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。

西秦岭北缘上新统木梯寺砾岩成因——兼论青藏高原东北缘隆升

青藏高原东北缘是何时卷入现今青藏高原动力学系统而隆升成为高原的组成部分一直存在争议。高原周缘上新世—第四纪广泛出现的粗砾岩多被认为是高原隆升的重要地质标志。西秦岭北缘构造带北侧出露的上新世积石山砾岩、甘家砾岩、韩家沟砾岩等都被认为是青藏高原东北缘快速隆升的地质依据,但这些砾岩由于第四纪以来隆升—侵蚀,多呈孤立块体分布在山顶。西秦岭北缘武山县新寺镇与高楼镇之间卧龙里—大坪一带山顶出露的一套粗砾岩(木梯寺砾岩)具有与漳县北出露的上新统砾岩相同或相似的特征,但却分布在西秦岭北缘断层之南,其研究对于西秦岭上新世隆升及构造边界确定具有重要的地质约束。通过对木梯寺砾岩的地貌特征、沉积旋回、岩性分段、砾石大小、分选性、磨圆度、砾石成分和古流向等较详细的研究,主要取得了如下认识:1)木梯寺砾岩是一套厚度约380 m,粒度粗且变化大、分选差、磨圆度低、旋回性清晰的洪积扇相和扇上季节性河道相互层的粗砾岩,高耸陡峭的山体地貌形态区别于下伏白垩系红色砂砾岩、砂岩的相对平坦地貌;2)扇上河道相砾岩中砾石叠瓦排列指示了自南向北的古流向,砾石成分以石灰岩、砂岩为主,含有少量花岗闪长岩、花岗岩砾石,指示了其物源区主要为西秦岭印支期造山带地层和侵入体;3)该套砾岩近水平的产状、特征性的地貌、典型的冲洪积扇组合,指示了其应该为山前近源、快速堆积体,这与漳县地区上新统韩家沟砾岩具有惊人的相似性,因此,认为这套砾岩与韩家沟砾岩是同时代、同成因的地层,即这套砾岩时代应该为上新世;4)木梯寺砾岩虽然与漳县上新统韩家沟砾岩相似,代表了西秦岭北缘上新世以来的挤压背景下的类前陆盆地沉积,指示了青藏高原东北缘(西秦岭地块)一次快速隆升,但其分布在西秦岭北缘断层之南,角度不整合在白垩系之上,那么上新世西秦岭向北逆冲和隆升的边界应该向南推移至少数十千米,但边界具体位置的确定还有待在西秦岭区域寻找类似砾岩的线索和对边界断层的识别研究。

西秦岭北缘渐新世砾岩沉积特征及沉积环境——渐新世—中新世盆地构造环境约束

西秦岭北缘漳县—武山地区沿漳河两岸出露一套厚度近300 m的渐新统红色砾岩、砂砾岩夹粗砂岩组成的砾岩组合。这套砾岩角度不整合在古生代、中生代不同时代地层之上或以断层与前新生代地层相接触,其在孙家峡一带出露典型,层序完整,故称其为孙家峡砾岩。这套砾岩向上逐渐过渡为红色或灰色泥岩、粉砂质泥岩、钙质泥岩等湖相沉积,构成了一个下粗上细正旋回沉积组合。这套沉积组合是漳县渐新世—中新世含盐盆地最下部的一个沉积旋回,其沉积旋回、沉积环境及其沉积的构造背景研究对于漳县渐新世—中新世含盐盆地的构造属性确定和认识印度—欧亚板块碰撞汇聚动力学的远程地质响应等具有重要意义。通过对孙家峡砾岩的沉积旋回、沉积构造、砾石特征、古流向等详细研究,结合控制这套砾岩组合的边界断层多期变形资料和区域上同时代相应沉积地层的对比,取得了如下认识:(1)孙家峡砾岩沉积旋回、沉积构造和砾石分选、磨圆、排列等特征指示了其除底部为冲洪积扇和扇上河道沉积外,主体为山区辫状河道相、曲流河道相夹洪泛相沉积为主的河流加积沉积;砾石成分和古流向指示了F1断层之南的志留纪—三叠纪造山带地层虽对其物源有一定贡献,但其主要物源区更可能是来自西部祁连地块;(2)依据孙家峡砾岩及上覆湖相沉积共同构成的具有断陷盆地的正旋回沉积特征和控制盆地沉积的F1断层早期伸展正断层作用,证实这套砾岩组合为伸展断陷河谷盆地沉积,砾岩之上的湖相沉积是持续快速伸展断陷而形成的湖相沉积;(3)西秦岭北缘渐新世断陷盆地性质确认,澄清了地学界长期持有的压陷盆地或前陆挠曲盆地的模糊认识,也指示了西秦岭北缘渐新世—中新世盆地发育初期无疑是处于伸展拉张状态,这与印度—欧亚碰撞汇聚向北扩展的挤压缩短构造相悖。因此,推测渐新世印度—欧亚碰撞汇聚的动力学效应尚未波及到该区域。

西秦岭北缘断裂带断层土壤气观测分析

对西秦岭北缘断裂带定点台站(马窑、毛集、原家庄)断层土壤气氡、二氧化碳、痕量氢、甲烷观测资料使用正常动态分析方法,从潮汐、气温、气压、降雨方面进行对比分析。分析结果表明:断层土壤气体背景值稳定,与气温呈正相关,与气压呈负相关;断层土壤气能够反应固体潮潮汐变化;气氡、痕量氢和甲烷在地震前表现出明显的临震特点。

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。

西秦岭北缘断裂带黄香沟段晚第四纪活动表现与滑动速率

文章对西秦岭北缘断裂带黄香沟段的沉积建造、构造地貌等开展了野外调查与研究。冲沟位错、断裂剖面、山脊位错、线性槽地、洪积扇变形与断塞塘等详细的构造地貌分析,显示断裂带在黄香沟段晚第四纪具有较强的活动性,以左旋走滑兼有倾滑分量为特征。根据其中两条晚更新世末期以来的冲沟左旋水平位错平均值30.5±3.0m,及其14C限定的冲沟发生位错的年龄为13480±240aB.P.,获得断裂晚第四纪的水平滑动速率为2.3±0.2mm/a。同时,由断裂位错洪积扇形成的1.05±0.30m垂直位移量,与该期洪积扇形成的14C年龄3690±100aB.P.,估算了断裂晚第四纪的垂直滑动速率为0.28±0.08mm/a。

西秦岭北缘断裂带黄香沟段晚第四纪水平位移特征及其微地貌响应

西秦岭北缘断裂带是青藏高原东北部一条左旋走滑为主的活动断裂带，其在黄香沟一段活动性较强，活动现象典型。对沿断裂带分布的地貌、地质体等晚第四纪位移量的研究表明，在黄香沟一带，断裂晚更新世晚期以来的水平位移量最大为40～60m；最小为6～8m，可能是一次滑动事件的特征位错量。断裂带上的位移具有分组特征，各组位移值之间具有6～8m的稳定增量。位移值的分组性和增量特征反映了该段断裂具有特征地震的活动特征，而7组位错值则反映了断裂7次特征活动事件。关于黄香沟一带与断裂相关的微地貌分析，也获得了大致相对应的事件次数。并由此初步推测，晚更新世晚期以来，该断裂带有过多次强烈活动，活动期次明显。

西秦岭北缘漳县中-新生代红层地层格架厘定及其地质意义

西秦岭北缘潭县地区分布的中—新生代红层地层格架和时代一直存在争议。该地区红层地层格架的正确厘定对于重建西秦岭北缘中—新生代构造地貌演化过程和认识印度-欧亚板块汇聚碰撞过程在青藏高原东北缘的远程地质响应具有重要的科学意义。通过对红层地层与下伏老地层以及不同红层地层之间的角度不整合、红层沉积序列及岩石学特征和红层地层与西秦岭北缘断层之间关系的研究,结合孢粉分析资料,重新厘定了西秦岭北缘漳县地区的红层沉积地层地质格架。研究表明,西秦岭漳县地区分布的中—新生代红层地层自下而上可分为三套地层系统,即①下白垩统紫红色砂岩、砾岩。②中新统红色砾岩、砂岩、黏土岩和深紫色-灰色泥岩、灰色泥灰岩、蒸发岩系。③上新统河流相砾岩层(韩家沟砾岩)和F1断层以北的红色洪积砾岩层。三套红层地层之间都为角度不整合面分割,相对地质关系清晰,沉积岩石特征差异明显,尽管由于断层的破坏,但没有影响到整体地层格架。三套红层地层系统反映了西秦岭北缘中—新生代不同阶段的沉积构造环境和古地貌演化过程,为研究西秦岭中—新生代陆内构造过程和青藏高原隆升、构造变形向东北缘的扩展远程效应等科学问题提供了基本的地质约束。

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。

西秦岭北缘天水地区新元古代花岗质片麻岩地球化学特征及其形成环境

西秦岭北缘新元古代花岗质片麻岩位于天水地区分隔北秦岭造山带和北祁连构造带的新阳-元龙韧性剪切带中。花岗质片麻岩具高Si、高Al的特征,属高钾钙碱性系列,A/CNK在1.104～1.389之间,为硅、铝过饱和类型,属典型的强过铝质S型花岗质岩石。轻、重稀土元素分馏较强,具中等负Eu异常。岩石富集大离子亲石元素(Cs、Rb、Ba、Th、U、K、La等),强烈亏损高场强元素(Nb、Ta、Ti、Hf等),明显的Ba、P、Sr负异常,相对富集Zr。该花岗质岩石是一种典型的壳源成因类型,主要为上地壳中以成熟度较低、含泥质成分较高的杂砂岩、岩屑杂砂岩为原岩的古元古界秦岭岩群中含水矿物相脱水部分熔融形成的,可能存在少量的分离结晶作用。该花岗质片麻岩具有同碰撞型花岗岩的特征,可能是北秦岭微地块与相邻地块在新元古代早期发生汇聚的产物,是Rodinia超大陆在西秦岭地区汇聚的响应。

西秦岭北缘断裂带断层气浓度空间分布特征与强震危险性分析

以西秦岭北缘断裂带不同段断层气Hg、Rn浓度空间分布特征分析为基础、通过对历史大震背景、现今地震活动影像以及b值空间分布特征的对比分析,从地球化学的角度,对西秦岭北缘断裂带不同段落的活动习性进行深入探讨,并识别出该断裂带潜在大震危险区段。可为未来地震趋势判定及震情跟踪提供重要的基础资料。

西秦岭北缘断裂带西端晚第四纪活动特征及其西延问题

西秦岭北缘断裂是青藏高原东北缘的一条以左旋走滑运动为主的大型活动断裂。通过卫片解译和野外地质调查,认为断裂西端活动性仍很强烈,并发现切龙沟一带全新世活动特征明显。结果表明,全新世以来西秦岭北缘断裂西端至少有2次古地震事件,说明断裂经过土房村以后活动并没有停止,而是继续向西延伸,最后终止于甘加盆地。

西秦岭北缘断裂带特征地震平均复发间隔的确定和地震危险性评价

时间相依的地震危险性概率评估方法是最近 10a来逐渐发展起来的 ,是一种将已获得的定量地质资料运用于活动断裂中—长期地震潜势概率评估的方法 ,从而使得在缺乏历史记载或仪器记录资料 ,但已获得断层平均滑动速率、同震位错、古地震年代序列等资料的活动断裂段上评估未来的发震概率成为可能。在定量计算活动断裂未来地震危险性的过程中 ,作为输入参数之一的特征地震平均复发间隔是一个至关重要的参数 ,它的确定将直接影响到概率计算的结果。对研究断裂上已获得的历史地震资料 (H)、地质资料 (G)和古地震资料 (P) ,笔者采用了时间可预报 (T)和准周期 (Q)两种模式分别计算其平均复发间隔 ,比单一的只假定一种复发模式计算更具有完善性和可靠性。在叙述该方法的同时 ,以西秦岭北缘断裂为例 ,详细阐述了该断裂上特征地震平均复发间隔的确定 ,并在此基础上对西秦岭北缘断裂未来地震潜势作了定量评估。

西秦岭北缘漳县新生代伸展断陷盆地确定及其地质意义

西秦岭北缘断裂带新生代以来挤压逆冲变形起始于何时?挤压逆冲变形之前是否经历过伸展拉张过程?北缘断裂带北侧的新生代红层盆地到底是类前陆压陷挠曲盆地还是拉张断陷盆地?上述问题对西秦岭新生代盆-山构造格局重建和印度-欧亚板块碰撞汇聚的远程构造响应的时间与方式等科学问题的认识具有重要的地质约束。本文通过对西秦岭北缘构造带内漳县渐新世—中新世含盐红层盆地沉积序列和沉积旋回特征以及盆地边界断裂之间的几何学-运动学关系分析,认为西秦岭北缘构造带内漳县含盐红层盆地具有拉张伸展动力学背景下形成的断陷盆地的地质特征。西秦岭北缘构造带内渐新世—中新世断陷盆地的确定,指示了印度板块与欧亚板块碰撞汇聚而导致的青藏高原构造挤压缩短作用至少在盆地沉积充填阶段尚未扩展到西秦岭北缘及以北地区。而漳县含盐红层盆地沉积地层褶皱缩短变形以及之后角度不整合在漳县含盐红层盆地之的上新统韩家沟粗砾岩,可能记录了西秦岭北缘由伸展边界向挤压缩短逆冲边界的转换过程。因此,青藏高原东北缘真正成为青藏高原体系组成部分是在上新世的漳县含盐红层盆地封闭-构造反转之后。这一认识对地学界长期以来认为印度板块与欧亚板块碰撞汇聚而导致的高原隆升和构造挤压早在渐新世就已经波及西秦岭北缘的观点提出了挑战。

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。

秦岭北缘断裂带温泉水循环深度与地震活动性的关系研究

研究了秦岭北缘断裂带温泉水的氢氧同位素和氦同位素,同时通过温泉水的热储温度和当地地温梯度计算了温泉水的循环深度;统计分析了1900-1997年间的地震频度。从水对断裂及其围岩的弱化的角度讨论了温泉水深循环对地震活动性的影响。结果表明各段地震活动性的差异与温泉水循环深度的差异有关。认为循环深度较深的陕西段孕育强震的可能性较小,而循环深度较浅的青海段和甘肃段是孕育强震的危险区,其中甘肃段可能是强震的最危险区。

秦岭北缘仙游寺粘土(膨胀土)的发现及初步研究

首次在秦岭北缘周至县马召镇仙游寺一带发现了中更新世厚层褐色粘土,命名为"仙游寺粘土"。它们是中更新世晚期湿润(半湿热)气候环境下形成的坡面流堆积,其物质来源为秦岭山地表层的褐色古风化壳。室内土工试验结果表明:仙游寺粘土是一种典型的富含膨胀性粘土矿物(伊利石/蒙脱石混层矿物)的膨胀土,是以往渭河盆地没有发现的膨胀土新类型。仙游寺粘土不良的工程特性导致仙游寺周边和108国道秦岭北缘一带的天然斜坡和人工边坡都很不稳定,在强降雨作用下,大量土体滑坡频繁发生。基于野外调查和室内试验测试结果,着重介绍了仙游寺粘土的发育特征、成因时代及其工程地质特性,这不仅有助于北秦岭山地第四纪古气候的恢复及对北秦岭和渭河盆地第四纪以来地质环境演化的认识,而且对于认识秦岭北缘土体滑坡的成灾机理并指导地质灾害的防治具有重要的意义。

西秦岭北缘活断层带断层气的基本特征

通过对西秦岭北缘活断层带断层排气活动基本特征的研究认为：本活断层带是本区地球排气的主要通道；在走滑断层拉分区，地球排放气体活动的强度与地震活动有密切的关系；本带东段断层排气活动比较强，西段断层排气活动比较弱，并讨论了两者形成差异的原因。