青藏高原東緣是中國大陸內(nèi)部最顯著的地貌梯度帶,也是青藏高原周緣新構(gòu)造與活動構(gòu)造最為復(fù)雜、活動斷裂發(fā)育密度最高的區(qū)域。岷江上游地處“南北向地震構(gòu)造帶”中段的北中部,受岷江斷裂帶、虎牙斷裂及龍門山逆沖推覆構(gòu)造帶的影響,不僅強(qiáng)震及大震活動非常頻繁,而且崩滑流等外動力地質(zhì)災(zāi)害也極為顯著,是內(nèi)外動力作用耦合最為顯著的地區(qū)。自2008年汶川Ms 8.0強(qiáng)震以來,隨后又發(fā)生了2010年玉樹Ms 7.1、2013年蘆山Ms 7.0等幾次大震,使得了解青藏高原東緣在地質(zhì)歷史時期的地震活動性成為迫切的科學(xué)需求。然而,岷江上游地區(qū)多為高山峽谷地貌,侵蝕作用強(qiáng)烈,滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害頻繁,人為破壞嚴(yán)重,使得探槽開挖困難,阻礙了區(qū)域古地震的研究。已有的少數(shù)古地震研究多數(shù)集中在全新世,揭露的古地震事件次數(shù)也相對較少。1933年疊溪地震和2008年汶川地震后,岷江上游形成一系列的滑坡堰塞湖。前人研究表明這些堰塞湖可能較好地記錄了地震信號。并在古堰塞湖相沉積露頭中發(fā)現(xiàn)了大量的軟沉積物變形構(gòu)造,指示強(qiáng)烈地震導(dǎo)致的液化變形。湖泊因具有高精度、沉積連續(xù)且長周期的地質(zhì)沉積記錄,可以幫助我們重建古地震的活動歷史。本論文在整理前人資料的基礎(chǔ)上,對岷江上游晚更新世湖相沉積出露點(diǎn)展開了詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查、剖面測量和系統(tǒng)采樣等工作。首先,通過沉積學(xué)手段進(jìn)行巖性描述、地層劃分、層理識別,分析和劃分沉積環(huán)境與沉積相。其次,對湖相沉積記錄的宏觀軟沉積物變形和層理構(gòu)造(丘狀交錯層理)進(jìn)行研究,重點(diǎn)對軟沉積物變形的類型劃分、形態(tài)描述、成因厘定、變形過程和演化模型進(jìn)行分析;然后對軟沉積物變形的類型、形態(tài)和強(qiáng)弱變化與地震震級和震中位置關(guān)系進(jìn)行討論。再次,利用地球物理(粒度、磁化率)、地球化學(xué)等微觀指標(biāo),并結(jié)合端元模型,對湖相沉積記錄的事件層和非事件層進(jìn)行分析和解釋,以期獲得湖相沉積中連續(xù)的構(gòu)造和氣候信息。采用OSL和~(14)C相結(jié)合的方法,建立湖相沉積年代,獲得古地震活動歷史、大致震級等參數(shù)。最后采用主微量元素和碎屑鋯石U-Pb定年,探討青藏高原東緣到四川盆地碎屑物質(zhì)的釋放、搬運(yùn)過程和路線等,以及青藏高原東緣構(gòu)造活動造山帶是如何影響四川盆地的?通過上述研究,共得到如下認(rèn)識:1)通過OSL和~(14)C測年,初步獲得了岷江上游新磨村Ⅰ(XMCⅠ)、新磨村Ⅱ(XMCⅡ)和太平(TP)3個湖相沉積剖面的年代,沉積年齡屬于末次冰盛期向全新世過渡時期;沙灣(SW)湖相沉積剖面的時代應(yīng)屬末次冰消期到全新世時期。2)XMCⅠ、XMCⅡ、SW和TP 4個湖相沉積剖面中,共發(fā)現(xiàn)17個變形層,7種類型的軟沉積物變形,分為韌性變形(負(fù)載構(gòu)造、火焰構(gòu)造、假結(jié)核構(gòu)造、球-枕構(gòu)造、液化卷曲)和脆性變形(微斷層、液化角礫)兩種。軟沉積物變形最可能的觸發(fā)機(jī)制為地震作用,代表強(qiáng)液化或(和)流化作用。另外,4個湖相剖面中有12個中厚層向上變細(xì)的粉砂層,其成因與地震引起的滑坡、碎屑物質(zhì)及細(xì)顆粒粉塵等被風(fēng)力或流水搬運(yùn)到湖泊中并快速沉積有關(guān)。3)當(dāng)沉積物中記錄的軟沉積物變形(負(fù)載、球枕構(gòu)造)為地震成因時,其代表的震級可能為6.0~7.0級,震中距約為20~70 km。同等變形強(qiáng)度的負(fù)載、球-枕構(gòu)造,地震震級最強(qiáng)的為湖相沉積,其次是河湖相沉積和海相沉積。負(fù)載、球-枕狀構(gòu)造變形的寬度和厚度與地震震級具有正相關(guān)關(guān)系:即變形層寬度越大、厚度越厚,其記錄的震級就越大。球狀體變形尺度及球狀半徑大小,也與震級大小有一定的正相關(guān)關(guān)系,即球狀半徑越大,其震級越大。而巖性與地震震級大小沒有直接的對應(yīng)關(guān)系。利用軟沉積物變形所對應(yīng)的地震震級估算距震中距離,或者采用軟沉積物變形距斷層距離估算地震震級的方法都是可行的。4)根據(jù)軟沉積物變形的類型、變形強(qiáng)弱、擾動厚度、累積厚度、最大液化距離等方法進(jìn)行古地震震級厘定。SW剖面可能記錄了6次6.0~7.0級和1次7.0級的強(qiáng)震;XMCⅠ剖面可能記錄了3次5.0~6.0級和2次6.0~7.0級的強(qiáng)震;XMCⅡ剖面可能記錄了2次5.0~6.0級和3次6.0~7.0級的強(qiáng)震;TP剖面可能記錄了1次6.0~7.0級的強(qiáng)震。5)基于粒度的粒徑分布、頻率及累積曲線、巖性三角圖、C-M圖、粒度象限及薩胡判別公式對XMCⅠ、XMCⅡ和TP 3個湖相沉積剖面進(jìn)行成因厘定,沉積物多為粘土、粉砂和極細(xì)砂沉積,均顯示風(fēng)成成因特點(diǎn),多為近距離風(fēng)力搬運(yùn)并迅速堆積到湖泊中;而SW湖相沉積剖面則為風(fēng)成和水成兩種成因特點(diǎn)。通過對XMCⅠ、XMCⅡ、XMCⅢ和TP 4個剖面粒度數(shù)據(jù)的端元模擬顯示,均可以分離出2個粒徑端元,其中EM1為非地震期間的湖泊沉積;EM2為極端災(zāi)變(地震、滑坡等)期間的湖泊沉積。SW剖面可以分離出3個粒徑端元,EM1代表非地震期間的湖泊沉積,EM2和EM3代表極端災(zāi)變(地震、滑坡等)期間的湖泊沉積。結(jié)合粒度、磁化率、地球化學(xué)及端元模型,XMCⅠ、XMCⅡ、XMCⅢ、TP和SW 5個湖相沉積剖面分別識別出20次,18次,26次,23次和10次可能的地震事件層。地震事件層與非地震事件層區(qū)別明顯,雖然各個事件層所處的演化階段(AB、BC和CD段)不太一樣,但事件層都具有相同或類似的演化模式,即粒度突然變粗,向上緩慢變細(xì),進(jìn)而逐漸變細(xì)到以粉砂質(zhì)粘土為主的正常沉積�；緦�(yīng)于地震發(fā)生時粗顆粒碎屑物質(zhì)的突然釋放;地震短時間尺度內(nèi)粗碎屑顆粒與細(xì)顆粒物質(zhì)充分混合階段;震后長時間尺度,以分選好的細(xì)顆沉積階段。6)根據(jù)宏觀軟沉積物變形層、微觀粒度和磁化率識別的地震事件層,并對這兩種方法識別的地震頻次、震級大小進(jìn)行對比分析和相互校正,結(jié)合湖相沉積的年代,初步獲得了古地震發(fā)生的頻次和震級大小。其中,XMCⅠ剖面初步識別了15次5.0~6.0級,5次6.0~7.0級,2次7.0~8.0級,共22次地震事件。XMCⅡ剖面初步識別了11次5.0~6.0級,5次6.0~7.0級,2次7.0~8.0級,共18次地震事件。XMCⅢ剖面初步識別了4次5.0~6.0級,18次6.0~7.0級,4次7.0~8.0級,共26次地震事件。SW剖面初步識別了4次5.0~6.0級,5次6.0~7.0級,3次7.0~8.0級,共12次地震事件。TP剖面初步識別了6次5.0~6.0級,15次6.0~7.0級,2次7.0~8.0級,共23次地震事件。7)新磨村剖面(XMC)共發(fā)現(xiàn)227層丘狀交錯層理,其中XMCⅠ剖面為135層,XMCⅡ剖面為76層,XMCⅢ剖面為16層。二維形態(tài)測量顯示:長度為1.7~24 cm,平均8.40 cm;厚度僅0.1~2.7 cm,平均0.56 cm,長度與厚度比為10~20;三維形態(tài)為波浪的薄板狀,波長2.6~10 cm,平均5.9 cm;波高0.4~6 cm,平均2.3 cm;波長與波高比在2~5之間,并有明顯的鐵銹氧化圈。丘狀交錯層理的粒度測量顯示,沉積物顆粒較細(xì),多為粉砂和極細(xì)砂,顯示風(fēng)成成因特點(diǎn)。進(jìn)一步地球化學(xué)數(shù)據(jù)表明,沉積物多為近距離風(fēng)力搬運(yùn)并迅速堆積到湖泊中。丘狀交錯層理明顯受水流作用影響,作為一種非常重要的沉積構(gòu)造,常出現(xiàn)在正常的浪基面與風(fēng)暴浪基面之間,可能為極端氣候條件下的風(fēng)暴波浪成因。類似的變形構(gòu)造在堰塞湖中也可以保存。8)從青藏高原東緣的岷江上游到四川盆地,采集8個樣品(基巖、湖相沉積物、現(xiàn)代河砂、風(fēng)成沉積物)進(jìn)行碎屑鋯石U-Pb定年及粒度測量,結(jié)果顯示岷江上游的基巖(XMC15-08、DL15-03和LX15-01),現(xiàn)代河砂(WC15-01)和風(fēng)成沉積物(DY15-01)的鋯石顆粒較粗;而湖相沉積(XMC15-01、DL15-02和LX-14)鋯石顆粒較細(xì)。有趣的是河砂樣品與風(fēng)成沉積碎屑鋯石顆粒度參數(shù)很相似。碎屑鋯石主要有5個年齡組分,分別是180~350 Ma(早侏羅紀(jì)-石炭紀(jì));350~550 Ma(泥盆紀(jì)-寒武紀(jì));700~1000 Ma(新元古代);1600~2200 Ma(中元古代-古元古代);2200~2600 Ma(古元古代-新太古代),大致對應(yīng)于長江流域5次花崗巖巖漿事件的年齡(印支-震旦系/燕山期、海西、加里東期、晉寧期、呂梁期)。基于碎屑鋯石年齡分布和非計(jì)量多元尺度模擬(MDS)顯示:岷江連接著理縣的湖相沉積;汶川、樂山、宜賓和大渡河的現(xiàn)代河砂及大邑礫巖,暗示著大邑礫巖是由河流搬運(yùn)堆積,而非冰川侵蝕搬運(yùn)。伴隨著青藏高原東緣頻繁的地震活動,誘發(fā)了大量的滑坡等碎屑物質(zhì),隨后經(jīng)過河流搬運(yùn)到四川盆地西部,堆積形成厚的沉積物,并有2個巨厚的沉積中心,而相對較細(xì)的沉積物又被地形風(fēng)或者陣風(fēng)搬運(yùn)四川盆地北部,例如德陽地區(qū)。因此,岷江搬運(yùn)的碎屑物質(zhì)是四川盆地西部主要的物質(zhì)來源,同時也為四川盆地北部提供大量的粉塵物質(zhì)。而嘉陵江和大渡河對四川盆地西部的物質(zhì)貢獻(xiàn)較小。
【學(xué)位單位】：中國地震局地質(zhì)研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：P534.631;P315
【部分圖文】：

圖 1-2 青藏高原東緣主要活動斷裂分布圖（據(jù) Wang et al.，2014 修改）。LRBF，龍日壩斷裂；MJF，岷江斷裂；SPGF，松坪溝斷裂；HYF，虎牙斷裂；SG-FBF，松崗-撫邊河斷裂；MYLF，米亞羅斷裂；WMF，汶川-茂縣斷裂；GJF，灌縣-江油斷裂；YBF，映秀-北川斷裂；GLF，耿達(dá)-隴東斷裂；YWF，鹽井-五龍斷裂；DSF，大川-雙石斷裂1.2. 古地震研究現(xiàn)狀古地震是指保存在地質(zhì)記錄中的史前和歷史沒有明確記錄的地震事件。古地震學(xué)則是一門揭露和研究地質(zhì)記錄中保存的過去地震事件的學(xué)科。它的優(yōu)勢在于能在很大程度上彌補(bǔ)儀器和歷史地震記錄的短暫性和局限性，使得我們能夠在幾個地震重復(fù)周期的時間段上認(rèn)識斷裂的長期活動習(xí)性和估計(jì)未來地震發(fā)生的危險性（冉勇康和鄧起東，1999）。目前，古地震研究主要利用探槽技術(shù)及14C、釋光等測年方法，揭露古地震事件的離逝時間、復(fù)發(fā)間隔、同震位移量等參數(shù)（冉勇康，1997；冉勇康和鄧起東，1999；鄧起東和聞學(xué)澤，2008；冉勇康等，2013，2014）。這種常規(guī)的古地震研究方法，從構(gòu)造變動（地表破裂、位錯等）入手，研究單次或少數(shù)幾次地震事件，通常不能給出較長時間且連續(xù)的地震事件發(fā)生序列。另外，古地震學(xué)也存在著不確定性、不完整性和研究的薄弱環(huán)節(jié)等基本問題（冉勇康和鄧起東，1999）。古地震研究的不確定性指的是在研究中所獲取的古地震參數(shù)，如序列事件發(fā)生的時

1.4. 論文的研究思路和技術(shù)路線論文首先利用沉積學(xué)手段，對岷江上游晚更新世湖相沉積出露點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的野外調(diào)查、巖性描述、地層劃分、層理識別，分析和劃分沉積環(huán)境與沉積相。采用光釋光（OSL）和放射性碳（14C）相結(jié)合的方法，建立湖相沉積年代。其次，對湖相沉積記錄的宏觀軟沉積物變形和層理構(gòu)造進(jìn)行研究，重點(diǎn)對軟沉積物變形的類型劃分、形態(tài)描述、成因厘定、變形過程和演化模型進(jìn)行分析；然后對軟沉積物變形的類型、形態(tài)和強(qiáng)弱變化與地震震級和震中位置關(guān)系進(jìn)行討論。再次，利用地球物理（粒度、磁化率）、地球化學(xué)（主微量元素）等指標(biāo)，結(jié)合粒度端元模擬對湖相沉積中的微觀記錄進(jìn)行分析和解釋，確定地震事件層與非地震事件層，分析湖相沉積中連續(xù)的構(gòu)造和氣候信息，進(jìn)而獲得古地震的頻次和大致震級等參數(shù)，更好的理解區(qū)域地貌演化和構(gòu)造活動信息。最后，采用主微量、稀土元素和碎屑鋯石 U-Pb 定年手段，厘定岷江上游晚更新世湖相沉積的物質(zhì)來源、搬運(yùn)過程、搬運(yùn)路線，以及青藏高原東緣構(gòu)造活動造山帶對四川盆地的影響。期望能夠?yàn)楣诺卣鹧芯刻峁┮环N新的研究手段和思路，更好的應(yīng)用于區(qū)域的構(gòu)造活動性和地震危險性評價研究。詳細(xì)的技術(shù)路線見圖 1-5 所示。

12 圖 2-1 青藏高原東緣歷史地震（M ≥5.0）及烈度分布圖。LRBF，龍日壩斷裂；MJF，岷江斷裂；HYF，虎牙斷裂；XSHF，鮮水河斷裂；LMSF，龍門山斷裂岷江斷裂晚第四紀(jì)活動性已經(jīng)從地層和地貌、階地發(fā)育以及沿?cái)嗔训臏厝按闋畹拟}質(zhì)堆積等地質(zhì)特征得到佐證（唐文清等，2004），其水平滑動速率為 1~2 mm/a（趙小麟等，1994；唐文清等，2004），垂直滑動速率為 0.37~0.53 mm/a（周榮軍等，2000；張軍龍等，2013）。安衛(wèi)平等（2008）通過對羌陽村一帶古堰塞湖沉積地層的研究，獲得了岷江斷裂全新世活動的證據(jù)，并認(rèn)為岷江斷裂沿線古堰塞湖相沉積及其構(gòu)造變形反映了岷江斷裂的多次

本文編號：2807921