活动构造与地震(邓起东).ppt
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1、活动构造与地震邓起东中国地震局地质研究所2013.9目录活动构造与地震灾害板块构造、板内构造与地震活动构造研究方法活动构造定量研究一次新的全球大地震活动高潮 活活动动构构造造是是指指晚晚更更新新世世(10万万12万万年年)以以来来一一直直在在活活动动,现现在在还还在在活活动动,未未来来一一定定时时期期内内仍仍可可能能发发生生活活动动的的各各类类构构造造,包包括括活活动动断断裂裂、活活动动盆盆地地、活活动动褶褶皱皱及及被被它它们们所所围围限限的的地地壳壳和和岩岩石圈块体(邓起东,石圈块体(邓起东,1996)。)。活动构造活动构造 构造地质学与大地构造学新起点 主要内容1.超越板块构造:大陆的 流
2、变 与造山2.丢失的联系丢失的联系从地震到从地震到 造山(活动构造)造山(活动构造)3.构造、气候和地球地表 过程的动力学相互作用4.地球与生命的协同演化:遥远时代地球的演化(1Ma)重大科学命题:重大科学命题:1.打通弹性与永久变形之间的打通弹性与永久变形之间的联系联系2.地震的空间分布与时间分布地震的空间分布与时间分布3.变形的局部化变形的局部化4.流体的作用流体的作用5.断裂带过程及物质断裂带过程及物质v活动构造与地震及多种地质灾害的发生密切活动构造与地震及多种地质灾害的发生密切相关,其研究是减灾及城市和工程环境安全相关,其研究是减灾及城市和工程环境安全评价的重要基础;评价的重要基础;v
3、活动构造反映现代构造活动,它为现代地球活动构造反映现代构造活动,它为现代地球动力学研究提供重要基础资料;动力学研究提供重要基础资料;v活动构造是最新的构造活动,未经后期改造,活动构造是最新的构造活动,未经后期改造,它是研究构造变形及其形成机制的最好的实它是研究构造变形及其形成机制的最好的实验场。验场。活动构造研究的意义构造地震的产生 弹性回跳理论:地震是地下岩石中的“应变缓慢积累快速释放”的弹性回跳过程应变积累无应变状态经过100年后,由于断层面闭锁,在断层面积累了100年 5厘米/年 5米的位移得不到调整。断层面断层面断层面断层面例如,断层面两边的岩石以5厘米/年的速率相对运动,由于断层面闭
4、锁,岩石发生形变,应变能逐渐在岩石中积累。当岩石中的应力达到岩石再也承受不了的程度时便突然发生破裂,以地震形式释放能量,断层面两边的岩石便回跳到各自的平衡位置。(据陈运泰,(据陈运泰,2012)弹性回跳三类断裂会产生三种不同性质的地震 根据断裂两侧岩块的相对运动方向,断裂可以分为正断裂、逆断裂和走滑断裂。它们分别产生正断型、逆断型和走滑型地震。走滑断裂逆断裂正断裂震源断裂和地震地表破裂带 地下深处发生地震的断裂就是震源断裂,震源断裂在地表出露,称为地震地表破裂带2001年昆仑山口西地震地表破裂带长度426km,最大左旋同震位移7.60.4m1973年四川炉霍7.6地震 地表破裂带切断山脊活动断
5、裂与地震活动断裂与地震 有的断裂形成于以往地质年代,现在已经不再活动,这种断裂不会发生大地震。现在正在活动的断裂,未来也可能活动的断裂就是活动断裂。大地震就发生在这种活动断裂上。东昆仑断裂玛沁-玛曲段鲜水河鲜水河鲜水河鲜水河-安宁河断裂安宁河断裂安宁河断裂安宁河断裂1973 7.61816 7.51923 7.21904 7.01893 7.01725 7.01955 7.1/21786 7.3/41786 7.01948 7.31536 7.1/2814 7.01850 7.1/2活动褶皱与地震 地震不仅与活动断裂相关,也与活动褶皱、活动盆地、活动断块等多种活动构造相关,活动构造带常常就是大
6、地震的发生带。19061906年玛纳斯地震发震模式图年玛纳斯地震发震模式图断层相关褶皱鄂尔多斯断块与地震川滇断块与地震活动盆地、活动断块与地震1976年唐山年唐山7.8级直下级直下型地震型地震 毁灭了唐山这毁灭了唐山这一工业城市一工业城市死亡:死亡:24.2万余人万余人 重伤:重伤:16.4万余人万余人 损失:超过损失:超过200亿元亿元唐山地震地表破裂带长10公里右旋水平位移1.5米目录活动构造与地震灾害板块构造、板内构造与地震活动构造研究方法活动构造定量研究一次新的全球大地震活动高潮地壳和岩石层 地球表层被地壳和地幔所包围,最表层的地壳与软流层以上的上地幔组成岩石层(又称岩石圈),它漂浮于
7、其下的软流层之上。板块构造和三种板块边界相互分离相互聚合相互错动岩石层并不是一个完整的壳层,它被多种相关的活动构造,如海沟、岛弧、海岭和转换断层所分割,形成一个个有限的、相互关联的块体,在全球组成相互联系的岩石圈板块构造。根据板块之间的相对运动方向,板块边界可以分为:相互分离的发散边界大洋中脊;相互聚合的汇聚边界海沟、岛弧、俯冲带和碰撞带;相互错动的转换边界转换断层地球表层地球表层岩石层的构造情况:岩石层的构造情况:六大板块和若干小板块六大板块和若干小板块纳斯卡纳斯卡板块板块板块构造与全球地震带板块构造与全球地震带(1963-1999,Ms4.5)板块边界构造带就是最新活动构造带,它既是全球最
8、主要的地震带,也是最主要的火山带。全球地震带:1.环太平洋地震带;2.地中海喜马拉雅(欧亚)地震带;3.海岭地震带。它们占了全球地震的绝大部分,其中环太平洋地震带约占全球浅源地震的80%。中、深源地震主要分布在环太平洋地震带和地中海喜马拉雅地震带。板块内部,特别是大陆板块内部也有强烈地震活动。俯冲带与地震日本海沟俯冲带巽他海沟(Sunda Trench)俯冲带Mw8.6Mw8.4Mw9.0 板块内部并不是简单的刚性块板块内部并不是简单的刚性块体,板块内部,尤其是大陆板体,板块内部,尤其是大陆板块内部也有不同程度的构造活块内部也有不同程度的构造活动,因而也有强烈的地震活动。动,因而也有强烈的地震
9、活动。中国是最强烈的板内构造活动中国是最强烈的板内构造活动和地震活动地区。和地震活动地区。中国活动断块与地震分布略图中国活动断块与地震分布略图(公元前(公元前1767-20081767-2008,Ms6Ms6)鄂尔多斯断块小震震中分布图(ML2.0-4.9,1970.1-2011.6)鄂尔多斯断块周缘活动断裂带和盆地带与地震(Ms6)青青藏藏断断块块区区地地震震活活动动目录活动构造与地震灾害板块构造、板内构造与地震活动构造研究方法活动构造定量研究一次新的全球大地震活动高潮基本研究方法1.1.最新构造变形及其实测,如地震地表破裂带,最新断裂和褶最新构造变形及其实测,如地震地表破裂带,最新断裂和褶
10、 皱活动等;皱活动等;2.2.最新地貌变位及其实测,如断层崖,水系变位等;最新地貌变位及其实测,如断层崖,水系变位等;3.3.遥感图像解译,如卫星影像(遥感图像解译,如卫星影像(TMTM、SPOTSPOT)、航片等;航片等;4.4.隐伏构造探测隐伏构造探测:地质地貌、地球化学、地球物理、钻探和槽地质地貌、地球化学、地球物理、钻探和槽 探等综合探测;探等综合探测;5.5.深浅构造关系的探测深浅构造关系的探测:深地震反射、宽角反射深地震反射、宽角反射/折射探测等;折射探测等;6.6.古地震的槽探和钻孔探测等;古地震的槽探和钻孔探测等;7.7.形变测量和空间对地观测,如水准测量、三角测量和形变测量和
11、空间对地观测,如水准测量、三角测量和GPS(GPS(全球定位全球定位系统系统)、InSAR(InSAR(干涉合成孔径雷达干涉合成孔径雷达)等;等;8.8.新年代测试:新年代测试:1414C C、TLTL、OSLOSL、ESRESR、宇宙成因核素(宇宙成因核素(1010Be-Be-26 26AlAl)等。等。破裂带长度破裂带长度426km,最大左旋同震,最大左旋同震位移位移7.60.4m(35.767N,93.323E)张剪切破裂和挤压脊组成的左张剪切破裂和挤压脊组成的左旋剪切破裂带旋剪切破裂带2001年年11月月14日昆仑山日昆仑山8.1级地震地表破裂带级地震地表破裂带海原活动断裂使年轻冲沟发
12、生左旋海原活动断裂使年轻冲沟发生左旋变位,水平变位量变位,水平变位量101011 11mm海原断裂带海原断裂带干盐池拉分盆地干盐池拉分盆地Closer view of the smaller debris flow in the Tangtse Valley,offset 2 m right-laterally.Note the levees 6 m apart that have a trough between them and are sharply offset.Closer view,with the same orientation,of the abandoned debris
13、flow fan in the Tangtse Valley that shows clear evidence of right-lateral strike-slip movement.崩错断裂使崩错断裂使级阶地面上冲沟两次右旋错动,累积位移量级阶地面上冲沟两次右旋错动,累积位移量10.5m10.5m(达孜西北,镜向(达孜西北,镜向SWSW)Fengyuan well (450m)豐原井豐原井Nantou well (220m)南投井南投井Dakeng well (2000m)大坑井大坑井TAOPublished in台湾中央山脉西麓车笼埔断层、八卦台地和彰化断层19991999年台湾集集
14、年台湾集集7.37.3级级地震地表破裂带地震地表破裂带断层错断大甲溪,垂直断距断层错断大甲溪,垂直断距1010米米 雾峰中学逆断层垂直错距雾峰中学逆断层垂直错距2 2米米XHUDSHFHLADFAJHFNAJHFHEGSFMNSFTGLFQGFZXHU:西湖隆起;DSZF:独山子背斜;HLADF:哈拉安德背斜;AJHF:安集海背斜:NAJHF:南安集海背斜;HEGSF:霍尔果斯背斜;MNSF:玛纳斯背斜;TGLF:吐谷鲁背斜;QGFZ:齐古褶皱带准噶尔盆地天山山脉天山北麓活动逆断裂天山北麓活动逆断裂褶皱带分布图褶皱带分布图北天山塔西河阶地褶皱剖面北天山塔西河阶地褶皱剖面水平距离水平距离/km北
15、天山玛纳斯河阶地褶皱剖面北天山玛纳斯河阶地褶皱剖面贺兰山东麓断层崖苏峪口断层崖实测剖面分布图苏峪口断层崖地形剖面图断层使长城垂直错动(断层使长城垂直错动(0.950.95米)米)长城右旋水平错动(长城右旋水平错动(1.141.14米)米)高分辨折射探测和有限差分层析成像深地震反射探测宽角反射/折射探测新渠梢浅层地震测线新渠梢联合钻探剖面新渠梢探槽素描图贺兰山东麓断裂贺兰山东麓断裂贺兰山东麓断裂贺兰山东麓断裂芦花台断裂芦花台断裂银川断裂银川断裂黄河断裂黄河断裂N1N2QE3E3N1N2Q银川市直下型活动断裂探测银川市直下型活动断裂探测银川市直下型活动断裂探测银川市直下型活动断裂探测朝阳错阿尔金断
16、裂安南坝阿尔金断裂安南坝SPOTSPOT卫星影像及卫星影像及解译断错地质地貌图解译断错地质地貌图玛尼断裂朝阳错南岸中巴玛尼断裂朝阳错南岸中巴资源卫星影像上的断层崖资源卫星影像上的断层崖鲜水河断裂使水系和冲洪积扇发生左旋变位(航片)鲜水河断裂使水系和冲洪积扇发生左旋变位(航片)青藏高原及周边地区青藏高原及周边地区青藏高原及周边地区青藏高原及周边地区GPSGPSGPSGPS站水平运动速度图站水平运动速度图站水平运动速度图站水平运动速度图(截至截至截至截至2001200120012001年资料年资料年资料年资料)沿沿NE50方向垂直于鲜水河断裂的距离方向垂直于鲜水河断裂的距离()平行于鲜水河断裂的走
17、滑速度分量平行于鲜水河断裂的走滑速度分量(mm/a)mm/a)横跨鲜水河断裂的横跨鲜水河断裂的GPSGPS速度剖面速度剖面A-A1A-A1测线形变变化剖面图测线形变变化剖面图 垂直断层距离(单位:km)斜距向形变量(单位:cm)-160-120-80-4004080120160-120-90-60-300306090120断层AA1128.8-137.2断层南侧断层北侧-140-100-60-202060100140垂直断层距离(单位:km)B-B1B-B1测线形变变化剖面图测线形变变化剖面图-180-150-120-90-60-300306090120150180-150-100-50050
18、100150斜距向形变量(单位:cm)159.6断层南侧断层北侧断层BB1-156.8每条干涉条纹(红绿兰三色)代表28mm形变量新年代学测试方法新年代学测试方法一、与核转变及能量效应有关的测年方法碳十四(14C)铀系(U)热释光(TL)和光释光(OSL)电子自旋共振(ESR)裂变径迹(FT)钾氩(KAr)宇宙成因核素(10Be,26Al,36Cl等)二、相对年龄和其他方法氨基酸外消旋(AAR)植物生长速率(地衣、树木年轮)孢子花粉法岩石漆法石英碎砾风化刻蚀形貌法古地磁法目录活动构造与地震灾害板块构造、板内构造与地震活动构造研究方法活动构造定量研究一次新的全球大地震活动高潮活动构造定量参数(以
19、活动断裂为例)断裂长度和分段长度(L)断裂滑动速率(S)同震位移(D)古地震及重复间隔(T)离逝时间(Te)断裂分段性一一条条活活动动断断裂裂带带可可以以划划分分为为若若干干相相互互独独立立的的段段落落,每每个个段段落落作作为为一一个个独独立立的的破破裂裂单单元元,有有着着自自己己独独特特的的活活动动历历史,任一断裂段的破裂都不控制或制约相邻段落的破裂。史,任一断裂段的破裂都不控制或制约相邻段落的破裂。断裂分段长度为确定地震破裂长度,评估未来地震震级断裂分段长度为确定地震破裂长度,评估未来地震震级上限提供了重要的物理基础,并指示可能的发震地点和上限提供了重要的物理基础,并指示可能的发震地点和发
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