活动构造带洞穴碳酸盐岩沉积物对地震的响应研究

Limited by research means, methods and data, it is a big controversy about the seismic time, earthquake disaster and recurrence intervals of paleoearthquake event in Longmenshan tectonic belt. Nonetheless, these problems have high scientific value and social significance. This application will try to use a new research method of paleoearthquake to research the Wenchuan earthquake and the former paleoearthquake. The project will select the speleothems in the Middle and Northern segment of Longmenshan Fault zone as the research object, focusing on three aspects. Firstly, conduct investigation and statistics on fresh stalactites breaks and do mechanical property test on the typical stalactites to research the correlation between stalactites breaks and 5.12 Wenchuan earthquake. Secondly, conduct the research about older broken stalactites, the major deformation of stalactites and stalagmites (e.g. the abrupt deviation from their axes of growth, the anomalous growth). Thirdly, perform the study on C, O isotope composition change and 14C, U/Th dating, to interpret that the the speleothems reflect the information of seismic and tectonic activity; and to acquire the seismic time and phase of ancient earthquake before Wenchuan earthquake. Through this study, it is hope to validate that the macroseismic impacts on speleothems and to provide a more sufficient basis for speleoseismology, a new idea and method to study paleoseismology, by which the research will be conducted on paleoearthquake event in Longmenshan tectonic belt; and at the same time, to provide new data on the research of tectonic activity with the hope of predicting the macroseismic recurrent interval in the Longmenshan Fault zone.

由于受研究手段、方法及资料的限制，目前关于龙门山构造带古地震时间、地震灾害及大震间隔等还存在较大争议，本申请将尝试用一种新的古地震研究方法对汶川地震及其前古地震开展研究。项目将选取龙门山断裂带中段和北段的洞穴碳酸盐-石笋作为研究对象，进行汶川地震时石笋破坏统计，对典型石笋进行力学性质测试和地震模拟实验，开展石笋折断及其它洞穴碳酸盐岩破坏与汶川地震强度的相关性研究；在此基础上，开展老的石笋破坏，以及洞穴碳酸盐沉积异常及变形等形态分析，结合C、O同位素组成变化、14C、U-Th定年，提取洞穴碳酸盐所反映的古地震和构造活动信息，获取汶川地震前古地震活动时间和期次。通过本次研究，将利用大震震中区的洞穴碳酸盐对强震的响应来验证洞穴地震学理论和方法，为洞穴地震学提供更新的实际支撑依据，并用这种新的研究手段对龙门山构造带古地震开展研究，从而获得研究区古地震和构造活动规律，以期预测强震可能复发的时间尺度。

通过对位于汶川地震震中区的龙门山构造带上的洞穴开展洞穴地震学的研究工作，可充分利用汶川大地震对洞穴碳酸盐破坏的一手资料，对洞穴地震学的手段和方法进行现场的分析和验证，从而为洞穴地震学提供更为充足的支撑依据。. 项目对沿龙门山断裂带上分布的数十个溶洞开展了洞穴地震学相关的研究工作，收集了大量的溶洞相关的震损数据，评估了汶川7.9 Mw地震对溶洞及溶洞内部洞穴碳酸盐岩沉积物所造成的破坏。结果表明，地震导致一些溶洞发生部分或完全坍塌；在溶洞内部，洞顶的“鹅管”在地震中特别容易被破坏；呈“纺锤状”形态和细长形状的石钟乳也很容易被破坏；地震可以导致溶洞产生裂缝，这些裂缝的发育程度随溶洞离地表的距离变小而增加；石钟乳断落与地震波传播的方向一致。地震造成的石笋、石钟乳破坏会发生错动而产生相对位移，这些相对位移是可能地震时区域构造活动的结果，也可能是局部应力变形所导致。同时，项目利用3D激光扫描仪(FARO)对被汶川地震破坏的典型石柱开展研究，并通过相关软件对破坏石柱进行原位恢复和破坏前后的拟合对比，分析石柱破坏时的力学过程，结合汶川地震的地表破裂特征，研究了地震时活动断层控制作用下石柱破坏机制。结果显示，石柱的破坏反映了溶洞所在区域在汶川地震时区域地质变形和断层活动特征。. 此外，项目执行期间，恰遇“8.8”九寨沟M7.0级地震，地震造成世界自然遗产九寨沟钙华损毁严重。利用本项目研究的方法和理论，对九寨沟钙华震损情况进行了调查和评估，探讨了第四纪陆生碳酸盐岩钙华沉积与构造事件的相关性，九寨沟钙华遗产点震后演变特征、震后修复及灾后开发保护提供地质依据。