基岩断层面黏滑和蠕滑时岩石表层光释光信号模拟

重建断层的黏滑(seismic slip)和蠕滑(creep)历史对于更好地了解断层活动和地震危险性评估至关重要。近年来,利用大地测量技术研究活动断层的蠕滑和黏滑过程成为一个研究热点。然而,在地质历史时期(如百年尺度以上),如何判断活动断层的滑动方式(黏滑或蠕滑),并获取其滑动速率仍然是一项挑战。文中基于近十年来发展的岩石表层光释光测年方法,结合内蒙古狼山断裂花岗岩样品的光释光晒退参数进行理论模拟,得到了基岩正断层发生黏滑、蠕滑和崩积楔侵蚀等情形的光释光晒退模型。模拟结果表明,该方法能够有效区分断层的黏滑和蠕滑,获得相应的活动期次和位移量,并且有潜力记录崩积楔侵蚀。文中还分析了该方法区分断层活动方式、期次的时间分辨率和获得位移量的空间分辨率。

沙漠边缘厚层黄土上部光释光测年的初步研究

对处于中国西北黄土高原沙漠边缘曹岘厚层黄土剖面上部进行了光释光年代初步研究。实验结果表明,45～63μm石英颗粒的光释光信号以快组分为主,适合应用单片再生剂量法(SAR)测年。在自然和再生剂量预热温度为260℃持续10秒,检测剂量预热温度为160℃持续0秒的条件下,石英单片再生剂量法获得的光释光年龄随样品深度而增加。但是,剖面底部S1古土壤和L2顶部黄土样品的光释光年龄仅为69·1±5·5ka和72·0±4·6ka,表现出30%～50%的年龄低估。利用多片再生剂量法(MAR)得到的年龄与SAR方法所得年龄无显著差异,即出现了类似的年龄低估现象。在20·1～18·8ka时段内,该剖面的沉积速率超过500cm/ka。末次冰盛期的寒冷气候,与沙漠的距离以及近邻黄河的地貌特点共同造成了如此高的沉积速率。

阿尔金断裂带中段现代沉积物样品钾长石红外激发后红外释光的残留信号——对年轻古地震事件测年的指示意义

阿尔金断裂中段车尔臣河—清水河沿线发育新鲜的地震地表破裂带,据推测可能由千年以来的强震事件所致。然而,由于目前缺乏可有效应用于ka时间尺度的第四纪测年方法,建立该地区历史时期古地震事件的精确时间序列十分困难。文中在该断裂带采集分选好、中、差3种不同类型的具有代表性的现代断塞塘沉积样品,探讨了基于钾长石红外激发后红外释光(post-IR IRSL)方法测定年轻古地震事件的可能性。通过"积分区间-激发温度坪"实验,确认了在首步IR激发温度为110℃时,post-IR IRSL170信号在ka时间尺度上不受异常衰减影响。采用粗颗粒2mm小测片技术,利用最小年龄模型和有限混合模型,可有效识别出断塞塘沉积物中post-IR IRSL170信号晒退彻底的钾长石颗粒。实验表明,这一方法得到的post-IR IRSL170信号的非光敏残留剂量为0. 6~0. 8Gy,如通过合理的方法扣除其影响,post-IR IRSL170技术将有望用于数百a至ka时间尺度的古地震事件测年。

地质年代学主要数据库现状分析与展望

地质年代学包括绝对地质年代学和相对地质年代学两大主要分支。历经百余年发展,地质年代学在理论体系、技术手段和分析方法等方面均取得了显著进步。因此,现代地质年代学在获取数据的质和量方面都有极大地提升。不同定年方法在适用温度范围内相互衔接、相互印证,所能揭示的地质演化历史也更为完整。如以高时间分辨率和高空间分辨率为代表的同位素年代学研究,分别提供了高质量的精确定年数据和海量的微区分析结果,搭建起了地质事件的精细时间框架,为理解地质事件的过程、速率以及地球系统协同演化奠定了基础。在地质年代学数据海量增长的同时,数据的储存和管理也日益得到重视。以数据集成、共享和互通为目标,一批数据库应运而生。文章尝试系统梳理地质年代学领域已有的主要数据库,并结合高时间分辨率定年和高空间分辨率分析领域的研究进展,探讨大数据时代进一步发展地质年代学的机遇与挑战。

雅鲁藏布江流域古堰塞湖群的发育及其地质意义初探

展布于青藏高原东南部的雅鲁藏布江流域河谷中广泛分布有古堰塞湖沉积,古堰塞湖发育与构造活动、气候变化和地表过程等因素关系密切。在广泛地质调查的基础上,识别出雅鲁藏布江流域的十余个古堰塞湖,通过对其开展沉积学、地貌学和年代学工作,结合前人工作结果,初步建立了古堰塞湖群的地层年代框架。地表残留的古堰塞湖沉积多集中于末次冰期冰盛期和全新世早期,持续时间可达千年-万年。对大竹卡古湖、格嘎古湖和易贡湖的研究结果进行了介绍,归纳出古堰塞湖群发育的基本特征,初步讨论了构造、气候和侵蚀相互作用下古堰塞湖研究的意义、存在的问题以及研究的方向。提出末次冰期以来的冰川(泥石流)堵江-堰塞-溃决洪水所构建的极端气候-灾害事件,对雅鲁藏布江河谷地貌和古地理环境等有重要影响。

北天山前陆冲断带山麓背斜带新发现反冲断层陡坎及活动褶皱陡坎

构造楔是活动挤压区重要的发震构造。北天山前陆冲断带发育复杂的挤压构造楔,并在地表形成3~4排褶皱带,前人普遍认为最南部的第一排山麓背斜带自第四纪以来已不再活动。野外调查发现,第一排山麓背斜带——南安集海背斜北翼单斜区发育2条近平行排列的、向南逆冲的晚第四纪活动反冲断层(喀沙反冲断层,KBT),断错安集海河两岸的晚第四纪地貌面,并形成一系列坡向南的反向断层陡坎。安集海河组灰绿色泥岩沿KBT顺层向南逆冲至沙湾组砖红色砂岩之上,造成地层的重复出露。在安集海河西岸,南侧的KBT断层面顺层呈铲型构成断弯,断层的持续活动使上盘阶地和基座面均发生同步弯曲,形成向斜断弯褶皱陡坎。褶皱陡坎南侧的阶地堆积较薄,向北明显增厚,具有生长地层的特征,表明KBT在阶地堆积过程中有持续活动。喀沙反冲断层陡坎及活动褶皱陡坎的发现表明,南安集海背斜晚第四纪以来仍在活动。这些地表反冲断层及相关褶皱构造为研究准噶尔南缘构造楔的活动性提供了窗口,为进一步限定活动构造楔的变形机制、速率和生长演化历史提供了可靠便捷的途径。

释光低温热年代学方法的原理、现状及展望

矿物释光信号积累受到随时间变化的辐射剂量和环境温度控制,因此可作为热年代计.释光低温热年代学方法因其封闭温度更低、时间分辨率更高,而成为研究晚第四纪构造变形、地表侵蚀和地貌演化等地表过程最直接的工具之一.文章从矿物释光和地温场演化的基本原理出发,以一维侵蚀剥露和二维地形起伏两种情形为例,阐述了浅部地壳的矿物释光信号如何与地表侵蚀过程相关联,并对业已建立的基于多种释光信号饱和比例约束岩石冷却速率的技术和流程进行了概述;从低封闭温度、高时间分辨率、可提供多种甚至是连续热年代谱的角度对释光低温热年代方法的特点进行了简要介绍,以期促进将该方法更广泛用于地表过程研究的思考.另外,总结了将该方法应用于典型高剥露速率地区而揭示出晚第四纪侵蚀剥露速率时空演化的案例以及方法学的研究进展;以此为基础,讨论了释光低温热年代学方法目前存在的挑战,如对封闭温度概念的澄清、发展原位测量技术以及将释光发光模型与二维或三维地壳热运动模型结合,最终实现利用释光低温热年代学方法重建晚第四纪地表过程.

帕米尔高原瓦恰盆地黄土的石英光释光测年

中亚黄土对研究亚洲内陆干旱化、亚洲粉尘来源、亚洲季风和西风环流变化以及两者在中亚相互作用历史均具有重要意义.中亚南部帕米尔高原不同地貌面上广泛发育有厚约1～2m的风成黄土沉积,文章对高原东北部瓦恰盆地的两个黄土剖面进行了细颗粒石英光释光测年.结果表明,瓦恰盆地黄土样品石英光释光信号主要源于325℃热释光信号所对应陷阱电子,以快速组分为主.每个样品分别采用石英光释光信号标准生长曲线法（SGC）和全球石英光释光标准生长曲线法（gSGC）获得的等效剂量与其单测片再生剂量法（SAR）实测等效剂量值在误差范围内是一致的,说明SGC法与gSGC法适用于瓦恰盆地的黄土测年.两个剖面黄土样品石英SAR法光释光年龄界于4.7～ 14.3 ka,沉积速率由早期的0.11 mm/a加速至全新世的0.15～0.18 mm/a.据沉积速率估算剖面1黄土堆积于17.2 ka至2.7 ka之间,主要堆积于末次冰盛期末至全新世晚期,且远比其所在地貌面要年轻.本研究为进一步开展帕米尔高原黄土古环境研究提供了年代框架.

黄河悬移质多种光释光信号的顺流变化特征及对河流搬运过程和测年应用的启示

被测矿物在沉积埋藏前其光释光信号得以完全晒退是光释光测年的基本前提。探讨大型流域中水体细颗粒悬移质的光释光信号残余剂量变化对于理解河流搬运过程和沉积物释光测年具有重要意义。本研究以黄河干流和渭河共13个采样点水面以下约10 cm水深层位的细颗粒(4~11μm)悬移质为主体,分析了细颗粒混合矿物的多种红外光释光信号和石英矿物的蓝光释光信号等效剂量(D_(e))在洪水期和洪水期后以及不同河段的变化特征。结果表明,黄河上游和中游晋陕峡谷段不同类型的光释光信号D_(e)值始终保持较低水平(约50 Gy),随搬运距离的增加无明显变化;进入汾渭盆地段后,汾河和渭河等支流物质的汇入使得黄河干流原有的释光信号D_(e)值显著增加(由约50 Gy增长至约200 Gy),造成了中上游和下游河段的D_(e)值分异;黄河下游不同类型的光释光信号D_(e)值向下游方向均呈现指数型衰减趋势,各类释光信号D_(e)值衰减趋势的比对可指示沉积体系和搬运体系之间物质交换过程。从洪水期到洪水期后各采样点不同类型的释光信号D_(e)值出现显著衰减,两个时期的数据均表明物质来源及与源区距离是悬移质光释光信号D_(e)值变化的决定性因素。

北天山安集海河大峡谷3.7 ka以来的快速下切

北天山前陆冲断带的河流阶地记录了河流在构造和气候的共同作用下所发生的加积和侵蚀过程.其中,安集海河大峡谷至少发育了18级基座阶地.应用改进的光释光测年方法,对阶地上覆黄土及阶地砾石堆积中粉砂透镜体进行了年龄测定.结果表明,安集海河3.7 ka至今的下切深度为260 m,最大平均下切速率7 cm/a. 3.7 ka以前,峡谷加积了巨厚的灰黑色砾石层(厚度大于200 m);3.7 ka以后河流逐级下切砾石层,发育了13级基座阶地. 3.0~2.4 ka的600年间安集海河加速下切,平均速率达15 cm/a. 1.3 ka时,河流下切至第四纪以前形成的基岩层,至今形成了5级基岩基座阶地.安集海河大峡谷18级阶地是气候变化、河流水/沙平衡关系等影响的结果.

基于Sobol'方法的释光热年代模型参数敏感性分析

地温随距地表深度减小而降低。地质体的剥露过程减小了地质体的埋深和温度,因此可通过地质体的温度变化历史重构其剥露过程。地质体中矿物释光信号积累受周围辐射剂量和环境温度的控制,因此可将矿物释光信号作为一种热年代计,通过测量矿物中积累的释光信号反演得到其热历史并推断相关地质过程。释光信号与时间、温度的关系由释光热年代模型所描述,模型中包含特征饱和剂量、环境剂量率、陷阱深度和频率因子等诸多参数,对矿物热历史的准确约束依赖于通过实验方法测定上述参数。实验测量的精度、测量方法的不确定性及样品本身特征对上述参数的测量带来了不确定性,影响了热年代和热历史重建的准确性。不同参数影响程度是否相同?哪些是更加关键的参数?从热年代实践的角度,需要我们获得对各参数影响的先验估计。然而,目前仍然缺乏相关的研究。为了定量评估不同参数的影响,本研究采用基于方差分解思想的Sobol’全局敏感性分析方法,使用现有文献报道的参数可能取值范围,对现有石英和钾长石的释光热年代模型进行参数的全局敏感性分析。考虑到参数敏感性可能受热历史、信号饱和水平影响,本研究比较了不同冷却速率(热历史)下不同冷却年龄(信号饱和水平)条件下的参数敏感性的差异,为有的放矢地对关键参数的测量方法进行优化约束提供了理论依据。