四川汶川地震断裂带科学钻探2号孔(WFSD-2)岩性特征和断裂带的结构

以WFSD-2钻孔岩心为研究对象,通过详细的岩心编录和岩石学、构造地质学等研究,识别出该钻孔岩心具有6段岩性,从上向下依次为彭灌杂岩(0~599.31m)、三叠系须家河组二段(599.31~1211.49m)、彭灌杂岩(1211.49~1679.51m)、三叠系须家河组三段(1679.51~1715.48m)、彭灌杂岩(1715.48~2081.47m)、三叠系须家河组四段(2081.47~2283.56m)。彭灌杂岩主要以花岗岩和火山岩为主,三叠系须家河组沉积岩以砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、煤层(线)和砾岩为主。3套彭灌杂岩与三叠系须家河组沉积岩重复出现,时代较老的岩性段逆冲覆盖在新的地层之上,表明龙门山构造带由一系列逆冲岩片叠置而成。岩心中断裂岩较为发育,主要为断层角砾岩、碎裂岩和断层泥,反映出脆性变形作用的特点。通过对断裂岩的统计分析,厘定了20余条产状不同、规模不等的次级断裂带,断裂带宽度和断裂密度峰值显示FZ600、 FZ720、 FZ782、 FZ817、 FZ922、 FZ951、FZ1449、 FZ1681、FZ2082为主要断裂带,其中FZ1681系规模最大的一条断裂。依据断裂岩的组合特征可以将岩心中断裂带的结构以断层泥为核部划分为两大类：对称型断裂带和不对称型断裂带。根据地表破裂带、WFSD-1钻孔岩心中主滑移带位置的几何关系、岩性分层等因素,可推断汶川地震主滑移带应位于FZ1134、FZ1449或FZ1681之中,同时也暗示该地区经常发生类似汶川地震的大地震活动。研究表明,龙门山地区经历了强烈的构造缩短和快速隆升作用,暗示龙门山地区构造活动非常强烈。     

山东兖州煤田杨庄井田断层构造特征及其对生产的影响

兖州煤田为鲁西南地区的主要煤田之一,属华北大型聚煤盆地的一部分。杨庄井田位于兖州煤田的西北翼,总体呈倾斜的单斜构造,井田内构造以断层为主,近SN向,NE—NEE向和NW-NWW向3组断层互相切割,致使煤层错动,影响工作面和巷道的布置,局部煤炭资源甚至无法开采。故应采取探采结合的方式,查明断层的分布规律和延展方向,以充分合理地开发煤炭资源。     

青藏高原地球物理与大陆动力学研究的新进展

岩石圈地球物理探测、深部结构成像与各向异性等研究是青藏高原大陆动力学研究的基础.近年来,随着深部地球物理探测技术和反演成像技术的进步,信息提取与细节分辨能力不断提升,青藏高原壳幔结构、碰撞和隆升动力学、资源与地质灾害的深部机制等研究进展显著.本专辑收录33篇论文,主要分布在深部结构与地球物理探测、地震各向异性与变形、断裂性质与地震活动等三个主要研究领域.本文重点围绕这些论文,对近年来青藏高原地球物理研究进展进行综述.

     

青藏高原东缘新生代隆升剥露与断裂活动的低温热年代学约束

青藏高原东缘作为高原生长的东边界,其新生代以来隆升剥露与扩展模式备受关注.高原内部平缓的地貌和边界构造带不显著的缩短变形被认为是下地壳流作用的重要证据.然而近年来,越来越多的低温热年代学研究结果表明,中-晚新生代以来跨不同断裂带存在显著的差异性隆升剥露,指示了断裂体系在青藏高原东缘构造变形与演化中的重要作用.本文系统收集区域内现有不同封闭温度体系的低温热年代学数据,综合分析结果表明青藏高原东缘隆升剥露及生长扩展与整个高原抬升具有准同步性.最为广泛和显著的剥露主要发生在~30 Ma以来,且高原东缘的最大侵蚀量区受控于断裂活动,快速侵蚀带的空间分布与鲜水河断裂带相一致.在区域尺度上,现有数据所揭示的剥露事件启动、持续时间及速率的显著差异性揭示了断层活动对青藏高原东缘地表剥露过程的控制作用.本文提出青藏高原向东扩展是多阶段、非均匀过程,新生代以来不同断裂带在青藏高原向东扩展过程中起到了至关重要的作用,不支持"下地壳流假说"强调的"东缘上地壳变形不显著"的认识.     

塔里木盆地温宿凸起构造特征新认识

温宿凸起位于塔里木盆地西北缘, 平面上呈北东-南西向展布。本文从温宿凸起周缘及内部断裂构造解释入手, 结合区域地质结构特征、构造单元划分和构造演化研究, 认为温宿凸起的形成和演化主要受古木别孜和沙井子两条主断裂控制, 表现为夹持在乌什凹陷和阿瓦提凹陷中间的一个古隆起。温宿凸起内部发育一系列次级断裂, 将其划分为阿克苏低凸带、阿克雅断凸带、古木别孜断裂带和沙井子过渡带4个构造单元。温宿凸起具有长期隆升、短期沉降的特点: 在加里东晚期-喜马拉雅早期, 受两条边界主断裂形成并持续活动的影响, 温宿凸起长期隆升, 造成了其地层的广泛剥蚀; 喜马拉雅中期为温宿凸起稳定沉降阶段, 沉积了新近系吉迪克组碎屑岩沉积。喜马拉雅晚期差异隆升形成西高东低的大型鼻状构造背景, 东部接受了新近系康村组、库车组沉积, 西部高部位未接受沉积。边界断裂定型后, 温宿凸起亦最终定型, 形成了现今的构造面貌。综合研究认为, 温宿凸起和塔北隆起构造性质有显著差异, 二者为不同构造单元, 应将其归属为柯坪断隆而非塔北隆起。喀拉玉尔滚断裂为塔里木盆地一级构造单元塔北隆起和柯坪断隆的界线。本文研究成果对指导温宿凸起勘探生产、重新认识塔里木盆地西北部构造演化和构造格局有重要意义。

     

利用断错地貌限定榆木山北缘断裂最新地震事件

榆木山北缘断裂位于河西走廊中段榆木山山前,是榆木山隆起与河西走廊之间的分界断裂。研究榆木山北缘断裂的断错地貌与活动特征,有助于进一步了解该地区的地震危险性及历史地震的归属问题。本研究通过遥感影像解译、野外地质调查及无人机航空摄影测量,获得了研究点高精度DEM数据,并利用数据进行了微地貌分析,详细区分了榆木山北缘断裂被断错及未断错的洪积扇,根据断错特征使用14C测年方法对洪积扇进行了定年,对榆木山北缘断裂最新地震事件进行了限定。结果表明,榆木山北缘断裂未断错的早期洪积扇年代为2775~2940 cal.a B.P.,表明断裂最新一次地震活动发生在2775~2940 cal.a B.P. 之前。综合前人研究结果,榆木山北缘断裂的最新一次地震事件限定在约2775~2940 cal.a B.P. 至3940~4155 cal.a B.P. 之间,该结果不支持公元180年表氏(高台)7 级地震发生在榆木山北缘断裂上的观点。榆木山北缘断裂古地震离逝时间较长,已接近或超过地震复发间隔,具有较高的地震危险性。     

中国大陆岩石圈地幔镍-钴-铂族元素组成及其成矿意义: 地幔捕虏体证据

镍、钴和铂族元素（PGEs,Platinum group elements）是我国紧缺的关键金属,它们作为亲铁元素主要储存在地核和地幔中。幔源岩浆作用能否超常富集镍、钴和铂族成矿在一定程度上取决于地幔源区这些元素的组成与富集程度,地幔捕虏体可揭示中国大陆岩石圈地幔镍、钴和铂族元素的组成与含量。本文总结了中国华北克拉通、华南克拉通和中亚造山带东部等主要构造单元地幔捕虏体中镍、钴和铂族元素的组成与含量,认为：（1）华北和华南克拉通岩石圈地幔镍、钴和铂族元素原始含量较高,高于原始地幔,且随深度增加而增加,是镍、钴和铂族元素成矿岩浆的有利地幔源区;（2）镍、钴和铂族元素以纳米原子团簇、合金或硫化物等形式赋存、运移与富集;（3）不同构造单元岩石圈地幔镍、钴和铂族元素的富集程度不同;（4）岩石圈地幔镍、钴和铂族元素含量从元古代到新生代有所降低,意味着该区存在镍、钴和铂族元素抽取的岩浆事件,故其成矿潜力巨大。

     

六盘山断裂带的地震构造特征与强震危险背景

集成活动构造与震源机制解、重新定位小震分布、历史与现今地震、GPS速度场等资料,综合分析了六盘山断裂带的构造动力学条件与变形方式、横剖面构造、历史强震破裂背景、GPS形变以及现代地震活动性,进而探讨了该断裂带的强震危险背景.结果表明：NNW向六盘山断裂带的运动与变形主要缘于青藏地块东北缘的向东水平挤出受到相对稳定的华北地块西缘（鄂尔多斯地块）阻挡而聚集的水平挤压作用;此外,海原和陇县-宝鸡两条NW向走滑断裂带的左旋运动在右阶区的局部会聚作用,也由六盘山断裂带的变形与运动来承受与转换.横剖面上,六盘山断裂带表现为向东推覆的大型逆冲构造带,主滑脱带位于~25 km深处,之下很可能存在分隔青藏与华北地块的超壳-岩石圈型深断裂带.沿六盘山断裂带中-南段以及更靠南东的陇县-宝鸡断裂带存在总长为120~140 km、至少最近~1400年未发生M ≥ 6½强震破裂的地震空区.地震空区内的断裂,GPS形变显示已有显著应变积累,地震活动上出现为小震稀疏或空缺的部位,以及低b值区,反映那里的断面业已闭锁,并已有高应力积累.因此,六盘山断裂带中-南段和陇县-宝鸡断裂带应是未来可能发生强震/大地震的两个危险地段,潜在地震的最大矩震级估值分别为M_W=7.3±和7.2±.

     

龙门山断裂带北段南坝地区上地壳S波分裂特征

基于汶川科钻4号井孔（WFSD-4）附近的较小尺度的南坝微震台阵以及较大尺度的川西流动台站和区域台网的固定台站记录到的近震波形资料,通过横波窗内的S波分裂计算,分析了龙门山断裂带北段南坝地区的上地壳介质各向异性特征,并对区域应力场及构造特征展开讨论.S波分裂计算的结果显示研究区快波偏振方向主要表现为NE-NEE向,与北川断裂的走向一致,也与区域主压应力方向一致.小尺度密集分布的南坝微震台阵的计算结果进一步显示,靠近北川断裂的台站,其快波偏振方向与断裂走向一致,而距北川断裂较远的西北部台站的快波偏振方向与断裂走向不一致,反映了上地壳各向异性特征与地表的活动断裂结构密切相关.从南坝微震台阵的归一化时间延迟随时间的变化情况可以发现,在一个震中位于台阵布设范围内的地震事件发生前后,时间延迟有明显的变化,表明时间延迟随时间变化较为敏感,地震的能量影响了介质的性质.对比龙门山断裂带中段的科钻3号井孔周边地区的S波分裂计算结果,归一化时间延迟与本文结果一致,表明龙门山断裂带中段和北段的上地壳介质各向异性强度基本相同.

     

汶川地震断裂带滑移行为、物理性质及其大地震活动性——来自汶川地震断裂带科学钻探的证据

断裂带物质组成、结构及其物理性质是理解断裂变形机制和地震破裂过程的基础和关键,断裂带地震（黏滑）和非地震（蠕滑）滑移行为不仅对了解地震活动性和山脉隆升过程具有重要意义,而且直接为防震减灾提供科学依据.我们以穿过龙门山映秀—北川和灌县—安县断裂带的汶川地震断裂带科学钻探（WFSD）岩心和地表出露的断裂带为研究对象,通过对断裂岩组成、结构、显微构造和钻孔物性测井数据进行分析研究,确定了龙门山逆冲断裂带滑移行为和物性特征,初步探讨了大地震活动性和有关断裂带的隆升作用：（1）映秀—北川断裂带倾向NW,浅部倾角~65°,发育的断裂岩厚约180~280 m,由碎裂岩、假玄武玻璃（地震化石）、断层泥和断层角砾岩组成.断裂带具有高自然伽马、高磁化率值、低电阻率、低波速等物理性质以及对称型破碎结构.断层泥普遍具有摩擦热效应的高磁化率值和石墨化作用特征,是古地震滑动的岩石记录.表明映秀—北川断裂带为经常发生大地震的断裂带,晚新生代以来类似汶川地震的大地震复发周期小于6000—10000年,具有千年复发周期特征.（2）灌县—安县断裂带倾向NW,浅部倾角~38°,发育的断裂岩厚约40~50 m,仅由断层泥和断层角砾岩组成,具有典型的"压溶"结构,表现出蠕滑性质.除压溶作用外,定向富集的层状黏土矿物和微孔隙的发育使断层强度变弱.断裂带具上盘破碎的非对称型破碎结构,除具低磁化率值特征外,其他物性与映秀—北川断裂带一致.（3）根据断裂岩厚度与断层滑移量相关经验公式关系,以及断层产状,粗略估算映秀—北川断裂带自中生代以来累积垂直位移量大于9 km,灌县—安县断裂带累积垂直位移量小于3 km.映秀—北川断裂带长期大地震产生的累积垂直位移量是龙门山隆升的主要贡献.