四川汶川Ms 8.0地震地表破裂构造初步调查与发震背景分析

5月16-24日对川西汶川大地震震中区的发震断裂地带进行的实地考察和初步测量,获得了宝贵的地表变形和同震位移最数据资料,证实汶川地震属于逆冲断裂型地震,主破裂沿映秀-北川断裂带发育,前山地区滑灌县-安县断裂也有地表破裂,同震位移量在3～5m.汶川地震产牛的地表破裂构造和运动性质显示明显分段特性,映秀-北川段以挤压逆冲为主,而北川以北段则伴有显著的右旋走滑分量.     

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。     

龙门山汶川地震断裂带北川段岩石与地球化学特征及其变形行为

断裂带的岩石组成、内部结构和地球化学特征是认识断裂活动性质和变形行为的关键,而断层泥作为断裂带核部的重要物质,不仅影响断裂带强度,而且控制断裂的滑移机制。本文以汶川地震的发震断裂龙门山映秀-北川断裂带北川段沙坝探槽中的断层泥为研究对象,通过对断层泥进行宏观与显微构造观察、粉末X射线衍射分析（XRD）、矿物自动化定量分析（TIMA）和薄片微区X射线荧光光谱分析（μXRF）等多种分析,探讨了其所蕴含的断裂变形行为和滑移机制。研究表明：北川段断裂带NW盘主要为寒武纪碳质泥页岩和板岩,SE盘由半固结的黄色砂质黏土层组成。断裂带核部由面理发育的黑色断层角砾岩和面理化的断层泥组成,断层泥厚约25cm,分为黄色断层泥、灰色断层泥和黑色断层泥,汶川地震滑移带沿灰色断层泥和黑色断层泥边界分布,在滑移带附近可见明显的拖曳构造与R1次级剪切破裂,指示了逆冲滑动的性质。断层泥中的碎块呈棱角状大小不均一,显示出地震快速滑动特征,表现为粘滑行为。黄色和灰色断层泥中黏土矿物含量（42%~52%）远高于黑色断层泥（19%~29%）,前者石英（36%~47%）、伊利石（18%~32%）和绿泥石（7%~15%）含量整体略高于后者中的含量,而长石含量整体低于后者,表明黄色和灰色断层泥中水-岩作用较强于黑色断层泥,推测前者断层泥的孔隙度高于后者;断层泥中含有较多的伊蒙混层,靠近滑移带Fe元素呈明显增加趋势,暗示了摩擦产生了大量的热,同时,黑色断层泥中发育有石墨,说明断层滑移具有热增压弱化机制。龙门山映秀-北川断裂带北段北川断裂在岩石组成和规模上与南段映秀断裂虹口段断裂带有着明显差异,但均存在断裂滑移的石墨化作用,这些研究对认识映秀-北川断裂带南北段的滑移行为具有重要的指示意义。     

四川汶川Ms 8.0级地震的地表变形与同震位移

四川汶川Ms 8.0级强烈地震与青藏高原东部松潘-甘孜地块东向挤出导致的龙门山活动断裂右旋斜冲运动存在动力学成因联系。沿龙门山中央北川-映秀断裂发育长度超过250km的地震变形带,由地震陡坎、地震鼓包、地震破裂、地震断层组成,形成了较大的同震位移。在震中区映秀观测到的最大同震位移为7.6m,由右旋走滑位移6.1m和垂直位移4.6m 2个分量组成;虹口地区的右旋走滑位移为2.7m,垂直位移为4.6m,右旋斜冲总位移为5.3m;北川地区的右旋走滑位移为5.7m,垂直位移为3.4m,右旋斜冲总位移为6.6m;平通地区的右旋走滑位移为3.2m,垂直位移为3.0m,右旋斜冲总位移为4.4m。龙门山前缘的汉旺-漩口断裂及龙门山后缘的茂县-汶川断裂、青川断裂也发生了显著的同震断裂活动,但同震位移小于等于1.0m。根据同震位移实测数据和构造会聚速率的GPS观测资料,估算龙门山地区8.0级地震的复发周期为1150~2950年。     

四川汶川5.12大地震同震滑动断层泥的发现及意义

2008年汶川8.0级地震沿龙门山断裂带内的映秀—北川断裂和灌县—安县断裂产生了近300 km的同震地表破裂带。震后地质科学考察发现地表变形以逆冲为主,并伴有右旋走滑。地震地表破裂带大多沿古生代碳质泥岩、页岩和三叠系煤系地层内的滑动面出露地表,这些软弱地层为地震破裂带冲到地表提供了超低摩擦滑动带。我们发现在同震垂直和水平位错达6m左右的地表破裂带,地震的同震滑动发生在厚度约0.5~2cm 的狭窄滑动带内,以发育新鲜的灰色断层泥为特征,这些断层泥是地震断层快速滑动过程中岩石—流体相互作用的结果。     

2008年5月12日汶川地震（Ms8.0）地表破裂带的分布特征

2008年5月12日14时28分,青藏高原东缘龙门山地区（四川汶川）发生了Ms8.0级地震。震后野外考察表明,5.12汶川地震发生在NE走向的龙门山断裂带上,该断裂带晚新生代以来的逆冲速率小于1mm/a,GPS观察结果表明其缩短速率小于3mm/a。这次5.12汶川地震造成了多条同震逆冲地表破裂带,总体长约275km,宽约15km,发震断裂机制主要为逆冲作用（由NW向SE逆冲）伴随右旋走滑。地表主破裂带沿龙门山断裂带的映秀—北川断裂发育,长约275km,笔者称为映秀—北川破裂带,破裂带具有逆冲兼右旋走滑性质。地表次级破裂带沿龙门山断裂带的前缘断裂安县—灌县断裂南段发育,长80km,笔者称为汉旺破裂带,破裂带基本为纯逆冲性质。在这两条破裂带之间发育两条更次一级的同震地表破裂带：一条长约20km呈NE走向的地表破裂带,笔者称为深溪沟破裂带,由于这条破裂带靠近主破裂带南段,并且与主破裂带变形特征一致,因此,笔者将深溪沟破裂带划归映秀—北川破裂带;另一条长约6km呈NW走向、由SW向NE逆冲并兼有左旋滑动的地表破裂带,笔者称为小鱼洞破裂带,它连接映秀—北川破裂带和汉旺破裂带,成为侧向断坡。另外,在灌县—安县断裂东侧的四川盆地内,由都江堰的聚源到江油发育一条NE向的沙土液化带,它可能是四川盆地西部深部盲断裂活动的结果。同震地表破裂带的分布特征表明,龙门山断裂带活动断裂具有强烈的逆冲作用并伴随较大的右旋走滑,断裂向四川盆地扩展。在龙门山断裂带上类似2008年5月12日Ms8.0汶川大地震的强震复发周期为3000～6000a。     

汶川地震(Ms 8.0)地表破裂及其同震右旋斜向逆冲作用

2008年5月12日14时28分,青藏高原东缘龙门山地区发生了震惊世界的汶川地震（MS 8.0）,地震不仅造成巨大的人员伤亡和财产损失,并形成了迄今为止空间上分布最为复杂、长度最大的逆冲型同震地表破裂带。通过多次野外考查表明,汶川地震（MS 8.0）在龙门山断裂带上至少使两条NE走向、倾向NW的映秀-北川断裂和灌县-安县断裂同时发生地表破裂,并沿映秀-北川断裂产生的地表破裂带长度约275 km,以逆冲运动伴随右旋走滑为其破裂特征,最大垂直位移量约11 m,最大右旋走滑位移量至少约12 m;沿灌县-安县断裂产生的地表破裂带长度约80 km,表现为纯逆冲运动的破裂特征,最大垂直位移量约4 m;另外发育一条长约6 km呈NW走向连接于映秀-北川破裂带和汉旺破裂带的小鱼洞破裂带,以左旋走滑兼有逆冲运动为特征。地表破裂基本沿袭早先活动断裂带上,并使早先抬高的地貌更加抬高,表明龙门山地区地震在同一断裂带上重复发生过,并且无数次地震活动（包括类似汶川MS 8.0地震的强震）的累积,逐渐形成了现今的龙门山。根据同震断裂面以及断裂面上的擦痕分析表明,汶川地震是由两次破裂事件叠加而成,初期破裂以逆冲运动为主,后期破裂以右旋走滑为主,这种破裂过程与地震波数据反演结果（陈运泰等,2008;Ji, 2008;王为民等,2008）一致。在地表破裂带南段（映秀—清平段）叠加了两次不同性质的破裂过程,北段（北川—南坝段）只反映了第二次破裂事件的过程。利用长期滑移速率与汶川地震同震位移对比,估算出在龙门山断裂带上类似汶川地震（MS 8.0）的强震复发周期为3000~6000 a。通过对比研究,西昆仑山、阿尔金山和东昆仑山与龙门山具有很相似的转换挤压构造特征,斜向逆冲作用是青藏高原周缘山脉快速崛起的主要机制。     

四川汶川5.12大地震同震滑动断层泥的发现及构造意义

2008年汶川8．0级地震沿龙门山断裂带内的映秀-北川断裂和灌县-安县断裂产生了近300km的同震地表破裂带。震后地质科学考察发现地表变形以逆冲为主,并伴有右旋走滑。地震地表破裂带大多沿古生代碳质泥岩、页岩和三叠系煤系地层内的滑动面出露地表,这些软弱地层为地震破裂带冲到地表提供了超低摩擦滑动带。我们发现在同震垂直和水平位错达6m左右的地袁破裂带,地震的同震滑动发生在厚度约O．5—2cm的狭窄滑动带内,以发育新鲜的灰色断层泥为特征,这些断层泥是地震断层快速滑动过程中岩石-流体相互作用的结果。     

汶川Ms8级地震形成的擦痕形迹及其意义探讨

2008年5月12日14时28分(北京时间)中国四川省汶川县境内发生里氏80级地震。北川-映秀断裂是汶川Ms8级地震的发震断裂之一,以逆(右行)走滑活动为主,延伸长约220 km,活动强度大于其他两条断裂。主震在北川-映秀地表破裂带局部地点形成清晰的擦痕,它的位置和规模可能是深部破裂滑动量峰值在地表的响应。根据断层擦痕反映的应力场及位移与破裂长度关系等特征,将北川-映秀破裂带分为虹口段、北川段、南坝段。虹口段长度约22~45 km,同震位移量约45 m,σ1呈NWW-NW向,至少经历了三期活动,第三期逆冲活动强度最大,改造前两期逆(右行)走滑活动,它们的形成可能均与本次主震相关;北川段长约90~100 km,同震位移量约35 m,σ1呈NWW向近水平,活动强度弱于虹口第三期;南坝段长约35~50 km,同震位移量约25 m,以NWW向近水平挤压为特征,σ1方位角与中、南段相差约180°,活动强度与南段前两期相近。     

汶川地震(Ms 8.0)地表破裂过程探讨

汶川地震(Ms8.0)形成了具逆冲兼右旋走滑性质的映秀-北川破裂带、纯逆冲性质的灌县-安县破裂带以及它们之间具左旋走滑-逆冲性质的小鱼洞破裂带,成为世界上迄今为止空间上分布最为复杂、长度最大的逆冲型地震地表破裂带.其地表破裂过程对理解发震机理具有重要的科学意义.文章根据地表破裂带的不同运动特性以及分段性,并结合不同地段同震断层擦痕行迹,探讨汶川地震地表破裂过程.通过详细分析,认为沿地表破裂带出现南北两个大的滑移量峰值,以及南北两段破裂带的几何分布和运动特性均不同,表明汶川地震是由南北两个次级破裂事件组成,这个结论与地震波数据反演结果一致,并根据八角庙和北川地区同震断层擦痕的运动学对比研究,推测汶川地震初期破裂以逆冲运动为主,沿映秀断裂和灌县-安县断裂,同时形成约100-80kin长近纯逆冲性质的映秀-清平段地表破裂带和灌县-安县地表破裂带,并且在这两条破裂带向NE方向扩展过程中形成了小鱼洞地表破裂带.由于南部初期破裂事件触发了北川断裂的活动,造成后期破裂事件的发生.后期破裂事件以右旋走滑(或右旋斜冲)运动为主,沿映秀-北川断裂形成龙池-深溪沟-八角庙-清平-擂鼓-北川-南坝-石坎等一线破裂带,该破裂带在映秀断裂带上叠加了第一次破裂事件形成的部分破裂带,整体地表破裂带南段(映秀-清平段)叠加了两次不同性质的破裂过程,北段(擂鼓-北川-南坝-石坎段)只反映了第一二次破裂事件的过程.所以,汶川地震地表破裂带中约270km长的映秀-北川破裂带具有逆冲兼右旋走滑性质,而约80km长的灌县-安县破裂带为纯逆冲性质.地震破裂过程是一动态复杂的物理过程,上述地表破裂模型可以解释两条不同性质破裂带的形成.但是否符合实际的地震破裂过程,还需要通过近台网地震波数据精细反演地震震源破裂过程的验证.     

塔里木盆地柯坪断隆断裂构造分析

柯坪断隆内断裂发育，笔者根据野外及地震数据对各主要断裂和二级断裂进行了分析，认为柯坪塔格断裂形成于晚第三纪，沙井子断裂早期与柯坪塔格具有不同的发育历史，阿合奇断裂形成于挤压而非走滑的背景下，皮羌断裂和印干走滑断裂其实是协调作用的捩断层。萨尔干断裂是一条假走滑断层，实际上应该是一条撕裂断层。在挤压背景下形成了二类主要的断裂构造组合样式；叠瓦推覆体、构造窗。笔者认为柯坪断隆上的构造其实是印度板块和欧亚板块远程碰撞造山和板内变形的一种表现。     

鲜水河断裂带色拉哈—康定段新发现的活动断层：木格措南断裂

鲜水河断裂带位于青藏高原东缘,是中国大陆内部地震活动性最强的大型活动断裂带之一。大量研究证据表明,鲜水河断裂带色拉哈—康定段未来几十年内发生破坏性强震的风险较高。目前正在规划建设的国家重大交通基础建设工程——川藏铁路,将在康定折多山地区直接穿越鲜水河活动断裂带。本研究通过高分辨率卫星影像的地质地貌解译和详细的野外构造地质填图,新发现一条发育于色拉哈断裂和折多塘断裂之间折多山花岗岩体内的长约24km的全新世活动断层,该断裂空间上可分成北、中、南三段,呈(正滑)左旋右阶雁行状排列,并将其命名为“木格措南断裂”。该活动断裂的发现对完善鲜水河断裂带色拉哈—康定段的精细几何图像和构造组合特征,准确评价鲜水河断裂带的地震危险性具有重要意义,并为川藏铁路施工建设和安全运营提供了重要科学数据支撑。     

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.     

郯庐断裂带的两大发展阶段——广义的逆冲推覆断裂带和狭义的平移断裂带

笔者总结了近年来的研究成果认为．中国东部的郯庐断裂带白海西期以来经历了两个主要发展阶段：第一阶段是广义的郯庐断裂带发展阶段，晚三叠世-早侏罗世由于扬子地块与华北地块的碰撞，成为两地块的对接边界，具有逆冲推覆的性质，属广义的特提斯构造域。第二发展阶段从早白垩世以来，发展成为一条平移断裂带，属于狭义的环太平洋构造域的平移系统。岩相古地理资料显示了扬子地块与华北地块的对接始于晚二叠世早期：印支期的郯庐断裂带是一条由NE、NNE向展布的缓‘S’型的地块拼贴边界．在现今的郯庐断裂带上表现为残留的由北北西向南南东的斜向逆冲推覆的性质，中下构造层次表现为韧性逆冲推覆变形，上部构造层即前陆褶皱冲断带内的变形：应力场分析资料显示：早三叠世晚期开始地表浅部就有近南北向的挤压作用，左行走滑平移作用开始发育：早白垩世晚期开始转入引张伸展阶段．与中国东部的伸展作用一致：新近纪又转为近东西向挤压．发育逆冲兼右行走滑作用．     

Earthquake source parameters at the sumatran fault zone: Identification of the activated fault plane

Fifteen earthquakes (M_w 4.1–6.4) occurring at ten major segments of the Sumatran Fault Zone (SFZ) were analyzed to identify their respective fault planes. The events were relocated in order to assess hypocenter uncertainty. Earthquake source parameters were determined from three-component local waveforms recorded by IRIS-DMC and GEOFON broadband lA networks. Epicentral distances of all stations were less than 10°. Moment tensor solutions of the events were calculated, along with simultaneous determination of centroid position. Joint analysis of hypocenter position, centroid position, and nodal planes produced clear outlines of the Sumatran fault planes. The preferable seismotectonic interpretation is that the events activated the SFZ at a depth of approximately 14–210 km, corresponding to the interplate Sumatran fault boundary. The identification of this seismic fault zone is significant to the investigation of seismic hazards in the region.     

The occurrence of graphite-bearing fault rocks in the Atotsugawa fault system,Japan: Origins and implications for fault creep

Graphite in fault zones has received little attention even though it is a well-known solid lubricant that could affect frictional properties of faults dramatically. This paper reports the presence of abundant graphite in fault zones of the Atotsugawa fault system, central Japan. Mesoscopic and microscopic observations of fault rocks revealed two processes of carbon enrichment in fault zones. One is a pressure solution process or diffusive mass transfer in general which removes water-soluble minerals such as quartz and carbonates from rocks, resulting in the enrichment of insoluble minerals including carbon. The other process is precipitation of graphite from a high-temperature carbon-rich fluid, forming graphite filling fractures within cataclasitic fault zones. The two processes have led to the concentration, up to 12 wt% of graphite, in the Atotsugawa fault zones, compared to 0 to 3 wt% of carbonaceous materials in the host rocks. This concentration is high enough for graphite to affect frictional properties at wide range of slip rates. The presence of graphite may provide an explanation for the low resistivity, the patterns of microearthquakes and fault creep along the western part of the Atotsugawa fault system. Graphite should receive more attention as a weakening and stabilizing agent of faults.     

利用地面LiDAR精细化测量活断层微地貌形态——以毛垭坝断裂禾尼处断层崖为例

受地壳内部持续运动和沉积、风化等自然动力及人类生产与生活活动影响,活断层微地貌形态往往比较复杂,传统测量方法较难快速、高效地获取大范围内精细化的活断层微地貌形态,激光雷达扫描技术的出现和发展为活断层微地貌的精细化与定量化研究提供了新的技术手段。以川西理塘毛垭坝盆地北缘的正断层崖为研究对象,利用地面LiDAR获取活断层微地貌高精度点云后,经过点云配准、滤波、重采样和三角构网处理后,建立了0.05 m分辨率的数字高程模型和真彩色三维模型,在此基础上分析了断层崖地貌特征,并获取了正断层错动两期最新地貌面的精确垂直位错量。研究结果表明,地面LiDAR技术是精细测量活断层微地貌形态和量化相关地貌特征参数的有效手段,提高了活断层微地貌形态测量的精度和认识水平。     

新生代阿尔金断裂带的演化:来自沿线盆地沉积记录的启示SCIEI北大核心CSCD

阿尔金断裂带是青藏高原自印度与欧亚大陆碰撞后向北扩展的前缘断裂,其新生代活动性对于研究青藏高原隆升与扩展过程和机制具有重要意义。近些年,运用热年代学、断裂几何学和运动学、沉积学、磁性地层学和地震学等方法对阿尔金断裂带的性质、组成结构、断裂活动时代、走滑断裂运动特征、走滑位移量和走滑速率等进行了细致的研究,而对阿尔金断裂带沿线受其控制的新生代沉积盆地的地层年代、沉积演化特征虽然也有一定研究,但往往仅限于单个盆地,缺乏对沿线盆地整体的对比认识,造成对阿尔金断裂带走滑起始时间及阿尔金山的隆升历史存在不同的认识。本文对近二十年来阿尔金断裂带沿线新生代沉积盆地的磁性地层年代与沉积相演化的研究进展进行综述,建立阿尔金断裂带沿线盆地新生代沉积序列和年代框架;辅助热年代学等资料,提出阿尔金断裂带的三阶段演化模型:始新世-中中新世,阿尔金断裂带以大幅度的走滑运动为主,同时伴随着阿尔金山小范围的隆升;中中新世开始,阿尔金山开始大规模的隆升,伴随着较少量的走滑运动;晚中新世以来,阿尔金断裂带构造活动加强。     

龙泉山断裂带隐伏断层氡气特征及其活动性分析

龙泉山断裂构造带作为龙门山推覆带的前陆隆起,严格控制了成都平原东边界,其活动性历来受到人们的关注。通过对龙泉山断裂带的氡气进行测量,可以有效地判断隐伏断层的位置及其活动性。测量结果显示,龙泉山断裂带北段东坡活动性强于西坡,主断层的活动性明显强于边缘隐伏断层,4条断层的活动性由强到弱依次为合兴场断层红花塘断层龙泉驿断层松林场断层。龙泉山断裂带同一条断层在地表由多个破碎带组成,其氡气异常特征与断层活动性和破碎带特征呈正相关性,即断层活动性越强,氡气异常特征越显著。龙泉山断裂带氡气平均异常浓度是背景值的9.6倍,将各异常带峰值浓度与背景值进行对比分析,大致归纳出了龙泉山地区隐伏断层活动性的相对判别标准。