青藏高原東北緣發(fā)育有一系列走滑逆沖斷裂帶,冷龍嶺斷裂帶恰位于其東部最前緣部位,是青藏高原東北緣一條非常重要的左旋走滑構(gòu)造帶,同時(shí)冷龍嶺斷裂帶也是祁連—海原構(gòu)造帶的重要組成段落之一,其構(gòu)造變形與地震活動(dòng)也直接揭示了祁連—海原構(gòu)造帶對(duì)整個(gè)青藏高原東北緣構(gòu)造變形的調(diào)整與傳遞作用。然而同周圍一系列具有強(qiáng)震構(gòu)造背景的活動(dòng)斷裂帶相比,目前對(duì)冷龍嶺斷裂地震地質(zhì)研究程度仍有待加強(qiáng)。有關(guān)冷龍嶺斷裂帶晚更新世以來(lái)滑動(dòng)速率的研究結(jié)果分布在很大的研究范圍內(nèi),關(guān)于冷龍嶺斷裂帶全新世活動(dòng)習(xí)性與大震復(fù)發(fā)特征的研究也有待深入。有學(xué)者認(rèn)為冷龍嶺斷裂帶與金強(qiáng)河斷裂、毛毛山斷裂帶與老虎山斷裂共同構(gòu)成“天祝地震空區(qū)”。發(fā)生在2016年與1986年的兩次門源地震,造成該區(qū)地震地質(zhì)研究形勢(shì)更加嚴(yán)峻。對(duì)冷龍嶺斷裂帶全新世破裂模式、大震復(fù)發(fā)特征進(jìn)行研究,并明確其區(qū)域深部結(jié)構(gòu)特征、地殼變形模式,綜合構(gòu)建冷龍嶺斷裂帶及區(qū)域地震構(gòu)造模型非常有必要,相關(guān)研究結(jié)果也將提升對(duì)冷龍嶺斷裂帶及該區(qū)域地震活動(dòng)性的認(rèn)識(shí),為冷龍嶺及門源地區(qū)地震災(zāi)害防御提供重要依據(jù)。相關(guān)成果還可以促進(jìn)對(duì)祁連—海原構(gòu)造帶整體地殼變形繼承關(guān)系的認(rèn)識(shí),增強(qiáng)對(duì)該區(qū)第四紀(jì)地震構(gòu)造環(huán)境與構(gòu)造動(dòng)力學(xué)特征的理解,更全面認(rèn)識(shí)冷龍嶺斷裂帶在青藏高原東北緣構(gòu)造地位與意義。圍繞以上科學(xué)問(wèn)題,本論文主要聯(lián)合衛(wèi)星遙感與地基LiDAR技術(shù),發(fā)展基于構(gòu)造地貌高精度測(cè)量的活動(dòng)斷層定量研究方法。首先,為指導(dǎo)高分辨率遙感技術(shù)應(yīng)用于活動(dòng)斷層及構(gòu)造地貌定量研究,本論文將建立不同類型活動(dòng)斷層及相關(guān)構(gòu)造地貌遙感影像識(shí)別標(biāo)志,從解譯標(biāo)志精細(xì)結(jié)構(gòu)與幾何特征角度,深入解析斷層與微地貌構(gòu)造變形特征,建立不同類型活動(dòng)斷層、構(gòu)造微地貌要素與影像解譯標(biāo)志之間的判別關(guān)系模式。其次,本論文將重點(diǎn)針對(duì)冷龍嶺斷裂帶將構(gòu)建典型斷層斷錯(cuò)地貌精細(xì)結(jié)構(gòu)模型,匹配震前地貌標(biāo)志并恢復(fù)斷層破裂過(guò)程;估算斷錯(cuò)地貌位移,采用位移概率密度法研究地震位移分布關(guān)系及斷層破裂模式,厘定不同分段單次地震事件位移;結(jié)合斷層全新世滑動(dòng)速率的測(cè)定,明確其全新世大震復(fù)發(fā)特征。最后綜合區(qū)域活動(dòng)構(gòu)造、地球物理與大地測(cè)量等資料,分析冷龍嶺斷裂帶在青藏高原東北緣構(gòu)造變形的調(diào)節(jié)機(jī)制與構(gòu)造意義,探討該區(qū)構(gòu)造動(dòng)力學(xué)特征。通過(guò)開(kāi)展相關(guān)研究本,論文主要取得成果如下:(1)本文以構(gòu)造地質(zhì)學(xué)與構(gòu)造地貌學(xué)理論知識(shí)為指導(dǎo),基于不同精度的多源遙感影像,系統(tǒng)總結(jié)了遙感技術(shù)在活動(dòng)斷層與構(gòu)造地貌調(diào)查方面的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀,特別是與傳統(tǒng)遙感地質(zhì)調(diào)查之間的區(qū)別與聯(lián)系。通過(guò)結(jié)合不同類型斷層形成的力學(xué)機(jī)制,分別討論拉張、擠壓與剪切三種構(gòu)造模式下復(fù)雜多樣的構(gòu)造微地貌模型及其表現(xiàn)形式,通過(guò)對(duì)重要活動(dòng)斷裂上典型地貌特征遙感影像的分析,給出不同類型活動(dòng)斷層與構(gòu)造地貌遙感判別標(biāo)志及分析方法。對(duì)斷層斷錯(cuò)地貌、活動(dòng)斷層派生構(gòu)造地貌、活動(dòng)斷層間接解譯標(biāo)志、非活動(dòng)斷層等多種要素遙感影像特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析,并給出活動(dòng)斷層、構(gòu)造微地貌與遙感解譯標(biāo)志三者間的關(guān)系模式。同時(shí)強(qiáng)調(diào)利用遙感資料研究活動(dòng)斷層時(shí),需考慮不同類型斷層形成構(gòu)造地貌要素的多樣性、相似性與疊加性,應(yīng)根據(jù)遙感解譯標(biāo)志結(jié)合構(gòu)造地貌模型及其形成的斷層力學(xué)環(huán)境進(jìn)行綜合判定。(2)野外調(diào)查與遙感解譯均發(fā)現(xiàn),沿冷龍嶺斷裂帶廣泛分布一系列米級(jí)至數(shù)十米級(jí)規(guī)模的左旋斷錯(cuò)沖溝、階地、洪積扇、冰磧壟等。采用地基LiDAR對(duì)冷龍嶺斷裂帶典型斷錯(cuò)地貌開(kāi)展高精度測(cè)量,對(duì)東部討拉溝、柴隆溝與牛頭溝三處斷錯(cuò)沖溝、階地與洪積臺(tái)地進(jìn)行了重點(diǎn)研究。通過(guò)對(duì)柴隆溝四期次斷錯(cuò)階地精細(xì)結(jié)構(gòu)的識(shí)別與分析,明確了斷層活動(dòng)、地層沉積與地貌剝蝕之間關(guān)系,恢復(fù)出斷層破裂歷史過(guò)程,并識(shí)別出四次古地震事件,通過(guò)對(duì)討拉溝、柴隆溝多處錯(cuò)斷地貌與地震位移的測(cè)量分析,初步認(rèn)為冷龍嶺斷裂帶符合準(zhǔn)周期破裂模式。結(jié)合牛頭溝斷錯(cuò)階地樣品年代測(cè)試,得到冷龍嶺斷裂帶東段全新世滑動(dòng)速率約為6.6±0.3 mm/yr。(3)對(duì)如何基于高精度地形資料與高分辨率影像資料提取斷錯(cuò)地貌標(biāo)志進(jìn)行了研究,分析了如何基于斷錯(cuò)地貌標(biāo)志恢復(fù)重構(gòu)斷層破裂過(guò)程,以及斷錯(cuò)地貌影響因素等。在此基礎(chǔ)上,本論文基于遙感影像及地基LiDAR資料提取出沿冷龍嶺斷裂帶百余公里范圍內(nèi)三百余處左旋斷錯(cuò)地貌標(biāo)志,包括斷錯(cuò)沖溝、階地、洪積扇、冰磧壟等,并估算出每處斷錯(cuò)地貌全新世以來(lái)的累計(jì)位移。隨后基于累計(jì)位移概率密度函數(shù)法,對(duì)冷龍嶺斷裂帶東西段累計(jì)位移分布進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。斷裂東段位移密度峰值符合指數(shù)函數(shù)關(guān)系,據(jù)此識(shí)別出東段全新世期間發(fā)生約7次古地震事件,單次地震位錯(cuò)規(guī)模約8m。斷裂西段累計(jì)位移分布自西向東逐漸增加,單次地震位移最西端約2~3m,東端約5~7m。冷龍嶺斷裂帶東、西兩段地震位移分布特征皆反映斷裂帶符合準(zhǔn)周期特征破裂模式,且指示沿冷龍嶺斷裂帶力學(xué)性質(zhì)的變化,即東段為典型的左旋走滑運(yùn)動(dòng),而西段左旋走滑運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度要低于東部。根據(jù)斷裂破裂參數(shù)之間經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)公式,估算得到冷龍嶺斷裂帶全新世期間發(fā)生的大震震級(jí)約在8.0級(jí)。通過(guò)對(duì)大震復(fù)發(fā)間隔進(jìn)行重新估算,得到1218±132 yr的結(jié)果。冷龍嶺斷裂帶與東部的金強(qiáng)河、毛毛山、老虎山及海原斷裂同屬千年復(fù)發(fā)間隔級(jí)別的活動(dòng)斷裂帶。(4)針對(duì)2016年發(fā)生的門源北部Ms6.4級(jí)地震,利用Sentinel-1A升、降軌兩組雷達(dá)數(shù)據(jù)通過(guò)干涉處理得到該地震同震形變場(chǎng),結(jié)合余震精定位對(duì)發(fā)震斷層破裂機(jī)制進(jìn)行了研究。結(jié)果表明2016年門源地震發(fā)震斷層為冷龍嶺斷裂帶北側(cè)的次級(jí)斷層而非南側(cè)的主斷層,地震導(dǎo)致次級(jí)斷層兩側(cè)地層發(fā)生向上背斜式變形�；贗nSAR形變場(chǎng)與最優(yōu)位移分布模式的反演結(jié)果,也揭示2016年門源地震的同震位移主要分布在8~11km深度范圍內(nèi),其中最大滑動(dòng)位移0.45m分布在9.5km深度,累計(jì)地震矩達(dá)到9.9×10~(17)N×m,矩震級(jí)約Mw5.9。綜合分析冷龍嶺斷裂帶幾何結(jié)構(gòu)、地震分布以及斷層力學(xué)性質(zhì)可知,造成2016年與1986年兩次地震性質(zhì)不同且與冷龍嶺主斷裂性質(zhì)也差異很大的原因在于冷龍嶺主斷層與分支斷層的構(gòu)造組合樣式。兩次門源地震分別發(fā)生在北側(cè)次級(jí)斷層的兩個(gè)端點(diǎn)部位,其中次級(jí)斷層?xùn)|部終端向主斷裂彎曲交匯平面上形成左行右階構(gòu)造樣式,次級(jí)斷層西部終端向主斷裂彎曲交匯平面上形成左行左階構(gòu)造樣式。在斷裂帶左行走滑環(huán)境下,在斷裂的彎曲部位形成剪切擠壓變形和剪切拉張變形,因此導(dǎo)致兩次門源地震斷層破裂性質(zhì)分別表現(xiàn)出擠壓和拉張?zhí)卣?兩次強(qiáng)震活動(dòng)共同反映出冷龍嶺活動(dòng)斷裂帶整體以左行走滑運(yùn)動(dòng)為主。(5)本文使用地球物理場(chǎng)與大地測(cè)量資料,對(duì)冷龍嶺斷裂帶及其周邊區(qū)域精細(xì)地殼結(jié)構(gòu)與構(gòu)造變形模式進(jìn)行研究,綜合構(gòu)建該區(qū)活動(dòng)斷層結(jié)構(gòu)模型,以揭示該區(qū)大震構(gòu)造背景�；谥亓Y料的研究結(jié)果表明冷龍嶺斷裂帶所在構(gòu)造帶是青藏高原東北緣一條非常重要的大型地質(zhì)與地球物理場(chǎng)邊界,重力異常場(chǎng)源深度延伸至下地殼及更深部位,異常分布與地質(zhì)體及構(gòu)造帶分布密切相關(guān),且具有顯著分區(qū)特征。戈壁—阿拉善塊體與東部鄂爾多斯塊體表現(xiàn)為大范圍重力高異常,反映莫霍面埋藏較淺、巖石圈密度較高,為相對(duì)完整致密的剛性塊體。青藏高原東北緣具有大范圍重力低異常特征,且局部重力高、低異常呈相間平行排列,反映莫霍面較深、巖石圈密度較低,揭示了該區(qū)域在青藏高原北東向擠壓應(yīng)力下,地殼發(fā)生強(qiáng)烈縮短、增厚與褶曲變形,造成東北緣地殼非常破碎。通過(guò)GPS速度場(chǎng)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),在北部受到戈壁—阿拉善塊體及東部受到鄂爾多斯塊體的共同阻擋作用下,青藏高原東北緣構(gòu)造變形場(chǎng)發(fā)生順時(shí)針旋轉(zhuǎn)變化,這種現(xiàn)象同時(shí)反映戈壁—阿拉善剛性塊體、華北克拉通剛性塊體以及冷龍嶺斷裂帶所處的青藏高原東北緣三個(gè)塊體,在分別受到北側(cè)歐亞大陸板塊、東側(cè)太平洋板塊和西南側(cè)印度—青藏板塊三個(gè)相向方向的作用力在該青藏高原東北緣的碰撞之后,對(duì)該區(qū)共同擠壓作用造成構(gòu)造變形的復(fù)雜性及多樣性。最后,本文構(gòu)建了冷龍嶺斷裂帶及周邊區(qū)域地震構(gòu)造及斷層三維結(jié)構(gòu)模型。
【學(xué)位單位】：中國(guó)地震局地質(zhì)研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P315.2
【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 選題依據(jù)
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 活動(dòng)斷層遙感調(diào)查技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 冷龍嶺斷裂帶調(diào)查研究進(jìn)展概述
        1.2.3 基于地貌學(xué)方法的大震復(fù)發(fā)特征研究
    1.3 研究意義
    1.4 主要研究?jī)?nèi)容與章節(jié)安排
        1.4.1 研究?jī)?nèi)容
        1.4.2 章節(jié)安排
第二章 資料與方法
    2.1 資料介紹
        2.1.1 地基LiDAR數(shù)據(jù)采集
        2.1.2 高分辨率衛(wèi)星影像
        2.1.3 數(shù)字高程模型
        2.1.4 雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)
        2.1.5 地球物理資料
    2.2 地基LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理
        2.2.1 數(shù)據(jù)概算
        2.2.2 數(shù)據(jù)濾波
        2.2.3 數(shù)據(jù)配準(zhǔn)
        2.2.4 地形建模
    2.3 研究方法
        2.3.1 地震位移分布模型
        2.3.2 斷層活動(dòng)跡線識(shí)別
        2.3.3 斷錯(cuò)地貌定量測(cè)量與分析
        2.3.4 累計(jì)位移概率密度計(jì)算
    2.4 小結(jié)
第三章 冷龍嶺斷裂帶典型斷錯(cuò)地貌特征定量分析
    3.1 斷層力學(xué)環(huán)境與構(gòu)造地貌模型
        3.1.1 走滑斷層與構(gòu)造地貌模型
        3.1.2 正斷層與構(gòu)造地貌模型
        3.1.3 逆斷層與構(gòu)造地貌模型
        3.1.4 活動(dòng)斷層及構(gòu)造地貌遙感特征解析
        3.1.5 綜合構(gòu)造地貌類型分析
    3.2 斷裂帶構(gòu)造樣式及結(jié)構(gòu)特征研究
    3.3 典型地段錯(cuò)斷地貌定量研究
        3.3.1 討拉溝錯(cuò)斷地貌分析
        3.3.2 柴隆溝錯(cuò)斷地貌分析
        3.3.3 牛頭溝錯(cuò)斷地貌分析
    3.4 強(qiáng)震活動(dòng)特征初步討論
        3.4.1 地震位移分布特征解析
        3.4.2 斷層滑動(dòng)速率估算
        3.4.3 大震復(fù)發(fā)間隔初步估算
    3.5 本章小結(jié)
第四章 冷龍嶺斷裂帶地震位移分布及破裂模式研究
    4.1 跨斷層斷錯(cuò)地貌標(biāo)志體識(shí)別
        4.1.1 全新世地震地表跡線識(shí)別
        4.1.2 斷層斷錯(cuò)地貌影響因素分析
        4.1.3 斷錯(cuò)地貌標(biāo)志分析
    4.2 累計(jì)位移測(cè)量
        4.2.1 震前地貌形態(tài)匹配重構(gòu)
        4.2.2 累計(jì)位移不確定性分析
        4.2.3 單次事件位移與多次事件累計(jì)位移測(cè)量
    4.3 地震位移分布模式研究
        4.3.1 累計(jì)位移概率密度及峰值位移
        4.3.2 古地震事件分析識(shí)別
    4.4 斷裂帶地震破裂模式及大震復(fù)發(fā)特征
    4.5 本章小結(jié)
第五章 門源地震發(fā)震構(gòu)造破裂機(jī)制研究
    5.1 門源地震同震變形分布
    5.2 門源地震斷層破裂參數(shù)反演
    5.3 發(fā)震構(gòu)造力學(xué)特征解析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 冷龍嶺斷裂帶區(qū)域深部結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)特征
    6.1 冷龍嶺斷裂帶及周邊重力場(chǎng)及地殼結(jié)構(gòu)特征
        6.1.1 區(qū)域重力場(chǎng)特征及構(gòu)造意義
        6.1.2 不同深度斷裂帶精細(xì)結(jié)構(gòu)及幾何關(guān)系
    6.2 冷龍嶺斷裂帶及周邊構(gòu)造變形模式分析
    6.3 冷龍嶺斷裂帶與東側(cè)斷裂幾何學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)聯(lián)性分析
    6.4 冷龍嶺斷裂帶及周邊綜合地震構(gòu)造模型
    6.5 小結(jié)
第七章 主要結(jié)論與存在問(wèn)題
    7.1 本文主要研究結(jié)論
    7.2 存在的主要問(wèn)題和未來(lái)工作
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡(jiǎn)介
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