基于青衣江变形河流阶地研究龙门山断裂带南段的构造活动性

龙门山断裂带南段第四纪沉积差,断层出露不明显,晚第四纪构造活动性资料零星。为了提高对龙门山断裂带南段构造活动性的认识,探索芦山地震的发震构造,文中在分析龙门山断裂带南段的地貌以及构造演化的基础上,对跨盐井-五龙断裂、大川-双石断裂和芦山盆地的青衣江不同段的6级河流阶地进行了差分GPS连续测量和细致研究,结合对高分辨率航拍影像的地质解译,得到了龙门山断裂带南段青衣江各段的河流阶地横剖面,通过不同河段河流阶地的对比分析,建立了龙门山断裂带南段青衣江河流阶地纵剖面。通过对河流阶地的变形分析,发现龙门山断裂带南段晚第四纪以来,盐井-五龙断裂的平均垂向断错速率为0.6~1.2mm/a,大川-双石断裂没有明显的垂向活动,芦山地震的发震断层控制的山前褶皱最新活动。结合龙门山断裂带南段的地壳深部结构资料和芦山地震的精定位余震资料等,认为芦山地震的发震构造不是大川-双石断裂,而是龙门山断裂带南段的山前盲逆断层和反冲断层。     

龙门山南段前陆区晚第四纪构造变形样式

龙门山中南段前陆区是青藏高原东缘唯一发育新生代薄皮构造与沉积盆地的地段,研究其最新构造变形样式有助于深入理解青藏高原向东扩展的构造机理.论文通过青衣江河流阶地测量与古青衣江洪积扇形态重建,研究了龙门山南段前陆区晚第四纪活动构造格局及其活动性,取得了如下认识：（1）青衣江河流阶地纵剖面显示,龙门山南段前陆地区晚第四纪变形主要为褶皱作用,总体地壳缩短速率为2.5~3.9 mm·a^-1,远大于山区冲断带0.48~0.77 mm·a^-1的地壳缩短速率,地壳缩短主要由前陆地区吸收;（2）青衣江古洪积扇错断变形显示,龙门山南段前陆区活动构造表现为北西—南东向地壳缩短与近东西向的地壳缩短的叠加作用,两者分别受控于巴颜喀拉块体南东向推挤作用与川滇块体向东推挤作用;（3）自中新世初川滇块体向南东挤出,四川盆地西南角起到分流青藏高原物质的作用,其西南侧物质通过鲜水河—小江断裂带的左旋错动向南东方向分流,其西北侧物质通过龙门山断裂带的右旋错动向北东方向分流,迎面受到了最大的推挤作用,进而向前陆扩展形成了薄皮褶皱构造带.

     

利用DEM技术自动提取龙门山南段青衣江阶地面的研究

河流阶地面是一种时间性、连续性非常高的层状地貌面,利用跨断层地区的河流阶地变形可以定量地判别一个地区的断层活动性。青衣江横跨龙门山断裂带南段是一条区域性大河,由于龙门山南段构造活动强烈且河流阶地被侵蚀程度严重,为了在室内更好、更快地解译青衣江河流阶地,使野外调查工作更具有针对性,本文在龙门山南段青衣江流域小关子至飞仙村一段,采用航测遥感技术制作的2m分辨率DEM和1/5万数字高程模型,基于Arc GIS和MATLAB平台进行了阶地面提取和聚类分析,以模拟野外测量阶地的流程,试图通过计算机提取,快速获取该地区更多的残余地貌面,建立起较为完整的河流阶地纵剖面。研究结果表明:野外测量数据与计算机自动提取结果相似度较高,具有较好的一致性;在完整的阶地剖面中发现了芦山盆地内部阶地具有疑似拱曲现象;在大川-双石断裂附近阶地有翘起现象,推测芦山盆地西缘阶地拱曲是由大川-双石断裂东侧的一条未知断层引起的,大川-双石断裂附近阶地的翘起现象可能是在断层逆冲推覆过程中形成的,同时结合区域年代历史数据,推测该地区(芦山盆地至大川-双石断裂)至少在晚更新世曾发生过构造活动。     

利用岷江阶地的变形估算龙门山断裂带中段晚第四纪滑动速率

用岷江都江堰—汶川段晚第四纪阶地面的变形量估算了龙门山断裂带中段的滑动速率。岷江及其支流发育3级晚第四纪河流阶地,阶地面的年龄分别约为10,20,50kaBP。阶地纵剖面在茂汶-汶川断裂、北川-映秀断裂和江油-灌县断裂处有明显的垂直变形。断裂活动具有间歇性特点,晚第四纪以来有过3期活动,其起始时间分别为50,20,10kaBP。依据各级阶地面年龄和变形量估算的茂汶-汶川断裂、北川-映秀断裂和江油-灌县断裂晚第四纪逆冲滑动速率分别为0.5,0.6～0.3,0.2mm/a;据阶地走滑位错估算的茂汶-汶川断裂和北川-映秀断裂的晚第四纪右旋走滑速率均约为1mm/a。现代河床之下发育很厚的河流堆积物表明,龙门山的构造抬升经历了较为复杂的过程     

龙门山断裂带南段错断晚更新世以来地层的证据

在野外实地考察基础上,研究人工开挖剖面并使用现代测年技术后,发现龙门山断裂带南段的前山断裂和中央断裂自晚更新世以来发生过强烈的活动。可以分辩出龙门山前山断裂南段大川- 双石断裂错断距今5-74 万a 以来的冲积层,垂直位移1-74m ;中央断裂南段五龙断裂在错断距今9 万a 左右的冲洪积地层后,被距今约7-85 万a 的坡积层覆盖,剖面上地层的垂直位移为0-73m     

龙门山大川-双石断裂在都江堰隐伏段的综合探测研究

大川-双石断裂位于龙门山前山断裂南段,因其在都江堰地区隐伏于岷江河流阶地之下,在一定程度上影响了对龙门山断裂带南段的地震危险性评价和发震能力评估。因此,掌握大川-双石断裂的地下分布特征和活动性,对都江堰城区的避灾规划和重大工程选址意义重大。本项研究在野外地质调查基础上,垂直断裂走向布设浅层地震反射剖面、高密度电阻率剖面和钻孔联合剖面。通过多种方法共同揭示了大川-双石断裂在都江堰地区的精确空间展布位置、近地表构造形态、上断点埋深及断裂活动性。大川-双石断裂在都江堰地区的岷江西岸阶地处隐伏通过,为逆断层,倾向NW,倾角在地表浅层为60°~70°,近地面为20°~30°;且破碎带向地面逐渐变浅变薄,上断点向上延伸至第四系灰褐色黏土层和棕黄色粗砂夹砾石层,埋深约3.5 m。上述研究表明大川-双石断裂在都江堰市区附近具有全新世活动特征。     

博格达北麓晚第四纪地壳缩短速率

博格达推覆构造,由南向北发育3~4排活动断裂,活动性逐渐向北迁移,最新活动主要集中在前缘的阜康断裂及北三台断裂上。阜康断裂上盘在二工河一带为单斜岩层,具有断弯褶皱的特征,通过测量阶地拔河高度、阶地基座岩层的产状以及阶地年代数据,应用断弯褶皱变形的关系式得到了断层沿断层面滑动速率为0.8 mm/a;北三台断裂发育在断层扩展褶皱北三台背斜北翼,利用阶地剩余面积及褶皱滑脱面埋深,计算得到北三台背斜晚更新世晚期以来的缩短速率在0.5~0.9mm/a之间。综合得到博格达北麓晚第四纪地壳缩短速率为1.3~1.7 mm/a,考虑到埋藏地貌面的变形量,估计博格达北麓晚第四纪以来南北向总的地壳缩短速率在1.5~2.0 mm/a之间。     

汶川地震前龙门山断裂带闭锁程度和滑动亏损分布研究

利用1999—2007期GPS水平速度场数据,采用Defnode负位错反演程序估算了龙门山断裂在汶川地震前的闭锁程度和滑动亏损分布,结合龙门山断裂带附近地表水平应变率场结果,综合分析了震前地壳变形特征.反演结果表明,震前龙门山断裂中北段处于完全闭锁状态,闭锁深度达到21 km(闭锁比例0.99)左右,垂直断层方向的挤压滑动亏损速率约为2.2 mm/a,平行断层方向的右旋滑动亏损速率约为4.6 mm/a.龙门山断裂南段只有地表以下12 km闭锁程度较高(闭锁比例0.99),垂直断层方向滑动亏损速率约为1.4 mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为4.6 mm/a;在12~16 km处闭锁比例约为0.83,垂直断层方向滑动亏损速率约为1.2 mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为3.8 mm/a;在16~21 km处闭锁比例约为0.75,垂直断层方向滑动亏损速率约为1.1 mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为3.5 mm/a.在21~24 km处整条断裂均逐步转变为蠕滑.上述反演结果与区域应变计算获得的龙门山断裂带中北段整体应变积累速率较低、南段应变积累速率较高相一致,均表明中北段闭锁程度高、南段闭锁程度稍低,该特征可以较好地解释汶川地震时从震中向北东向单向破裂现象.     

汶川地震前龙门山断裂带闭锁程度和滑动亏损分布研究

利用1999—2007期GPS水平速度场数据,采用Defnode负位错反演程序估算了龙门山断裂在汶川地震前的闭锁程度和滑动亏损分布,结合龙门山断裂带附近地表水平应变率场结果,综合分析了震前地壳变形特征.反演结果表明,震前龙门山断裂中北段处于完全闭锁状态,闭锁深度达到21 km(闭锁比例0.99)左右,垂直断层方向的挤压滑动亏损速率约为2.2 mm/a,平行断层方向的右旋滑动亏损速率约为4.6 mm/a.龙门山断裂南段只有地表以下12 km闭锁程度较高(闭锁比例0.99),垂直断层方向滑动亏损速率约为1.4 mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为4.6 mm/a;在12~16 km处闭锁比例约为0.83,垂直断层方向滑动亏损速率约为1.2 mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为3.8 mm/a;在16~21 km处闭锁比例约为0.75,垂直断层方向滑动亏损速率约为1.1 mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为3.5 mm/a.在21~24 km处整条断裂均逐步转变为蠕滑.上述反演结果与区域应变计算获得的龙门山断裂带中北段整体应变积累速率较低、南段应变积累速率较高相一致,均表明中北段闭锁程度高、南段闭锁程度稍低,该特征可以较好地解释汶川地震时从震中向北东向单向破裂现象.     

龙门山断裂带中段晚第四纪活动速率

1龙门山断裂带概述 龙门山断裂带为青藏高原川青块体与华南四川盆地间的边界断裂,沿龙门山展布,走向北东,全长约500km,宽40～50km.该带主要由茂汶-汶川断裂(后山断裂)、北川-映秀断裂(主中央断裂)、江油-灌县断裂(主边界断裂)和后山、前山和前缘三条推覆构造带组成.全长约500km,宽40～50km.断裂带中段与岷江斜交并断错了岷江及其支流的河流阶地.本文应用河流阶地变形研究了该断裂带中段晚第四纪的活动速率.     

巴颜喀拉地块东部龙日坝断裂带的发现及其大地构造意义

在青藏高原东缘NE向龙门山断裂带西北侧约200km的巴颜喀拉地块东部,由GPS复测发现存在一条宽阔的NE向右旋剪变带,变形速率达4-6mm／a．卫星影像解译和野外考察表明：这一右旋剪切带对应了以往被忽略的、新生的NE向龙日坝断裂带．龙日坝断裂带北东段由走向N54°±5°E、相距约30km的两条平行分支断层组成．这两条分支断层沿线晚第四纪断错地貌发育,北支龙日曲断层具有较大的逆冲分量,南支毛尔盖断层为纯右旋走滑断层．依据矢量合成原理可知,龙日坝断裂带北东段晚更新世以来平均右旋滑动速率为（5．4±2．0）mm／a,垂直滑动速率约0．7mm／a,地壳缩短率约0．55mm／a．龙日坝断裂带的存在和发现可以很好地解释青藏高原东缘的大地构造与动力学特征：以龙日坝断裂带为界,巴颜喀拉地块分为西部阿坝和东部龙门山两个次级块体;龙门山次级块体的整体缩短和隆升反映出从龙门山断裂带到龙日坝断裂带是巴颜喀拉地块南东向运移过程中由于受到华南地块的强烈阻挡而形成的后展式推覆构造系统,并成为青藏高原东缘承载新生代晚期至今地壳变形的一种活动地块边界构造类型．龙日坝断裂带正是这一系统中晚第四纪新生的活动断裂带．     

库车坳陷东秋里塔格断裂晚第四纪活动和滑动速率

东秋里塔格断裂是库车坳陷内活动最为强烈的断裂之一,断错了波斯坦托克拉克河两岸的各级阶地。利用全站仪对河西岸的阶地变形进行了精确测量,得到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级阶地形成以来东秋里塔格断裂的垂直断错量分别为12.5 m、20 m和24.5 m,并根据前人资料和区域类比的方法对各级阶地年龄进行了估计,计算得到晚第四纪以来该断裂的平均垂直滑动速率为1 mm/a左右,所引起的地壳缩短速率为(1.97~2.13)mm/a。     

GPS观测揭示的芦山M_S7.0地震前龙门山断裂带南段变形演化特征

横跨龙门山断裂带南段的连续GPS测网记录到了2013年4月20日芦山MS7.0地震孕育过程相关的地壳变形信息,为研究此次地震前孕震区地壳变形动态演化过程提供重要的基础资料.研究表明,汶川地震的发生导致茂县-汶川断裂南段及以东地区挤压应变和左旋剪切应变加载.GPS跨单条断裂的基线平均缩短速率约为1~2 mm/a,跨越整个断裂带的基线平均缩短速率约为8~10 mm/a,且均表现出随芦山地震临近年均缩短速率逐渐减小的特征;多站组合的应变参数时序结果显示,龙门山断裂带南段主压应变率自西向东逐渐减小,主压应变方向为N30°~45°W近似垂直于断裂带;北川-映秀断裂以东地区以挤压变形为主兼有明显的左旋剪切变形,且面应变和第一剪应变随着芦山地震的临近应变率逐渐减小;北川-映秀断裂以西则表现为在时间进程上逐渐增强的右旋剪切变形.区域GPS变形场结果显示汶川震后龙门山断裂带南段挤压应变积累速率显著大于震前,且茂县-汶川断裂以东地区表现出左旋剪切应变积累特征.综合分析认为,汶川地震后巴颜喀拉块体东向运动加速,运动速度自西向东递减,致使在汶川地震中未破裂的龙门山断裂带南段的挤压应变积累水平进一步增强.     

东天山地区伊吾断裂晚第四纪活动特征

通过对伊吾断裂的实地调查,发现断裂在伊吾县城北侧的山前地带断错了晚第四纪洪积扇、T_3河流阶地,在地表形清晰的陡坎地貌,T_1阶地未见明显错动。依据探槽及天然露头揭露的剖面,认为研究区内断裂的运动方式以高角度逆冲为主。实测洪积扇上陡坎的高度在5～13 m区间内,T_3阶地的垂直高差达26 m,光释光测年结果表明研究区内T_3阶地的年龄为71～108 ka,初步估计伊吾断裂晚第四纪以来的垂直活动速率为0.24～0.37 mm/a。     

白杨河阶地揭示的北祁连山西段晚第四纪构造变形

祁连山作为青藏高原东北缘的重要造山带,是高原向NE方向扩展的最前缘,逆冲和褶皱作用是青藏高原向N扩展的重要构造变形方式。白杨河发育于祁连山内部,向N汇入前陆区酒西盆地。因此,可以通过白杨河阶地研究祁连山北缘的变形特征。通过对白杨河阶地的详细调查与测量,得到如下认识:1)白杨河阶地具有流域分段性,在地形陡变带及盆地内白杨河背斜区发育多级阶地。以阶地级数来说,以牛头山为界,上游发育2—3级阶地,下游发育4—5级阶地。2)从白杨河阶地纵剖面获得昌马断裂的垂直活动速率为(0.32±0.09)mm/a,地壳缩短速率为(0.12±0.09)mm/a;旱峡-大黄沟断裂T5形成以来(约13ka)没有垂直活动;老君庙背斜区T5阶地(约9ka)褶皱变形隆升量为(6.55±0.5)m,缩短量为(3.47±0.5)m,隆升速率为(1.23±0.81)mm/a,缩短速率为(0.67±0.44)mm/a;白杨河背斜开始活动时期约为300kaBP,其170ka以来的平均隆升速率约(0.21±0.02)mm/a,缩短速率为(0.14±0.03)mm/a;3)北祁连山地区在响应青藏高原向N扩展的过程中表现出2种不同的变形特征:在祁连山内部以剪切变形为主,表现为块体侧向挤出;而在祁连山北缘地形陡变带和酒西盆地内部以挤压变形为主,表现为地壳缩短和隆起,并且盆地内构造缩短变形量占总变形量的50%左右。     

长岭山北麓断裂晚第四纪活动性及构造稳定性研究

通过野外调查表明,长岭山北麓断裂晚第四纪以来表现出强烈的新活动性.沿断裂年青冲沟以及最新阶地发生水平左旋位移,通过测量及位移量的分组分析并结合相关年代计算得到,该活动断裂晚更新世以来水平滑动速率为5.1mm/a,垂直滑动速率为0.19mm/a;全新世以来水平滑动速率3.53±0.34 mm/a,垂直滑动速率0.29±0.03 mm/a.沿断裂全线进行分析并结合断层剖面得到,小红山一带断层上覆0.4～1.2 m的坡洪积层(底部TL年龄6.1±0.7 kaBP)未被错动,而且Ⅰ级河流阶地及河漫滩相沉积物均未发生变形变位.1927年古浪8.0级地震形成的地表破裂向东抵达下井子沟地区,但未通过陶家山北的明代长城.区域分析表明,长岭山北麓断层构成古浪活动断裂带的东延段,和前人已经确定的天桥沟断层、黄羊川断层一起构成古浪左旋走滑兼逆冲活动断裂带.1927年古浪8.0级地震形成大破裂--贯通型的地震地表破裂带,说明该断裂所在地区为破裂的成熟地段.通过计算,并考虑到古浪大地震的离逝时间以及结合区域资料分析表明,该活动断裂所在地区至少500a内是相对稳定的,1000a的预测时段内发生强、大地震的概率也很低,但是不排除发生中强地震的可能.     

新疆南天山库车坳陷晚第四纪以来地壳缩短速率的初步研究

库车坳陷是南天山中段新构造运动异常强烈的地区,发育4排近EW向展布的逆断裂-背斜带。通过野外实地考察及前人资料分析,认为该区晚第四纪以来的构造变形主要集中于喀桑托开逆断裂-背斜带、秋里塔格逆断裂-背斜带和最南缘的亚肯逆断裂-背斜带之上,而且不同构造带之间的变形方式存在较大差异。作者利用全站仪(total station)对上述构造带的变形地貌进行了精确测量,并结合年代学分析,得到喀桑托开逆断裂-背斜的地壳缩短速率为1·0~2·0mm/a,秋里塔格逆断裂-背斜带的地壳缩短速率为2·5~3·0mm/a,亚肯盲逆断裂-背斜的地壳缩短速率为1·5~2·0mm/a。晚第四纪以来,库车坳陷SN向总的地壳缩短速率不<5·0~7·0mm/a     

龙泉山背斜的地壳缩短与隆升——来自河流阶地变形的证据

位于龙门山逆冲推覆构造带东侧的龙泉山背斜,构成了四川前陆盆地的前陆隆起。通过室内航空相片对凯江跨背斜段的地貌面的解译,结合野外考察可知凯江发育3级阶地,其中T₁、T₂为堆积阶地,T₃为基座阶地。在野外用差分GPS测量了阶地的空间坐标信息,同时采集了各级阶地堆积物的测年样本,并经实验分析约束了阶地的形成年龄。另外,对石油地震剖面解译揭示出龙泉山背斜北段地壳缩短和隆升主要是通过褶皱膝折带迁移机制进行的,滑脱层的深度约6km。利用面积守恒准则计算出龙泉山背斜晚更新世以来的地壳缩短速率约为(1.36±0.41)mm/a、隆升速率为(0.64±0.19)mm/a。通过滑脱层的推覆抬升机制形成的龙泉山背斜,给青藏高原东缘变形模式中的逆断层推覆地壳缩短造山增加了证据。     

2008年汶川8.0级地震前横跨龙门山断裂带的震间形变

利用区域GPS和水准测量资料,结合地震构造背景的分析,本文研究2008年汶川8.0级地震前横跨龙门山断裂带地区的震间地壳形变,探讨引起这种形变的活动构造与动力学模式,并由此认识汶川地震的孕育与成因机制.主要结果表明：1997～2007年期间,自龙门山断裂带中段朝北西约230 km的地带内存在垂直于断裂的水平缩短变形、以及平行于断裂的水平右旋剪切变形,缩短率为1.3×10-8/a （即：0.013 mm/km/a）,角变形速率为2.6×10-8/a;同一地带在1975～1997年期间还表现出垂直上隆变形,上隆速率在龙门山前山断裂与中央断裂之间仅0.6 mm/a,而至龙门山后山断裂及其以西达2～3 mm/a.这些反映了在汶川地震之前至少10～30余年,龙门山断裂带中段的前山与中央断裂业已闭锁、并伴有应变积累.造成这种形变的主要原因是：以壳内的低速层为“解耦”带,巴颜喀拉地块上地壳朝南东的水平运动在四川盆地西缘受到华南地块的阻挡、转换成龙门山断裂带中段的逆冲运动;由于该断裂段的震间闭锁,致使西侧的巴颜喀拉地块的上地壳发生横向缩短以及平行断裂的右旋剪切变形.然而,龙门山断裂带北段在1997～2007年期间除了有大约0.9 mm/a的右旋剪切变形外,横向的缩短变形极微弱,这可能与该断裂段西侧的岷江、虎牙、龙日坝等断裂带吸收了巴颜喀拉地块朝东水平运动的大部分有关.另外,汶川地震前,横跨龙门山断裂带中段与北段的地壳形变特征的差异,与汶川地震时能量释放的空间分布吻合.     

芦山7.0级、康定6.3级地震垂直形变研究

芦山7.0级地震和康定6.3级地震是近两年来在龙门山断裂带和鲜水河断裂带上发生的最为显著的两次地震事件,都发生在巴颜喀拉地块与四川盆地的挤压构造带边缘。利用芦山科学考察项目和中国地球物理场观测——青藏高原东缘地区项目中获得的水准资料,研究芦山地震震前、震中和震后垂直形变演化和康定地震震前垂直形变特征。结果表明:芦山地震前龙门山断裂带南段的小金相对于芦山地区上升速率约为1.7 mm/a,同震垂直变形可以达到197.7 mm,变形最大区域分布在芦山灌县—安县断裂附近;芦山地震后鲜水河断裂带色拉哈段两侧垂直形变迅速增加至13 mm/a,之后发生康定地震。1982年以来,鲜水河断裂带和龙门山断裂带Y字型交汇区域保持着4.5 mm/a的快速隆升,同时在都江堰和大邑一带存在一条垂直形变高梯度带。