松散堆积物中活断层的破裂位移形式及其对确定古地震破裂时间的意义

活断层作用产生的地震破裂，曾使地表产生破裂变形，地面建筑物遭到严重破坏，但由于第四纪松散沉积物变形方式复杂，破裂形迹往往不清晰或不显示，使得在探糟剖面上很难发现这些破裂作用的上部形迹。通过研究不同松散沉积层中断层破裂位移的形式，从宏观、细观与微观相结合的角度，初步探讨了探槽剖面上确定古地震破裂时间的标志与方法。     

古地震事件震级或强度大小限定的讨论

震级是表征地震能量大小的重要参数，但在古地震研究中，由于难以精确给定与地震矩紧密相关的破裂参数，故而无法直接计算事件的震级大小。研究者通常假定事件序列为震级相似的特征地震，或基于震级已知的历史地震地表破裂参数获取经验关系来进行震级估算。但已有研究表明特征地震的假设过于简化，而利用经验关系估算震级的方法也受限于各种误差，因此亟需探索新方法以提升古地震事件震级或规模大小评估的合理性。近年来，三维组合探槽的成功应用表明探槽内蕴含着丰富的事件变形信息，进而证实了在探槽内评估事件规模大小的可行性。基于此，文章以阿尔金断裂铜矿探槽为例，利用探槽揭示的事件变形强度，包括垂向位移量、变形带宽度和裂缝总拉张量，来评估事件序列的规模。数据分析结果表明，事件变形强度参数与震级相对大小具有一定的正相关性，且各参数之间也呈现部分相关性。因此，探槽中事件变形强度信息可以判断事件震级的相对大小，充分挖掘探槽内的事件变形信息可为合理评估古地震事件的震级提供借鉴和参考，在古地震研究中应加以重视。     

松散沉积物中活动断层的微观探测方法

松散沉积物中的活动断层常常看不到明显的宏观形迹,构成所谓的隐性断层。单靠探槽和天然露头的宏观观测,常常难以得到全面的认识。因此,开拓松散沉积物中活动断层探测的新思路和新方法是当前的迫切任务。本研究试图另辟蹊径从微观的角度解决这个问题。为此,观测了北京顺义—前门—良乡断裂、太原交城断裂、乌鲁木齐王家沟断裂和西山断裂以及西安临潼—长安断裂的24条探槽和天然露头剖面,采集原态样品140件,散状样品122件,切制大薄片275件。对所采集的样品开展了显微构造、显微沉积学以及扫描电镜(SEM)测定。研究结果表明,松散沉积物中的断层在微观上是有迹可循的,它们可以表现为变形条带、变形条带的带、滑动面、较宽的断层带、微破碎带、碎屑颗粒集中的带和铁质有机质集中的带等。断层内外样品在碎屑颗粒的棱角度、粒度大小、粒度分布特征以及表面结构特征等均有所变化。观测结果还发现了可以和震击物(seismites)的宏观构造标志相互对比的微观标志。显然,上述显微构造和显微沉积学特征可以作为松散沉积物中宏观形迹不明(隐形)断层及其是否伴有古地震事件的微观判断标志。总之,研究结果表明,微观探测是研究松散沉积物中活动断层具广阔应用前景的有效手段。     

新疆天山南部北轮台断裂古地震事件反演

北轮台断裂是一条全新世活动断裂,全长约70km,构成了南天山南麓与山前洪积扇的界线。该断裂晚第四纪期间活动性较强,为准确分析北轮台断裂的古地震特征,在野外地质调查的基础上,对变形的微地貌进行测量,在阿克艾肯和帝禾农业两段开挖两个大型古地震探槽,对北轮台断裂古地震进行了反演模拟推演。结果显示:北轮台断裂古地震活动频繁,阿克艾肯段探槽剖面记录到3次古地震事件,垂直累计位移量4.5m,根据逆断层变形特征,建立古地震模型反演分析,多次古地震事件属于原地同震复发,最新一次古地震事件造成的地表垂直位移量为1.5m左右;帝禾农业段活动性稍弱,对探槽剖面影像解译分析,该段记录古地震事件两次,最新一次事件垂直位错量达到1.1m。北轮台断裂记录的古地震事件与上盘存在侵蚀不整合面、下盘存在生长地层的规律一致。     

鲜水河断裂带色拉哈段中谷村一带的最新地表破裂讨论

鲜水河断裂带色拉哈段是2014年康定M_S6.3地震的发震断裂段, 其最新一次地表破裂事件(1725年康定7级地震)的离逝时间较长, 是最可能发生7级以上地表破裂型大震的危险地段之一。获得色拉哈段最新地震地表破裂的展布范围对确定断裂带的地震活动历史、评估断裂带的未来地震危险性以及防震减灾具有重要意义。然而, 迄今色拉哈段最新地表破裂的北西端位置仍存有较大争议。对此, 在以往资料认为没有同震地表破裂的中谷村一带开挖了探槽组, 获得了这一带的破裂历史, 其最新一次事件(E6)的限定年代为A.D.746±51之后。综合探槽剖面证据和附近的断错地貌特征以及历史地震资料, 探槽揭露的最新事件E6可能对应1725年康定7级地震, 色拉哈段的地表破裂北西端至少已延伸到中谷村一带。      

探地雷达在探测玉树走滑断裂带活动性中的初步应用

探地雷达具有快速、检测范围广、探测深度深、分辨率高及对地表环境无破坏等特点,在活动断层探测应用中具有很大的优势。在简要介绍玉树走滑断裂带活动性的基础上,选择高分辨率的探地雷达对隆宝、昔日达和盘琼沟处断裂带附近的活动断层进行探测。采用时间域有限差分法建立活动断层的数值模型对其雷达波响应特征进行模拟,分析断层在探地雷达剖面上的反射波特征。根据断层的反射波特征解译探地雷达图像,判断断层的位置、走向及空间展布。结合探槽开挖对比,探地雷达图像的解译结果与探槽开挖后的断裂带剖面展示的断层活动性质基本一致。根据隆宝、昔日达和盘琼沟处的探地雷达图像与探槽剖面上断层反射波特征的对比研究,解译了玉树地震震中位置探地雷达剖面上的断层展布。研究表明,探地雷达是一种快速探测活动断层的有效方法,尤其是在地表破裂不明显的区域,不仅可以准确地判断断层的位置、走向及空间展布,还可以将断裂带附近地下岩层的层位信息及探槽断面之外的地表下图像清晰地呈现出来,为以后运用探地雷达探测活动断层提供参考。     

基于构造活动历史的活断层工程避让研究

活断层工程避让在本质上属于工程抗断问题,其目的是减少活断层未来发生地表破裂时对建筑物的破坏.不是所有活断层都能产生地表破裂,只有地震活断层才是工程避让的对象.各种研究方法确定的活断层工程避让安全距离,是否适用于某一具体的活断层,尚需对活断层本身开展相关研究.本文基于活断层研究的基本方法,分别以贺兰山东麓断裂和银川隐伏断裂为例,通过对活断层构造活动历史的分析,以活断层的过去预测未来,为裸露和隐伏活断层的工程避让提供依据.对裸露活断层而言,采用地震地质填图、槽探、断层陡坎地貌调查的方法,鉴定其是否为地震活断层,古地震和断层陡坎地貌的原地复发特征是确定工程避让位置的依据,探槽剖面断层带宽度及断层陡坎宽度可作为避让距离的参考.对隐伏活动断裂而言,首先应通过多种手段进行断层定位,槽探和钻探是鉴定地震活断层并进行构造活动历史分析的基础.古地震事件的原地复发、以及钻探剖面不同深度不同沉积时期的地层界线的断距变化是分析未来地表破裂位置的主要依据,已有断层面在地表延伸的位置是下次地震地表破裂发生的位置,是工程避让的参照.通过分析,认为前人统计的15m避让距离适用于贺兰山东麓断裂和银川隐伏断裂,银川隐伏断裂考虑最大定位误差后的避让距离为40m.     

地表探槽断裂岩岩石磁学揭示汶川地震断裂带不同滑移机制

岩石磁学能揭示岩石的磁性矿物组合,通过断裂岩不同的磁性矿物组合可揭示地震过程中磁性矿物变化、地震摩擦温度及地震滑移机制等基础地震地质问题。2008年Mw 7.9级汶川地震使两条断裂带同时发生地表破裂,包括映秀-北川和灌县-安县断裂地表破裂带,破裂带上地震断裂岩为岩石磁学提供了大量的研究对象。本研究主要以汶川地震地表破裂带上两个探槽内断裂岩为对象,包括映秀-北川地表破裂带上的八角庙探槽和灌县-安县地表破裂带上的九龙探槽,结合目前已发表的地表及WFSD-1孔的研究成果,从岩石磁学角度探讨汶川地震断裂带经历的地震滑移机制:1综合映秀-北川地震断裂带上八角庙探槽和其它位置的断裂岩岩石磁学研究,结果显示该地震断裂带附近断层泥的高磁化率源于新生的亚铁磁性矿物,如磁铁矿和磁赤铁矿等,故映秀-北川地震断裂曾经历高温快速热增压地震滑移机制;2灌县-安县地震断裂带上九龙探槽内断层泥略低的平均磁化率源于其铁的硫化物含量比断层角砾及侏罗纪砂岩多,铁的硫化物可能源于地震过程或断裂岩抬升到地表后的地表作用,如果断层泥中铁的硫化物多含量源于地震过程,则灌县-安县地震断裂带曾经历低温慢速机械润滑地震滑移机制;3两条断裂经历的不同地震滑移机制可能受控于断裂深部结构,如断层产状,映秀-北川地震断裂带的陡倾角易产生高温快速地震滑移,而灌县-安县地震断裂带的缓倾角更易产生低温慢速地震滑移。     

东昆仑南部西大滩断裂的地震鼓包及形成时代

在昆仑山南部西大滩与东大滩谷地,沿西大滩活动断裂发育大量串珠状斜列分布的地震鼓包,与不同类型的地震破裂、地震楔、地震陡坎和地震凹陷伴生,在探槽剖面表现为全新世砂土层和晚更新世砾石层的背斜褶皱变形;地震鼓包长轴走向290°~300°,与西大滩活动断裂呈10°~20°交角,锐角指示西大滩断裂左旋走滑运动方向。对探槽剖面不同层位的沉积物、断层破碎带和地震崩积楔分别取样,进行热释光和光释光测年,发现西大滩断裂的地震鼓包主要形成于全新世早期,对应于10.2ka BP、8.6~8.7ka BP、7.0ka BP、6.10ka BP4期古地震事件。估算西大滩断裂全新世早期强烈地震的复发周期为0.9~1.7ka,断裂左旋走滑速率为5.3~10.0mm/a,平均约7.7mm/a。全新世晚期西大滩断裂的构造活动性显著减弱,强烈地震向南迁移至库赛湖断裂。     

海原活动断裂带破裂行为特征研究

通过对海原断裂带18个探槽资料的研究，分析得出海原断裂带是10ka以来共发生10次古地震事件，这些古地震事件具有分级破裂的特征，第一次和最后一次是沿全断裂的破裂事件，其他都是沿次级段落的破裂事件。在时间上，古地震事件的分布是不均匀的，具有丛集的特征；在空间上，具有西段或中东段（中段）来回迁移的特征。沿全断裂的破裂事件震级约8．5级左右，沿次级断裂的破裂事件震级约7．5级左右。     

中国庐山第四纪沉积砾石的显微构造系统及地质环境动力学分析

经过多年的区域地质调查和第四纪环境演变的分析, 对庐山芦林盆地大校场谷口剖面松散沉积物中变形砾石进行岩石显微构造学的研究。发现变形砾石内部存在特殊的微裂隙组构, 呈现出错裂-横裂-劈裂-爆裂-复裂-应力矿物等的复杂组合, 其结构面特征反映出显微构造形迹的力学性质是互为转变的。通过物理模型分析和试验变形比对等综合材料证明, 变形砾石是遭受了既密集、又分散、还具有同时发生作用的长时期的多边界外力条件及平衡力系, 内部形成破裂其应力传递过程和性质改变与变形形迹转变及其做功连续扩展, 是由低于疲劳极限的具有脉动性作用微弱应力造成的。地球陆表过程和地质环境要素及其动力学机制的研究认为, 只有第四纪晚期地质事件的低温、低应力及其分散密集的多颗粒平衡力系的缓慢长期及间歇脉动作用的边界条件才能满足、符合及形成这种特殊的岩石变形构造, 为中国东部山地可能遭受第四纪冰冻环境及冰川作用提供了新的科学证据。     

怀安盆地北缘断裂中段晚第四纪活动性研究

怀安盆地位于河北省张家口,是晋冀蒙盆岭构造区的活动构造盆地之一,在其北缘发育了控制盆地的怀安盆地北缘断裂。为了研究断裂的活动性,在断裂中段开挖了3个探槽,TC-1位于一条冲沟的一级洪积扇上,TC-2位于二级洪积扇上,TC-3位于另一条冲沟的一级洪积扇上。TC-1揭示断裂没有断错厚度约12m的覆盖层;TC-2揭示出由多条次级断层组成的断裂,断裂断错了大部分层位,且位错量随深度加大;TC-3剖面特征与TC-2相似。通过对探槽剖面进行详细的分析、测绘、描述和取样测年,得到了有关断裂的活动性的参数。分析表明,怀安盆地北缘断裂中段的最新活动时代为晚更新世晚期,晚更新世的平均滑动速率为0.12mm/a。TC-2和TC-3探槽显示断裂曾有过多次活动,并可识别出至少3次地表破裂型的古地震事件,其中最后2次分别发生于距今约40 000 a和距今约28 000 a,平均同震垂直位移为1.3 m,断裂的平均地震重复间隔约为11 ka。断裂具有发生7级地震的能力,末次地表破裂型地震的离逝时间已超过20 ka,对其危险性应予以重视。     

青藏铁路沿线的地裂缝及工程影响

通过大比例尺野外地质调查和跨季节对比观测,发现青藏铁路沿线发育地震破裂、断层裂缝、冻土裂缝与冰裂缝4种不同类型的地裂缝。典型地震破裂包括西大滩古地震破裂、昆仑山南缘地震破裂、可可西里古地震破裂、崩错地震破裂、谷露盆西地震破裂、羊八井-当雄盆西地震破裂;地震破裂规模大,产状稳定,与地震鼓包、地震陡坎、地震凹陷有序组合,是地表构造变形的重要形式,属内动力成因地裂缝。断层裂缝沿断层破碎带定向分布,产状稳定,成群产出,与断层活动、地下水运移、不均匀冻胀存在密切的关系,是构造变形与融冻变形联合、内外动力耦合产生的复合成因地裂缝。冻土裂缝和冰裂缝属外营力成因地裂缝,是冻土与冰层不均匀融冻变形的重要表现形式。地震破裂、断层裂缝和冻土裂缝对青藏公路、青藏铁路及沿线工程安全具有不良影响,这些地裂缝切割错断路基,形成路面破裂和路基滑塌,产生显著的灾害效应。     

以海原断裂甘肃老虎山段为例浅析走滑断裂古地震记录的完整性——兼论古地震研究中的若干问题

在简单介绍海原断裂老虎山段松山探槽点古地震工作的基础上,分析了制约走滑断裂上古地震记录完整性的因素。松山探槽点跨断裂开挖的2个探槽揭示颜色和粒度不同的地层互层的沉积序列呈近水平面状展布。在断裂带内地层发生错断、旋转和拖曳等变形现象。多个层位上的这种变形表明该点揭示了6次古地震事件。炭屑的~(14)C年龄限定了6次事件均发生在距今3500～3900年以来,其中最新的4次事件从老到新分别为0～410aAD、890～1000年之后不久、1440～1640 aAD和1990年景泰-天祝Mw5.8级历史地震。该序列及其他例子表明连续的、高沉积速率的微构造环境是走滑断裂上探槽选取的重要原则。     

龙首山南麓新发现的地震地表破裂带——兼论1954年山丹MS 7?地震发震构造

基于详细的遥感解译和野外调查,发现龙首山南缘断裂发育有较新的地震地表破裂遗迹,包括断层坎、地震鼓包、河道的系统位错等断层地貌标志,破裂带总长度超过20 km,沿断裂走向其垂向位移介于0.35~4 m,水平位移介于0.3~1.9 m,龙首山南缘断裂主体表现为逆冲性质,仅在西端表现为局部左旋走滑的性质。通过剖面和探槽揭示,龙首山南麓地区全新世以来发生多次断层活动,最新的一次在约3.96 ka以来。经过与区域内的强震记录比对,认为此次新发现的地震地表破裂带可能是1954年山丹M_S 7?地震所致。1954年山丹M_S 7?地震在浅表沿两条断裂同时发生了地表破裂,表现为正花状构造的变形样式。这种同震位移分配现象以往多发现于走滑型地震中,此次在逆冲型地震中发现。龙首山南缘断裂地表破裂带的发现为揭示1954年山丹地震的震源过程和破裂样式提供了新的证据和思路。      

鲁甸MS 6.5 地震发震断层地表破裂特征、相关古地震的发现和年代测定

鲁甸M_S 6.5级地震发生后,余震分布呈现两个优势方向,其发震断层是NE向的昭通-鲁甸断裂,还是NW向的次级断裂,引起了广泛的讨论。详细的野外调查发现,从龙头山镇南东方向的谢家营盘-光明村-王家坡一线N22°W~N55°W走向断续展布长约8 km地表破裂带,呈左行右阶排列,伴有30~35 cm左右的走滑分量,局部走滑分量达40~60 cm,表明此次地震的发震构造为北西走向的包谷垴-小河断裂。探槽工程揭露出发震构造光明村-小垭口段4次古地震事件;8个炭屑样品的14C测年分析表明,事件E1可能发生在9190-8870 BC,E2为1000 BC至900 AD,E3为910-1240 AD,最新一次事件E4为2014年鲁甸MS 6.5级地震。该研究表明,云南地区6.5级强震可以产生地表破裂并可能在地质记录中留下遗迹。结合本次地表破裂特征,影像几何不连续以及探槽剖面揭露出古地震断面信息容易隐形等特征表明,包谷垴-小河断裂在历史活动中强度不大,属中强地震发震构造。     

探槽古地震事件识别标志及其定量化——以活动走滑断裂为例

探槽古地震事件的识别取决于对沉积地层中封存的构造变形和沉积响应的解译。基于国内外88篇走滑断裂古地震研究论文,系统总结分析了古地震事件的多种识别标志,主要包括地层的垂向错断、断层向上逐渐尖灭、生长地层、裂缝充填、角度不整合、砂土液化、崩积楔、褶皱等。这些识别标志的质量和数量是判别古地震事件的关键。综合分析认为,地震成因识别标志与非构造成因及蠕滑产生的变形不同,而不同识别标志对地震层位的限定有证据强弱之分。在充分考虑地域和人为因素的影响下,根据识别标志的强弱,对探槽揭露事件的地层证据进行半定量化分析,这在实际工作中不仅可以最大限度地降低误判地震事件的可能性,排除非地震成因变形的影响,也能更客观地反映地震事件的可信度。     

海原断裂干盐池探槽揭示非特征性古地震序列

海原断裂是青藏高原东北缘一条重要的陆内活动左旋走滑断裂,于1920年发生过里氏8?级特大地震,形成约230km的地表破裂带和高达10.2m的同震左旋位移。该断裂的大地震复发行为特征一直是地震地质学家关注的重点,然而现有的认识需要更多以精细沉积地层约束的古地震数据的验证。基于此,在海原断裂中段干盐池盆地成功开挖了数个大型三维探槽,揭露了清晰的韵律性、面状展布地层和丰富的古地震事件证据。在探槽上部2.5m厚的最新细粒沉积层序记录了AD 1500以来的3次地震事件。基于地层中~(14)C样品的结果和历史地震史料的考证,限定这3次地震事件分别对应于AD 1920年、AD 1760年(或1709年)和AD 1638年的地震,但其震级差别很大。除了最新一次地震,即1920年海原大地震的震级为8?级,其他2次地震事件的震级较小,均小于7级,说明海原断裂上伴生有地表破裂的地震不全是特征型地震事件。结果表明,古地震探槽中揭示的地震强度不一定相同,而且中等震级地震也可以产生地表破裂,其地层证据在合适的条件下,如无沉积间断、沉积速率大等环境能在地层中得到保存。     

郯庐断裂带中段第四纪活动及其分段特征

郯庐断裂带是中国东部一条岩石圈尺度的构造不连续带。位于江苏和山东培内的郯庐断裂带中段，在新构造运动时期强烈右旋走滑复活，形成地貌形迹显著的走滑活动断裂带。笔者在断层活动形迹的野外调查和观测的基础上，结合TM遥感影像特征解译和地震震源机制解资料，分析了郯庐断裂中段第四纪活动的分段行为特征。位于嘉山－潍坊之间的郯庐断裂带中段可以进一步划分为3段，北段安丘－茅埠亚段，中段汪湖－宿迁亚段，南段宿迁－嘉山亚段，这三段可能分别是独立的地震破裂段。观测表明，新构造变形主要集中在宿迁以北的中、北段，是历史强震的发生段，而南段变形相对较弱，嘉山以南安徽境内郯庐断裂新构造变形更弱。郯庐断裂带新构造走滑变形的走向分段行为是华北地区不同块体新构造运动位移调节的结果。     

RESEARCH ON LATE QUATERNARY PALEOEARTHQUAKE ON TAZANG FAULT ON THE EASTERN SECTION OF THE KUNLUN ACTIVE FAULT

塔藏断裂位于东昆仑断裂带东段,属于“玛曲空区”范围,汶川Ms8.0级地震对该区域造成了应力的加载,但是本区尚未开展古地震方面研究,地震危险性认识不足.通过断错地貌实测、古地震探槽、14C定年等方法,在坡中谷、断塞塘附近位置开挖两处探槽,获得了一些古地震方面的认识.探槽附近微地貌测量结果表明,断错量主要分布在两个范围区间72m和71m,以及27m,25和22m,两区间之间近倍数关系,推测由多次地震事件造成.两处探槽采集14C样品共计19个,探槽剖面分别记录了2次古地震事件,事件发生的层位与年龄具有一定的可比性,经逐次限定后得到2次古地震事件,时间分别为320±30～500±30aB.P.和2730±30 ～ 2840±30aB.P.;最近一次古地震离逝时间为320±30 ～ 500±30aB.P.;实际重复间隔约为2300a,与东昆仑断裂玛曲段的重复间隔较为接近.