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Journal of Structural Geology:逆沖型活動斷裂生長模式與段落貫通過程研究

2020-04-22

活動斷裂帶通常由多條段落組成,并隨著斷層活動及段落間貫通而發展和演化。同時,地震活動也隨著斷裂帶幾何結構發展而改變。段落貫通逐漸破壞原有的斷層邊界,使得這些段落作為以一個整體斷層進行活動。這可能導致比預測更大的地震發生在斷層段落上(Gupta and Scholz, 2000; Bonson et al., 2007; Mouslopoulou et al., 2012)。因此,研究斷裂帶生長過程對于理解段落貫通的力學機制、地震危險性評價和地震資料解譯具有重要意義。斷層段落間力學作用和貫通過程可體現在斷層位移分布和斷層展布上,因而分析斷裂帶內位移分布及其分布樣式、幾何結構等可以推測活動斷裂生長模式與段落貫通過程。

目前活動斷裂生長模式研究主要集中在拉張構造環境下正斷層生長、擴展和關聯過程,并獲得大量觀測數據用于建立和驗證正斷層生長模式和斷層長度-位移關系((Manighetti et al., 2007,2015, and references in)。由于缺少觀測數據,許多逆沖型斷裂生長過程和模式的關鍵問題仍未解決,如逆沖斷裂位移分布樣式如何?逆沖斷裂帶內相鄰斷層間位移量如何分配和轉化?逆沖斷層生長與其相關背斜抬升關系?逆沖斷層生長模式如何,與正斷層生長模式有何異同?這些問題需要可靠的、詳細的逆沖斷裂幾何結構和位移分布等資料。

活動構造研究室活動構造地貌研究組魏占玉副研究員、何宏林研究員等選取北天山第三排逆沖-褶皺帶的獨山子逆沖斷裂帶為研究區,利用LiDAR地形數據構建詳細斷層幾何結構和位移分布(圖1),分析斷裂帶分支斷裂的位移分布樣式及其生長模式,并結合其他逆沖斷層數據建立逆沖型斷裂的斷層長度-位移關系(圖2)。

(1)主逆沖斷裂內位移分布呈箱式,與其相關背斜幅度剖面一致。這表明褶皺作用與斷層作用協同變形和調節區域應力場;次級逆沖斷裂內位移分布呈橢圓樣式,并東側尾端漸變。這表明該斷裂先后經歷“受限生長階段”和“復活生長階段”;反沖斷層位移分布呈現不對稱、多峰值樣式。這表明該斷裂單向擴展,各段落尚未貫通,正處在擴展貫通階段。

(2)獨山子斷裂內最大位移與斷層長度關系(Dmax-L)呈線性關系,但Dmax/L值遠低于其他逆沖斷層。這個Dmax/L差異是由于我們觀測的位移分布僅是12ky以來洪積扇所記錄的斷層活動數據。這提示我們在對比不同來源數據時,特別注意數據的時間尺度、地質環境等。

(3)建立單一斷層模式和斷裂關聯模式解釋斷層生長過程及其Dmax/L值變化特征。Dmax/L值指示斷裂帶的相對成熟度(即貫通程度)。

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圖1 獨山子逆沖斷裂帶各分支斷層位移分布樣式

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圖2 斷層長度(L)與最大位移(Dmax)關系圖。

上述研究成果以國家重點研發計劃項目第一課題(活動斷裂高精度高分辨率地表結構和活動性參數提取技術,2018YFC1504101)和國家自然基金項目(松散沉積物斷層崖形態演化對重復強震活動響應研究,41672194)共同資助,發表于國際期刊Journal of Structural Geology:

Zhanyu Wei, Honglin He, Wen Sun, Qitian Zhuang, Zihan Liang, 2020. Investigating thrust-fault growth and segment linkage using displacement distribution analysis in the active Duzhanzi thrust fault zone, Northern Tian Shan of China. Journal of Structural Geology, 133(103990). https://doi.org/10.1016/j.jsg.2020.103990


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