龙门山构造带地震断裂机制研究

发布时间：2017-06-22 12:14

  本文关键词：龙门山构造带地震断裂机制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：活动断裂包括地震断裂和非地震断裂,本论文针对地震断裂开展研究,认识其组成与结构特征,并探讨与之相关的地震断裂机制。2008年5月12日汶川大地震(Mw7.9)发生在青藏高原东缘龙门山构造带,造成映秀—北川和灌县—安县断裂同时产生破裂(即汶川地震断裂带),并分别形成-270km和～80km长的不同性质的地表破裂带。汶川地震断裂带科学钻探项目作为快速回应大地震的科学钻探于2008年11月6日开始实施。本论文以在映秀—北川断裂带南段,都江堰市虹口乡八角庙地区地表露头以及汶川地震断裂带科学钻探—号孔(WFSD-1)岩心为主要研究对象,通过详细的野外地质调查测量和岩心编录,采用偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜等多种仪器,对系统采集的样品进行不同尺度显微结构观察分析,同时借助同步辐射、粉末X射线衍射、岩心综合测试系统(MSCL)等多种测试方法对样品的化学成分及物理性质进行分析测定。在此基础上识别出WFSD-1岩心中汶川地震主滑移带的位置、映秀—北川断裂组成、内部结构特征,并对汶川地震断裂带中所蕴含的地震断裂机制进行探讨,初步取得了以下主要成果和认识： (1)识别出映秀—北川断裂带在地表出露的宽度约为240m,在岩心中的厚度约为105m,具有多核结构,由5个具不同特征的断裂岩组合带构成,从北西到南东依次为碎裂岩带、黑色断层泥和角砾岩带、灰灰色断层角砾岩带、深灰色断层角砾岩带以及黑色断层泥和角砾岩带。碎裂岩带主要由碎裂岩和假玄武玻璃组成的,位于彭灌杂岩体中；其余4个带主要由断层角砾岩和／或断层泥组成,位于上三叠统须家河组沉积岩中。 (2)通过对WFSD-1岩心中断层泥详细的显微结构分析,结合钻井温度剖面测量、地球物理测井异常分析、断层泥中粘土矿物特征、随钻流体监测以及化学成分分析等多种证据,我们确定了WFSD-1岩心～589.2m深处为汶川地震主滑移带位置。 (3)从虹口八角庙地表露头来看,汶川地震地表破裂带位于映秀—北川断裂带的下部靠近底部位置,其走向与映秀北川断裂带总体走向之间存在约15°～25°的夹角；在WFSD-1岩心中,汶川地震主滑移带(PSZ)位于映秀—北川断裂带上部靠近顶部的位置。汶川地震断裂带主滑移带斜切了映秀—北川断裂带,暗示汶川地震断裂与映秀—北川断裂可能不是同—个断裂体系。 (4)在映秀—北川断裂带中发现了与碎裂岩、超碎裂岩伴生的灰色、褐色及黑色的假玄武玻璃脉,脉体厚度由几毫米到约10cm不等。假玄武玻璃中的微晶、球粒状微晶、蜂窝状气孔构造、流动构造以及深熔蚀的港湾状碎块等特征构造表明其为熔融成因；不同颜色条带的假玄武玻璃脉体及其相互叠加关系显示其为多期次形成的,表明产生假玄武玻璃的大地震事件在映秀—北川断裂带内重复发生。 (5)在WFSD-1岩心中～732m深度的样品中发现了发育大量不规则形态裂隙并且不含气孔的熔融体,表明地震过程中存在大量的流体。摩擦熔融体的产生使得断层弱化更易滑动；而大量流体的出现,使熔融体瞬间冷却,有助于断层强化进而停止滑动,表明大量流体在同震滑动过程中可能起到强化断层的作用。这是目前世界上首次发现的自然界中地震过程中断裂从弱化到强化的直接证据,为认识地震破裂过程奠定了重要的理论基础。 (6)映秀—北川断裂带中发育厚达105～240m的断裂岩,并且具有多核特征,说明沿着映秀—北川断裂带重复发生过多次强地震活动,每次地震会形成不同规模的地表垂直位移及水平位移,无数次的地震活动造成的地表抬升的累积使得龙门山快速抬升。低温热年代学的研究推断映秀—北川断裂带的形成时代为15～10Ma,自形成以来,映秀—北川断裂带的长期活动控制着龙门山的快速隆升。映秀—北川断裂带中五个不同断裂岩组合带可能与龙门山五次不同的隆升速率期有着一定的联系。 (7)彭灌杂岩中假玄武玻璃和沉积岩中熔融体物质的发现表明地震断层活动过程中存在熔融润滑机制。热增压机制和机械润滑机制在断裂滑动过程中普遍存在。也就是说,在一次地震断层滑动事件中,在断裂的不同位置及深度可能存在不同的断裂机制。WFSD-1岩心中汶川地震PSZ中出现石墨局部富集现象,表明汶川地震滑动过程中断裂在-589m深度是以热增压机制为主,并且断裂强度极低。石墨沿滑移带的富集不仅可以作为上地壳地震滑移期间瞬时摩擦生热的标志,而且可以作为判断大地震发生的标志。这一结果对认识汶川地震破裂过程及古地震的判定具有重要意义。
【关键词】：汶川地震 断裂机制 断层泥 假玄武玻璃 龙门山构造带
【学位授予单位】：中国地质科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P315.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-46
• 1.1 选题依据及研究意义12-15
• 1.1.1 选题背景和依据12-14
• 1.1.2 项目依托14
• 1.1.3 研究意义14-15
• 1.2 研究现状15-41
• 1.2.1 断裂带及断裂岩的研究15-20
• 1.2.2 断裂带科学钻探研究20-39
• 1.2.3 断裂机制研究39-41
• 1.3 研究内容与研究方法41-44
• 1.3.1 研究内容41-42
• 1.3.2 研究方法42-44
• 1.4 创新点44-45
• 1.5 工作量45-46
• 第二章 研究区地质背景46-58
• 2.1 构造特征46-50
• 2.2 区域地层特征50-54
• 2.3 汶川地震断裂带特征54-58
• 第三章 汶川科钻一号孔(WFSD-1)岩心特征及汶川地震主滑移带(PSZ)位置的确定58-90
• 3.1 前言58
• 3.2 汶川地震断裂带科学钻探(WFSD)简介58-63
• 3.3 WFSD-1岩心特征63-74
• 3.3.1 岩性特征63-67
• 3.3.2 断裂岩分布特征67-69
• 3.3.3 断裂带分布及特征69-74
• 3.4 汶川地震主滑移带(PSZ)的位置74-81
• 3.4.1 测井曲线特征76-77
• 3.4.2 岩心及显微构造特征77-79
• 3.4.3 流体及化学元素特征79-81
• 3.5 汶川地震同震弱化机制81-89
• 3.6 本章小结89-90
• 第四章 汶川地震断裂带内部结构特征及构造意义90-111
• 4.1 前言90-92
• 4.2 地表露头特征92-98
• 4.3 WFSD-1岩心中断裂带的特征98-100
• 4.4 断裂岩显微构造及成分分析100-103
• 4.4.1 断裂岩显微构造分析100
• 4.4.2 断裂岩X射线衍射(XRD)分析100-103
• 4.5 讨论103-110
• 4.5.1 映秀—北川断裂带内部结构及其与汶川地震主滑动面的关系103-104
• 4.5.2 映秀—北川断裂带的滑移机制104-108
• 4.5.3 映秀—北川断裂带结构与断裂活动演化的关系108-109
• 4.5.4 映秀—北川断裂带的形成时代及其与龙门山隆升的关系109-110
• 4.6 本章小结110-111
• 第五章 汶川地震断裂带内假玄武玻璃特征及多重弱化机制探讨111-136
• 5.1 前言111-114
• 5.2 地质背景114
• 5.3 假玄武玻璃的宏观特征114-118
• 5.3.1 假玄武玻璃的分类114-117
• 5.3.2 虹口露头中假玄武玻璃特征117-118
• 5.4 假玄武玻璃的显微结构特征118-128
• 5.5 XRD成分分析128-130
• 5.6 讨论130-135
• 5.6.1 映秀—北川断裂带中假玄武玻璃的形成机制130-131
• 5.6.2 多期次假玄武玻璃及其意义131-132
• 5.6.3 映秀—北川断裂带中假玄武玻璃的同震弱化作用132-134
• 5.6.4 假玄武玻璃的构造意义134-135
• 5.7 本章小结135-136
• 第六章 WFSD-1岩心断层泥中熔融体特征及大地震断层弱化与强化作用136-173
• 6.1 前言136-137
• 6.2 地质背景137
• 6.3 样品采集及研究方法137-141
• 6.4 样品的物理—化学特征141
• 6.5 样品显微结构特征141-161
• 6.5.1 偏光镜下特征141-144
• 6.5.2 扫描电镜(SEM)下的特征144-149
• 6.5.3 透射电子显微镜(TEM)下的特征149-161
• 6.6 同步辐射原位XRD分析161-163
• 6.7 讨论163-171
• 6.7.1 熔融体产生的过程及温度范围163-165
• 6.7.2 熔融体中不规则裂隙的成因——快速冷却165-167
• 6.7.3 WFSD-1岩心断层泥中熔融体的形成过程——地震滑移模型167-169
• 6.7.4 断裂带中大量流体出现的作用和意义169-171
• 6.8 本章小结171-173
• 结论173-178
• 存在问题178-181
• 致谢181-183
• 参考文献183-203
• 个人简历203-207

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邓宾;刘树根;李智武;刘顺;王国芝;李巨初;;青藏高原东缘及四川盆地晚中生代以来隆升作用对比研究[J];成都理工大学学报(自然科学版);2008年04期

2 李勇;周荣军;Densmore A L;Ellis M A;黎兵;;青藏高原东缘龙门山晚新生代走滑挤压作用的沉积响应[J];沉积学报;2006年02期

3 李海兵;王宗秀;付小方;侯立玮;司家亮;邱祝礼;李宁;吴富\，

本文编号：471806