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。     

Paleocommunity Replacements of Benthic Brachiopod in the Middle-Upper Devonian in the Longmenshan Area,Southwestern China:Responses to Sea Level Fluctuations

Twelve paleocommunities dominated by benthic brachiopod are recognized in the Givetian-Frasnian stages of the Devonian in the Longmenshan area, southwestern China, in which two kinds of brachiopod community replacement are classified. One is the abrupt replacement, represented by abrupt alternation between the Leiorhynchus community and Zhonghuacoelia-Striatopugnax community in the Frasnian Tuqiaozi Formation. The other is the gradual one, developed in the Givetian Guanwushan Formation, which had been completed by the shift of the Independatrypa lemma-Uncinulus heterocostellis-Emanuella takwanensis community via the SinospongophyUum irregulare-Pseudomicroplasma fongi community to the Clathrocoilona spissa-Hexagonaria composite reef community. According to analyses of the paleocommunities, either the abrupt or gradual paleocommunity replacement of the Middle-Upper Devonian in the Longmenshan area is suggested as a response to the 5th-order sea level fluctuation due to the replacements of the paleocommunities in a tracts-system of depositional sequence. It is supposed that changes of paleocommunity diversity,one of the results of paleocornmunity replacement, are depended on the range and magnitude of sea level fluctuation, but there is not a linear relationship between them. Furthermore, a suggestion is proposed that the concept of paleocommunity succession seem to be abandoned in the paleocommunity analysis because it almost never be practiced to recover the information of community succession in the geological record at present.     

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8.0级地震陡坎(北川以北段)探槽的记录特征

汶川8.0级地震在龙门山中央断裂(北川-映秀断裂)上形成了长度约240km的地震地表破裂带,同时在前山断裂(灌县-江油断裂)上形成了长约72km的地震地表破裂带。我们在中央断裂北段(北川以北)的地震陡坎上开挖探槽,揭露了本次地震的构造变形特征,同时通过对探槽内所揭露地层的相互关系的讨论,以及邻近区域内地貌面的对比,认为该段断裂在本次汶川8.0级地震之前可能还存在一次震级相当的地震事件,其发生时间至少早于该区域内T1阶地形成的最新年龄3000 a     

龙门山断裂带北段第四纪活动的地质地貌证据

以龙门山断裂带北段中的青川断裂、茶坝-林庵寺断裂沿线的地质地貌为研究对象,在青川断裂沿线的土关铺、大安,茶坝-林庵寺断裂上的薛家沟、胡家坝等地,对断裂附近的河流地貌进行了详细的构造地貌制图。龙门山断裂带北段所在地区的河流一般发育5级阶地,T1阶地拔河高度3~5m,为全新世堆积阶地。T2阶地拔河高度10m左右,为晚更新世基座阶地。T3阶地拔河高度一般为30~35m,为晚更新世早期形成的基座阶地。T4阶地拔河高度60~70m,残留的阶地砾石层中花岗岩、砂岩砾石已经被强风化,只保留砾石的形态。T5阶地拔河高度为90m左右,阶地堆积物被剥蚀殆尽。青川断裂、茶坝-林庵寺断裂在河流的T4和T5阶地上形成宽30~180m的断层槽地,深度达8~20m,T4阶地砾石层底面落差达10~15m。T3阶地上不发育断层槽地,或断层两盘的T3阶地拔河高度一致,一些地段断层被T3阶地砾石层覆盖。因此认为,这两条断裂在T3阶地形成之前,T4阶地形成之后有过强烈的活动     

汶川8.0级地震前断层形变异常及与其它大震的比较c

用蕴震系统信息合成和地壳形变图象动力学参量方法,对龙门山、鲜水河、安宁河断裂带69条跨断层形变观测时序（1997年1月——2008年1月）整体地作了数据处理,发现龙门山断裂带在汶川MS8.0地震前出现了整体活动强度增高（加速度运动）、突跳异常丛集和近震中断裂的快速滑动．汶川8.0级与唐山7.8级及丽江7.0级地震之前的断层形变异常具有相似性,呈现出一定的可重现性,但前者的异常强度偏低．用系统自组织理论、断裂力学、静地震、慢地震、蠕滑、亚板块挤压与深部物质向上运移的共同作用能初步解释这些异常现象．      

汶川M_S8.0地震中央断裂北段地表破裂特征

研究了2008年汶川大地震的发震构造龙门山构造带的北段,即北川-南坝-林庵寺断裂的地表破裂.通过黄家坝、桂溪、平通、南坝、石坎子等地的考察和测量,显示该段地表破裂沿断裂带连续分布,走向为N45°～65°E.垂直位错与水平位错比值从西南段黄家坝的2.8:1逐渐降低到北东段南坝、石坎子的0.9:1.地表破裂特征表明,断裂以右旋走滑分量为主,并具有较高的逆冲分量.余震分布表明,青川断裂与北川-南坝-林庵寺断裂之间可能存在隐伏活动断裂.     

汶川8.0级地震及余震破裂的地质构造特征

汶川8.0级地震是发生在龙门山断裂带上的大地震,文中应用地震地表破裂调查资料、余震分布和震源机制资料,论述了该次地震的主破裂、次级破裂、触发破裂等方面的地质特征.认为该次地震的主破裂长约200 km,分为南、北两段.南段以逆冲破裂为主,由两条破裂带构成,并引起上盘多条近平行的次级断裂带的破裂;北段以右旋逆冲破裂为主,由单条破裂带构成;在主破裂的东北方向,触发了长约100 km的余震活动.汶川8.0级地震的破裂特征,对研究龙门山断裂带其他段落的强震危险性具有重要意义.     

汶川MS8.0级大震前后的水压致裂原地应力测量

在汶川M_S8.0级大震发生前一周,采用水压致裂技术在龙门山发震断裂带±400 m深度上测得的最大水平主应力值为21～22 MPa,与其附近下盘之差高达8～10 MPa.大震后的原地重复测量结果表明,发震断裂带上的最大、最小水平主应力值分别降低了29％和23％,而在下盘大震前后的地应力作用状况并无变化.测量结果分析表明,活动断裂带的地应力高值异常是圈定地震危险区的可靠依据,是强震孕育和发生的警示标志.     

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.