龙门山映秀-北川断裂带擂鼓探槽剖面古地震事件测年.docx

1、第32卷第2期2010年6月地震地质SEISMOLOGYANDGEOLOGYdoi：10.3969/j.issn.0253-4967.2010.02.002龙门山映秀-北川断裂带擂鼓探槽剖面古地震事件测年刘进峰陈杰尹金辉陈立春卢演侍杨会丽(中国地震局地质研究所，地震动力学国家取点实验室，北京100029)摘要2008年5月12日四川汶川发生8.0大地震，形成了200多km长的地震地表破裂带。破裂带的古地震研究对于认识龙门山断裂带的活动习性和大地震的发生规律具有重要的理论和现实意义。文中用光释光(OSL)测年中的校正感量简单多片再生法(SMAK),对映秀-北川地震地表破裂带擂鼓探槽样品进行了光释

2、光测年，并对探槽中含有的炭屑进行了AMS“C测年。样品的光释光年龄和校正的AMS“C年岭吻合，该地区与汶川地震类似规模的上一次古地震事件发生在距今约(2.1±0.2)ka至(1.l±0.2)ka间。关键词汶川Ms8.0地震古地震光释光测年文章编号：0253-4967(2010)02-0191-09中图分类号：P597文献标识码：A。引曰汶川Afs8.0地震发生在中国大陆南北地震带中段的龙门山断裂带上，是一次低滑动速率、长复发周期和高破坏强度的巨大地震(张培震等，2008)。从现有历史汜录看，龙门山地区就是一个地震频发区(闻学泽等,2009),怛在有历史记录前何时发生过7级以

3、上或8级强震？其复发周期如何？这些问题对于认识龙门山断裂带的活动习性和大地震的发生规律具有重要的理论和现实意义。对于龙门山断裂带强震复发间隔，前人从历史记录、断层滑动速率和位移量关系等角度进行了深入研究(张培震等,2008；BurchfieletaZ.,2008；闻学泽等，2009)。此次汶川0地震在映秀-北川断裂带形成了长约240km的地震地表破裂带(徐锡伟等，2008)。震后科考中，冉勇康等(2008)在擂鼓镇、小鱼洞乡、白鹿乡等地(图1),通过对地震地表破裂造成的位移量实测和断错地貌填图，以及地震探槽研究，发现了断层多次错动所形成的古地震遗迹，并在探槽中发现了汶川Ms8.0地震前发生的一

4、次类似规模的占地震事件，这为探讨强震复发间隔问题提供r条件。本文将介绍映秀-北川地震地表破裂带擂鼓探槽的测年结果。收稿日期2009-09-21收稿，2010-05-04改回。基金项目中国地震局地质研究所基本科研业务专项(DF-IGCEA0607110)、国家自然科学基金(40802040)和中国地震局汶川8.0级地震科学考察项目共同资助。103*104°105°106°图1擂鼓探槽位置分布图(据徐锡伟等,2008)Fig.1MapshowingthelocationofLeigutrench(afterXUXi-weielal.,2008).1材料与方法1.1探槽

5、位置及地层特征擂鼓探槽位于北川县擂鼓镇石岩村老场口河T2阶地上的映秀-北川地震地表破裂带主断层陡坎前缘（图1）,陡坎走向卬0。20吓，高约4.0m。该主陡坎实际上由人工改造过的老陡坎及前缘的汶川地震逆断层陡坎组成，老陡坎在汶川地震前的高度约2m。在探槽附近，汶川地震主断层断错I级阶地，形成高约2.0m左右的陡坎（冉勇康等,2008）,即探槽所在陡坎总高度是汶川地震在I级阶地形成的主断坎位移量的2倍。探槽揭露了7个地层单元，从下向上分别是：层砾石层，砾石磨圆度较好，含粗砂；层砾石层，含砂和黏土；层黄色含砾粉砂层，下盘厚，上盘薄且不连续；层灰黄色粉砂质黏土，人工堆积，其底部有古人类用火而形成的砖红

6、色烘烤层和炭屑；层灰褐色粉砂质黏土；层灰褐色、黄色耕作层，其底部为黑色黏土层，含炭屑及碎瓦片；层崩积和人工堆积层。探槽中层在断层两盘的位差为4m左右，这与口级阶地面主陡坎的高度基本一致，且断层上升盘层被田埋垒石所截。综合汶川地震在探槽附近河流I、U级阶地的陡坎位错域，以及探槽揭露的3支破裂面位错情况，可以判断探槽揭示了2次位移量基本相同的地震事件。前一次事件发生在层堆积之后，层、层、层堆积之前（冉勇康等,2008）o为了确定该古地震事件发生的年代，在探槽北壁层、层、层、层及烘烤层系统采集了光释光（OSL）样品（图2）。将不锈钢钢管敲入新鲜剖面，钢管充满后，钢管和样品一并取出，两端用锡纸封堵，并

7、用宽胶带密封，以防止漏光和水分散失。此外，探槽剖面层以及层底部烘烤层中发现有炭屑，其“C年龄可为评判光释光年龄的可靠性提供条件，因此野外采集了炭屑，用塑料袋包装，送交中国科学院广州地球化学研究所预处理后，送至北京大学完成AMS%测试。图2擂鼓探槽北壁剖面图Fig.2SchematicdrawingofthenorthwallofLeigutrench.1光释光采样点及野外编号；2“C采样点及野外编号；3水泥砌石板.震前为路基砌石；4地表耕作土；5地层编号1.2光释光样品制备测样的制备是在实验室暗室内微弱红光下（中心波长为661nm）进行的。打开钢管去除两端曝光部分，首先从新鲜样品中取出约305

8、0g测实际含水量和饱和含水最，在测完含水量后，将其低温（60T）烘干，然后在研钵中充分研磨直至全部通过孔径63pm的不锈钢筛，供测定样品中U,Th和K的含量。其余新鲜部分湿筛出300pim的粒组，分别用适量浓度为30%的H2O2和浓度为37%的HC1处理以清除有机质和碳酸盐类。由于本批样品中90-300jim组分样品量很少，因此采用静水沉降法分离出粒径为4llm的细颗粒组分。将分离出的组分用30%的氟硅酸反复进行浸泡，将其中的长石类矿物完全蚀除。采用Duller（2003）提出的红外逐出比法以及110T热释光（TL）峰法（Aitken,1998）来检验刻蚀后的细颗粒组分的石英纯度，以确保获得的

9、细颗粒无长石类矿物。实验结果显示，本批样品的红外光释光信号（IRSL）基本与仪器本底值接近，红外逐出比在0.91.1之间，表明提纯的细颗粒石英能满足释光测年的要求。需要指出的是，本批样品长石含量较高，大多经历了2030d的氟硅酸刻蚀。用丙酮将分离出的细颗粒石英制成悬浊液，然后沉淀在直径9.7mm的小钢片上供测觉用。1.3实验方法及寿光信号特征光释光信号测量在DaybreakHOOTL/OSL自动测量系统上完成。激发光源分别为波长（470土5）nm的蓝光束（最大光强50mW/cm2）和（880±60）nm的红外线束（最大光强80mW/cm2）,测试过程中，使用2种光源最大功率的80%。

10、光释光信号通过EMIQA9235型光电倍增管（PMT）检测，在PMT前面附加两块U-340滤光片。计算等效剂量（仇）时释光信号为衰减曲线上第1秒积分内的光释光信号强度减去最后10s积分信号的平均值（本底）。40、底簌中160180200220240260280300馈热温度/YO.OJO?*#氐参2O.对样品08XY06-1（LEDL08-261）采用单片再生法（SAR）（Murrayetal.,2000,2003）和校正感量简单多片再生法（王旭龙等,2005；Lue/aZ.,2007）进行了预热坪实验，结果示于图3。结果表明，该样品的。在180240弋温度区间内与预热温度关系不大，为一坪区，

11、重复最小剂量和最大剂量获得相应的循环比率（分别记为RR1和RR2）,在20。260T的预热温度区间内都在0.91.1之间，回授信号强度也低于5%（Murrayetal.,2000；Jacobsa/.,2006）。因而测量过程中可采用200240Y温度范围内的任意一个预热温度。180200220240260280300热温度/P图3样品08XY06-1等效剂量（a）、回授比率、循环比率（b）与预热温度的关系Fig.3PlotsofDt（a）,recuperationandrecyclingratios（b）asafunctionofpreheattemperatureforsampleLEDI0

12、8-261.图中RRJ和RK2分别表刀;页复最小剂砂和最大别量所获得相应的循环比率0.8-0.70.611'''160180200220240260280300预热温度/T图4SAR法剂最恢复测试中恢复比率与预热温度关系Fig.4Plotofrecoveryratioasafunctionofpreheattemperatureforsample08XY06-1.对该样品还进行了剂最恢复实验，实验中采用的附加剂量值与样品天然剂量相当。实验结果示于图4,该图表明该样品在200240T的预热区间内剂量可以恢复，恢复比率均在0.9-1.1之间（Wintieet以.,2006）

13、,说明在此预热温度范围内该实验流程是可行的，释光感量校正是有效的，在此预热条件下可获得可靠的七值。1.4等效剂测对经氟硅酸刻蚀后的细颗粒（4石英组分,采用简单多片再生法（SMAR）（王旭龙等,2005；Lu«以.,2007）进行蓝光释光的Q测觉,测试程序见表】，典型样品光释光信号衰减曲线和生长曲线见图5。计算De时释光信号为衰减曲线上第1秒积分内的光释光信号强度减去最后10s信号积分的平均值（本底）。试验剂量校正的光释光信号对再生剂量绘图，得到样品的光释光信号的剂最响应曲线即光释光生长曲线，对曲线进行线性或饱和指数函数拟合,并得到测样的Dt值。2期刘进峰等：龙门山映秀-北川断裂带擂鼓

14、探槽剖面占地震事件测年195再生剂量/Gy08XY06-1表1SMAR法测流程(王旭龙等,2005；LuelaZ.,2007)Table1Fine-grainedquartzSMARprotocolusedinthisstudy(afterWANGXu-longetal.,2005;Luetal.,2007)图5样品08XY04和08XY06-1光释光信号衰减曲线和生长曲线步骤操作说明1晒退58个测片，辐照不同实验室再生剂段用SOL2晒退15min,使天然释光信号归零23456天然以及再生剂魅测片预热220T、时间10s去除热不稳定信号蓝光激发40s,激发温度为125丁获得光释光信号所有测片辐

15、照相同试验剂量(testdose)用以校正粹光感所变化预热160T，时间2s去除热不稳定信号蓝光激发40s,激发温度为125Y获得试验剂量的光释光响应Fig.5OSLstimulationdecayandgrowthcurvesforsample08XY04and08XY06-1usingtheSMARprotocol.N+SL+2.5Gy表示天然测片用S0L2太阳灯晒退后再辐照2.5Gy剂量1.5环境剂量率样品的环境剂最率，是在实验室内通过测量样品中放射性元素U、Th和K的含量，用一定的换算关系确定的。用经标定的Daybreak582型厚源a计数仪(王同利等，2005)对样品进行了。值测定，

16、样品08XY01、08XY02、08XY03、08XY05-2、08XY06-l分别在不同探头上测试，结果值相差8%;08XY01至08XY06-1共9个样品钾含最分别用X荧光光谱和火焰光度计分析方法测定,2种方法的测试结果相差在7%范围之内。根据相关文献(Rees-Jones,1995),在计算年龄时，本批样品的细颗粒石英a系数(a辐射产生释光信号的有效系数)采用0.04±0.002o根据Aitken(1998)提出的石英矿物吸收环境剂虽率与环境中铀和牡含堇(以。计数率表示)、钾含量等之间的转换关系，计算出各样品所吸收的环境剂量率。对本批样品环境剂量率的计算均考虑了样品含水量(包括

17、实际含水量和饱和含水址)和宇宙射线的影响。2结果擂鼓探槽光释光样品测年结果列于表2。样品年龄与地层的层序相一致,表现为上部地层新,下部地层老。断层两盘上部层、层中样品年龄集中在(0.10.4)ka范围内，下降盘最上部样品08XY01年龄为0.06ka；层中3个样品年龄集中在(2.02.3)ka间，平均值为2.lkao表2擂鼓探槽光释光测年结果Table2ResultsofOSLdatingforsamplesfromtheLcigutrench地层*野外号实验号埋深等效剂枇a计数率K,0含水址剂最率年龄/ka单兀/m/Gy/kscm/%/%/Gy-ka'08XY03LEDL08-230

18、0.20.72±0.0513.7±0.22.6194.7±0.40.15±0.0208XY04LEDL08-2310.51.63±0.1011.9±0.22.5184.3±0.40.37±0.0408XY05LEDL08-2601.211.7±1.015.2±0.33.2145.7±0.52.0±0.308XY06-1LEDL08-2611.311.8±1.015.4±0.33.2165.6±0.52.l±0.308XY06-2LEDL

19、09-541.312.5±1.014.7±0.23.2175.3±0.52.3±0.308XY01LEDL08-2280.10.30±0.0215.2±0.42.7234.7±0.50.06±0.0208XY02LEDL08-2290.21.82±0.J014.2±0.42.7205.0±0.50.36±0.0408XY07LEDL08-1190.41.8±0.212.8±0.22.4184.6±0.40.39±0.0508XY09LE

20、DL08-1201.25.8±0.7J4.6±0.22.6175.l±0.51.l±0.2烘烤层08XY10-2LEDID9-551.35.8±0.215.2±0.33.1245.l±0.41.12±0.1208XY10-2样品既做了光释光测年，同时也对其含有的炭屑进行了AMS,4C测年。探槽3个样品“C年龄和日历校正年龄列于表3,校正程序为Calib5.01(StuiveretaZ.,1998)o3个样品年龄数据与地层层序相一致。烘烤层中的2个样品"C年龄分别为977I055caI&BP(LG-

21、SY1-5)和10911240calaBP(08XY10-2)。层中的样品年龄为0288calaBP(LG-SY1-3)O袤3擂鼓探槽剖面AMS,4C测年结果及与光释光年龄对比表Table3AMS"CagesandOSLagesfromtheIigutrench地层光释光光粹光年龄AMS,4CAMSMCAMS,4C单元样品编号/ka样品编号/aBP/calaBP08XY070.39±0.05LG-SY1-3196±250-288烘烤层LG-SY1-51112±279771055烘烤层08XY10-21.12±0.1208XY10-21234&#

22、177;2410911240根据擂鼓探槽光释光和AMS“C样品测年结果可知，该地区上一次强震事件发生在距今约(2.l±0.2)ka(l.l±0.2)ka之间。3讨论与结论探槽揭露的地层主要是分选较差的河流相沉积，上覆少量崩积层和人工堆积层，因此光释光信号的充分哂退与否是光释光年龄数据可靠程度的重要影响因素。但从测年结果分析，所测样品的光释光信号应该是晒退充分的。1)断层两盘样品光释光年岭与地层层序相一致，未出现明显的颠倒；2)断层两盘顶部层、层中样品年龄均非常年轻，下降盘最上部样品08XY01年龄为0.06ka；3)层内3个样品年龄值非常接近，集中在2.02.3ka间；4)

23、光释光样品年龄与同层位“C样品日历校正年龄在误差范围内基本一致。层底部为砖红色烘烤层，其光释光信号在高温下应完全归零，其中样品08XY10-2光释光年龄为(1.12±0.12)ka,AMS,4C年龄为(1234±24)aBP(l0911240calaBP),同一层位另一个样品(LG-SY1-5)的AMS,4C年龄为(1U2±27)aBP(977-1055calaBP),光样光年龄与AMS,4C年龄相一致。层为烘烤层形成后的人工堆积，该层样品08XY09的光释光年龄为(1.1±0.2)如，与下覆烘烤层样品年龄一致，与烘烤层基本是同期堆积，也说明其光释光信号

24、同受过高温烘烤的烘烤层样品一样，光释光信号也已归零。因此，探槽所测样品细颗粒石英在沉积埋藏时光释光信号已经归零，其年龄值是可靠的。然而，需要指出的是，由于该探槽揭露出的地层分选较差，剖面层底部有机质丰富，不同层位地层的含水量在不同地质时期也不同，这些因素都能导致环境剂量率变化，从而影响光释光年龄。描鼓探槽揭露了包括汶川地震在内的2次地震事件，根据光释光和AMS“C样品测年结果，该地区上一次强震事件发生在距今约(2.l±0.2)ka(l.l±0.2)ka之间。致谢感谢参加汶川地震科学考察的全体同事。感谢冉勇康研究员在野外和室内工作中的多次指导。王昌盛、魏丽参与了部分实验室工作

25、，谷元珠高级工程师和中国科学院地球环境研究所王旭龙副研究员在测钾实验中给予帮助，在此一并致谢。参考文献冉勇康，陈立春，陈桂华，等.2008.汶川8.0地震发震断裂大地震原地重复现象初析J地震地质，30(3):630643.RANYong-kang,CHENLi-chun,CHENGui-hua,efal.2008.PrimaryanalysesofinsiturecurrenceoflargeearthquakealongseismogenicfaultofWenchuanAfs8.0earthquakeJ.SeismologyandGeology,30(3):630643(inChinese

26、).徐锡伟，闻学泽，叶建育，等2008.汶川Ms8.0地震地表破裂及其发震构造地震地质，30(3):597629.XUXi-wei,WENXue-ze,YEJian-qing,e£al.2008.TheMs8.0WenchuanearthquakesurfacerupturesanditsseismogenicstructureJSeismologyandGeology,30(3):597629(inChinese).闻学泽，张培震，杜方，等.2009.2008年汶川8.0级地震发生的历史与现今地震活动背景J.地球物理学报,52(2):444454.WENXue-ze,ZHAGNPe

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