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2021年  第27卷  第2期

封面
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2021, 27(2): .
摘要 (11) HTML (7) PDF (1292KB)(11)
摘要:
目录
目录
2021, 27(2): .
摘要 (12) HTML (5) PDF (488KB)(8)
摘要:
封二
《地质力学学报》入选《中文核心期刊要目总览》(2020年版)
2021, 27(2): 封二-封二.
摘要 (46) HTML (41) PDF (1479KB)(33)
摘要:
封三
中国地质科学院地质力学研究所年轻地质体年代学实验室
2021, 27(2): 封三-封三.
摘要 (23) HTML (7) PDF (1751KB)(6)
摘要:
责任主编致读者——新构造与环境专辑
新构造与环境
吴中海, 张会平
2021, 27(2): 157-158.
摘要 (46) HTML (18) PDF (691KB)(33)
摘要:
活动构造
西秦岭晚新生代构造变形的几何图像、运动学特征及其动力机制
张逸鹏, 郑文俊, 袁道阳, 王伟涛, 张培震
2021, 27(2): 159-177. doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021.27.02.017
摘要 (121) HTML (30) PDF (15824KB)(48)
摘要:
西秦岭位于东西向展布的秦岭-大别-苏鲁中央造山带与南北向展布的贺兰山-龙门山-川滇地震带构成的巨型"十字"构造区的交汇点,是中国大陆中部"西秦岭-松潘构造结"的重要组成部分。西秦岭晚新生代的构造变形与青藏高原的侧向扩展过程密切相关。该区构造变形的几何图像、运动特征及其深部动力学机制对于揭示青藏高原东北部的动力过程及强震活动具有重要意义。西秦岭地区主要断裂晚新生代以来的滑动速率及跨断裂GPS应变速率的结果表明,这一时期西秦岭构造带发生了明显的构造活动方式转换,主要的构造变形过程是通过其内部一系列低滑动速率的断裂活动以及断裂之间隆起山脉与盆地的变形,共同承担着自东昆仑断裂向西秦岭断裂之间的转换平衡。在调节这种构造转换过程中,西秦岭地区以"连续变形"为特征,即区域内的应变是以多条相对低滑动速率断裂的弥散变形遍布全区,并且西秦岭及其周缘块体的旋转作用也吸收了部分变形分量。综合已查明的区域构造活动特征、新生代岩浆活动、地球物理资料以及现今地貌特征可知,西秦岭在特提斯构造域的影响下,岩石圈的结构存在明显的流变学分层,一方面,西秦岭的上地壳保留了主造山期的地质构造形态,但中—下地壳的弱化使得莫霍面之上的圈层解耦,深部可流动的岩石圈地幔不但改变了陆内造山带的结构,同时也控制了现今上地壳连续变形的发育;另一方面,西秦岭内部的中强震主要发生在高速(或高阻)与低速(或低阻)的构造边界带附近。这种独特的流变学结构导致西秦岭在青藏高原向北生长和侧向扩展的过程中,不同阶段的构造变形过程是截然不同的。因此,进一步深入研究西秦岭地区的晚新生代构造转换过程及其机制,不仅对于理解青藏高原东北部的动力过程具有重要意义,更有助于深入认识南北地震构造带中段未来的强震危险性。
青藏高原近南北向裂谷的时空分布特征及动力学机制
卞爽, 于志泉, 龚俊峰, 杨蓉, 程晓敢, 林秀斌, 陈汉林
2021, 27(2): 178-194. doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021.27.02.018
摘要 (87) HTML (64) PDF (12068KB)(43)
摘要:
青藏高原南部发育的一系列近南北向裂谷是印度-欧亚大陆持续挤压作用下的大型伸展构造,也是揭示高原后碰撞构造演化过程的重要对象。目前,关于南北向裂谷的形成机制存在多种假说模型,并对裂谷时空分布特征做出了不同的预测,这成为约束裂谷成因机制的关键条件。综合关于裂谷启动时间的已有研究成果,进一步梳理了南北向裂谷的时空分布特征,结果表明近南北向裂谷的启动时间似乎具有自西向东逐步减小的趋势,这与拉萨地体广泛出露的后碰撞岩浆作用演化过程一致。在此基础上,结合地球物理观测,推断近南北向裂谷的动力学机制与印度板片向东拆离假说最为契合。印度板片自西向东的拆离建立了向东传播的重力势能梯度,从而驱动岩石圈向东流动,最终导致南北向裂谷依次向东发育。
甘肃北山南部活动断裂的发现及其区域构造意义
云龙, 张进, 王驹, 赵志涛, 宝音图, 庄海洋, 陈苏, 张竞嘉, 张佳, 赵衡, 张北航
2021, 27(2): 195-207. doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021.27.02.019
摘要 (122) HTML (16) PDF (31216KB)(22)
摘要:
在河西走廊北侧、北山南缘新发现属于不同断裂系统的两条晚第四纪活动断裂,分别称之为旧井-板滩断裂和俄博庙断裂。其中,旧井-板滩断裂长约28 km,距玉门市约55 km,由4条分支断裂组成,呈复杂的"Y"字形分布。总体走向北东40°~50°,倾向北西,倾角60°~70°,控制了西侧两个晚新生代盆地的发育。俄博庙断裂长约18 km,距金塔县城约50 km,走向近东西,倾向北西,倾角60°~80°。根据卫星影像解译、断错地貌调查、探槽开挖和光释光测年结果,旧井-板滩断裂断错了一系列山脊、冲沟和阶地,在距今约2万年以来有过活动,以正左旋走滑为主;俄博庙断裂北向逆冲形成清晰的线性陡坎,并左旋断错了冲沟,在距今约3万年以来有过活动,以逆左旋走滑为主。以上两条断裂的新构造活动揭示了青藏高原北缘晚新生代以来的远程应变传递已经进入北山造山带南缘。
走滑断裂百万年时间尺度位移量估计及其在阿尔金断裂系中的应用
黄飞鹏, 张会平, 熊建国, 赵旭东
2021, 27(2): 208-217. doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021.27.02.020
摘要 (59) HTML (17) PDF (20742KB)(33)
摘要:
断裂滑动速率不仅是新生代构造定量研究的重要参数之一,也是地球动力学研究的重要组成部分。但现有研究普遍缺乏介于长时间尺度(>Ma)地质体累积位移和短时间尺度(晚第四纪以来)地貌单元位错以及年—十年尺度的大地测量观测之间的断裂位移量,从而造成了理解百万年时间尺度下断裂演化历史的空区。由于走滑断裂破坏了山前洪积扇与其汇水盆地组成的系统,残留的断错洪积扇会沿断裂走向在空间上不均匀地展布。据此提出3种利用断错洪积扇确定走滑断裂大规模累积位移量的方法。第一,洪积扇面积与汇水盆地面积一般符合Af=γAcAf为洪积扇面积,Ac为汇水盆地面积,γ为常数0.5±0.35)对应关系,利用二者之比是否异常,获得断裂位错流域盆地走滑位移量;第二,利用断裂两盘的河流上下游分布相同岩性矿物组分,识别两盘对应地貌单元获得走滑位移量;第三,利用地貌单元残留标志与上游物源河道进行对比,估算走滑位移。同时,将上述3种方法应用于研究阿尔金断裂系百万年时间尺度以来的走滑位移量实例中,在现有速率分布前提下,可估算出地貌体的形成年龄,进一步验证了文中提出的走滑位移量估计方法能为精确厘定走滑断裂百万年尺度的演化历史提供新的解决途径和技术方法。
地震地质
西藏尼木1901年M 6¾地震的发震构造探讨
哈广浩, 吴中海
2021, 27(2): 218-229. doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021.27.02.021
摘要 (83) HTML (59) PDF (41955KB)(25)
摘要:
史料记载1901年4月26日西藏尼木发生M 6¾级地震,其发震构造尚未有报道,对其发震构造的厘定有助于理解尼木地堑群的地震复发规律,科学评价周边地区的未来强震危险性。遥感解译与地质调查表明,尼木地堑群内部的庞刚地堑西边界断裂长约30 km,走向近北西—北北西,以彭刚玛曲为界分为南北两段。北段断裂地貌线性特征显著,陡坎发育,断错了多级冰碛物及河流阶地。位移恢复结果显示,河流阶地垂直断距T0约1.0 m,T1约2.6 m,T2约5.0 m。南段断裂沿虾庆曲展布,地貌线性特征显著,陡坎发育,断错了多期冲洪积扇体。尼木县城北部发现断裂错动T2阶地剖面,显示该断裂延伸至尼木县城北部。根据位移-震级经验公式计算,庞刚地堑西边界断裂最新一次地震的矩震级约为MW 6.8,这与尼木地震比较吻合。遥感解译、地质调查与震级表明,庞刚地堑可能为1901年尼木地震的发震构造。结合历史地震记录分析认为,尼木地堑群中各个地堑具有独立发生中强地震的能力,其地震复发模式及其与亚东-谷露裂谷南北两段的地震活动差异等尚需进一步研究。
海原-六盘山断裂带现今地震危险性的数值模拟分析
蒋锋云, 季灵运, 赵强
2021, 27(2): 230-240. doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021.27.02.022
摘要 (162) HTML (59) PDF (3888KB)(22)
摘要:
基于正交各向异性理论表征断层的变形行为,将平行断层面的剪切模量和周围介质剪切模量的比值作为反演参数,以海原-六盘山断裂附近现今GPS观测地壳水平运动速度场作为约束,通过构建三维有限元模型,采用遗传算法,反演了海原-六盘山断裂平行断层面的剪切模量分布。结果显示:六盘山断裂中南段平行断层面剪切模量与周围介质接近,且沿断层面地震动活动较为稀疏,反映六盘山断裂两侧近场差异变形较小,和汶川地震前龙门山断裂的情况类似,可能断裂带处于强闭锁状态。整个狭义的海原断裂带平行断层面剪切模量比周围介质要小的多,在0.4以下,且0~5 km要比深部大,可能反映了1920年海原8.5级地震之后,该断裂仍然处于震后调整状态。西段金强河断裂、毛毛山断裂、老虎山断裂浅部0~5 km剪切模量较小,而在5~20 km剪切模量相对较高,结合沿断层面地震活动分布特征,认为金强河、毛毛山断裂浅部可能存在蠕滑,而深部5~20 km存在应变能积累特征,具有强震发生的背景,而老虎山断裂由地表至深部地震活动较为密集,可能存在贯通性蠕滑,强震发生的可能性较小。
基于分裂节点法的地震同震和震后形变数值模拟及其在汶川大地震中的应用
孙云强, 罗纲, 黄禄渊
2021, 27(2): 241-253. doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021.27.02.023
摘要 (87) HTML (32) PDF (17792KB)(8)
摘要:
大地震导致的同震及震后效应,对于分析不同地震之间的相互影响及区域地震危险性等有着重要的作用。文中开发了模拟地震同震及震后效应的三维黏弹性有限元程序,通过计算走滑断层震例(概念性模型)引起的同震及震后效应,并与解析/半解析解进行对比,验证了程序的可靠性。同时基于概念性模型,分析了不同介质参数对同震及震后的地表变形的影响。研究表明,地球介质的横向不均匀性对地震同震位移有显著的影响,而中下地壳上地幔的黏度对震后效应起着主要控制作用。最后将该程序应用于青藏高原东缘,计算分析了2008年MW7.9汶川大地震导致的同震及震后库仑应力变化对2013年MW6.6芦山地震及2017年MW6.5九寨沟地震的影响。结果显示,汶川地震导致的库仑应力变化在芦山地震震源附近(0.013 MPa)及九寨沟地震震源附近(0.009 MPa)都为正值,说明汶川地震可能使得两次地震提前发生。
基于历史航卫片的城市“隐形”活动断层精确定位——以大同盆地水峪断裂为例
郭菲, 任俊杰, 郭慧, 苏强, 任建国, 闫小兵
2021, 27(2): 254-266. doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021.27.02.024
摘要 (69) HTML (17) PDF (44547KB)(23)
摘要:
活动断层是城市地震灾害的重要风险源,准确厘定活动断层的空间几何展布是有效降低城市地震灾害和开展活动断层避让的基础。而城市化建设对原始地貌的严重改造使得原先出露地表的活动断层成为"隐形"断层,难以准确确定断层的几何展布。大同盆地中部的水峪断裂北段位于马铺山东缘,断错地貌明显,但南段进入大同市御东新区被城市建筑物覆盖,成为"隐形"断层。研究基于大同地区1965年历史航片影像资料,结合1∶10000地形图,运用航片像对和航空立体摄影的方法重建了该地区的数字高程模型(DEM)和正射影像(DOM),重点对水峪断裂"隐形"段进行识别和定位,厘定了水峪断裂断层陡坎的几何展布特征。研究结果表明,水峪断裂北段山前陡坎线性特征明显,由影像可以准确解译出断层几何展布位置;水峪断裂南段可基于2000年之前的Keyhole历史遥感影像、DOM与DEM资料,根据断层两侧的颜色差异及陡坎高度差异,精确厘定该段的断层几何展布位置;DEM提取的地形剖面表明"隐形"段陡坎高度在19 m左右。同时,基于野外调查的断层剖面与浅层人工地震剖面证明该陡坎就是水峪断裂的位置,这也表明利用历史航卫片对城市"隐形"活动断层进行精确定位的方法是可行的。该研究不仅为大同地区的地震危险性评估提供了重要依据,而且为城市"隐形"活动断层探测提供了一个新的思路和途径。
上海罗店-周浦隐伏断裂第四纪活动性综合探测与研究
张浩, 施刚, 巫虹, 邵磊, 宋春华, 郁飞
2021, 27(2): 267-279. doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021.27.02.025
摘要 (64) HTML (14) PDF (28414KB)(19)
摘要:
罗店-周浦断裂是纵贯上海市中心城区重要的北西向隐伏活动断裂,其第四纪活动性对城市地质安全至关重要。通过高精度重力勘探、浅层地震勘探及可控源大地音频电磁测深勘探等地球物理方法,结合钻探联井剖面及光释光年代学测定,对罗店-周浦断裂在区域内的展布特征及第四纪活动性进行了探测与研究。结果表明,该断裂在上海市南部区域仍具有较好的延展性,断裂行迹在重力剖面、可控源音频大地电磁测深剖面及浅层人工地震剖面上都有较好的反映。重力面积测量结果显示该断裂在上海市南部呈现为一组近平行断层行迹;浅层人工地震勘探与钻孔地层联合剖面揭露断层最浅上断点埋深相似(约为200 m),可控源大地音频电磁测深反映断裂深部特征明显。物探剖面及钻孔联合剖面综合显示,断裂并未明显错断上覆中更新统上部地层,结合光释光年代学标定,认为该断裂最新活动时代为早更新世。罗店-周浦断裂与区内历史地震事件关系密切,目前区域地应力环境为北西向压应力状态,该断裂易于发生张扭性活动,其活动性特征及地震危险性特征需要持续关注。
构造地貌
太行山地貌计量指标空间特征及其构造地貌意义
关雪, 逄立臣, 姜雨彤, 吕红华, 郑祥民
2021, 27(2): 280-293. doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021.27.02.026
摘要 (118) HTML (90) PDF (14235KB)(18)
摘要:
系统的地貌计量指标分析有助于理解造山带新构造活动特征与地貌演化。太行山地处中国第二、三地形阶梯的边界,具有重要的构造地貌意义。基于ASTER GDEM地形数据,对太行山按流域进行了面积高程积分、河长坡降指标(SL)和Hack剖面等地貌计量指标的分析,结合地层、构造等资料,探讨了太行山构造地貌演化特征。结果表明,在分析的11条河流中,7条河流的面积高程曲线(HC)呈S形,面积高程积分值(HI)在0.35~0.60之间,表明其地貌演化处于壮年阶段,4条河流的HC呈凹形,HI值小于0.35,表明其地貌已遭受强烈侵蚀改造,目前处于地貌演化的老年阶段;7条河流的Hack剖面呈上凸形态,均衡坡降指标值(K)偏高,表明流域所在区域新构造活动较为活跃,4条河流的Hack剖面近似直线,K值偏低,表明河流所在区域新构造活动性较弱;从整体上看,太行山的HI平均值为0.36,HC为接近凹形的S形,表明太行山地貌演化整体上处于"壮年期"向"老年期"过渡阶段;太行山新构造活动性(断裂活动)在空间上存在差异性,东部活动性较强,西部地区活动性相对较弱。
鄂尔多斯西北缘桌子山地区河流袭夺和分水岭迁移研究
林玲玲, 李雪梅, 张会平, 马字发
2021, 27(2): 294-303. doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021.27.02.027
摘要 (65) HTML (25) PDF (14317KB)(16)
摘要:
分水岭是水系演化中的动态因素,通过连续或不连续的水系袭夺而发生迁移,从而导致水系重组。传统的对水系演化的研究主要集中单个河流袭夺事件,而新提出的利用分水岭两侧chi(χ)值差异来描述分水岭的动态迁移过程,能够解释大尺度的河流袭夺事件,描述水系的整体演化过程。文章基于12.5 m DEM数据提取了鄂尔多斯西北缘桌子山地区的chi(χ)值揭示其空间分布具有东高西低的特点,反映桌子山的分水岭处于向东迁移过程。综合分析进一步揭示,在桌子山东西两侧的构造升降和降水条件都无明显差异的条件下,岩性抗侵蚀能力差异是控制桌子山分水岭向东迁移的主要因素,当抗侵蚀能力更强的寒武系、奥陶系灰岩位于背斜西翼,而中元古宙长城系(Pt)沉积碎屑岩位于其下部时,背斜西翼的河流具有更强的侵蚀能力,西翼河流可能会穿过背斜核部,从而侧向袭夺东侧的河流。
渤海钻孔物源示踪和河流沉积物扩散研究: 碎屑锆石U-Pb年龄和磷灰石原位地球化学元素双重约束
林旭, 刘静, 吴中海, 李长安, 刘海金
2021, 27(2): 304-316. doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021.27.02.028
摘要 (141) HTML (14) PDF (13275KB)(14)
摘要:
锆石和磷灰石是河流沉积物中常见的副矿物,由于各自的U-Pb年龄组成和原位地球化学元素组成在不同区域内存在显著差异,是进行河流物源示踪研究的理想矿物。基于此,利用在环渤海湾盆地主要汇入河流已发表的碎屑锆石U-Pb年龄,结合盆地晚第四纪钻孔的近地表碎屑物质的锆石U-Pb年龄,综合Kolmogorov-Smirnov统计方法的多维判别图(MDS),系统对比分析了辽东湾、渤海中央盆地和莱州湾的物质来源。结果显示,辽东湾的物质主要来自辽河;渤海中央盆地和莱州湾的碎屑物质主要来自黄河。同时,利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪(LA-ICP-MS),对黄河下游(n=70)、胶东半岛的威海湾(n=120)、银滩湾(n=60)的现代河流沉积物和海岸砂开展了碎屑磷灰石微区原位(in situ)主微量元素分析。结果发现黄河与威海湾、银滩湾的碎屑物质不存在物源关系,结合该区域碎屑钾长石原位主微量元素的已有分析结果,进一步说明黄河与胶东半岛的海湾内的碎屑物质不存在物源关系。新的研究结果表明,将碎屑锆石、磷灰石原位地球化学分析相结合有助于更精准地判定河流的物源关系。
环境与灾害
利用EH4音频大地电磁测深仪探测巧家巨型古滑坡及其结构面特征
李忠, 吴中海, 汪金明, 张小兵, 冯振, 胡萌萌
2021, 27(2): 317-325. doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021.27.02.029
摘要 (213) HTML (18) PDF (10290KB)(21)
摘要:
运用EH4音频大地电磁测深方法,并结合钻探资料成果,对巧家巨型古滑坡的空间结构进行探测分析;有效确定了该滑坡的空间电性和结构特征。研究发现该滑坡的主滑动面平均深度250 m;并发现滑坡体及邻侧存在6条活动断裂(F1—F6),其中小江断裂带(F1)为主要活动断裂。同时,综合分析电磁测深结果与钻探资料推断,在金沙江边台阶从地表的全新统(Qh)到深部依次推断为砂质粘土层—砂砾层—溶蚀(破碎)灰岩层—完整基岩(灰岩)层四层,其中在地表出露为灰岩的地段中,从地表到深部依次推断为溶蚀(破碎)灰岩层和完整灰岩层二层。综合分析认为,目前古滑坡暂时稳定,但是由于小江断裂带北段未来存在较明显的大地震活动背景,该古滑坡是否具有复活可能,区域上是否还会发生类似的巨型古滑坡等关键问题,值得进一步研究。文章的研究结果表明,EH4音频大地电磁法对巨型古滑坡探测是一种比较有效的地球物理方法。
山西运城盆地北部峨嵋台地晚更新世—全新世地质环境变化及其对人类聚落分布的影响
仇度伟, 公王斌, 闫纪元, 赵远方
2021, 27(2): 326-338. doi: 10.12090/j.issn.1006-6616.2021.27.02.030
摘要 (140) HTML (35) PDF (31695KB)(12)
摘要:
新构造运动及自然环境的变化深刻影响着人类聚落的形成与分布。山西运城盆地北部的峨嵋台地中段自北向南发育孤山隆起、埝底洼地、三管高地,现今人类聚落在相对平坦的埝底洼地中较少,而是围绕低洼地带周缘斜坡带分布。野外地质调查发现,研究区广泛分布的马兰黄土之上覆盖着一套冲洪积物、湖相沉积及河流相沉积。文章对不同地貌部位典型剖面开展了详细的野外地质调查及光释光、碳十四年代学研究,结合研究区古人类遗址分布位置及现今人类聚落分布特征,深入分析了晚更新世—全新世峨嵋台地的地质环境变化过程及其对人类聚落迁移的影响。研究结果表明,埝底洼地晚更新世黄土之上湖相沉积底部年龄为距今1.7万年左右,指示该时期峨嵋台地中段形成了低洼地带,并汇水成湖,结合区域构造资料推测该洼地的形成可能与三管高地北侧断裂活动有关。距今约5000年左右的荆村遗址、袁家庄遗址分布位置反映全新世中期湖泊范围可能扩大到了孤山山前,古人类邻水而居。之后随着气候变干,湖泊逐渐萎缩,人类聚落不断向低洼地带迁移。因此,现今人类聚落围绕埝底洼地周缘分布而不进入低洼地带的特征主要延续了全新世中晚期人类聚落邻水而居的形态,这也相应指示了人类聚落分布及演变与自然环境变化之间存在着紧密联系。