活动构造读书报告

1、活动构造读书报告 吕丽星1、 引言活动构造是指晚更新世（距今10万年12万年）以来一直在活动，现在还在活动，未来一定时期内仍可能发生活动的各类构造，包括活动断裂、活动褶皱、活动盆地及被它们所围限的地壳和岩石圈块体。活动构造与地震及其他地质灾害的发生密切相关，是地震预测、防震减灾及城市和工程安全评价工作的重要基础，也是研究现代地球动力学的重要资料，而且由于活动构造是地质历史中最新活动的产物，没有或很少经过后期改造，是构造地质学最直接的研究对象，其研究结果可以用于构造地质学变形理论分析。活动构造中最早受到关注，研究程度最高的是活动断裂。对活动断裂的研究包括活动断裂分段性、滑动速率、古地震和大震重复

2、间隔、城市活断层探测、地震危险性和未来断裂滑动量评价及现代构造活动动力学等方面内容。其中，断裂分段性、滑动速率、古地震研究以及地震危险性评价是断裂活动性分析中的几个基本内容。2、 断裂的分段性断裂的分段性是指一条活动断裂带可由许多独立的断裂段组成，每一段有一个独立的破裂和活动单元，有自己独特的活动历史，不同段的活动方式、幅度、速率、单次地震的同震位移量、地震地表破裂的长度、最大地震的震级、以及地震复发间隔等均有所不同，反映不同断裂段的活动习性保持相对独立性。活动断裂分段主要依据断裂活动的地质地貌、几何结构、活动习性、地震破裂、位移分布、古地震和现今地震活动及地球物理场背景等特征或标志去判定可能

3、成为潜在强震或大地震单独破裂的段落。断层分段主要包括（1）断层形态的儿何学分段: 根据断层的分布排列等几何学特征进行的段落划分。（2 ) 断层的结构分段: 包括根据断层带内及两盘岩性、地层结构的特征而进行的分段。（3) 断层的活动性分段: 是根据断层长期以来活动性差异的分段。（4) 断层的破裂分段: 是断层上破裂状况的分段。当前我们讨论的主要是活断层的破裂分段, 即把断层活动与地震破裂联系起来的断层破裂分段。不同断裂段之间存在特殊的界限区，它们既是段落独立破裂之间的障碍区，也是破裂带位移衰减或者亏损区。界限区的尺度与地震震级相对于，地震越大，要求终止破裂的界限区尺度也越大；反过来，断裂破裂的长

4、度不仅取决于应变能大小，还与界限区可能允许的破裂尺度相关。 随着研究的深入，人们认识到同一活动断裂带上具有不同级别的分段地震破裂历史，即在同一活动断裂带，不同次地震的破裂长度可以不同，可以是一个断裂段单独破裂产生一次强震或大地震，也可以是相邻的两个或更多个断裂段、甚至是整条断裂带在一次更大的地震中发生联合破裂。根据活动断裂的分段研究可以确定潜在强震或大地震时的破裂范围与尺度，从而确定发震断裂及地震震级，这为长期地震危险性评估、中长期地震预测的地震强度与危险地点判定提供了重要依据。3、 断裂滑动速率断裂滑动速率指某一段时间内断裂发生错动的速度，它代表着断裂长期活动水平，同时还反映着一条断裂上应变

5、能的释放。滑动速率还与同震位移一起用于估计强震或大地震的平均复发间隔，进而估计最晚地震的离逝率与潜在地震的发生概率，因此，滑动速率是活动断裂地震危险性评价的重要参数。此外，断裂滑动速率也是约束现今地壳变形机制的重要参数之一。原理上，滑动速率V的获得由总位移S除以位移累积时间T得到。所以准确地测绘晚更新世以来不同时间段的断裂位移量并精确测定被错动地质地貌体的年龄是获得滑动速率的基础。航、卫片、全站仪、差分GPS等技术与野外实地踏勘、测量是获取断错地貌图像以及分析位移量S的重要手段；通过碳十四、光释光、ESR等测年手段测量与断层相关的沉积物年龄是获取T的主要方法。此外，近年来随着GPS观测资料的增

6、加，应用GPS复测结果也能估计出部分中一强活动断裂、活动地块的滑动速率。断裂滑动速率在空间和时间上可能是不均匀的。在空间上，沿断裂不同地段的滑动速率可能不同；在时间上，不同地质时期断裂活动速率也可能发生变化。在研究时要尽可能在断裂不同断裂上获取滑动速率，这样才能尽可能真实的反应断裂的活动习性。 在活动速率研究中，河流阶段是最常见、最容易用于确定滑动速率的地貌单元。这是因为河流阶地陡坎显著的线性特征使其很容易被恢复到位错之前的形态和位置，从而能够较准确地确定位移量，而且其上下阶地面的沉积和废弃年代相对容易被测定，因此河流阶地陡坎的位错常常被用来确定断裂的长期和平均滑动速率。然而，准确确定断裂滑动

7、速率并不容易，确定方法仍存争论。研究者利用不同方法测定的同一条断裂的滑动速率可以相差3倍。通过对河流阶地演化与断裂走滑位移响应的分析， 张培震（2008）提出3 种利用河流阶地确定走滑断裂滑动速率的方法：一是利用上下阶地年龄限定断裂走滑速率的方法（ 极大值和极小值的平均值）二是利用上阶地废弃年龄限定错离河道一侧阶地陡坎位移起始年龄的方法； 三是利用下阶地初始沉积年龄限定错离河道一侧阶地陡坎位移起始年龄的方法。在实际研究中，我们需要综合分析研究区地貌地质情况，进而确定采用哪种方法活动活动时限。4、 古地震研究古地震是指有地震历史记录以前发生的保存在地质记录中的地震事件，古地震记录可以弥补仪器地震

8、记录和历史地震记录的不足，使我们能在一个更长的时间范围内研究地震活动的历史。古地震研究包括古地震标志识别和遗迹探测技术两个方面。目前常用的古地震识别标志有() 变形标志，如断裂的多期次错动不同的地层层位，沉积物的褶皱程度不同，同一断层面上不同地层单元位移量的突然增减等。() 沉积标志，如崩积楔，构造充填楔，断塞塘和断落塘沉积等。() 地貌标志，如断层崖坡折，冲沟的断错废弃现象断层两侧阶地或冲积扇地貌面发育级数不对称，海岸带的构造上升阶地和沉陷、断层溶蚀面等。（) 与古地震相关的其他间接现象，如古地震崩塌滑坡、古砂体液化遗迹、文物古迹的变形、破坏、俯冲带附近珊瑚礁的生长环等。槽探技术是揭露古地震

9、遗迹的主要方法，其过程包括探槽地点的选择，布设，开挖，分析。探槽开挖和年代测定结合在一起可以获取古地震的次数每次古地震事件的年龄、同震位移量、和复发周期。在古地震研究结果与历史地震资料、仪器记录的基础上可以建立起地震重复模型，如b值模型、特征地震、严格周期重复模型、时间可预报模型等多种地震预测模型。此外，前人还通过对河流冲沟的裂点序列的分析来确定古地震序列。从裂点往下游方向的河谷（沟谷） 段，由于下切侵烛，常形成阶地， 阶地在裂点处终止。因此，侵蚀基准面每下降一次， 河床（ 沟床） 中就能形成一个裂点，从裂点往下游去，相应出现一级阶地。侵蚀基准面多次下降，能出现多个裂点和阶地。断裂每次垂直活动

10、在河床（ 沟床） 上都能以裂点形式记录下来，各级裂点拉开距离，易于分辨。相比多次活动事件叠加的断层崖和断层陡坎，河流冲沟裂点的调查更易识别断裂活动的单次事件。阶地形成的开始年龄即可代表裂点开始后退的年龄，也就是一次古地震发生的时代，从而通过测定沉积物保存较好的阶地样品年龄和该级阶地对应裂点的后退距离， 可以推算出裂点的后退速率，再利用河流冲沟裂点的某些迁移模型可以计算横跨断裂河流冲沟中各级裂点的形成年龄，即断裂活动发生的时间，从而得到该断裂古地震序列，为区域古地震序列的检验补充和完善提供了新方法。随着国内外古地震研究的逐步发展，人们意识到古地震资料要在地震中长期预报和地震危险性评估中发挥重要作

11、用关键在于减小古地震研究中的不确定性。造成古地震研究不确定性的关键因素有两个，一是事件的识别，二是古地震年代的确定。对于倾滑断层，事件的识别主要由崩积楔系列提供的信息确定，具体分析需要结合野外探槽开挖情况进行；对于走滑断层，事件的识别标主要是断层与地层之间的切盖关系。用于古地震年代确定的方法与第四纪地质年代的确定方法差不多，但目前最常用的是三种：14C、光释光、暴露地层的宇宙成因核素测年。对于14C，不确定性主要有以下几个方面引起：一是 14C测定的结果是生物死亡，失去新陈代谢的时间，而死亡生物到达被采集到的堆积物中所需要的时间可能因为不同的路径和环境而不同，甚至被反复搬运堆积，这样14C的测

12、年结果可能就会比地层真实的沉积年龄老；另外一方面是如果有新碳的混入或者老碳的污染，14C的测年结果的不确定性也会大大增加。对于光释光测年,不确定性主要来自矿物在被埋藏前累积的释光信号是否完全归零。宇宙成因核素中应用最广的是10Be。在影响10Be测年结果的因素中，贡献较大的是阶段性埋藏、地表侵蚀造成核素实际的生成速率偏小，结果偏年轻和再次搬运会携带的前期残留核素造成结果偏老。要想较准确厘定古地震发生年代，就必须最大限度减低古地震测年带来的不确定性。为此，首先要根据实际的地质情况选择正确的测年方法，一般来说，优先采集14C测年样品；在有黄土、类黄土或有冲积相、河流相细粒物质分布的地区可以考虑用光

13、释光的方法；在气候作用较弱的干旱、半干旱的地区，10Be测年可以成为一个备选方法。其次，要很好的用地层样品年代去控制古地震事件的年代或系列古地震事件，不能随便去用地层年代去对应古地震年代，要有合理的分析。此外,最好能用多个样品的年龄来限制和佐证事件发生年代.5 、 新技术在活动构造中的应用除了上述提到的传统活动构造研究方法，近年来，随着空间对地观测技术的发展，许多新技术也被引用到了活动构造研究中。激光雷达测量技术（LiDAR）就是近10年来迅速发展的一种新型对地观测手段，可以对地貌高程进行最直接且精度最高的测量。与以往测量方法相比，LiDAR技术在构造地貌学和活动构造学研究中最大的优势为可以去

14、除植被影响，根据LiDAR数据包含多重回波信息及穿透植被的特点，可以将末次回波，即最终达到地表的回波信息保留（一般为最低高程数据），将在植被上返回的数据信息去除，从而获得真实地貌表面的高精度的高程数据。应用（LiDAR）技术进行大比例尺活动断层填图，可以识别出许多新的断层陡坎，倾斜变形地层，为今后古地震探槽选址，位错量，测年以及复发周期等研究提供了丰富的参考信息。利用该技术还可以获得沿整条断裂的高精度同震位错、变形信息，所获得数据量与精确程度均大大高于传统测量方法。此外，地基LiDAR 技术100米外测量精度约，利用同一地点，固定标志物的LiDAR重复观测，可以通过逐年观测数据对比，即可获得其

15、震间变形年变化速率这种以前很难监测的数据。此外，数字航空摄影测量学方法也开始被应用到活动构造地貌研究中。数字航空摄影测量方法对于活动构造研究人员具有技术上的可操作性,从野外的像片控制点测量到室内的航空影像收集处理, 再到软件系统的应用DEM 提取、正射影像纠正、大比例尺地形图制作、地貌图制作等, 不存在重大技术难点，能够应用到野外测量中。更重要的是，应用数字航空摄影测量方法对数百米到数公里尺度的活动构造地貌定量参数的测量和大比例尺制图, 既能满足精度要求,又能提高野外工作效率,并且能克服野外艰苦的测量作业条件限制。同时，数字航空摄影测量方法得到的DEM 作为原始测量成果,经过数字分析, 可以得

16、到一系列的相关成果用于构造测量与分析；可以用于增强航空影像的空间信息、制作三维立体景观用于构造与地貌判读；一定尺度作坡度分析等来辅助地貌单元划分, 比如阶地、夷平面分析等。6、 未来地震危险性评价准则未来地震危险性评价是活动构造研究的一个重要目的与作用。随着活动构造研究的深入，人们已经认识到大地震往往沿活动断裂或其某些活动段落呈一定规律原地重复发生。前人在进行地震危险性评价时，提出了以下一些基本准则：(1)离逝时间准则，最初由日本的松田时彦(Matsuda)应用于分析日本岛的“预警断层”。离逝时间是指发震断裂距上一次该断裂发生大地震的时间间隔。该准则主要针对大地震的原地复发过程，并基于活动断裂

17、上大震活动的准周期性特点，认为一条活动断裂带的离逝时间越接近其大震复发周期，那么未来的大震危险性便越高。当潜在发震断裂的离逝时间非常接近其大震复发周期时，便可称为“预警断层”。这一准则也可引申到由多条断裂带组合而成的大规模复合型活动构造带上，如果活动构造带上最近的大震活动具有准周期特征，则当其平静阶段持续时间越长，便越接近下一个活跃期，未来发生大震的危险生就会越高。离逝时间准则在某种程度上与“震级可预测模式”有一定相似性，因为在该模式下，对于运动速率相对稳定的活动断裂而言，其平静时间越长，则应变积累量越大，未来大地震的震级越高，可造成的同震位移量必然会增大，危险性也随之增高。因此，潜在发震断裂

18、的离逝时间越长，其大震危险性将越高，并且未来大震的震级也可能会越大。(2)地震空区准则：地震空区的概念最早由Mogi提出，其假设是：对于一条分段性明显的活动断裂带，或多条在运动学及动力学上密切相关的断裂所构成的大型活动断裂带或构造带，其上的大震活动趋势一般是通过串联式迁移的分段破裂过程，将地震破裂填满整个断裂带或构造带。地震空区是指在最近一次大地震串联式迁移过程中尚未被地震破裂覆盖的段落，此类空区通常是该断裂带上未来大地震危险性最高的地段，即下一轮大地震活动最易首先发生破裂的段落。(3)断裂相互作用下的强震连锁反应准则：由日本地震学家松田时彦在讨论如何定义“预警断裂”时提出，指同一条断裂带的不

19、同段落之间或区域上紧密相邻并存在密切动力学或运动学联系的断裂带之间的大震活动常存在某种触发作用或内在动力学联系，因此当其中一段发生大地震时相邻段落或断裂带往往会成为下一次大地震的危险地段，并且距上一次事件越近，则距下一次事件的时间也越近。相邻区域内或同一构造体系中不同断裂带在短时间内接连发生强震活动的现象，也被称作大地震活动过程中的“断层间相互作用”(或多米诺骨牌效应)。通常是由于其中一条断裂带在发生大震时，断裂两侧块体快速滑动，对周边活动断裂带上的应力积累状态施加了显著影响，进而会触发周边活动断裂带发生一连串强震或大震活动。如现在普遍认为芦山地震与汶川地震之间的关系符合这一准则。7、 总结活

20、动构造和活动断裂是地球科学中的一个重要领域。经过几十年的发展，活动构造和活动断裂研究已经从描述性和定性阶段发展到了定量化阶段,在活动断裂分段性、滑动速率获取、古地震研究、地震危险性预测等多方面取得了理论上和方法上的进展，新的技术手段也被不同应用到活动构造研究中。这不仅极大的提高了我们对自然灾害尤其是地震灾害的认识与防御能力，也为水电、核电等重大工程的安全建设提供了坚实的地质基础资料，同时还为地球科学家研究地壳动力学和构造形变提供最直接的资料。但是，由于地质构造的复杂性和地球的不可入性，活动构造研究只局限于地壳表层，无法探知地球深部的结构构造，所以目前活动构造学还无法准确对地震等灾害提前做出十分

21、精确的预警，基本是一种模型化预测。然而，近年来全球地震活动已经进入了活跃期，我国相继发生了2008年汶川Ms8.0地震，2010年玉树Ms7.1地震和2013年芦山MS7.0地震。下一次地震可能会在哪里发生，我们应该在哪些地方进行重点监测预防？这都是活动构造学急需做出回答的问题。所以活动构造学还需要从多个角度入手进一步发展，使之成为更完善、更成熟，更可依赖的理论。参考文献：1. 毕丽思, 何宏林, 徐岳仁,等. 基于高分辨率DEM的裂点序列提取和古地震序列的识别以霍山山前断裂为实验区J. 地震地质, 2011, 33(04):963-977.2. 陈桂华, 徐锡伟, 闻学泽,等. 数字航空摄影

22、测量学方法在活动构造中的应用J. 地球科学, 2006, 31(03):405-410.3. 邓起东, 张培震, 冉勇康,等. 中国活动构造基本特征J. 中国科学：, 2002, 32(12):1020-1030.4. 邓起东, 张培震, 冉勇康,等. 中国活动构造与地震活动J. 地学前缘, 2003, 10(S1):66-73.5. 邓起东, 陈立春, 冉勇康. 活动构造定量研究与应用J. 地学前缘, 2004, 11(04):383-392. 6. 邓起东. 活动构造研究及其应用谨以此文深切悼念先师陈国达院士J. 大地构造与成矿学, 2005, 29(1):17-23.7. 邓起东. 中国

23、活动构造研究的进展与展望J. 地质论评, 2006, 48(2):168-177.8. 邓起东, 卢造勋, 杨主恩. 城市活动断层探测和断层活动性评价问题J. 地震地质, 2007, 29(2):189-200.9. 邓起东, 闻学泽. 活动构造研究历史、进展与建议J. 地震地质, 2009, 30(1):1-30. 10. 丁国瑜. 有关活断层分段的一些问题J. 中国地震, 1992(2):1-10.11. 冉勇康, 邓起东. 古地震学研究的历史、现状和发展趋势J. 科学通报, 1999, 44(01):12-20. 12. 冉勇康, 王虎, 李彦宝,等. 中国大陆古地震研究的关键技术与案例

24、解析(1)走滑活动断裂的探槽地点、布设与事件识别标志J. 地震地质, 2012, 34(2):197-210.13. 冉勇康, 陈立春, 陈文山,等. 中国大陆古地震研究的关键技术与案例解析(2)汶川地震地表变形特征与褶皱逆断层古地震识别J. 地震地质, 2012, 34(03):385-400.14. 冉勇康, 李彦宝, 杜鹏,等. 中国大陆古地震研究的关键技术与案例解析(3)正断层破裂特征、环境影响与古地震识别J. 地震地质, 2014, 36(2):287-301.15. 冉勇康, 王虎, 李彦宝. 中国大陆古地震研究的关键技术与案例解析（5）断层隐形、尖灭与年轻事件识别J. 地震地质, 2015, 37(2):343-356.16. 冉勇康, 陈立春, 陈文山,等. 中国大陆古地震研究的关键技术与案例解析(2)汶川地震地表变形特征与褶皱逆断层古地震识别J. 地震地质, 2012, 34(03):385-400.17. 孙昌斌. 河流冲沟裂点及其在活动构造研究中的应用C/ 第七届构造地质与地球动力学学术研讨会. 2014.18. 任治坤, 陈涛, 张会平,等. LiDAR技术在活动构造研究中的应用J.