基于GNSS的西秦岭北缘断裂带现今活动特征研究

基于1999~2007年、2009~2013年、2013~2017年和2017~2021年共4期GNSS地壳运动速度场构建GNSS速度剖面,分析西秦岭北缘断裂带各次级断裂现今地壳差异运动特征,并进一步建立负位错模型反演获取各次级断裂现今闭锁程度与滑动亏损速率。结果表明:1)西秦岭北缘断裂带现今整体呈现出以左旋走滑为主、兼逆冲挤压的活动特征。2)1999~2007年,锅麻滩段和天水-宝鸡段整体处于强闭锁状态,漳县段和鸳凤段仅部分区段闭锁且闭锁程度较低,闭锁深度也较浅;2009~2013年,西秦岭北缘断裂带中段闭锁程度有所减弱,鸳凤段东部与天水-宝鸡段东部由较强闭锁转变为蠕滑状态,锅麻滩段和天水-宝鸡段中西部依然呈强闭锁状态;2013~2017年,西秦岭北缘断裂带整体处于较强闭锁状态,仅天水-宝鸡段东部呈蠕滑状态;2017~2021年,锅麻滩段中西部、漳县段、鸳凤段东部和天水-宝鸡段中部处于较强闭锁状态,鸳凤段中西部与天水-宝鸡段西部则呈蠕滑状态。3)各次级断裂滑动亏损速率整体分布特征与断裂闭锁程度基本一致。西秦岭北缘断裂带锅麻滩段和天水-宝鸡段中部现今处于较强闭锁状态,具有较强的应变能累积背景。

西秦岭北缘构造带的新生代构造活动——兼论对青藏高原东北缘形成过程的指示意义

西秦岭北缘构造带是青藏高原东北部一条重要的北西西向构造带,它由一组近于平行的断裂组成,中部发育活动的左旋走滑断裂,两侧发育向外扩展的多条逆冲断裂,剖面上呈向北偏心的花状构造。自古近纪中晚期以来西秦岭北缘构造带成为青藏高原早期的北东边界,其新生代构造活动控制了两侧的新生代盆地沉积演化和构造变形。在构造带南侧滩歌盆地自古近纪中晚期堆积了一套厚度较大的砾岩和砂岩地层,但未见新近纪地层;沿西秦岭北缘构造带中部在中新世形成具有剪切拉张性质的武山—漳县盆地,沉积了厚度超过千米的砾岩、砂岩和泥岩序列;在构造带北侧陇西盆地从古近纪中晚期至中新世晚期一直处于前陆盆地发育阶段,沉积了连续的新生代地层序列。在中新世晚期以后,整个构造带遭受挤压变形,逆冲活动强烈,中部的武山—漳县盆地和北侧的陇西盆地相继消亡,新生代地层发生强烈构造变形,位于构造带南侧的滩歌盆地也同时发生轻微缩短变形。第四纪晚期以来西秦岭北缘构造带断裂活动主要表现为左旋走滑运动方式,而逆冲断裂活动则迁移到了北东方向的海原断裂和香山—天景山断裂(又称中卫—同心断裂)等构造带之上,实现了大区域范围内的应变分配。

西秦岭北缘断裂带漳县—车厂断层的结构及构造演化

西秦岭北缘断裂带是青藏高原东北缘主要构造边界断裂带之一,其构造变形历史和运动学特征研究可以为西秦岭中新生代构造过程和印度—亚洲板块碰撞动力学的远程构造响应提供约束。漳县—车厂断层是西秦岭北缘断裂带的重要组成部分,通过对工程开挖所揭露的断层带内丰富构造现象的观测与分析,至少可以辨别出3期性质、规模、运动学特征各异的构造变形事件。第一期为向北北东陡倾的伸展正断层作用;第二期为向南南西倾的由南向北的逆冲断层作用;第三期为沿近直立断面左旋走滑作用。尽管每期变形的时代尚缺乏构造物质测年的约束,但根据其与白垩系、新近系的空间关系以及已有第四纪以来沿断层地貌位错和相关沉积物测年以及地震活动历史研究对断层左旋走滑作用的时代约束,认为第一期伸展正断层作用起始于早白垩纪,可能持续到渐新世;第二期向北逆冲断层作用起始于渐新世初,可能持续到早第四纪;第三期左旋走滑断层作用起始于晚第四纪,持续至今。漳县—车厂断层是一条典型的多期变形的脆性断层,其变形特征与历史,如果代表了西秦岭北缘断裂带特征与构造变形过程,那么现今西秦岭北缘断裂带仅是起始于早白垩纪、新生的脆性断裂带,并非是印支主造山期大规模韧性逆冲推覆作用的边界断层。

准噶尔盆地西北缘扇体形成特征及油气分布规律

准噶尔盆地西北缘广泛发育二叠纪侏罗纪冲积扇、水下扇、扇三角洲等砾质粗碎屑沉积。研究结果表明,其成因和分布与同期的断裂活动有密切的关系,从二叠纪侏罗纪,构造活动逐渐减弱,扇体规模逐渐变小。在平面上,构造活动的位移导致了扇体的迁移,反映出构造活动对扇体分布的控制。总体来看,百口泉夏子街地区构造活动性最强,延续时间最长,形成的扇体规模较大,叠置程度高且迁移明显;在车拐—克拉玛依地区,活动性较弱,形成的扇体规模小,叠置程度差且迁移小。油气聚集主要受到断裂构造和扇体的控制。由于断裂活动(迁移)规律的不同,导致不同时期、不同地区扇体的发育特征也不同,从而造成了不同构造带(部位)油气藏分布的差异。

华山新生代隆升—剥蚀历史的裂变径迹热年代学分析

综合分析前人的热年代学数据发现华山地区自晚白垩世以来至少经历了三次快速隆升阶段,在120～57Ma间华山经历了缓慢隆升过程,约57Ma以来华山开始相对渭河地堑的快速隆升。其中,57～42Ma间、32～22Ma间和约8Ma以来均为相对快速隆升阶段,视隆升速度约为0.18～0.23mm/a;而42～32Ma间和22～8Ma间则为相对缓慢隆升过程,视隆升速度约为0.01mm/a。约57Ma以来华山的隆升-剥蚀量约为8.5km,平均隆升速度约为0.15mm/a;约32Ma以来的总隆升幅度约为4.5～5.1km,平均视隆升速度约为0.14～0.16mm/a。晚中生代以来华山的隆升过程实际上反映的是东秦岭的隆升过程,与区域地貌结构和周缘断陷盆地的演化过程有密切的成因联系,它表明东秦岭地区的三级等高峰顶面是120～57Ma、42～32Ma和22～8Ma间山脉缓慢隆升-剥蚀的结果,同时反映57～55Ma是渭河盆地开始快速裂陷和秦岭北麓正断层开始强烈活动的时间。

西秦岭北缘断裂破裂分段与地震危险性评估

根据最新地质考察和历史地震考证结果,西秦岭北缘断裂带从东到西可划分为宝鸡、天水、武山、漳县、黄香沟和锅麻滩共6个次级断裂段。上述断裂既具有单段破裂,又具有多段组合破裂的特征。利用时间相依的地震潜势概率评估方法,对这6个单段分别进行地震危险性概率评估,其中黄香沟段和漳县段发生单段破裂的可能性最大,天水段发生单段破裂的概率次之。若发生组合破裂,黄香沟段和漳县段组合破裂可能性大。同时,根据沿断裂带的b值扫描图像分析结果显示,黄香沟段和天水附近应力积累较高,这两个地区应是未来发生强震的主要段落,值得关注。

西秦岭新生代以来地质构造过程对青藏高原隆升和变形的约束

西秦岭位于青藏高原东北缘重力梯度带内,是高原物质向北、向东扩展的前缘,其新生代以来地质构造-地貌过程应该是印度板块—欧亚板块的碰撞造山过程和高原隆升过程的一部分。通过对西秦岭内部中—新生代沉积、变形及地貌记录的初步综合分析,得出如下初步认识:(1)根据西秦岭中—新生代红层沉积岩石组合和构造变形特征,可以分为晚侏罗世—早白垩世、晚白垩世—古近纪和新近纪三个构造层,分别对应于西秦岭新生代3个构造演化阶段。(2)西秦岭晚白垩世—古近纪构造层的褶皱缩短和区域断裂带的逆冲推覆发生在古近纪末期—新近纪初期,与整个青藏高原主要逆冲推覆构造事件同步,说明印度板块与欧亚板块碰撞的构造应力在古近纪末已波及至西秦岭。(3)西秦岭新近纪以来经历了一个构造相对稳定的侵蚀夷平期,于3.6Ma之前形成了以晚白垩世—古近纪构造层侵蚀面、前新生代碳酸盐地层的岩溶夷平面为标志的主夷平面以及夷平面发育过程中形成新近纪近水平的、以红色粘土岩为主要特征的细碎屑沉积。这一夷平面可以作为高原组成部分的西秦岭隆升的基准面。该夷平面现今高程自西向东逐渐降低,反映了西秦岭隆升呈现自西向东连续的扩展。(4)青藏高原南部构造变形方式在中新世发生了由逆冲推覆-褶皱缩短向伸展走滑的构造转换,而在西秦岭内部却并未发生这样的构造转换,仍然以逆冲构造为主,只是西秦岭北缘的边界断层在中—晚更新世才发生逆冲-左旋走滑作用,这可能指示了青藏高原东北缘晚新生代构造变形的走滑作用只是构造块体边界与构造挤压应力方向下非正交的应力分解所致,同时也可能反映了作为西秦岭块体整体滑移和块体内部的收缩变形并行不悖。(5)由GPS观测数据确定的区域位移场应该指示了现今西秦岭块体的整体缓慢的向东移动,地震机制解确定的构造应力是下地壳向东蠕动拖曳脆性上地壳的整体运动,西秦岭地壳厚度由西向东逐渐增厚是西部由于南北向缩短增厚的下地壳向东扩展流动的结果,增厚地壳的均衡抬升是西秦岭地貌面高度变化的内在原因。

西秦岭北缘断裂带武山—天水段全新世活动的新证据

西秦岭北缘断裂带是青藏高原东缘一条大型左旋走滑活动断裂带和历史强震带。前人对该断裂漳县以西段曾开展过大量研究工作,获得其最新构造活动的地质地貌证据,而中段(武山—天水段)和东段(天水—宝鸡段)最新活动时代一直存在分歧。基于高分辨率卫星影像解译、地质地貌调查与综合分析、探槽开挖和^(14)C测年等方法,对西秦岭北缘断裂带武山—天水段进行详细研究,结果表明:该段断裂晚第四纪以来活动显著,地貌上主要表现为断层垭口、断层沟槽、山脊与水系及阶地同步左旋位错、断层陡坎等;多个探槽剖面及测年结果显示其最新构造活动断错了全新世地层,为该段断裂全新世活动和大震危险性分析提供了新的证据。

伊通地堑西北缘走滑—冲断复合构造特征与油气勘探方向

伊通地堑西北缘地表及地下地质条件极其复杂,地震勘探程度低,资料品质差,严重制约了对该地区构造特征的认识和油气勘探工作。本文运用构造解析方法,通过对最新的野外露头、钻井、地震等资料的综合研究,发现伊通地堑西北缘新近纪以来总体呈逆冲为主、右行走滑为辅的走滑—冲断复合构造特征,形成宽2～4km的断褶带,其演化受控于新近纪以来该地区断裂的反转构造活动。该断褶带具备良好油气成藏条件,可能是伊通地堑新的找油气领域,油气勘探应该以寻找走滑—冲断作用形成的雁列式背斜带、雁列断块和逆冲断层下盘为主。

西秦岭北缘断裂带土壤气定点监测与初步结果分析

根据前人对西秦岭北缘断裂带上历史地震及古地震复发周期和离逝时间等的综合研究,得出该断裂存在发生强震的较大潜在风险,因此加强对该断裂现今构造活动的定点监测和地震预测预报具有重要现实意义。据此,根据断裂逸出气体测项剖面浓度分布(变化)特征,在西秦岭北缘断裂带(天水段)上新建3个断层土壤气连续观测站,开展断层气(H_(2)、CO_(2)、R_(n)、CH_(4))浓度观测,分析断裂带不同段深部气体特征的空间差异及其随时间的变化特征,监测甘东南地区应力调整与地震活动。初步观测资料分析表明:在正常情况下其背景值比较稳定,且同一测项在不同测点变化形态具有相似性、同步性,说明观测资料真实可靠,并具有可比性。各测点出现测项同步异常变化时,可能反映了区域应力调整及变化状态,对震情跟踪和地震预测提供参考判据。

基于孕震物理模式的断层气流动监测网络布设技术

为了解决我国地震地下流体流动监测网络布设中目前存在的一些问题,以"坚固体孕震模式"为理论基础,以西秦岭北缘断裂带为研究对象,通过高密度地下流体背景值探测,结合地壳垂直形变特征以及地震活动性特征,寻找区域活动断裂带流体与形变以及地震活动的耦合段及断层气响应的灵敏点,综合判断断裂带活动分段性。断层形变、地震活动与地下流体活动有着良好的对应性与耦合关系,震源区均表现为"断层闭锁区"特性,发震地点都显示出一种相对平静的状态。基于以上研究,形成从活动断裂带—"坚固体"闭锁段—近震区前兆场地的追踪思路,规划具有一定物理预报思想的标准化断层气流动观测方案,并建立研究区域观测网络的雏形。这对今后全国地震重点危险区流体流动监测台网布设提供技术思路,并为我国地震预报、震情跟踪及防震减灾工作提供重要依据。

论东秦岭前寒武纪的构造演化特征

本文研究的范围主要涉及东秦岭的北部地区——北秦岭(即旧称“秦岭地轴”)。作者着重讨论了秦岭造山带的杂岩(秦岭杂岩、宽坪杂岩和陶湾杂岩)和太华杂岩的岩石组合、原岩建造、岩石化学、地球化学技其地质构造特征。提出秦岭杂岩是在中元古代时期因华南洋壳海域的岩石圈断块沿华北断块南缘向北俯冲引起断块区基底开裂,向南漂离而形成的块体。宽坪杂岩与陶湾杂岩是在秦岭杂岩块体向南漂离过程中形成的以洋壳为底的边缘海盆地的产物。经晋宁运动,边缘海闭合,形成早期的北秦岭造山带。

西秦岭北缘漳县盐矿含盐地层沉积特征与盐矿成因

甘肃省漳县盐矿赋存于西秦岭北缘断裂带漳县段新近纪含盐红层沉积盆地。漳县盐矿层赋存于漳县含盐红层盆地上部巨厚的灰色-灰红色泥岩-泥灰岩岩系中。通过分析含盐岩系沉积旋回序列和沉积特征,结合含盐盆地的区域地质构造背景,认为漳县岩盐矿床沉积环境具有内陆湖泊型的盐湖相特征。由灰红-灰绿色泥岩、灰色泥质灰岩、灰黑色泥灰岩及芒硝-石膏-岩盐层构成的灰色含盐岩系,沉积韵律旋回极为发育,具有大旋回套小旋回的特征,厚度达750m,说明漳县盐矿的形成不仅与干旱-湿润气候的周期性旋回变化有关,还需有较大深度的湖盆和较大范围汇水区域的盐类物质补给。由此推断漳县岩盐矿床是内陆湖泊型盐矿,具有高山深盆成盐的特征。

川甘陕交汇地区现今地应力环境与地震危险性

川甘陕交汇地区新构造活动强烈、地震频发,具有复杂多样的构造变形模式和构造强烈活动特征,为一潜在地震危险性研究的关键构造部位。为了查明川甘陕交汇关键构造部位地壳浅表层现今地应力环境和潜在地震危险性,在甘肃省水市甘谷县及四川省广元市三堆镇实施机械岩心钻探工程和水压致裂地应力测量。地应力测量结果表明,甘谷钻孔3个主应力关系为SH>Sh>Sv,甘谷地区现今水平主应力起主导作用,且具有较高地应力值,钻孔附近最大水平主压应力方位平均为N41°E,易于钻孔附近北西西向西秦岭北缘断裂产生左旋走滑兼逆冲活动;三堆钻孔3个主应力关系为SH>Sh>Sv,该地区现今水平主应力起主导作用,钻孔附近最大水平主压应力方位平均为N85°W,利于钻孔附近北东向青川断裂产生右旋走滑兼逆冲活动。利用库仑摩擦滑动准则对断裂活动进行分析,结果表明天水和广元地区的地应力大小均已经达到了使地壳浅部断层产生滑动失稳的临界条件,需加强地应力实时监测和分析。该研究成果为川甘陕交汇关键构造部位的断裂活动性分析和地质环境安全评价提供科学依据。

甘加盆地西缘断裂带发现新活动证据

甘加盆地位于西秦岭北缘断裂带西端,盆地西缘发育了三条近南北向的断层(东支、中支、西支),表现为西高东低的弧形地貌阶梯带。基于高分辨率卫星遥感影像解译、地质地貌调查、UAV航拍测量、剖面清理与14C测年等工作,对甘加盆地西缘断裂带进行综合研究,发现该断裂带第四纪晚期有新活动。断层新活动在地貌上表现为不同级别的断层陡坎、阶地与洪积台地断错以及冲沟与阶地右旋等特征。断层剖面与擦痕揭示,该断裂带具右旋逆冲性质,断层断错最新地层为全新统。根据测量与测年数据,初步估算甘加盆地西缘断裂带西支全新世中期以来的平均水平右旋滑动速率为0.89 mm/a,平均垂直滑动速率为0.30 mm/a。

基于GPS和水准资料的西秦岭北缘断裂现今闭锁程度分析

利用2009~2015年GPS速度场和1975~2011年垂直速度场数据,采用TDEFNODE负位错模型对西秦岭北缘断裂各段的闭锁程度、滑动亏损速率进行反演,结合GPS跨断层速度剖面和现今小震分布特征,对西秦岭北缘断裂各段的断裂活动性及地震危险性进行分析。结果表明,西秦岭北缘断裂以左旋走滑运动为主,兼有部分逆冲挤压,断裂各段的滑动速率都低于第四纪以来的滑动速率。其中天水-宝鸡段滑动速率较低,小震分布少,断裂正处于高应变积累阶段,具有高闭锁系数和滑动亏损速率,易于应变能的快速积累,具有发生中强地震的背景条件;锅麻滩段虽然滑动速率较大,但闭锁程度和滑动亏损速率高,小震分布较少,也存在较高的地震危险性;漳县段和鸳凤段滑动速率较大,断裂应力积累相对较弱,闭锁程度和滑动亏损速率均较低,小震分布多,地震危险性较低。

跨关中地区现今地壳垂直形变剖面

本文收集跨关中地区2006~2018年13期一等精密水准观测资料,利用线性动态平差方法,通过整体平差获得跨区域长时间尺度的地壳垂直运动速率场图像,基于获得的垂直运动速率结果,对跨关中地区垂直形变趋势特征进行定量定性分析。结果表明,除西安地区以外的渭河盆地地区下沉速率不足1mm/a,鄂尔多斯地块南部隆升速率为3~5mm/a,秦岭构造带北麓隆升速率为3mm/a,而秦岭腹地的隆升速率不足1mm/a。利用矩形位错模型对区域内断层的滑动速率和断层闭锁进行反演,结果显示,口镇-关山断裂的倾滑速率为6.55mm/a,闭锁深度为4.6km;渭河断裂的倾滑速率为3.21mm/a,闭锁深度为3.4km;秦岭北缘断裂的倾滑速率为5.34mm/a,断裂闭锁深度较大,为9.8km。基于以上结论,结合前人对关中地区的研究成果,探讨分析研究区现今地壳垂直形变特征与动力机制之间的关系,为区域地震危险性判定及动力学研究提供一定的帮助。

西秦岭北缘断裂漳县盆地段浅层人工地震及钻孔联合探测

在地质调查与盆地区浅层人工地震初步勘探基础上,在西秦岭北缘断裂带漳县盆地隐伏段的盆地内布设了3条浅层人工地震详勘测线,用于精确定位该断层的空间展布,判定其浅地表活动特征。在此基础上,用钻孔联合剖面方法对人工地震探测结果进行验证,同时确定了各地震测线处断层上断点的位置和埋深,通过钻孔揭露断层错断地层的特点,认为西秦岭北缘断裂漳县盆地隐伏段错断全新统,指示该断层全新世以来活动性较强。

西秦岭北缘断裂带土壤气定点观测台站建设分析

介绍西秦岭北缘断裂带土壤气观测台站的设计思路、建设内容以及运行情况,并通过一年来观测数据的分析认为,各观测台站断层土壤气体背景值稳定,观测数据合理可靠,且3个观测站同一测项的变化形态具有相似性、同步性,并在榆中M_(S)3.6、玛多M_(S)7.4和门源M_(S)6.9地震前出现同步异常响应,表明西秦岭北缘断裂带土壤气具有反映区域构造应力变化的潜力。同时断层土壤气定点观测台站的建设方案与技术指标为后期组建断层土壤气观测台网提供借鉴和参考,为进一步推广应用奠定良好基础。

青藏高原东北缘何时卷入现今青藏高原构造系统?——来自西秦岭北缘漳县盆地新生代沉积记录的约束

新生代以来印度欧亚板块持续碰撞汇聚形成号称世界第三极的青藏高原。青藏高原的扩展生长和构造变形系统形成的动力学过程是地球科学研究的重大科学问题。青藏高原东北缘新生代以来构造演化过程及其与印度欧亚板块碰撞汇聚的动力学耦合关系研究对于揭示青藏高原扩展生长过程具有重要地质意义。尽管前人已经开展了大量研究探索,提出各种构造隆升模型,但青藏高原东北缘何时卷入印度欧亚碰撞汇聚的青藏高原构造系统尚未达成共识。作为青藏高原东北缘组成部分的西秦岭北缘构造带漳县地区不仅新生代地层记录齐全,而且断裂构造发育,构造变形现象丰富,是研究青藏高原东北缘新生代构造演化及印度欧亚碰撞汇聚远程构造响应的良好区域。通过对西秦岭北缘构造带漳县地区新生代沉积盆地地层构造格架、沉积地层序列和沉积旋回等详细野外观测研究,结合区域断裂带几何学运动学及变形历史分析,取得如下认识:(1)西秦岭北缘漳县地区新生代沉积地层主要由为不整合分隔的两套构造性质完全不同的构造地层单元组成,即渐新世—中新世伸展断陷盆地沉积和上新世再生前陆磨拉石盆地沉积;(2)渐新世—中新世时期的地壳伸展拉张构造环境与印度欧亚碰撞汇聚的挤压环境相悖,指示了西秦岭北缘在渐新世—中新世尚未卷入现今的印度欧亚碰撞汇聚构造系统;(3)上新世磨拉石盆地的发育标志着西秦岭北缘构造带从伸展到挤压的构造体制转换,可能指示了印度欧亚碰撞汇聚的挤压构造作用这时才波及西秦岭北缘;(4)上新世粗砾岩、西秦岭造山带地层和中生代沉积地层共同经历了抬升剥蚀作用,形成了西秦岭北缘广泛发育的夷平面。第四纪以来夷平面的抬升和解体、现代河流侵蚀系统和多级河流阶地的出现,指示了青藏高原东北缘整体的不均匀大规模抬升而进入现今青藏高原构造系统。