阿爾金斷裂是印度和歐亞兩大板塊碰撞過程中形成的一條巨型陸內(nèi)左旋走滑斷裂,是中國大陸迄今仍在強(qiáng)烈活動(dòng)的斷裂之一,也是驗(yàn)證青藏高原變形模式的關(guān)鍵斷裂之一。阿爾金斷裂東西總長約2000公里,總位移量也達(dá)到了300~400公里,并且中段的滑動(dòng)速率為8~10 mm/yr。該斷裂西段(或西端)在2008年和2014年發(fā)生了兩次強(qiáng)震,產(chǎn)生了幾十公里的地表破裂。但是該斷裂無任何產(chǎn)生地表破裂的強(qiáng)震歷史記錄,與其強(qiáng)活動(dòng)特征以及地表保存的長達(dá)1100 km的地震地表破裂帶不相符。雖然在阿爾金斷裂上已經(jīng)開展了一些古地震研究,但是揭露的古地震樣本數(shù)量偏少,不能很好地回答斷裂強(qiáng)震復(fù)發(fā)特征。因此,強(qiáng)震記錄的缺失和古地震研究程度的薄弱制約了對阿爾金斷裂未來地震危險(xiǎn)性評價(jià)。大型板塊邊界走滑斷裂普遍具有獨(dú)特的強(qiáng)震復(fù)發(fā)特征,比如新西蘭阿爾卑斯斷裂的強(qiáng)準(zhǔn)周期性、土耳其北安陀尼亞斷裂的“多米諾骨牌”式強(qiáng)震、死海斷裂的叢集性等。那么阿爾金斷裂作為一條巨型陸內(nèi)走滑斷裂是否也具有獨(dú)特的強(qiáng)震復(fù)發(fā)特征呢?在走向上,阿爾金斷裂被多個(gè)擠壓雙彎分割成多個(gè)段落,每個(gè)段落是否為獨(dú)立的地震破裂段?彎曲能否完全阻擋破裂的擴(kuò)展?彎曲兩側(cè)的地震是否存在一定的響應(yīng)?古地震數(shù)據(jù)能否驗(yàn)證強(qiáng)震破裂擴(kuò)展過程?此外,古地震事件記錄越多越能真實(shí)反映斷裂強(qiáng)震復(fù)發(fā)特征。因此,如何選擇長序列古地震探槽開挖點(diǎn)顯得至關(guān)重要。古地震事件識(shí)別證據(jù)多樣,如何更客觀地利用這些證據(jù)評估地震的可靠性?影響走滑斷裂古地震復(fù)發(fā)周期變異系數(shù)(COV)的主要因素有哪些,其與滑動(dòng)速率是什么樣的關(guān)系?為了回答上述問題,我們選擇阿爾金斷裂中段烏尊硝爾-索爾庫里段作為研究區(qū)。區(qū)內(nèi)發(fā)育的阿克塞雙彎、平頂山雙彎以及阿勒克塔格雙彎等大型擠壓彎曲把阿爾金斷裂分割成兩大次級段落:烏尊硝爾段和索爾庫里段。在烏尊硝爾段,阿爾金斷裂斷錯(cuò)了斷陷盆地內(nèi)發(fā)育的鹽湖及兩側(cè)洪積扇。而在索爾庫里段,阿爾金斷裂貫穿了整條狹長的斷陷谷地,其中地震地表破裂帶呈平直連續(xù)展布,斷錯(cuò)地貌類型豐富,成為開展長序列古地震的理想之所。因此,研究區(qū)內(nèi)阿爾金斷裂獨(dú)特的雙彎構(gòu)造和平直性以及理想的沉積環(huán)境,顯然造就了強(qiáng)震破裂行為研究的最理想天然實(shí)驗(yàn)場之一。我們通過收集全球走滑斷裂古地震研究數(shù)據(jù),分析每個(gè)探槽點(diǎn)的沉積環(huán)境和地震事件識(shí)別標(biāo)志,探討古地震探槽選址的原則、地震事件識(shí)別標(biāo)志的等級劃分以及可信度研究;重新計(jì)算長序列古地震數(shù)據(jù)的COV值,分析影響因素�？傊�,獲得了如下幾個(gè)方面的新認(rèn)識(shí):1)連續(xù)、高沉積速率、地層韻律強(qiáng)的沉積環(huán)境收集了85篇國內(nèi)外走滑斷裂古地震研究論文,提取了探槽準(zhǔn)確經(jīng)緯度坐標(biāo)、海拔、探槽布設(shè)位置、沉積速率、地層特征、事件數(shù)量、測年方法以及同震位錯(cuò)等信息。其中記錄≥5次地震事件(長序列)的探槽主要布設(shè)在斷塞塘、拉分盆地、小型湖盆、洪積扇、閘門脊等地貌位置。除了洪積扇外,其余的地貌位置基本上都是一種相對容易積水的環(huán)境,沉積速率相對較高。由于季節(jié)性降雨或不同物源區(qū)沉積物的疊加,這些沉積環(huán)境也往往易形成韻律性強(qiáng)的地層。較易連續(xù)接收沉積也是以上各種地貌位置的特征。因此,以揭露長序列古地震記錄的探槽研究,應(yīng)該注意以上幾個(gè)構(gòu)造地貌位置。2)走滑斷裂古地震識(shí)別標(biāo)志及等級劃分在上述收集的85篇文獻(xiàn)中,提取了地震識(shí)別標(biāo)志,主要為地層的垂向錯(cuò)開、斷層向上的逐漸尖滅、地層厚度變化(或生長地層)、裂縫充填、角度不整合、沙土液化、崩積楔以及褶皺變形等。其中,垂向錯(cuò)開、生長地層、裂縫充填、角度不整合以及褶皺等識(shí)別標(biāo)志是走滑斷裂古地震判別主要依據(jù),往往能準(zhǔn)確判斷地震事件層位,可靠性等級高。而斷層向上的逐漸尖滅、沙土液化等標(biāo)志可靠性等級低,常無法準(zhǔn)確判斷地震事件層位。以上各種識(shí)別標(biāo)志經(jīng)常會(huì)遭受侵蝕、動(dòng)植物擾動(dòng)以及后期事件的改造,降低了可靠性等級,增加地震層位識(shí)別難度。因此,需要綜合考慮各種情況,劃分識(shí)別標(biāo)志等級以及標(biāo)志出現(xiàn)頻次,最終更加客觀評價(jià)地震事件的可信度。3)走滑斷裂古地震復(fù)發(fā)周期COV與滑動(dòng)速率的關(guān)系我們重新計(jì)算了35個(gè)全球走滑斷裂長序列古地震數(shù)據(jù)的COV,發(fā)現(xiàn)74.3%的COV小于0.8,表明準(zhǔn)周期性是走滑斷裂的古地震主要復(fù)發(fā)特征。另外,具有高滑動(dòng)速率的斷裂往往具有較低的COV,也就是說強(qiáng)震重復(fù)更具有準(zhǔn)周期性。4)索爾庫里段銅礦探槽長序列古地震記錄我們于2013年在索爾庫里銅礦附近開挖了兩個(gè)大型探槽,共揭露了8-9次古地震事件。地震判別證據(jù)以裂縫充填、角度不整合、褶皺、生長地層以及地層的垂向位錯(cuò)為主。大部分探槽地層中含有豐富的碳十四測年材料,以木本植物殘枝為主,也偶見動(dòng)物糞蛋。在主探槽基礎(chǔ)上,我們于2016年再次進(jìn)行了拓寬加深,深度達(dá)到了13 m。新探槽揭露的地震變形證據(jù)再次支持了2013年探槽揭露的地震事件。另外,新發(fā)現(xiàn)了一次更老的古地震事件。因此,銅礦探槽揭露的古地震事件數(shù)量達(dá)到了9-10次,分別為1490-1737 A.D.,676-926 A.D.,732-589 B.C.,1206-716 B.C.,1369-1235 B.C.,2233-1987 B.C.,2731-2601 B.C.,2878-2743 B.C.,3522-3204 B.C.,4568-3980 B.C.,平均復(fù)發(fā)周期為650±390 a,變異系數(shù)COV為0.63±0.03。5)索爾庫里段古地震數(shù)據(jù)對比與破裂擴(kuò)展通過對比阿克塞雙彎上的安南壩探槽數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)銅礦探槽部分事件破裂擴(kuò)展至彎曲中部,驗(yàn)證了Duan and Oglesby(2005)提出的走滑斷裂擠壓彎曲地震破裂擴(kuò)展過程模型,即在不斷累積地震剩余應(yīng)力的情況下,地震破裂可以擴(kuò)展至彎曲內(nèi)部。6)烏尊硝爾段古地震記錄及破裂擴(kuò)展烏尊硝爾段T4探槽共揭露了4-5次古地震事件,事件Ⅰ為1220-1773 A.D.,事件Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ發(fā)生在407-215 B.C.,事件Ⅴ略早于1608-1462 B.C.。由于地層中缺少足夠多的碳十四測年樣品,所以只有事件Ⅰ約束較好。通過與平頂山彎曲東側(cè)的索爾庫里段古地震探槽對比,發(fā)現(xiàn)事件Ⅰ與索爾庫里段最新一次事件可以較好的對應(yīng),表明最新一次事件在平頂山彎曲兩側(cè)同時(shí)產(chǎn)生了地表破裂。雖然其余事件不能與索爾庫里其他事件對應(yīng),但是發(fā)震時(shí)間相近,表明彎曲一側(cè)發(fā)生的地震對另外一側(cè)存在一定的影響,或者兩側(cè)斷裂有一定的呼應(yīng)。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括:1)首次獲得了阿爾金斷裂中段烏尊硝爾-索爾庫里段的長序列古地震記錄,特別銅礦探槽揭露的古地震事件數(shù)量是目前國內(nèi)走滑斷裂上建立的最長序列。2)利用古地震數(shù)據(jù)證實(shí)了地震可以貫穿或跳躍彎曲角18°的擠壓彎曲,形成更強(qiáng)地震。同時(shí)也驗(yàn)證了Duan and Oglesby(2005)提出的擠壓彎曲破裂擴(kuò)展模型。3)發(fā)現(xiàn)了大型平直斷裂上強(qiáng)震復(fù)發(fā)顯示較弱的準(zhǔn)周期性4)系統(tǒng)收集了全世界走滑斷裂古地震研究文獻(xiàn),分析了探槽選址和地震識(shí)別標(biāo)志;其中,重新計(jì)算了長序列古地震數(shù)據(jù)的COV,發(fā)現(xiàn)了COV大小和滑動(dòng)速率的關(guān)系;5)在國內(nèi)較早利用半定量方法評估地震事件識(shí)別標(biāo)志,更加客觀地給出了地震事件的可靠程度。
【學(xué)位單位】：中國地震局地質(zhì)研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P315
【文章目錄】：
摘要
abstract
前言
    0.1 選題依據(jù)、擬解決的主要科學(xué)問題
    0.2 研究思路、方法
    0.3 論文工作量、工作成果和主要內(nèi)容
第一章 走滑斷裂古地震研究的基本方法
    1.1 走滑斷裂古地震探槽選址
        1.1.1 長序列古地震記錄探槽選址典型地貌
        1.1.2 以獲取同震位移為目的的探槽選址
        1.1.3 討論
    1.2 走滑斷裂古地震識(shí)別標(biāo)志
        1.2.1 地層的垂向錯(cuò)開
        1.2.2 斷層向上的逐漸尖滅
        1.2.3 地層厚度變化
        1.2.4 裂縫充填
        1.2.5 角度不整合
        1.2.6 沙土液化
        1.2.7 崩積楔
        1.2.8 褶皺
        1.2.9 其他識(shí)別標(biāo)志
    1.3 走滑斷裂古地震事件半定量化研究
    1.4 古地震事件年代限定方法—OxCal程序的應(yīng)用
第二章 索爾庫里銅礦探槽
    2.1 地質(zhì)背景
    2.2 探槽點(diǎn)描述
    2.3 古地震事件證據(jù)
    2.4 碳十四測年
    2.5 討論
        2.5.1 銅礦探槽古地震記錄完整性
        2.5.2 銅礦探槽古地震數(shù)據(jù)與其他研究點(diǎn)的對比
        2.5.3 銅礦探槽古地震事件復(fù)發(fā)特征
    2.6 小結(jié)
    2.7 新證據(jù)及新認(rèn)識(shí)
        2.7.1 新證據(jù)
        2.7.2 事件年代限定與復(fù)發(fā)間隔
        2.7.3 存在的問題
第三章 烏尊硝爾探槽
    3.1 探槽構(gòu)造地貌背景
    3.2 探槽地層
    3.3 古地震事件證據(jù)
    3.4 碳十四測年
    3.5 討論
        3.5.1 古地震完整性討論
        3.5.2 地震復(fù)發(fā)特征及其對比
    3.6 結(jié)論
第四章 銅礦探槽和烏尊硝爾探槽古地震強(qiáng)度的探討
    4.1 研究區(qū)左旋位錯(cuò)統(tǒng)計(jì)
    4.2 破裂帶范圍（長度）
    4.3 討論
第五章 全球走滑斷裂長序列古地震記錄變異系數(shù)統(tǒng)計(jì)與分析
第六章 主要結(jié)論和存在的問題
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 存在問題及下一步工作
附件1 2013年銅礦探槽證據(jù)
附件2 烏尊硝爾探槽證據(jù)
附件3 全球走滑斷裂長序列古地震研究點(diǎn)分布圖
致謝
參考文獻(xiàn)
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