海原断裂老虎山段及其邻区晚第四纪活动性及几何复杂度研究

论文摘要

海原断裂作为青藏高原东北缘重要的一支大型边界活动断裂,是印度-欧亚板块碰撞挤压应力承载的重要构造之一,也是陆内强震的孕震构造之一。自20世纪90年代有仪器记录以来,沿断裂上发生过如1920年M8.3海原地震、1927年M7.7古浪地震这样极具灾难性和破坏性的强震,而在两次强震之间存在一段260 km长的“地震空区”,近千年来尚无强震历史记录。因此,深入研究海原断裂该段的构造变形、断裂活动习性等不仅是理解青藏高原东北缘构造变形机制的关键,也是分析强震复发特征以及评价其地震灾害性的重要基础。海原断裂老虎山段位于广义海原断裂的中段,与狭义海原断裂西段以喜集水盆地相接,该段也是长260 km的“地震空区”的东段,其断裂迹线较为平直,且断裂沿线保存有较多的错断地貌,如被错断的冲沟、山脊和少量的阶地,其中保存较好的断错地貌是位于老虎山段西端松山盆地以北的多级位错阶地,也是研究晚第四纪滑动速率的理想研究对象。Lasserre et al.（1999）在松山以北该段的马家湾和宣马湾两个研究点位的研究得到了12±4 mm/yr的滑动速率,这与不少国内研究人员在海原断裂上研究得到的晚更新世-全新世滑动速率并不匹配,也远高于该段GPS和InSAR数据反演得到的滑动速率。因此,鉴于该点已有的滑动速率不匹配、位错阶地保存较好、高精度地形数据获取的便捷化以及测年方法和精度上的提高等,我们对其进行了滑动速率再评估的工作。我们首先利用沿该段机载LiDAR获取的高精度DEM数据,结合野外填图对马家湾和宣马湾两个研究点的微地貌进行了精细刻画。在马家湾点位,利用T2/T1阶地陡坎的上界和下界作为位错标志,分别获得了130±10 m、93±15 m的位移量,而在宣马湾利用T4/T1’陡坎获得了68+3/-10m的位移量。其次,我们在马家湾利用14C、10Be深度剖面和光释光等测年方法得到了T1、T2阶地面年龄分别为9445±30 yr B.P.、26.0±4.5 ka。然后我们通过观察马家湾T2/T1陡坎的特征并分析其形成演化历史发现,该陡坎上沿位移累积的起始时间是T2阶地面废弃以后,而下沿位移累积的起始时间是T1阶地面废弃以后。结合Lasserre et al.（1999）在宣马湾得到的7624±43 yr B.P.的T1’阶地的年龄,我们综合利用上阶地面重建和下阶地面重建两种模式得到了自26 ka以来海原断裂老虎山段5.0+1.5/-1.18.9+0.5/-1.3 mm/yr的滑动速率,该滑动速率值的下限与大地测量数据揭示的速率值相近。基于该项滑动速率再评估的工作,我们推测青藏高原内部及周缘的主要断裂上存在的滑动速率差异性的原因之一可能就在于不同研究者对于累积位移的起始年龄的理解上认识不同所造成的。在利用阶地陡坎两侧阶地的废弃年龄作为累积位移的起始时间时,需要详细分析陡坎的形成演化过程,从而确定出正确的位移累积时间起始时间,以便获得更为准确可靠的滑动速率值。海原断裂老虎山段的邻区紫红山断裂,与海原断裂老虎山段东延部分在米家山西侧自然衔接,其切过米家山南麓后,斜穿过老龙湾盆地中央将该盆地一分为二,整体沿其走向连续性好,延伸至窝子滩附近走向由北西西向转为近东西向,并与1920年海原地震破裂带相交。野外填图及基于SfM技术获取的高精度DEM数据都显示该断裂整体以左旋走滑为主,兼具逆断分量,局部发育小型台阶状斜列的正断层。我们在陡沟坪、腰水沟、红柳滩和石门四个研究点观察到多个被错断的阶地、冲洪积扇及规模不同的冲沟,这些位错地貌的左旋走滑位移量最小为2 m,最大为51.6 m,位移集中在4.8 m、7.6 m、15.2 m和18.7 m。依据位移统计结果认为紫红山断裂的左旋走滑位移量的特征差值为2.8 m、7.6 m、3.5 m,推测其可能代表了单次同震位移平均值约为3 m。利用在陡沟坪基于10Be深度剖面方法获取的阶地面暴露年龄我们对紫红山断裂的滑动速率进行了限定,自11 ka以来为1.4-2.6 mm/yr,并结合断裂以北约5 km的海原断裂主断裂上新的研究结果以及另外两支分支断裂上推测的滑动速率值,我们认为海原断裂在该段的滑动速率为≥5.5-7.5 mm/yr。在以上研究工作的基础上,综合前人在海原断裂老虎山段及邻区的研究结果发现,海原断裂主要部分的平均滑动速率为7.0±2.0 mm/yr,并且在晚第四纪以来的时间范围内并未出现明显波动。而如果排除缺乏强有力年龄限定的滑动速率值,从沿断裂不同段上的滑动速率分布情况来看,海原断裂的滑动速率从金强河段向东至1920年海原地震破裂带呈略微递减的趋势。从更大范围的区域尺度的祁连-海原断裂系来看,在印度-欧亚板块碰撞挤压过程中的应变传递至海原断裂时,不仅被其北侧线性展布的祁连山逆冲断裂、弧形展布的古浪断裂的左旋走滑以及香山-天景山断裂左旋兼具逆冲性质的活动所吸收,而且在海原断裂的尾端还被六盘山断裂、山体隆升以及新生代沉积盆地所转换。通过本次对于滑动速率的研究,我们认为用于解释青藏高原变形机制的端元模型合理与否的判断与这些块体边界大断裂的滑动速率值的绝对大小并不能完全对等。除了在块体边界主要断裂上尽可能的获取更为可靠的滑动速率以研究块体边界断裂对高原变形的作用以外,还需要重视高原内部的一系列断裂,对这些内部断裂的滑动速率的研究能帮助我们充分分析和认识板块内的变形特征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题依据与拟解决的科学问题
•     1.1.1 青藏高原变形模式的争论
•     1.1.2 海原断裂滑动速率—青藏高原变形机制讨论的关键
•     1.1.3 海原断裂老虎山段地震活动性—区域地震危险性评价的关键
•     1.1.4 海原断裂米家山多级阶地的形成演化历史—揭示区域断层活动性的关键
•     1.1.5 拟解决的关键科学问题及意义
•   1.2 研究内容与研究思路
•   1.3 主要的工作量
• 第二章 研究区区域地质背景
•   2.1 区域地貌与沉积地层分布
•     2.1.1 区域地质地貌概述
•     2.1.2 区域地层格架
•   2.2 黄河流经青藏高原东北缘的发育情况
•   2.3 区域内主要活动断裂
•     2.3.1 海原断裂
•     2.3.2 古浪断裂
•     2.3.3 香山-天景山断裂
•   2.4 海原断裂老虎山段蠕滑特征研究
• 第三章 研究技术与方法
•   3.1 三维结构运动重建技术（SfM）
•     3.1.1 SfM技术介绍
•     3.1.2 SfM技术主要工作流程
•   3.2 Openness可视化技术和Red Relief Image Map（RRIM）技术
•     3.2.1 Openness可视化技术
•     3.2.2 Red Relief Image Map（RRIM）技术
•   3.3 测年技术
•     3.3.1 光释光（OSL）测年
• 10Be深度剖面测年'>    3.3.2 宇宙成因核素¹⁰Be深度剖面测年
• 第四章 老虎山段松山点第四纪滑动速率
•   4.1 引言
•   4.2 地质背景
•   4.3 LiDAR数字高程模型（DEM）分析
•   4.4 构造地貌填图
•   4.5 阶地面定年
• 14C定年'>    4.5.1 T1阶地¹⁴C定年
•     4.5.2 T2阶地定年
•   4.6 结论
•     4.6.1 位移量确定
•     4.6.2 研究区滑动速率
•   4.7 讨论
•   4.8 小结
• 第五章 紫红山断裂（老虎山段东延部分）晚第四纪滑动速率
•   5.1 引言
•   5.2 地质背景
•   5.3 陡沟坪点构造地貌填图及错断位移
•   5.4 腰水沟构造地貌填图及错断位移
•   5.5 红柳滩研究点和石门研究点构造地貌填图及错断位移
•   5.6 阶地面年代限定
•   5.7 滑动速率的限定
•   5.8 讨论
•   5.9 小结
• 第六章 老虎山断裂晚第四纪滑动速率的讨论
•   6.1 海原断裂滑动速率的时空变化特征
•   6.2 对高原变形模式的启示
• 第七章 米家山多级阶地发育及复杂断裂几何学特征研究
•   7.1 引言
•   7.2 阶地半自动提取与划分
•     7.2.1 阶地半自动提取的技术流程
•     7.2.2 利用Arc GIS对原始DEM数据进行预处理
•     7.2.3 利用R语言完成阶地面自动提取
•   7.3 阶地发育特征分析
•   7.4 米家山隆起区复杂断裂几何学特征及机制分析
•   7.5 小结
• 第八章 主要结论和存在问题
•   8.1 主要结论
•   8.2 存在问题
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• About the Author
• 发表论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 姚文倩

导师: 刘静

关键词: 海原断裂,老虎山段,紫红山断裂,高精度,深度剖面,滑动速率,时空变化,构造转换,应变分解,高原变形机制

来源: 中国地震局地质研究所

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地质学,地球物理学

单位: 中国地震局地质研究所

分类号: P315.2;P542

DOI: 10.27489/d.cnki.gzdds.2019.000008

总页数: 159

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