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2022年 第44卷 第4期    刊出日期：2022-08-20

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研究论文

基于MELTS模型的长白山天池火山岩浆演化过程的新认识

周秉锐, 潘波, 尹成孝, 张哲宇, 颜丽丽

2022, 44(4):  831-844.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.04.001

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长白山天池火山是一座大型的复合式活火山, 公元946-947年发生的大喷发和2002-2005年的岩浆扰动事件, 使其受到社会和学者的高度关注。然而, 目前对天池火山的岩浆演化过程, 尤其是玄武岩-粗安岩-粗面岩-碱流岩的演化过程还未能获得良好的认识, 存在诸多争议。文中通过大量野外工作, 获得了天池火山各阶段的岩石样品, 对其进行了全岩地球化学测试与分析。结果显示, 不同喷发阶段的火山岩主量元素随着岩浆硅含量的上升有着连续渐变的趋势, 稀土及微量元素的分布也具有一致性, 反映了一个连续的演化过程。同时, 文中基于MELTS模型对天池火山的岩浆演化进行了模拟, 模拟结果与天池火山的演化过程具有良好的吻合性, 并发现粗面岩向碱流岩的演化过程中除经历分离结晶作用外, 还遭到了浅部地壳花岗岩的同化混染。这些对天池火山岩浆演化过程的新认识, 加深了对天池火山发展演化过程的理解, 也为未来火山喷发的灾害预警和监测数据解释提供了理论支撑。

吉林龙岗火山区深部电性结构特征分析

赵凌强, 胡亚轩, 王庆良, 祝意青, 操聪, 李仲巍, 綦伟, 汶宇龙

2022, 44(4):  845-858.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.04.002

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龙岗火山群是中国主要的活火山之一, 其中的金龙顶子火山在距今约1600a前发生过大规模喷发活动, 具有潜在喷发危险。文中利用一条西起梅河口市、 东至长白山景区西门, 穿过龙岗火山核心区及金龙顶子火山, 长度超过160km的宽频带密集测点的大地电磁剖面数据进行相位张量分解和二维反演计算, 获得沿剖面的深部电性结构特征。分析表明, 龙岗火山群及邻区地壳范围内分布深浅不一的高阻结构, 且在早期形成的火山群下方分布更深, 推测与岩浆的固结作用有关。高阻体下方存在明显的大规模低阻结构, 推测为中下地壳岩浆系统, 研究区的地壳隆升及地震活动等可能与岩浆活动有关。最新喷发的金龙顶子火山下方(10km以深)可能存在着岩浆通道, 且与中下地壳岩浆系统相连接, 10km以浅的岩浆可能已经固结。在剖面东部发现的中下地壳低阻结构显示出继续向东部的长白山天池火山区延伸, 结合前人的大地电磁及地震学等研究结果推测, 龙岗火山群可能与长白山天池火山在中深部共用岩浆系统。

琼北峨蔓地区火山地质与喷发历史

杨文健, 赵波, 于红梅, 许建东, 潘波, 王锡娇

2022, 44(4):  859-875.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.04.003

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琼北作为中国最大的第四纪火山区之一, 其火山活动表现出多期、 多旋回的特征, 但位于其西北角的峨蔓火山岩的喷发时代依然存在争议。文中对峨蔓火山区展开了详细的火山地质及地貌调查, 并结合全岩主量元素分析及火山岩K-Ar年代学和贝壳¹⁴C年代学研究, 揭示了其火山活动时代和喷发特征等。峨蔓火山区包括笔架岭、 春历岭、 兵马角、 龙门激浪、 龙门灯塔及张屋等火山, 其火山喷发方式主要为溢流式喷发、 射汽-岩浆爆破式喷发和弱岩浆爆破式喷发。熔岩流几乎遍及整个火山区, 分布面积约为26.3km²; 基浪堆积物、 溅落堆积物以及火山渣分布范围较小, 仅限于龙门激浪-五彩湾和张屋村附近。峨蔓火山岩成分变化较大, 整体偏中性, 主要由玄武安山岩、 玄武粗安岩和粗安岩组成, 岩浆演化过程经历了橄榄石和单斜辉石的结晶分异。综合火山岩风化程度(球形风化、 红土层)、 火山地质与地貌特征(锥体形貌、 坡度)、 岩石学和地球化学特征(橄榄石斑晶蚀变、 全岩成分差异)以及K-Ar年龄(0.12~0.44Ma)和贝壳¹⁴C年代学结果((43.27±0.67)ka BP), 分析认为峨蔓火山区的火山活动时代应属于中、 晚更新世。

滇西地震预报实验场区重力长期变化特征及其机理

郝洪涛, 王青华, 张新林, 韦进, 吴桂桔, 胡敏章

2022, 44(4):  876-894.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.04.004

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文中基于滇西地震实验场1986-2014年间近30a的流动重力观测资料, 研究了该地区重力场的长期变化背景。结果表明, 重力场长期变化背景以负变化为主, 年平均变化率约为-1.24×10^-8m/s²; 空间分布上, 重力场变化的剧烈程度与断裂带分布和历史强震活动存在密切关联, 红河断裂北段、 龙蟠-乔后断裂对本地区的重力场变化和地震活动分布具有明显的边界作用。结合地壳垂直形变、 地壳结构和区域动力学背景对重力场变化机理进行分析, 重力场整体负变化趋势可能反映下地壳物质流引起的地表隆升和地壳增厚, 而重力场变化空间分布的细节则与区域动力学背景下具体断裂带的活动特性以及相关的局部性物质分布变化有关。

地震重力异常与地面沉降重力异常的特征分析

廖桂金, 叶东华, 邓志辉, 李翀, 唐国英, 胡伟明

2022, 44(4):  895-908.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.04.005

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2015年9月24日陆丰M_L4.3地震发生前后, 广东汕头流动重力测网中的陆丰、 博美、 南塘、 甲子、 溪西等测点出现重力异常, 2a累积重力变化大于3倍观测值中误差, 出现中期下滑与反向转折上升的陆丰重力异常区。同时, 陈店、 和平测点也出现重力异常区, 且陈店出现继承性单调上升的重力异常区, 2个重力异常区相邻, 但其异常性质可能不同, 可能存在地震重力异常和地面沉降重力异常。为分析震后地震发展趋势, 需确定其重力异常的性质, 采用数据分析与实地核查的方法区分各重力异常区的重力变化性质。结果表明: 陆丰重力异常区为地震重力异常, 陈店重力异常区为地面沉降重力异常。开展地震重力异常与地面沉降重力异常的特征分析, 有利于认识地震重力场演化与地震孕育的相关性、 捕捉地震重力变化前兆信息, 并为地震趋势预测提供参考。

夏垫西断裂的晚第四纪活动性

沈军, 戴训也, 肖淳, 焦轩凯, 白其乐格尔, 邓梅, 刘泽众, 夏方华, 刘玉, 刘明

2022, 44(4):  909-924.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.04.006

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夏垫断裂是1679年三河-平谷8级地震的发震断层, 在其西侧发现一条新的断裂, 称其为夏垫西断裂。文中采用6条浅层地震剖面确定了该断层在三河市内的位置; 采用联排钻孔探测方法并应用磁化率测井技术, 结合释光测年, 研究了该断裂的晚第四纪活动性。该断裂蜿蜒曲折, 总体走向NE, 倾向NW。在垂直剖面上表现为正断层性质, 它是燕郊半地堑型断陷东南缘的主控断裂。该断裂与夏垫断裂倾向相反, 与夏垫断裂之间夹一地垒, 地垒最窄处<1km。由10个钻孔的岩心柱状图和测井曲线及8个有效的测年数据组成的钻孔联合剖面显示, 该隐伏断裂的上断点埋深约为12m, 错断了晚更新世晚期地层, 错断的最新地层的测年结果为(36.52±5.39)ka。晚更新世以来的垂直滑动速率约为0.075mm/a, 晚更新世晚期以来的滑动速率约为0.03mm/a。该断裂在平面上可能与夏垫断裂组成雁列构造, 二者在深部存在密切的联系, 同属于一条切过整个地壳的深大断裂。

西藏阿里地区喀喇昆仑断裂断错地貌及最近强震活动时代的初步研究

徐伟, 刘志成, 王继, 高战武, 尹金辉

2022, 44(4):  925-943.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.04.007

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喀喇昆仑断裂是青藏高原西部一条大型边界断裂, 调节了印度板块与欧亚板块的碰撞变形, 在青藏高原西部构造演化过程中扮演着重要角色。阿里地区断裂迹线清晰, 断错地貌显著, 显示出晚第四纪强烈活动的特征。目前, 断裂最近的强震活动时代、 复发间隔等地震活动性参数尚不清楚, 极大地限制了地震危险性评估的准确性。文中对阿里地区的断裂几何结构、 断错地貌进行了调查, 在扎西岗乡、 门士乡、 巴嘎乡等地对断错地貌面及断塞塘进行了光释光年代样品采集。研究结果表明, 断裂以扎西岗乡、 索多村为界分可为3段, 各段断裂结构及性质差异显著; 断裂最近的强震活动在扎西岗乡西、 门士乡东以及巴嘎乡一带, 时间分别约为2.34kaBP、 3.01kaBP及2.54kaBP。断裂最近的强震活动距今的时间可能已非常接近地震复发间隔, 其能量积累或已达到了非常高的程度, 再次发生强震事件的危险性很大, 需引起足够重视, 尽快对断裂的古地震事件、 复发间隔等地震活动性参数开展细致的研究。

黄河流域碎屑钾长石Pb同位素物源示踪

林旭, 刘海金, 刘静, 吴中海, 李兆宁, 陈济鑫, 李玲玲, 胡程伟

2022, 44(4):  944-960.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.04.008

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示踪黄河流域的泥沙来源, 对于认识和理解青藏高原隆升剥蚀和西太平洋边缘海沉积之间的耦合关系至关重要。钾长石是河流沉积物中常见的造岩矿物之一, 其铅(Pb)同位素比值在应用于大河物源示踪研究时效果良好, 但这一研究在黄河流域还未开展。文中利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪(LA-MC-ICP-MS)对黄河流域的15件样品进行分析, 获得了967颗钾长石的原位Pb同位素结果。²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb和 ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb比值二维散点图和多维判别图(MDS)结果表明, 黄河玛多-同德段、 大夏河和湟水的钾长石Pb同位素组成与黄河兰州段存在明显差异; 黄河兰州段的钾长石Pb同位素组成与黄河巴彦淖尔段一致, 二者受相似的风成物源区的影响; 黄河晋陕峡谷段、 汾河的钾长石主要来自黄土高原; 渭河的钾长石主要来自秦岭。黄河开封和利津段的钾长石Pb同位素组成一致, 都与黄河上游和华北板块明显不同, 但与黄河中游相似。黄土高原对黄河中、 下游的钾长石来源起主导作用。

中条山北麓河流地貌特征及其对断裂构造演化的响应

卢本添, 李志刚, 梁浩, 杨敬钧, 郑文俊

2022, 44(4):  961-975.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.04.009

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河流地貌发育特征对构造活动异常敏感, 因此能够有效揭示活动断裂的分段性差异。通过提取地形信息, 综合分析河流地貌参数的空间分布, 筛分构造、 气候、 岩性特征等影响因素, 量化构造活动强度, 是活动断裂分段性的重要研究切入点之一。中条山北麓断裂是控制中条山与运城盆地差异升降的活动断裂, 由南向北可划分为韩阳段、 永济段、 盐湖段和夏县段, 断裂各段的活动性与现今中条山地形地貌的塑造密切相关, 是应用河流地貌研究断裂分段性的理想地区。文中通过提取中条山北坡基岩山区流域水系的河道地形信息, 获取了河道标准化陡峭指数k_sn、 坡度S、 水系高程剖面的几何特征、 河流裂点位置及裂点上、 下游下切量等参数。结果显示, 纵向上中条山北坡基岩河道记录了1期加速下切事件, 在横向上, 河道标准化陡峭指数k_sn、 坡度与河道下切量等地貌参数存在明显的空间变化, 高值区位于韩阳段-永济段, 向W分段性递减, 与中条山西高东低的地形起伏相符, 但与活动速率高值区及盆地新生界沉积中心(盐湖段)的位置不一致。不一致的主因可能与华山山前断裂部分活动性沿中条山北麓断裂韩阳段西延隐伏断裂的迁移有关, 二者活动性在韩阳段-永济段叠加, 并被河流地貌敏感记录, 形成地貌参数的高值异常区, 暗示中条山北麓断裂的构造活动中心已经向W迁移。

阿木尼克山山前地表破裂带与1962年6.8级地震关系的讨论

姚生海, 盖海龙, 殷翔, 刘炜, 张加庆, 袁建新

2022, 44(4):  976-991.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.04.010

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柴达木盆地北缘地区是地震频发地段, 历史上曾发生多次6.0级以上地震。自2003年德令哈6.6级地震以来, 柴达木盆地北缘地区又在2008年和2009年分别发生了6.3级和6.4级地震, 引起了广大研究者的高度关注, 该地区也因此成为研究的热点地区。文中通过遥感解译发现阿木尼克山山前的线性特征明显, 存在疑似地表破裂。断裂断错不同期的洪积扇、 阶地与水系。通过实地地质考察发现其沿线发育断层陡坎、 断层凹槽、 地震鼓梁、 水系扭错等地貌, 形成一条走向为 N30°~40°W、 同震位移达2.3m, 长约22km的地表破裂。通过探槽开挖, 并结合地表遗迹、 地质测年, 微地貌测量等方法, 确定断裂的性质以走滑为主、 逆冲为辅。剖面显示断裂存在多期活动的特点, 最新一次活动断错至地表, 晚第四纪以来活动明显。根据震级与地表破裂的经验统计关系、 同震位移与震级经验关系可知, 产生长22km的地震地表破裂所需的平均震级为6.79级, 形成长2.3m同震位移的平均震级为7.03级。结合地表破裂情况、 探槽剖面资料、 地质测年结果、 地震地质灾害现象、 经验公式计算结果并查阅历史地震目录、 地方志等文献分析认为, 该地表破裂极有可能是1962年5月21日6.8级地震所致, 该历史地震的发震断裂为柴达木盆地北缘断裂的阿木尼克山段, 与微观震中存在偏差。

2009年7月24日西藏尼玛M_S5.6地震的震源机制及其构造意义

李宗旭, 贺日政, 冀战波, 李娱兰, 牛潇

2022, 44(4):  992-1010.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.04.011

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文中收集了由西藏地震台网和同期流动观测台网记录到的2009年7月24日西藏尼玛 M_S5.6 地震的波形数据, 应用Hypo2000方法对该地震开展了绝对到时精定位。因定位所使用的台站分布均匀, 与仅使用固定台站数据的定位结果(31.30°N, 86.10°E)相比, 我们得到的尼玛地震的精定位结果(31.08°N, 86.05°E)更为可靠, 该结果与通过矩张量定位方法(GCMT)获得的结果(31.05°N, 86.10°E)较为一致。在获得震中定位结果的基础上, 使用CAP方法得到该地震的震源深度(海拔高度为0m起算)为19.3km, 该地震具有走滑断裂性质。结合地震所处的应力场特征对本次地震的2个节面(节面Ⅰ, 走向为220°, 倾角为82°, 滑动角为-17°; 节面Ⅱ, 走向为314°, 倾角为73°, 滑动角为-171°)的剪应力和正应力进行计算, 发现该地震的震源机制与区域内SN向挤压、 EW向扩张的应力场特征相吻合。参考震中所在位置的1︰25万区域地质调查结果, 结合该区EW向窝藏断裂和NWW向扎拉断裂所限定的近EW向走滑断裂带的特征推断, 该地震具有EW向右旋走滑性质。根据区域地表地质及区域地球物理揭示的深部结构特征推测, 该地震发生在当惹雍错裂谷西侧约30km处的狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿岩混杂岩带下方中上地壳间的低速软弱层(即壳内脆韧性转换带)顶部, 暗示了晚中生代形成的狮泉河-拉果错-永珠-嘉黎蛇绿岩混杂岩带在高原快速隆升过程中以EW向走滑方式再次活化。这一解释对理解青藏高原EW向伸展作用有着重要意义。

华南地块及邻区基于背景噪声的壳幔三维S波速度结构

宫猛, 吕坚, 郑勇, 谢祖军, 盛书中, 张杏棉

2022, 44(4):  1011-1028.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.04.012

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文中使用华南地块及其邻区609个宽频地震仪记录的2010年1月-2012年12月共36个月垂直分量(Z分量)的连续噪声数据, 通过波形互相关和叠加计算得到各台站对间的经验格林函数, 采用时频分析方法(FTAN)提取台站对之间的瑞利波相速度频散曲线, 并使用非线性贝叶斯蒙特卡罗方法反演获得华南地块及其邻区的三维S波速度结构。结果显示, S波速度的分布特征与地表地质和构造特征表现出较好的相关性, 能清晰地揭示出地壳内部的横向速度变化。盆地和地堑地区由于受沉积层的影响, 浅层的S波速度表现为低速异常。 江汉盆地和四川盆地的中下地壳存在高速异常, 表明盆地的中、 下地壳较冷、 硬。四川盆地内部由于存在上地幔上拱现象, 其壳-幔S波速度整体相对较高, 且盆地内部中心区域的S波速度高于边缘区域。位于华南地块内部的扬子地块和华夏地块由于演化过程有所不同, 上地幔的S波速度结构存在较大差异。扬子地块的S波速度相对较高, 说明其块体内部结构相对稳定, 而华夏地块的S波呈现低速异常, 预示着在其演化过程中存在强烈的岩浆活动。位于华南地块西南边界以西区域的壳-幔S波速度呈低速异常, 可能预示着青藏高原东缘中下地壳存在软流层。秦岭-大别造山带东、 西2段的S波速度结构存在较大差异, 以地壳厚度过渡带为界呈现东高西低的分布特征。鄂尔多斯块体的壳-幔S波速度相对较高, 说明其块体内部结构相对稳定, 但其西南角上地幔中的S波呈现低速异常, 可能表明华北克拉通上地幔热流已经开始对鄂尔多斯的岩石圈进行“侵入”改造。

深地震反射剖面揭示的兰聊断裂带中南段深部特征

李倩, 宋前进, 酆少英, 姬计法, 段永红, 何银娟, 秦晶晶

2022, 44(4):  1029-1045.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.04.013

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长70km、 近EW向穿过兰聊断裂带中南段及其邻区的深地震反射剖面, 揭示了该区地壳的精细结构和断裂的深、 浅构造特征, 对深入了解该区的深部地震构造环境、 探讨东濮凹陷的深部动力学过程及其构造演化都起着十分关键的作用。研究结果表明, 兰聊断裂带的深、 浅部构造特征及其两侧的地壳反射结构特征区别较大, 该区地壳由脆性的上地壳和韧性的下地壳组成。上地壳反射波组特征明显, 构造形态清晰可辨: 兰聊断裂以西存在大量向E倾斜的强反射同相轴, 代表了中生代以来不同时代的沉积界面, 其中一套起伏变化形态向E缓倾的基底斜坡是箕状沉积凹陷的底界; 兰聊断裂以东, 基底反射波表现为一组近水平的连续性较好的强反射波组, 平行不整合于古生界奥陶系或更古老的地层之上; 在兰聊断裂上盘还发育有同向及反向次级断裂, 共同控制了箕状沉积盆地东濮凹陷的构造格局。下地壳反射结构较为简单, 整体上以弧状反射为主, 其能量较强、 延续长度较短。莫霍面表现为横向上分段连续、 纵向上持续一定时间的强反射条带, 在兰聊断裂下方的莫霍面反射波组能量明显减弱, 与两侧反射特征截然不同。剖面揭示了2条错断莫霍面的深大断裂(F_D1 和F_D2), 向下延入上地幔顶部, 为本区上地幔软流物质的上涌与能量交换创造了条件, 也可能是下地壳弧状反射产生的原因。

b值下降幅度与汶川M_S8.0 地震孕震区的关系

陈丽娟, 陈学忠, 李艳娥, 龚丽文

2022, 44(4):  1046-1058.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.04.014

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b值常用于评估区域应力水平。基于b值随应力升高而减小的理论基础, 文中试图找出b值的下降幅度与汶川地震孕震区的关系。以汶川地震的震中为中心, 选取10°×10°范围内2000年1月-2008年4月的地震目录, 通过格点搜索法搜索出汶川地震前b值具有明显下降变化的异常格点, 分析异常格点所在区域内b值的时序变化。结果显示, 异常格点的分布随着b值下降幅度的增大逐渐收敛至龙门山断裂带的都江堰-北川段, 与汶川地震破裂区的南段重合, 汶川地震起始破裂点位于异常区的东南缘。异常区内b值随时间呈现“趋势下降-平稳变化-临震前急剧下降”的变化形态, 分别持续3.5a、 2a和4个月。文中关注b值的下降变化过程, 能在较大范围内搜索出b值呈下降变化形态的区域, 而这些区域对应于应力增强区, 这可为未来强震的震中判定提供参考依据。

青海玛多M_S7.4地震震源破裂过程反演结果的初步分析

邓文泽, 刘杰, 杨志高, 孙丽, 张雪梅

2022, 44(4):  1059-1070.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.04.015

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对大地震的震源机制和震源破裂过程进行快速反演, 可为震后应急救援、 灾害评估和孕震机理研究提供科学依据。文中采用W-phase矩张量反演方法, 在震后快速反演了青海玛多7.4级地震的震源机制。 区域构造背景和震源机制结果表明, 此次地震断层面解的走向为102°、 倾角为81°、 滑动角为11°, 是一次高倾角的走滑型事件。文中利用区域台网的地震波形资料, 采用近震全波形拟合方法得到玛多7.4级地震15次M_S≥4.0余震的震源机制解, 包含12次走滑型地震、 2次逆冲型地震和1次正断型地震, 暗示主断层破裂受到局部地壳结构的影响。最后, 采用有限断层反演方法获得青海玛多7.4级地震的震源破裂过程模型。断层滑动模型结果表明: 震源破裂具有不对称的双侧破裂特征, 破裂持续时间近45s, 破裂长度约为140km, 地震主体破裂发生在0~15km深度范围内, 最大滑动量为400cm, 玛多地震的最大滑动量出现在近地表处, 推测可能存在地表破裂。综合上述结果及震源区的地质构造背景分析认为, 玛多地震的发震断层为巴颜喀拉板块内部的一条NWW向高倾角左旋走滑断层, 主震的滑动分布沿走向及深度方向表现出较强的不均匀性, 表明地震破裂面在深部比浅部具有更复杂的几何形态。

城市隐伏活动断层避让典型案例分析--以新沂市郯庐断裂带沿线某场地为例

曹筠, 李彦宝, 冉勇康, 徐锡伟, 马董伟, 张志强

2022, 44(4):  1071-1085.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2022.04.016

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随着城市化进程的加快, 如何减小城市隐伏活动断层所引发的地震及其链生灾害的损失, 是未来城市公共安全体系建设所必须面对的议题。文中以新沂市郯庐断裂带安丘-莒县断裂沿线某场地为试验区, 在城市活动断层项目目标区1︰1万条带状活动断层分布图成果的基础之上, 借鉴即将颁布的国标《活动断裂避让距离》中对隐伏断层精确定位的技术要求, 实施了间距不大于50m的浅层地震勘探测线和典型钻孔联合地质剖面探测, 获得了场地内隐伏活动断层的地表迹线、 断层倾向以及上断点埋深等信息。精确定位活动断层的平面位置与1︰1万条带状分布图平面距离差异约为200m, 探测结果精准确定了场地内活动断层的平面展布, 满足场地开发所需的精度。基于精确定位的活动断层地表迹线, 遵照即将颁布的国标《活动断层避让距离》的相关规则, 既科学确定场地内活动断层的避让距离, 又释放了城市紧缺土地资源, 达到既科学避让潜在危险的城市隐伏活动断层, 又充分利用土地的目的。