持着较为稳定的状态,垂直活动速率主要集中在0.09~0.69 mm/a,水平走滑速率在0.20~1.40 mm/a.整体而言,程海-宾川断裂带中多数断裂的第四纪活动性以"中等"和"弱"为主.但历史地震活动表明,其不同段落上的未来强震活动趋势值得关注,尤其是历史强震活动相对空缺的中南段.      

活动断裂的变形特征及其大地震复发周期的估算

活动断裂是晚更新世10～12万年以来一直在活动.现在正在活动,未来一定时期内仍会发生活动的各类断裂.活动断裂控制着大地震的发生,是不同类型地震的发震构造.从活动断裂的变形特征来看,不同性质的活动断裂具有不同的发震构造模型,研究这些问题对认识强震的发震条件,划分潜在的震源区或地震危险区,评估发震构造和发震地点具有重要的意义.基于国内外对不同类型活动断裂的认识,结合近10年来在青藏高原地区对活动断裂的研究,总结了活动断裂的基本变形特征和对大地震复发周期估算的认识.研究表明.东昆仑断裂库塞湖段类似2001年Ms 8.1级大地震的强震复发周期为250～350年,阿尔金断裂康西瓦段类似Ms 7.4级大地震的强震复发周期为370～500年.而在青藏高原东缘的龙门山地区,类似2008年5月12日Ms 8.0级汶川大地震的强震复发周期为3000～6000年.这些结果可能暗示着走滑断裂大地震的复发周期远短于逆冲断裂大地震的长复发周期,这是值得高度重视和深入研究的新课题.     

2017年九寨沟Ms7.0地震揭示青藏高原东缘岷山地区一条新的左旋走滑断裂

2017年8月8日,青藏高原东缘川西九寨沟地区发生Ms7.0地震。基于震源机制解和余震分布特征,结合历史地震和区域新构造分析,揭示了一条新的左旋走滑断裂:九寨沟-虎牙断裂,该断裂斜切岷山隆起,呈弧形展布,北接塔藏罗叉断裂,南连虎牙断裂,是东昆仑左旋走滑断裂的最新东延。新构造研究结果表明,第四纪以来,青藏高原东部巴颜喀拉地块向东挤出,在其东缘岷山地区边界运动学性质发生了明显的转换:早-中更新世之交的昆黄运动时期（1.0~0.6Ma）,向东挤出运动主要转换为地壳缩短变形和块体隆升,沿岷山隆起东西两侧发生逆冲断裂作用;而自晚更新世晚期以来（ca 120 ka）,地块向东挤出伴随着块体顺时针旋转,构造变形以左旋走滑活动为主,主要集中在塔藏-九寨沟-虎牙断裂带。新构造运动性质的转换使得一些早期强烈活动的断裂,如岷江断裂、漳扎断裂等,其现今活动性明显减弱,而新的左旋走滑断裂正在孕育诞生。这一活动断裂演化图像的新认识为本地区未来强震评估和预测提供了新的视角。     

2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震发震构造浅析

2017年8月8日21时19分,四川阿坝州九寨沟县发生7.0级地震,震中位于巴颜喀拉块体东边界虎牙断裂和东昆仑断裂带东段塔藏断裂交汇区域,地震构造背景较为复杂。地震导致了房屋和道路破坏、滑坡崩塌。根据高分辨率卫星影像解译、阶地坎变形的测量和测年数据得到：塔藏断裂东段晚第四纪以来以左旋走滑为主,兼逆分量,水平滑动速率为2.7~4.1 mm/yr,垂直滑动速率为0.56~0.6 mm/yr。结合此次地震的主余震分布、主震震源机制解等综合结果,初步建立了三维发震构造模型,分析认为此次地震属于走滑型地震,主破裂倾角57°~77°,发震断层可能是塔藏断裂的一条分支,是青藏高原块体向东推挤的一次地震事件。基于历史地震、活动断裂和形变观测方面的研究,巴颜喀拉块体具备显著的强震构造背景,对于该块体边界带周缘的强震活动和变形需要继续关注。     

阿尔金断裂新生代大规模走滑起始时间的厘定

至今仍在活动的阿尔金左旋走滑断裂构成了青藏高原地质意义上的北界,是世界上规模最大、也是最重要的巨型断裂之一,其新生代的快速走滑是吸收印藏碰撞变形的重要途径.对其新生代大规模走滑的起始时间目前尚无一个统一认识,主要受其本身复杂性的限制,也很难找到一个确切的直接证据来限定其走滑时间.本文从阿尔金断裂走滑作用相关的一系列地质现象入手,从多个角度综合阐述这一科学问题,包括柴达木盆地西缘的物源变化、塔里木盆地东南缘走滑挤压挠曲盆地的形成、青藏高原北缘上地壳强烈的NE-SW向缩短变形、走滑相关盆地的形成以及与走滑断裂相伴生的线性隆起形成等等.结果表明与阿尔金断裂左旋走滑相关的地质现象大量出现在中中新世以后,约束得出阿尔金断裂新生代大规模的走滑始于约15±2Ma.此外还分析了本文结果所得出的阿尔金断裂新生代长期滑移速率与实测第四纪滑移速率相互矛盾的原因,并讨论了阿尔金断裂左旋走滑与阿尔金山的隆升以及青藏高原东北缘在中中新世的构造应力转换之间的关系.     

“V”型共轭走滑断裂：特征、形成机制及其对青藏高原东南缘晚新生代变形的启示

“V”型共轭走滑断裂是指共轭角为钝角的共轭走滑断裂,其“V”型开口方向为锐角且指示最大拉伸方向.前人开展了大量关于“V”型共轭走滑断裂发育背景及动力学机制的研究,但是目前未有针对“V”型共轭断裂几何学、运动学有关的综述.归纳已有“V”型共轭走滑断裂的几何学、运动学特征,总结现存的“V”型共轭走滑断裂的动力学机制,并选取青藏高原东南缘“V”型共轭走滑断裂,进行实例分析.分布于美国西部、欧亚板块中西部和西藏中部的“V”型共轭走滑断裂特征揭示共轭角大小与断裂滑动速率及断裂长度均呈负相关关系.“V”型共轭走滑断裂的成因主要有：（1）断裂剪切面的后期旋转,（2）断裂形成于先存构造薄弱带,（3）断裂遵循对偶一般剪切模型,（4）断裂遵守最大有效力矩法则.基于地球物理数据、地形高差对比以及几何特征的分析,认为青藏高原东南缘川滇块体内部的巴塘-理塘共轭走滑断裂和得荣-乡城共轭走滑断裂的成因机制符合对偶一般剪切模型中的重力扩展,这为理解青藏高原东南缘下地壳连续变形的动力学机制提供了重要启示.     

华北平原历史强震构造特征剖析

本文从地表地震断层、全新世断裂活动及区域构造讨论了华北平原近300年6次强震的构造特征.研究结果表明,这6次强震均有相应的地表地震断层出现,并与它们各自极震区等震线长轴方向一致.北西向地表地震断层为左旋走滑,北东向地表地震断层为右旋走滑.这些地区存在全新世活动断裂及古地震现象表明这些强震不是当地的首次强震破裂,华北平原强震存在原地重复现象.区域地震构造分析结果表明,强震地点与华北平原内第三纪断陷盆地的关系并不明显,而全新世活动断裂与华北平原周边构造的交叉部位则是近代强震活跃地区,也是值得注意的未来强震危险地点.     

丽江-小金河断裂盐源段断裂带规模、断裂带结构及其历史活动性

2008年汶川地震促使人们思考青藏高原东南缘走向和规模与龙门山断裂带相近的丽江- 小金河断裂的活动历史,但受限于地质条件制约断裂尤其是其北段相关研究极其薄弱。基岩断裂带的物质组成与结构特征是断层长期活动的产物,蕴含丰富的历史活动信息。本文以丽江- 小金河断裂盐源段多个天然剖面为研究对象,通过详细的断裂带宏观结构调查、断层岩显微构造及XRD分析发现：① 断层破碎带以一套厚度>20 m的破裂面密集带为特征,优势破裂面走向为NE20°~30°,推测为丽江- 小金河断裂长期活动形成的张剪性破裂;② 断层带核部以断层角砾岩和断层泥为主,灰岩角砾岩黏土矿物含量~2%,以伊利石和伊蒙混层为主,粉砂岩断层泥黏土矿物含量~52%,以坡缕石和绿泥石为主,石英含量36%,缺失长石类矿物。断裂带宏观结构和断层岩微观结构特征均表现为角砾呈棱角状,砾径差异极大且呈零散状分布,符合快速滑动特征,指示断层滑移方式为黏滑。此外,核部断层岩带统计厚5~8 m,这一规模相对于龙门山映秀- 北川断裂带核部180~280 m和安县- 灌县断裂带核部40~50 m显著偏小,表明前者自形成以来的活动性远低于后者,两者的地震行为并不能简单类比。结合断裂在宏观结构特征、断层岩成分与种类以及所反映的滑动方式与隆升剥蚀量的差异,认为丽江- 小金河断裂更可能是鲜水河断裂切断锦屏山- 龙门山构造带之后形成的,晚新生代与龙门山断裂带具有不同的活动历史。     

河北东北部兴隆煤田区逆冲构造的特征及其区域构造意义

兴隆煤田及邻区的逆冲构造系基底卷入变形的厚皮逆冲构造,并具有典型的断坪-断坡式几何学结构.断层上盘逆冲方向指向NNW,沿着主干逆冲断层发生的倾向位移量约为13.1 km,逆冲断层及相关褶皱变形所造成的局部表层地壳缩短率约32.3%.对兴隆逆冲构造的几何学结构、运动学性质及其地层效应的分析表明,在申家胡同到黄土梁近东西向一线以南的区域,寻找到因逆冲断层作用导致的隐伏煤田的可能性是极小的.主干逆冲断层上、下盘地层大面积陡立乃至倒转的特征,更容易用断展褶皱,尤其是三角形剪切断展褶皱模型做出合理解释.该逆冲构造主要逆冲断层的上、下盘盖层岩系不整合于基底结晶变质岩系之上,地层序列发育完整而且可以一一对应,不存在沿着相对软弱层发育的大规模逆冲断层之断坪,因此,将该逆冲构造作为区域上承德逆冲构造的根带是不合适的.     

Principal fault zone width and permeability of the active Neodani fault, Nobi fault system, Southwest Japan

The internal structure and permeability of the Neodani fault, which was last activated at the time of the 1891 Nobi earthquake (M8.0), were examined through field survey and experiments. A new exposure of the fault at a road construction site reveals a highly localized feature of the past fault deformation within a narrow fault core zone. The fault of the area consists of three zone units towards the fault core: (a) protolith rocks; (b) 15 to 30 m of fault breccia, and (c) 200 mm green to black fault gouge. Within the fault breccia zone, cataclastic foliation oblique to the fault has developed in a fine-grained 2-m-wide zone adjacent to the fault. Foliation is defined by subparallel alignment of intact lozenge shaped clasts, or by elongated aggregates of fine-grained chert fragments. The mean angle of 20°, between the foliation and the fault plane suggests that the foliated breccia accommodated a shear strain of γ<5 assuming simple shear for the rotation of the cataclastic foliation. Previous trench surveys have revealed that the fault has undergone at least 70 m of fault displacement within the last 20,000 years in this locality. The observed fault geometry suggests that past fault displacements have been localized into the 200-mm-wide gouge zone. Gas permeability analysis of the gouges gives low values of the order of 10⁻²⁰ m². Water permeability as low as 10⁻²⁰ m² is therefore expected for the fault gouge zone, which is two orders of magnitude lower than the critical permeability suggested for a fault to cause thermal pressurization during a fault slip.     

西藏日喀则拉堆—乃东断裂带断层泥石英微形貌特征及其年代学意义

为推断西藏日喀则拉堆—乃东断裂带(LNF)的断层活动年代及活动性,在野外调查的基础上,对该断裂带上采集的2件断层泥样品中的石英进行了扫描电镜(SEM)下微形貌观察,并将石英表面形貌出现频率绘制成统计直方图。结果显示,拉堆—乃东断裂带第四纪以来具有明显的活动性;且石英微形貌大量出现贝壳状结构、次贝壳状结构和桔皮状结构的组合类型,推断该断裂带自中更新世进入活动高峰期,全新世以来仍在活动。     

浙江杭州地区孝丰—三门湾断裂晚第四纪活动性研究

北西走向的孝丰—三门湾断裂是浙北地区一条重要的断裂。该断裂第四纪以来表现为左旋走滑,并水平断错了北东走向的萧山—球川断裂和东西走向的昌化—普陀断裂。这三条断裂交汇于杭州地区并造成了钱塘江的拐弯。在孝丰—三门湾断裂与北东走向断裂的交汇处曾有多次地震发生。通过在孝丰—三门湾断裂（杭州段）上布设的4 个探槽,发现该断裂附近存在一系列近于东西走向及北东走向的晚更新世活动断裂。这些断层活动可能是由孝丰—三门湾主干断裂的活动引起的,并调节着孝丰—三门湾主干断裂的活动,减弱断裂附近应力,降低区域地震危害性。采用了光释光（OSL）测年方法来限定断层活动时代,并采用孢粉测年对OSL 年龄进行验证。依据OSL 年龄,探槽所揭露的断层活动均发生距今1.65 万年之前,存在两次断层活动,分别发生于1.65~1.97 万年和4.2~5.12 万年。孝丰—三门湾断裂在晚更新世有所活动的认识对于杭州地区乃至整个浙北地区未来的地震危险性评价具有重要的意义。     

滇西北弥渡地区主要断裂晚新生代发育特征及其动力学机制

弥渡地区位于滇西北断陷带东南缘,红河断裂带尾端与程海断裂交汇部位,是揭示滇西北断陷带形成机制及其与红河断裂带间运动学关系的关键区域。综合利用遥感解译及野外调查发现,区内主要发育有北东向的毛栗坡断裂,北西—北北西向的凤仪-定西岭断裂、弥渡断裂、密祉断裂、寅街断裂。对断裂错动地质、地貌体及擦痕的统计分析结果表明,毛栗坡断裂第四纪以左旋走滑活动为主兼具有正断分量;弧形的弥渡断裂及北西向的寅街断裂第四纪期间均以正断活动为主;上新世期间凤仪-定西岭断裂以右旋走滑为主,密祉断裂主要为伸展正断,二者第四纪期间均无明显活动。据弥渡地区主要断裂的几何形态、运动学特征及红河断裂带晚新生代活动性变化过程推测,控制弥渡盆地展布的弥渡断裂、寅街断裂等主要第四纪活动断裂是在继承和改造红河断裂带原有断层行迹的基础上形成的。上新世或更早,弥渡地区及滇西北断陷带的断裂活动与地壳张扭变形可能与红河断裂带尾端伸展变形作用有关,但第四纪期间,程海断裂基本上完全控制了弥渡地区主要活动断裂的发育,这一时期区内张扭变形的动力可能来自于川滇内弧带的顺时针旋转以及周缘南汀河断裂、畹町断裂与理塘断裂等左旋走滑断裂引起的区域性走滑拉分的共同作用。      

华熊地块马超营断裂走滑特征及演化

对华熊地块南部的马超营断裂带的几何样式、组成特征及其变形特点等研究结果表明,马超营断裂带经历了韧性变形和脆性变形期。韧性变形分布于该断裂带的南侧,并发生了绿片岩相的动力变质作用,其中的S-C组构特征所指示的运动方向在其南北两侧,分别为向南和向北逆冲,呈现正花状特点,反映了该断裂带具有走滑逆冲性质的断裂。韧性变形主要发生于前印支期。燕山期,全面陆-陆碰撞期间其主要表现为脆性变形特征。脆性变形主要发育于其北侧,北东向的康山-七里坪断裂、红庄-陶村断裂是其次一级的派生断裂。通过对北东向断裂运动方向和前人的成果分析,以及这些构造的平面分布样式对比认为该断裂为一条左行走滑特征的断裂带。在此基础上,结合区域动力学背景,进而讨论了它的演化特征。     

岷山隆起边界断裂构造活动初步研究

岷山隆起西以岷江断裂为界,东为虎牙断裂。该地区构造活动强烈,地震活动频繁,是重要活动区。岷山隆起是岷江断裂和虎牙断裂由西向东的推覆逆掩运动差异运动导致的。GPS及地质研究表明岷江断裂、虎牙断裂现今仍在活动。岷江断裂为左右旋走滑断裂,运动速度大于2mm／a;虎牙断裂整体速度2．55mm／a,断裂性质为右旋走滑断裂,而震源机制解为左旋走滑断裂。这一结果,可能与GPS观测时段、位置及断裂面结构、几何特征有关。     

Distribution, migration and derivation of Mesozoic-Cenozoic regional fault systems in the central continental margin of eastern China

Deep-large faults in the central continental margin of eastern China are well developed. Based on the regularity of spatial and temporal distribution of the faults, four fault systems were divided: the Yanshan orogenic belt fault system, the Qinling-Dabie-Sulu orogenic belt fault system, the Tanlu fault system and the East China Sea shelf basin-Okinawa trough fault system. The four fault systems exhibit different migration behaviors. The Yanshan orogenic belt fault system deflected from an EW to a NE direction, then to a NNE direction during the Indo-Chinese epoch-Yanshanian epoch. The thrust-nappe strength of the Qinling-Dabie orogenic belt fault system showed the tendency that the strength was greater in the south and east, but weaker in the north and west. This fault system faulted in the east and folded in the west from the Indo-Chinese epoch to the early Yanshanian epoch. At the same time, the faults also had a diachronous migration from east to west from the Indo-Chinese epoch to the early Yanshanian epoch. On the contrary, the thrust-nappe strength was greater in the north and west, weaker in the south and east during the late Yanshanian epoch-early Himalayan epoch. The Tanlu fault system caused the basin to migrate from west to east and south to north. The migration regularity of the East China Sea shelf basin-Okinawa trough fault system shows that the formation age became younger in the west. The four fault systems and their migration regularities were respectively the results of four different geodynamic backgrounds. The Yanshan orogenic belt fault system derived from the intracontinental orogeny. The Qinling-Dabie-Sulu orogenic belt fault system derived from the collision of plates and intracontinental subduction. The Tanlu fault system derived from the strike-slip movement and the East China Sea shelf basin-Okinawa trough fault system derived from plate subduction and retreat of the subduction belt. Translated from Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2005, 35(5): 554–563 [译自: 吉林大学学报 (地球科学版)]