汾东断裂甘亭段浅部构造特征

利用浅层人工地震勘探技术对临汾盆地汾东断裂进行探测,获得2条高分辨率地震勘探剖面,分析汾东断裂甘亭段浅部地层和断裂基本特征。结果表明,甘亭段浅部地层均呈现西倾形态,整体西厚东薄;汾东断裂甘亭段走向北东,倾向北西,视倾角67°~72°,断层落差26~182m,可辨别的最浅上断点埋深85m,为第四纪活动断裂。对比研究汾东断裂北部甘亭段、南部临汾段剖面特征,认为甘亭段新生代活动强度高于临汾段,汾东断裂活动强度由北向南逐渐降低。

ZK-2井SK-DLS 2000录井系统应用

ZK-2井是位于临汾盆地西部罗云山断裂东部的一口地质钻探井,实际完钻井深1413.95m,井身结构为小井眼三开结构(Ф153mm×825.43m/Ф139.7mm×825m+Ф122mm×1158.37m/Ф114mm×1158m+Ф98mm×1413.95m),其中二开三开段为绳索取芯,因此,准确进行现场常规钻井参数录测对于现场的施工作业以及各层段油气发现具有十分重要的意义。为此,ZK-2井积极引入了神开公司SK-DLS 2000录井系统,通过对现场钻探施工钻时参数、井口返出泥浆的气测参数、迟到时间参数、钻具组合参数等参数的实时测量,产生了基于ZK-2井施工的大量现场数据,通过现场录井相关参数对比和拟合发现,SK-DLS 2000实时生成的录井数据能指导现场钻井参数优选,能辅助发现现场井漏等钻井复杂,同时SK3Q04色谱仪精度高,基线漂移量小,在地质岩芯钻探录井方面有广阔应用空间。

临汾盆地及周边地区双差层析成像研究

使用固定台网与喜马拉雅三期台阵数据,采用双差层析成像方法对临汾盆地及周边地区的地震位置和速度结构进行联合反演,最终获得研究区地震精定位和精细速度结构。地震重定位结果表明,临汾盆地地震具有2个优势地震地层,分别为5~9 km和18~25 km,且下层地震多于上层;地震具有明显的丛集性,发震层下界清晰;洪洞凹陷和辛置凸起下方地震成簇,震源深度最深的小震全部集中在该区域。速度结构研究表明,研究区浅层速度梯度与出露地质构造高度吻合,说明反演结果具有可靠性,12 km以下速度结构与浅部构造特征不同,说明该区域地壳总体呈现深浅构造不一致的特征;灵石隆起先期存在连通临汾、太原盆地的古河道,后期发生断块式穹状隆起,本研究可为其提供地球物理佐证,并推测古河道位于灵石隆起西侧;地震条带处于灵石隆起西侧的原因为西侧较东侧具有低速构造,在鄂尔多斯块体逆时针转动作用力下西侧易于破碎;临汾盆地下方至18 km处整体呈现低速低密度特征,这与构造含水有关;临汾1695年M7地震发生在速度转换带上,洪洞1303年M8地震发生在高速构造区,这说明两次地震的发震构造及机理有所不同。

临汾盆地及邻区地震重定位和b值研究

选取2010年-2020年地震台网记录的震相数据,采用双差定位法对临汾盆地及邻区中小地震进行重定位,并对研究区域进行b值空间扫描。结果表明,临汾盆地及邻区具有明显的两个优势地层发震层,深度分别为4~10 km和18~24 km,地震多数集中于较深的发震层附近;贯穿太原盆地、灵石隆起和临汾盆地存在一条呈“S”状的地震条带,在临汾盆地北端的地震条带清晰且发生北西向转折,在灵石隆起西侧可能存在深层地震破碎带或隐伏断裂;在临汾盆地洪洞凹陷和辛置凸起下方存在一个地震空区;临汾盆地洪洞凹陷及周边处于低应力异常区,该区域地震密集成簇,是1303年洪洞8.0级地震的震后应力构造调整区;鄂尔多斯块体的逆时针转动和灵石隆起的阻挡作用,造成灵石隆起与临汾盆地交界处容易积累应力,地震频发。

临汾盆地地下水位动态变化数值模拟研究

采用GMS软件构建临汾盆地地下水数值模型,预测了不同驱动因素情景下地下水位的变化规律,并量化不同驱动因素对地下水位变化的影响程度,发现仅降水情景(枯、平、丰)时,浅层地下水位变幅大于承压地下水水位,降水量由458.8 mm至568.0 mm时,浅层地下水年平均水位变化速率差绝对值为0.11 m;仅压采情景(以2018年开采量为基准)下,浅层地下水位与承压地下水位有较大变化,压采由0%升至50%时,浅层地下水和中深层承压水年平均水位变化速率差绝对值分别为0.16、0.25 m;在汾河水位抬升情境下,仅对河流两侧的浅层地下水产生一定影响。研究结果可为临汾盆地地下水的合理利用提供参考依据。

临汾-运城盆地氦气富集要素及成藏条件

为认识临汾-运城盆地氦气资源前景,促进氦气勘查工作,笔者根据地球物理资料、元素地球化学实验及构造资料,分析了临汾-运城盆地氦源岩分布和氦气运移通道条件;在收集和整理临汾-运城盆地前新生界地热、气测录井及物探资料的基础上,开展了以地热和煤系气为主的氦载体特征研究。研究发现:①临汾-运城盆地具备地幔物质上涌和本溪组铝土岩系2种氦源条件。②控制盆地和凹陷的深大断裂贯通了深部氦源与前新生代地层,盆地内发育的正断层在很大程度上可提高前新生界各地层间的连通性,有良好的运移通道。③临汾-洪洞地区石炭系—二叠系具有优越的煤系气成藏条件。综合氦源岩分布、氦气运移通道、氦载体和保存等氦气成藏条件,认为临汾-运城盆地中奥陶统马家沟组为主要富氦地热储层,且临汾-洪洞地区太原组和山西组具备富氦煤系气的找矿前景。

山西断陷带地壳结构的接收函数研究

利用2006年8月到2008年3月北京大学在山西断陷带南部架设的两条东西向流动观测地震台阵记录的远震资料,提取各台站接收函数,然后进行倾斜叠加(Slant stack)和台阵偏移成像,获得了沿台阵横穿山西断陷带的地壳和上地幔的精细结构变化.研究结果显示,山西断陷带下面莫霍面存在明显不连续,莫霍面上隆约4～6 km,纵横波速比从两侧的1.75上升为山西断陷带内部2.0左右,且中、下地壳可能存在一个低速层.山西断陷带的构造模式沿相距140 km的两条剖面表现出明显差异:南端的临汾盆地为拉张作用下的纯剪切模式,向北转化为太原盆地的简单剪切模式.

临汾盆地地壳精细结构和构造——地震反射剖面结果

采用深、浅地震反射相结合的探测方法，对临汾盆地的地壳结构和隐伏活动断裂进行了研究．结果表明，研究区地壳具有清晰的上、中、下地壳结构特征，其地壳厚度约为38～42km．临汾盆地为典型的半地堑沉积盆地，盆地沉积层最深处约为5～6km．莫霍面在临汾盆地下方出现约3km的上隆，其展布形态与盆地基底呈“镜像”对应关系，显示出临汾盆地为拉张作用下的纯剪切盆地模式．深地震反射剖面揭示的一系列铲状或面状正断层在剖面上表现为“负花状”构造特征，其中，罗云山山前断裂和浮山断裂为临汾盆地的东、西边界控制断裂，具有规模大、切割深度深和多期活动的特点，对临汾盆地的形成、地层沉积和褶皱以及地震活动都有重要的控制作用．研究结果为深入理解该区的深部动力学过程、分析研究深浅构造关系、评价断裂的活动性提供了依据．

临汾盆地地裂缝基本特征研究

临汾盆地属于成长型盆地,是地裂缝发育较多的地区。本文通过详细的野外调查,查清了地裂缝的分布概况,总结了地裂缝的平面展布特征,通过探槽揭示了地裂缝的剖面结构特征,并概括了地裂缝的灾害特征。临汾盆地86条地裂缝主要分布在新构造活动强烈的临汾凹陷、侯马凹陷以及襄汾凸起等新构造单元区,与下伏断裂具有一致性和相关性。地裂缝发育的基本特征有平面展布特征、剖面结构特征、运动特征和活动特征。地裂缝平面展布特征多样,具有定向性、多样性、成带性和分段发育特征;剖面结构有阶梯型、"Y"字型和梳状型;运动特征是横向水平拉张、竖直位错;活动特征具有活动间断、受降雨控制、活动差异和持续扩展。地裂缝引起的地面变形特征可分为剪切型和拉张型。地裂缝对房屋建筑的破坏类型有墙体开裂、屋顶开裂、楼梯断裂和门窗变形。

临汾盆地果场地裂缝成因机理分析

地裂缝是临汾盆地主要的地质灾害之一,自20世纪70年代盆地开始出现地裂缝以来,至2012年8月共发现86条地裂缝。本文以临汾盆地内部典型地裂缝——临汾果场地裂缝为研究对象,详细地论述了地裂缝发育的地质环境背景。利用野外调查、测量、槽探、钻探和物理勘探等地质手段,主要研究了地裂缝的发育特征,包括平面特征、灾害特征、浅部剖面结构特征和深部特征4个方面,总结了地裂缝的活动规律。发现果场地裂缝平面延伸长,宽度大,走向稳定,灾害严重;浅表层上宽下窄,呈"喇叭"状,深部结构显示地裂缝下伏隐伏断层,地裂缝活动受降雨控制。通过分析影响地裂缝形成的各个因素:盆地构造、超采地下水和强降雨,将果场地裂缝的形成分为3个阶段:孕育阶段、出露阶段和扩展阶段;最后概化了果场地裂缝的成因机理:构造孕缝、抽水诱缝和降雨扩缝。

临汾盆地晚第四纪地层划分与新构造运动分析

为划分临汾盆地第四纪地层,在临汾市东布设1个控制性钻孔,描述其所揭示的地层岩性特征。通过对钻孔剖面中269件孢粉样品的孢粉组合进行分带讨论,结合9个光释光样品和12个电子自旋共振样品的年龄测试结果,认为该控制性钻孔记录了379ka B.P.以来的沉积地层,其中埋深0~0.4m属于全新统,0.4~80.8 m属于上更新统（孢粉记录揭示出相对干燥寒冷的古气候特征,终末期气候转暖,降水增多）,埋深80.8m以下属于中更新统（代表了温暖潮湿的古气候特征）。晚更新世以来平均沉降速率为0.64mm/a,远高于临汾盆地第四纪平均断陷速率,表明晚更新世以来临汾盆地的新构造运动呈现增强趋势。

末次冰期山西洪洞高分辨率粒度和磁化率记录的H5事件及其气候演化意义

源于北大西洋的末次冰期千年尺度波动的Heinrich事件在东亚地区不同气候记录中得到较为广泛的识别。但是,哪一次事件对东亚乃至北半球影响最显著还不清楚。山西临汾盆地作为中国东部的山间盆地保存了较为广泛的黄土沉积。本次研究对山西洪洞县洞峪沟剖面末次冰期厚10.5m的黄土进行光释光测年,0.5cm间距的粒度测量、磁化率测量。结果显示,该剖面跨越67.7~13.0ka,粒度和磁化率记录所反映的气候特征可以以H5事件(47.3ka)为分界点分为前后两个时期。其中,早期(67.7~47.3ka)粗粉砂(20~63μm)和砂含量(>63μm)整体较低而磁化率较高,反映该时期亚洲冬季风较弱而夏季风较强;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,反映该时期亚洲冬季风明显增强而夏季风明显减弱。山西洪洞以H5事件(约47.3ka)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。这一认识对理解东亚MIS3气候演化趋势具有一定意义。

临汾断陷盆地孤峰山花岗闪长岩的地球化学和年代学及其地质意义

临汾断陷盆地孤峰山花岗闪长岩的S iO2含量为64.62%~65.57%,具有富碱（Na2O＋K2O=7.38%~7.71%）、富钠（Na2O/K2O=1.37~1.54）、准铝质（A/CNK=0.94~0.99）和较低镁指数（Mg#=31.8~36.2）的特点,属于高钾钙碱性岩系。岩石明显富集轻稀土[（La/Yb）N=17.0~19.3],基本不显示Eu异常（δEu=0.94~1.04）,富集大离子亲石元素K、Rb、Ba、Sr等,Sr/Y比值高（Sr/Y=59.3~67.2）,亏损高场强元素Nb、Ta、Ti和Y。岩石学和地球化学特点表明该花岗闪长岩由加厚的基性下地壳部分熔融形成。对岩石进行的激光探针等离子体质谱（LA-ICP-MS）锆石U-Pb同位素年代测定获得了132.2±9.2M a的206Pb/238U加权平均年龄,该年龄与华北地块岩石圈减薄与破坏作用的峰期时间基本一致。部分锆石含有2590.9M a的内核,反映该地区在太古宙晚期发生过相应的构造事件。结合区域地质资料分析认为,孤峰山花岗闪长岩是华北地块早白垩世峰期伸展作用期间的产物,华北地块早白垩世期间的岩石圈减薄与破坏作用向西影响到了太行山以西的临汾断陷盆地一带。

临汾盆地陶寺遗址附近全新世黄土剖面的环境指标分析

在对临汾盆地陶寺遗址北城墙外全新世黄土剖面粒度、磁化率、Rb/Sr值和CaCO3含量等气候指标进行分析的基础上,结合光释光测年结果和考古学资料,探讨该剖面记录的环境信息及其与文化发展的相互关系。研究发现：全新世早期（10.5~9.6 kaBP）,东亚冬季风较弱,风化成壤作用增强,气候由凉干转向暖湿;全新世早中期（9.6~4.9 kaBP）,风化成壤作用最强,气候最为暖湿;全新世中后期（4.9~2.5 kaBP）,风化成壤作用较之前有所下降,气候较之前温干,但较现今暖湿;全新世晚期（2.5 kaBP）以来,东亚冬季风增强,风化成壤作用较弱,气候较为凉干。暖湿气候期与文化的繁荣发展时期有较好的对应关系,凉干气候期植被的退化可能受气候和人类活动共同作用的影响。

华北临汾盆地中部柴庄上新世—更新世剖面沉积学特征及其构造意义

临汾盆地位于华北克拉通汾渭地堑系中南部,是典型的受控于北东—南西向和近东西向正断层的晚新生代断陷盆地。沉积相、古水流和重矿物综合分析表明,盆地中部的柴庄新生界剖面除顶部的风成黄土之外,可以划分为3个岩性段,分别具有不同的物源,反映了不同时期的构造背景。第一岩性段为上新统（5.0-2.6 Ma）,冲积扇和风成红黏土沉积,冲积扇碎屑物源为盆地周缘的灰岩等沉积岩类;第二岩性段为更新统下部（2.6-1.0 Ma）,三角洲相沉积,沉积物来自盆地南缘中条山北部和东缘太行山西部的太古宇—下元古界的花岗片麻岩和片麻岩、上元古界—古生界的碳酸盐岩、中生界的陆源碎屑岩及少量不同时代的花岗岩;第三段为更新统中上部（〈1.0 Ma）,河流相沉积,主要物源为盆地北东缘太行山的花岗岩类、少量沉积岩和变质岩。结合区域应力演化过程认为,距今5.0-2.6 Ma期间,受北西—南东向伸展作用影响,北东—南西向正断层为盆地的主控断层;距今2.6-1.0 Ma时期,主要受到北东—南西伸展应力的影响,近东西向断层开始活动;距今1.0 Ma以来,沉积环境由三角洲和湖泊相转为河流相沉积,指示盆地发育的减弱,可能与后一期伸展应力的减弱有关。上述结果表明,受青藏高原向北东扩展的影响,汾渭地堑系至少经历了中新世晚期—上新世早期（〉5 Ma）、2.6 Ma和1.0 Ma等主要构造转换时代。

山西罗云山山前断裂带中段龙祠-峪口全新世活动证据

通过断错地貌调查和探槽开挖,获得了临汾盆地西界罗云山山前断裂带龙祠-峪口段的最新活动信息:该段山前洪积扇后缘断断续续存在高2.5m、5.2m、8m左右的地表地貌陡坎;附近冲沟的Ⅰ级阶地热释光测年为距今7500a左右;在NW向的席坊沟内存在拔沟3.5m、8m、18m左右的3级阶地,与地貌陡坎有对应关系;席坊沟探槽揭示罗云山山前断裂带断错了晚更新世晚期以来的地层,存在5次古地震事件,最新一次活动断错了14C测年为距今(7.52±0.1)ka的垆土层,这为临汾盆地的防震减灾决策提供了新的依据。

山西临汾-运城盆地土壤中As含量的变化规律

通过对临汾-运城盆地表层和深层土壤中As含量变化规律的研究,发现表层土壤的As含量稍高于全国土壤的背景值,不同相态的含量差异较大。土壤pH、磁化率、有机质、粘粒含量等理化性质对不同形态的As有着不同程度的影响:研究区水溶态的As受土壤pH值的控制,腐殖质结合态的As与有机质呈明显的正相关关系,磁化率、粘粒含量与土壤As的含量都有明显的正相关关系。研究结果表明,As与Fe、Mn、Cu、Zn、Mg、K、F等元素的相关性非常显著,说明研究区表层土壤中的As主要是自然成因的。进一步的回归分析表明,土壤的As含量随着铁氧化物、氢氧化物和硫化物含量的增加而增加。研究区土壤As的纵向分布特点是中层多、上下层少,这可能与研究区As的污染状况、土壤的碱性环境、植物的吸收作用、磷肥的施用等因素有关。

基于Sentinel-1数据监测临汾盆地地表形变

基于以往研究,使用12景影像形成67个干涉图,并利用stacking技术获取临汾盆地2015~2016年形变速率。结果显示,沉降区域主要分布在罗云山断裂带和峨眉-紫金山断裂带之间,中心区域沉降速率超过40mm/a,与地下水的等高线分布较为相似,地表形变是地下水抽取和断裂带的联合作用。

临汾盆地及其边界断裂现今变形特征

利用干涉图堆叠技术研究得到临汾盆地及其边界断裂2003-2010年的平均地壳形变速率场，结果表明：1）临汾盆地现今地壳形变场整体上表现为盆地下沉，两侧山体相对隆升的继承性变形特征，罗云山断裂为地壳形变速率差异的分界地段；2）罗云山断裂中段和南段的差异运动相比北段更为显著，最大差异形变速率分别为4mm／a和6mm／a；而在断裂范围内，变形速率均为2mm/a左右，与同期跨断层水准观测结果较为一致；3）盆地内部在整体下沉的背景下，不同的构造单元具有不同的变形速率，且形变速率自北向南逐渐增大。以临汾市区为界，洪洞一临汾凹陷北部和南部的变形速率分别为0～4mm／a和4～8mm／a；襄汾凸起较为稳定，变形速率在零值附近波动；南部的侯马凹陷形变速率进一步加大，其东北部和西部区域的形变速率分别为4—8mm/a和8～12mm／a。

山西临汾盆地黄土剖面重金属分布特征及其影响因素

山西临汾盆地2条黄土剖面重金属分布特征及其影响因素研究表明,Pb、Cu和Zn的垂向变化特征非常相似,而As、Cd和Hg在剖面中的分布特征与前三者不同。各重金属元素在黄土剖面中的变化特征首先均受到黄土源区物质成分的控制,其次不同程度地受到古气候变化的影响。依据Pb、Cu、Zn与各古气候替代性指标(例如磁化率,w(SiO2)/w(Al2O3)等)均呈显著相关,As、Cd和Hg与古气候替代性指标的相关性较差,推断剖面中Cu、Pb、Zn的分布特征受古气候变化的影响,其原因可能主要是这3个金属元素易以类质同象形式赋存在磁性矿物中;而As、Cd和Hg在剖面中的分布特征与古气候无关。但各重金属元素与源区指示元素的相关性表明其在剖面中的分布特征均受黄土源区物质成分的影响和控制。