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Geosphere:机载LiDAR高精度数据揭示海原断裂老虎山蠕滑段地貌位移分布特征及其意义

2018-04-23

近年来,高分辨率、高精度地形数据快速采集技术取得巨大进展,推动了活动断裂和构造地貌学的定量化机理性研究。通过研究地貌体沿断层的错断量,可以推断断层上发生的多次破裂事件的单次和累积位移。但是,对于蠕滑断层的跨断层地貌体位移分布特征的研究非常缺乏。为此,中国地震局地质研究所博士陈涛,在刘静和张培震研究员的指导下,基于2011年获得的海原断裂带高分辨率LiDAR数据,系统测量了沿老虎山断裂段的位移分布,并进行了深入的分析讨论。

前期研究中,一方面认为老虎山断裂段是海原断裂上的地震空区的一部分,而另一方面近20年来的InSAR数据表明老虎山断裂东段存在长约35公里的蠕滑区域,蠕滑速率与地质滑动速率相当。那么,INSAR观测到的蠕滑是长期稳定的断裂行为还是瞬态过程?为了进一步研究老虎山断裂特性,我们在高分辨率的地形数据上标识了大量被断层错断的冲沟、山脊等地貌体,测量得到的位移从小于2 m 到 60 m 不等。联合前人的古地震研究结果,冲沟2~3 m 的位移有可能是1888年景泰地震的同震位移和震后蠕滑共同作用的结果。位移分布峰值之间4~6 m、5~7 m的间隔则可能是更早的历史地震导致的同震位移与震间蠕滑的共同累积。从位移分布的特征来看,被认为存在蠕滑现象的老虎山断层与那些以脆性破裂为特征的粘滑型断层没有显著区别。

图1.位移分布特征(A.沿断层分布; B.整个断裂段的位移量总COPD值;C.每公里位移分布及其COPD值)


图2.综合古地震研究结果推断的地震位移分布(A.位移分布及对应的地震事件, B.古地震探槽点位分布)

利用已发表古地震研究的古地震年代估算得到的长期滑动速率与InSAR数据揭示的~5 mm/y的蠕滑速率相当或稍小。如果InSAR数据观测到的断层蠕滑和速率是一种长期连续的行为,那么该断裂的应变累积通过蠕滑释放,不应发生脆性破裂地震。第二种可能性是InSAR数据观测到的、大速率蠕滑是2000年景泰5.6级地震或者1920年海原~8级地震的震后余滑的瞬态效应,不代表断裂的长期行为或长期蠕滑速率小于目前的观测,该断裂仍然有发生大地震的可能性。因此,确认本断裂段在地质历史时期是否有脆性破裂的古地震及其发生频率,是否有蠕滑证据是对理解老虎山断裂段的地震危险性和断裂行为特征等有实际和理论意义。同时,本研究也提出了如何解释活动断裂上冲沟位错成组与同震滑动量的关系等富有挑战性的问题。


以上研究成果发表于美国地质学会杂志 Geosphere 上 ( Chen, T., Liu-Zeng, J. (通讯作者), Shao, Y.X., Zhang,P.Z, Oskin, M.E., Lei, Q.Y., and Li, Z.F., 2018. Geomorphic offsets along thecreeping Laohu Shan section of the Haiyuan fault, northern 9 Tibetan Plateau.Geosphere, 14(3): doi:10.1130/GES01561.1)


原文链接:https://pubs.geoscienceworld.org/gsa/geosphere/article/530436/geomorphic-offsets-along-the-creeping-laohu-shan