龙门山断裂带隆起造山独特性探讨

龙门山断裂带位于四川盆地西缘;青藏高原东部;为四川盆地与松潘-甘孜地块的接触构造边界。龙门山地区海拔从东侧100 km外四川盆地的500 m突升至3 000 m高度;明显地标注了青藏高原的东部边界;其隆升机制也引起了国内外地质工作者的广泛兴趣;并且提出了多种隆升机制模型。在本次研究中;我们利用SinoProbe-02深反射地震剖面数据对龙门山地区的隆升机制进行研究;从而进一步探讨龙门山地区隆起造山的独特性;并讨论其与传统意义中的造山带的区别;认为龙门山断裂造山带为板块内部构造活动引起岩石圈隆起所形成的。本文的研究结果将使我们更深刻地了解龙门山地区的构造活动特点;并且有助于了解青藏高原东缘对印度-欧亚板块碰撞的构造响应。     

汶川Ms8.0地震后龙门山断裂带地壳应力场及其构造意义

2008年5月12日在青藏高原东缘龙门山断裂带中段发生汶川8.0级特大地震。大震发生时释放应力并对震源区及外围构造应力场产生影响,受汶川地震断层破裂方式和强度空间差异性的影响,震后龙门山断裂带地壳应力场也应表现差异特征,至今鲜有针对该科学问题深入的分析和讨论。经过系统收集、梳理汶川地震后沿龙门山断裂带水压致裂地应力测量数据与2008年汶川地震中强余震序列震源机制解资料,对汶川地震后龙门山断裂带中上地壳构造应力场进行厘定,通过与震前构造应力场对比,深入探讨了汶川8.0级地震对龙门山断裂带地壳应力场的影响,进而对汶川震后应力调整过程及青藏高原东缘龙门山地区深部构造变形模式进行研究,研究结果表明:受汶川8.0级地震的影响,震后龙门山断裂带地壳构造应力场空间分布具有差异性,近地表至上地壳15 km深度范围,映秀—青川段最大主应力方向为北西西向、地应力状态为逆走滑型,青川东北部最大主应力方向偏转至北东东向、应力状态转变为走滑型;15~25km深度范围,龙门山断裂带最大主应力方向仍为北西—北西西向、应力状态以逆冲型为主。汶川8.0级地震后,龙门山断裂带中地壳北西西向逆冲挤压的构造应力特征进一步支持了青藏高原东缘龙门山地区东西两侧刚性块体碰撞挤压、逆冲推覆的动力学模式。     

龙门山构造带晚新生代剥蚀作用与均衡隆升的地表过程研究

基于SRTM DEM数据,以青藏高原东缘龙门山地区为研究区域,本文通过条带状剖面分析、古地形面(残余面)恢复以及弹性挠曲模拟等研究手段,计算了青藏高原东缘龙门山地区晚新生代地壳均衡隆升与地表剥蚀之间的定量关系,探讨了龙门山地区表面剥蚀作用与均衡隆升作用之间的地表响应过程,从而为研究青藏高原东缘龙门山地区晚新生代以来的剥蚀—成山作用的隆升机制提供定量依据。研究表明:(1)晚新生代以来龙门山的地表剥蚀量为(0.74～1.14)×105km3;(2)大量的地表剥蚀作用驱动了青藏高原东缘龙门山的地壳均衡反弹,使龙门山隆升了近2 km;(3)龙门山地区地表剥蚀量和均衡隆升量具有空间匹配性,岷山断块及龙门山中、南段的均衡隆升量高于青藏高原东缘其它区域,反映了晚新生代以来龙门山地区在不同分段内差异化的构造地貌形态及与剥蚀—隆升相关的地表过程。(4)龙门山的隆升是多期、多种隆升机制叠加的产物,其隆升过程具有历史性和复合性。均衡隆升和剥蚀作用在相似的时间尺度上和空间尺度上控制着龙门山地貌的形成,约束了青藏高原东缘龙门山的隆升机制。     

青藏高原东缘龙门山山系构造隆起的地貌表现

龙门山山系是青藏高原东缘新生代造山作用的体现,是理解青藏高原向东扩展动力学过程的窗口.龙门山隆升机制研究因而成为青藏高原地学领域的热点问题之一,并形成了地壳缩短与下地壳管道流两种截然不同的观点,进一步的讨论期待着对龙门山隆升特征作出更深入地认识.夷平面与河流地貌忠实地记录了山地隆升的过程,其形态能够客观地反映山地隆升的几何特征.文章通过数字高程资料分析了龙门山地区的第三纪夷平面,并沿横穿龙门山的大渡河流域测量了河流阶地、山麓剥蚀面及其同期宽谷地貌.夷平面、宽谷地貌与河流阶地的变形特征显示,晚新生代以来,龙门山山系一方面相对东侧四川盆地发生显著的冲断式隆升,隆起幅度达4500m左右;同时相对青藏高原腹地发生了一定的挠曲式隆升,挠曲的枢纽大致沿龙日坝断裂带展布,隆起幅度为500m至1000m,即龙门山山系的构造隆升由东翼的冲断作用与西翼的挠曲作用联合完成,龙门山山系因而构成了青藏高原与四川盆地之间的一道地形屏障.文章最后讨论了导致龙门山山系拱曲冲断作用的可能因素,包括上地壳的断弯褶皱作用、下地壳物质上涌作用和地表侵蚀导致的重力均衡效应.鉴于沿龙门山隆升带东西两翼发现了纵向逆冲断裂或逆走滑断裂,而没有发现纵向张性构造,推断断弯褶皱可能为主导因素.     

青藏高原东缘地壳上地幔结构及其动力学意义

本文综述了我们在青藏高原东缘实施的垂直切过龙门山断裂带宽频带地震探测的研究成果,揭示了研究区复杂的地壳上地幔结构,结果表明松潘-甘孜地块与四川盆地西缘莫霍面深度为58 km与40 km±,在龙门山断裂带下方存在约15 km的莫霍面错断; 松潘-甘孜与龙门山断裂带域地壳纵横波速度比Vp/Vs比值远大于173,预示着粘性下地壳流或基性/超基性物质的存在。探讨了研究区强烈的盆山之间以及深部不同层圈之间的相互作用,推断四川盆地对青藏高原东缘软流圈驱动的物质东向逃逸阻挡作用可能深达整个上地幔。     

青藏高原东缘新构造及其对汶川地震的控制作用

基于卫星遥感图像解译、地形起伏度分析和地面调查资料,论述了青藏高原东缘构造地貌格局、新构造演化阶段和活动断裂特征,提出青藏高原东缘不同地块在晚新生代时期有序的向东挤出过程,并划分为4个阶段：中新世早期川滇地块向北东挤出、中新世晚期川滇地块的再次强烈向东挤出、上新世至早中更新世时期川青地块的向东挤出、晚更新世以来最新构造变动阶段,青藏高原东缘地貌边界带也经历了由西向东、由南向北的有规律的迁移过程。基于活动构造的最新研究成果和现今GPS测量成果,阐述了东昆仑岷山龙门山走滑逆冲断裂系统的运动学特征。根据地震破裂构造的实地调查,分析了汶川地震的地表破裂行为,提出了汶川地震的发震构造模型。研究认为,青藏高原东部地区NW向楔状条块向东运动速度的一半被鲜水河断裂及其北西延伸的构造带所吸收,而龙门山构造带向东运动受阻于四川盆地之下扬子刚性地块,使得龙门山断裂带处在低应变、高应力环境下,因长期应力应变累积而导致向西陡倾的断裂带突然向东逆冲运动而释放能量。汶川强震发生的深部机理值得深入研究。     

青藏高原东缘龙门山断裂带晚新生代构造地貌生长及水系响应

河流地貌对新构造活动具有非常敏感的响应,水系形态能够较好地记录构造活动方式,水系形态分析可以为研究新构造的演化过程提供有力的证据.位于青藏高原东缘的龙门山与四川盆地是青藏高原周边最陡的地形梯度带,沿高原东缘发育青农江、岷江、涪江和嘉陵汀等一系列斜交于龙门山断裂带的水系.利用卫星遥感图像和数字高程模型(DEM)数据提取构造地貌和水系特征,对龙门山构造带水系形念进行分析研究,发现龙门山南西段冲断带褶铍具有横向牛长的演化特征,逆冲褶皱带的构造演化影响青衣江和岷江水系的演化和重组,同时也控制着研究区晚新生代的沉积格局.受断裂带右旋走滑作用的影响,龙门山北东段水系表现出系统右旋错化特征,在北川县擂鼓镇至曲山镇一带涪江水系上游的重要支流一湔江出现3.8km的右旋错位,并导致湔江北川段出现河流袭夺和水系重组现象.根据涪江上游发生的5km和4km最大右旋错位及其涪江流域形成的最早沉积记录的年代大约为3Ma,估算映秀-北川断裂带和灌县-安县断裂带北东段上新世-第四纪以来的平均走滑速率分别为1.67mm/a和1.33mm/a,而龙门山断裂带北东段的长期走滑速率至少为3.0mm/a.本研究表明可以将水系形态作为研究区域构造变形的重要地貌标志,该方法同样适用于世界上其他构造活动变形地区.     

龙门山中段及邻区地壳密度结构及其地球动力学启示

龙门山是我国东西构造、地貌分界线的重要组成部分。其两侧的岩石圈结构差异,是形成龙门山造山带的主要原因之一,并对龙门山的构造演化起着持续影响。为了解龙门山两侧壳幔结构差异,本文从重力角度探讨跨龙门山地区的地壳密度结构。我们使用EGM2008模型的重力异常数据,以最新的阿坝-遂宁人工源地震剖面速度模型为基础,得到了龙门山造山带中段及其邻区的精细地壳密度结构。密度结构显示松潘-甘孜地区和四川盆地分别具有软弱和坚硬的下地壳。根据本文所得到的地壳密度结构模型,我们认为龙门山的隆升主要受印度洋板块与欧亚大陆板块的陆-陆碰撞作用影响,强烈的挤压作用使青藏高原物质向东运移,东移物质在青藏高原东缘龙门山地区受到坚硬的四川盆地的阻挡转而向上运移,造成了龙门山的隆升。     

龙门山地区水系发育特征及其对青藏高原东缘隆升的指示

龙门山位于青藏高原东缘,既是青藏高原周缘山脉中陡度最大的山脉,也是构造活动和地貌景观塑造最为强烈的地区之一。因此,该区域成为研究构造-地貌-水系之间相互关系的实验场。本文基于ASTER GDEM数据,提取了青藏高原东缘地区15条基岩河道的纵剖面,采用简单数学函数拟合河流纵剖面形态,并结合基岩水力侵蚀模型,分析龙门山不同位置的地形特征。本次研究获得以下几点认识:①通过对龙门山地区河流纵剖面的分析,龙门山整体上具有较高的隆升速率,导致这一地区强烈的河流侵蚀作用;②龙门山中段和南段的河流双对数图以上凸型为主,说明该区域尚未达到均衡状态,处于前均衡期;③龙门山北段的河流双对数图呈直线形态,说明该区域达到均衡状态,处于均衡期;④龙门山不同地区的水系发育特征,表明龙门山中段和南段具有更强的构造活动性、更高的隆升速率,龙门山北段则具有较弱的构造活动性、较低的隆升速率,并反映了青藏高原东缘的隆升作用具有明显的空间差异性。     

青藏高原东缘中新生代隆升及构造扩展方式转换

为研究青藏高原向东构造挤压过程中，构造变形扩展方式的变化，文章选取青藏高原东缘为研究对象，开展了磷灰石和锆石裂变径迹测定及分析工作。结果表明，若尔盖盆地和龙门山块体具有诸多低温热年代学及构造隆升差异：若尔盖盆地样品冷却速率较为集中，介于1.257～1.285℃/Myr，而龙门山块体样品冷却速率变化较大，介于1.243～2.875℃/Myr；若尔盖盆地在100 Ma以来共经历了2次明显的构造热事件，第一次为100～80 Ma（冷却速率为4.40±0.395℃/Myr），第二次为21～12 Ma（冷却速率为2.89±0.597℃/Myr），龙门山块体东缘地区在70 Ma以来，总体上表现为构造隆升程度的逐渐增强，且在8 Ma以来构造隆升持续增强，冷却速率达到了5.75±0.238℃/Myr；若尔盖盆地的构造变形属于前展式构造扩展，而龙门山块体则为后展式（自8 Ma以来），文章将该过程总结为“构造变形扩展的反射和折射”现象，“反射部分”在第四纪（4.48 Ma）达到龙日坝断裂附近，形成兼具逆冲与右旋走滑的龙日坝断裂带。     

宽角反射、折射地震数据与重力数据综合解释龙门山及邻近地区地壳结构

青藏高原东部的隆升机制一直都是地学界的研究热点,研究学者们提出和发展了多种岩石圈变形模型,而存在多种模型的主要原因之一是对青藏高原东部地壳及岩石圈结构认识不足。本文主要针对SinoProbe-02项目横跨龙门山断裂带、全长400多公里的宽角、折射地震数据及重力数据进行联合反演和综合解释。研究结果表明,龙门山及邻近地区地壳结构可明确划分为上地壳、中地壳和下地壳。上地壳上层为沉积层,龙门山断裂带以西大部分区域被三叠纪复理岩覆盖,而在龙日坝断裂与岷江断裂之间出现了密度为2.7g/cm³的高速异常体;向东靠近龙门山地区,沉积层厚度逐渐减薄。中地壳速度变化不均一,而且变形强烈;若尔盖盆地和龙门山断裂带下方出现明显低速带;中地壳在龙门山西侧厚度加厚,在岷江断裂下方和四川盆地靠近龙门山断裂带地区附近厚度达到最大。莫霍面整体深度从东往西增厚,最厚可达56 km。本次研究得到的地壳结构和密度分布分析结果表明现有的地壳厚度和物质组成不足以支撑龙门山及邻近地区目前所达到的隆升高度,因此四川盆地刚性基底西缘因挤压作用产生的弯曲应力也是该地区抬升的重要条件之一。     

龙门山地震带的地质背景与汶川地震的地表破裂

龙门山位于青藏高原与扬子地台之间, 系由一系列大致平行的叠瓦状冲断带构成, 自西向东发育汶川茂汶断裂、映秀北川断裂和彭县灌县断裂,并将龙门山划分为3个构造地层带,分别为变形变质构造地层带（主要由志留系泥盆系浅变质岩和前寒武系杂岩构成）、变形变位构造地层带（主要由上古生界三叠系沉积岩构成）、变形构造地层带（主要由侏罗系至第三系红层和第四纪松散堆积构成）。 龙门山断裂带属地震危险区,3条主干断裂皆具备发生7级左右地震的能力,其中映秀北川断裂是引发地震的最主要断层,据对彭县灌县断裂青石坪探槽场地的研究结果表明,在该断裂带上最晚的一次强震发生在93040a.B.P.左右,据此,可以初步判定,这3条主干断裂的单条断裂上的强震复发间隔至少应在1000a左右,表明龙门山构造带及其内部断裂属于地震活动频度低但具有发生超强地震的潜在危险的特殊断裂,以逆冲-右行走滑为其主要运动方式。 汶川地震属于逆冲走滑型的地震,地表破裂分布于映秀北川断裂带和彭县灌县断裂带上。根据近南北向的断裂（小鱼洞断层、擂鼓断层和邓家坝断层）和地表断距可将映秀北川断层的地表破裂带划分为两个高值区和两个低值区,两个高值区分别位于南段的映秀-虹口一带和位于中北段的擂鼓北川县城邓家坝一带;两个低值区分别位于中南段的白水河茶坪一带和北段的北川黄家坝至平武石坎子一带,两个高值区分别与小鱼洞断层和擂鼓断层相关。根据保存于破裂面上的擦痕,可将该地震破裂过程划分为两个阶段,早期为逆冲作用,晚期为斜向走滑作用,其与地壳增厚构造模式和侧向挤出摸式在青藏高原东缘的推论具有不吻合性。鉴于龙门山的表层运动速率与深部构造运动速率具有不一致性,初步探讨了龙门山地区的地表过程与下地壳流之间的地质动力模型,认为下地壳物质在龙门山近垂向挤出和垂向运动,从而造成导致龙门山向东的逆冲运动、龙门山构造带抬升和汶川特大地震。在此基础上,根据汶川地震所引发的地质灾害,对地震灾后重建提出了的几点建议。     

龙门山南段活动构造分布特征

本文在综合解译地质图、遥感影像及数字高程模型的基础上,沿着青衣江河谷对龙门山南段多条断裂进行了详细调查。将前第四纪大规模不整合边界作为断裂的分布范围,同时通过构造地貌标志确定最新的活动断裂位置,如断错山脊、断层槽谷、河道形态变化等。解译过程中也参考了前人研究成果,如开挖探槽位置信息,浅层地震剖面资料。调查结果显示,松潘—甘孜褶皱带与龙门山接触地带发育了中岗断裂、永富断裂,晚第四纪活动特征不明显。龙门山后山、中央、前山3条主干断裂在南段依次对应耿达—陇东断裂、岩井—五龙断裂、与双石—大川断裂,与北段具有相似的断块构造。3条断裂都有断错地貌特征但断裂分支较多,其中盐井—五龙断裂有一条分支为宝兴断裂,双石—大川断裂有小关子断裂一条分支。在前陆地区,基底滑脱带延伸至浅部盖层,断坡处发育了始阳断裂、新开店断裂等浅部分支断裂。通过这些断裂分布样式、断错地貌特征、与实测地质剖面发现,龙门山南段具有纯挤压特征,最新构造活动已经开始改造前陆地区,是扩展的边界。而龙门山北段具有和逆冲相当的走滑分量,表明青藏高原在推挤龙门山的过程中,龙门山北缘向西秦岭方向发生走滑逃逸,龙门山南段由于同时受川滇块体向东推挤作用而呈现纯挤压特征。高原推挤作用集中于松潘—甘孜褶皱带东缘的小金弧形构造,控制了龙门山断裂带南北构造差异。     

四川龙门山地区反转构造样式分析及其成因机制探讨

反转构造是当今构造地质学研究的新兴热点领域,本文尝试以反转构造和断层相关褶皱理论来探讨龙门山褶皱冲断带及川西前陆盆地中的反转构造样式及其成因。著者在综合前人研究成果的基础上,通过野外地质调查,室内构造分析与建模系统研究了龙门山地区典型的反转构造样式,讨论了龙门山带的反转性质,主干断裂的成因以及反转动力学机制。研究表明,龙门山的发育机制为一斜向正反转过程,区内发育有反转断层转折褶皱、被动陆缘型反转滑脱褶皱、反转断层传播褶皱以及受古生代裂谷控制的反转构造等反转构造类型;反转时期主要为印支期,本区在印支运动之前同时属被动陆缘和裂谷的构造背景;进入印支期后,受扬子陆块、华北陆块、羌塘陆块之间相互碰撞的影响而造山。该过程在本区不同地段表现存在差异,这种差异受控于前期的构造格局以及后期不同方向挤压应力的叠加。四川前陆盆地的发育和该过程有密切的联系,盆地内部具有裂谷构造反转的证据。     

龙门山晚新生代地表剥蚀量的定量估算

龙门山是青藏高原周边山脉中地形梯度变化最大的山脉.利用数字高程模型(digital elevation models, DEM),采用三维残余面法恢复龙门山晚新生代古残余面DEM,并与现代地形面做差值运算,得到研究区域的剥蚀量地形,进而定量估算青衣江、岷江、沱江和涪江主要水系流域晚新生代的地表剥蚀量.结果表明:龙门山晚新生代地表剥蚀总量为80 500~92 800 km3;岷江流域对龙门山地区剥蚀量贡献率约33.9%~37.1%,其次为涪江(33.6%~38.4%)、青衣江(24.1%~31.9%),沱江流域贡献率为0.4%~0.6%;类似2008年“5·12”汶川地震的次生灾害引发的地表快速剥蚀,是青藏高原东缘龙门山造山带晚新生代地表剥蚀的主要原因.      

The geological background of the May 12, 2008 Ms 8.0 Wenchuan catastrophic earthquake,Longmen Shan,Western China

The Longmen Shan fault zone is located at the particular boundary between the Triassic Songpan-Ganzi orogen of the Qinghai-Tibetan Plateau and the stable Sichuan basin of the Yangtze platform. There are four major active faults and three tectonic nappes in this region. According to an analysis of neotectonics and historical earthquakes, the Longmen Shan fault zone presents a high level of seismic hazard. The rupture system that hosted the Wenchuan earthquake is characterized by thrust and dextral strike-slip movement.     

Thermochronology of the Longmen Shan seismic fault and its implications for faulting activities.SCIEI北大核心CSCD

中生代和新生代多期次的新老构造活动叠加造成了龙门山现今地震频发和复杂的构造格局。沿2008年汶川地震断裂带出露有多种断裂岩组合,为直接开展断裂带热年代学研究提供了重要素材。本研究首次尝试针对映秀-北川断裂带出露的假玄武玻璃开展^(40)Ar/^(39)Ar年龄的多重扩散域(MDD)模拟研究。与钾长石相似的阶梯状上升的年龄谱图表明假玄武玻璃同样具有开展MDD模拟的应用潜力。模拟结果显示,映秀-北川断裂带分别经历了~230Ma和~180Ma起始的构造热事件,对应青藏高原东缘中-晚三叠世统一的挤压造山运动和造山后的伸展垮塌。断裂带内新获得的断层角砾岩磷灰石裂变径迹(AFT)结果与上、下盘已有结果共同组成了较为完整的年龄-高程剖面,揭示出年龄拐点出现在~13Ma,位于~1100m的海拔高度,与热历史反演结果一致,对应映秀-北川断裂带的出露位置,直接证实断裂活动在中中新世以来龙门山的隆升过程中发挥了重要作用。进入中中新世以来,龙门山断裂带的快速剥蚀和地温梯度的显著降低很可能暗示了构造活动机制上的重要转变。     

断层泥自生伊利石年龄分析及其在龙门山断裂带的应用

韧性剪切带的活动年龄及其相关的隆升/剥蚀速率可以通过各种同位素技术进行直接测定和计算。相比较而言,由于形成于浅部低温环境,老的碎屑物质和新的重结晶物质相互掺杂,脆性断裂的同位素年龄往往代表的是一个混合年龄,难以反映其真实的活动时间。近些年来,断层泥自生伊利石定年方法在地表脆性断裂的年代学研究中展现出了良好的应用前景。文中介绍了断层泥中自生伊利石的生成过程、形貌特征和定年原理,并简要介绍了样品的处理过程和伊利石多型相对含量的确定方法。近几年,这种方法逐渐被应用于龙门山断裂带及其山前飞来峰活动时代的确定,为青藏高原东缘早期的构造活动提供了直接的年代证据。     

Deep Background of Wenchuan Earthquake and the Upper Crust Structure beneath the Longmen Shan and Adjacent Areas

Abstract: By analyzing the deep seismic sounding profiles across the Longmen Shan, this paper focuses on the study of the relationship between the upper crust structure of the Longmen Shan area and the Wenchuan earthquake. The Longmen Shan thrust belt marks not only the topographical change, but also the lateral velocity variation between the eastern Tibetan Plateau and the Sichuan Basin. A low-velocity layer has consistently been found in the crust beneath the eastern edge of the Tibetan Plateau, and ends beneath the western Sichuan Basin. The low-velocity layer at a depth of ~20 km beneath the eastern edge of the Tibetan Plateau has been considered as the deep condition for favoring energy accumulation that formed the great Wenchuan earthquake.