本书以2008～2013年间在青藏高原东缘龙门山发生的汶川和芦山地震为典型的研究对象，较为系统地阐述在龙门山造山带与前陆盆地、活动构造与汶川地震、构造地貌与表面过程等方面的研究成果，包括构造地貌特征与盆—山—原结构、活动构造与历史地震、地形雨与短周期剥蚀作用、水系样式与活动构造、河流纵剖面与隆升作用、地震滑坡沉积物的传输过程与水系响应、汶川地震与龙门山地貌生长、长周期剥蚀作用与始新世古长江的贯通、龙门山隆升机制与沉积响应、龙门山均衡重力异常与前陆盆地长周期挠曲沉降作用、汶川地震的构造负载量与前陆盆地短周期挠曲沉降作用等方面的内容。本项研究成果为国内外研究龙门山构造地貌与表面过程、汶川地震与灾后重建等提供了科学依据和典型范例。
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第1章 青藏高原东缘的构造地貌特征 1
1.1 青藏高原东缘龙门山活动造山带的研究历史 1
1.2 青藏高原东缘的构造地貌单元 3
1.3 青藏高原东缘构造地貌的几何形态分析 7
1.3.1 地形形态分析 9
1.3.2 地形起伏度分析 11
1.3.3 剖面分析 14
1.4 青藏高原东缘的现代构造应力场 15
1.4.1 青藏高原东缘的水平运动(GPS)场 16
1.4.2 青藏高原东缘的垂直形变场 17
1.4.3 青藏高原东缘的构造动力学机制 19
第2章 青藏高原东缘的构造格架与盆—山—原结构 21
2.1 川藏块体(松潘—甘孜造山带) 23
2.2 茂汶韧性剪切带 25
2.2.1 茂汶剪切带的空间展布 25
2.2.2 茂汶剪切带的新活动性 26
2.2.3 茂汶剪切带的历史地震 27
2.2.4 茂汶剪切带与龙门山造山带的关系 27
2.2.5 茂汶剪切带的形成机制与形成时间 28
2.3 龙门山造山带 28
2.3.1 龙门山的地表构造特征 28
2.3.2 龙门山的深部构造特征 29
2.3.3 龙门山的构造演化过程 30
2.3.4 龙门山的构造单元划分 30
2.3.5 龙门山的逆冲作用与走滑作用 33
2.3.6 “新生代龙门山”与“中生代龙门山” 34
2.4 龙门山前陆盆地 35
2.4.1 前陆盆地的轮廓 35
2.4.2 前陆盆地的沉积基底 36
2.4.3 前陆盆地的沉积充填 36
2.4.4 前陆盆地的结构 37
2.4.5 前陆盆地的构造分带 37
2.5 龙门山的扩展性与构造单元形成次序的标定 37
2.6 青藏高原东缘的盆—山—原结构模式 38
第3章 龙门山造山带的活动构造与历史地震 40
3.1 龙门山造山带的活动构造 41
3.1.1 研究方法和技术 42
3.1.2 北川断层的活动构造 46
3.1.3 彭灌断层的活动构造 50
3.1.4 龙门山山前的变形特征 53
3.1.5 龙门山的地震危险性 56
3.2 龙门山造山带的历史地震 56
3.2.1 历史地震活动的时间分布特征 59
3.2.2 历史地震的空间分布特征 65
3.2.3 历史地震的震源深度分布特征 65
3.2.4 历史地震的震源机制解 66
3.3 龙门山强震复发周期的讨论与估算 70
3.3.1 龙门山强震复发周期的讨论 70
3.2.2 龙门山强震复发周期的估算 71
第4章 成都盆地的活动构造与历史地震 79
4.1 成都盆地的构造格架 79
4.2 成都盆地的历史地震 82
4.3 成都盆地的活动构造 83
4.3.1 关口断裂和彭灌断裂 83
4.3.2 大邑断裂 85
4.3.3 蒲江—新津断裂与熊坡背斜 91
4.3.4 龙泉山断裂与龙泉山隆起 101
4.3.5 苏码头断裂 106
4.3.6 新场—甘溪断裂 108
第5章 汶川地震 111
5.1 汶川地震的基本参数、震源机制解及余震的时空分布特征 114
5.1.1 汶川地震的基本参数与震源机制解 114
5.1.2 汶川地震余震的时空分布特征 117
5.2 汶川地震的地表破裂 118
5.2.1 北川断裂的地表破裂 119
5.2.2 彭灌断裂的地表破裂 145
5.2.3 小鱼洞断裂的地表破裂 149
5.2.4 擂鼓断裂的地表破裂 157
5.3 汶川地震地表破裂的类型和组合样式 161
5.3.1 平行逆冲断层型组合样式 162
5.3.2 捩断层型组合样式 162
5.3.3 阶梯状逆冲断层型组合样式 163
5.3.4 由捩断层连接的雁列状逆冲断层型组合样式 164
5.3.5 分叉断裂型组合样式 165
5.3.6 前缘逆冲后缘伸展型组合样式 165
5.3.7 叠瓦状叠置样式 167
5.4 汶川地震驱动的构造缩短 168
5.4.1 北川断裂的构造缩短 168
5.4.2 彭灌断裂的构造缩短 169
5.5 汶川地震的地表破裂带和先存活动断层之间的对比 169
5.5.1 地表破裂与活动断层的空间匹配关系 169
5.5.2 地表破裂变形样式对活动断层几何形态的约束 171
5.5.3 地表破裂运动学特征对龙门山活动变形的约束 171
5.6 汶川地震的地震动 173
5.6.1 仪器与资料 173
5.6.2 加速度峰值 175
5.6.3 加速度反应谱 178
5.6.4 加速度峰值与地震烈度的相关性 179
5.7 汶川地震的破裂过程分析 180
5.7.1 擦痕特征分析 182
5.7.2 利用赤平投影求解断层的主应力方位 183
5.7.3 汶川地震的地表破裂过程 184
5.7.4 汶川地震发震断层的运动特征 186
5.8 汶川地震的发震模式与成因机制 189
5.8.1 龙门山断裂模式 189
5.8.2 对汶川地震的构造运动学过程的讨论 191
5.8.3 对汶川地震构造动力学机制的讨论 193
5.9 汶川地震的地质灾害及灾后重建 194
5.9.1 汶川地震的地质灾害 194
5.9.2 汶川地震观测数据的积累与整合 195
5.9.3 灾后重建及其建议 196
第6章 芦山地震 198
6.1 芦山地震及其震害特点 199
6.2 芦山地震和余震的定位 201
6.3 龙门山南段及前缘地区的地震构造分带 202
6.3.1 龙门山造山带地震活动带(A) 202
6.3.2 龙门山前缘扩展变形带地震活动带(B) 204
6.3.3 龙门山南段及前缘地区的地震构造模式 205
6.4 芦山地震的构造成因机制与断层模式 208
6.4.1 芦山地震的地表变形特征及构造解释 208
6.4.2 芦山地震的震源机制解、余震分布与构造解释 210
6.4.3 龙门山前缘地区逆冲—滑脱作用与芦山地震的断层模式 211
6.5 龙门山前缘扩展变形带的地震构造模式 212
第7章 遂宁地震 214
7.1 2008年以来四川盆地的地震 214
7.2 遂宁地震的基本特点 216
7.3 遂宁地震的地震波形特征与震源机制 218
7.4 遂宁地震的构造背景 220
7.5 遂宁地震区的天然气开采 223
7.6 遂宁地震的发震构造分析 223
7.7 遂宁地震的成因机制分析 225
第8章 龙门山的地形雨与短周期剥蚀作用 228
8.1 山脉的隆升作用与剥蚀作用 228
8.2 龙门山的地形雨 229
8.2.1 龙门山地形雨与降水分布 229
8.2.2 龙门山地形雨的形成机制 230
8.2.3 龙门山地区的暴雨中心 231
8.3 龙门山地形雨的降水量与高程变化的相关性分析 232
8.3.1 黑水河流域降水量与高程变化的相关性分析 233
8.3.2 杂谷脑河流域降水量与高程变化的相关性分析 233
8.3.3 岷江干流北部(松潘—沙坝河段)降水量与高程变化的相关性分析 233
8.3.4 岷江干流南部(龙门山东南坡)降水量与高程变化的相关性分析 234
8.4 岷江上游径流量与降水量的相关性分析 235
8.4.1 岷江上游径流量与降水量的趋势分析 235
8.4.2 岷江上游径流量与降水量的季节性变化 236
8.4.3 岷江上游洪水的变化趋势分析 237
8.4.4 岷江上游径流量与降水量的相关性分析 238
8.5 岷江上游输沙量与径流量的相关性分析 239
8.5.1 岷江上游输沙量与径流量的年际变化趋势分析 239
8.5.2 岷江上游输沙量与径流量的季节性变化 240
8.5.3 岷江上游输沙量与径流量的相关性分析 240
8.5.4 岷江上游输沙量与降水量的相关性分析 240
8.6 龙门山地区主要流域输沙量与径流量的相关性分析 241
8.6.1 岷江流域输沙量与径流量的相关性分析 241
8.6.2 沱江流域输沙量与径流量的相关性分析 242
8.6.3 涪江流域输沙量与径流量的相关性分析 243
8.6.4 龙门山地区主要流域输沙量与径流量相关性的对比分析 244
第9章 岷江上游的水系样式与活动构造 246
9.1 岷江上游水系样式的基本特征 246
9.1.1 岷江上游的水系平面样式 248
9.1.2 岷江上游的水系剖面样式 249
9.2 岷江上游水系平面样式对活动构造的响应 250
9.2.1 岷江上游的流向对活动断层的响应 250
9.2.2 岷江上游河道的水平位错对右旋走滑作用的响应 255
9.2.3 岷江上游非对称性水系展布特征对差异性隆升作用的响应 259
9.3 岷江上游河谷剖面样式对活动构造的响应 263
9.3.1 岷江上游河谷剖面样式对差异性隆升的响应 264
9.3.2 岷江上游阶地面的垂直位错对逆冲作用的响应 270
9.4 岷江上游水系样式的其他控制因素分析 272
9.4.1 气候因素对岷江上游水系样式的影响 272
9.4.2 岩性差异性对岷江上游水系样式的影响 275
9.4.3 岷江上游水系样式的主要控制因素分析 277
第10章 湔江流域的水系样式与活动构造 279
10.1 湔江流域水系样式的基本特征 279
10.1.1 湔江流域的水系平面样式 279
10.1.2 湔江流域的水系剖面样式 281
10.2 湔江流域的地貌特征 282
10.2.1 湔江流域的坡度及地形起伏度 282
10.2.2 湔江流域的面积—高程积分 282
10.3 湔江流域水系平面样式对活动构造的响应 283
10.4 湔江流域河谷剖面样式对活动构造的响应 285
10.4.1 湔江流域河谷地貌形态对差异性隆升的响应 285
10.4.2 湔江流域河流梯度剖面对活动构造的响应 286
10.4.3 湔江流域阶地面的垂直位错对逆冲作用的响应 286
第11章 龙门山的河流纵剖面与构造隆升作用 288
11.1 原理与方法 288
11.1.1 河流纵剖面的函数拟合 289
11.1.2 河流水力侵蚀模型 290
11.1.3 河流坡降指标与Hack剖面 291
11.1.4 面积—高程积分(HI) 292
11.2 龙门山的河流纵剖面拟合函数 292
11.2.1 计算过程 293
11.2.2 河流纵剖面拟合函数与构造活动的关系 296
11.3 龙门山的河流水力侵蚀模型 296
11.3.1 计算过程 296
11.3.2 河流水力侵蚀模型的对比分析 296
11.3.3 河流水力侵蚀模型与构造隆升的关系 297
11.4 龙门山的河流坡降指标与Hack剖面 298
11.4.1 计算过程 298
11.4.2 河流纵剖面、SL参数及Hack剖面与构造活动的关系 299
11.5 龙门山的河流面积—高程积分 301
11.5.1 龙门山中段的河流面积—高程积分对构造隆升作用的指示 301
11.5.2 龙门山南段的河流面积—高程积分对构造隆升作用的指示 302
11.6 龙门山的河流分支比与集水区的不对称性分析 309
11.6.1 计算过程 309
11.6.2 分支比、集水区不对称性与构造活动的关系 310
第12章 汶川地震的水系响应 313
12.1 龙门山的水系类型 315
12.1.1 岷江水系 316
12.1.2 沱江水系 316
12.1.3 青衣江水系 317
12.1.4 涪江水系 317
12.1.5 嘉陵江水系 318
12.2 龙门山的水系样式 318
12.2.1 龙门山水系网络 318
12.2.2 龙门山水系及亚流域特征的提取 321
12.2.3 岷江流域和涪江流域水系样式的对比分析 324
12.3 汶川地震驱动的逆冲—走滑作用的河流地貌响应 327
12.3.1 汶川地震的逆冲作用与河道坡折点 327
12.3.2 汶川地震的右旋走滑作用与河道转折点 329
12.3.3 汶川地震地表破裂的走向与河道走向 329
12.3.4 龙门山平行的走滑—逆冲断层组合对水系样式的控制作用 331
12.3.5 龙门山叠瓦状逆冲断层组合对水系样式的控制作用 332
12.3.6 汶川地震的隆升作用对河床梯度剖面的影响 333
12.3.7 龙门山地震的构造—地貌—水系响应模式 337
第13章 汶川地震滑坡沉积物的传输过程 340
13.1 地震滑坡沉积物的传输模型 340
13.1.1 同震滑坡的空间分布特征 341
13.1.2 震后泥石流的空间分布特征 342
13.1.3 震后滑坡、泥石流沉积物的传输模型 343
13.2 地震滑坡、泥石流与河床演变 346
13.2.1 河道变窄 347
13.2.2 河床升高 348
13.2.3 河床比降增大 348
13.2.4 地震滑坡、泥石流对河谷谷坡的影响 348
13.3 地震滑坡、泥石流的产沙量及其对河流输沙量的影响 349
13.4 汶川地震对植被覆盖率的破坏及其对输沙量的影响 352
13.4.1 森林植被覆盖率对径流量、输沙量的影响 352
13.4.2 森林植被覆盖率与径流量的相关性分析 353
13.4.3 森林植被覆盖率与输沙量相关性分析 354
13.4.4 汶川地震前、后植被覆盖率的对比及其对输沙量的影响 355
13.5 汶川地震对水土流失的影响 356
13.5.1 汶川地震前、后水土流失的变化及对输沙量的影响 357
13.5.2 汶川地震前、后固体松散物质量的变化及对输沙量的影响 357
13.6 汶川地震后暴雨型泥石流及其对输沙量的影响 358
13.6.1 汶川地震后泥石流、洪水与强降雨发育的基本条件 358
13.6.2 汶川地震后强降雨驱动的泥石流和洪水 359
13.6.3 汶川地震后暴雨的分布特点 360
13.6.4 汶川地震后特大暴雨型泥石流的空间分布 363
13.6.5 汶川地震后引发泥石流的临界降水量分析 366
13.6.6 汶川地震前、后岷江上游输沙量的对比分析 367
13.7 汶川地震后河流输沙量的增量 369
第14章 汶川地震与龙门山地貌生长 371
14.1 汶川地震驱动的隆升作用与水平位移 371
14.1.1 基于InSAR技术获得的汶川地震位移 371
14.1.2 基于双断层面震源模型反演的地形变化 374
14.1.3 基于水准剖面的地形变化 374
14.1.4 基于GPS监测的水平位移 374
14.2 汶川地震驱动的构造隆升量 376
14.3 汶川地震驱动的地震滑坡量 377
14.3.1 龙门山的坡度与滑坡发育的基本条件 377
14.3.2 汶川地震的同震滑坡 377
14.3.3 汶川地震滑坡的特性 379
14.3.4 同震滑坡的填图与统计 380
14.3.5 同震滑坡的面积 381
14.3.6 同震滑坡的体积 382
14.3.7 同震滑坡量沿断层走向上的变化 383
14.3.8 同震滑坡量在垂直于断层方向上的变化 384
14.4 汶川地震驱动的构造隆升量与滑坡剥蚀量及其对龙门山地貌生长的约束 386
14.5 红椿沟流域构造隆升量与滑坡剥蚀量的对比 387
14.5.1 红椿沟的同震滑坡量 390
14.5.2 红椿沟震后强降雨驱动的泥石流量 390
14.5.3 红椿沟地震滑坡、泥石流的侵蚀速率及其对岷江沉积通量的影响 393
14.5.4 红椿沟流域同震构造抬升量与滑坡量的对比及其对地貌生长的影响 395
14.5.5 红椿沟震后泥石流的形成机制 396
14.6 湔江流域的构造隆升量与滑坡剥蚀量的对比 398
14.6.1 湔江流域的同震滑坡量 399
14.6.2 湔江流域震后强降雨驱动的泥石流量 400
14.6.3 湔江流域的构造抬升量与滑坡量的对比 401
14.7 平通河流域的构造隆升量与滑坡剥蚀量的对比 403
14.7.1 平通河流域的水系网络 404
14.7.2 平通河流域降水量与输沙量的相关性分析 408
14.7.3 汶川地震前、后平通河流域输沙量的变化 411
14.7.4 平通河流域的构造抬升量与滑坡量的对比及其对地貌生长的影响 415
第15章 四川盆地的长周期剥蚀作用与始新世古长江的贯通 416
15.1 四川盆地的剥蚀作用 417
15.1.1 低温热年代学分析的原理及方法 418
15.1.2 磷灰石裂变径迹热年代学结果 422
15.1.3 (U-Th)/He测年结果 429
15.1.4 讨论 429
15.2 始新世古长江的贯通 432
15.2.1 裂变径迹分析的结果 433
15.2.2 对三峡始新世下切作用的讨论 434
第16章 龙门山隆升机制与沉积响应 437
16.1 龙门山隆升机制 437
16.2 龙门山活动造山带与活动前陆盆地的耦合机制 441
16.2.1 青藏高原东缘的盆—山体系 441
16.2.2 龙门山隆升机制与前陆盆地之间的耦合关系 442
16.2.3 成都盆地挠曲沉降与龙门山下地壳流的耦合机制 443
16.3 晚新生代龙门山隆升机制的沉积响应 447
16.3.1 晚新生代成都盆地的底部不整合面 447
16.3.2 晚新生代成都盆地的不对称充填结构 448
16.3.3 晚新生代成都盆地的充填序列 451
16.3.4 晚新生代龙门山逆冲—走滑作用的标定 455
第17章 青藏高原东缘均衡重力异常与盆—山—原系统 467
17.1 研究目标 468
17.2 研究方法 468
17.2.1 青藏高原东缘的均衡重力异常分带与构造地貌单元之间的对应关系 470
17.2.2 青藏高原东缘的均衡重力异常陡变带与地形陡变带的对应关系 471
17.2.3 青藏高原东缘的均衡重力异常陡变带与岩石密度陡变带的对应关系 471
17.3 利用Airy均衡模式对均衡重力异常的反演模拟 471
17.3.1 Airy均衡模式与反演模拟的方法 471
17.3.2 模拟结果 473
17.4 利用挠曲均衡模式对龙门山构造负载与前陆盆地挠曲沉降作用的模拟 476
17.4.1 龙门山的构造负载量 476
17.4.2 前陆盆地的沉降量 476
17.4.3 前缘隆起的隆升量 477
17.4.4 弹性挠曲模拟 477
17.5 讨论 478
17.5.1 对下地壳流机制与均衡重力异常相关性的讨论 478
17.5.2 对下地壳流机制与汶川地震的讨论 478
17.5.3 对龙门山正均衡重力异常形成时间的讨论 478
17.6 结论与认识 479
第18章 汶川地震驱动的构造负载量与前陆盆地挠曲沉降作用的模拟 481
18.1 汶川地震的同震变形量 481
18.1.1 汶川地震驱动的同震地表隆升量 481
18.1.2 汶川地震驱动的同震地表沉降量 482
18.2 弹性挠曲模拟的原理与方法 483
18.3 弹性挠曲模拟的结果 485
18.4 讨论 488
18.5 结论与认识 489
第19章 九寨沟地震 490
19.1 九寨沟Ms7.0级地震的构造背景 490
19.2 九寨沟Ms7.0级地震的地震学参数 490
19.3 九寨沟Ms7.0级地震的地表变形 491
19.4 虎牙断裂的活动性与历史地震 492
19.5 讨论 493
19.6 小结 496
第20章 2017年茂县震后滑坡的形成机制 497
20.1 茂县震后滑坡的区域地质地貌背景 498
20.2 茂县滑坡的几何形态与参数 499
20.3 茂县滑坡的沉积物特征 503
20.4 滑动机制分析 505
20.5 成因机制与地质条件分析 506
20.6 小结 512
参考文献 515
附件：Field Trip Guidebook for Geology of the Longmen Shan and Geohazards of the Wenchuan Earthquake 535
京公网安备 11010102004214号