利用河流阶地限定西昆仑山前固满褶皱的生长机制和变形速率

The blind thrusts under active folds can trigger strong, destroyed earthquakes. The traditional research methods related to faults exposed on the surface of the earth is not fully applicable for such structures which makes the research related to them challenging. This application focus the Guman fold in the foreland basin of the western Kunlun Mountain. where occurred the 2015 Pishan M6.4 earthquake. We plan to use high-resolution image and DEM interpretation, large scale geological and geomorphological mapping, differential GPS and small Unmanned Aerial Vehicles (sUAV) photogrammetry, optically stimulated luminescense (OSL) and cosmogenic nuclides dating to identify fluvial terraces, measure main terrace surfaces and date their surfaces, in order to define folding mechanisms, build kinematic model of the anticline and quantify slip rates of blind fault under the fold during different periods. Combined with seismic profile and geological cross-section, we will discuss tectonic evolution of the fold belt and the role of tectonic deformation in orogenic belts, better understanding structural deformation, evolution of the orogenic belt and its seismic hazards.

活动褶皱之下的盲逆断层会诱发强破坏性地震。传统较为成熟的地表显露型活动断层的研究方法并不完全适用该类构造，使得该类构造的研究极具挑战。本申请以西昆仑山前2015年皮山M6.4地震的发震构造固满背斜为研究对象，拟采用高分辨率卫星影像解译、DEM数据处理、大比例尺地质地貌填图、差分GPS和小型无人机测量、第四纪年代学测试等手段，对横穿褶皱的2条河流进行阶地的划分、形变、测年等研究，确定褶皱的生长机制，建立褶皱的几何学、运动学模型和提取不同时期阶地面废弃以来下伏盲逆断层的滑动速率。结合地震反射剖面和区域构造剖面，讨论褶皱带的构造演化和在造山带构造变形中的角色，加深对造山带构造变形、演化及造山带前陆区潜在发震能力的理解和认识。

盲逆断层活动往往会使得上伏地层褶皱变形，形成逆断层相关褶皱，然而针对具体的逆断层相关褶皱建立运动学模型并不是一件容易的事，因为褶皱的形态在地表和地震反射剖面上往往是相同或相似的。综合阶地变形特征与地震反射剖面数据是构建褶皱运动学模型的一种有效策略。为了构建西昆仑山前固满背斜的运动学模型，通过高分辨率卫星影像、12.5m分辨率的Alos DEM数据及野外地质调查对研究区穿过背斜的河流阶地地貌面进行了详细填图，使用差分GPS对主要的几级河流阶地及现代河床进行了系统测量，解释了穿过背斜的石油地震反射剖面。通过分析河流阶地的变形特征限定褶皱的变形机制，通过地表指示活动轴面的褶皱陡坎相对于地震反射剖面揭示的褶皱和下伏断层的几何结构来区分下断坪-断坡-上断坪结构的断弯褶皱和楔冲褶皱，结果表明固满背斜符合膝折带迁移生长机制的下断坪-断坡-上断坪结构的断弯褶皱，下伏盲断坡的倾角为(20±4)°。使用这一运动学模型限定褶皱的缩短速率及下伏断坡上的滑动速率，计算过程使用蒙特卡洛模拟的方法来考虑输入参数的不确定性。固满背斜下伏断层自250ka以来沿断坡的滑动速率为2.6+1.3/-0.4mm/yr，自褶皱起始(2.1-1.8Ma)以来沿断坡的滑动速率为1.7+0.6/-0.2mm/yr。滑动量在跨过背形断弯的过程中是不守恒的，对于断坡为20°的断弯褶皱，沿逆断坡位移量的13%会被断坡之上的褶皱所吸收，而87%的滑动量会沿上断坪向前传递，因此固满背斜的水平缩短速率理论计算值只有0.34+0.18/-0.06mm/a，这可能是从背斜南北两侧GPS站点相对运动上几乎看不到背斜缩短的原因，同时说明面积守恒的方法不适用于固满背斜。这一研究支持：西昆仑造山带的大部分地壳缩短会沿着浅部的滑脱层向北传递，其变形前锋可达北侧塔里木盆地腹地距山前约200km的玛扎塔格逆冲构造带。这一构造特征与喜马拉雅山前的低角度逆冲构造极其相似，尽管其缩短速率要低一个数量级，但仍不可忽视该区具备发生大震的构造条件。完成项目制定的全部科学目标之余，项目组还初步探索了陡坎形态测年方法。