龙门山构造带壳幔电性结构特征及其与汶川、芦山强震关系

青藏高原东缘龙门山构造带是研究青藏高原地壳物质向东侧向挤出的焦点地区.为探索龙门山构造带活动构造特征及其与发震构造的关系,本文通过布置垂直龙门山构造带南段芦山地震震源区的大地电磁测深剖面,运用多种数据处理手段,得到研究区可靠的电性结构,并通过与已有龙门山中段和北段剖面进行对比分析.研究表明:(1)青藏高原东缘岩石圈存在明显的低阻异常带——松潘岩石圈低阻带,该低阻异常带沿龙日坝断裂—岷山断裂—龙门山后山断裂分布,形成松潘—甘孜地块向扬子地块俯冲的深部动力学模式,通过统计研究区的历史强震,发现震源主要沿低阻异常带东侧分布,同时,低阻异常带也是低速度、低密度异常带,松潘岩石圈低阻带可能是扬子地块的西缘边界;(2)青藏高原物质东移过程中,受到克拉通型四川盆地的强烈阻挡,龙门山构造带表层块体和物质发生仰冲推覆,表现为逆冲推覆特征的薄皮构造,中下地壳和上地幔顶部物质向龙门山构造带岩石圈深部俯冲,印支运动晚期,扬子古板块持续向华北板块俯冲,在上述构造运动作用下,呈现出刚性的上扬子地块西缘高阻楔形体向西插入柔性青藏块体的楔状构造;(3)根据电性结构推断,芦山地震受到深部上里隐伏壳幔韧性剪切带向上扩展的影响,构成芦山地震的深部主要动力来源;汶川地震的发生,在龙门山南段形成应力加载区,是触发或加快芦山地震孕育发生的另一个动力来源.

龙门山构造带WFSD-2钻孔岩心磁化率特征及其对大地震活动的响应

岩石磁化率特征可以帮助判断岩石的形成环境,对地震过程中滑动摩擦伴随高温的物理-化学变化具有显著反应.本研究以钻穿龙门山中段构造带的汶川地震断裂科学钻探2号孔(WFSD-2)岩心为研究对象,使用Bartington MS2K磁化率仪对500~2283.56 m深度的岩心进行高分辨率无损磁化率测试,并结合岩性特征和显微结构探讨了龙门山构造带主要岩石单元的磁化率特征及其地震断裂活动的磁学响应.磁化率测试结果表明,由花岗岩和火山碎屑岩组成的彭灌杂岩体的磁化率值(数十到数千个10^(-6)SI)普遍高于上三叠统须家河组沉积岩的磁化率值(数个到数十个10^(-6)SI).从WFSD-2岩性分布来看,彭灌杂岩上下出露四段,其磁化率值特征反映它们属于不同的岩石单元,它们与下伏须家河组地层呈断层接触,构成叠瓦状构造,指示了龙门山构造带具有强烈的地壳缩短作用.断裂带中处于滑动带的断层泥和假玄武玻璃具有高磁化率特征,而断层角砾岩和碎裂岩不具有高磁化率值特征,表明断层岩磁化率增高的原因可能主要与地震断裂滑动摩擦过程中高温作用下发生的磁性矿物转换有关,断层岩中高磁化率异常可作为大地震活动的证据.WFSD-2岩心中的映秀—北川断裂带(600~960 m)可识别出约80条高磁化率异常的断层岩带,揭示映秀—北川断裂带是一条长期活动的断裂带,龙门山构造带形成演化过程中伴随着大地震活动.

龙门山构造带北段地震、地质综合解释

在龙门山推覆构造带东缘的盆地区中已发现了多个具有一定规模的气田,但在推覆带上还未有突破。由于龙门山逆掩断裂带地理条件十分恶劣,地震勘探很难得到好的地震反射资料,难以查清推覆构造带下的构造形态,阻碍了该区油气资源的勘探进程。2003年在龙门山构造带北段广元地区开展的“变线元多线(宽线)剖面采集”试验,于龙门山“前、后山带”获得了相当好的地震反射剖面,在推覆带发现了保存完好的大型背斜构造。从山前带的东边界开始,这一隐伏构造带向西延展的宽度在25 km以上,直到后山带的中段。隐伏构造的发现,使近期在该区找到大型油气田的希望成为现实。文章依据断层相关褶皱理论模式对宽线剖面进行综合解释,结合区域地质研究成果解析了龙门山构造北段的变形历史。

龙门山构造带中段大地电磁测深研究

采用加拿大凤凰公司生产的多功能电法仪V8在龙门山构造带中段进行大地电磁测深研究,采用先进的资料处理与解释技术对龙门山中段大地电磁(MT)剖面资料进行了分析,同时运用大地电磁测深法定性分析方法(Mohr圆分析、极化图分析)对剖面进行了分析,得到一致的结论:剖面整体表现二维性,而在断裂分段区域各向异性程度和三维性较强。最后推断5.12汶川8级大地震震源位置在映秀断裂的下盘。

龙门山构造带区域稳定性探讨

根据龙门山构造带的地震地质特征、地震活动规律及新构造活动特征 ,综合分析认为该地区区域稳定性受控于龙门山断裂带。而断裂带又以韧性切变形为主 ,蠕滑运动为特征 ,决定该带在相当长的一段时间内 。

龙门山构造带南段向西南延伸的遥感影像证据及地震地质意义

在系统总结活动断裂遥感影像解译标志的基础上,利用Landsat ETM、Google Earth及ASTER GDEM等影像资料,结合前人研究成果,重点分析了龙门山构造带南段主要活动断裂的空间展布及几何学与运动学特征。研究结果表明,龙门山构造带在向南延伸过程中发生了明显的断裂分散现象,整个断裂带逐渐展宽,主要包括5条断裂带且其中包含多条次级断裂,至最南端被北西向鲜水河左旋走滑断裂带阻挡。其中活动性较为明显的断裂自西向东主要有4条:泸定断裂、天全断裂、芦山断裂和大邑—名山断裂,前两者是北川—映秀断裂的南延分支,而后两者是安县—灌县断裂的南延部分。由于龙门山构造带南段的构造变形被分解至多条次级断裂上,导致单条断裂错断地表的活动迹象明显变弱,因此单条断裂的潜在发震频率和强度也将相应变小,但潜在震源区会更为分散。结合已有的地震地质资料认为,未来应注意泸定和雅安2个地区的地壳稳定性及未来强震危险性问题。

龙门山构造带早三叠世古地磁新结果及其对四川盆地构造旋转的制约

选择龙门山构造带剑阁县竹园镇马鹿乡地区早三叠世飞仙关组,开展了详细的古地磁研究。通过对飞仙关组9个采样点灰岩、泥质灰岩样品系统的古地磁测试,热退磁结果分离了一组高温特征剩磁分量。样品的高温剩磁分量具有正、反双极性,且通过了倒转检验,表明它们很可能代表了岩石形成时的原生剩磁。构造校正后的特征剩磁方向为:偏角D_s=42.3°,倾角I_s=12.6°,α_(95)=9.4°;相应的极位置为:经度φ_p=219.3°E,纬度λ_p=42.9°N,d_p/d_m=4.9°/9.6°,古纬度plat=6.4°。对比稳定的四川盆地早三叠世的古地磁结果,获得龙门山构造带相对于稳定四川盆地发生了1.2°±4.4°的顺时针旋转运动,为此从构造古地磁角度,提出龙门山构造带和四川盆地自早三叠世以来,在动力学上已是统一的构造单元,并没有发生明显的构造旋转作用。

龙门山构造带印支期构造递进变形与变形时序

据盆山耦合关系,以四川盆地西缘须家河组沉积特点,推演出龙门山在印支期的变形分为三期,自北而南发生幕式递进冲断推覆构造。印支早幕发生在须二时期,构造变形局限于龙门山北段的北部后龙门山;印支中幕发生在须四时期,构造变形域局限于龙门山中段以北地区;印支晚幕发生在须家河期末,是本区变形强度大,波及范围最广的一期。四川盆地西部普遍缺失瑞替期沉积,并有不同程度的变形。

汶川大地震与龙门山构造带

汶川大地震与龙门山构造带紧密相关。构造带的分布和发育程度控制了大地震的主要范围和余震范围。构造带的推覆构造特征很可能控制了地震震源深度、震中区与烈度区的不同位等特征。构造破碎带的发育程度和次要断裂的发育程度及地形条件是引起次生灾害的主要原因,余震及天气条件是引起次生灾害重复率高、延续时间长的重要因素。灾后重建工作应充分考虑这些地质与气候条件。

龙门山构造带稳定性探讨

根据龙门山构造带的地震地质特征、地震活动规律及新构造活动特征，认为该地区区域稳定性受控于龙门山断裂带，而断裂带又以韧性切变形为主，蠕滑运动为特征，这决定了该带在相当长一段时间内，发生强烈地震的可能性不大。

沿龙门山构造带走向上地形发育差异特征及其对青藏高原东缘地貌演化的启示

2008年5月12日，沿青藏高原东缘龙门山构造带内部的中央及前山断裂发生了慨8．0级强烈地震，两条同震地表破裂带分别达240km和72km。野外调查及震源破裂过程反演得到同震破裂样式表现为沿走向上的差异特征，其中同震破裂的南段（映秀-北川）以逆冲运动为主，走滑运动为辅，然而北段（北川以北）则表现为走滑运动为主。这一同震破裂分段特征促使我们进一步审视该过程是否对龙门山构造带的地形演化起到了控制作用。

龙门山构造带北段岩石物性研究

在岩矿物性的研究中,为了能有效顺利的开展工作,往往需要了解工作区域内岩石矿物之间的物性差异,包括岩石之间的电性差异、磁性差异、密度差异等。对岩石物理性质的研究不仅是物探工作中地球物理场及地质解译的基础,也是对岩石形成时的地质条件、气候条件等的反映。此次研究发现,龙门山构造带北段岩石物理性质方面有较强的差异,尤其是电阻率、磁化率、密度差异较大,可以进行电法、磁法、重力等方法勘探。了解了该区域的物性特征,可以辅助指导该区域的电法、电磁法、重磁法等勘探方法。在对岩石物性数据采集后,进行统计分析和相关分析,结合研究区的地质特征,分析研究区岩石物性分布情况以及岩石物性的主要影响因素。选择相关剖面与音频大地电磁测深(AMT)结果对比,发现两者近地表电阻率特征具有良好的对应关系,这也验证了岩石物性测试结果的准确性,这为在该区以后的物探测量及地质解释等方面能提供更好的依据。

龙门山构造带中段实测剖面的古应力恢复

龙门山逆冲构造带由茂汶断裂带、北川-映秀断裂带和安县-灌县断裂带及其间夹块组成,这一NE向构造带印支期以来遭受了多期构造活动,形成了川西前陆盆地的多套粗碎屑岩记录。本文大致垂直主构造线走向,沿都江堰至耿达剖面进行了断裂滑动分析和古应力恢复。通过9个观测点12组断裂数据的古应力反演,并结合区域热年代学研究成果,获得了龙门山构造带三条主要断裂活动阶段的认识,包括早期NNW向区域挤压、中期SEE向区域挤压、以及晚期NNE、NNW两个方向区域挤压,推测它们依次与秦岭晚造山挤压(T3)、江南隆起挤压与青藏构造域联合(K1)及青藏构造域为主体(K2以来)的区域构造控制有关。

基于离散元法的龙门山构造带隆升变形主控因素研究

为探明龙门山构造带隆升变形的主要控制因素,基于龙门山构造带东西两侧下地壳物质层属性差异巨大的特征,进行3组PFC2D离散元数值模拟对比实验,将深度扩大至下地壳,记录颗粒运动状态,实现定量化分析。实验得到的变形结果及模型颗粒运动矢量图显示,在下地壳物质属性无明显差异的条件下,板块碰撞挤压应力及地壳厚度的差异不会在龙门山构造带形成巨大的地形高差。当下地壳黏度系数存在明显差异时,软弱下地壳物质层颗粒相对运动速率为1.5~2.94 m/s,平均运动速率为1.62 m/s,大约是坚硬下地壳层颗粒平均运动速率的54倍。模型中部(龙门山构造带)出现隆升变形,纵向影响范围为94.74%,隆升幅度为19.85%。软弱下地壳上覆的中地壳和上地壳颗粒具有较大的向上速度分量,上地壳物质层上涌趋势明显。巴颜喀拉块体和四川盆地地壳存在20 km的厚度差异,使得龙门山构造带隆升幅度由14.79%增至19.85%。综合分析3组离散元模拟实验结果,得出巴颜喀拉地块下地壳物质层与四川盆地下地块物质层的黏度差异是龙门山构造带垂向隆升变形最关键控制因素的结论,在下地壳黏度结构存在明显差异的前提下,巴颜喀拉块体和四川盆地的地壳厚度差异对龙门山构造带纵向上逆冲隆升幅度有明显的促进作用。

逆冲断褶带大断层下盘层间褶皱特征及油气成藏--以库车克拉苏构造带和龙门山构造带北段油气勘探为例

层间褶皱是指在两套塑性地层之间的脆性地层,在强大挤压力作用下,脆性地层发生连续褶曲,并伴有断层发生。层间褶皱形成机理与压扁作用、剪切作用及重力作用三种构造运动模式有关。库车克拉苏构造带陆相白垩系砂岩气田群和龙门山构造带北段海相栖霞组白云岩大气区石油地质特征有所差异,但构造圈闭特征具有共性,都属于逆冲大断层下盘层间褶皱。层间褶皱是潜伏背斜圈闭的最佳类型,其局部构造圈闭成排成带分布,油气成藏条件优越。因此,在强烈挤压山地复杂构造区,层间褶皱是油气富集最佳有利区。

龙门山构造带北段青川—竹园坝地区ESR年龄及构造意义

龙门山构造带位于松潘-甘孜褶皱带与扬子板块的碰撞部位,是中国最典型的多期次、多层次的陆内造山带。在龙门山构造带北段发育有典型的NE-SW走向逆冲推覆构造,通过野外考察可以初步厘定龙门山构造带北段发育有四期构造变形。本次研究通过对龙门山北段的构造事件产物(浅层断层中的石英脉)进行ESR测年并结合相关文献资料,确定龙门山构造带北段构造期次年代并探讨其构造意义。研究表明大致自60Ma以来龙门山构造带北段发生过四次显著的构造运动,与喜马拉雅运动在中国的活动期次基本吻合,因此推断喜马拉雅运动是造成龙门山构造带-川西前陆盆地系统发生强烈冲断作用和隆升作用的主导因素。本次的研究成果可以对恢复龙门山构造带的演化历史及其地貌研究提供基础数据和参考资料。

龙门山构造带北段山前带松木咀区域构造解析

青藏高原东缘的龙门山构造带是连接青藏高原与四川盆地的陆内挤压造山带,带内地质构造复杂,断裂及地震活动强烈,恢复龙门山构造带形成与演化过程对理解青藏高原东缘隆升和生长过程及其动力学机制具有重要意义。通过对龙门山北段松木咀“飞来峰”开展野外地质调查和地震剖面精细解译,揭露研究区地腹构造特征,恢复松木咀地区逆冲推覆构造演化过程。研究结果表明松木咀“飞来峰”系松木咀断层围限的古生界地层,其地层单元源于天井山古隆起南缘的原地系统,并非外来地层单元。松木咀地区的地表及地腹特征表明松木咀断层为一组独立的同倾向断层,不符合龙门山北段滑覆型飞来峰特征。据此将研究区松木咀构造界定为“楔状冲断体”,并提出“褶皱破裂-背冲冲断-挤压递进变形”的构造成因模式,这一模式合理解释了松木咀构造的独特性。松木咀楔状冲断体系龙门山造山带前锋部位准原地系统形成与演化的产物,属造山带中的楔形挤出构造,体现出构造层次转换与递进变形效应引起的构造变形作用,对造山带形成及演化的贡献不容忽视。

龙门山逆冲推覆带构造特征及勘探潜力分析

根据龙门山构造带的变形特征,自西向东可以划分茂汶韧性剪切带、龙门山叠瓦冲断构造带和龙门山逆掩推覆构造带。龙门山逆掩推覆构造带可以划分为前山带和隐蔽带两个亚带,具备良好的成藏地质条件。对于前山带,相对稳定的构造部位和良好的封盖保存条件是主控因素。对于山前隐蔽带,古今构造叠合、相对活动的构造和裂缝发育部位是主控因素。据此预测出关口-水口场隐伏断裂带上盘的磁峰场断高带,高家场、水口场、油榨坨、石板滩构造带和下盘的平落坝,邛西、大邑、鸭子河背斜是勘探天然气最有利的地区。

青藏高原东缘龙门山构造带晚第四纪构造隆升作用的河流地貌响应

基于ASTERGDEM数据，提取了青藏高原东缘龙门山地区12条基岩河道纵剖面，通过河流纵剖面形态的数学函数拟合、坡度-面积双对数函数关系以及基岩水力侵蚀模型的分析，探讨了龙门山北、中、南段不同河流水系地貌对其晚第四纪构造隆升运动的响应过程。研究表明：1）龙门山地区的河流纵剖面拟合形态中段多为对数型、指数型，南段多为指数型、直线型，北段均为对数型，表明了龙门山中段和南段的河流受构造运动的控制作用强烈，隆升较快，而北段隆升相对较慢。2）河流水力侵蚀模型中段多呈直线型和上凸型，南段均为上凸型，北段则呈直线型，表明了龙门山地区的河流水系地貌具有由SW向NE逐渐从前均衡状态向均衡状态转换的特征，指示了其构造隆升速率也由SW向NE逐渐递减。3）河流地貌的参数值表明了龙门山北段的河流地貌处于均衡状态，而龙门山中、南段的河流地貌则受构造隆升运动的影响较强；反映了青藏高原东缘向东扩展的时空格局。

龙门山中段山前带构造变形历史与物理模拟

龙门山冲断构造带具有NE分带、EW分段的构造变形特征。龙门山构造带中段逆冲推覆带是以出露彭灌杂岩及其前缘发育飞来峰为典型特征,变形以倾向北西的紧闭倒转-同斜褶皱为主;推覆-滑覆带变形强烈,发育一系列叠瓦状逆冲断层及相关的褶皱,及一系列由泥盆系至下三叠统碳酸盐岩构成的飞来峰,地腹发育厚皮构造,以叠瓦冲断构造为主;而前陆坳陷变形较弱,地表主要为SE倾伏的单斜,地腹则发育断层相关褶皱。通过构造物理模拟认为:1)龙门山中段构造变形受力边界主应力与断裂走向间的锐夹角为70°;2)变形样式总体为双滑脱层所控制的分层滑脱垂向叠加构造组合;3)构造变形过程具有3个阶段,早期须家河组沉积之后产生的滑脱断层垂向叠加,中期在遂宁组沉积期间和晚期在蓬莱镇组沉积期间及其后,发生滑脱断层垂向叠加,且控制沉积。