随着城市化进程的加快, 如何减小城市隐伏活动断层所引发的地震及其链生灾害的损失, 是未来城市公共安全体系建设所必须面对的议题。文中以新沂市郯庐断裂带安丘-莒县断裂沿线某场地为试验区, 在城市活动断层项目目标区1︰1万条带状活动断层分布图成果的基础之上, 借鉴即将颁布的国标《活动断裂避让距离》中对隐伏断层精确定位的技术要求, 实施了间距不大于50m的浅层地震勘探测线和典型钻孔联合地质剖面探测, 获得了场地内隐伏活动断层的地表迹线、 断层倾向以及上断点埋深等信息。精确定位活动断层的平面位置与1︰1万条带状分布图平面距离差异约为200m, 探测结果精准确定了场地内活动断层的平面展布, 满足场地开发所需的精度。基于精确定位的活动断层地表迹线, 遵照即将颁布的国标《活动断层避让距离》的相关规则, 既科学确定场地内活动断层的避让距离, 又释放了城市紧缺土地资源, 达到既科学避让潜在危险的城市隐伏活动断层, 又充分利用土地的目的。
地震地表破裂带是断裂活动最为直观的地貌证据, 其破裂样式、 同震位移量及空间几何展布特征是判定活动断裂分段及长期活动习性的重要依据。 文中在对新疆巴里坤盆地开展活动断裂调查研究的过程中, 综合遥感解译、 野外断裂踏勘、 小型无人机航拍、 地表断错位移分析以及古地震槽探等方法, 根据在巴里坤盆地南缘断裂西段的雄库尔—邵家庄之间和巴里坤盆地中央东部等多处新发现的总体呈EW向展布的最新地表构造形变遗迹, 并对比历史文献记载中这2次地震震害的分布特征, 进一步厘定了巴里坤1842年和1914年2次M71/2历史地震地表破裂的空间展布及特征。 结果表明, 沿巴里坤盆地南缘断裂西段分布的1842年M71/2地震地表破裂带的同震运动以左旋走滑为主, 在雄库尔与巴里坤县城之间呈雁列状展布, 且自西向东还具有向巴里坤盆地中央扩展的趋势。 新厘定的地表破裂带长度至少可达65km, 最大水平位错量出现在雄库尔—洛包泉一带, 多个冲沟水系的同震位错平均观测值为(4.1±1.0)m, 并具有约4m的特征位移量, 由此推断1842年M71/2历史地震的震中位置应在雄库尔—洛包泉一带。 此外, 位于巴里坤盆地中央东部的奎苏镇—伊吾盆地盐池乡附近的褶皱盲断层带应是1914年M71/2地震的发震构造, 该地震的地表变形带全长约90km, 表现为河漫滩等最新地貌面和冲积砾石层的显著褶皱变形, 并且有多处露头剖面显示与同震褶皱变形伴生的弯矩断层已断错至地表。 因此, 1914年M71/2地震的震中位置应在地表构造形变最为显著的奎苏镇东附近。 文中取得的研究结果不仅进一步更新和完善了对巴里坤盆地2次历史地震震中位置及发震断裂的认识, 并可为分析区域地震危险性提供重要的参考资料。
沿大型走滑断裂带经常发生导致多个断层段同时破裂的级联破裂地震事件。海原断裂带在1920年海原M 81/2地震时3个段同时发生破裂,干盐池拉分盆地即为其西段和中段的分段边界。沿该盆地内新生断层的古地震研究揭示了晚更新世末期以来的至少7次古地震事件证据,最新1次事件为1920年海原地震,1920年海原地震之前的1次事件可能与1092年历史地震对应。对比分析表明,这些事件可能均为超过8级的大地震,其复发呈现地震丛集与单个事件相间排列的规律,当前可能处于最近的1个地震丛集期内。该古地震序列与整个海原断裂带的大地震活动历史的对比表明,干盐池拉分盆地内新生断层在级联破裂地震事件发生时并非总是同时破裂,该断层是否参与破裂可能与该次级联破裂事件的震级大小有关。讨论整个走滑断裂带大地震活动历史时应避免仅依据具有一定规模的拉分盆地内部断层的破裂记录。
东天山至阿尔泰一带吸收了约10mm/a的地壳缩短量,占印度-欧亚大陆缩短量(约40mm/a)的¼,其中一部分变形量在阿尔泰一带通过断裂的右旋走滑和块体的逆时针旋转的联合作用吸收,但东天山一带的地壳变形吸收和调节方式目前仍然存在争议。通过近年来在东天山东段碱泉子、巴里坤山和哈尔尼克山进行的野外地质调查工作,发现东天山东段展布1个左旋走滑断裂系。自西向东,碱泉子-托莱泉断裂、巴里坤盆地南缘断裂和哈尔尼克山中央断裂构成该断裂系的主要格架,这个断裂系在东天山晚第四纪乃至新生代以来的造山过程中调节了山脉隆升过程的变形分配。这些断裂的晚第四纪活动随着断裂走向与区域主应力(NE向)夹角大小的变化呈现不同的活动特征。具体来说,近EW向的碱泉子-托莱泉断裂展现出以走滑为主的特征,这种特征一直延伸到EW-NW向巴里坤盆地南缘断裂的雄库尔一带,但自洛包泉以东巴里坤盆地南缘断裂开始发育逆冲分量,在巴里坤县城以东断裂的活动则表现为逆冲伴随走滑,往东NWW-EW向的哈尔尼克山中央断裂则又呈现出以走滑为主的特征。断裂系的活动特征耦合在东天山东段的造山过程之中,调节和吸收了部分地壳变形,造山带根部断层的变形在造山过程中可能并不是唯一起决定性作用的释放方式。
有历史记录以来,红河断裂带北段曾发生包括1652年弥渡7级地震和1925年大理7级地震在内的6.0级以上地震9次。然而,红河断裂中、南段自公元886年有历史地震记录以来,没有1次6.0级以上地震记录。红河断裂带作为边界断裂是在废弃,未来不会有大地震发生,还是为长周期大地震的孕震构造?这个问题一直困绕着地质学界。通过室内高分辨率遥感影像的判读,并结合详细的野外地质、地貌调查,在红河断裂南段戛洒-腰街一带发现了一系列槽谷地貌,在十几km的地段都有显示;同时,组合探槽揭露的古地震信息及14C样品测年分析表明,红河断裂南段存在全新世期间地震活动的地质证据。
2008年汶川8.0级地震之后,仅过5a时间,2013年在汶川以南的芦山发生了7.0级地震,龙门山断裂带南段的地震危险性成为关注的热点。通过地震地质调查和古地震研究,发现龙门山断裂带南段——双石-大川断裂(芦山地震震区以南段)在全新世有过新活动,主要表现为断续展布的槽谷地貌,探槽揭露断层断错了晚第四纪地层。综合历史地震史料分析认为,1327年天全地震震中应在四川天全一带,与双石-大川断裂新活动有密切关系;通过对比分析,认为其震级可定为6½~7级。
查明地表破裂带的展布对确定历史地震震中位置和震级大小有着十分重要的意义。东天山地区历史记载有1842年巴里坤附近的7级地震和1914年巴里坤附近的7 1/2级地震,发震构造存在争议。通过野外地质调查,确认东天山存在3条与这2次历史地震相关的地表破裂带,即碱泉子-洛包泉断裂上的鄯善北塔孜布拉克地表破裂带,巴里坤盆地南缘断裂上的雄库尔地表破裂带以及伊吾盆地南缘断裂上的盐池破裂带。综合该地区历史地震文字记录和目前的研究程度分析,认为雄库尔地表破裂带可能与1842年地震相关,而盐池破裂带则与1914年地震相关,塔孜布拉克破裂带可能代表了1次漏记的历史强震。在雄库尔破裂带以东约100km的巴里坤县城南发现巴里坤盆地南缘断裂干扰的堆积地层年龄为(3110±30)a,据此我们不能排除雄库尔地表破裂带延伸至巴里坤县城南一带的可能性。该区域位于文字记载的极震区之内,加之文字记载的1842年地震的影响范围不小于1914年地震,认为1842年地震震级不应小于1914年地震。
郯庐断裂带沂沭段最新活动的断层一般称之为F5断层,分布于潍坊至嘉山一带,长约360km。郯庐断裂带宿迁段F5断裂的准确位置、活动时代一直以来存在较大的不确定性。文中通过浅层地震勘探对F5断裂进行了系统性勘探,获取了准确的定位及其断裂发育特征。结果表明,F5断裂并未终止于原来认定的宿迁市环城南路处,而是继续向南延伸; F5断裂主要由2条相向而倾、近直立发育的主干断裂组成;在三棵树乡附近,F5断裂由3条断裂组成,且呈右阶排列,阶区长度约6km,宽度约2.5km,形成小的拉分盆地,控制了新近纪以来地层的沉积。结合钻孔联合剖面和槽探结果,判断F5断裂西边界断裂为全新世活动断裂,东边界断裂为晚更新世活动断裂,总体认为F5断裂为全新世活动断裂。
安丘-莒县断裂是郯庐断裂带内活动时代最新、地表形迹最明显, 地震危险性最大的断裂。因缺少可信的地质证据, 前人对于该断裂江苏段的全新世活动情况存在较大争议。文中根据对郯庐断裂带安丘-莒县断裂江苏段开展的野外调查工作成果, 结合在宿迁市地区开展的断层活动性鉴定工作成果, 对该断裂的晚第四纪活动特征进行了探讨。本次发现的多个断裂剖面及宿迁地区的断层活动性鉴定成果都表明安丘-莒县断裂的南马陵山—宿迁段在全新世中期发生过1次古地震事件; 而后陈村探槽表明该断裂重岗山段无全新世活动迹象。安丘-莒县断裂江苏段晚第四纪活动总体以右旋走滑兼挤压逆冲为特征, 局部地区则以走滑正断为主。安丘-莒县断裂江苏段自晚更新世以来经历了多次活动, 在全新世也有明显活动, 其地震活动具强度大、频度低的特点, 其活动性总体自北向南逐渐减弱。
城市活动断层是城市潜在危害之一, 而对城市隐伏活动断层的准确定位及其最新活动时代的判定, 一直是活动断层探测的难题。文中以宿迁市合欢路隐伏活动断层探测为例, 通过地质地貌调查和浅层地震勘探初步确定断层位置。依据对折定位法原理, 实施钻孔联合剖面探测, 把断层上断点限定在平面5m、深度4.4~6.1m的范围内。再通过开挖探槽, 精确查明断层近地表位置以及断层最新一次活动时间。 利用多层次, 多手段综合探测方法, 在合欢路场地对安丘-莒县断裂宿迁段的断层精定位和活动性研究中取得了很好的效果。 合欢路场地探测结果显示, 断层最新一次事件发生在(5.9±0.3)ka BP以后, 属于全新世活动断层。
断层隐形或尖灭现象在年轻事件影响的地层中较为突出, 可能造成年轻事件识别的误判, 增大地震危险性评价的不确定性。文中在前人相关研究成果的基础上, 结合中国的研究实例, 讨论断层隐形与年轻事件识别的问题。断裂在砂层、土壤、粉砂层、黄土、黏土质砂中的隐形比较普遍。在走滑、逆断层和正断层3种构造类型中走滑断层出现隐形的比例最高。汶川地震破裂带及其他一些探槽研究的案例显示, 易 "隐形"地层中年轻事件的识别需要从探槽开挖地点选择、探槽开挖方式、探槽信息的综合分析等相关技术入手。选择多韵律地层开挖探槽是避免断层隐形影响事件识别的关键; 组合或3维探槽有利于减小断层局部隐形的影响; 上下层位推延、粒度、色度以及土壤发育程度等综合分析是识别隐形断层的基本手段; 显微构造、粒度和磁化率分析等是隐形断层识别的重要发展方向之一。
对于历史记录的公元849年大地震的发震构造尚存在一定争议, 公元前7年大地震是否发生在河套断陷带, 也没有得到确认。通过影像解译、野外地质地貌调查和探槽开挖, 结合14C和单颗粒OSL测年, 利用构造地貌分析及古地震手段, 对大青山山前断裂、乌拉山山前断裂及狼山山前断裂的最新破裂事件进行了对比研究。为了尽可能降低古地震定年的不确定性, 采取了序列采样、重点层位多采样等措施。结合以往研究成果认为, 大青山山前断裂应为公元849年大地震的发震构造, 而狼山山前断裂最近1次地震破裂事件可能与公元前7年大地震有关。
古地震资料要在地震中长期预报和地震危险性评估中发挥更重要的作用, 关键在于减小古地震研究中的不确定性, 古地震发生年代的确定是最大限度减小不确定性的关键因素之一.要得到尽可能接近真实的古地震事件年代, 除正确地选择测年方法外, 正确的采样方法和事件年代确定技术尤为关键.在几种主要测年技术中, 优先采集碳十四(14 C)测年样品、释光样品采集搬运过程有充分 "退火"条件的物质、铍十(10Be)样品应采集各种干扰因素较少的样品、依据构造运动属性选择适宜的采样位置、用序列样品限制事件年代等, 是正确采集测定事件年代样品的技术要点;用地层年代限制的事件发生年代宜用区间值、有多个可信样品年龄值时应用年轻样品的年代数据, 是确定单一地点事件发生年代的基本原则;而包括逐次限定法、Z统计法、年龄分布曲线重叠法、事件窗法、年龄分布曲线权重重叠法在内的时间对比法, 以及空间对比法是断层或断层段多个测年地点事件年代估计的主要分析方法.
安宁河断层与则木河断层是青藏高原东南川滇地块东边界断裂带的重要组成部分,晚第四纪以来变形样式主要以左旋走滑运动为主。安宁河断层走向近SN向,以冕宁为界分为南北两段,北段古地震复发周期500~700a,全新世以来左旋平均位移速率约4mm/a。南段的古地震研究程度较低,通过在月华一带开挖探槽及大量14 C测年限定其大地震平均复发间隔为600~800a。则木河断层北接安宁河断层,全新世以来平均左旋位移速率为2.4~3.6mm/a,大地震复发周期约2 300a。对比安宁河断层与则木河断层的古地震行为,发现安宁河断层大地震复发间隔相对较短,平均左旋位移速率稍大,存在着古地震行为的不协调性。安宁河断层与则木河断层走向不一致、螺髻山的快速隆升以及安宁河断层南侧SN向展布的走滑断层系统等可能是造成安宁河-则木河断层古地震行为差异的原因。
6~7级地震地表位错量往往很小甚至不断错地表,其发震断裂很容易被误判为非全新世活动断裂而导致其未来强震危险性被忽视。对此,文中特提出未来可能发生6~7级地震的地表弱活动断裂类型。甄别地表弱活动断裂是6~7级地震中长期预测技术的关键,技术要点是: 在目标断裂所属构造系统的发震能力判定基础上,构建起目标断裂与同一构造背景中具历史地震记载或古地震地质记录的活动断裂之间的某种联系。实际案例解析结果表明,同一级次相似构造、同一构造系统不同孕震构造单元,以及特定构造过程中不同阶段构造级次的类比,是地表弱活动断裂6~7级地震中长期预测较为有效的技术方法。昆明市普渡河-西山断裂、龙门山断裂带北段汉中盆地活动构造系和南段大川-双石断裂为地表弱活动断裂,潜在震级6.5~7.0,陇县-宝鸡断裂带的桃园-龟川寺、固关-虢镇以及陇县-岐山-马召断裂潜在震级依次为6.0~6.5、6.5~7.0、7.5级左右。
灵丘盆地位于山西地堑系的东北部,曾于1626年发生7级地震.文中通过解译SPOT5影像、分析SRTM3数据和野外调查,对该盆地进行宏观的构造地貌分析和对比,结合探槽以及地质剖面确定主要活动断层的几何分布和最新活动特征,进而探讨灵丘地震的发震构造.结果显示: 太白维山山前断裂大部分段落最新活动时代限于晚更新世晚期.NE向的水涧-落水河断裂灵丘县城以西段造成同级地貌面高差约6m,其中最新活动在地表残留高约1m的断层陡坎,县城及以东段无明显地貌表现; NW向的华山河断裂具有枢纽断层特征,在盆地北部断裂向西倾并造成华山河Ⅰ级阶地两侧约10m的高差,在盆地南部断裂向东倾,剖面和相关地貌揭示该断裂在南段为一条高角度的活动正走滑断裂; 据此认为,1626年灵丘地震为水涧-落水河断裂西段和NW向的华山河断裂共轭作用的结果.
汶川MS8.0地震是近代少有的大陆褶皱逆断层型巨大地震,其地表破裂带是研究和解剖褶皱逆断层地表同震变形样式,并以此探讨古地震遗迹的不可多得的现实案例。在整理和分析汶川地震地表破裂带地质地貌调查资料的基础上,选择可能仅记录1次事件的平通、邓家(北川-映秀断裂)和九龙(江油-灌县断裂)等地为例,分析同震变形的特点和类型,并结合映秀、桂溪等地的古地震研究成果,讨论褶皱逆断层型古地震识别的技术要点。结果显示: 地表变形主要包括逆断层直接位错、折曲位错变形和弯曲褶皱变形等类型; 崩积楔、断层与地层切盖关系是分析断错地表型古地震事件的可行依据,而折曲位错变形型和弯曲褶皱变形型古地震识别则强调在上盘是否存在侵蚀不整合面,下盘是否存在生长地层,以及标志地层在断层两盘位差的突然增减; 断层陡坎高度的倍数关系在一定程度上与古地震次数相关,但不能简单地用同震位移量除以陡坎高度的方法确定古地震期次; 对于低角度逆断层的古地震识别,薄长状崩积楔、断层与堆积地层的切错关系和不同标志地层在断层两侧的累积位差的突变是重要的标志。识别古地震应因地制宜、思考多种因素的影响、用多种证据相互印证。
通过对P5立体像对、GeoEye-1影像的处理与分析,分别进行了数字高程模型的提取和地层的划分,用检查点法和目视检查法对提取的数字高程模型的误差评估结果显示,误差在5m以内,满足产状提取的要求。根据地层划分结果,在不同时代的地层边界处和同时代地层内部选择岩层三角面发育较好、产状相对稳定的区域,选取用于地层产状提取的点,并获取其三维坐标,然后在MATLAB环境下根据三点法或多点拟合法原理及公式编程提取地层产状。野外验证结果表明,提取的产状倾角误差均在6°以内,其中85% 的误差在4°以内,中误差在3°以内,均在定量研究可接受的范围之内,并分析和总结了误差产生的主要原因。研究结果表明,利用P5立体像对与GeoEye-1影像提取近地表地层产状的方法,有效地约束了浅层构造的形态,减少了构造分析的不确定性,对柯坪的构造变形研究具有重要意义。
活动断层滑动速率可以用来定量比较不同断裂带或同一断裂带不同时段的活动性,同时还是地震危险性评价的重要参数,合理评估活动断层的滑动速率主要受限于两个参数的可靠性,即断层的累积位移量和相应的活动时间。传统上较理想的用于评估走滑断层滑动速率的地貌体一般为阶地、冲洪积扇、冲沟等的位错测量和相应活动累积时间的确定,文中则尝试通过青藏高原东南缘则木河断裂带大箐梁子段三维组合探槽揭示的小型三角状拉分盆地的生长模式来约束断层的水平位移速率,基于野外详细的调查、拉分盆地底部14C测年以及实时差分GPS精确测量,约束了则木河断裂带全新世以来的断层平均左旋滑动速率为(2.4±0.2)~3.6mm/a,这比前人给出的滑动速率偏小,但却与古地震资料及GPS观测结果吻合得较好。
柯坪塔格山前三岔口北西发育了5级不同期次的冲洪积扇面,其中较年轻的3期完整地保留了断裂最新活动形成的陡坎。依据断错地貌面上砾石混合样品的10Be暴露年龄及差分GPS地形实测结果,计算出(20.22±1.91)ka以来T1、T2、T3级冲洪积扇上记录的断裂垂直滑动速率分别为(0.16±0.02)、(0.17±0.02)和(0.15±0.02)mm/a。T4、T5级地貌面的抬升速率为(0.51±0.05)、(0.58±0.05)mm/a,稍大于T1、T2、T3冲洪积扇面的结果。 柯坪塔格断裂在三岔口处出露的断层倾角为20°~40°,据此计算得到(20.22±1.91)ka以来柯坪塔格的水平缩短速率为0.19~0.58mm/a。