矿物晶体中累积的释光信号与其暴露在辐射环境中的时间相关, 可用于测定沉积物年代。近年来, 依托石英和长石2种矿物释光信号的测年方法日臻成熟, 但这2种矿物的释光信号过早饱和, 限制了其测年上限(通常<300ka)。前人研究表明, 方解石亦有可能成为热释光测年材料, 因为其热释光信号对剂量响应的灵敏度高, 且特征饱和剂量约可达3 000~5 000Gy, 有望将释光测年范围扩展至第四纪尺度。特别地, 这一技术的发展也将拓展目前仅限于剥露速率极高地区的释光低温热年代学的应用范围, 使其更好地贡献于地貌演化和构造活动的研究。文中对方解石热释光的基本原理和测年流程进行了简要概括, 总结了方解石热释光测年应用及动力学参数的研究成果。此外, 利用方解石热释光技术对虎跳峡段的基岩样品进行了测试, 结果表明, ITL-235℃释光信号可用于该地区剥露历史的恢复工作。同时, 文中基于上述内容讨论了方解石热释光技术的应用潜力和待解决问题, 以期为该技术在构造地貌领域的应用提供帮助。

2021年5月22日2时4分, 青海省果洛藏族自治州玛多县发生 M_S7.4 地震。震后一个月, 在对地震地表破裂带的展布和同震位移进行详细勘察后, 有针对性地沿地表破裂带不同部位(西段、 中西段、 中东段、 东段)布设了7条800~3 000m的跨断裂测线, 对土壤气Rn、 H₂、 Hg和CO₂进行浓度测量和气体采集, 并对采集样品进行了碳同位素和氦同位素分析。测量结果表明, 地表各破裂段土壤气浓度的最大值差别较大, 破裂带东、 西两端的气体浓度较高而中段气体浓度较低, 可能与断层不同分段的破裂方式和应力分量不一致有关。土壤气中H₂和Hg的浓度特征具有较好的一致性, 在地表破裂带内或紧邻处浓度较高。玛多 M_S7.4 地震的发震断层东端出现多条分支, 破裂具有复杂性。从土壤气浓度测量结果来看, 南支和北支断层的活动都较强, 但北支断裂土壤气逸出浓度的曲线形态特征和断层产状不一致, 可能与北支断裂地表破裂范围大且存在多条次级断裂有关。³He/⁴He测定结果表明, 研究区土壤气中的稀有气体主要为大气来源, 但δ¹³C测值和CO₂/³He计算结果显示玛多地震断层土壤气具有大气组分与地壳组分的混合特征。

示踪黄河流域的泥沙来源, 对于认识和理解青藏高原隆升剥蚀和西太平洋边缘海沉积之间的耦合关系至关重要。钾长石是河流沉积物中常见的造岩矿物之一, 其铅(Pb)同位素比值在应用于大河物源示踪研究时效果良好, 但这一研究在黄河流域还未开展。文中利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪(LA-MC-ICP-MS)对黄河流域的15件样品进行分析, 获得了967颗钾长石的原位Pb同位素结果。²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb和 ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb比值二维散点图和多维判别图(MDS)结果表明, 黄河玛多-同德段、 大夏河和湟水的钾长石Pb同位素组成与黄河兰州段存在明显差异; 黄河兰州段的钾长石Pb同位素组成与黄河巴彦淖尔段一致, 二者受相似的风成物源区的影响; 黄河晋陕峡谷段、 汾河的钾长石主要来自黄土高原; 渭河的钾长石主要来自秦岭。黄河开封和利津段的钾长石Pb同位素组成一致, 都与黄河上游和华北板块明显不同, 但与黄河中游相似。黄土高原对黄河中、 下游的钾长石来源起主导作用。

同震地表破裂长度是区域活动断裂最大震级估算以及区域未来地震潜力评估的重要参数之一。2021年5月22日在青海省果洛藏族自治州玛多县发生了 M_W7.4 地震, 其触发的同震地表破裂沿东昆仑断裂东南分支延伸线上的江错断裂分布。文中基于震后2次大范围的野外调查, 结合无人机航拍影像和高精度地形数据的精细解译, 明确了此次地震的同震地表破裂自西往东可划分为鄂陵湖南段、 野马滩段、 黄河乡段和江错分支段, 最东端的地表破裂位置位于前人研究所确定的最东端以东2km以远, 破裂全长约158km。此外, 本研究在冬草阿隆湖以东的沙丘区域内发现了呈半圆弧形连续分布的地表破裂, 而破裂在沿走向SE的优云乡段的传播过程中所经过的大面积沙丘覆盖区域也存在零星的张剪性地表破裂和断层陡坎, 且陡坎的垂向位移可达30cm。对比已有的关于同震地表破裂长度的研究结果, 分析认为本研究与其他结果之间存在差异的主要原因在于: 1)本研究所得结果基于更广泛、 详实的野外调查和更大范围的高精度影像的精细解译; 2)分析过程中避免了阶区等段落几何复杂区两侧叠加段落的重复计算。结合巴颜喀拉块体周缘已有的强震震例, 均显示青藏高原地区同震地表破裂的长度较全球平均值偏大。

掌握精确地震的地表破裂带特征是探讨大地震破裂特征和发震机理的重要基础。摄影测量技术为快速获取高精度、 高分辨率地表破裂带的空间展布提供了有力支撑。文中以玛多 M_W7.4 地震为例, 详细介绍了摄影测量技术在震后快速准确地进行地表破裂解译及相关特征参数提取中的应用。通过无人机摄影测量技术, 在较短时间内获得了地震全段地表破裂的数字正射影像以及多个形变复杂区域厘米级分辨率的数字高程模型, 可满足震后快速获取同震地表破裂带特征的需要。对正射影像测量的地表破裂水平位错结果与野外实地测量结果进行对比, 可证明无人机摄影测量技术所得数据的真实性和可靠性。利用移动智能设备搭载的LiDAR传感器, 结合增强现实技术(Augmented reality, AR), 实现了如挤压鼓包等复杂地表破裂的室内重现, AR成像模型与实景高度融合, 为地质教学及科研工作提供了一种新的方法和思路。研究结果显示, 摄影测量技术在活动构造定量化、 精细化研究中具有巨大的应用潜力。

同震位移作为量化地震破裂特征的基本参数, 可为探究断裂活动机制和预测未来地震危险性提供重要的约束条件。尽管大地测量技术能够快速刻画地震在时空上的破裂特征, 然而详细的野外实地调查与测量仍然是获得可靠同震位移和提取弥散变形特征最有效的方法。文中以2021年青海玛多 M_W7.4 地震为例, 基于无人机正射影像, 对破裂带进行了详细的解译, 并结合国外震例的研究结果探讨了走滑地震的弥散变形特征及其意义。玛多地震的发震断裂为左旋走滑性质的昆仑山口-江错断裂的东南段, 其地表破裂带在西段整体沿山前或山麓地带展布, 主要是由挤压鼓包、 张剪裂缝和断层陡坎等沿近EW向雁列组合而成的左旋剪切破裂带。结合震前卫星影像, 对该破裂带西段较大位移点的鄂陵湖南侧断错车轮印迹线进行了震前和震后的精细填绘与对比分析。结果表明, 该段同震变形在主破裂带南侧存在弥散变形现象, 重新恢复获得的总左旋位移量约为3.6m, 其中主变形位移量约为2.7m, 弥散变形量约为0.9m, 占主变形位移量的33%。综合分析后认为, 弥散变形在走滑型同震破裂带上可能普遍存在, 而且往往具有不对称性。新的研究结果指示, 在走滑断层的滑动速率研究中, 观测点应尽量选在几何结构简单的区段, 从而减少弥散变形的影响。

同震地表破裂形态的精细刻画可为理解断裂带复杂几何结构、 动态破裂过程与破裂机理提供重要信息。2021年5月22日, 青藏高原内部青海省果洛藏族自治州玛多县发生了 M_W7.4 地震, 这是自2008年汶川 M_S8.0 地震后中国大陆地区发生的震级最大的一次地震。此次地震的同震地表破裂突破了沿线多个阶区、 弯折等几何不连续结构, 形成了长约158km的同震地表破裂带和多样化的断裂几何形态, 其中以震中区段落的地震地表破裂形态最为特殊和复杂。有助于全面认识震中区段落的地震地表破裂形态并深入理解其形成机理, 文中基于分辨率约为3cm的航空影像数据, 结合野外实地调查资料, 完成了本区域地表破裂的精细填图。对地表破裂的类型、 分布、 几何结构和走向等进行的综合分析表明, 震中区的地震地表破裂受阶区几何结构的影响而呈现分布式破裂的特点。并且, 震中附近的强震动效应和地震断裂初始发育阶段的影响, 进一步造成了该段落分布式地震地表破裂的形态。文中高清再现了震中区的阶区及其附近段落的地震地表破裂特点, 对走滑断裂带的分布式同震地表破裂有了更进一步的了解。

地震地表破裂是理解大陆地壳变形模式和地震破裂行为的关键, 也是活动断层避让带设置的直接依据。2021年5月22日青海玛多 M_W7.4 地震沿昆仑山口-江错断裂江错段形成了长达158km的同震地表破裂, 造成沿线野马滩大桥、 昌马河大桥坍塌。文中基于震后2次大范围现场调查资料和震区3~7cm分辨率的无人机航片, 获得了本次地震详细的地表破裂, 在精细填图的基础上, 阐述了玛多地震地表破裂、 地表裂缝、 砂土液化带和带状塌陷等多种类型裂缝的分布特征及其意义。除在断裂相交处存在多条次级破裂外, 局部存在大量延伸长、 走向稳定、 具有雁列特征的裂缝带, 最远处与主破裂带的距离>5km; 在震中附近及震中以西、 以东多个段落跨断层数千米范围内存在分支破裂、 斜列式地表裂缝、 砂土液化带、 带状塌陷和地裂缝等与同震变形相关的地表特征。玛多地震分布式同震地表裂缝的揭示, 主要得益于大范围、 密集的现场调查和厘米级高分辨率航片的精细解译, 使小位移量破裂或微弱裂缝得到充分识别。由于缺乏明确的位错标志, 难以甄别未在主破裂断层上的同震地表裂缝是构造成因还是震动成因, 分析其空间分布形态、 余震分布及其震源机制、 区域构造背景等, 经初步推测, 不排除有些裂缝代表区域先存断层的继承性活动与次级断层触发活动的可能性。对分布式同震地表裂缝的精细刻画有助于全面理解地震破裂过程的机理, 对于重要工程抗震减灾的有效设防具有现实意义。

以往的地震统计研究中, 由于中小地震产生地表破裂的震例缺乏, 多数研究者认为在大多数情况下, 当地震震级M>6 1/2 时才会产生地表破裂。基于上述统计认识, 古地震探槽中破裂的出现也认为更可能是由M6 1/2 以上地震造成的。收集了1950—2014年全球范围内有明确记录产生地表破裂的56个中小强度震例, 发现伴有地表破裂地震的震级下限可能在5级左右, 极端情况下震级可以低至3.6级。同时, 从理论和经验的角度, 探讨地表破裂的控制因素, 发现震源深度较浅是中小强度地震产生地表破裂的1个重要原因, 此外高热流值和拉张的构造环境、摩擦强度较弱的活动断裂也是低震级事件破裂达到地表的有利条件。因此, 虽然中小震级地震产生地表破裂的概率较低, 但并非完全不可能。古地震探槽解译时, 也不能绝对地认为只要有破裂出现, 就一定是6.5级以上地震所为, 而忽视古地震探槽揭示中等震级地震事件的可能性。