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地球科学学院构造团队再次在《Nature Communications》上发文揭示“长期地形生长与瞬时地震隆升关系”

发布时间:2023-12-25来源:地球科学学院作者:471

 126日,国际著名学术期刊《自然通讯》(Nature Communications)再次在线发表了地球科学学院构造地质学科陈汉林教授团队和国际合作者关于大型褶皱冲断带长期地形生长与瞬时地震隆升形态差异的协调机制的最新研究成果。该论文第一作者为学院202012月份毕业的博士毕业生张欲清(现中国石油勘探开发研究院博士后),通讯作者为学院陈汉林教授和石许华研究员。

地形隆升塑造了地表景观和地貌,并深刻影响区域气候变化与生物多样性。因此,地形的长期生长过程与瞬间地震隆升之间的关系,一直以来是地球动力学研究的焦点。尽管大量研究认为,反复的地震活动是高耸地貌形成的主要原因。但在全球范围的褶皱冲断带(如喜马拉雅前陆、伊朗扎格罗斯、青藏高原北缘)内,长期地形生长与瞬间地震隆升之间的形态经常呈现出较大偏移(简称“地形偏差”)。例如,2015年在青藏高原西北缘的皮山构造带(图1)发生的6.4级地震产生的同震地形隆升与该构造带长期的褶皱地形(由地表河流阶地变形指示)高点之间表现出5 公里左右的水平位置偏差(图2)。这种长时间和地震瞬间之间的“地形偏差”迫使学界寻找地震同震变形之外的其他可能机制(如震间滑移)来解释不同时空尺度的地形隆升与造山过程。

1.皮山地区地质特征、地表地貌与地质剖面图。(a)皮山构造带地质图,(b)皮山构造带河流阶地地貌图(据Ainscoe et al. 2017修改),(c)区域高程剖面,(d)皮山构造带地质剖面。

2.皮山构造带运动学过程与地表变形关系。(a)地表河流阶地,2015年皮山6.4级地震同震与震后变形剖面分布(据Ainscoe et al. (2017)修改);(b)皮山冲断带几何样式与断层活动性。

该研究成果选取青藏高原西北缘西昆仑山前的皮山构造带为研究实例,通过高分辨率的反射地震勘探资料解释、生长地层与河流阶地变形的识别和运动学模拟(图3),发现这种“地形偏差”是皮山构造带深部双重构造内逆冲断层复杂运动学过程所造成,而与具体的断层滑移机制(同震或者震后)无关,从而揭示了褶皱冲断带内长期地形生长与瞬间地震隆升之间的形态呈现出较大偏移的机制,对认识造山带的长期地形生长机制具有重要意义。

3.双重逆冲断层系统的生长地层与阶地褶皱模拟。(a-b)两条断层同时活动的生长地层模型与参照模型,(c-d)两条断层同时活动的阶地褶皱模型与参照模型。

该研究获国家自然科学基金企业联合创新基金(U22B6002)等资助,1221国家自然科学基金委员会在基金委网站“资助成果”一栏中对成果进行了系统的报道。

论文详见:Zhang, Y., Chen, H.*, Shi, X.*, Almeida, R., Walker, R., Lin, X., Cheng, X., Deng, H., Chen, Z., and Hu, X., 2023, Reconciling patterns of long-term topographic growth with coseismic uplift by synchronous duplex thrusting: Nature Communications, v. 14, no. 1. https://doi.org/10.1038/s41467-023-43994-6