地震的重复发生导致断层沿线的地貌标志发生错动(如阶地、冲沟、冲积扇等)。通过重建断层沿线地貌标志的断错位移分布，可以了解地震的破裂过程和复发特征，从而更好地预测断层未来可能的破裂行为。色尔腾山山前断裂位于鄂尔多斯活动地块北侧，是内蒙古河套盆地北缘断裂系中一条主要的活动断裂，研究该断裂的强震活动历史和破裂特征对人口密集的河套地区的地震危险性评估具有非常重要的意义。尽管前人已经在该断裂上开展了一系列古地震研究工作，但由于探槽数量及测年精度的限制，导致探槽揭露的古地震结果仍然存在一定的不完整性和不确定性。针对此问题，实验室毕海芸副研究员与中山大学郑文俊教授等合作，沿色尔腾山山前断裂约185 km长、1 km宽的范围内获取了1 m分辨率的机载激光雷达(LiDAR)数据。基于获取的高精度LiDAR数据，沿断裂进行了精细的构造地貌解译和密集的断错位移测量，最终共获得了601个垂直位移测量值。通过对不同段落的位移测量值进行统计分析，并结合前人的古地震研究结果，最终得出以下结论：

(1) 断裂四个不同段落均呈现出5~7个较为明显的位移丛集，且各个位移丛集值之间呈倍数关系，表明在该断裂上至少发生过5~7次规模相当的强震事件，每次地震产生的特征位移大约为2 m (图1-4)。

(2) 与断错位移相比，前人古地震研究揭露的古地震复发周期变化较大，规律性较差，这可能是由于地貌标志和地层标志对地震事件的记录和保存能力不同所致。

(3) 通过重建最近几次地震事件的位移分布 (图5)，发现该断裂上有部分事件突破了相邻段落间的阶区，同时破裂了断裂相邻的两段并终止于断层中间大的几何弯曲，同时也有部分事件只破裂了断裂的部分段落，表明该断裂上地震事件的复发可能遵循前人提出的双峰破裂模式。

(4) 同时破裂色尔腾山两个相邻的段落(破裂长度约70~115 km)会产生震级约为Mw 7.1-7.5的大地震，从而会给人口密集的河套地区带来严重的地震灾害。

以上研究成果发表于地学领域主流国际期刊Tectonics：Haiyun Bi, Wenjun Zheng, Peizhen Zhang, Jiangyuan Zeng, Yanxiu Shao, Yunsheng Yao, Qiyun Lei, and Hui Peng (2022). Recovering surface slip distribution along the Sertengshan Piedmont Fault (Northern China) from airborne LiDAR data. Tectonics, e2021TC007174.

论文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021TC007174

图1 色尔腾山山前断裂段落1的垂直位移(b)及其累积概率密度分布(a)

图2 色尔腾山山前断裂段落2的垂直位移(b)及其累积概率密度分布(a)

图3 色尔腾山山前断裂段落3的垂直位移(b)及其累积概率密度分布(a)

图4 色尔腾山山前断裂段落4的垂直位移(b)及其累积概率密度分布(a)

图5 基于位移测量数据和前人古地震研究结果重建最近几次地震事件的位移分布