利用河流阶地限定活动逆断层相关褶皱晚第四纪变形机制和速率：方法与认识-论文.pdf

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1、第36卷第2期地震地质V01．36．NO．22014年6月SEISMOLOGYANDGEOLOGYJune，2014利用河流阶地限定活动逆断层相关褶皱晚第四纪变形机制和速率：方法与认识李涛陈杰(中国地震局地质研究所，地震动力学国家重点实验室，北京100029)摘要发育在褶皱区的河流阶地作为一种发育广泛、易于定年的被动变形的地貌标志物，已越来越多地被应用到活动逆断层相关褶皱晚第四纪变形的研究中；结合前生长地层和生长地层，可限定褶皱缩短总量和变形起始时间等参数，恢复从开始生长至晚第四纪以来完整的生长演化历

2、史。文中对正弦曲线状和尖棱状弯滑褶皱模型、经典断弯褶皱模型和纯剪切断顶褶皱模型进行了总结和讨论。这些模型的提出为限定褶皱变形提供了很好的方法，但不能完全概括自然界中的褶皱模型，这就需要更多的野外地质、数值模拟和实验模拟工作。关键词逆断层相关褶皱河流阶地速率翼旋转膝折带迁移褶皱陡坎晚第四纪中图分类号：P315．2文献标识码：A文章编号：0253—4967(2014)02-0478—11O引言挤压造山带前陆地区通常发育一系列逆断层相关褶皱。定量限定这些褶皱的运动学过程对于理解造山带的时空演化，地震危险性和

3、危害性评价及油气资源前景评估等方面都具有重要意义。对于一个褶皱(图1)，前生长地层的变形提供了其最终几何形态和缩短总量的信息；与褶皱作用同期沉积的生长地层为褶皱提供了一详细而独特的记录，通过对生长地层详细填图和地震反射剖面分析可确定褶皱生长机制，恢复其百万年尺度的生长历史(Suppeeta1．，1992；Epardeta1．，1993；Hardyeta1．，1994；Stortieta1．，1997)。伴随褶皱生长，发育其上的河流阶地也发生了同步变形(图1)。在过去的几十年，河流阶地作为一个被动变形的

4、地貌标志物已越来越多地被应用到活动逆断层相关褶皱晚第四纪变形的研究中(Rockwelleta1．，1988；Molnareta1．，1994；Lav6eta1．，2000；Thompsoneta1．，2002；陈杰等，2005a，b；Scharereta1．，2006；Simoeseta1．，2007；李涛等，2011，2013；李涛，2012；Lieta1．，2013)。例如，Rockwell等(1988)研究了弯滑褶皱作用下的阶地变形；Lav6等(2000)、卢华复等(2002)、Thompson

5、等(2002)和Hubert—Ferrari等(2007)讨论了断弯褶皱的实例，卢华复等(2002)和Hubert．Ferrari等(2007)首次提出了褶皱陡坎的概念；Bernard等(2007)，Daeron等(2007)和Simoes等(2007)对纯剪切断顶褶皱作用下的阶地变形进行了讨论。将河流阶地与生长地层、前生长地层相结合，可限定褶皱缩短总量和生长起始时问等参数，恢复从开始生长[收稿日期]2013—01—30收稿，2014—02—05改回。[基金项目]国家自然科学基金(41302172)、

6、地震动力学国家重点实验室自主研究课题(LED2010A04)和“中国地震重点监视防御区活动断层地震危险性评价项目”共同资助。2期李涛等：利用河流阶地限定活动逆断层相关褶皱晚第四纪变形机制和速率：方法与认识485上式中：为距背斜起始点的水平距离；z为距滑脱面的垂直距离；(，z)为等斜岩区i内质点(，z)处垂直位移增量；／Z(，z)为等斜岩区i和i一1的界线处(距背斜起始点为)的垂直位移增量；A()=1／W()，W(z)为距滑脱面垂直距离z处背斜宽度；K为等斜岩区i对应的特征参数，同一等斜岩区内K值为一常

7、数。由于各等斜岩区内各质点的水平位移增量(，z)和垂直位移增量(，)沿背斜横剖面方向均呈线性变化，可得当缩短增量为S时等斜岩区i旋转角度的计算公式为an(Oi)，c．×石×S(5)由于同一等斜岩区对应的K为一常数，因此如果已知背斜总缩短量s，等斜岩区i内(，)点处前生长地层倾角卢和阶地面旋转角度，就可以获得自阶地面形成以来背斜的缩短增量s，其计算公式为c==一!!fl1I6n1Itan(／3)×[1一A()×S]+tan()×A()×S由公式(14)和(16)，结合阶地面年龄，就可以获得阶地形成以来背

8、斜的缩短速率和隆升速率。纯剪切断顶褶皱模型仅适用于只发生纯剪切变形(只表现为翼旋转)的褶皱，如果褶皱发生膝折带迁移(表现为褶皱陡坎)，该模型并不适用。由于同一级河流阶地很难横跨整个背斜连续追踪，无法保证褶皱所有轴面附近均不发生膝折带迁移，那么如何验证某一褶皱变形是否与该计算模型相符呢?由公式(15)可得tan()X[1一A()×s]／s=，c(17)式(17)中：距滑脱面距离为处背斜宽度W()、缩短量5(前生长地层)或缩短增量s(生长地层)、等斜岩区i内