基于高分辨率粒度、磁化率分析的黄土地层划分与古地震研究

发布时间：2017-10-15 07:21

  本文关键词：基于高分辨率粒度、磁化率分析的黄土地层划分与古地震研究

  更多相关文章： 古地震研究 洞峪沟剖面 黄土 粒度与磁化率分析 Heinrich事件 精细分层

【摘要】：探槽技术是目前古地震研究的重要手段,结合测年技术可以限定古地震事件的发生年代与地震复发间隔,但在事件发生的时间与古地震序列识别的完整性等方面仍存在较大的不确定性和局限性。特别是那些厚度大且层理不清的地层,比如黄土地层,不仅因层理不清而导致断层难以识别,而且目视解译难以区分沉积内部的细层理,这些严重影响了断层位置的识别和古地震事件发生时间的判定。因此,如何提高黄土地区古地震识别的准确性和古地震序列的完整性,降低古地震事件判定的不确定性,是我们目前面临的一个亟待解决的问题。山西洞峪沟剖面位于山西临汾盆地北东角,横跨霍山山前断裂带,不仅保存较好的黄土沉积序列,还揭露了明显的地层错断事件,是开展识别黄土地层内古地震事件的理想场所。因此,本研究以该黄土剖面为实验场地,开展基于高分辨率粒度、磁化率分析的黄土地层划分与古地震识别研究。根据目视解译,徐岳仁(2012)将洞峪沟剖面主断层(F1)的上下盘分别划出了10层与12层,在断层上、下盘分别识别出了4层与5层古土壤。以两盘的古土壤层作为对应的标志层,根据从上到下逐步对应的方法,识别出了5次事件,最老的两次分别发生在d8和d6形成之前；第三次地震事件发生在d6形成之后;第四次地震事件发生在d4形成之后；第五次地震事件发生在d2形成之后。其中最新三次事件垂直错开了u2、u4和u6三层古土壤,累积位移量为0.7m、1.6m、2.7m,反映三次事件分别产生了0.7m、0.9m和1.1m的垂直同震位移。结合光释光的测年结果,这三次事件的时间分别为23.3ka、32.8ka、47.4ka。平均复发间隔达到11ka,这与前人研究的2000年的复发间隔不一致。目视解译是否存在漏记可能是造成该问题的关键因素。科学家们曾经针对古地震序列的完整性问题在湖湘沉积展开研究,用粒度与磁化率分析有效的识别出了古地震事件,不仅有限的延长了古地震纪录还保证了该纪录的完整性。为此,我们试图利用具有相似特征的连续风成黄土堆积,也采用高分辨率的粒度与磁化率分析来识别古地震,以延长黄土地区的地震纪录并弥补其完整性的不足。首先,洞峪沟剖面高精度的粒度与磁化率变化曲线具有较强的波动性。结合测年结果与其他地区的气候曲线进行对比,发现该剖面的粒度、磁化率曲线与末次冰期的气候曲线有很好的一致性。曲线上所表现出来的波动时间刚好对应于末次冰期的6次哈因里奇事件。也就是说,该曲线上几乎所有的波动都与气候变化相关,不存在非气候成因(构造成因)的异常波动,因此,我们不能通过黄土的粒度、磁化率曲线有效识别出震积层遗迹。其次,古地震事件识别和发生时间估计的精度很大程度上依赖于黄土分层的精度,黄土目视分层通常仅仅划分到到相间排列的黄土层和古土壤层。根据高分辨率的粒度与磁化率分析我们获得了洞峪沟黄土剖面的精细分层,界定了各层的厚度和边界。依据细分层和断层两盘地层对应关系,将u6层沉积以来的三次断错事件的发生位置和时间作了再限定,它们分别发生在u5-7、u4以及u2的顶部,对应断层上盘埋深7.1 m、4.7 m、2.9 m。根据释光测年结果以及断层上盘地层的平均沉积速率,推测三次断错事件发生的时间分别在48.1±1.5-43.2±2.5ka之间接近45.8 ka、35.0±2.4-30.6±1.3ka之间接近32.8 ka、26.4±0.8-20.9±0.7ka之间接近23.3 ka。根据三次黄土-古土壤沉积旋回的厚度差,判定三次地震的同震垂直位移分别为0.5 m、0.4 m和1.3 m,累计位移2.2 m。与过去对霍山山前断裂带其它段落的研究结果对比,洞峪沟剖面所在地的断层段活动性明显较弱,垂直滑动速率(0.05mmm/a)比洞峪沟以北段小一个数量级,地震活动周期(11ka)比洞峪沟以北段长数倍,而且在全新世没有地震发生。因此,霍山山前断裂带和1303年洪洞8级地震的地表破裂带的南端都不在洞峪沟以南的苏堡,应该北移至广胜寺附近。依据高精度粒度与磁化率变化曲线的地层分层方法,为有效降低黄土地区古地震研究的不确定性提供了一种很好的参考。最后,根据粒度与磁化率分析,我们还发现了显著的H5气候事件。洞峪沟剖面断层上盘高分辨率的粒度与磁化率及测年结果显示,粒度和磁化率记录大致以对应H5事件的47.3 ka为分界点分为前后两个时期。早期(67.7-47.3 ka)粗粉砂(20-63 μm)和砂含量(63μm)整体较低而磁化率较高,晚期(47.3-13.0ka)粗粉砂含量和砂含量整体较高而磁化率较低,反映早期亚洲冬季风较弱而夏季风较强,晚期亚洲冬季风明显增强而夏季风明显减弱。这一以H5事件(-47.0ka)为分界点的末次冰期气候演化模式在东亚、东地中海乃至北美均可以对比,可能是北极地区冰量在这一时期得到显著发展,导致东亚乃至北半球气候向寒冷方向发生显著变化。这一认识对深入理解东亚MIS3气候演化趋势具有重要意义。当然,这一初步认识需要在以后的高分辨率研究中得到进一步检验。
【关键词】：古地震研究 洞峪沟剖面 黄土 粒度与磁化率分析 Heinrich事件 精细分层
【学位授予单位】：中国地震局地质研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P535;P315
【目录】：

• 摘要4-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 选题依据与研究意义12-13
• 1.2 本文主要解决的问题13
• 1.3 古地震的研究现状13-17
• 1.4 研究思路与技术手段17-18
• 1.4.1 研究思路17-18
• 1.4.2 技术手段18
• 1.5 主要工作量18-19
• 1.6 研究成果及创新点19-21
• 1.6.1 研究成果19-20
• 1.6.2 创新点20-21
• 第2章 研究区概况21-27
• 2.1 地质背景21-23
• 2.2 气候背景23-24
• 2.3 洞峪沟剖面的沉积序列24-27
• 第3章 野外采样与实验方法及实验结果27-38
• 3.1 野外采样27
• 3.2 实验方法27-33
• 3.2.1 光释光(OSL)实验27-31
• 3.2.2 粒度分析实验31-32
• 3.2.3 磁化率实验32-33
• 3.3 实验结果33-38
• 3.3.1 光释光(OSL)实验结果33-34
• 3.3.2 粒度与磁化率实验结果34-38
• 第4章 基于高分辨率粒度与磁化率分析识别气候与构造事件38-45
• 4.1 粒度与磁化率分析在河湖相沉积物中古地震的研究应用38-40
• 4.2 基于粒度与磁化率分析识别黄土地区古地震40-41
• 4.3 粒度与磁化率记录到的显著的Heinrich 5事件41-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 基于高分辨率的粒度与磁化率分析提高古地震研究的精度45-55
• 5.1 基于粒度与磁化率分析精细划分黄土地层45-52
• 5.2 古地震事件发生的位置、时间等相关参数的确定52-54
• 5.3 本章小结54-55
• 第6章 相关问题讨论55-58
• 6.1 黄土区粒度与磁化率分析识别古地震的探讨55-56
• 6.2 洞峪沟所在断层段的活动性探讨56-58
• 第7章 结论与展望58-60
• 7.1. 主要结论58-59
• 7.2. 展望59-60
• 参考文献60-67
• 致谢67-69
• 作者简介69-70
• 在读期间发表的主要论文70
• 硕士期间参加的课题70-71
• 附录71-151

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本文编号：1035819