龙门山断裂带晚第四纪的大地震活动--来自古地震研究的资料

2018年5·12汶川地震后,龙门山断裂带的大地震活动特征一直是倍受关注的科学问题.而探槽古地震研究是最直接揭示活断层带晚第四纪大地震活动规律的重要途径.本文通过系统总结龙门山断裂带近十年来探槽古地震研究成果,全面分析了龙门山断裂带不同段落的晚第四纪大地震活动与复发特征.结果显示:龙门山断裂带的大地震活动具有明显的分段性,北川—映秀断裂和江油—灌县断裂中段(包括小鱼洞断裂)是全新世以来,最为活跃的段落,约距今6000年以来,发生过3次位移量近似相等的事件,分别发生在5920—5730cal BP和3300—2300cal BP,大地震活动具有3000年左右的准周期复发特征;北川—映秀断裂的北段具有独立破裂的能力,该段汶川地震前一次事件发生在大约665—1030AD,可能是历史上记载的942AD地震事件,另一次事件发生在8240—7785BC;江油—灌县断裂的南段(大川—双石断裂)发震能力明显弱于断裂带中段和北段.现有古地震数据表明,沿北川—映秀断裂,除汶川地震以外,并未显示出不同段落间在全新世期间存在级联破裂的证据,这可能意味着2008年汶川M8地震是龙门山断裂带上罕见的巨大地震事件.另外,青川断裂上探槽揭露的古地震变形事件不像是断裂直接位错的结果,更可能是被动响应北川—映秀断裂右旋位错的现象.

汶川地震断裂带滑移行为、物理性质及其大地震活动性--来自汶川地震断裂带科学钻探的证据

断裂带物质组成、结构及其物理性质是理解断裂变形机制和地震破裂过程的基础和关键,断裂带地震(黏滑)和非地震(蠕滑)滑移行为不仅对了解地震活动性和山脉隆升过程具有重要意义,而且直接为防震减灾提供科学依据.我们以穿过龙门山映秀—北川和灌县—安县断裂带的汶川地震断裂带科学钻探(WFSD)岩心和地表出露的断裂带为研究对象,通过对断裂岩组成、结构、显微构造和钻孔物性测井数据进行分析研究,确定了龙门山逆冲断裂带滑移行为和物性特征,初步探讨了大地震活动性和有关断裂带的隆升作用:(1)映秀—北川断裂带倾向NW,浅部倾角~65°,发育的断裂岩厚约180~280m,由碎裂岩、假玄武玻璃(地震化石)、断层泥和断层角砾岩组成.断裂带具有高自然伽马、高磁化率值、低电阻率、低波速等物理性质以及对称型破碎结构.断层泥普遍具有摩擦热效应的高磁化率值和石墨化作用特征,是古地震滑动的岩石记录.表明映秀—北川断裂带为经常发生大地震的断裂带,晚新生代以来类似汶川地震的大地震复发周期小于6000—10000年,具有千年复发周期特征.(2)灌县—安县断裂带倾向NW,浅部倾角~38°,发育的断裂岩厚约40~50 m,仅由断层泥和断层角砾岩组成,具有典型的"压溶"结构,表现出蠕滑性质.除压溶作用外,定向富集的层状黏土矿物和微孔隙的发育使断层强度变弱.断裂带具上盘破碎的非对称型破碎结构,除具低磁化率值特征外,其他物性与映秀—北川断裂带一致.(3)根据断裂岩厚度与断层滑移量相关经验公式关系,以及断层产状,粗略估算映秀—北川断裂带自中生代以来累积垂直位移量大于9km,灌县—安县断裂带累积垂直位移量小于3km.映秀—北川断裂带长期大地震产生的累积垂直位移量是龙门山隆升的主要贡献.

龙门山汶川-茂县断裂带的岩石磁学特征及其地震作用的指示意义

汶川-茂县断裂带是龙门山后山断裂,是松潘-甘孜褶皱带与龙门山断裂带之间的边界断层,然而,在2008年M_(W) 7.9级汶川大地震中并没有发生破裂。同时,汶川-茂县断裂带在汶川地震之前是否发生过历史大地震仍缺少确切的证据。这不仅制约着汶川地震发生机制的认识,而且还影响对龙门山形成演化过程的理解。因此,确定汶川-茂县断裂带的断裂作用环境对于认识龙门山断裂带的地震发生机制至关重要。断裂岩的岩石磁学可以有效地揭示断裂带的物理和化学环境。本文以汶川-茂县断裂带北部地表露头的断裂岩为研究对象,通过岩石磁学研究,并结合显微结构观察和地球化学分析,探讨汶川-茂县断裂带的断裂作用环境。断层泥和断层角砾岩最大磁化率值分别约为围岩的30倍和15倍,具有高磁化率值特征。断层泥的主要载磁矿物为磁铁矿、磁黄铁矿、针铁矿;断层角砾岩的主要载磁矿物为磁黄铁矿、针铁矿。断层泥的高磁化率值异常的主要原因是围岩中的含铁矿物在地震摩擦热和流体作用下新生成磁铁矿和磁黄铁矿。断层角砾岩的高磁化率值异常是围岩在含有大量硫元素的低温热液流体作用下生成了磁黄铁矿。大量针铁矿指示了震后期还原性的低温热液流体作用。断裂岩的高磁化率值异常和新生磁铁矿指示了汶川-茂县断裂带曾经发生了摩擦热温度>500℃的大地震活动,发震和震后期均为还原性的硫元素含量较高的低温热液流体环境。

青藏地块区大地震迁移规律与未来主体活动区探讨

文中在总结中国大陆7级以上地震迁移循环特征和机理的基础上,重点对青藏地块区7级以上地震的时空迁移特征、机理及未来发展趋势进行了综合分析。结果表明:中国大陆区域性强震、大地震活动存在时间上的丛集性和空间上的分区、分带性,并在时、空上表现出迁移和循环的特征。在过去的100多年,存在由西向东、由南向北迁移循环的4个大地震丛集区域,每个区域的丛集时间约20a,1个完整轮回时间约80a,其机理与中国大陆最新构造活动主要受印度板块向N对亚欧板块的持续挤压、青藏高原绕喜马拉雅东构造结的顺时针旋转作用以及地球自转速度变化所造成的附加应力场的影响有关。自1900AD以来,青藏地块区经历了3个地震活动的丛集高潮期(也称为地震系列),即1920—1937年的海原-古浪地震系列、1947—1976年的察隅-当雄地震系列和1995年至今的昆仑-汶川地震系列(主体活动区为巴颜喀拉地块)。这3个地震系列主体活动区的迁移图像反映了青藏地块区构造活动从块体周缘边界构造带逐渐向内会聚、高原内部发生挤压隆升和向SE挤出等现今构造变形过程。分析表明,已经持续20余年的昆仑-汶川地震系列可能趋于结束,未来20a中国大陆7级大地震的主体活动区可能迁移到青藏地块区周缘的边界构造带上,重点是东部边界构造带(即广义的南北地震带),同时应关注北部柴达木地块边界带等区域的主干活动断裂中大地震空区、空段等孕震有利部位。

龙门山断裂带大地震孕震环境的岩石磁学证据

地震断裂带的孕震环境对于研究地震的发生至关重要.本文以汶川地震断裂带科学钻探2号(WFSD-2)钻孔岩心中的假玄武玻璃、碎裂岩及其围岩为研究对象,通过岩石磁学测试,并结合显微结构观察探讨龙门山断裂带大地震的孕震环境.WFSD-2岩心碎裂岩中的假玄武玻璃是龙门山断裂带曾经发生过大地震活动的岩石学证据,假玄武玻璃具有高磁化率特征,而碎裂岩的磁化率值与围岩相似,假玄武玻璃中的新生磁铁矿是其高磁化率值异常的重要原因之一.假玄武玻璃中较少量的新生磁铁矿暗示了假玄武玻璃的生成环境为含氧量较低的高温还原环境.大地震断裂的摩擦热是改变龙门山断裂带中假玄武玻璃岩石磁学特征的主导因素,流体作用较弱.无高磁化率异常的碎裂岩经历的温度小于300℃,推测假玄武玻璃的生成深度较深.WFSD-2岩心中20余层假玄武玻璃脉体证明映秀—北川断裂带是一条长期活跃的断裂带,龙门山断裂带上曾经发生了多次大地震断裂活动,这些大地震可能发生在深度较大、流体作用较弱的还原性孕震环境中.

断裂熔融作用中单质铁的形成及其指示的孕震环境

目前缺乏来自于地震断裂带的假玄武玻璃的原始特征研究,制约着我们对地震孕震环境和地震发生机制的认识。本文以龙门山断裂带汶川科钻2号钻孔岩心的碎裂岩及花岗闪长岩为研究对象,通过氩气环境下的高温加热实验(最高温度达1750℃)、显微结构观察、地球化学分析和岩石磁学测试,探讨断裂熔融作用中单质铁的形成及其指示意义。花岗闪长岩和碎裂岩在1100℃时发生部分熔融作用,形成了非晶质和微晶;在≥1300℃时形成了大量单质铁组成的微球粒,可能是含铁矿物发生了以碳物质为还原剂的高温还原反应。高温实验后样品的磁化率值高于碎裂岩的磁化率值,新生成的磁铁矿是≤1100℃的样品高磁化率值的主要原因;熔融作用中形成的单质铁和少量的磁铁矿是≥1300℃样品高磁化率值的重要原因。结合前人对于快速摩擦实验熔体、地幔物质及陨石的研究,我们认为粘土矿物、硅酸盐矿物含量较多的断层泥在同震滑移中因热增压机制很难形成单质铁;而花岗岩、安山岩、辉长岩、闪长岩等岩浆岩和糜棱岩在流体作用弱和硫化物含量低的环境中易在大地震中形成单质铁。龙门山断裂带的假玄武玻璃的熔融温度≥1300℃,硫元素含量较低并发现有过剩铁元素。因此,表明龙门山断裂带的假玄武玻璃中可能形成了单质铁,其和磁铁矿是假玄武玻璃高磁化率值异常的重要原因,并指示了深部流体作用弱、硫化物含量低、还原性的孕震环境。