阿尔金断裂中段乌尊硝尔-索尔库里段长序列古地震记录

发布时间：2020-10-25 17:38

　　 阿尔金断裂是印度和欧亚两大板块碰撞过程中形成的一条巨型陆内左旋走滑断裂,是中国大陆迄今仍在强烈活动的断裂之一,也是验证青藏高原变形模式的关键断裂之一。阿尔金断裂东西总长约2000公里,总位移量也达到了300~400公里,并且中段的滑动速率为8~10 mm/yr。该断裂西段(或西端)在2008年和2014年发生了两次强震,产生了几十公里的地表破裂。但是该断裂无任何产生地表破裂的强震历史记录,与其强活动特征以及地表保存的长达1100 km的地震地表破裂带不相符。虽然在阿尔金断裂上已经开展了一些古地震研究,但是揭露的古地震样本数量偏少,不能很好地回答断裂强震复发特征。因此,强震记录的缺失和古地震研究程度的薄弱制约了对阿尔金断裂未来地震危险性评价。大型板块边界走滑断裂普遍具有独特的强震复发特征,比如新西兰阿尔卑斯断裂的强准周期性、土耳其北安陀尼亚断裂的“多米诺骨牌”式强震、死海断裂的丛集性等。那么阿尔金断裂作为一条巨型陆内走滑断裂是否也具有独特的强震复发特征呢?在走向上,阿尔金断裂被多个挤压双弯分割成多个段落,每个段落是否为独立的地震破裂段?弯曲能否完全阻挡破裂的扩展?弯曲两侧的地震是否存在一定的响应?古地震数据能否验证强震破裂扩展过程?此外,古地震事件记录越多越能真实反映断裂强震复发特征。因此,如何选择长序列古地震探槽开挖点显得至关重要。古地震事件识别证据多样,如何更客观地利用这些证据评估地震的可靠性?影响走滑断裂古地震复发周期变异系数(COV)的主要因素有哪些,其与滑动速率是什么样的关系?为了回答上述问题,我们选择阿尔金断裂中段乌尊硝尔-索尔库里段作为研究区。区内发育的阿克塞双弯、平顶山双弯以及阿勒克塔格双弯等大型挤压弯曲把阿尔金断裂分割成两大次级段落:乌尊硝尔段和索尔库里段。在乌尊硝尔段,阿尔金断裂断错了断陷盆地内发育的盐湖及两侧洪积扇。而在索尔库里段,阿尔金断裂贯穿了整条狭长的断陷谷地,其中地震地表破裂带呈平直连续展布,断错地貌类型丰富,成为开展长序列古地震的理想之所。因此,研究区内阿尔金断裂独特的双弯构造和平直性以及理想的沉积环境,显然造就了强震破裂行为研究的最理想天然实验场之一。我们通过收集全球走滑断裂古地震研究数据,分析每个探槽点的沉积环境和地震事件识别标志,探讨古地震探槽选址的原则、地震事件识别标志的等级划分以及可信度研究;重新计算长序列古地震数据的COV值,分析影响因素。总之,获得了如下几个方面的新认识:1)连续、高沉积速率、地层韵律强的沉积环境收集了85篇国内外走滑断裂古地震研究论文,提取了探槽准确经纬度坐标、海拔、探槽布设位置、沉积速率、地层特征、事件数量、测年方法以及同震位错等信息。其中记录≥5次地震事件(长序列)的探槽主要布设在断塞塘、拉分盆地、小型湖盆、洪积扇、闸门脊等地貌位置。除了洪积扇外,其余的地貌位置基本上都是一种相对容易积水的环境,沉积速率相对较高。由于季节性降雨或不同物源区沉积物的叠加,这些沉积环境也往往易形成韵律性强的地层。较易连续接收沉积也是以上各种地貌位置的特征。因此,以揭露长序列古地震记录的探槽研究,应该注意以上几个构造地貌位置。2)走滑断裂古地震识别标志及等级划分在上述收集的85篇文献中,提取了地震识别标志,主要为地层的垂向错开、断层向上的逐渐尖灭、地层厚度变化(或生长地层)、裂缝充填、角度不整合、沙土液化、崩积楔以及褶皱变形等。其中,垂向错开、生长地层、裂缝充填、角度不整合以及褶皱等识别标志是走滑断裂古地震判别主要依据,往往能准确判断地震事件层位,可靠性等级高。而断层向上的逐渐尖灭、沙土液化等标志可靠性等级低,常无法准确判断地震事件层位。以上各种识别标志经常会遭受侵蚀、动植物扰动以及后期事件的改造,降低了可靠性等级,增加地震层位识别难度。因此,需要综合考虑各种情况,划分识别标志等级以及标志出现频次,最终更加客观评价地震事件的可信度。3)走滑断裂古地震复发周期COV与滑动速率的关系我们重新计算了35个全球走滑断裂长序列古地震数据的COV,发现74.3%的COV小于0.8,表明准周期性是走滑断裂的古地震主要复发特征。另外,具有高滑动速率的断裂往往具有较低的COV,也就是说强震重复更具有准周期性。4)索尔库里段铜矿探槽长序列古地震记录我们于2013年在索尔库里铜矿附近开挖了两个大型探槽,共揭露了8-9次古地震事件。地震判别证据以裂缝充填、角度不整合、褶皱、生长地层以及地层的垂向位错为主。大部分探槽地层中含有丰富的碳十四测年材料,以木本植物残枝为主,也偶见动物粪蛋。在主探槽基础上,我们于2016年再次进行了拓宽加深,深度达到了13 m。新探槽揭露的地震变形证据再次支持了2013年探槽揭露的地震事件。另外,新发现了一次更老的古地震事件。因此,铜矿探槽揭露的古地震事件数量达到了9-10次,分别为1490-1737 A.D.,676-926 A.D.,732-589 B.C.,1206-716 B.C.,1369-1235 B.C.,2233-1987 B.C.,2731-2601 B.C.,2878-2743 B.C.,3522-3204 B.C.,4568-3980 B.C.,平均复发周期为650±390 a,变异系数COV为0.63±0.03。5)索尔库里段古地震数据对比与破裂扩展通过对比阿克塞双弯上的安南坝探槽数据,发现铜矿探槽部分事件破裂扩展至弯曲中部,验证了Duan and Oglesby(2005)提出的走滑断裂挤压弯曲地震破裂扩展过程模型,即在不断累积地震剩余应力的情况下,地震破裂可以扩展至弯曲内部。6)乌尊硝尔段古地震记录及破裂扩展乌尊硝尔段T4探槽共揭露了4-5次古地震事件,事件Ⅰ为1220-1773 A.D.,事件Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ发生在407-215 B.C.,事件Ⅴ略早于1608-1462 B.C.。由于地层中缺少足够多的碳十四测年样品,所以只有事件Ⅰ约束较好。通过与平顶山弯曲东侧的索尔库里段古地震探槽对比,发现事件Ⅰ与索尔库里段最新一次事件可以较好的对应,表明最新一次事件在平顶山弯曲两侧同时产生了地表破裂。虽然其余事件不能与索尔库里其他事件对应,但是发震时间相近,表明弯曲一侧发生的地震对另外一侧存在一定的影响,或者两侧断裂有一定的呼应。本论文的主要创新点包括:1)首次获得了阿尔金断裂中段乌尊硝尔-索尔库里段的长序列古地震记录,特别铜矿探槽揭露的古地震事件数量是目前国内走滑断裂上建立的最长序列。2)利用古地震数据证实了地震可以贯穿或跳跃弯曲角18°的挤压弯曲,形成更强地震。同时也验证了Duan and Oglesby(2005)提出的挤压弯曲破裂扩展模型。3)发现了大型平直断裂上强震复发显示较弱的准周期性4)系统收集了全世界走滑断裂古地震研究文献,分析了探槽选址和地震识别标志;其中,重新计算了长序列古地震数据的COV,发现了COV大小和滑动速率的关系;5)在国内较早利用半定量方法评估地震事件识别标志,更加客观地给出了地震事件的可靠程度。
【学位单位】：中国地震局地质研究所
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P315
【文章目录】：
摘要
abstract
前言
    0.1 选题依据、拟解决的主要科学问题
    0.2 研究思路、方法
    0.3 论文工作量、工作成果和主要内容
第一章 走滑断裂古地震研究的基本方法
    1.1 走滑断裂古地震探槽选址
        1.1.1 长序列古地震记录探槽选址典型地貌
        1.1.2 以获取同震位移为目的的探槽选址
        1.1.3 讨论
    1.2 走滑断裂古地震识别标志
        1.2.1 地层的垂向错开
        1.2.2 断层向上的逐渐尖灭
        1.2.3 地层厚度变化
        1.2.4 裂缝充填
        1.2.5 角度不整合
        1.2.6 沙土液化
        1.2.7 崩积楔
        1.2.8 褶皱
        1.2.9 其他识别标志
    1.3 走滑断裂古地震事件半定量化研究
    1.4 古地震事件年代限定方法—OxCal程序的应用
第二章 索尔库里铜矿探槽
    2.1 地质背景
    2.2 探槽点描述
    2.3 古地震事件证据
    2.4 碳十四测年
    2.5 讨论
        2.5.1 铜矿探槽古地震记录完整性
        2.5.2 铜矿探槽古地震数据与其他研究点的对比
        2.5.3 铜矿探槽古地震事件复发特征
    2.6 小结
    2.7 新证据及新认识
        2.7.1 新证据
        2.7.2 事件年代限定与复发间隔
        2.7.3 存在的问题
第三章 乌尊硝尔探槽
    3.1 探槽构造地貌背景
    3.2 探槽地层
    3.3 古地震事件证据
    3.4 碳十四测年
    3.5 讨论
        3.5.1 古地震完整性讨论
        3.5.2 地震复发特征及其对比
    3.6 结论
第四章 铜矿探槽和乌尊硝尔探槽古地震强度的探讨
    4.1 研究区左旋位错统计
    4.2 破裂带范围（长度）
    4.3 讨论
第五章 全球走滑断裂长序列古地震记录变异系数统计与分析
第六章 主要结论和存在的问题
    6.1 主要结论
    6.2 存在问题及下一步工作
附件1 2013年铜矿探槽证据
附件2 乌尊硝尔探槽证据
附件3 全球走滑断裂长序列古地震研究点分布图
致谢
参考文献
作者简介
BRIEF INTRODUCTION TO THE AUTHOR
发表论文目录

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨源源;姚大全;赵朋;郑海刚;疏鹏;;郯庐断裂带嶂山段探槽古地震研究[J];国际地震动态;2015年09期

2 李海兵;潘家伟;孙知明;刘栋梁;张佳佳;李成龙;刘亢;CHEVALIER Marie-Luce;云锟;龚正;;2014年于田Ms7.3地震地表破裂特征及其发震构造[J];地质学报;2015年01期

3 刘静;陈涛;张培震;张会平;郑文俊;任治坤;梁诗明;盛传贞;甘卫军;;机载激光雷达扫描揭示海原断裂带微地貌的精细结构[J];科学通报;2013年01期

4 冉勇康;陈立春;陈文山;王虎;李安;;中国大陆古地震研究的关键技术与案例解析(2)——汶川地震地表变形特征与褶皱逆断层古地震识别[J];地震地质;2012年03期

5 徐锡伟;谭锡斌;吴国栋;陈建波;沈军;方伟;宋和平;;2008年于田M_S 7.3地震地表破裂带特征及其构造属性讨论[J];地震地质;2011年02期

6 田勤俭;任治坤;张军龙;;则木河断裂带大箐梁子附近古地震组合探槽研究[J];地震地质;2008年02期

7 徐锡伟;于贵华;陈桂华;李陈侠;张兰凤;Yann Klinger;Paul Tapponnier;刘静;;青藏高原北部大型走滑断裂带近地表地质变形带特征分析[J];地震地质;2007年02期

8 刘静;徐锡伟;李岩峰;冉勇康;;以海原断裂甘肃老虎山段为例浅析 走滑断裂古地震记录的完整性——兼论古地震研究中的若干问题[J];地质通报;2007年06期

9 张培震,邓起东,张国民,马瑾,甘卫军,闵伟,毛凤英,王琪;中国大陆的强震活动与活动地块[J];中国科学(D辑:地球科学);2003年S1期

10 徐锡伟,P.Tapponnier,J.Van Der Woerd,F.J.Ryerson,王峰,郑荣章,陈文彬,马文涛,于贵华,陈桂华,A.S.Meriaux;阿尔金断裂带晚第四纪左旋走滑速率及其构造运动转换模式讨论[J];中国科学(D辑:地球科学);2003年10期

本文编号：2855741