龙门山造山带早期断裂活动的古地震制约——来自汶川科钻(WFSD)岩心的证据

强地震是断裂活动的表现形式,可以诱发地表沉积层序顶部未固结的软沉积物发生变形,形成新的变形层(即震积岩***)。因此,在连续沉积剖面中赋存的多层震积岩应是断裂活动的直接证据。川西前陆盆地中的软沉积物变形记载了龙门山断裂带的活动信息,对认识龙门山造山带演化历史具有重要意义。本文通过"汶川地震断裂带科学钻探"一号孔(WFSD-1)和三号孔(WFSD-3)连续岩心剖面的岩性分析和构造研究,识别出11段不同深度的液化角砾岩层,它们是地震触发成因的软沉积物变形岩层。11个液化角砾岩段厚度从~20m至102m不等,分布在晚三叠世须家河组二-五段。这些液化角砾岩层记录了龙门山前陆盆地形成过程中晚三叠世断裂活动特征及趋势。这些厚度不等的震积岩粗略指示约2~20万年的地震活动长周期(地震幕),以及约4至70万年的间震期(地震幕的间隔时间),反映了龙门山断裂早期脉动式(幕式)活动特征。从不同段液化角砾岩层分布间隔规律来看,地震活跃期间隔(即间震期)越来越短,显示龙门山造山带断裂活动越来越强的趋势。结合前人地表软沉积物变形研究,我们认为龙门山造山带在晚三叠世经历了多期次的正断-逆冲活动的造山作用(至少经历14个地震活跃期),形成龙门山雏形及前陆盆地。     

龙门山构造带南段向西南延伸的遥感影像证据及地震地质意义

在系统总结活动断裂遥感影像解译标志的基础上,利用Landsat ETM、Google Earth及ASTER GDEM等影像资料,结合前人研究成果,重点分析了龙门山构造带南段主要活动断裂的空间展布及几何学与运动学特征。研究结果表明,龙门山构造带在向南延伸过程中发生了明显的断裂分散现象,整个断裂带逐渐展宽,主要包括5条断裂带且其中包含多条次级断裂,至最南端被北西向鲜水河左旋走滑断裂带阻挡。其中活动性较为明显的断裂自西向东主要有4条:泸定断裂、天全断裂、芦山断裂和大邑-名山断裂,前两者是北川-映秀断裂的南延分支,而后两者是安县-灌县断裂的南延部分。由于龙门山构造带南段的构造变形被分解至多条次级断裂上,导致单条断裂错断地表的活动迹象明显变弱,因此单条断裂的潜在发震频率和强度也将相应变小,但潜在震源区会更为分散。结合已有的地震地质资料认为,未来应注意泸定和雅安2个地区的地壳稳定性及未来强震危险性问题。      

龙门山小鱼洞断裂在汶川地震中的地表破裂及地质意义

在龙门山中段小鱼洞地区映秀－北川断裂和彭县－灌县断裂发生了同震位移,同时在该地区新出现了一条北西向的同震破裂带——小鱼洞断裂的破裂带,并分割了两条近于平行的北东向逆冲－走滑型的主断裂。汶川特大地震发生后重点对小鱼洞断裂的地表破裂开展了详细的野外地质填图,利用全站仪和GPS对地表破裂进行了精确的测量。初步调查的结果表明,小鱼洞断裂位于映秀－北川断裂与彭县－灌县断裂之间,走向近于北西向,延伸约15km,以脆性破裂为特征,穿过小鱼洞大桥,并切割了多种类型的地貌单元,使道路发生拱曲、破坏和桥梁垮塌或移位。单个破裂长度在几米到300m不等,其南西盘为上升盘,北东盘为下降盘,平均垂直位错为1.0m,平均水平位错为2.3m,垂直与水平位错量之比1 ∶1～1 ∶2,显示为逆冲分量小于或等于左旋走滑分量,并以左旋走滑作用为主。同时,研究表明小鱼洞断裂属于映秀－北川断裂与彭县－灌县断裂之间的捩断层,其主要特征包括： 1)是在汶川地震中由于龙门山逆冲体之间的差异逆冲运动过程中而形成的断裂; 2)其走向近于北西向,垂直于龙门山北东向的主干断裂,而平行于逆冲体的逆冲运动方向; 3)具有高角度断面的断层,以左旋走滑作用为主。     

龙门山中南段泰安寺—干沟—苍坪断裂构造特征及其地质意义

泰安寺一干沟－苍坪断裂是龙门册前缘推覆构造带中南段主滑面,文章详细描述了该断鲜明在宏凤和微观上的构造变形特征。据断裂带与飞来峰压覆及切割关系和ＥＳＲ年龄,表明断裂的形成应旱于飞来峰的就位,而飞来峰就位后断裂又有过再次的逆冲活动。断裂的主要活动期为喜马拉雅早期,而在喜马拉雅中晚期进一步对其进行改造。充分反映该断裂具多期次活动的脆性逆冲特征。     

龙门山构造带稳定性探讨

根据龙门山构造带的地震地质特征、地震活动规律及新构造活动特征,认为该地区区域稳定性受控于龙门山断裂带,而断裂带又以韧性切变形为主,蠕滑运动为特征,这决定了该带在相当长一段时间内,发生强烈地震的可能性不大。     

汶川8.0级地质发震断层逆冲活动的地震地貌与古地震初步研究

与河流阶地相关的地震地貌包括地震阶地和阶地断错两方面。地震阶地是古地震事件的直接反映; 阶地断错则是多次古地震事件的累积效应。文章在汶川8.0级地震破裂带调查的基础上,讨论了平行断裂的河流和横穿断裂的河流两种情况下的阶地发育特征。在此基础上,应用差分GPS测量技术,分别对虹口附近的地震阶地和映秀附近阶地断错现象进行了测量。研究结果表明,虹口附近地震阶地反映了自白沙河Ⅱ级阶地形成以来发生了5次规模基本相当的断错事件; 映秀附近的阶地累积位错量反映了不同级阶地经历了不同数量的地震事件,其中,Ⅱ级阶地形成以来大致经历了5次与汶川8.0级地震位错相当的地震事件。两个地点的地震阶地和阶地位错研究得到了一致的古地震次数。本文进一步讨论了前人对该区阶地的测年数据,从而推测得到汶川8.0级地震发震断层的古地震复发间隔约为4ka。     

龙门山彭县-灌县断裂的活动构造与地表破裂

2008年5月12日在龙门山发生了8.0级特大地震,彭县-灌县断裂亦发生了同震地表破裂.在前期对龙门山活动构造研究的基础上,汶川特大地震发生后,在灾区进行了多次的野外调查和国际合作考察,重点对汶川地震的地表破裂和地质灾害开展了详细的详细野外地质填图,利用全站仪和GPS对地表破裂进行了精确的测量,研究了的地表破裂地貌错位、构造组合和运动学,已实地测得地表破裂数据70余组(其中彭县-灌县断裂地表破裂数据20余组).文章以彭县-灌县断裂地表破裂为切入点,在彭县-灌县断裂的关键部位开展了详细的野外地貌测量,主要测量了彭州磁峰、白鹿、绵竹金花和汉旺等地的地表破裂,标定了彭县-灌县断裂破裂带的垂向断距和水平断距,结果表明该地表破裂南西起于彭州磁峰,向北东延伸经白鹿、绵竹金花至绵竹汉旺,全长约40～50km.地表破裂带沿彭县-灌县断裂带的走向断续分布,单个破裂长度在几米到500余米不等,破裂带切割了多种类型的地貌单元,包括山脉基岩、河流阶地、冲洪积扇、公路、桥梁等,同时也使道路发生拱曲、破坏和桥梁垮塌或移位.其以脆性破裂为特征,以逆冲一右旋走滑为特点,断面倾角较陡,北西盘为上升盘,南东盘为下降盘,垂直位错介于0.39～2.70m之间,水平位错介于0.20～0.70m,平均垂直位错为1.6m,平均水平位错为0.6m;地表最大错动量的地点位于彭州白鹿镇,其中最大垂直断错为2.7±0.2m,最大水平断错为0.7±0.2m.垂直位错与水平位错量之间的比值为2:1,表明该地震地表破裂带不仅存在逆冲运动分量和右旋走滑运动分量,而且逆冲运动分量大于右旋走滑运动分量,显示了彭县-灌县断裂破裂带具有以逆冲和缩短作用为主、右旋走滑作用为辅的破裂性质.其与映秀-北川断裂带的地表破裂相比较,该断裂的地表破裂程度远小于映秀-北川断裂带的地表破裂程度,主要表现在地表破裂的长度较短,垂直位错和水平位错也相对较小,而且为以逆冲作用为主.初步研究结果表明,彭县-灌县断裂与映秀-北川断裂地表破裂的平面组合样式显示为两条在平面上近于平行的北东向地表破裂带,其间由一条南北向的次级地表破裂带(小鱼洞断裂)将它们相连结,地下破裂面的剖面组合样式显示为叠瓦状,并在汶川地震震源附近或震源的上方相连的,是同"根"的.     

龙门山古冰川作用

汶川地震中央区域龙门山主山九顶山海拔4 984 m,山脊北坡有三处成排分布不少规模较小的冰斗-冰川谷地形,恢复当时雪线高度在4 100 m高度。根据其形态保存程度、古今雪线高度差等情况判断,应当是2阶段冰川作用遗存。据气温和降水资料,现在九顶山雪线高度在5 000 m,刚好超出九顶山顶部。故而九顶山3 800 m以上目前处于冰缘环境,石冰川、石环、融冻泥流等冰缘现象比较突出。九顶山不存在更老的冰川作用及其地貌遗存,是青藏高原以东5 000 m上下的高山只是在末次冰期时抬升跨越冰期雪线而发育冰川这一新观点的又一证据,也是青藏高原第四纪晚期剧烈抬升的又一证据。     

龙门山彭县－灌县断裂的活动构造于地表破裂

2008年5月12日在龙门山发生了8.0级特大地震,彭县－灌县断裂亦发生了同震地表破裂。在前期对龙门山活动构造研究的基础上,汶川特大地震发生后,在灾区进行了多次的野外调查和国际合作考察,重点对汶川地震的地表破裂和地质灾害开展了详细的详细野外地质填图,利用全站仪和GPS对地表破裂进行了精确的测量,研究了的地表破裂地貌错位、构造组合和运动学,已实地测得地表破裂数据70余组(其中彭县－灌县断裂地表破裂数据20余组)。文章以彭县－灌县断裂地表破裂为切入点,在彭县－灌县断裂的关键部位开展了详细的野外地貌测量,主要测量了彭州磁峰、白鹿、绵竹金花和汉旺等地的地表破裂,标定了彭县－灌县断裂破裂带的垂向断距和水平断距,结果表明该地表破裂南西起于彭州磁峰,向北东延伸经白鹿、绵竹金花至绵竹汉旺,全长约 40～50km。地表破裂带沿彭县－灌县断裂带的走向断续分布,单个破裂长度在几米到500余米不等,破裂带切割了多种类型的地貌单元,包括山脉基岩、河流阶地、冲洪积扇、公路、桥梁等,同时也使道路发生拱曲、破坏和桥梁垮塌或移位。其以脆性破裂为特征,以逆冲－右旋走滑为特点,断面倾角较陡,北西盘为上升盘,南东盘为下降盘,垂直位错介于 0.39～2.70m之间,水平位错介于 0.20～0.70m,平均垂直位错为1.6m,平均水平位错为0.6m; 地表最大错动量的地点位于彭州白鹿镇,其中最大垂直断错为 2.7±0.2m,最大水平断错为 0.7±0.2m。垂直位错与水平位错量之间的比值为2 ∶1,表明该地震地表破裂带不仅存在逆冲运动分量和右旋走滑运动分量,而且逆冲运动分量大于右旋走滑运动分量,显示了彭县－灌县断裂破裂带具有以逆冲和缩短作用为主、右旋走滑作用为辅的破裂性质。其与映秀－北川断裂带的地表破裂相比较,该断裂的地表破裂程度远小于映秀－北川断裂带的地表破裂程度,主要表现在地表破裂的长度较短,垂直位错和水平位错也相对较小,而且为以逆冲作用为主。初步研究结果表明,彭县－灌县断裂与映秀－北川断裂地表破裂的平面组合样式显示为两条在平面上近于平行的北东向地表破裂带,其间由一条南北向的次级地表破裂带(小鱼洞断裂)将它们相连结,地下破裂面的剖面组合样式显示为叠瓦状,并在汶川地震震源附近或震源的上方相连的,是同“根”的。     

龙门山中段前山带构造特征及含油气性研究

文章讨论了龙门山中段前山带的横向构造特征和纵向构造变形层次,并从构造演化角度重点分析了大圆包隐伏构造的油气赋存条件.研究表明,本区构造变形始于印支期,止于喜马拉雅晚期,主要发育浅层次脆性变形的推覆构造、以彭灌飞来峰群为代表的滑覆构造以及滑脱构造.大圆包构造为推覆体之下的隐伏构造圈闭,印支期-燕山早期隆起带上的正向古构造圈闭是早期油气聚集的关键,晚期构造裂缝改善了超致密砂岩的储集条件,生储盖组合良好,具有较好的油气勘探前景.     

龙门山断裂带WFSD数字地震台网监测能力及动态范围分析

5.12汶川特大地震后,为了监测地震的发展趋势,探讨大范围的构造应力场作用,在龙门山断裂带上及时布设临时数字地震台网。数字台网由11个数字地震台组成,遍布龙门山断裂带的北东缘和南西端。为了分析WFSD数字地震台网监测能力及其动态范围,随机抽取一定数量台站观测数据,通过傅立叶变换和功率谱密度分析,获得台基地动噪声均值,进而分析观测系统的动态范围和台网监测能力。根据计算结果与记录的大量微震对比研究,表明在龙门山断裂带上,WFSD数字地震台网具有监测M_L 1.5级微地震的能力,且与中国地震局台网中心发布的地震结果基本吻合。因此,WFSD数字地震台网可为龙门山断裂带变形机制研究提供基础的观测资料。      

汶川Ms8.0地震的地表破裂过程——以都江堰八角庙村断层擦痕剖面为例

汶川MS8.0地震在龙门山断裂带造成了严重的地表破裂,但能反映地震地表破裂过程的现象却很少,四川省都江堰市虹口乡八角庙村有一处保存基本完好的断层擦痕剖面,是惟一能反映地震地表破裂过程的露头。剖面上可见两种侧伏产状相差很大的擦痕,我们利用全站仪和GPS对擦痕进行总体和细部的测量,结果表明,一种擦痕接近垂直,侧伏角在 76°～87°之间,另一种擦痕侧伏角相对较小,介于 32°～33°之间。利用擦痕侧伏角、断层面倾角、岩石内摩擦角进行求解断层主应力方位的赤平投影,结果表明发震断层的运动方式为逆冲兼右行走滑。通过分析对比,我们认为断层面上近水平方向的擦痕切割了近垂直方向的擦痕,据此将地震的地表破裂过程分为两个阶段。阶段Ⅰ断层运动以逆冲向上为主,阶段Ⅱ以右旋走滑为主,这个结论与地震波数据反演结果是一致的。其中,阶段Ⅰ由两个子事件组成; 第一个子事件断层以接近垂直的角度逆冲向上运动,运动方向为SW85°～87°; 第二个子事件断层的运动方向发生朝向NE方向的倾斜,运动方向为SW76°～80°,表明断层运动性质为逆冲兼少量的右旋走滑。阶段Ⅱ断层的运动方向为SW32°～33°,表明这一阶段断层运动以右行走滑为主,走滑分量大于逆冲分量。     

龙门山地区上地壳的拱曲冲断作用及其深部动力学机制探讨

地形地貌与区域地质构造分析揭示,龙门山一带上地壳的汇聚作用表现为松潘－甘孜块体东缘的褶皱拱曲与扬子克拉通西缘的高角度叠瓦状冲断,近地表形成了一个巨大的北东向展布的拱曲冲断构造带。松潘－甘孜块体东缘的拱起预示着可能有来自深部的顶托。人工地震测深得到的地壳P波速度结构剖面也揭示,松潘－甘孜块体东缘上地壳普遍有较大范围的拱起,上地壳底部的低速层也同步抬升,其隆起范围与近地表的拱曲冲断带比较一致,说明很可能存在来自中下地壳的上拱作用。面波层析成像揭示松潘－甘孜块体与扬子克拉通具有截然不同的壳幔结构,扬子克拉通速度较高,且不存在低速夹层; 而松潘－甘孜块体速度偏低,地壳明显增厚,且下地壳及地幔上部存在S波低速层,地幔低速层上涌至壳幔过渡带,甚至侵入四川盆地之下,且上涌的范围与地表拱曲冲断带恰巧吻合,推测地幔盖层与下地壳塑性软弱物质的局部上涌促成了上地壳的拱曲。2008年汶川8.0级地震发生在拱曲冲断带中段,最大同震位移场位于龙门山拱曲冲断带及四川盆地西缘,揭示松潘－甘孜块体东缘的拱曲与扬子克拉通西缘的冲断共同受制于两大块体最新的汇聚作用。认为龙门山拱曲冲断构造带是陆内汇聚与壳幔通道流上涌联合作用的结果。爆破地震测深与地震层析成像不显示陆内俯冲图像,两大地块之间中地壳以下似为一近直立的汇聚带,这一构造格架将物质迁移主要限于垂向上,有利于龙门山保持大地形高差,而四川盆地一侧则因难以形成大的构造负载,前陆凹陷作用不显著。     

大地震前后实测地应力状态变化及其意义——以龙门山断裂带为例

实测地应力状态在连续地震事件前后的变化特征,对于应用地应力实测数据探索开展地震预报等研究有重要意义,但一直以来缺少典型实例研究。以龙门山断裂带西南段的跷碛和映秀地区为研究区,利用该地区汶川地震前至芦山地震后获得的地应力实测数据,分析了表征地应力状态的特征参数在汶川和芦山地震事件前后变化特征,探讨了其对地震预报研究的意义。研究表明,跷碛地区地应力状态特征参数K_HV、K_Hh和μ_m变化表现为芦山地震后值（QQ-14）大于汶川地震前（QQ-99）,QQ-99结果大于汶川地震后值（QQ-09）,而主应力梯度系数变化为QQ-09>QQ-14>QQ-99;分析认为K_HV、K_Hh和μ_m变化规律能准确反映汶川和芦山地震事件前后跷碛地区构造应力场演化特征,而仅用主应力随深度变化梯度系数变化特征,不能完全准确地反映构造应力场调整变化情况;映秀地区,除K_Hh外,主应力随深度变化梯度系数、K_HV和μ_m均表现为汶川地震后结果大于震前,其变化反映的应力场调整变化特征需要补充数据检验;利用地应力状态参数变化规律开展地震预报探索研究时,长期的、可对比的高质量地应力测量数据是研究有所突破的关键。研究成果对于龙门山地区构造应力场和减灾防灾研究有重要意义,对于应用地应力数据探索开展地震预报研究等有参考价值。      

康西瓦断裂带晚新生代构造地貌特征及其构造意义

文章详细调查了康西瓦断裂带发育的断层崖、断层陡坎、地震破裂带、错断山脊、拉分盆地、挤压脊、偏心洪积扇、错断水系等新构造运动形迹,这些新构造运动形迹表明了康西瓦断裂带在晚新生代以来发生了强烈的左旋走滑运动,并兼有正滑运动分量。数字地形高程模型(DEM)分析表明康西瓦断裂西端终止于塔什库尔干谷地东部的瓦恰河谷内,东端与著名的阿尔金断裂带相连。如果以喀拉喀什河和玉龙喀什河为参照系,康西瓦断裂晚新生代以来的左旋走滑累积位移量可达 80～85km,根据断裂带 8～12mm/a的长期走滑速率,推测康西瓦断裂带新生代以来的左旋走滑运动开始于约10Ma。结合我们获得的断裂带两侧岩浆岩的年龄,表明康西瓦断裂带左旋走滑运动的开始时代为晚中新世,现今康西瓦地区的构造地貌格局很可能是中新世晚期以来强烈的左旋走滑运动形成的。     

龙门山断裂带走滑方向的反转及其沉积与地貌标志

根据龙门山前陆盆地西缘沉降中心、冲积扇侧向迁移、活动构造地貌和古地磁等标志及龙门山在中生代以来的走滑作用和走滑方向的标定研究,结果表明:龙门山断裂带具有走滑性质,走滑方向曾发生过反转,在反转之前以左行走滑作用为特征,在反转之后以右行走滑作用为特征。根据地层记录和古地磁证据,认为龙门山走滑方向反转的时间应介于43 M a~3.6 M a之间,即由中生代至早新生代时期的左行走滑作用反转为晚新生代时期的右行走滑作用。然对龙门山断裂带走滑方向反转的成因初步分析认为晚新生代龙门山右行走滑作用是印-亚碰撞后构造作用的产物,晚三叠世至早新生代左行走滑作用是青藏高原自晚三叠世以来大陆碰撞作用导致松潘-甘孜褶皱带北东-南西向缩短的产物。     

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。      

龙门山断裂带西南段晚第四纪活动性调查与分析

基于高分辨率SPOT 影像解译、关键地点的野外构造地貌调查和活动断裂测量以及错断沉积物的光释光测年（OSL）,确定了龙门山断裂带西南段主要活动断裂的分布特征及其晚第四纪活动特征,发现后龙门山断裂带——五龙-冷碛镇断裂是一条晚更新世活动的右旋走滑断裂,没有明显的挤压逆冲活动形迹。根据次级断层的地层切割关系和沉积物测年结果,确定了沿该断裂带晚更新世两期走滑活动事件: 一期发生在86～88ka,另一期发生在36～48ka。中央断裂带——双石-西岭断裂也具有右旋走滑活动特征,但其活动性相对较弱。这两条主要断裂在全新世没有明显的活动形迹,表明龙门山断裂带西南段构造活动性较弱。现今以中小地震为主,地震震源机制解显示以走滑应力机制占主导,与现今应力测量确定的逆冲应力状态不一致。这些观察和测试结果为龙门山断裂带西南段未来强震危险性评价提供了重要的依据。