汶川8.0级地震前龙门山断裂带孕震构造运动特征分析

根据弹性回跳理论,利用1999至2007年相对中国大陆的三期GPS水平运动速度场资料,着重对每一期跨龙门山断裂带的GPS站点运动速度,在平行龙门山断裂带上的投影速度进行计算,在此基础上,以图示和幂函数拟合方式,分析了龙门山断裂带两侧地面相对运动变形情况。结果显示:汶川8.0级地震前龙门山断裂带两侧地面相对运动出现了右旋剪切运动,且这种右旋剪切运动受阻于龙门山断裂带。这对于识别判定孕震弹性应变能积累变形异常,进而开展地震预测与研究具有积极意义。

龙门山断裂带印支期左旋走滑运动及其大地构造成因

位于青藏高原东缘的龙门山构造呈北东—南西向将松潘—甘孜褶皱带和华南地块分割开。前者主要是由一套巨厚的三叠纪复理石沉积组成 ,分布在古特提斯海的东缘。后者由前寒武纪基底和上覆的古生代和中生代沉积盖层组成。位于汶川—茂汶断裂以东的前龙门山存在一系列倾向北西的逆掩断层 ,它们将许多由元古宙和古生代岩层组成的断片向南东置于四川盆地的中生代红层之上 ,构成典型的薄皮构造。许多研究由此断定松潘—甘孜褶皱带和四川盆地之间在中生代发生过大规模的北西—南东向挤压。然而 ,汶川—茂汶断裂西侧的松潘—甘孜褶皱带内部的挤压构造线大多是垂直于而不是平形于龙门山断裂带 ,这表明当时的挤压应力不是北西—南东向而是北东—南西向。近年来在龙门山构造带内发现 ,在三叠纪时龙门山断裂带在发生推覆的同时还经历过大规模的北东—南西向的左旋走滑运动 ,协调走滑运动的主要构造为汶川—茂汶断裂。走滑运动的成因与松潘—甘孜褶皱带北东—南西向缩短有关。汶川—茂汶断裂的左旋走滑在龙门山的北东端被古特提斯海沿勉略俯冲带的消减和发生在大巴山的古生代 /中生代岩层的褶皱和冲断作用所吸收 ,在龙门山的南西端被古特提斯海沿甘孜—理塘俯冲带的消减和松潘—甘孜三叠纪复理石的褶皱和冲断作用所吸?

龙门山活动断裂带运动学特征及其构造意义

2008年青藏高原东缘龙门山地区发生的MS8.0级地震,致使龙门山断裂带的后山断裂、中央断裂和前山断裂也发生了构造活动,产生了不同规模的同震地表破裂带,同时在活动断裂面上保留了最新擦痕和正反阶步。根据断裂面阶步及最新擦痕测量分析,后山断裂的耿达—草坡段为逆冲断层,汶川—茂县段为逆-走滑断层,由擦痕反演的最大主压应力为近水平的NW—NWW向;平武—青川段为走滑-逆断层,由擦痕反演的最大主压应力为近水平的SWW—W向。中央断裂的映秀—小鱼洞段为逆冲断层,小鱼洞北—北川段为逆-走滑断层,由擦痕反演的最大主压应力为近水平的NW—NWW向;北川县北—南坝段为走滑-逆断层,由擦痕反演的最大主压应力为近水平的SWW—W向。前山断裂的都江堰—蓥华段为逆冲断裂,蓥华—西坪段为逆-走滑断层,由擦痕反演的最大主压应力均为近水平的NW—NWW向。对比分析表明,擦痕反演最大主压应力方向变化过程与地震资料反演最大主压应力方向变化过程相吻合。

敦密断裂带新生代岩浆旋回及喜山期构造运动的划分

关于敦密断裂带新生代岩浆活动问题,通过近200个K-Ar同位素测年数据统计分析,结合该带火山-沉积盆地的分布及演化,对其火山事件地层进行了划分,划分出65～44 Ma,42～32 Ma,31～24 Ma,23～12 Ma,10～55 Ma,5～2.6 Ma六个岩浆旋回。以此为标志,表明其经历了喜山期43 Ma、31 Ma、23 Ma,11 Ma,5.5 Ma,2.5 Ma六幕构造运动。为中国东北、乃至中国东部喜山期构造运动及相关的成矿事件划分提出了一个新的认识。

龙门山断裂带深部构造和物性分布的分段特征

根据龙门山断裂带周边的固定数字地震台网和流动地震观测获得的宽频带地震记录,用多种地震学方法研究该地区的地壳上地幔结构。深部结构研究表明,龙门山断裂带物性分布具有显著的分段特征。用远震接收函数H-k叠加方法计算了各个台站的地壳厚度和波速比。地壳厚度总体变化是,地壳从东向西增厚,最小厚度为37.8 km,最大厚度是68.1 km。从东南向西北横跨龙门山断裂带的地壳急剧增厚,从41.5 km增厚至52.5 km。但是,龙门山断裂带两侧地壳厚度的差异在断裂带的南段和北段是不同的。在南段,地壳厚度急剧变化的分界线在中央断裂附近;在中段,分界线在后山断裂附近;在北段,则断裂带两侧地壳厚度差异很小。泊松比的空间分布是,松潘—甘孜地体北部和西秦岭造山带具有低泊松比(ν<0.26),扬子地台具有低—中泊松比(ν<0.27),松潘—甘孜地体南部、三江褶皱带和四川盆地具有中—高泊松比(0.26<ν<0.29)。除龙门山断裂带南段及其附近,大部分地区均不具有超高的泊松比(ν>0.30)。龙门山断裂带南段地壳具有高泊松比(ν>0.30),而北段地壳则为中—低泊松比。高泊松比可以看成是铁镁质组分增加和/或部分熔融的证据,表明那里的下地壳部分熔融是可能的。松潘—甘孜地体东南部地区的下地壳处于富含流体或温度较高的部分熔融状态,它有助于青藏高原的下地壳物质向东运动。青藏高原东部中、上地壳向东运动受刚性强度较大的扬子地台的阻挡,沿龙门山断裂带产生应变能积累。当应变达到临界值,发生急剧的摩擦滑动,释放积累的应变能,产生汶川Ms8.0地震。汶川地震在龙门山断裂带不同地段,表现出不同的破裂特征和余震分布,可能与断层带的分段深部构造差异有关。

龙门山断裂带现今构造应力场特征及分段性研究

龙门山断裂带位于青藏高原与华南地块之间.由后山断裂、中央断裂、前山断裂和山前隐伏断裂四条主断裂组成.其活动性具有明显的分段性.本文在前人研究成果的基础上,从构造应力的角度对龙门山断裂带的分段性进行分析研究,以茂县-汶川区段和大邑-映秀区段为界将龙门山断裂带划分为三段:北段、中段和南段,且中段是南、北两段的过渡部位.从应力的量值看,龙门山断裂带整体应力状态表现为σH>σh>σv,表明水平应力作用占主导.50～100m深度范围内,北段的应力值明显高于南段.100～200m深度范围内,南段的应力值反而高过北段.且龙门山断裂带南段的应力作用强度高于北段,随深度的增加越发明显.从应力方向看,龙门山断裂带南段最大主压应力方向为NW-NWW向,而北段为NE-NEE向.北、中两段的分界区段应力方向体现了由南段NWW向到北段NEE向转换的特征.应力方向由南到北发生NW向到NE向转变的特征与该区震源机制解反映的主压应力方向较为一致.龙门山断裂带北段受岷山隆起及虎牙断裂影响明显,深部构造或与中南段分离,脱离松潘-甘孜褶皱带的控制,大地震释放的应力比较充分,而南段应力并未充分释放,且震后应力已有一定程度的恢复和重积累,积累能量的程度随深度增加而增强.

龙门山断裂带深部构造变形的黏弹性模拟及其与强震活动的关联性探讨

根据龙门山断裂带地区的主要构造特征,建立该地区的有限元模型,同时考虑地下深处的黏弹性蠕动和不同部位间的接触关系,模拟计算了研究区在强震轮回活动中的时间演化历程.模拟结果表明:龙门山断裂带深处的滑动速率比浅表的滑动速率大,龙门山断裂带周围是相对容易发生应变积累的地区,其5~19km深度也是高应力聚集成核区,随时间推移的应力集中程度加剧而引发强震.本模拟分析证实了重复地震观测所揭示的龙门山断裂带存在深浅活动速率差异的现象,这在一定程度上可以解释出乎预料的汶川MW7.9地震的孕育机理.综合分析研究提出:应充分利用重复地震这一天然的"地下蠕变计(subsurface creepmeter)"来探测深部构造变形的活动,为强震危险性分析提供必要的"原位(in situ)观测"约束信息.

龙门山逆断裂带中段的构造地貌学研究

龙门山逆断裂带中段由３条主要的逆断裂带组成，根据构造地貌学特征和地震活动性推测，其第四纪活动性自南西向北东方向递减，表现出明显的分段性。其中灌县－江油断裂控制了山地与平原或山地与丘陵区的分界以及第四系的厚度，根据这一特征可知该断裂的活动性自南向北，在大邑、灌县和彭县一带最强，绵竹次之，安县至江油最弱。断裂活动的分段性可能受龙门山北部南北向岷山隆起的控制。由于新构造活动分布在３条断裂上，所以区内以６级以下的中小地震活动为主。

汶川Ms8.0地震后龙门山断裂带地壳应力场及其构造意义

2008年5月12日在青藏高原东缘龙门山断裂带中段发生汶川8.0级特大地震。大震发生时释放应力并对震源区及外围构造应力场产生影响,受汶川地震断层破裂方式和强度空间差异性的影响,震后龙门山断裂带地壳应力场也应表现差异特征,至今鲜有针对该科学问题深入的分析和讨论。经过系统收集、梳理汶川地震后沿龙门山断裂带水压致裂地应力测量数据与2008年汶川地震中强余震序列震源机制解资料,对汶川地震后龙门山断裂带中上地壳构造应力场进行厘定,通过与震前构造应力场对比,深入探讨了汶川8.0级地震对龙门山断裂带地壳应力场的影响,进而对汶川震后应力调整过程及青藏高原东缘龙门山地区深部构造变形模式进行研究,研究结果表明:受汶川8.0级地震的影响,震后龙门山断裂带地壳构造应力场空间分布具有差异性,近地表至上地壳15 km深度范围,映秀—青川段最大主应力方向为北西西向、地应力状态为逆走滑型,青川东北部最大主应力方向偏转至北东东向、应力状态转变为走滑型;15~25km深度范围,龙门山断裂带最大主应力方向仍为北西—北西西向、应力状态以逆冲型为主。汶川8.0级地震后,龙门山断裂带中地壳北西西向逆冲挤压的构造应力特征进一步支持了青藏高原东缘龙门山地区东西两侧刚性块体碰撞挤压、逆冲推覆的动力学模式。

龙门山和鲜水河断裂带对区域构造加载作用的动态响应

为了研究汶川地震和鲜水河断裂带上的地震之间是否有触发作用及区域构造加载作用在这些地震发生过程中对应力场的影响.我们以汶川地震和鲜水河断裂带所在区域上的共7次地震为研究对象,区域构造加载作用由GPS速度边界近似,用分裂节点技术模拟上地壳地震的发生,并采用三维黏弹性有限元方法,模拟库仑应力的演化.研究结果表明：鲜水河断裂带上的地震震前积累的库仑应力的17%～38%来自区域构造加载的持续作用,其他的地震形变引起的库仑应力的积累约占49%～67%,故地震触发作用明显（除1948年理塘地震和1973年炉霍地震外）;而汶川地震震前1893—1981年发生的地震释放了该区部分库仑应力,不可能对汶川地震有触发作用.汶川地震的库仑应力积累可能主要来自区域构造加载作用,地震发生以后几乎释放了所在区域的所有库仑应力,形成新的格局.

2008年汶川8.0级地震的发震构造:沿龙门山断裂带新生的地壳深部断裂

在区域地质构造研究中,龙门山断裂带也称为龙门山褶皱-冲断带或推覆构造带。许多研究者认为,2008年汶川8级地震的发震构造是这条断裂带或其中央映秀—北川断裂。笔者在深入分析龙门山断裂带的构造演化和岩石圈结构构造特征的基础上,着重探讨8级地震的发震构造,提出不同的认识。龙门山断裂带经历了松潘—甘孜造山带的前陆褶皱-冲断带(T3-J)、造山带(K-E)和青藏高原边缘隆起带(N-Q)3个动力学条件不同的演化阶段,在前两个阶段断裂带递进发展,第三阶段断裂带则被改造。从三维空间看,龙门山断裂带位于松潘—甘孜地块东南缘的上地壳内,并被推覆到扬子陆块上;而松潘—甘孜地块的中—下地壳和岩石圈地幔发生韧性增厚,而且向扬子陆块壳下俯冲,从而使浅、深部构造在垂向上形成"吞噬"扬子地块的"鳄鱼嘴"式结构。虽然在平面上汶川8级地震的主余震分布与映秀—北川断裂一致,但从剖面上看其震源所构成的震源破裂体位于龙门山断裂带之下的扬子陆块内。这种不一致性表明,8级地震的发震构造不是龙门山断裂带,而是扬子陆块内新生的高角度断裂,其走向基本与龙门山断裂带一致。推测这一震源断裂的形成过程是:当松潘—甘孜地块向东南推挤时,其前缘"鳄鱼嘴"构造咬合并错断被吞噬的扬子陆块部分,形成具有右旋逆平移性质的新断裂,导致汶川8级地震的发生。

基于青衣江变形河流阶地研究龙门山断裂带南段的构造活动性

龙门山断裂带南段第四纪沉积差,断层出露不明显,晚第四纪构造活动性资料零星。为了提高对龙门山断裂带南段构造活动性的认识,探索芦山地震的发震构造,文中在分析龙门山断裂带南段的地貌以及构造演化的基础上,对跨盐井-五龙断裂、大川-双石断裂和芦山盆地的青衣江不同段的6级河流阶地进行了差分GPS连续测量和细致研究,结合对高分辨率航拍影像的地质解译,得到了龙门山断裂带南段青衣江各段的河流阶地横剖面,通过不同河段河流阶地的对比分析,建立了龙门山断裂带南段青衣江河流阶地纵剖面。通过对河流阶地的变形分析,发现龙门山断裂带南段晚第四纪以来,盐井-五龙断裂的平均垂向断错速率为0.6~1.2mm/a,大川-双石断裂没有明显的垂向活动,芦山地震的发震断层控制的山前褶皱最新活动。结合龙门山断裂带南段的地壳深部结构资料和芦山地震的精定位余震资料等,认为芦山地震的发震构造不是大川-双石断裂,而是龙门山断裂带南段的山前盲逆断层和反冲断层。

龙门山断裂带北东段活动断裂的遥感影像解译及构造活动性分析

活动断裂活动性的强弱显著影响着人们的生命、财产安全。在系统总结活动断裂的遥感影像解译标志的基础上,综合利用Landsat ETM+影像、ASTER GDEM数字高程模型及Google Earth影像等多种数据资料,结合前人研究成果,获得研究区活动断裂的空间展布情况:平武—青川断裂、北川—映秀断裂北东段、茶坝—林庵寺断裂和广元—江油断裂在空间展布上大致平行。通过对错断水系错位量的测量、夸张三维地貌的对比、历史地震震级对比和地形起伏度等比较分析,得出了断裂的性质和活动性强弱情况:平武—青川断裂、北川—映秀断裂北东段、茶坝—林庵寺断裂和广元—江油断裂为研究区内主要的活动断裂,均为右旋走滑兼逆冲断裂;平武—青川断裂的活动性最强,北川—映秀断裂北东段及茶坝—林庵寺断裂的活动性次之,广元—江油断裂的活动性最弱。龙门山断裂带北东段主要活动断裂的活动性由北西向南东减弱。

龙门山断裂带北东段现今地震活动特征

文中基于中国测震台网统一地震编目网2010年1月—2020年6月的正式地震观测报告反演了龙门山断裂带北东段的最优一维速度结构,并矫正了初始震源位置,在此基础上开展了小地震精定位工作,结合汶川MS80地震早期余震精定位结果和震源机制解资料综合分析了龙门山断裂带北东段现今的地震活动特征。结果显示:南坝地区(S区)小地震平行于主破裂带分布;中段(M区)小地震偏离主破裂带分布,在两侧分别形成了丛集区M2和M3;北段青川附近(N区)地震沿主破裂带和青川断裂密集分布(N1区),地震活动强度较大,且沿主破裂带与青川断裂震源深度剖面特征有所不同。推测研究区南端S区的小地震空间分布延续了汶川地震主破裂的特征;北端N区汶川地震破裂受到宁强—勉县一带上地壳高速体的阻挡,地表破裂带消失,应力向深部传导,对青川断裂运动的触发作用明显。综上分析认为,先存断层、新生破裂与主破裂共同作用导致了龙门山北东段现今地震活动复杂的空间特征,暗示了汶川地震后应力传递和调整过程的空间不均匀性,这可能与北段复杂的地质结构有关。

龙门山中段彭灌断裂带汶川M_S8.0地震同震破裂断层识别及其浅、表构造特征

2008年汶川M_S8.0地震在龙门山中段的彭灌断裂带产生的地表破裂,是该地震产生的第二大地表破裂带。综合应用地质、钻井以及二维、三维地震数据,利用横贯前山带的多条人工地震反射剖面,对彭灌断裂带产生同震破裂的断层进行准确识别和解释。研究表明,龙门山中段的彭灌断裂带是一套由3条主要断层和次级广泛发育的断裂组合构成,浅层表现为叠瓦构造样式,断裂之间发育小型双重构造。汶川M_S8.0地震在彭灌断裂带产生的地表破裂是由该断裂带前缘③号主断层活动产生的。彭灌断裂整体看上陡下缓,为轴面多次转折形成断坪一断坡式组合样式。分析认为彭灌断裂初步形成于晚三叠世末期,晚侏罗世之后大规模逆冲推覆,新生代继续活动,是多期次继承性断层。根据浅表地质主要断裂构造以及同震地表破裂特征,龙门山中段彭灌断裂带沿走向可分为白鹿和汉旺两个次级构造段。对龙门山中段彭灌断裂带的浅、表构造特征进行研究,可为进一步认识前山带主要断裂构造带提供一定的依据和约束。

大巴山与龙门山前晚三叠世构造运动的储集层沉积学响应

通过对大巴山前樊哙剖面与龙门山前小塘子村剖面上三叠统沉积相垂向演化分析、砂泥岩X射线荧光光谱分析、储集层微观薄片研究,认为川东北与川西北地区上三叠统的沉积环境、沉积水体的深度和盐度及砂岩碎屑组分与印支晚幕构造运动有紧密的关系。印支晚幕运动早期,大巴山与龙门山前的小塘子组沉积水体盐度较高,属温暖潮湿气候下的潮坪沉积;须家河组二段沉积时期,随着大巴山与龙门山的低幅隆升,古气候由温暖潮湿逐渐变为较干冷,沉积水体变浅且盐度高,属辫状河三角洲沉积。须三段沉积时期,大巴山与龙门山前古气候又演变为温暖潮湿,沉积水体加深,湖泊沉积较发育,水体盐度逐渐降低。印支晚幕安县运动发生后,大巴山前与龙门山前的古气候变得干冷,沉积水体变浅,盐度降低,沉积物属典型的陆相淡水沉积。同时,小塘子组—须家河组砂岩碎屑成分也随着构造运动的演化具有显著的不同。

龙门山断裂带测区古构造残余应力随深度分布及带中残余能量

以岩体正交异性弹性理论为基础，用Ｘ射线法，在龙门山断裂带测区，选取３个小区深钻孔系列的岩心，测量了岩体中宏观残余应力场的水平和铅直三维主分量、水平和铅直最大剪应力，及其应变能密度随深度的分布，分析了它们沿深度的分布规律，估算了该断裂带岩体中储存的宏观残余弹性应变能的量级。

川西鲜水河、安宁河和龙门山断裂带地热水的水文地球化学特征及成因模式的讨论

[研究目的]研究川西鲜水河断裂带、安宁河断裂带和龙门山断裂带地热水的水化学特征及成因模式,可为川西地热水资源的合理开发利用提供重要参考依据。[研究方法]本文运用水文地球化学、热储温度计算、氢氧同位素等方法分析了分布在3条断裂带上的48处典型温泉(地热井)的水化学组分、水化学过程、热储温度和深度、热水补给来源等特征,并探讨了其形成模式。[研究结果]结果显示:(1)鲜水河断裂带热水水化学类型以HCO_(3)-Na型为主;龙门山断裂带主要为SO_(4)-Na和Cl-Na型;安宁河断裂带包括HCO_(3)·Cl-Na、HCO_(3)·SO_(4)-Ca·Mg和Cl·SO_(4)-Na型等。(2)3条断裂带地热水组分主要受硅酸盐矿物溶解和离子交换作用控制。(3)鲜水河断裂带热储温度为129.6~210.6℃,深度为2532~4184 m,冷水混入比为66%~82%;安宁河断裂带热储温度为81~121.9℃,深度为2155~3519 m,冷水混入比为52%~95%;龙门山断裂带热储温度为108.2~153℃,深度为3573~5654 m,冷水混入比为68%~89%。(4)3条断裂带的地热水接受大气降雨补给,补给高程分别为鲜水河断裂带2493~5034 m、安宁河断裂带3235~3839 m和龙门山断裂带1628~4574 m。(5)鲜水河断裂带地热水的“δ^(18)O漂移”程度强于安宁河断裂带,龙门山断裂带部分地热水出现“δ^(18)O漂移”和“负向漂移”特征。[结论]基于本次研究得到的3条断裂带地热水成因模式,鲜水河断裂带地热水的开发潜力优于安宁河断裂带、龙门山断裂带,是四川省中高温地热资源开发利用的优势靶区。

龙门山印支运动主幂辨析——再论安县构造运动

根据龙门山前山保存大量地层不整合及盆内深井钻探和地震剖面等资料,进行盘—山耦合研究,注意到该区构造、沉积发展程序清晰,再次确认在三叠系上统须家河组四段沉积之前,本区有一次最强烈的造山运动(安县构造运动)。流行的“多期论”、“递变论”长期冲淡、淹没这一极其重要的地质事件,应正本清源。

地貌参数提取方法以及与构造活动的关系——以龙门山断裂带南段为例

利用地貌特征来反映构造活动是活动构造的常用研究方法,而借助多种计算机软件和高分辨率数字高程模型可以迅速而有效地提取各种地貌参数。介绍利用Arc GIS、River Tools以及Matlab等软件快速提取面积高程积分、河流分支比、河流坡降指数、Hack剖面、地貌起伏度以及坡度等地貌因子的方法,并以龙门山断裂带南段为例,介绍地貌特征与构造活动之间的关系。