映秀-北川断裂带北川段唐家湾滑坡活动历史与形成机制

以映秀-北川断裂带北川段唐家湾滑坡为研究对象,基于地形资料、多期遥感与航拍影像,结合14C测年的方法,细分了唐家湾滑坡的活动历史,分析了2016年唐家湾滑坡再次复活的主要控制因素。研究结果表明:(1)唐家湾斜坡历史上至少发生过四期滑动,其中第一期次滑坡发生在全新世以前;第二期次滑坡发生于全新世初期;第三期次滑坡发生在2008年汶川地震时期,系龙门山断裂带活动过程中产生的同震滑坡;第四期次滑坡分别发生在2016年和2018年,属于断裂带滑坡堆积体的再次局部复活;(2)2016年唐家湾滑坡的形成与断裂活动、河流侧蚀和水等因素有关,其中,上覆滑坡堆积体、下伏高陡基岩形成的二元斜坡结构,是唐家湾滑坡发生的决定性条件;断裂活动及其导致的浅地表最大主应力偏转是唐家湾滑坡变形的重要内因;(3)以唐家湾滑坡为例,初步讨论了基于地形条件控制的断裂带滑坡堆积体复活的地质模型,其形成演化表现为断裂带活动和河流侵蚀形成滑坡(或陡峭地形)→先期滑坡后壁(或陡峭地形)接受上部老滑坡堆积→二元斜坡结构控制下的老滑坡复活变形。该滑坡为研究地形控制断裂带滑坡复活提供了独特的案例,研究成果对于理解和评估该类滑坡,开展综合防治等方面具有重要的借鉴价值。

映秀-北川断裂的地表破裂与变形特征

2008年5月12日在龙门山映秀-北川断裂带发生的8.0级特大地震,属于逆冲—走滑型地震。本文以地表破裂为切入点,在映秀-北川断裂的关键部位开展了详细的野外地貌测量,标定了映秀-北川断裂带的垂向断距和水平断距,结果表明映秀-北川断裂的地表破裂带从映秀向北东延伸达180～190km,走向介于NE30°～50°之间,倾向北西,地表平均垂向断距为2.9m,平均水平断距为3.1m;地表最大错动量的地点位于北川县擂鼓镇,垂直断错为6.2±0.1m,水平断错为6.8±0.2m,逆冲分量与右行走滑分量的比值为3∶1～1∶1,表明该断裂以逆冲—右行走滑为特点,逆冲运动分量略大于或等于右行走滑运动分量。根据近南北向的分段断裂可将映秀-北川断层的地表破裂带划分为两个高值区和两个低值区,其中两个高值区分别位于南段的映秀—虹口一带和中北段的擂鼓—北川县城—邓家坝一带。基于保存于破裂面上的擦痕,我们将该地震破裂过程划分为两个阶段,早期为逆冲作用,晚期为斜向走滑作用。

映秀-北川断裂带中垂直断裂带走向的NW-SE向构造和汶川地震

通过汶川科学钻探钻孔地质实体(岩芯)的构造研究、非弹性应变恢复法(ASR法)地应力测试,结合区域构造和汶川地震NW向余震带的综合分析,提出沿映秀-北川断裂走向的狭窄范围内存在一组NW-SE向构造,其总体产状为:走向N48°W,倾角中等,与映秀-北川断裂带的总体走向和ASR地应力测试获得的一组最大主应力方位(侧伏方向224°)和最大水平应力方位(44°)接近垂直。NW-SE向构造,除少数发育为宏观的断裂构造外,多数表现为密集的裂隙系(或隐断裂)和隐伏断裂,以逆冲性质为主,局部略具左行走滑特征。映秀-北川断裂两侧相向倾斜的NW-SE向裂隙系表明其两侧存在有方向相反的运动,映秀-北川断裂属两侧具有不同形成机制和相向位移的双侧走滑型断裂。映秀-北川断裂的同震垂向位移受NE-SW向构造和NW-SE向构造双重因素制约,在汶川地震的主震带与NW向余震带叠置部位具最大的垂向位移量。从时间尺度分析,在汶川地震的全过程中,仅开始时刻表现为自NW→SE方向的强烈逆冲作用,随后的主要时间段内均表现为沿断裂带方向的运动和自SW→NE方向的逆冲。NW-SE向构造的形成是龙门山深部应力和能量长期积聚的结果,强震发生时,初始时刻的自NW向SE方向的强烈挤压,瞬即转换成自SW向NE方向的运动和强烈挤压。NE-SW向挤压构造应力场,是由NW-SE向挤压作用长期积累和诱导,并叠置在区域NW-SE向主导的挤压构造应力场之上的局部构造应力场,但在发震后,它主导了地震能量自震源区沿断裂走向向NE方向的快速传递和扩展及NW向强余震的发生,地震能量在NE-SW向强烈挤压过程中得到最终释放。因此,映秀-北川断裂在地震的不同阶段,其性质存在差异,在地震宁静期或弱震期(应力积累和闭锁期)以自NW往SE方向的逆冲性质为主,兼有右行走滑特征,但在强震期(应力释放和解锁期),除发震时表现为强烈的继承性逆冲作用,随后即转化为以平行断裂带走向自SW向NE方向的快速运动和扩展及自SW往NE方向的逆冲作用为主。

2008年汶川Ms8．0地震地表破裂变形定量分析--北川-映秀断裂地表破裂带

2008年汶川Ms8．0地震在北川-映秀断裂产生了长达240km的同震地表破裂。通过详细的测量、基于测量标志与断裂变形的几何关系对数据的分析，给出了观测点的断裂同震地表变形的垂直位移、倾向水平缩短、走向滑动、断层上盘水平运动方向等参数。结果显示，断裂同震变形分布的空间变化很大．目前获得的最大水平位移位于虹口乡深溪沟，为4．98m，同时也是最大右旋走滑位移点，走滑量4．5m，而目前获得的最大垂直位移在其东北的支沟，为5．7～6．7m。NE向断裂水平位移多为1～2m，垂直位移多为3m左右，而小鱼洞-草坝分支断裂水平位移和垂直位移都更小，只有0．5～1．5m。擂鼓镇附近的数据则反映与断裂相关的巨型滑坡可能将重力变形叠加到构造变形中。由断层水平缩短和垂直位移计算的断层倾角表明，北川-映秀断裂是浅部陡倾的具有走滑分量的逆断层。

汶川地震主滑移带(PSZ):映秀—北川断裂带内的斜切逆冲断裂

2008年5月12日在青藏高原东缘龙门山地区发生了毁灭性的汶川地震(Ms 8.0),并沿映秀—北川断裂和灌县—安县断裂分别产生约270 km和80 km长、并具不同运动性质的地表破裂带。大地震后的断裂带科学钻探是研究地震机制的有效方法,为更好地了解汶川地震过程中的断裂机制、岩石的物理、化学变化和特征,2008年11月4日(汶川地震后的178 d)快速实施了汶川地震断裂带科学钻探项目(WFSD),该项目在这两条断裂带的上盘布置深浅不一的五口群钻(500～3000 m深)。笔者以汶川科钻一号孔(WFSD-1)岩心为主要研究对象,通过对岩心的岩石学研究和构造分析,识别出映秀—北川断裂带中的不同断裂岩分布和组合,以及确定了汶川地震主滑移带位置,为进一步研究汶川地震断裂机制提供了基础。

引通济安深埋隧洞穿越北川—映秀断裂工程地质问题分析

引通济安工程引水隧洞穿越北川-映秀断裂,该断裂为活动断裂,历史上曾发生过2008年汶川8.0级大地震,对引水隧洞的稳定性有直接影响。为确保工程抗震设计的科学性和工程运行的安全性,通过分析工程区内北川-映秀断裂的分布、性状及地应力特征,提出了断层极端工况下粘滑位错量与断层未来百年蠕滑量,为分析评价隧洞工程稳定性及抗断处理提供了依据,为本区及邻区类似地下工程的开展提供了参考。

四川汶川地震断裂带科学钻探2号孔(WFSD-2)岩性特征和断裂带的结构

以WFSD-2钻孔岩心为研究对象,通过详细的岩心编录和岩石学、构造地质学等研究,识别出该钻孔岩心具有6段岩性,从上向下依次为彭灌杂岩（0-599.31m）、三叠系须家河组二段（599.31-1211.49m）、彭灌杂岩（1211.49-1679.51m）、三叠系须家河组三段（1679.51-1715.48m）、彭灌杂岩（1715.48-2081.47m）、三叠系须家河组四段（2081.47-2283.56m）。彭灌杂岩主要以花岗岩和火山岩为主,三叠系须家河组沉积岩以砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩、煤层（线）和砾岩为主。3套彭灌杂岩与三叠系须家河组沉积岩重复出现,时代较老的岩性段逆冲覆盖在新的地层之上,表明龙门山构造带由一系列逆冲岩片叠置而成。岩心中断裂岩较为发育,主要为断层角砾岩、碎裂岩和断层泥,反映出脆性变形作用的特点。通过对断裂岩的统计分析,厘定了20余条产状不同、规模不等的次级断裂带,断裂带宽度和断裂密度峰值显示FZ600、FZ720、FZ782、FZ817、FZ922、FZ951、FZ1449、FZ1681、FZ2082为主要断裂带,其中FZ1681系规模最大的一条断裂。依据断裂岩的组合特征可以将岩心中断裂带的结构以断层泥为核部划分为两大类：对称型断裂带和不对称型断裂带。根据地表破裂带、WFSD-1钻孔岩心中主滑移带位置的几何关系、岩性分层等因素,可推断汶川地震主滑移带应位于FZ1134、FZ1449或FZ1681之中,同时也暗示该地区经常发生类似汶川地震的大地震活动。研究表明,龙门山地区经历了强烈的构造缩短和快速隆升作用,暗示龙门山地区构造活动非常强烈。

北川地区擂鼓断裂在汶川地震中的地表破裂及其意义

2008年5月12日汶川M_s8.0级特大地震发生后,在北川县擂鼓地区出露了一条擂鼓同震地表破裂带,该破裂带呈近南北向展布,位于映秀-北川断裂的中北段,其北东起于擂鼓镇柳林村北部,南西止于石岩村南部,以脆性破裂为特征,分别由3条呈北北东、北西西、北北东走向的地表破裂组成,延伸长度约4～5km,并切割了多种地貌单元,其平均垂直断距为1.5m,平均水平断距为1.4m,垂直与水平断距之比为1.07:1。通过对该地表破裂带野外测量数据、几何展布结构及其成因机制的初步分析表明:擂鼓断裂是出露于擂鼓地区的捩断层,具有捩断层的基本特性;其主要特征包括:1)擂鼓断裂的形成是由于在汶川地震中其东西两侧逆冲块体之间的差异性运动而引起;2)断裂呈近南北向展布,与映秀-北川主干断裂近垂直相交;3)断面倾角较陡,为高角度断面的逆断层,具有逆冲兼走滑特征。

汶川地震断裂带断层滑移作用--来自高磁化率断层岩的信息

断层岩与地震有着密切相关,通常沿断裂带的断层面发育。本研究以2008年汶川地震(M_s8.0)的发震断裂(映秀-北川断裂带)发育的古地震造成的断层岩为研究对象,利用Bartington MS2仪器表面测量探头对发育于四川省都江堰市虹口乡(31°8.789′N,103°41.472′E)映秀-北川断裂带花岗岩中的两条断层岩开展了高密度测量。测试结果表明磁化率在2×10^(-6)SI到74×10^(-6)SI之间变化,所测剖面均显示出断层岩区域与高磁化率相互对应现象。这种现象可能是由于断层滑移作用产生的高磨擦温度导致断层岩中高磁化率新矿物的形成所致。断层滑移作用致使断层泥中矿物颗粒粒径的减小也可能使磁化率增强。高磁化率断层岩(断层泥)的存在可以作为地震断层的判别依据之一,本研究对于定量分析研究断层岩(断层泥)提供了一种新尝试。

过汶川地震主断裂科学钻WFSD-1反射地震采集方法研究

横穿龙门山地震反射剖面系列探测是WFSD工程中的一项重要研究内容.通过WFSD-1先导孔区二维反射地震的观测方法研究和试验,实现了预期目标:(1)在震后恶劣的天气、陡峭地形和地表严重破裂、破碎、滑塌等困难条件下,获得了WFSD工程首条分辨率较高的二维反射地震剖面;(2)从地学研究目的出发,结合龙门山地区的复杂地震地质条件,提出了以浅、中、深部复杂反射体探测为目标的高密度时间、空间采样的数据采集方法,为后续剖面的实施提供了方法依据;(3)发现了映秀—北川断裂带地表出露位置以西5 km范围内垂向上的多层次地质体的反射;1.2 s以下的中深部反射体明显具有层状沉积岩或变质岩的特征;推断认为测线上彭灌杂岩最大厚度约3 km;(4)灌县—安县断裂带呈明显的双层结构,山前隐蔽带沉积体系完整;(5)在孔区附近800m范围内,进行了20～30 m激发点距、10 m道距的密集观测,为WFSD-1孔完钻深度以浅反射体的高精度标定提供了可靠的原始数据.

汶川地震断裂带结构、岩性特征及其与地震活动的关系

文章以龙门山中央断裂带映秀-北川断裂带为研究对象,重点对汶川地震破裂带南段虹口乡八角庙地区地表断裂带进行了详细研究,并结合汶川地震科学钻探1号孔(WFSD-1)岩芯部分研究成果,探讨龙门山中央断裂带的物质组成及其结构特征。研究表明,映秀-北川断裂带由很多次级小规模断裂(破碎带)以及夹持其中的块体所构成,其中断层泥的厚度由几毫米到25cm不等,与WFSD-1岩芯记录的地震断裂现象基本一致。从虹口乡八角庙露头来看,映秀-北川断裂带整体宽约120m,分布有近80条含有断层泥的次级断裂带。以台湾车笼埔断裂钻探项目(TCDP)和汶川地震科学钻探(WFSD)研究来看,一次大地震只能形成几毫米至约2cm厚的断层泥,推断映秀-北川断裂带中每层断层泥至少发生过1次到13次地震,该区总厚度约150cm的断层泥中发生地震次数至少为183次,说明沿着映秀-北川断裂带重复发生过多次强地震活动。每次地震活动并不完全沿袭老的地震断裂主滑移带滑动,而是沿着断层泥边部区域滑动。从整个断裂带中断层泥分布特征来看,地震断裂活动具有向断裂下盘迁移的趋势,并且断层泥的厚度与断裂活动性成正比关系,表明断裂带宽度与地震活动次数及其演化历史有着成因上的直接联系,多次地震活动叠加可能是龙门山形成的主要成因。

龙门山中央断裂分段地震震级及强震复发周期的预测

汶川Ms8.0级地震发生后,对于龙门山发震构造带长期地震危险性评估的研究越来越受到了关注,以定量的、概率性的评估强活动断裂段的地震危险性也成为了近年来国际上研究长期地震预测的方向之一。作者以前人对龙门山中央断裂(映秀-北川断裂)活动构造的研究成果和汶川地震后地表特征的实测数据为依据,在对其进行活动分段的基础上,通过震级-标量参数经验关系式和强震重复间隔计算方法对中央断裂未来地震的可能震级及强震复发周期进行了定量计算,预估了中央断裂的分段地震震级、级联破裂地震震级以及龙门山构造带的强震复发周期。

汶川地震断裂带结构特征与龙门山隆升的关系

2008年汶川地震(MW7.9)发生在青藏高原东缘龙门山断裂带上,并沿映秀-北川断裂和灌县-安县断裂分别产生约270km和80km的不同性质的地表破裂带。断裂岩是断裂活动的产物,是断裂带的物质组成,其结构特征记录了断裂活动演化的历史。本文以汶川地震发震断裂映秀-北川断裂带中虹口八角庙地区地表露头和汶川地震科学钻探一号孔(WFSD-1)岩心为主要研究对象,通过详细的野外调研、显微结构及XRD分析等,识别出映秀-北川断裂带由五个次级单元组成,分别为:碎裂岩带、黑色断层泥和角砾岩带、灰色断层角砾岩带、深灰色断层角砾岩带以及断层泥和角砾岩带。断裂岩组合显示映秀-北川断裂带具有多核断裂结构特征。映秀-北川断裂带在地表出露的宽度约为240m,岩心中厚度约为105m,碎裂岩、断层角砾岩、断层泥在地表及岩心中均发育,而假玄武玻璃仅在地表碎裂岩部分出现。汶川地震主滑移带斜切了映秀-北川断裂带,不完全沿袭古地震滑移带,暗示汶川地震断裂带与映秀-北川断裂带可能不是同一个断裂体系。通过断裂岩的研究确定了映秀-北川断裂带存在着摩擦熔融、热增压、动态润滑和机械润滑等多种断裂滑移机制。低温热年代学的研究推断映秀-北川断裂带的形成时代为15～10Ma,自形成以来,映秀-北川断裂带的长期活动控制着龙门山的快速隆升。断裂带五个不同断裂岩组合的内部结构带,可能与龙门山不同的隆升速率期有着一定的联系。

地表探槽断裂岩岩石磁学揭示汶川地震断裂带不同滑移机制

岩石磁学能揭示岩石的磁性矿物组合,通过断裂岩不同的磁性矿物组合可揭示地震过程中磁性矿物变化、地震摩擦温度及地震滑移机制等基础地震地质问题。2008年Mw 7.9级汶川地震使两条断裂带同时发生地表破裂,包括映秀-北川和灌县-安县断裂地表破裂带,破裂带上地震断裂岩为岩石磁学提供了大量的研究对象。本研究主要以汶川地震地表破裂带上两个探槽内断裂岩为对象,包括映秀-北川地表破裂带上的八角庙探槽和灌县-安县地表破裂带上的九龙探槽,结合目前已发表的地表及WFSD-1孔的研究成果,从岩石磁学角度探讨汶川地震断裂带经历的地震滑移机制:1综合映秀-北川地震断裂带上八角庙探槽和其它位置的断裂岩岩石磁学研究,结果显示该地震断裂带附近断层泥的高磁化率源于新生的亚铁磁性矿物,如磁铁矿和磁赤铁矿等,故映秀-北川地震断裂曾经历高温快速热增压地震滑移机制;2灌县-安县地震断裂带上九龙探槽内断层泥略低的平均磁化率源于其铁的硫化物含量比断层角砾及侏罗纪砂岩多,铁的硫化物可能源于地震过程或断裂岩抬升到地表后的地表作用,如果断层泥中铁的硫化物多含量源于地震过程,则灌县-安县地震断裂带曾经历低温慢速机械润滑地震滑移机制;3两条断裂经历的不同地震滑移机制可能受控于断裂深部结构,如断层产状,映秀-北川地震断裂带的陡倾角易产生高温快速地震滑移,而灌县-安县地震断裂带的缓倾角更易产生低温慢速地震滑移。

2008年汶川M_S8.0地震多断裂破裂的近地表同震滑移及滑移分解

为深入理解汶川地震破裂的构造运动机制,本文选取典型的观测点,利用多种地质地貌标志测绘分析得到了汶川M_s8.0地震发震断裂的近地表三维同震滑移矢量.结果显示,北川映秀断裂上的白水河—高川破裂段北西盘沿88°方位角水平滑移2.58 m、垂直滑移3.70 m;安县—灌县断裂上的白鹿汉旺破裂北西盘沿134°方位角水平滑移1.63 m,垂直滑移2.00m;小鱼洞破裂带南西盘沿76°～79°方位角水平滑移2.15～2.71 m,垂直滑移1.36～1.51 m.平行的白水河高川破裂段和白鹿—汉旺破裂段合计形成1.72 m右旋走滑和3.49 m垂直断裂带的NW向水平缩短,总滑移方向(106°)与断裂带整体走向(42°)呈64°夹角,整个龙门山推覆构造带处于斜向挤压的构造环境.结合震源过程反演成果的分析显示,斜滑的白水河高川破裂段和逆冲型白鹿汉旺破裂段可能是在汶川地震中最大的一次子事件过程以滑移分解的形式而同时破裂形成的,滑移分解作用使两条断裂以斜滑与逆冲组合的力学性质产生破裂而非相同性质的斜滑破裂.小鱼洞破裂以低角度斜滑为主,可能是安县灌县断裂与北川映秀断裂以滑移分解形式同时破裂的纽带.小鱼洞断裂是龙门山断裂带长期处于斜向挤压的构造环境的产物,不只是逆冲断裂系中的捩断层.

龙门山汶川地震特征及构造运动学初析

2008年5月12日发生的龙门山汶川地震具有震级巨大、波及面宽、震中成线性展布的特点。根据震后构造地质调查,引发本次地震的断层活动主要表现为幕式斜冲与逆冲,其运动学特征是:断裂具有先走滑后逆冲,总体表现以逆冲运动为主。根据断裂面多期擦痕特征确定,断层活动主要为三期幕式活动,第一期为逆冲走滑,第二期为逆冲冲断,第三期为走滑逆冲。由地震破裂构造确定的主压应力方向为北西-南东方向。

汶川M_S 8.0地震基岩中的地表破裂

在汶川MS8.0地震中,地表破裂变形带多表现为挠曲坎或断层坎,地表基岩破裂少见,作者在安县肖家桥附近基岩中发现了出露完整的地震地表破裂带。在仔细分析该破裂带变形特征和内部结构构造的基础上,结合区域上地震地表破裂特点,认为:这次地震的地表破裂主要沿先存的映秀-北川断裂发生和扩展,地震断层作用形式以右旋斜冲运动为主,安县肖家桥附近映秀-北川断裂的最大垂直同震位错为5.4m,与通过挠曲坎或断层坎测量的结果基本一致。

龙门山断裂带脆塑性转化带内花岗岩的微量水分布特征及其在地震孕育中的作用

本文采集了映秀—北川断裂带南段出露的发生韧性变形的花岗岩样品,分析了脆塑性转化带内的岩石变形特征、变形温度和流动应力,并利用傅里叶红外吸收光谱仪(FITR)重点对石英和长石进行了测试.研究表明,龙门山断裂带深部发生过局部化塑性流动,以中、高温位错蠕变机制为主,重结晶细粒石英的粒度约15~100μm,估算得到的流动应力约15~80MPa.石英和长石内的微量水由晶体缺陷水、颗粒边界水和少量的包裹体水构成,两者的红外吸收光谱特点非常相似,主要吸收峰出现在波数3400cm^(-1)附近,次要吸收峰主要分布在波数3050cm^(-1)、3200cm^(-1)、3300cm^(-1)、3380cm^(-1)、3430cm^(-1)、3600cm^(-1)、3650cm^(-1)和3730cm^(-1)附近.花岗片麻岩内石英的水含量0.004~0.019wt%,长石的水含量0.013~0.043wt%;花岗初糜棱岩中石英的水含量0.004~0.018wt%,长石的水含量0.029~0.069wt%,愈合片麻岩中裂缝的早期石英脉中的细粒石英的水含量0.003~0.014wt%,发生半脆性-脆性变形的晚期石英脉的水含量0.016~0.032wt%.通过与前人的研究对比,认为龙门山地区韧性剪切带内微量水含量随变形程度增加而升高,弱化了脆塑性转化带内断层中心岩石流变强度,提高断层的应变速率,加强了脆塑性转化带向脆性域底部的闭锁断层的应变传递作用.对于难以滑动的高角度逆断层,这有利于强震在中地壳深度附近的孕育和发生.

汶川地震最大垂直位移处同震滑移带特征及其高磁化率意义

本文根据映秀-北川地表破裂带最大垂直位移观测点（31°50′21．2″N，104°28′09．7″E）测量数据，结合同震滑移面特征、擦痕产状等，重新讨论了汶川地震地表破裂带展布特征、过程、最大同震位移值等基本参数。该观测点对应约7.0m的垂直位移，水平位移约为5．0m。同震断层滑移面上只发育一组侧伏向为SW、侧伏角约55°擦痕，说明汶川地震破裂在映秀-北川断裂北段主要经历了一次破裂过程。使用U形槽连续采集同震滑移带断层泥样品，在2G-760岩石磁学系统自动控制平台上利用BartingtonMS2磁化率仪的环形探头，按每1cm间距采集数据。测试结果说明同震滑移带断层泥具有高磁化率特征，增强机制可能是由于地震滑移作用产生的高摩擦温度导致断层岩中高磁化率新矿物的形成所致。本研究对于鉴定断层岩经历摩擦生热作用提供了一种定量分析新尝试。