UAV SfM技术在活动构造研究中的应用——以青藏高原西北部龙木错断裂为例

为探讨搭载与未搭载实时动态差分技术/动态后处理技术(RTK/PPK)模块的无人机平台通过运动恢复结构(SfM)方法处理获得的数字高程模型(DEM)数据质量差异,以及建立不同无人机平台野外数据采集和室内数据处理过程的快速流程,利用大疆经纬M 300 RTK无人机(搭载禅思L1激光雷达(LiDAR)和测绘相机)与大疆精灵4 Pro无人机(搭载可见光相机)分别对青藏高原西北部龙木错断裂上1处位错阶地进行了数据采集,获得了该处高分辨率、高精度DEM数据和数字正射影像图(DOM)数据。对比结果显示,M 300 RTK无人机平台L1负载系统获得的LiDAR和SfM地形数据精度接近,两者在约100 m的飞行高度获得的DEM数据在水平和垂直方向的均方差分别为0.135 m、0.111 m和0.201 m、0.180 m;无RTK模块的精灵4 Pro无人机获取的DEM数据虽然绝对精度较差(水平和垂直方向均方差分别为1.707 m和249.280 m),但其反映的相对地形与实际地形接近,经过地面控制点校正后精度可以达到分米级。研究表明,RTK SfM技术克服了使用地面控制点的局限性,为活动构造研究领域微地貌测量提供了更高精度、更高效率的解决方案。当对测区的绝对三维坐标要求不高,仅需相对的地形起伏时,未搭载RTK模块的无人机也能够在无地面控制点约束的情况下满足地貌位错测量基本需求。

鲜水河断裂带乾宁段蠕滑变形及局部粘滑变形的岩石学记录

鲜水河断裂带作为控制青藏高原物质大规模向东侧向挤出的北部边界,是中国乃至世界上大陆内部强震活动最频繁的断裂带之一,但大地测量学研究表明它具有广泛的浅部蠕滑变形行为。认识断裂带蠕滑与粘滑兼具的变形行为及其控制因素是评估鲜水河断裂带地震活动性的关键。本文以鲜水河断裂带乾宁段在四川甘孜州龙灯乡出露的宽约800m的岩石-构造剖面为研究对象,通过野外地质调查、室内光学显微镜及扫描电镜观察、粉末X射线衍射分析和微区X射线荧光光谱分析等方法,对断层岩的结构构造、矿物组成和地球化学性质开展详细研究。研究剖面由约100m宽的砂岩破碎带和约700m宽断层岩组成,广泛发育断层角砾岩和薄层且呈弥散式分布的断层泥,断层岩内普遍具有压溶构造,但局部断层岩具有快速滑动结构特征,表明断裂带在蠕滑变形过程中存在局部地震粘滑变形行为。断裂带内流体作用使断层岩中长石和白云母蚀变成以伊利石为主的粘土矿物(含量5%~11%),新生的粘土矿物在密集的面理中定向排列,促进了断层的弱化和在浅部(4km以上深度)的蠕滑变形。而在断裂带局部裂隙较为发育的位置,流体的注入导致了大量碳酸盐矿物(方解石和白云石,含量12%~33%)的沉淀和Ca元素的富集,使断层岩内强矿物(石英、长石、方解石和白云石)增多,造成了蠕滑断层的局部强化,促进了断层浅部变形行为由非震蠕滑向地震粘滑的转变。该认识可更好地了解蠕滑断层的地震行为并为区域防震减灾提供科学依据。

鲜水河断裂带乾宁段晚第四纪走滑速率及区域强震危险性研究

活动断裂几何学特征及滑动速率是研究断裂运动学、动力学机制及其评估区域强震危险性的重要依据。青藏高原东缘左行走滑的鲜水河断裂带是控制高原物质向南东挤出的重要边界,是中国陆内活动性最强的断裂之一。本文以鲜水河断裂带北西段为研究对象,通过高精度遥感影像解译、野外考察、OSL(光释光)和^(14)C测年方法以及LiDAR(激光雷达)扫描获得乾宁段龙灯乡冲积阶地的位错量和废弃年龄。T4和T3′水平位错量分别为106±5 m和77±2 m,T4阶地垂直位错量为9.6±0.5 m。T4和T3′阶地的废弃年龄分别为11±1 ka和7±1 ka。结合对应的年龄和位错量,得到乾宁段晚第四纪走滑速率左行走滑速率为10.5±1 mm/a,垂直滑动速率为0.9±0.1 mm/a,断层倾向北东,具有正断运动学特征。通过重新计算断裂两侧GPS矢量沿断裂方向分量,得到鲜水河断裂带炉霍段、炉霍—康定段、磨西段现今左行走滑速率分别约为8.1 mm/a、8.2 mm/a、9.4 mm/a,整体表现为自北西向南东递增。综合乾宁段晚第四纪走滑速率和最新强震活动的离逝时间估算,认为鲜水河断裂带乾宁段目前应变累积达到了发生一次M_(W) 6.8(M_(S) 7.2)大地震的潜能,在区域防震减灾工作中应对此加以重视。

藏南冲巴雍错淡色花岗岩体热年代学及其对藏南拆离系和亚东裂谷构造活动时限的制约

藏南拆离系和亚东裂谷是藏南地区重要的伸展构造,与青藏高原的隆升和生长密切相关,其新生代以来的构造热-年代学研究,对探讨高原的生长过程和大陆变形动力学具有重要意义。本文对西藏南部亚东地区的冲巴雍错花岗岩进行了U-Pb定年和低温热年代学分析,结果表明,岩体自22Ma侵位后经历了5个不同的冷却阶段:18~15.6Ma期间岩体的冷却速率为125℃/Myr;15.6~11Ma期间,平均冷却速率约94℃/Myr;11~7Ma期间,平均冷却速率约24℃/Myr;7~3Ma平均冷却速率约5℃/Myr;3Ma以后平均冷却速率约为14℃/Myr。因岩体位于藏南拆离系内,又被亚东断层切过,认为藏南拆离系的活动时限为22~11Ma,亚东正断层的起始活动时间为11Ma,且热历史模拟结果显示岩体在~3Ma发生了快速冷却,可能指示了亚东裂谷的一次强烈活动。

鲜水河断裂带乾宁段岩石特征与内部结构及其物理-化学性质

断裂带的变形行为和断层滑移机制是目前地震研究关注的热点,断裂带岩石特征、内部结构与物理化学性质是确定断层蠕滑或粘滑行为以及断层滑移机制的基础和关键。本文以鲜水河断裂带乾宁段地表出露的断裂岩为研究对象,通过野外地质调查、室内光学显微镜、扫描电镜、粒度统计、粉末X射线衍射分析(XRD)和薄片X射线荧光光谱分析(XRF)等多种研究方法,对鲜水河断裂带岩石特征、结构构造、物性、矿物成分及化学元素分布开展了详细的分析,并探讨了相关变形行为和滑移机制。分析表明:(1)断裂带核部主要由黑色断层泥、浅黄色及黄色断层角砾岩和灰色碎裂岩、灰色断层角砾岩组成,呈单核对称结构;(2)黑色断层泥厚3~5cm,具有快速滑动结构特征,表现为断层粘滑行为。断层泥可划分出13个滑移带,最窄滑移带厚约40μm,至少代表13期古地震事件;(3)断层泥主要由伊利石、高岭石和石英等矿物组成,其中边部伊蒙混层含量异常高,为最新一次古地震的主滑移带。由于伊利石和伊蒙混层(或蒙脱石)为主要黏土矿物的断层泥渗透率低、孔隙流体压力大,以及发现断层泥楔入脉,表明地震过程中断层滑动存在热增压弱化机制;(4)从断层泥不同滑动带中碎块蚀变程度和矿物分布特征来看,地震主滑动带有向碎裂岩方向迁移的趋势。推测断层在滑动过程中,更趋向于向弱矿物含量高(如伊利石、伊蒙混层)、强矿物含量低(如方解石、高岭石)的围岩一侧迁移。

2014年于田Ms7.3地震地表破裂特征及其发震构造

2014年2月12日在新疆于田县境内西昆仑山东段地区发生了Ms7.3级强烈地震,震后野外考察表明,这次地震在海拔4600～5100m的地区形成了由一系列张裂隙、张剪裂隙、剪切裂隙以及挤压鼓包和裂陷等雁行状组合而成的地表破裂带,破裂带沿阿尔金断裂带西南段的两条近平行的分支断裂阿什库勒-硝尔库勒断裂和南硝尔库勒断裂分布,整体呈NEE走向,全长约28 km,其中,沿阿什库勒-硝尔库勒断裂展布的地表破裂带长约10km,主要呈N63°～65°E走向,以左旋走滑伴随伸展性质的破裂为主,最大左旋位移约0.7m,最大垂直位移约0.4m;沿南硝尔库勒断裂展布的地表破裂带长约15km,呈N54°～60°E走向,以左旋走滑伴随逆冲性质的破裂为主,最大左旋位移约1 m,最大垂直位移约0.75m;上述两破裂带之间沿N15°E方向由零星的张裂隙和右阶雁行状分布的张裂隙或张剪裂隙组成的不连续破裂带长约5km,显示为伸展具有左旋走滑的性质;另外,在南硝尔库勒断裂北侧沿N100°～110°E方向展布一系列具有挤压、右旋走滑性质的地表破裂带长约4km,宽约2km,与NEE走向的左旋走滑破裂带构成同震共轭破裂带.这种特殊的地表破裂样式是近期发生的强地震中结构最复杂的走滑断层型地表破裂.发震断裂属于阿尔金断裂带西南段尾端分支断裂,它与郭扎错断裂和龙木错断裂构成“阿尔金断裂”向SW方向的延伸部分,它们是青藏高原西部晚新生代强烈活动断裂,其大地震活动是由于印度和欧亚板块间碰撞而产生大陆变形的应变能释放过程.

帕米尔东北缘-西昆仑的构造地貌及其构造意义

帕米尔东北缘-西昆仑位于青藏高原西北部,受三条大型断裂:康西瓦断裂、主帕米尔-铁克里克断裂和公格尔断裂的制约。通过野外考察、卫星遥感图像解译、ASTERGDEM高程数据的分析,对上述三条断裂及整个区域进行构造地貌研究,并探讨其构造意义。结果表明:康西瓦断裂为左行走滑断裂;主帕米尔-铁克里克断裂为逆冲断裂;公格尔断裂和塔什库尔干断裂分别为右行、左行走滑正断层,连接两者的是塔合曼正断裂。通过ASTERGDEM高程数据的高程分布、局部高程差和坡度分析,表明帕米尔东北缘-西昆仑至塔里木盆地存在三级特征地貌(塔里木盆地、塔里木盆地南缘山前褶皱逆冲带和帕米尔东北缘-西昆仑);西昆仑地区受印度/亚洲板块碰撞而产生垂向物质运动,由于三条大型断裂控制在西侧断裂附近存在水平方向的物质运动,垂直和水平两种运动的存在促使靠近康西瓦和公格尔断裂形成高山地貌。

The First Quantitative Slip-Rate Estimated Along the Ashikule Fault at the Western Segment of the Altyn Tagh Fault System

As one of the longest strike-slip fault in Asia,the Altyn Tagh Fault（ATF）defines the northern boundary of the Tibetan Plateau and plays a significant role inaccommodating the deformation resulting from the IndiaAsia convergence.