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Journal of Geophysical Research-Solid Earth:基于高精度地形数据重建合黎山南缘断裂的垂直位移分布及其构造意义

2018-12-12

沿断裂分布的各种断错地貌特征是断裂活动最直接的证据和表现形式。在活动构造研究中,通过定量获取断裂带上各种被断错地貌体的断错位移,建立断裂沿线的断错位移分布与累积特征,能够了解断层的活动特性,恢复断裂的活动历史,并重建断裂带上的强震复发规律,对地震预测和减轻地震及地质灾害具有非常重要的意义。尤其近年来,摄影测量方法及LiDAR技术等现代遥感技术的飞速发展,为快速获取断裂区高精度、高分辨率的地形地貌数据提供了可能,也为建立断裂沿线密集可靠的断错位移累积与分布特征提供了新的契机。

最新的研究结果显示,合黎山南缘断裂是位于河西走廊盆地北侧的控盆断裂,也是青藏高原东北缘向北东扩展的最新边界的重要组成部分。2013年,郑文俊等利用全站仪通过大量的人工测量,获取了合黎山南缘断裂带的垂直位移分布,分析和讨论了该断裂的活动特征以及与区域构造地貌的关系。但由于当时受技术和方法的限制,获取的位移数据数量有限,未能对该断裂的强震破裂历史进行较好的限定。在本研究中,我们利用GeoEye-1卫星全色波段0.5米分辨率的立体像对,基于摄影测量方法获取了合黎山南缘断裂2米分辨率的DEM数据,然后基于DEM数据沿断裂进行了垂直位移测量,建立了断裂更加密集可靠的断错位移累积分布,在此基础上对该断裂的活动历史和活动特性进行了恢复与重建。论文得到了以下认识与结论:

(1) 从断裂各段的位移丛集特征可以得出,在西段至少发生过3次地震事件,中段至少发生过5次地震事件,东段至少发生过4次地震事件。从不同段落位移分布的大小和量级可以得出,断裂的活动整体表现出不均匀性,从西到东逐渐增强;

(2) 合黎山南缘断裂上最近的四次地震事件的同震位移分别为0.4–0.7 m, 0.4–1.2 m,0.4–2.2 m和1.3–4.5 m。由于这四次地震事件的同震位移分布各不相同,表明在该断裂上地震事件的复发并不遵循特征地震的模式;

(3) 前人根据历史地震记录、野外实地考察及古地震研究结果,认为公元180年表氏地震和公元756年张掖-酒泉地震发生在合黎山南缘断裂。根据我们获取的位移分布,可以初步估算得到公元756年张掖-酒泉地震的破裂长度约为35 km,最大同震位移约为0.6 ±0.1 m,估算得到该地震的震级约为Mw~6.9。同样地,可得到公元180年表氏地震的破裂长度约为55 km,最大同震位移约为1.2±0.3 m,估算震级约为Mw~7.1;

(4) 在研究中,我们发现合黎山南缘断裂的累积位移呈现出了一个非对称的分布,从西到东逐渐增大,根据前人的研究结论,可以判断合黎山南缘断裂是从东往西不断侧向生长和发育的;

(5) 合黎山南缘断裂的垂直位移从西到东逐渐增大,与合黎山的地形起伏形态完全一致,根据前人的研究,我们的结果进一步揭示了合黎山南缘断裂的长期活动可能是合黎山隆起的主要控制因素。


图 1 合黎山南缘断裂的位移累积分布特征


图2 合黎山南缘断裂三个不同段落的位移累积分布特征及相应的位移概率密度分布

以上研究成果发表在期刊《Journal of Geophysical Research: SolidEarth》(Haiyun Bi, WenjunZheng, Weipeng Ge, Peizhen Zhang, Jiangyuan Zeng, and Jingxing Yu. Constrainingthe Distribution of Vertical Slip on the South Heli Shan Fault (NortheasternTibet) From High-Resolution Topographic Data. Journal of Geophysical Research:Solid Earth, 123, 2484-2501)

原文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2017JB014901