龙门山及其邻区的地壳厚度和泊松比

根据龙门山及其周边地区(26°～35°N,98°～109°E)的132个台站的宽频带远震记录,使用H-k叠加方法计算地壳厚度和波速比.结果表明该区域的地壳厚度总体变化是:从东向西增加,东部的最小厚度为37.8km,西部的最大厚度是68.1 km,其中横跨龙门山断裂带的地壳厚度变化最大,从东南的41.5km增加到西北的52.5km.根据Airy均衡理论,用台站的高程和观测地壳厚度数据求得最小二乘意义下的壳幔密度差为0.649g/cm3,平均地壳厚度为37.9km.龙门山及其邻近地区基本上处于均衡状态.松潘-甘孜地体北部和西秦岭造山带具有低泊松比(v<0.26),扬子地台的西南部具有低一中泊松比(v<0.27),松潘-甘孜地体南部、三江褶皱带和四川盆地具有中一高泊松比(0.26≤P≤0.29).该地区的泊松比空间分布不支持青藏高原东部广泛分布的下地壳流的假说.龙门山断裂带南段及其附近地区的高泊松比(v≥0.30)可以看成是地壳具有较高的铁镁质组分和/或存在部分熔融.该地区下地壳可能是处于富含流体和温度较高的部分熔融状态.松潘-甘孜块体南部的上地壳物质向东运动,受刚性强度较大的扬子地台的阻挡,导致沿龙门山断裂带产生应变积累.当断层被地壳流体弱化,积累的应变能量快速释放,产生汶川Ms8.0地震.     

汶川Ms8.0地震后龙门山断裂带地壳应力场及其构造意义

2008年5月12日在青藏高原东缘龙门山断裂带中段发生汶川8.0级特大地震。大震发生时释放应力并对震源区及外围构造应力场产生影响,受汶川地震断层破裂方式和强度空间差异性的影响,震后龙门山断裂带地壳应力场也应表现差异特征,至今鲜有针对该科学问题深入的分析和讨论。经过系统收集、梳理汶川地震后沿龙门山断裂带水压致裂地应力测量数据与2008年汶川地震中强余震序列震源机制解资料,对汶川地震后龙门山断裂带中上地壳构造应力场进行厘定,通过与震前构造应力场对比,深入探讨了汶川8.0级地震对龙门山断裂带地壳应力场的影响,进而对汶川震后应力调整过程及青藏高原东缘龙门山地区深部构造变形模式进行研究,研究结果表明:受汶川8.0级地震的影响,震后龙门山断裂带地壳构造应力场空间分布具有差异性,近地表至上地壳15 km深度范围,映秀—青川段最大主应力方向为北西西向、地应力状态为逆走滑型,青川东北部最大主应力方向偏转至北东东向、应力状态转变为走滑型;15~25km深度范围,龙门山断裂带最大主应力方向仍为北西—北西西向、应力状态以逆冲型为主。汶川8.0级地震后,龙门山断裂带中地壳北西西向逆冲挤压的构造应力特征进一步支持了青藏高原东缘龙门山地区东西两侧刚性块体碰撞挤压、逆冲推覆的动力学模式。     

龙门山断裂带变形特征

野外构造解析和地震遗址的构造应力分析显示,龙门山断裂带在新生代早期对应于当时的南东—北西主压应力场,发育了北北东向的左旋走滑构造体系,其后才被具有右旋兼具逆冲的龙门山断裂带叠加改造,对应的近东西向构造主压应力场一直延续至今,是区内地震构造的应力场机制。龙门山断裂带河流岩屑磷灰石裂变径迹分析显示,龙门山断裂带在走向上位移量有显著的差别,呈现正态分布的整体趋势。依照龙门山隆起剥蚀单调冷却的热史特征,判定前述两期变形的转换时限是40 Ma前后。结合龙门山断裂带地层厚度和变形时的深度模型,认为现今龙门山断裂带是一个宽达数十千米的大型走滑断裂带,剖面上呈现花状构造特征。近地表的逆冲构造是薄皮构造,并由此建立了龙门山断裂带走滑变形的深度变形样式模型。     

汶川地震后沿龙门山裂断带原地应力测量初步结果

2008年5月12日在中国四川省西部汶川发生Ms8.0地震,震中位于青藏东缘龙门山断裂带。地震发生后的4个月,沿龙门山断裂带中南段开展了原地应力测量,获得了3个测点的应力大小和方向。在3个测孔中浅部采用压磁应力解除法,深部采用水压致裂法。浅部测量结果显示,位于震中区映秀测点,水平最大主应力值为4.3MPa,最大主应力方向为N19°E;宝兴测点位于震中区西南的龙门山断裂带南段,汶川地震没有导致该段地表破裂,该点获得的水平最大主应力值为9.8MPa,最大主应力方向为N51°W;位于龙门山断裂带最西南端的康定测点,水平最大主应力值为2.6MPa,最大主应力方向为N39°E。利用水压致裂法对各钻孔100～400m深度进行了应力测量,获得了应力随深度变化趋势和应力状态。与震前其它应力测量结果和中国其它地区表层地应力测量结果比较,龙门山断裂带西南段处于相对高应力水平,震中区仍处于中等应力水平。这项研究成果将为评价龙门山断裂带余震和今后强震发展趋势提供关键构造物理参数。     

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。     

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。     

龙门山地震带5.12汶川地震余震空间分布特征

2008年5月12日14时28分至10月12日12时,四川省汶川发生Ms8.0级地震后共记录到余震33 308次,Ms≥ 4.0级余震268次.采用GIS技术,对龙门山地震带上汶川、北川、青川3个县从2008年5月12日~10月12日12时发生的156次Ms≥ 4.0级余震的空间分布进行了研究.结果显示:在汶川、北川、青川3个县境内:①在东西方向上,若干余震点位的连线与纬线平行,Ms≥ 4.0级余震呈现纬向地带性特征;②Ms≥4.0级余震亦呈现经向地带性特征;③Ms≥4.0级余震点位在南北方向与东西方向的连线形成了经纬交织的网格,在空间上呈现等间距网络状分布现象;④Ms≥4.0级的156次余震均发生在经纬交织的网络节点处及其附近,在空间上具有原地复发性的特点.研究结果对于该地震带的趋势分析和震情监视有一定的意义.     

龙门山断裂带震后地球化学特征

龙门山断裂带震后出现较为明显的地球化学异常, 震后通过现场测氡, 对各主断裂的活动性进行分析与观测。结果显示:前山断裂氡气浓度最大值与背景值比值为3.5～7.1, 其中有地表破裂的地段比值较大, 达7～7.1, 一般地段比值仅为3.5～5.6, 在青川甲烷异常及锰异常, 中央断裂氡气浓度最大值与背景值比值为7.05～8.75, 后山断裂氡气浓度最大值与背景值比值为7.3。这表明此次地震中央断裂活动性最强, 前山断裂与后山断裂活动性次之, 即此次地震的发震断裂为中央断裂, 前、后山断裂受之影响产生联动, 同时沿通济白水河大桥分布的北西向断层裂也有明显的联动效应, 浓度最大值与背景值比值为6.05。     

汶川地震后龙门山断裂带活动特征

利用地震后2009~2011年GPS监测数据,获得了龙门山断裂带所在地区2009~2010年、2010~2011年以及2009~2011年GPS测站运动速度场,分析了区域地壳运动总体趋势及形变特征;通过分析龙门山断裂带北段、中段、南段横切剖面的测站运动速度变化,探讨了汶川地震后龙门山断裂带运动特征。分析表明:汶川地震前后,地壳运动总体趋势未变,作顺时旋转;断裂带西侧GPS测站运动速度变大,东侧运动速度变小;龙门山断裂带的断裂性质地震前后都为右旋走滑挤压,断裂带运动速率受汶川地震影响较大,震后运动速率较震前有显著的增加。龙门山断裂带震后各段次级断裂活动不同,中南段以前山断裂运动为主,其它各段以后山断裂运动为主。地震后龙门山断裂带表现出的运动特征主要与地震活动有关。受汶川地震的影响,区域动力学、运动学平衡被打破,龙门山断裂带东侧震后初期弹性回返,表现为低速反向运动。龙门山断裂带西侧震后松弛为拉张区,运动速度加大。地震对断裂带的影响不同,导致断裂带各段及次级断裂表现出不同的运动特征。     

龙门山活动断裂带运动学特征及其构造意义

2008年青藏高原东缘龙门山地区发生的MS8.0级地震,致使龙门山断裂带的后山断裂、中央断裂和前山断裂也发生了构造活动,产生了不同规模的同震地表破裂带,同时在活动断裂面上保留了最新擦痕和正反阶步。根据断裂面阶步及最新擦痕测量分析,后山断裂的耿达—草坡段为逆冲断层,汶川—茂县段为逆-走滑断层,由擦痕反演的最大主压应力为近水平的NW—NWW向;平武—青川段为走滑-逆断层,由擦痕反演的最大主压应力为近水平的SWW—W向。中央断裂的映秀—小鱼洞段为逆冲断层,小鱼洞北—北川段为逆-走滑断层,由擦痕反演的最大主压应力为近水平的NW—NWW向;北川县北—南坝段为走滑-逆断层,由擦痕反演的最大主压应力为近水平的SWW—W向。前山断裂的都江堰—蓥华段为逆冲断裂,蓥华—西坪段为逆-走滑断层,由擦痕反演的最大主压应力均为近水平的NW—NWW向。对比分析表明,擦痕反演最大主压应力方向变化过程与地震资料反演最大主压应力方向变化过程相吻合。     

2008年汶川地震破裂的滑移向量

估计同震滑移向量对于认识和理解破裂方式和破裂过程具有重要意义。2008年汶川大地震在青藏高原东缘龙门山推覆构造带的中央断裂和前山断裂上各形成了一条长250 km和72 km的地表破裂带。地震发生后至今,已经发表了大量有关同震位错沿破裂带分布的论文和报告,但绝大部分都仅仅是破裂的走向位错和垂直位错,极少有同震滑移向量的报道。这不仅是因为野外难以直接测量到水平缩短量(或拉张量),而且还因为这些走滑位错实际上是视走滑位错,部分或全部来自水平缩短或拉张。因此,仅仅根据视走滑同震位错和垂直同震位错估计的同震总滑移量肯定包含了相当大的误差。尝试利用据不同走向参考线测量到的一组(两个以上)视走滑位错来计算水平滑移向量的这一新方法,获得了中央破裂带上的7个水平同震滑移向量,并结合垂直位错量进一步计算了走滑、倾滑和水平缩短三个同震滑移分量以及断层倾角和破裂面上的同震滑移向量,综合出露破裂面的擦痕所指示的滑移向量,并对比根据矩张量解获得的震源深度的滑移向量,得出以下认识:(1)破裂南段的地表滑移向量的方位角明显小于震源深度滑移向量的方位角,表明在破裂从震源向地表传播过程中破裂面上的滑移向量发生了逆时针旋转;(2)滑移方位角向北东方向逐渐增大,表明地平面上水平滑移向量表现出顺时针旋转的趋势,而且在破裂向北东方向传播过程中近地表的走滑分量逐渐减小而倾滑分量逐渐增大;(3)几乎在每一个观测点倾滑分量都大于走滑分量,表明汶川地震的破裂方式在任何地点都是以逆冲运动为主;(4)破裂面倾角在10.4°～64.7°,平均值为41°,与天然破裂露头和探槽揭示的结果基本一致;(5)滑移向量沿破裂带的分布显示,走滑分量中段大而两端小,倾滑分量则相反,中段小两端大。     

Relationship between Crustal 3D Density Structure and the Earthquakes in the Longmenshan Range and Adjacent Areas

This paper presents the 3D density structure of crust in the Longmenshan range and adjacent areas,with constraints from seismic and density data.The density structure of crust shows that the immense boundary plane of density distribution in relation to the Longmeshan fault belt is extended downward to～80 km deep.This density boundary plane dips towards the northwest and crosses the Moho.With the proximity to the Longmenshan fault belt,it has a larger magnitude of undulation in the upper and middle crust ...     

Relationship between Crustal 3D Density Structure and the Earthquakes in the Longmenshan Range and Adjacent Areas

Abstract: This paper presents the 3D density structure of crust in the Longmenshan range and adjacent areas, with constraints from seismic and density data. The density structure of crust shows that the immense boundary plane of density distribution in relation to the Longmeshan fault belt is extended downward to ~80 km deep. This density boundary plane dips towards the northwest and crosses the Moho. With the proximity to the Longmenshan fault belt, it has a larger magnitude of undulation in the upper and middle crust levels. Density changes abruptly across Longmeshan fault belt. Seismic data show that most of the earthquakes in the Longmenshan area after the 2008 Ms8.0 Wenchuan Earthquake occurred within the upper to middle crust. These earthquakes are clearly distributed in the uplifted region of the basement. A few of them occurs in the transitional zone between the uplifted and subsided areas. But most of the earthquakes distributes in transitional zone from subsided to uplifted areas in the upper and middle crust where relatively large density changes occurr The 3D density structure of crust in the Longmenshan and adjacent areas can thus help us to understand the pattern of overthrusting from the standpoint of deep crust and where the earthquakes occurred.     

Preliminary Results of In-situ Stress Measurements along the Longmenshan Fault Zone after the Wenchuan Ms 8.0 Earthquake

Four months after the Wenchuan Ms 8 earthquake in western Sichuan, China, in situ stress measurements were carried out along the Longmenshan fault zone with the purpose of obtaining stress parameters for earthquake hazard assessment. In-situ stresses were measured in three new boreholes by using overcoring with the piezomagnetic stress gauges for shallow depths and hydraulic fracturing for lower depths. The maximum horizontal stress in shallow depths (～20 m) is about 4.3 MPa, oriented NI9°E, in the epicenter area at Yingxiu Town, about 9.7 MPa, oriented N51°W, at Baoxing County in the southwestern Longmenshan range, and about 2.6 MPa, oriented N39°E, near Kangding in the southernmost zone of the Longmenshan range. Hydraulic fracturing at borehole depths from 100 to 400 m shows a tendency towards increasing stress with depth. A comparison with the results measured before the Wenchuan earthquake along the Longmenshan zone and in the Tibetan Plateau demonstrates that the stress level remains relatively high in the southwestern segment of the Longmenshan range, and is still moderate in the epicenter zone. These results provide a key appraisal for future assessment of earthquake hazards of the Longmenshan fault zone and the aftershock occurrences of the Wenchuan earthquake.     

2008年汶川8.0级地震的发震构造:沿龙门山断裂带新生的地壳深部断裂

在区域地质构造研究中,龙门山断裂带也称为龙门山褶皱-冲断带或推覆构造带。许多研究者认为,2008年汶川8级地震的发震构造是这条断裂带或其中央映秀—北川断裂。笔者在深入分析龙门山断裂带的构造演化和岩石圈结构构造特征的基础上,着重探讨8级地震的发震构造,提出不同的认识。龙门山断裂带经历了松潘—甘孜造山带的前陆褶皱-冲断带(T3-J)、造山带(K-E)和青藏高原边缘隆起带(N-Q)3个动力学条件不同的演化阶段,在前两个阶段断裂带递进发展,第三阶段断裂带则被改造。从三维空间看,龙门山断裂带位于松潘—甘孜地块东南缘的上地壳内,并被推覆到扬子陆块上;而松潘—甘孜地块的中—下地壳和岩石圈地幔发生韧性增厚,而且向扬子陆块壳下俯冲,从而使浅、深部构造在垂向上形成吞噬扬子地块的鳄鱼嘴式结构。虽然在平面上汶川8级地震的主余震分布与映秀—北川断裂一致,但从剖面上看其震源所构成的震源破裂体位于龙门山断裂带之下的扬子陆块内。这种不一致性表明,8级地震的发震构造不是龙门山断裂带,而是扬子陆块内新生的高角度断裂,其走向基本与龙门山断裂带一致。推测这一震源断裂的形成过程是:当松潘—甘孜地块向东南推挤时,其前缘鳄鱼嘴构造咬合并错断被吞噬的扬子陆块部分,形成具有右旋逆平移性质的新断裂,导致汶川8级地震的发生。     

Preliminary Results of In‐situ Stress Measurements along the Longmenshan Fault Zone after the Wenchuan Ms 8.0 Earthquake

Abstract: Four months after the Wenchuan Ms 8 earthquake in western Sichuan, China, in situ stress measurements were carried out along the Longmenshan fault zone with the purpose of obtaining stress parameters for earthquake hazard assessment. In-situ stresses were measured in three new boreholes by using overcoring with the piezomagnetic stress gauges for shallow depths and hydraulic fracturing for lower depths. The maximum horizontal stress in shallow depths (~20 m) is about 4.3 MPa, oriented N19°E, in the epicenter area at Yingxiu Town, about 9.7 MPa, oriented N51°W, at Baoxing County in the southwestern Longmenshan range, and about 2.6 MPa, oriented N39°E, near Kangding in the southernmost zone of the Longmenshan range. Hydraulic fracturing at borehole depths from 100 to 400 m shows a tendency towards increasing stress with depth. A comparison with the results measured before the Wenchuan earthquake along the Longmenshan zone and in the Tibetan Plateau demonstrates that the stress level remains relatively high in the southwestern segment of the Longmenshan range, and is still moderate in the epicenter zone. These results provide a key appraisal for future assessment of earthquake hazards of the Longmenshan fault zone and the aftershock occurrences of the Wenchuan earthquake.