龙门山造山带的早期活动及其对造山作用的启示

2008年汶川地震后,在映秀-北川同震地表破裂带南段虹口乡八角庙地区发现有假玄武玻璃出露于~240m宽的断裂带内,代表了断裂带以往地震和断裂活动的直接产物。这套假玄武玻璃的高温熔融成因得到了元素地球化学和熔融结构的证实。玻璃基质、蚀变矿物和碎屑斑晶的化学分析显示假玄武玻璃继承了碎裂岩/超碎裂岩围岩的主要化学成分,除石英外,主要由长石和云母两种端员组分选择性熔融形成,并呈现出了化学组分分布的不均一性。假玄武玻璃的锆石U-Pb和玻璃基质~(40)Ar/~(39)Ar定年结果证实映秀-北川断裂的古地震发生于229~216Ma的中-晚三叠世,并具有11~14km的震源深度,表明映秀-北川断裂的早期活动始于印支期的造山运动。伴随着印支造山运动的发生,龙门山断裂带形成了其初始构造框架,并对之后的构造演化产生了深远的影响。     

汶川地震断裂带结构特征与龙门山隆升的关系

2008年汶川地震(MW7.9)发生在青藏高原东缘龙门山断裂带上,并沿映秀-北川断裂和灌县-安县断裂分别产生约270km和80km的不同性质的地表破裂带。断裂岩是断裂活动的产物,是断裂带的物质组成,其结构特征记录了断裂活动演化的历史。本文以汶川地震发震断裂映秀-北川断裂带中虹口八角庙地区地表露头和汶川地震科学钻探一号孔(WFSD-1)岩心为主要研究对象,通过详细的野外调研、显微结构及XRD分析等,识别出映秀-北川断裂带由五个次级单元组成,分别为:碎裂岩带、黑色断层泥和角砾岩带、灰色断层角砾岩带、深灰色断层角砾岩带以及断层泥和角砾岩带。断裂岩组合显示映秀-北川断裂带具有多核断裂结构特征。映秀-北川断裂带在地表出露的宽度约为240m,岩心中厚度约为105m,碎裂岩、断层角砾岩、断层泥在地表及岩心中均发育,而假玄武玻璃仅在地表碎裂岩部分出现。汶川地震主滑移带斜切了映秀-北川断裂带,不完全沿袭古地震滑移带,暗示汶川地震断裂带与映秀-北川断裂带可能不是同一个断裂体系。通过断裂岩的研究确定了映秀-北川断裂带存在着摩擦熔融、热增压、动态润滑和机械润滑等多种断裂滑移机制。低温热年代学的研究推断映秀-北川断裂带的形成时代为15～10Ma,自形成以来,映秀-北川断裂带的长期活动控制着龙门山的快速隆升。断裂带五个不同断裂岩组合的内部结构带,可能与龙门山不同的隆升速率期有着一定的联系。     

2008年汶川地震断裂带北东段南坝地区岩石特征与内部结构

龙门山断裂带中的映秀-北川断裂带是2008年汶川地震的主发震断裂,它具有斜冲断裂的运动学特征（逆冲兼右旋走滑）,其中南西段映秀断裂带以逆冲为主,而北东段北川断裂带以右旋走滑为主。断裂带的物质组成和内部结构的研究,有利于深入认识断裂活动性质、构造变形行为和地震发震机制。本文以出露于映秀-北川断裂带北东段南坝地区的断裂岩为研究对象,通过野外地质调查、显微构造观察、XRD和μXRF等多种分析手段,探讨映秀-北川断裂带北东段的岩石组成和内部结构。研究表明发育于寒武纪粉砂质板岩中的断裂带宽度约30m,断层中心发育厚20~40cm的黑色断裂物质,2008年汶川地震的同震位移沿黑色物质层中厚约10mm滑动带滑动。断层NW侧和SE侧表现出近于对称的结构特征,两侧的角砾岩宽~4m和~3m,破碎带宽~10m和~12m。黑色断裂物质中石英含量30%~50%,长石含量18%~25%,黏土矿物总含量30%~36%,主要由伊利石、伊蒙混层和绿泥石组成,少有蒙脱石。XRD结果显示黑色断裂物质具有非晶质成分特征,SEM观测结果可见熔融结构特征,显微结构与μXRF结果呈现后期流体作用明显,其表明黑色断裂物质主要由古地震滑动形成的假玄武玻璃蚀变而成,并发育不同蚀变程度的多期假玄武玻璃。上述研究揭示出断裂摩擦熔融是汶川地震断裂带北东段南坝地区的重要动态弱化机制,其内部结构和岩石特征与南西段映秀断裂带具有明显的差异。     

新疆富蕴可可托海—二台断裂带中假玄武玻璃及其围岩的年代学研究

发育在新疆富蕴可可托海—二台断裂带中的假玄武玻璃是古地震断裂快速滑移形成的构造岩。地质产状、显微构造研究表明,这些假玄武玻璃主要由发生重结晶的玻璃质熔融体形成。假玄武玻璃基质的全岩40Ar/39Ar阶段升温方法主阶段和KAr年龄分别为282.8±3.8 Ma和276.4±7.4 Ma。假玄武玻璃所在母岩（黑云母花岗岩和钾长花岗岩）的锆石U-Pb年龄分别为390.4±1.0 Ma和396.3±0.1 Ma,表明二台断裂带中的假玄武玻璃是在二叠世早期形成的,也说明二台断裂带古地震活动至少可以追溯到晚古生代（早二叠世早期）。尽管二台断裂带是现今仍然活动的地震构造带,但目前所见到的假玄武玻璃是早二叠世时期古地震活动的产物。1931年的富蕴80级地震仅仅是沿着二台断裂带发生的多次构造活动的一次活动,与假玄武玻璃之间没有成因上的联系。     

大别造山带东部假玄武玻璃及其围岩的K-Ar和^40Ar-^39Ar年龄及地质意义

发育在大别造山带东部的假玄武玻璃是区域内NE-SW向断裂带快速滑移形成的构造岩。地质产状、显微构造及岩石化学研究表明，这些假玄武玻璃主要由超碎裂岩化作用所形成。假玄武玻璃及围岩的全岩(包括部分单矿物)K-Ar年龄测定表明，大别造山带的假玄武玻璃形成于81～93Ma之间。本文同时测定了叠加在假玄武玻璃基质之上的多硅白云母的激光^40Ar／^39Ar年龄为78．9Ma。显微构造及所获得的年龄数据显示，这些沿NE-SW向断裂发育的假玄武玻璃是在晚白垩世(80～90Ma)时期伴随着大别造山带整体隆升过程形成的，而与早期板块俯冲过程无关。同时，不同定年方法在数据上的一致性还表明，全岩K-Ar方法在确定某些假玄武玻璃及含假玄武玻璃的断裂构造年代时，可能仍然是一种行之有效的的方法。     

龙门山断裂活动和川西高原隆升历史的裂变径迹测年

通过12个构造岩、变质砂岩和花岗岩样品的磷灰石裂变径迹测年年龄分析, 结合前人研究成果, 初步确定了青藏高原东缘龙门山地区晚新生代主要断裂活动时期和区域隆升历史。结果表明, 龙门山逆冲推覆构造带2条主断裂:汶川-茂县断裂和映秀-北川断裂, 最晚一次强烈活动发生在早更新世(FT年龄为1.2~ 1.3 Ma), 高原内部北西向米亚罗断裂在中更新世(约0.5 Ma)发生过强烈活动; 后龙门山逆冲推覆构造带在中新世晚期开始快速隆升, 而高原内部强烈隆升发生在上新世末至中更新世。高原隆升导致深切河谷地貌的形成和发育。      

东南极哈姆峰地区假玄武玻璃的显微构造、年代学及其地质意义

发育在东南极普里兹湾西南部哈姆峰地区麻粒岩相花岗质片麻岩中的假玄武玻璃沿着近东西向断裂带分布。显微构造特征表明,该地假玄武玻璃基质中普遍发育球粒结构及树枝状、放射状-针状等不同形状及组合的矿物微晶体,说明这些假玄武玻璃是地震断层快速滑移过程中摩擦熔融作用的产物。假玄武玻璃中的微晶体矿物组合大体分为两种,它们分布在构造带不同地段:一种是以"紫苏辉石+斜长石"组合为主,分布于构造带东北部地段;一种是以"黑云母+斜长石+钾长石+石英"的组合为主,分布于构造带西南部地段,说明沿构造带不同部位构造环境及应力分布的不均匀性。同时,微晶体中富铝紫苏辉石的存在,表明假玄武玻璃形成过程及其后期的结晶过程可能处于高温(麻粒岩相)的构造环境下。假玄武玻璃的基质全岩K-Ar年龄为878.1±16.8 Ma,全岩40Ar/39Ar年龄谱系中所记录的年龄值主要集中在925~626 Ma。结合区域对比看,假玄武玻璃应该形成于格林维尔期构造事件。      

“5·12”地震什邡市重灾区活动断裂构造与建设适宜性分析

"5·12"汶川特大地震导致龙门山构造带的主干断裂中央断裂带(北川～映秀断裂)和前山断裂带(灌县～江油断裂)发生了强烈活动,造成了汶川、北川、映秀、绵竹等地大量建筑被毁,人员伤亡惨重。分析阐述了什邡市境内活动断裂规律、活动断裂对建筑选址的影响,对灾后重建选址提出了建议。     

汶川地震断裂带结构、岩性特征及其与地震活动的关系

文章以龙门山中央断裂带映秀-北川断裂带为研究对象,重点对汶川地震破裂带南段虹口乡八角庙地区地表断裂带进行了详细研究,并结合汶川地震科学钻探1号孔(WFSD-1)岩芯部分研究成果,探讨龙门山中央断裂带的物质组成及其结构特征.研究表明,映秀-北川断裂带由很多次级小规模断裂(破碎带)以及夹持其中的块体所构成,其中断层泥的厚度由几毫米到25cm不等,与WFSD-1岩芯记录的地震断裂现象基本一致.从虹口乡八角庙露头来看,映秀-北川断裂带整体宽约120m,分布有近80条含有断层泥的次级断裂带.以台湾车笼埔断裂钻探项目(TCDP)和汶川地震科学钻探(WFSD)研究来看,一次大地震只能形成几毫米至约2cm厚的断层泥,推断映秀-北川断裂带中每层断层泥至少发生过1次到13次地震,该区总厚度约150cm的断层泥中发生地震次数至少为183次,说明沿着映秀-北川断裂带重复发生过多次强地震活动.每次地震活动并不完全沿袭老的地震断裂主滑移带滑动,而是沿着断层泥边部区域滑动.从整个断裂带中断层泥分布特征来看,地震断裂活动具有向断裂下盘迁移的趋势,并且断层泥的厚度与断裂活动性成正比关系,表明断裂带宽度与地震活动次数及其演化历史有着成因上的直接联系,多次地震活动叠加可能是龙门山形成的主要成因.     

四川汶川地震断裂活动和次生地质灾害浅析

为了揭示汶川地震断裂活动与次生地质灾害的关系,在对汶川地震重灾区进行快速调查的基础上,分析了影响汶川地震的龙门山断裂带震后的断裂活动、地表破裂与崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害发育特征的关系。野外调查发现,龙门山3条断裂带的地表变形破坏（包括沿断裂带的道路、农田、建筑物和边坡变形破坏）特征具有明显的差异性和分段性,映秀-北川断裂地震活动最剧烈,南坝-关庄断裂、灌县-安县断裂、平武-青川断裂等活动性次之的“横向”差异性,以及龙门山断裂带由南向北地震活动性减弱的“纵向”分段性。地震断裂活动的差异性和分段性明显控制了崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害的发育特征,即映秀-北川断裂区域的次生地质灾害规模大、分布密度大、危害严重,沿其余断裂的次生地质灾害危害相对较轻。     

龙门山构造带中段实测剖面的古应力恢复

龙门山逆冲构造带由茂汶断裂带、北川-映秀断裂带和安县-灌县断裂带及其间夹块组成,这一NE向构造带印支期以来遭受了多期构造活动,形成了川西前陆盆地的多套粗碎屑岩记录。本文大致垂直主构造线走向,沿都江堰至耿达剖面进行了断裂滑动分析和古应力恢复。通过9个观测点12组断裂数据的古应力反演,并结合区域热年代学研究成果,获得了龙门山构造带三条主要断裂活动阶段的认识,包括早期NNW向区域挤压、中期SEE向区域挤压、以及晚期NNE、NNW两个方向区域挤压,推测它们依次与秦岭晚造山挤压（T3）、江南隆起挤压与青藏构造域联合（K1）及青藏构造域为主体（K以来）的区域构造控制有关。     

郯庐断裂带肥东韧性剪切带的变形规律同位素年龄及其构造意义

郯庐断裂带肥东韧性剪切带的几何学形态为一正花状左行平移断裂带，目前出露的为该韧性剪切带的根部，具有典型的深层次左行走滑变形特征，肥东韧性剪切带中糜棱岩，超糜棱岩测得的^40Ar/^39Ar全岩年龄分别为120.48Ma和118.75Ma，说明郯庐断裂带的大规模左行平移时代为早白垩世，对该带构造变形和构造叠加的研究表明，肥东浮槎山一带是被郯庐断裂带截切，牵引，叠加，改造的印支期大别一胶南造山带的残块，郯庐断裂带与大别-胶南造山带是不同时期，不同构造系统的产物，前者属于滨太平洋构造系统，后者属于特提斯构造系统。     

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.     

龙门山逆冲带假玄武玻璃在其形成及后期抬升过程中的化学变化

假玄武玻璃作为地震断层摩擦熔融的产物记录了断层带内地震破裂的相关信息,是认识断层带形成过程及其活动历史的重要物质组成。钻探获取的地下深部的断层岩样品,免受地表物理化学风化,相对较为新鲜,能够提供更接近其形成时的相关信息。本文以龙门山映秀—北川断裂带南段彭灌杂岩中发育多期假玄武玻璃为研究对象,应用扫描电镜、微区X射线荧光光谱(μXRF)岩心扫描仪以及布鲁克M4 TORNADO高性能微区X射线荧光光谱仪等仪器对虹口八角庙地表和汶川地震断裂带科学钻探(WFSD)岩心中发育的假玄武玻璃的化学组成进行对比研究。显微结构特征表明这些假玄武玻璃为地震断层快速滑动摩擦熔融的产物。化学元素对比分析结果显示,熔融物形成于高温还原环境下,其化学性质以高Fe、Ti、K值,低Si值为特征,并具高磁化率值的物理性质。地表假玄武玻璃经受表生流体作用,化学性质发生明显变化,以低K、Ti值和出现含Ca元素的新生矿物为特征。同时岩心中来自较深断层带的多期假玄武玻璃的成分差异也表明,大气水和地表水已沿断层带侵入到了585m以下或更深部位。因此在应用假玄武玻璃对地震断层瞬时滑动环境进行判断时需谨慎,应考虑其后期化学成分变化等造成的各种影响。     

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。     

汶川8．0级地震地表破裂

2008年5月12日发生在汶川的8．0级地震,震中位于龙门山断裂带的映秀-北川断裂上。通过对震区的现场调查,这次地震在极震区造成的地表破裂带主要在龙门山断裂带的中央断裂即映秀-北川断裂和前山断裂即彭县-灌县断裂。通过调查发现,极震区的地表断层产状多为北东走向,以逆冲运动为主。而在极震区以北的四川平武、青川和陕西宁强等余震分布区,地表也发生破裂,但规模和产生的地表变形明显减弱,主要以地裂缝等地质灾害形式表现。     

龙木错地区泽错岩体演化历史及构造意义:来自地球化学和年代学的约束

沿大型断裂带出露的深成岩体记录并保存了形成时的大地构造活动及后期演化和变形的重要信息。为了更好地理解羌塘西部花岗岩的成因机制和演化历史,本文选取了龙木错断裂南部的泽错岩体进行地球化学、SHRIMP锆石U-Pb年代学及云母和钾长石~(40)Ar/~(39)热年代学分析。全岩地球化学判别图显示花岗岩样品为高钾钙碱性系列至钙碱性系列和过铝质。矿物组合表明无角闪石且含白云母。以上特征均显示出明显的S型花岗岩趋势。锆石U-Pb年龄为123±1. 7Ma至107±1. 4Ma,表明岩浆侵位的时代为早白垩世,此时班公-怒江洋仍在向北俯冲。云母和钾长石~(40)Ar/~(39)年龄及前人低温热年代学数据显示,侵位后岩体至少有四个阶段的冷却,包括120～90Ma、90～38Ma、38～26Ma和26～0Ma。第一阶段在侵位后10Myr内快速冷却至低于～320℃,而随后以相对较慢的速率冷却至～220℃。从90Ma到38Ma期间经历了较长时期极为缓慢的冷却,该阶段构造活动趋于静止,表明羌塘地体-拉萨地体碰撞应发生在90Ma之前。中新世受控于龙木错断裂左旋走滑的影响,最后一期的构造变形以东西向伸展为主,深成岩逐渐剥露至地表。龙木错断裂可能作为中新世以来高原物质向东运移西部边界的一条新的应力释放途径。     

四川汶川Ms 8.0级地震同震变形特征和分段性

汶川地震发育2条地表破裂带,一条沿中龙门山活动断裂带分布,另一条沿前龙门山活动断裂带分布,前者长超过200km,后者长约80km。同震变形在地表表现为逆冲膝折带,走向N45～60°E,形成公路路面隆起和农田陡坎。逆冲膝折带西北侧抬高,东南侧下降。在剖面上冲断带倾向北西,倾角50～60°。膝折带两侧相对高差沿映秀－北川断裂一般为2.5～3.0m,沿都江堰－汉旺断裂为1.5～1.1m。沿中龙门山活动断裂带,同震变形运动方式具有明显的分段性,映秀－擂鼓镇段,表现为逆冲,走滑现象不明显;北川－青川段既有逆冲又有右旋走滑分量。沿前龙门山活动断裂带,同震变形运动方式主要表现为逆冲,走滑位移和分段性不明显。     

东构造结那木拉断裂带上新世以来强烈活动的年代学证据

为揭示东喜马拉雅构造结那木拉断裂带上新世以来强烈活动特征,对采集自那木拉断裂带的三件基岩样品进行黑云母40Ar/39Ar、磷灰石裂变径迹两种热年代学方法测年;并利用"Pecube"软件对测得年龄数据及断裂带两侧已发表年龄数据进行定量模拟计算。测试结果显示黑云母40Ar/39Ar年龄范围为4.44±0.71 Ma~3.45±0.24 Ma,磷灰石裂变径迹年龄范围为3.7±0.4 Ma~1.8±0.2 Ma。年龄数据及其模拟计算结果表明,约3 Ma以前那木拉断裂带南侧地壳隆升最快,隆升速率约2.5 km/Ma,断裂带以正断层运动特征为主;约3 Ma以来那木拉断裂带北侧地壳隆升最快,约为1.3 km/Ma,断裂带以逆断层运动特征为主。那木拉断裂带运动特征变化可能与约8 Ma以来东喜马拉雅构造结快速地壳隆升剥露区域由南向北逐渐迁移有关。      

2008年汶川8.0级地震的发震构造:沿龙门山断裂带新生的地壳深部断裂

在区域地质构造研究中,龙门山断裂带也称为龙门山褶皱-冲断带或推覆构造带。许多研究者认为,2008年汶川8级地震的发震构造是这条断裂带或其中央映秀—北川断裂。笔者在深入分析龙门山断裂带的构造演化和岩石圈结构构造特征的基础上,着重探讨8级地震的发震构造,提出不同的认识。龙门山断裂带经历了松潘—甘孜造山带的前陆褶皱-冲断带(T3-J)、造山带(K-E)和青藏高原边缘隆起带(N-Q)3个动力学条件不同的演化阶段,在前两个阶段断裂带递进发展,第三阶段断裂带则被改造。从三维空间看,龙门山断裂带位于松潘—甘孜地块东南缘的上地壳内,并被推覆到扬子陆块上;而松潘—甘孜地块的中—下地壳和岩石圈地幔发生韧性增厚,而且向扬子陆块壳下俯冲,从而使浅、深部构造在垂向上形成"吞噬"扬子地块的"鳄鱼嘴"式结构。虽然在平面上汶川8级地震的主余震分布与映秀—北川断裂一致,但从剖面上看其震源所构成的震源破裂体位于龙门山断裂带之下的扬子陆块内。这种不一致性表明,8级地震的发震构造不是龙门山断裂带,而是扬子陆块内新生的高角度断裂,其走向基本与龙门山断裂带一致。推测这一震源断裂的形成过程是:当松潘—甘孜地块向东南推挤时,其前缘"鳄鱼嘴"构造咬合并错断被吞噬的扬子陆块部分,形成具有右旋逆平移性质的新断裂,导致汶川8级地震的发生。