Tectonics、Earthquake Research Advances:走滑断裂带滑动速率空间分布特征及尾端“刹车”作用的构造特征

       滑动速率作为活动构造研究中的重要内容之一,能够量化断裂的活动性,代表着断裂的应变累积速率。然而,如何准确限定滑动速率一直是活动构造研究中的重要内容,为了提高滑动速率获取的可靠性,强震构造与地震危险性评价研究室刘金瑞博士,在任治坤研究员、闵伟研究员的指导下,总结了走滑断裂滑动速率获取方法的研究现状,讨论了影响走滑断裂滑动速率结果的四个因素:位错量、累积年龄、两者的匹配关系,以及滑动速率计算方法。

       1)随着地形数据获取技术的发展,目前我们可以通过激光雷达(LiDAR)、无人机摄影测量三维重建(UAV)、遥感影像立体像对提取DEM等方式快速获取高精度地形数据(图1),数据精度的提升可以帮助我们识别更加精细的地貌标志物断错特征,提高位错量的精度。

       2)不断成熟的第四纪测年技术使得测年精度大大提高,例如加速质谱仪14C测年(AMS)、光释光(OSL)、红外释光(IRSL)、宇宙成因核素等。根据实际情况选择合适的方法可以提高地质体年龄的可靠性,例如,限定地貌面年龄注意判断是否存在沉积间断;宇宙成因核素测年的深度剖面方法可以更好地拟合地貌面年龄,去除继承性浓度的影响;对于同一研究点多级地貌面年龄,可根据不同采样地层单元之间的关系和不同地貌体之间的关系对年龄序列进行贝叶斯模型年龄校正。

       3)对于多级别断错地貌研究点或具有相同滑动历史的断层段,应综合考虑断裂的滑动历史,根据多级别断错地貌标志物的位错-年龄数据的相互约束提高位错年龄的匹配关系,限定最终的滑动速率。

                                             

图1 高精度地形数据获取方法

       在此基础之上,学科组对青藏高原主要走滑断裂滑动速率进行了研究,Liu et al. (2020)准确限定了阿尔金断裂阿克塞段的滑动速率,结果表明阿尔金断裂东段滑动速率降低不是不均匀的,其速率降低梯度也是变化的,阿克塞-肃北段起到“刹车”作用,在阿尔金断裂东段应变分配中起到重要作用。Liu et al. (2021)利用新的位错测量方法以及对年龄结果重新分析,对海原断裂老虎山段滑动速率进行了重新厘定,结果表明海原断裂带中段~600 km滑动速率趋于稳定,约为~3-5 mm/yr,在六盘山-马东山附近降低到~1-3 mm/yr,并伴随山脉隆起,到了岐山-马召断裂降低到~0.5-1 mm/yr。六盘山-马东山作为海原断裂与岐山-马召断裂的单向挤压弯曲构造,吸收了~3-3.5 mm/yr的走滑分量,在海原断裂带东端起到了“刹车”作用(图2)。

图2 海原断裂带晚第四纪滑动速率空间分布


       除了青藏高原主要块体边界的阿尔金断裂、海原断裂、昆仑断裂,在全世界范围内,例如San Andreas断裂、Alpine断裂、Death Valley-Fish Lake Valley断裂、Denali断裂等均能发现走滑断裂滑动速率中间稳定端部降低的现象,均存在类似的“刹车”作用(图3)。

图3 全球典型走滑断裂滑动速率空间分布


       通过总结典型走滑断裂端部的构造特征,认为造成走滑断裂滑动速率端部降低主要是水平运动与垂向运动的构造转换,“刹车”样式多种多样,其中挤压条件下的主要构造为挤压斜向山系、正花状构造、单向挤压弯曲、双向挤压弯曲;伸展条件下的主要构造为负花状构造、释放弯曲等(图4)。另外,断裂端部的分支构造也可以造成滑动速率的降低,最典型的就是San Andreas断裂和Alpine断裂。

图4 走滑断层端部滑动速率降低的构造特征图,以左旋走滑断裂为例

 

上述研究成果发表在:

(1) Liu, J., Ren, Z. K.*, Zhang, H., Li, C., Zhang, Z., Zheng, W., et al. (2021). Slip rates of the Laohushan fault and the along strike-slip rate spatial pattern of the Haiyuan fault zone. Tectonics. https://doi.org/10.1029/2021TC006992

(2) Liu, J., Ren, Z. K.*, Min, W., Ha, G. H., Lei, J. H. (2021). The advance in obtaining fault slip rate of strike slip fault-A review. Earthquake Research Advances, 1(4), 100032. https://doi.org/10.1016/j.eqrea.2021.100032

(3) Liu, J., Ren, Z.*, Zheng, W., Min, W., Li, Z., & Zheng, G. (2020). Late Quaternary slip rate of the Aksay segment and its rapidly decreasing gradient along the Altyn Tagh fault. Geosphere, 16(6), 1538-1557. http://doi.org/10.1130/ges02250.1