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Journal of Structural Geology:逆冲型活动断裂生长模式与段落贯通过程研究

2020-04-22

活动断裂带通常由多条段落组成,并随着断层活动及段落间贯通而发展和演化。同时,地震活动也随着断裂带几何结构发展而改变。段落贯通逐渐破坏原有的断层边界,使得这些段落作为以一个整体断层进行活动。这可能导致比预测更大的地震发生在断层段落上(Gupta and Scholz, 2000; Bonson et al., 2007; Mouslopoulou et al., 2012)。因此,研究断裂带生长过程对于理解段落贯通的力学机制、地震危险性评价和地震资料解译具有重要意义。断层段落间力学作用和贯通过程可体现在断层位移分布和断层展布上,因而分析断裂带内位移分布及其分布样式、几何结构等可以推测活动断裂生长模式与段落贯通过程。

目前活动断裂生长模式研究主要集中在拉张构造环境下正断层生长、扩展和关联过程,并获得大量观测数据用于建立和验证正断层生长模式和断层长度-位移关系((Manighetti et al., 2007,2015, and references in)。由于缺少观测数据,许多逆冲型断裂生长过程和模式的关键问题仍未解决,如逆冲断裂位移分布样式如何?逆冲断裂带内相邻断层间位移量如何分配和转化?逆冲断层生长与其相关背斜抬升关系?逆冲断层生长模式如何,与正断层生长模式有何异同?这些问题需要可靠的、详细的逆冲断裂几何结构和位移分布等资料。

活动构造研究室活动构造地貌研究组魏占玉副研究员、何宏林研究员等选取北天山第三排逆冲-褶皱带的独山子逆冲断裂带为研究区,利用LiDAR地形数据构建详细断层几何结构和位移分布(图1),分析断裂带分支断裂的位移分布样式及其生长模式,并结合其他逆冲断层数据建立逆冲型断裂的断层长度-位移关系(图2)。

(1)主逆冲断裂内位移分布呈箱式,与其相关背斜幅度剖面一致。这表明褶皱作用与断层作用协同变形和调节区域应力场;次级逆冲断裂内位移分布呈椭圆样式,并东侧尾端渐变。这表明该断裂先后经历“受限生长阶段”和“复活生长阶段”;反冲断层位移分布呈现不对称、多峰值样式。这表明该断裂单向扩展,各段落尚未贯通,正处在扩展贯通阶段。

(2)独山子断裂内最大位移与断层长度关系(Dmax-L)呈线性关系,但Dmax/L值远低于其他逆冲断层。这个Dmax/L差异是由于我们观测的位移分布仅是12ky以来洪积扇所记录的断层活动数据。这提示我们在对比不同来源数据时,特别注意数据的时间尺度、地质环境等。

(3)建立单一断层模式和断裂关联模式解释断层生长过程及其Dmax/L值变化特征。Dmax/L值指示断裂带的相对成熟度(即贯通程度)。

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图1 独山子逆冲断裂带各分支断层位移分布样式

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图2 断层长度(L)与最大位移(Dmax)关系图。

上述研究成果以国家重点研发计划项目第一课题(活动断裂高精度高分辨率地表结构和活动性参数提取技术,2018YFC1504101)和国家自然基金项目(松散沉积物断层崖形态演化对重复强震活动响应研究,41672194)共同资助,发表于国际期刊Journal of Structural Geology:

Zhanyu Wei, Honglin He, Wen Sun, Qitian Zhuang, Zihan Liang, 2020. Investigating thrust-fault growth and segment linkage using displacement distribution analysis in the active Duzhanzi thrust fault zone, Northern Tian Shan of China. Journal of Structural Geology, 133(103990). https://doi.org/10.1016/j.jsg.2020.103990