获取高精度断层面形貌对微观断层面形貌与地震成核、 破裂扩展及终止的相关性研究具有重要意义。 为了提高断层面形貌的测量精度、 克服现有测量方法的不足, 我们研发了一套具有自主知识产权的μm级形貌测量系统。 经过测试, 该新型μm级形貌测量系统具有以下特征: 1)其平面定位(x轴与y轴方向)精度优于3.5μm, 垂向测量精度优于4.5μm, 水平分辨率可达0.62μm, 垂向分辨率为0.25μm; 2)该系统在垂向发射激光束, 可测量形貌面中大倾角的凹谷区域, 避免产生数据空白, 可获得完整的形貌测量结果, 具有较强的陡峭表面测量能力; 3)该系统具有较大的测量量程(30cm×30cm), 测量大尺度样品时, 可避免多次测量数据的配准拼接以及由此带来的误差。 运用该形貌测量系统, 可对实验断层面进行扫描并获得高分辨率的形貌数据, 能够满足μm级尺度上的形貌分析要求。

研究地震地表破裂的几何结构与同震位移分布的空间关联性, 对于理解断层面几何形貌与地震活动的相关性具有重要意义。 文中运用滑动窗口方法, 对28个震例的地表破裂非规则几何结构特征(走向变化、 阶区大小和粗糙度)和同震位移分别进行了量化和均值计算, 并计算了二者之间的相关性, 最后分析讨论了走滑型和倾滑型震例的相关性之间的差异性及成因。 研究结果表明: 1)相对于倾滑型, 走滑型地震地表破裂的几何结构与同震位移的相关性更高, 表明走滑型断层(破裂)的几何特征在分段中具有更高的参考价值; 2)在走滑型震例中, 地表破裂的几何结构与同震位移之间存在负相关关系, 即地表破裂上某段的阶区、 走向变化、 粗糙度的特征值越大, 其对应的同震位移量越小; 3)走滑型地震的地表破裂非规则几何结构特征中, 与同震位移分布的相关程度由高到低依次为阶区大小、 走向变化、 粗糙度。

随着断层面形貌测量、地球化学元素测定和第四纪定年方法等技术的发展与突破，利用基岩断层面记录的信息研究古地震成为可能的技术方法之一。国内外学者从不同专业角度开展了大量基岩断层面的古地震研究，取得了一系列创新性成果。文中对基岩断层面古地震研究的结果进行了总结和梳理，系统地介绍了基岩断层面古地震研究方法的发展历史、基本原理和应用实例，并对比了各种方法的优劣与局限，指出了目前研究存在形貌表达参数繁多且优劣不明、宇生核素法限定古地震年代的不确定性较大、定年方法种类较少难以满足不同岩性断层面的测年需求、形貌与物化特征等参数未与绝对定年方法紧密联系并建立可靠的年龄标尺、缺乏断层面暴露前后经历的物理化学生物过程的机理性研究以及单一方法研究居多而多方法综合比对不够等一系列问题。建议在今后的基岩断层面古地震研究工作中应当加强对各形貌学模型参数值的可靠性、适用性及精度的总结评估；改进当前测年技术的数学模型，优化核素产生机制和产率模型，并及时引入新兴的高精度测年技术；适时地构建区域内相对定年指标（X）与绝对定年年龄（T）的关系模型，建立年代标尺；积极开展基岩断层面样品的形貌结构和矿物成分分析等微观尺度的研究，加强对断层面所经历的一系列物理、化学和生物过程的机理性研究以及多学科、多方法综合对比性研究。总之，从定性描述到定量表达、从单一学科方法到多学科交叉融合、从某一技术指标探索到多源数据技术综合运用，注重相对定年指标（X）与绝对定年年龄（T）的结合、注重显微尺度的机理性研究，是基岩断层面古地震研究方法的发展趋势。将基岩断层面的古地震研究与松散沉积物区的探槽技术紧密结合，将更为有效地恢复活断层带上更加完整的古地震序列和强震活动历史，从而对区域地震危险性给出更为合理的评价。

天然断层面的几何形貌特征中隐含着大量与断层演化和破裂机制相关的信息，准确描述断层面的形貌特征对于认识断层的形成与发展，及其破裂过程具有重要意义。文中运用能谱密度分析方法，对全球52条同震地表破裂和300条活动断层的地表迹线数据进行分析和归纳，结果显示：1）它们的平均能谱密度曲线在频域上具有明显的3分段特征。在低频域，能谱密度曲线特征表征了km级以上尺度的构造块体边界的形貌特征；在中频域，则受到hm—km级尺度上的断层横向扩展、次级断裂的贯通以及地形因素的控制；在hm尺度上的拐点代表了重采样的有效长度，在hm级以下尺度的高频域，能谱曲线特征受到数据插值方法的控制；2）在km级以下尺度，同震地表破裂的能谱密度曲线显示3种破裂类型的断层迹线粗糙度之间存在明显差异：逆冲型 > 正断型 > 走滑型，这表明在该尺度范围内的破裂迹线几何形貌特征差异主要受破裂类型的控制；3）与同震地表破裂相比，活动断层迹线的能谱密度明显偏低。这表明随着破裂次数增加、断层活动历史增长，断层的粗糙度会逐渐减小，即粗糙度与成熟程度成反比。