汶川Ms8.0级地震后龙门山构造地貌及地表侵蚀过程研究——以湔江海子段河为例

汶川Ms8.0级地震驱动的构造抬升作用和滑坡、泥石流剥蚀作用如何影响龙门山的地貌生长是目前争论的焦点。本文运用GIS技术,定量计算了湔江流域的坡度、地形起伏度、面积—高程积分等地貌参数,根据这些参数的计算结果,对湔江流域的构造地貌特征进行了量化分析;以汶川Ms8.0级地震重灾区湔江海子河右岸流域的滑坡、泥石流为例,并且利用野外实测资料、卫星照片及数字高程资料等,对于汶川地震驱动的构造抬升与滑坡、泥石流的表面侵蚀过程进行研究,获得以下初步认识:(1)湔江流域的映秀—北川断层以北地区地貌处于"壮年期",坡度、地形起伏度大;(2)汶川Ms8.0级地震后该地区发生了严重的同震滑坡及震后滑坡、泥石流灾害,海子河右岸流域的同震抬升量为5 339×104m3,同震滑坡量为3 852×104m3,同震抬升量大于同震滑坡量,地貌出现生长现象;(3)地震产生的泥石流量应略大于1 000×104m3,同震滑坡物质的30%转化为了泥石流量,因其海子沟右岸陡峻的坡度,绝大部分的泥石流冲入海子河,成为河道沉积物;(4)以目前湔江海子河流水搬运能力,在能够完全搬运出同震滑坡物质的前提下,同震滑坡物质搬运出龙门山至少需要283.2 a,表明在一个地震周期内,龙门山的同震滑坡物质可以搬运出龙门山;(5)准周期性相当震级地震引起的构造抬升及其均衡反弹作用也是龙门山的形成有重要作用的因素之一。     

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。     

映秀-北川断裂的地表破裂与变形特征

2008年5月12日在龙门山映秀北川断裂带发生的8.0级特大地震,属于逆冲—走滑型地震。本文以地表破裂为切入点,在映秀北川断裂的关键部位开展了详细的野外地貌测量,标定了映秀北川断裂带的垂向断距和水平断距,结果表明映秀北川断裂的地表破裂带从映秀向北东延伸达180~190 km,走向介于NE30°~50°之间,倾向北西,地表平均垂向断距为2.9 m, 平均水平断距为3.1 m;地表最大错动量的地点位于北川县擂鼓镇,垂直断错为6.2±0.1 m,水平断错为6.8 ±0.2 m , 逆冲分量与右行走滑分量的比值为3∶1~1∶1,表明该断裂以逆冲—右行走滑为特点,逆冲运动分量略大于或等于右行走滑运动分量。根据近南北向的分段断裂可将映秀北川断层的地表破裂带划分为两个高值区和两个低值区,其中两个高值区分别位于南段的映秀—虹口一带和中北段的擂鼓—北川县城—邓家坝一带。基于保存于破裂面上的擦痕,我们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。     

龙门山区湔江水系样式及其对汶川地震的响应

2008年“5.12”四川汶川Ms8.0地震是发生在龙门山构造带中段的一次重大灾变事件,地震沿映秀-北川、彭灌和小鱼洞等3条断裂带发生了地震地表破裂,同震构造变形造成这些断裂带地表地貌特征发生巨大变化,地震还伴生了大量滑坡和崩塌,在雨季,强降雨驱动了大规模泥石流的发生,从而导致龙门山构造带的河流地貌发生了一系列变化和响应.本次研究利用SRTM3-DEM数据,以地理信息系统(GIS)为平台,通过ArcGIS 9.3软件中的水文分析模块,提取了湔江流域的水系样式图.在此基础上,通过对小鱼洞地区地表破裂组合样式与湔江水系样式的匹配性研究,结果表明:1)地表破裂走向对河道走向具有明显的控制作用(如映秀-北川断裂控制了湔江上游的河道和流向);2)地表破裂走向对河道偏转及坡折点具有明显的控制作用(如小鱼洞断裂导致了湔江主河道的偏转、彭县-灌县断裂控制了白鹿河的坡折点及转折点);3)地表破裂组合样式对水系样式具有明显的控制作用,表现在小鱼洞地区“工”字形的地表破裂组合样式对湔江水系样式的控制作用,使得湔江水系样式具有不对称性、不规则性.由此可知:湔江水系样式主要受到汶川地震地表破裂及组合样式的控制作用.     

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。     

龙门山前陆盆地底部不整合面: 被动大陆边缘到前陆盆地的转换

晚三叠世龙门山前陆盆地是在扬子板块西缘被动大陆边缘的基础上由印支造山运动而形成的,盆地中地层充填厚度巨大,包括晚三叠世卡尼期至瑞提期的马鞍塘组、小塘子组和须家河组,持续时间达20Myr,显示为1个以不整合面为界的构造层序。位于晚三叠世龙门山前陆盆地构造层序与下伏古生代-中三叠世被动大陆边缘构造层序之间的不整合面属于龙门山前陆盆地的底部不整合面,标志了扬子板块西缘从被动大陆边缘盆地到前陆盆地的转换。该底部不整合面位于晚三叠世马鞍塘组与中三叠世雷口坡组之间,显示为平行不整合面或角度不整合面,在接触面上发育冲蚀坑、古喀斯特溶沟、溶洞、溶岩角砾、古风化壳的褐铁矿、黏土层及石英、燧石细砾岩等底砾岩。该不整合面向南东方向不断地切削下伏地层,且均发育岩溶风化面,上覆的晚三叠世地层沿不整合面向南东超覆,显示了从整合面到不整合面的变化过程,并随着逆冲楔的推进向南东方向迁移,其超覆线、侵蚀带和相带的走向线与龙门山冲断带的走向大致平行。底部不整合面显示为典型的前陆挠曲不整合面,标志着龙门山前陆盆地的形成和扬子板块西缘挠曲下降和淹没过程,底部为古喀斯特作用面,下部为碳酸盐缓坡和海绵礁建造,上部为进积过程中形成的三角洲沉积物,具有向上变粗的垂向结构,表明底部不整合面和前缘隆起的抬升是扬子板块西缘构造负载的挠曲变形的产物,显示了在卡尼期松潘-甘孜残留洋盆的迅速闭合和逆冲构造负载向扬子板块的推进过程。本次在对晚三叠世龙门山前陆盆地底部不整合面的风化壳、残留厚度、地层缺失、剥蚀厚度、地层超覆等研究的基础上,计算了底部不整合面迁移速率、前缘隆起迁移速率、地层上超速率和前缘隆起的剥蚀速率,并与逆冲楔推进速率进行了对比,结果表明,底部不整合面迁移速率、前缘隆起的迁移速率、地层上超速率均介于3~18mm·a^-1之间,其与逆冲楔推进速率(5~15mm·a^-1)相似,因此,可用底部不整合面迁移速率、前缘隆起的迁移速率和地层上超速率代表逆冲楔推进速率。但是前缘隆起的剥蚀速率很小,介于0.02~0.08mm·a^-1之间,仅为逆冲楔推进速率的1/100。     

汶川Ms8．0地震驱动的同震及震后地质灾害空间分布

汶川大地震驱动了大量的同震崩塌、滑坡等地质灾害,这些地质灾害同时造成了山谷中大量的松散堆积物堆积,并将以泥石流的形式进入河流系统,造成震后大规模的泥石流地质灾害,这也是地震灾区在震后面临的最为严峻的问题。根据本项目组的卫星影像处理和实地观测工作,以及前人对同震地质灾害研究获得的数量资料,对同震地质灾害数量在平行于断裂方...     

龙门山中段山前河流Hack剖面和面积-高程积分的构造地貌研究

2008年5月12日龙门山发生了8.0级特大地震,仅仅时隔5年,在2013年4月20日,龙门山构造带南段又发生了M7.O级地震,说明该区域构造运动频繁发生,也因此成为地质地貌学家研究构造一地貌一水系的理想场所。构造活动对河流的发育、形态(纵剖面形态、平面形态、三维地貌)等有重要影响。基于DEM数据,本文提取了龙门山中段山前地区的湔江(R_1)、金河(R_2)、绵远河(R_3)、干河子(R_4)和安昌河(R_5)5条河流及其次流域,分别计算了5条河流的Hack剖面、河长坡降指标(sL参数)以及标准化坡降指标(SL/K)等构造地貌参数,并计算了这5条河流及其次流域的面积一高程积分值,对该地区的构造活动、地貌演化特征进行分析。研究表明:1)龙门山中段山前地区5条河流的Hack剖面皆呈上凸形态,表明龙门山中段山前地区处于构造抬升状态;2)该地区的sL参数主要反映的断裂构造活动信息,sL参数在映秀-北川断裂峰值最为明显,说明该地区该断裂的活动性最强;3)龙门山中段的5条河流面积一高程积分线接近凹形,该地区地貌演化整体上处于"壮年期"向"老年期"过渡阶段;4)龙门山中段山前地区构造活动性在空间上有差异性,该地区的中南段活动性较强,北段地区活动性较弱。     

2014年云南鲁甸MS6.5地震发震构造特征及动力源分析

通过对2014年8月3日云南省昭通市鲁甸县发生的MS6.5地震的震源机制解、余震空间分布、活动断裂组合样式和区域构造背景等特征的综合分析表明:(1)根据主震及4级以上强余震的震源机制解、余震空间分布、烈度长轴方向,判断本次地震的发震断裂为NW向的包谷垴—小河断裂;(2)根据地表GPS水平运动速率及水平缩短速率的差异性、断裂组合样式和历史余震深度,判断发震断裂具有薄皮-同向差异逆冲型捩断层的特征;(3)包谷垴—小河断裂活动可能主要受深部的"管道流"控制,"管道流"自NW向SE方向运动,在昭通断裂带处受到华南板块的差异阻挡,造成包谷垴—小河断裂西侧管道流运动速率大于东侧管道,从而驱动包谷垴—小河捩断层的左旋滑动,导致了鲁甸地震的发生。     

汶川M_S8.0地震中央断裂北段地表破裂特征

研究了2008年汶川大地震的发震构造龙门山构造带的北段,即北川-南坝-林庵寺断裂的地表破裂.通过黄家坝、桂溪、平通、南坝、石坎子等地的考察和测量,显示该段地表破裂沿断裂带连续分布,走向为N45°～65°E.垂直位错与水平位错比值从西南段黄家坝的2.8:1逐渐降低到北东段南坝、石坎子的0.9:1.地表破裂特征表明,断裂以右旋走滑分量为主,并具有较高的逆冲分量.余震分布表明,青川断裂与北川-南坝-林庵寺断裂之间可能存在隐伏活动断裂.