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Geomorphology:利用断层陡坎形貌识别独山子逆冲断裂带古地震事件

2018-12-11

许多构造地貌是多次强震活动(地表破裂型地震)与长期地表过程共同作用的结果,其形态演化特征隐含着强震活动信息。这可以很大程度上弥补历史文献和仪器地震记录的短暂性和局限性,使得我们能够在几个地震重复周期的时间段上认识断裂的长期活动习性;另一方面,强震活动沿断裂带产生各类构造地貌,为整体上研究断裂带位移分布和地震破裂过程等方面提供基础,弥补探槽技术在获取地震同震位移分布、同震变形和破裂长度等方面的不足。如何从类型多样、形态复杂的构造地貌中识别和提取这些信息一直是活动构造研究的重点和难点,尤其随着高精度、高分辨率地形地貌数据的获取,这一问题变得更加突出,已成为当代地球科学前沿的热点研究领域

断层陡坎是一类典型的地震活动相关构造地貌,常被用来指示断层位置、估计断层活动性和获取垂直位错量。中国地震局地质研究所魏占玉副研究员、何宏林研究员等人,利用高精度LiDAR地形数据对新疆天山北麓独山子逆冲断层陡坎进行精细形貌分析,构建了沿断裂位移分布和坡度拐点分布。根据不同地貌面累计位移丛集分布及其相应陡坎坡度变化特征,揭示晚更新世以来独山子逆冲断裂带4次古地震事件及其相应同震位移。另外,结合断错地貌面年代数据、破裂带范围和震级-位移量关系,评估了独山子逆冲断裂带古地震的震级为Mw6.5-6.7,甚至可高达Mw ~7.2;地震复发周期约为~2.4-3.0 ka。该研究同时也展示了使用高精度地形地貌数据在古地震调查的重要性。

上述研究结果发表在Geomorphology (Zhanyu Wei, Honglin He, Peng Su, Qitian Zhuang, WenSun, 2019. Investigating paleoseismicity using fault scarp morphology of theDushanzi Reverse Fault in the northern Tian Shan, China. Geomorphology,327(2019): 542-553, https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2018.11.025)


图1 重复地震活动的逆冲断层陡坎形貌特征示意图。不同复发地震破裂位置可产生三类断层陡坎形貌。(a)断层陡坎完全复活,断层陡坎坡度不保留之前地震事件信息(b);(c)断层陡坎完全保留之前断层陡坎特征,可提供位移量和地震事件信息(d);(e)断层陡坎部分保留之前断层陡坎特征,可提供地震事件信息(f)。

图2 沿断裂带位移分布及其位移丛集分布特征。


图3 不同地貌面上断层陡坎高度及陡坎坡度变化示例图。黑色线为断层陡坎剖面,红色线为坡度图,蓝色箭头指示坡度拐点位置,绿色虚线为地貌面坡度。