發(fā)布時(shí)間：2020-06-07 04:03

【摘要】：青藏高原東北緣是青藏塊體與戈壁-阿拉善塊體、鄂爾多斯塊體強(qiáng)烈相互作用的地區(qū),也是高原向大陸內(nèi)部擴(kuò)展的前緣部位,在吸收和調(diào)節(jié)印度板塊向歐亞板塊北北東向的擠壓匯聚中發(fā)揮著重要作用。晚第四紀(jì)以來(lái),該地區(qū)構(gòu)造變形主要分解為祁連-海原斷裂帶的局部化左旋剪切和祁連山褶皺-逆沖帶的分布式縮短增厚,指示著祁連-海原斷裂帶處于長(zhǎng)期且較為快速的應(yīng)力積累狀態(tài),具有高地震危險(xiǎn)性。1920年發(fā)生在斷裂帶東段海原斷裂上的M8.5級(jí)海原地震是東北緣地區(qū)有歷史記載以來(lái)最大的地震。冷龍嶺斷裂位于青藏高原東北緣的構(gòu)造轉(zhuǎn)換樞紐部位,東西兩側(cè)分別為以左旋剪切和褶皺逆沖縮短為主的變形活動(dòng)地區(qū);在祁連-海原斷裂帶上,該斷裂是滑動(dòng)速率最大的斷裂,也是“天祝地震空區(qū)”的重要組成部分。1927年M8.0級(jí)古浪地震震中位于冷龍嶺斷裂東北側(cè)的冬青頂山附近,但有關(guān)此次地震的發(fā)震斷裂存在較大爭(zhēng)議。因此,研究冷龍嶺斷裂的晚第四紀(jì)活動(dòng)習(xí)性對(duì)于理解青藏高原東北緣的構(gòu)造變形機(jī)制、應(yīng)變釋放過(guò)程以及地震危險(xiǎn)性具有重要意義。然而,目前對(duì)于冷龍嶺斷裂大震復(fù)發(fā)行為、包括最晚一次事件發(fā)生年代以及與1927年M8.0級(jí)古浪地震的構(gòu)造關(guān)系認(rèn)識(shí)較少�；诟叻直媛蔬b感影像解譯、野外調(diào)查、無(wú)人機(jī)的移動(dòng)攝影測(cè)量技術(shù),本文對(duì)冷龍嶺斷裂的地表跡線與左旋位錯(cuò)地貌標(biāo)志進(jìn)行了詳細(xì)填圖和精細(xì)測(cè)量,通過(guò)計(jì)算分步長(zhǎng)的累積位錯(cuò)概率密度分析斷裂單次事件位移量與多次事件的累積位移量。通過(guò)探槽開(kāi)挖和放射性碳測(cè)年技術(shù)對(duì)斷裂最新活動(dòng)時(shí)代、古地震歷史、地震復(fù)發(fā)行為以及與1927年古浪地震的關(guān)系進(jìn)行了研究。在前人研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,結(jié)合本文對(duì)冷龍嶺斷裂的研究結(jié)果,對(duì)古浪地震震中地區(qū)主要斷裂的最新地表斷錯(cuò)特征和運(yùn)動(dòng)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)查,進(jìn)而綜合分析古浪地震地表破裂帶發(fā)育特征,探討古浪地震的破裂樣式和地震構(gòu)造模型以及青藏高原東北緣轉(zhuǎn)換擠壓塊體邊界帶上的大震構(gòu)造特征與應(yīng)變分解。本次研究取得以下主要認(rèn)識(shí)和結(jié)論:(1)冷龍嶺斷裂表現(xiàn)為長(zhǎng)約120 km的新鮮地震地表破裂帶,最新一次地震事件可能為全段破裂事件。沿?cái)嗔?92個(gè)位錯(cuò)地貌標(biāo)志的累積位錯(cuò)概率密度分析揭示斷裂最新一次事件的同震位移量沿走向發(fā)生變化,呈不對(duì)稱(chēng)鐘狀分布,最大同震位移量為7.5±0.8 m,然后向兩側(cè)遞減,平均同震位移量為~4.8 m。斷裂最近4次古地震事件的累積位移量與最新一次事件的同震位移量呈倍數(shù)關(guān)系,且表現(xiàn)出相似的滑動(dòng)分布,指示斷裂滑動(dòng)遵循特征滑動(dòng)行為。對(duì)于滑動(dòng)具有變化性的斷裂,通過(guò)全段和分步長(zhǎng)的累積位錯(cuò)概率密度對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)分步長(zhǎng)的累積位錯(cuò)概率密度能夠更好地分離出單次事件位移量與多次事件的累積位移量。(2)冷龍嶺斷裂最近發(fā)生的6次古地震事件,由新到老為E1-E6,年齡分別為438-350 yr BP以來(lái)、2951-1155 yr BP、4016-3609 yr BP、5325-4476 yr BP、7284-6690 yr BP和8483-7989 yr BP。結(jié)合斷裂在地貌上的新活動(dòng)特征和歷史資料分析,斷裂最新一次事件E1最有可能對(duì)應(yīng)于1927年M8.0級(jí)古浪地震。斷裂6次地震事件的平均復(fù)發(fā)間隔為1640±570 yr,變異系數(shù)為0.34,指示冷龍嶺斷裂具有準(zhǔn)周期地震復(fù)發(fā)行為,這可能與青藏高原東北緣主控的走滑斷裂構(gòu)造、應(yīng)變累積與釋放的穩(wěn)態(tài)過(guò)程以及深部簡(jiǎn)單、平滑的斷層面有關(guān)。(3)由于冷龍嶺斷裂與東側(cè)的老虎山斷裂之間存在不連續(xù)的地表跡線,兩條斷裂發(fā)生同時(shí)破裂的可能性較小�；趯�(duì)冷龍嶺斷裂最新一次事件的認(rèn)識(shí),冷龍嶺斷裂應(yīng)不是天祝地震空區(qū)的組成部分。然而,金強(qiáng)河、毛毛山和老虎山斷裂所在的長(zhǎng)約160 km的區(qū)段仍是未來(lái)最有可能發(fā)生大地震的危險(xiǎn)地區(qū)。(4)本文從一個(gè)全新的角度研究了1927年M8.0級(jí)古浪地震地表破裂帶發(fā)育特征,發(fā)現(xiàn)冷龍嶺斷裂與武威盆地南緣斷裂(由原皇城-雙塔斷裂東段和原武威盆地南緣斷裂組成)在地震中發(fā)生了同時(shí)破裂,但這2條斷裂表現(xiàn)出不同的運(yùn)動(dòng)性質(zhì),顯示了大震發(fā)生過(guò)程中復(fù)雜的地表破裂行為。冷龍嶺斷裂表現(xiàn)為左旋走滑運(yùn)動(dòng);武威盆地南緣斷裂可分為兩段,東段表現(xiàn)為逆沖運(yùn)動(dòng),西段表現(xiàn)為逆沖運(yùn)動(dòng)兼具左旋走滑分量,破裂帶長(zhǎng)約42 km。將兩條斷裂破裂所釋放的地震距相加,并通過(guò)地震距與矩震級(jí)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式估算古浪地震的矩震級(jí)為Mw7.6-7.7級(jí)。本文提出的古浪地震地表破裂帶分布和估算的地震震級(jí)與前人得到的古浪地震震級(jí)M8.0以及在北西西向上長(zhǎng)約600 km(在北西西向上衰減較慢)的震災(zāi)分布特點(diǎn)相符。此外,通過(guò)古地震事件年齡的對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)冷龍嶺斷裂與武威盆地南緣斷裂的組合破裂不是一次僅發(fā)生在1927年古浪地震中的偶然事件。(5)深淺部構(gòu)造和三維有限元數(shù)值模擬分析揭示北傾的冷龍嶺斷裂與武威盆地南緣斷裂向下可能收斂合并到低角度滑脫層上,古浪地震中兩條斷層分別通過(guò)走滑運(yùn)動(dòng)和逆沖運(yùn)動(dòng)分解釋放了塊體邊界帶上斜向擠壓作用下累積的應(yīng)變能,指示著沿祁連山分水嶺分布的走滑斷裂與前緣逆斷裂的組合破裂應(yīng)是青藏高原北東向擠出的一種重要的應(yīng)變調(diào)節(jié)模式。結(jié)合其它震例的對(duì)比分析,斜向擠壓塊體邊界帶上陡傾斷層走滑運(yùn)動(dòng)與緩傾斷層垂直運(yùn)動(dòng)的變形分解模式具有一定的普遍性,這也從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明一些大震的孕育與發(fā)生不只是一條斷裂構(gòu)造活動(dòng)的結(jié)果,而可能是活動(dòng)塊體作為一個(gè)整體的能量積累與釋放的行為。(6)1927年古浪地震與東側(cè)1920年海原地震和1709年中衛(wèi)地震具有不同的破裂性質(zhì)和樣式,指示著青藏高原東北緣不同部位的應(yīng)變分解模式以及大震構(gòu)造存在較大差異,而這很可能受控于區(qū)域構(gòu)造主壓應(yīng)力方向的變化以及斷裂帶深部結(jié)構(gòu)的差異。在青藏高原東北緣未來(lái)地震預(yù)測(cè)和地震危險(xiǎn)性分析中,應(yīng)考慮這種不同運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的斷裂發(fā)生組合破裂的可能性(例如1927年古浪地震)以及不同部位破裂行為的差異性。
【圖文】：

動(dòng)時(shí)代、地表滑動(dòng)分布、地震復(fù)發(fā)行為以及地震復(fù)發(fā)間隔等與區(qū)域地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)直接相關(guān)的一些基礎(chǔ)問(wèn)題研究還不多；對(duì)于 1927 年古浪地震發(fā)生的構(gòu)造環(huán)境、破裂樣式以及是否與祁連-海原斷裂帶存在構(gòu)造關(guān)系還缺乏系統(tǒng)性研究工作和更深入的認(rèn)識(shí)；這很大程度上限制了我們對(duì)于青藏高原東北緣未來(lái)地震趨勢(shì)的判斷以及地震中長(zhǎng)期的預(yù)測(cè)。

圖 1-2 冷龍嶺斷裂最新活動(dòng)的地質(zhì)地貌特征(Guo et al., 2017)3 地震復(fù)發(fā)行為研究進(jìn)展與啟示基于儀器地震記錄、歷史地震記載與古地震研究，前人提出了一些描述復(fù)發(fā)特征的觀測(cè)模型。例如，在滑動(dòng)分布模式上有“特征滑動(dòng)模型”、“模型”和“可變滑動(dòng)模型”(Schwartz and Coppersmith, 1981, 1984)；在模式上有“周期復(fù)發(fā)模型”，“叢集復(fù)發(fā)模型”和“隨機(jī)復(fù)發(fā)模型”(Kagason, 1991; Savage and Cockerham, 1987; Shimazaki and Nakata, 1980)。這發(fā)模型是進(jìn)行未來(lái)地震危險(xiǎn)性分析計(jì)算的重要理論基礎(chǔ)，，建立斷裂的地型一直是地震地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)問(wèn)題�；诮陙�(lái)發(fā)展的高分辨率、測(cè)量手段（例如，LiDAR、無(wú)人機(jī)移動(dòng)攝影測(cè)量）以及高精度的定年技通過(guò)斷裂沿線位錯(cuò)地貌標(biāo)志的精細(xì)測(cè)量和統(tǒng)計(jì)分析以及古地震的系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了一些支持上述地震復(fù)發(fā)模型更為可靠的實(shí)例證據(jù)，也提出了一
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地震局地質(zhì)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：P315

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本文編號(hào)：2700811