龍門山映秀-北川斷裂帶擂鼓探槽剖面古地震事件測年.docx

1、第32卷第2期2010年6月地震地質(zhì)SEISMOLOGYANDGEOLOGYdoi：10.3969/j.issn.0253-4967.2010.02.002龍門山映秀-北川斷裂帶擂鼓探槽剖面古地震事件測年劉進(jìn)峰陳杰尹金輝陳立春盧演侍楊會麗(中國地震局地質(zhì)研究所，地震動力學(xué)國家取點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100029)摘要2008年5月12日四川汶川發(fā)生8.0大地震，形成了200多km長的地震地表破裂帶。破裂帶的古地震研究對于認(rèn)識龍門山斷裂帶的活動習(xí)性和大地震的發(fā)生規(guī)律具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。文中用光釋光(OSL)測年中的校正感量簡單多片再生法(SMAK),對映秀-北川地震地表破裂帶擂鼓探槽樣品進(jìn)行了光釋

2、光測年，并對探槽中含有的炭屑進(jìn)行了AMS“C測年。樣品的光釋光年齡和校正的AMS“C年嶺吻合，該地區(qū)與汶川地震類似規(guī)模的上一次古地震事件發(fā)生在距今約(2.1±0.2)ka至(1.l±0.2)ka間。關(guān)鍵詞汶川Ms8.0地震古地震光釋光測年文章編號：0253-4967(2010)02-0191-09中圖分類號：P597文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A。引曰汶川Afs8.0地震發(fā)生在中國大陸南北地震帶中段的龍門山斷裂帶上，是一次低滑動速率、長復(fù)發(fā)周期和高破壞強(qiáng)度的巨大地震(張培震等，2008)。從現(xiàn)有歷史汜錄看，龍門山地區(qū)就是一個(gè)地震頻發(fā)區(qū)(聞學(xué)澤等,2009),怛在有歷史記錄前何時(shí)發(fā)生過7級以

3、上或8級強(qiáng)震？其復(fù)發(fā)周期如何？這些問題對于認(rèn)識龍門山斷裂帶的活動習(xí)性和大地震的發(fā)生規(guī)律具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。對于龍門山斷裂帶強(qiáng)震復(fù)發(fā)間隔，前人從歷史記錄、斷層滑動速率和位移量關(guān)系等角度進(jìn)行了深入研究(張培震等,2008；BurchfieletaZ.,2008；聞學(xué)澤等，2009)。此次汶川0地震在映秀-北川斷裂帶形成了長約240km的地震地表破裂帶(徐錫偉等，2008)。震后科考中，冉勇康等(2008)在擂鼓鎮(zhèn)、小魚洞鄉(xiāng)、白鹿鄉(xiāng)等地(圖1),通過對地震地表破裂造成的位移量實(shí)測和斷錯(cuò)地貌填圖，以及地震探槽研究，發(fā)現(xiàn)了斷層多次錯(cuò)動所形成的古地震遺跡，并在探槽中發(fā)現(xiàn)了汶川Ms8.0地震前發(fā)生的一

4、次類似規(guī)模的占地震事件，這為探討強(qiáng)震復(fù)發(fā)間隔問題提供r條件。本文將介紹映秀-北川地震地表破裂帶擂鼓探槽的測年結(jié)果。收稿日期2009-09-21收稿，2010-05-04改回?；痦?xiàng)目中國地震局地質(zhì)研究所基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)(DF-IGCEA0607110)、國家自然科學(xué)基金(40802040)和中國地震局汶川8.0級地震科學(xué)考察項(xiàng)目共同資助。103*104°105°106°圖1擂鼓探槽位置分布圖(據(jù)徐錫偉等,2008)Fig.1MapshowingthelocationofLeigutrench(afterXUXi-weielal.,2008).1材料與方法1.1探槽

5、位置及地層特征擂鼓探槽位于北川縣擂鼓鎮(zhèn)石巖村老場口河T2階地上的映秀-北川地震地表破裂帶主斷層陡坎前緣（圖1）,陡坎走向卬0。20嚇，高約4.0m。該主陡坎實(shí)際上由人工改造過的老陡坎及前緣的汶川地震逆斷層陡坎組成，老陡坎在汶川地震前的高度約2m。在探槽附近，汶川地震主斷層斷錯(cuò)I級階地，形成高約2.0m左右的陡坎（冉勇康等,2008）,即探槽所在陡坎總高度是汶川地震在I級階地形成的主斷坎位移量的2倍。探槽揭露了7個(gè)地層單元，從下向上分別是：層礫石層，礫石磨圓度較好，含粗砂；層礫石層，含砂和黏土；層黃色含礫粉砂層，下盤厚，上盤薄且不連續(xù)；層灰黃色粉砂質(zhì)黏土，人工堆積，其底部有古人類用火而形成的磚紅

6、色烘烤層和炭屑；層灰褐色粉砂質(zhì)黏土；層灰褐色、黃色耕作層，其底部為黑色黏土層，含炭屑及碎瓦片；層崩積和人工堆積層。探槽中層在斷層兩盤的位差為4m左右，這與口級階地面主陡坎的高度基本一致，且斷層上升盤層被田埋壘石所截。綜合汶川地震在探槽附近河流I、U級階地的陡坎位錯(cuò)域，以及探槽揭露的3支破裂面位錯(cuò)情況，可以判斷探槽揭示了2次位移量基本相同的地震事件。前一次事件發(fā)生在層堆積之后，層、層、層堆積之前（冉勇康等,2008）o為了確定該古地震事件發(fā)生的年代，在探槽北壁層、層、層、層及烘烤層系統(tǒng)采集了光釋光（OSL）樣品（圖2）。將不銹鋼鋼管敲入新鮮剖面，鋼管充滿后，鋼管和樣品一并取出，兩端用錫紙封堵，并

7、用寬膠帶密封，以防止漏光和水分散失。此外，探槽剖面層以及層底部烘烤層中發(fā)現(xiàn)有炭屑，其“C年齡可為評判光釋光年齡的可靠性提供條件，因此野外采集了炭屑，用塑料袋包裝，送交中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所預(yù)處理后，送至北京大學(xué)完成AMS%測試。圖2擂鼓探槽北壁剖面圖Fig.2SchematicdrawingofthenorthwallofLeigutrench.1光釋光采樣點(diǎn)及野外編號；2“C采樣點(diǎn)及野外編號；3水泥砌石板.震前為路基砌石；4地表耕作土；5地層編號1.2光釋光樣品制備測樣的制備是在實(shí)驗(yàn)室暗室內(nèi)微弱紅光下（中心波長為661nm）進(jìn)行的。打開鋼管去除兩端曝光部分，首先從新鮮樣品中取出約305

8、0g測實(shí)際含水量和飽和含水最，在測完含水量后，將其低溫（60T）烘干，然后在研缽中充分研磨直至全部通過孔徑63pm的不銹鋼篩，供測定樣品中U,Th和K的含量。其余新鮮部分濕篩出300pim的粒組，分別用適量濃度為30%的H2O2和濃度為37%的HC1處理以清除有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽類。由于本批樣品中90-300jim組分樣品量很少，因此采用靜水沉降法分離出粒徑為4llm的細(xì)顆粒組分。將分離出的組分用30%的氟硅酸反復(fù)進(jìn)行浸泡，將其中的長石類礦物完全蝕除。采用Duller（2003）提出的紅外逐出比法以及110T熱釋光（TL）峰法（Aitken,1998）來檢驗(yàn)刻蝕后的細(xì)顆粒組分的石英純度，以確保獲得的

9、細(xì)顆粒無長石類礦物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，本批樣品的紅外光釋光信號（IRSL）基本與儀器本底值接近，紅外逐出比在0.91.1之間，表明提純的細(xì)顆粒石英能滿足釋光測年的要求。需要指出的是，本批樣品長石含量較高，大多經(jīng)歷了2030d的氟硅酸刻蝕。用丙酮將分離出的細(xì)顆粒石英制成懸濁液，然后沉淀在直徑9.7mm的小鋼片上供測覺用。1.3實(shí)驗(yàn)方法及壽光信號特征光釋光信號測量在DaybreakHOOTL/OSL自動測量系統(tǒng)上完成。激發(fā)光源分別為波長（470土5）nm的藍(lán)光束（最大光強(qiáng)50mW/cm2）和（880±60）nm的紅外線束（最大光強(qiáng)80mW/cm2）,測試過程中，使用2種光源最大功率的80%。

10、光釋光信號通過EMIQA9235型光電倍增管（PMT）檢測，在PMT前面附加兩塊U-340濾光片。計(jì)算等效劑量（仇）時(shí)釋光信號為衰減曲線上第1秒積分內(nèi)的光釋光信號強(qiáng)度減去最后10s積分信號的平均值（本底）。40、底簌中160180200220240260280300饋熱溫度/YO.OJO?*#氐參2O.對樣品08XY06-1（LEDL08-261）采用單片再生法（SAR）（Murrayetal.,2000,2003）和校正感量簡單多片再生法（王旭龍等,2005；Lue/aZ.,2007）進(jìn)行了預(yù)熱坪實(shí)驗(yàn)，結(jié)果示于圖3。結(jié)果表明，該樣品的。在180240弋溫度區(qū)間內(nèi)與預(yù)熱溫度關(guān)系不大，為一坪區(qū)，

11、重復(fù)最小劑量和最大劑量獲得相應(yīng)的循環(huán)比率（分別記為RR1和RR2）,在20。260T的預(yù)熱溫度區(qū)間內(nèi)都在0.91.1之間，回授信號強(qiáng)度也低于5%（Murrayetal.,2000；Jacobsa/.,2006）。因而測量過程中可采用200240Y溫度范圍內(nèi)的任意一個(gè)預(yù)熱溫度。180200220240260280300熱溫度/P圖3樣品08XY06-1等效劑量（a）、回授比率、循環(huán)比率（b）與預(yù)熱溫度的關(guān)系Fig.3PlotsofDt（a）,recuperationandrecyclingratios（b）asafunctionofpreheattemperatureforsampleLEDI0

12、8-261.圖中RRJ和RK2分別表刀;頁復(fù)最小劑砂和最大別量所獲得相應(yīng)的循環(huán)比率0.8-0.70.611'''160180200220240260280300預(yù)熱溫度/T圖4SAR法劑最恢復(fù)測試中恢復(fù)比率與預(yù)熱溫度關(guān)系Fig.4Plotofrecoveryratioasafunctionofpreheattemperatureforsample08XY06-1.對該樣品還進(jìn)行了劑最恢復(fù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中采用的附加劑量值與樣品天然劑量相當(dāng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于圖4,該圖表明該樣品在200240T的預(yù)熱區(qū)間內(nèi)劑量可以恢復(fù)，恢復(fù)比率均在0.9-1.1之間（Wintieet以.,2006）

13、,說明在此預(yù)熱溫度范圍內(nèi)該實(shí)驗(yàn)流程是可行的，釋光感量校正是有效的，在此預(yù)熱條件下可獲得可靠的七值。1.4等效劑測對經(jīng)氟硅酸刻蝕后的細(xì)顆粒（4石英組分,采用簡單多片再生法（SMAR）（王旭龍等,2005；Lu«以.,2007）進(jìn)行藍(lán)光釋光的Q測覺,測試程序見表】，典型樣品光釋光信號衰減曲線和生長曲線見圖5。計(jì)算De時(shí)釋光信號為衰減曲線上第1秒積分內(nèi)的光釋光信號強(qiáng)度減去最后10s信號積分的平均值（本底）。試驗(yàn)劑量校正的光釋光信號對再生劑量繪圖，得到樣品的光釋光信號的劑最響應(yīng)曲線即光釋光生長曲線，對曲線進(jìn)行線性或飽和指數(shù)函數(shù)擬合,并得到測樣的Dt值。2期劉進(jìn)峰等：龍門山映秀-北川斷裂帶擂鼓

14、探槽剖面占地震事件測年195再生劑量/Gy08XY06-1表1SMAR法測流程(王旭龍等,2005；LuelaZ.,2007)Table1Fine-grainedquartzSMARprotocolusedinthisstudy(afterWANGXu-longetal.,2005;Luetal.,2007)圖5樣品08XY04和08XY06-1光釋光信號衰減曲線和生長曲線步驟操作說明1曬退58個(gè)測片，輻照不同實(shí)驗(yàn)室再生劑段用SOL2曬退15min,使天然釋光信號歸零23456天然以及再生劑魅測片預(yù)熱220T、時(shí)間10s去除熱不穩(wěn)定信號藍(lán)光激發(fā)40s,激發(fā)溫度為125丁獲得光釋光信號所有測片輻

15、照相同試驗(yàn)劑量(testdose)用以校正粹光感所變化預(yù)熱160T，時(shí)間2s去除熱不穩(wěn)定信號藍(lán)光激發(fā)40s,激發(fā)溫度為125Y獲得試驗(yàn)劑量的光釋光響應(yīng)Fig.5OSLstimulationdecayandgrowthcurvesforsample08XY04and08XY06-1usingtheSMARprotocol.N+SL+2.5Gy表示天然測片用S0L2太陽燈曬退后再輻照2.5Gy劑量1.5環(huán)境劑量率樣品的環(huán)境劑最率，是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過測量樣品中放射性元素U、Th和K的含量，用一定的換算關(guān)系確定的。用經(jīng)標(biāo)定的Daybreak582型厚源a計(jì)數(shù)儀(王同利等，2005)對樣品進(jìn)行了。值測定，

16、樣品08XY01、08XY02、08XY03、08XY05-2、08XY06-l分別在不同探頭上測試，結(jié)果值相差8%;08XY01至08XY06-1共9個(gè)樣品鉀含最分別用X熒光光譜和火焰光度計(jì)分析方法測定,2種方法的測試結(jié)果相差在7%范圍之內(nèi)。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)(Rees-Jones,1995),在計(jì)算年齡時(shí)，本批樣品的細(xì)顆粒石英a系數(shù)(a輻射產(chǎn)生釋光信號的有效系數(shù))采用0.04±0.002o根據(jù)Aitken(1998)提出的石英礦物吸收環(huán)境劑雖率與環(huán)境中鈾和牡含堇(以。計(jì)數(shù)率表示)、鉀含量等之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，計(jì)算出各樣品所吸收的環(huán)境劑量率。對本批樣品環(huán)境劑量率的計(jì)算均考慮了樣品含水量(包括

17、實(shí)際含水量和飽和含水址)和宇宙射線的影響。2結(jié)果擂鼓探槽光釋光樣品測年結(jié)果列于表2。樣品年齡與地層的層序相一致,表現(xiàn)為上部地層新,下部地層老。斷層兩盤上部層、層中樣品年齡集中在(0.10.4)ka范圍內(nèi)，下降盤最上部樣品08XY01年齡為0.06ka；層中3個(gè)樣品年齡集中在(2.02.3)ka間，平均值為2.lkao表2擂鼓探槽光釋光測年結(jié)果Table2ResultsofOSLdatingforsamplesfromtheLcigutrench地層*野外號實(shí)驗(yàn)號埋深等效劑枇a計(jì)數(shù)率K,0含水址劑最率年齡/ka單兀/m/Gy/kscm/%/%/Gy-ka'08XY03LEDL08-230

18、0.20.72±0.0513.7±0.22.6194.7±0.40.15±0.0208XY04LEDL08-2310.51.63±0.1011.9±0.22.5184.3±0.40.37±0.0408XY05LEDL08-2601.211.7±1.015.2±0.33.2145.7±0.52.0±0.308XY06-1LEDL08-2611.311.8±1.015.4±0.33.2165.6±0.52.l±0.308XY06-2LEDL

19、09-541.312.5±1.014.7±0.23.2175.3±0.52.3±0.308XY01LEDL08-2280.10.30±0.0215.2±0.42.7234.7±0.50.06±0.0208XY02LEDL08-2290.21.82±0.J014.2±0.42.7205.0±0.50.36±0.0408XY07LEDL08-1190.41.8±0.212.8±0.22.4184.6±0.40.39±0.0508XY09LE

20、DL08-1201.25.8±0.7J4.6±0.22.6175.l±0.51.l±0.2烘烤層08XY10-2LEDID9-551.35.8±0.215.2±0.33.1245.l±0.41.12±0.1208XY10-2樣品既做了光釋光測年，同時(shí)也對其含有的炭屑進(jìn)行了AMS,4C測年。探槽3個(gè)樣品“C年齡和日歷校正年齡列于表3,校正程序?yàn)镃alib5.01(StuiveretaZ.,1998)o3個(gè)樣品年齡數(shù)據(jù)與地層層序相一致。烘烤層中的2個(gè)樣品"C年齡分別為977I055caI&BP(LG-

21、SY1-5)和10911240calaBP(08XY10-2)。層中的樣品年齡為0288calaBP(LG-SY1-3)O袤3擂鼓探槽剖面AMS,4C測年結(jié)果及與光釋光年齡對比表Table3AMS"CagesandOSLagesfromtheIigutrench地層光釋光光粹光年齡AMS,4CAMSMCAMS,4C單元樣品編號/ka樣品編號/aBP/calaBP08XY070.39±0.05LG-SY1-3196±250-288烘烤層LG-SY1-51112±279771055烘烤層08XY10-21.12±0.1208XY10-21234&#

22、177;2410911240根據(jù)擂鼓探槽光釋光和AMS“C樣品測年結(jié)果可知，該地區(qū)上一次強(qiáng)震事件發(fā)生在距今約(2.l±0.2)ka(l.l±0.2)ka之間。3討論與結(jié)論探槽揭露的地層主要是分選較差的河流相沉積，上覆少量崩積層和人工堆積層，因此光釋光信號的充分哂退與否是光釋光年齡數(shù)據(jù)可靠程度的重要影響因素。但從測年結(jié)果分析，所測樣品的光釋光信號應(yīng)該是曬退充分的。1)斷層兩盤樣品光釋光年嶺與地層層序相一致，未出現(xiàn)明顯的顛倒；2)斷層兩盤頂部層、層中樣品年齡均非常年輕，下降盤最上部樣品08XY01年齡為0.06ka；3)層內(nèi)3個(gè)樣品年齡值非常接近，集中在2.02.3ka間；4)

23、光釋光樣品年齡與同層位“C樣品日歷校正年齡在誤差范圍內(nèi)基本一致。層底部為磚紅色烘烤層，其光釋光信號在高溫下應(yīng)完全歸零，其中樣品08XY10-2光釋光年齡為(1.12±0.12)ka,AMS,4C年齡為(1234±24)aBP(l0911240calaBP),同一層位另一個(gè)樣品(LG-SY1-5)的AMS,4C年齡為(1U2±27)aBP(977-1055calaBP),光樣光年齡與AMS,4C年齡相一致。層為烘烤層形成后的人工堆積，該層樣品08XY09的光釋光年齡為(1.1±0.2)如，與下覆烘烤層樣品年齡一致，與烘烤層基本是同期堆積，也說明其光釋光信號

24、同受過高溫烘烤的烘烤層樣品一樣，光釋光信號也已歸零。因此，探槽所測樣品細(xì)顆粒石英在沉積埋藏時(shí)光釋光信號已經(jīng)歸零，其年齡值是可靠的。然而，需要指出的是，由于該探槽揭露出的地層分選較差，剖面層底部有機(jī)質(zhì)豐富，不同層位地層的含水量在不同地質(zhì)時(shí)期也不同，這些因素都能導(dǎo)致環(huán)境劑量率變化，從而影響光釋光年齡。描鼓探槽揭露了包括汶川地震在內(nèi)的2次地震事件，根據(jù)光釋光和AMS“C樣品測年結(jié)果，該地區(qū)上一次強(qiáng)震事件發(fā)生在距今約(2.l±0.2)ka(l.l±0.2)ka之間。致謝感謝參加汶川地震科學(xué)考察的全體同事。感謝冉勇康研究員在野外和室內(nèi)工作中的多次指導(dǎo)。王昌盛、魏麗參與了部分實(shí)驗(yàn)室工作

25、，谷元珠高級工程師和中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所王旭龍副研究員在測鉀實(shí)驗(yàn)中給予幫助，在此一并致謝。參考文獻(xiàn)冉勇康，陳立春，陳桂華，等.2008.汶川8.0地震發(fā)震斷裂大地震原地重復(fù)現(xiàn)象初析J地震地質(zhì)，30(3):630643.RANYong-kang,CHENLi-chun,CHENGui-hua,efal.2008.PrimaryanalysesofinsiturecurrenceoflargeearthquakealongseismogenicfaultofWenchuanAfs8.0earthquakeJ.SeismologyandGeology,30(3):630643(inChinese

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