2017年九寨沟Ms7.0地震揭示青藏高原东缘岷山地区一条新的左旋走滑断裂

2017年8月8日,青藏高原东缘川西九寨沟地区发生Ms7.0地震。基于震源机制解和余震分布特征,结合历史地震和区域新构造分析,揭示了一条新的左旋走滑断裂:九寨沟-虎牙断裂,该断裂斜切岷山隆起,呈弧形展布,北接塔藏罗叉断裂,南连虎牙断裂,是东昆仑左旋走滑断裂的最新东延。新构造研究结果表明,第四纪以来,青藏高原东部巴颜喀拉地块向东挤出,在其东缘岷山地区边界运动学性质发生了明显的转换:早-中更新世之交的昆黄运动时期（1.0~0.6Ma）,向东挤出运动主要转换为地壳缩短变形和块体隆升,沿岷山隆起东西两侧发生逆冲断裂作用;而自晚更新世晚期以来（ca 120 ka）,地块向东挤出伴随着块体顺时针旋转,构造变形以左旋走滑活动为主,主要集中在塔藏-九寨沟-虎牙断裂带。新构造运动性质的转换使得一些早期强烈活动的断裂,如岷江断裂、漳扎断裂等,其现今活动性明显减弱,而新的左旋走滑断裂正在孕育诞生。这一活动断裂演化图像的新认识为本地区未来强震评估和预测提供了新的视角。     

序

<正>青藏高原东缘作为现今地球上最活跃的喜马拉雅—青藏高原巨型造山带的东部边界,是由印度—欧亚大陆新生代期间持续汇聚作用所造就的新大地构造边界带。它自北向南被海原活动断裂带、东昆仑活动断裂带、鲜水河—小江活动断裂系、红河断裂带等大型左旋走滑断裂分割成多个活动构造区。各区地壳变形特征各异,但又具有内在构造动力联系,呈现出极为复杂的活动构造体系和典型的条—块结构。青藏高原东缘是中国东、西部间最显著的地貌梯度带,也是极为醒目的地球物理异常梯度带。同时,它既是现今地壳运动速度急速锐减或转折的     

青藏高原东缘活动构造

青藏高原东缘由岷山断块和龙门山构造带构成。以活动构造地貌学为主线,在解析该地区主干断裂晚第四纪以来活动的地质地貌表现的基础上,对一批断裂运动学和史前强震活动的定量数据进行分析研究,结果表明:在岷山断块中,虎牙断裂的平均左旋滑动速率为1.4 mm/a,垂直滑动速率为0.3 mm/a。岷江断裂的平均垂直滑动速率介于0.37 mm/a~0.53 mm/a之间,左旋位错量与垂直位错量大致相当;在龙门山构造带中,茂汶-汶川断裂、北川-映秀断裂和彭县-灌县断裂的平均垂直滑动速率均在1 mm/a左右,且几条主干断裂的右旋位错量与垂直位错量相当。结合震源机制解结果和GPS测量资料,建立晚新生代以来青藏高原东缘向南东方向逸出的构造变形模式。     

青藏高原东北缘海原断裂带晚新生代构造变形

海原断裂带是青藏高原东北缘的边界断裂带,其新生代以来丰富的构造变形样式是研究高原向北东方向扩展的天然实验室。采自断裂带上盘南华山的磷灰石裂变径迹热年代学结果、横跨海原断裂带的地震反射剖面分析揭示了海原断裂带晚新生代以来经历了先逆冲、后走滑的两阶段变形过程。海原断裂第一阶段强烈的北东方向逆冲推覆变形始于(12±3)Ma,造成了断裂上盘山体的快速隆升与断裂下盘的挠曲变形,同时,破坏了高原东北缘新生代巨型沉积盆地。海原断裂这种挤压变形代表了青藏高原在约12Ma扩展至现今高原东北部,使其成为高原东北缘的最新组成部分。约5.4Ma,海原断裂第二阶段变形以不断增加的左旋走滑分量为特征,沿断裂带所产生的左旋走滑位移被其尾端的六盘山、马东山以东西向的地壳缩短调节吸收。海原断裂上新世左旋走滑运动,可能主要是青藏高原东北缘北东向挤压变形作用后期高原东北部物质沿其主要边界断裂向东有限挤出的结果。     

龙门山断裂带印支期左旋走滑运动及其大地构造成因

位于青藏高原东缘的龙门山构造呈北东—南西向将松潘—甘孜褶皱带和华南地块分割开。前者主要是由一套巨厚的三叠纪复理石沉积组成 ,分布在古特提斯海的东缘。后者由前寒武纪基底和上覆的古生代和中生代沉积盖层组成。位于汶川—茂汶断裂以东的前龙门山存在一系列倾向北西的逆掩断层 ,它们将许多由元古宙和古生代岩层组成的断片向南东置于四川盆地的中生代红层之上 ,构成典型的薄皮构造。许多研究由此断定松潘—甘孜褶皱带和四川盆地之间在中生代发生过大规模的北西—南东向挤压。然而 ,汶川—茂汶断裂西侧的松潘—甘孜褶皱带内部的挤压构造线大多是垂直于而不是平形于龙门山断裂带 ,这表明当时的挤压应力不是北西—南东向而是北东—南西向。近年来在龙门山构造带内发现 ,在三叠纪时龙门山断裂带在发生推覆的同时还经历过大规模的北东—南西向的左旋走滑运动 ,协调走滑运动的主要构造为汶川—茂汶断裂。走滑运动的成因与松潘—甘孜褶皱带北东—南西向缩短有关。汶川—茂汶断裂的左旋走滑在龙门山的北东端被古特提斯海沿勉略俯冲带的消减和发生在大巴山的古生代 /中生代岩层的褶皱和冲断作用所吸收 ,在龙门山的南西端被古特提斯海沿甘孜—理塘俯冲带的消减和松潘—甘孜三叠纪复理石的褶皱和冲断作用所吸?     

青藏高原东缘1933年叠溪Ms7.5级地震发震构造再研究

青藏高原东缘1933年叠溪75级地震的发震构造至今仍然难以琢磨,前人或将其归因于NW向松坪沟断裂的左旋走滑活动、或南北向岷江断裂左旋走滑活动,但地表同震破裂、地震地质、地震等烈度图等调查和研究结果都不支持这种走滑型断层的地震成因。本文基于叠溪地震区构造地貌和湖相地层断层调查,结合古地震和历史地震的研究结果,提出了与2013年四川芦山Ms 70级地震类似的发震构造模型,即隐伏断坡型逆冲断层发震构造模型,认为在叠溪震区10~15km深部隐伏一条西倾的逆冲断坡,其向东逆冲作用导致了叠溪地区频繁的地震活动。这个发震模型有待深部地球物理测深资料和地表大地测量资料的验证。     

岷山隆起边界断裂构造活动初步研究

岷山隆起西以岷江断裂为界,东为虎牙断裂。该地区构造活动强烈,地震活动频繁,是重要活动区。岷山隆起是岷江断裂和虎牙断裂由西向东的推覆逆掩运动差异运动导致的。GPS及地质研究表明岷江断裂、虎牙断裂现今仍在活动。岷江断裂为左右旋走滑断裂,运动速度大于2mm／a;虎牙断裂整体速度2．55mm／a,断裂性质为右旋走滑断裂,而震源机制解为左旋走滑断裂。这一结果,可能与GPS观测时段、位置及断裂面结构、几何特征有关。     

2017年四川九寨沟Ms7.0地震InSAR同震形变场及发震构造探讨

2017年8月8日四川省九寨沟县发生M_s7.0级地震,构造部位处于青藏高原东缘的巴颜喀拉地块东北角,震中位置是岷江断裂、塔藏断裂、虎牙断裂和雪山梁子断裂围闭的空震区。哪条断裂发震,如何界定其与周边活动断裂的关系,与青藏高原东缘近年来发生的大地震是否有成因联系等问题对于理解该区域现今构造活动模式、预判地震发展趋势和部署地震地质灾害防控等工作具有重要意义。利用地震前后两期Sentinel-1合成孔径雷达数据对地表同震形变场进行了InSAR测量,获取了极震区约2000 km²范围内的雷达视线向变形（-13~28 cm）和运动方向,呈现为主动盘单侧走滑兼逆冲的变形模式,结合震源机制、断裂展布、构造背景和近年地震迁移的分析,揭示了控震构造是巴颜喀拉地块北缘边界断裂弧形旋转体系的尾端构造,发震断层是该断裂系中塔藏断裂的南段,并有与虎牙断裂贯通的趋势,因此,应重视本次地震与虎牙断裂之间的空震区未来的强震危险性问题;从区域上看,此次九寨沟地震可能与汶川地震具有一定的时空成因联系,因在巴颜喀拉地块南北边界断裂破裂基本贯通的条件下,2008年汶川地震诱发的东缘中部锁固破裂导致块体加速向东挤出,2013年鲁甸地震又释放了东缘南段挤压构造应力,从而进一步加剧了东北角的应力集中,促使九寨沟地震的发生。     

西秦岭临潭-岷县-宕昌断裂带新生代运动学历史及动力学分析

临潭-岷县-宕昌断裂带是青藏高原东北缘西秦岭腹地具有构造边界性质的区域断裂带之一,它由多条近于平行的逆冲-走滑断层组成。通过对其主要断层之一的小寨-浦麻断层(F3)典型断层带内断层岩类型和分带特征、构造要素的几何学-运动学特征及构造截切关系等观测分析,表明其主要为新生代形成的一条脆性断层,至少经历了3期具有不同几何学-运动学特征的构造活动历史。第一期表现为向北北东陡倾(倾角为70°~80°)的自北向南高角度逆冲作用;第二期表现为向北北东中等倾斜(倾角为30°~50°)的自北向南逆冲作用;而第三期则表现为向南西陡倾(倾角为60°~70°)的左旋走滑作用。根据断层卷入的最新地层时代、三期变形构造要素产状及截切关系和青藏高原东北缘新生代以来区域断裂活动、沉积盆地演化和地壳隆升过程分析,认为第一期挤压逆冲作用起始于始新世中期(45~50 Ma左右)持续到渐新世初期;第二期挤压逆冲作用发生在中新世末或上新世初,持续到早第四纪;而第3期左旋走滑作用只是晚第四纪以来的构造作用。临潭-岷县-宕昌断裂带的小寨-浦麻断层的三期构造活动可能记录了印度板块与欧亚板块碰撞汇聚过程不同阶段在西秦岭的构造动力学响应。第一期挤压逆冲作用可能与印度-欧亚汇聚碰撞高峰期(55~45 Ma)地壳的挤压缩短作用的远程效应有关;而第二期的逆冲作用与青藏高原地壳增厚和高原隆升向东北缘的扩展作用相联系;第三期左旋走滑作用则是晚第四纪以来的构造活动,明显滞后于5Ma青藏高原腹地的东西伸展和挤出走滑作用,这有可能暗示着青藏高原东北缘断裂构造活动及地壳隆升过程与青藏高原腹地并不同步。这为新生代以来印度板块-欧亚板块碰撞作用是逐渐向北扩展生长过程提供了构造地质学约束。     

根据碎屑白云母~（40）Ar/~（39）Ar年龄追索喜马拉雅造山带的剥落历史——对青藏高原隆升过程的启示

对喜马拉雅前陆盆地和孟加拉海扇中各地层的碎屑白云母40Ar/39Ar资料的系统分析揭示了喜马拉雅造山带自印度-欧亚板块碰撞开始造山以来的整个剥落历史：剥落速率开始较为稳定,然后开始上升,在22Ma左右达到峰值,为4～5mm/a,随后急剧下降,最终以2mm/a的速率保持平稳。喜马拉雅造山带与青藏高原周缘剥落历史的对比约束了印度-欧亚板块碰撞造成青藏高原东缘和北缘的不同反应方式。即开始时的挤压主要被青藏高原北缘的大规模左旋走滑吸收,到30Ma左右,喜马拉雅造山带冷却、剥落速率显著增强,北缘左旋走滑造成的柴达木地块的向东运动被华北板块阻挡而停滞,因此在北缘发生了一些重要的冷却和抬升剥落事件。至18Ma左右,喜马拉雅造山带的冷却、剥落速率继续增高并维持在较高水平,而该时间段内无论是北缘还是东缘,均未发生显著的抬升剥落事件,因此青藏高原的整体隆升和地壳增厚可能发生在此期间。中新世末—上新世初开始至今,青藏高原东缘龙门山地区发生了一些显著的抬升剥落事件,导致了大量的山崩和河流侵蚀,即此时来自喜马拉雅的挤压主要被青藏高原向东方向的地壳逃逸所吸收。     

元谋断裂晚第四纪活动性定量分析

ETM影像揭示了元谋断裂以左行剪切走滑为主, 局部张剪或压剪的性质.利用1:5万地形图和影像图内冲沟、山脊等地貌位错估测了元谋断裂一平浪-江边段晚第四纪活动性, 详细调查实测并分析了研究区断错地貌和构造剖面, 获取的该断裂晚第四纪活动性、活动强度, 与估测结果一致.结果显示, 元谋断裂一平浪-江边(金沙江边) 段最新活动时间为晚更新世末期-全新世; 其中一平浪-大龙潭一带, 水平滑动速率约2.0mm/a, 垂直滑动速率为0.07mm/a; 木莲旧-秧田井一带, 水平滑动速率接近0.53mm/a, 垂直滑动速率为0.06mm/a; 乐胜古-江边一带, 水平滑动速率接近1.32mm/a, 垂直滑动速率为0.03mm/a.综合分析表明, 该段断裂晚第四纪平均水平滑动速率为1~2.0mm/a, 以走滑运动为主.      

内蒙古狼山地区南北向断裂构造应力场特征及其与区域构造演化关系

内蒙古狼山地区断裂构造十分复杂,主要发育有南北、东西、北东和北西走向的断裂构造.从南北向断裂的几何形态、运动性质、构造应力场特征入手进行研究,结合野外实地调查与测量,运用极射赤平投影方法,求出构造应力场的主应力轴方位,进而对本区的构造演化进行了探讨.初步认为,研究区发育的近南北向断裂至少受到过两期构造应力场的作用,第一期是在晚二叠世,由于华北克拉通向北、西伯利亚板块向南活动而形成碰撞拼贴运动所产生的近南北向近水平挤压构造应力场,此时构造应力场的主应力轴σ₁为北偏东10°左右,向北倾伏,倾伏角为15°~20°.在这一期构造应力场的作用下,狼山地区发育了一套破裂系统,它们分别表现为近东西走向的挤压构造带和逆断层、近北东走向的以左行为主的走滑断层、近北西走向的以右行为主的走滑断层以及近南北走向的张性断层.这些早期的断裂系统也制约着该区域后来的构造活动,第二期构造应力场是侏罗纪以来古太平洋板块向亚洲大陆俯冲而产生的.此构造应力场的主应力轴σ₁为北西-南东向,倾伏向为150°左右,倾伏角为10°~20°.第二期构造应力场的作用,使早期南北向断裂由原来的张性破裂面转为左行走滑,早期东西向断裂转为右行走滑,早期北东向左行滑动面转为压性面和褶皱轴方向,而早期的北西向破裂面则转为张性破裂性质.      

帕米尔东北缘-西昆仑的构造地貌及其构造意义

帕米尔东北缘-西昆仑位于青藏高原西北部,受三条大型断裂:康西瓦断裂、主帕米尔-铁克里克断裂和公格尔断裂的制约.通过野外考察、卫星遥感图像解译、ASTER GDEM高程数据的分析,对上述三条断裂及整个区域进行构造地貌研究,并探讨其构造意义.结果表明:康西瓦断裂为左行走滑断裂;主帕米尔-铁克里克断裂为逆冲断裂;公格尔断裂和塔什库尔干断裂分别为右行、左行走滑正断层,连接两者的是塔合曼正断裂.通过ASTER GDEM高程数据的高程分布、局部高程差和坡度分析,表明帕米尔东北缘-西昆仑至塔里木盆地存在三级特征地貌(塔里木盆地、塔里木盆地南缘山前褶皱逆冲带和帕米尔东北缘-西昆仑);西昆仑地区受印度/亚洲板块碰撞而产生垂向物质运动,由于三条大型断裂控制在西侧断裂附近存在水平方向的物质运动,垂直和水平两种运动的存在促使靠近康西瓦和公格尔断裂形成高山地貌.     

Cenozoic stress fields in the Kiselevka fault zone,Lower Amur region

The study of tectonic sliding surfaces (hereafter, slickensides) and striae, as well as strike-slip echelons of quartz streaks, in the Kiselevka fault zone made it possible to reconstruct four groups of stress fields with a wide age range (from the Paleocene to Recent). The meridional compression and latitudinal extension of the earliest stress field promoted the left-lateral displacement along the Kiselevka fault. The fault activation in that period was accompanied by the final-phase magmatite formation in the East Sikhote-Alin volcanoplutonic belt. In contrast, the subsequent stress field of the sublatitudinal compression and submeridional extension changed the fault kinematics to right-lateral strike-slip ones. The origin and development of the Udyl intermontane depression is linked to these deformations. Upthrow deformations complicated the structure of the Udyl depression, whereas normal fault deformations produced the depression of Lake Udyl and the bays along the left bank of the Amur River.     

晚古近纪柴达木盆地西南缘区域应力场演化——从其毗邻的阿达滩盆地得到的佐证

柴达木盆地西南缘与之毗邻的阿达滩盆地对周边造山带构造应力场的变化响应敏感,并有较多的地质记录。中新生代以后,其与阿尔金断裂带同处于统一左行走滑剪切应力场作用之下,构造形迹保存较好。通过对盆地内沉积建造、断裂系性质及区域构造特征的识别分析,推断柴达木盆地西南缘在始新世时构造活动处于南北向挤压环境,而渐新世后则转换为左行平移构造应力之下。推测柴达木西南缘在三维空间上应当存在着来自塔里木地块斜向上的推挤力。通过盆地沉积及构造序列分析,初步建立了该区晚古近纪构造运动阶段性演化模式。     

青藏铁路邻侧昆仑山2001年Ms8．1级地震地表破裂特征分析

青藏铁路邻侧的地震地表破裂调查显示昆仑山2001年8．1级地震地表破裂明显呈水平左旋走滑性质，地震破裂带主要由NE向的张裂和NW向地震鼓包呈之字型沿昆仑山口断裂线性分布构成。青藏公路邻侧的地震破裂的实际左旋位移量为4．3～4．81m。地震的强烈破坏主要集中在地震破裂带上，在青藏公路附近见其影响范围可延至破裂带南北两侧10～50km范围内。     

柴达木盆地东北部新近纪构造旋转及其意义

青藏高原东北缘构造变形的研究是认识高原隆起过程、机制和印度—欧亚板块碰撞远程效应的重要途径。柴达木盆地是印度－欧亚板块碰撞后南北向挤压应力为动力背景的高原东北部内陆盆地,沉积物主要来自于周边山地,完整的保存了新生代以来高原隆升的详细记录。通过柴达木盆地东北部瑙格剖面精细古地磁及构造旋转研究发现,20.1～15.1Ma以及15.1～8.2Ma柴达木盆地分别发生了9.7°±7.4°和6.4°±4.4°的顺时针旋转,约8.2Ma后,柴达木盆地东北部瑙格地区发生了16°±7.5°的逆时针快速旋转。通过分析认为,前两次的顺时针构造旋转事件可能与阿尔金断裂的左旋走滑有关。而约82Ma以来的逆时针旋转事件属于柴达木盆地东北部瑙格地区的局部旋转,可能与温泉断裂的右旋走滑有关,说明青藏高原东北部在昆仑山、阿尔金山和祁连山三条巨型断裂系左旋相对运动的宏观控制下形成的NNW向温泉右旋走滑断裂开始走滑的年代为约8Ma。     

中卫断裂带断层类型划分及其构造意义

中卫断裂带在晚更新世以来的左旋走滑运动中,先存的挤压逆掩、逆冲断裂带发生了分化。某些断层或断层段继续活动;另一些先存断层在晚更新世以来不再活动;此外,还发育了一些新断层。因此,我们把中卫断裂带划分出三种断层类型,即新生断层、继承性断层和遗弃断层。新生断层就是指：在某次构造运动中新发育的断层。具体到中卫断裂带来说,就是指晚更新世以来新发育的断层。这类断层是中卫断裂带左旋走滑运动的产物。在早期的挤压逆断运动中这些断层并不存在。通过对新生断层的调查研究可以获得以下资料。①反演晚更新世以来的构造应力场;②确定晚期构造运动的起始时代;③估算断层的断错幅度和速率。继承性断层就是指：在早期的挤压逆掩（冲）活动中就已经存在的断层或断层段,在晚期的左旋走滑运动中继续活动。继承性断层的最大优点是包含了较多的信息量。①继承性断层记录了多期构造运动的信息;②继承性断层是中卫断裂带多期活动的见证;③继承性断层是研究构造演化过程的重要依据。遗弃断层就是指：某些断层或断层段在早期构造运动中是主体断裂带的一部分,其活动习性与主体断裂带基本一致。当早期的构造运动终止之后,这些断层或断层段在后继的构造运动中不再活动,也就是说这些断层被遗弃。遗弃断层的作用就在于它保留了早期构造运动的大部或全部信息,这些信息基本上没有受到后期构造运动的干扰破坏。因而通过对遗弃断层的研究可以获得早期构造运动的主要信息。①确定早期构造运动终止的年代;②反演早期构造应力场方向;③研究断层的滑动方式,即粘滑和蠕滑。     

Oblique convergence during the Cimmerian collision: Evidence from the Triassic Aghdarband Basin,NE Iran

The Lower-Middle Triassic Aghdarband Basin, NE Iran, consists of a strongly deformed arc-related marine succession deposited along the southern margin of Eurasia in a highly mobile tectonic context. This basin is a key-area for the study of the Cimmerian events, as the Triassic units show severe deformations, which occurred short time after the collision of Iran with Eurasia, and were sealed by the Middle Jurassic succession. In this work, we document the structural setting and evolution of this area, based on detailed mesoscopic structural analyses of faults and folds, paleostress reconstruction and revision of the Triassic stratigraphy. The Triassic sequences are deeply involved in a N-verging thrust stack interacting with an important left-lateral transpressional fault zone characterized by strike-slip faults, vertical folds and high angle reverse faults generating intricate positive flowers. Systematic folds asymmetry indicates that they developed in a left-lateral transpressional zone coeval to thrust imbrication to the south, due to a marked strain partitioning.The extent of the transpressional zone shows that important left-lateral movements developed parallel to the belt during the Cimmerian collision, in response to oblique convergence between Iran and Eurasia. Inversion of Triassic syn-sedimentary faults, possibly inherited from Palaeozoic structures of the Kopeh Dagh basement and favouring strain partitioning, is suggested by unconformities, significant differences in the sedimentary successions, repeated olistoliths, scarp-related coarse breccias and rapid tectonic drowning, occurring especially along the northern tectonic boundary of the basin. Paleostress analyses point to a complex stress pattern showing a 45° rotation of the stress field along the left-lateral fault system, related to a complete deformation partitioning in two domains respectively characterized by pure reverse dip-slip and strike-slip motions. The main direction of compression, possibly oriented NE–SW in present days coordinates, favoured the development of large shear zones disrupting the eastern portion of the Cimmerian orogen.