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山西地堑系位于鄂尔多斯块体与华北平原之间,由一系列张性地堑、半地堑盆地组成,既是一条新生的大陆裂谷系也是一条强震活动带。前人对于山西地堑系内断层的几何展布、分段特征、活动习性和地震历史开展了大量的研究工作,积累了丰富的断层活动和古地震资料。但是,这些先前的研究几乎都以展布于第四系覆盖区的断层为研究重点,很少涉及基岩区的断层。对于山西地堑系内基岩区断裂的活动性和古地震历史研究不足,是当前一个比较显著的问题。造成上述问题的主要原因是由于基岩区缺乏第四纪沉积物,传统的评价方法和判定技术难以发挥作用,也无法获得基岩区断层活动性的定量指标。这极有可能造成对于山西地堑系内的断裂的活动性认识不足和古地震历史恢复不完整。因此,现阶段有必要在已有研究的基础上,针对传统的判定方法在山西地堑系内的基岩区难以发挥作用的问题,聚焦地堑系内的基岩正断层面,利用近几年发展起来的技术手段,构建“断层面三维形貌分析—宇宙成因核素定年”的关键技术体系,解决山西地堑系内基岩区断层活动性评价这一核心科学问题。位于山西地堑系北部的蔚广盆地南缘断裂、中部的交城断裂和南部的罗云山山前断裂,不仅在空间上从北到南涵盖了整个地堑系,而且这3条断裂均发育有大量的盆山边界基岩断层和丰富的出露于基岩区的断层崖面。本文选取了这3条断裂为目标断裂,开展基岩断层面古地震研究工作。在3条目标断裂的典型区段甄选了基岩断层面研究点,使用陆基LiDAR获取了基岩断层面的高精度形貌数据,基于分形几何分析方法进行断层面形貌条带划分,识别古地震期次和并获取同震位移量;同时采集宇宙成因核素~(36)Cl暴露定年样品,测定古地震事件的发震年代。基于上述研究结果,计算获取了目标断层的同震位移量、震级大小、滑动速率和最新一次活动时间等活动构造的定量参数,取得的主要成果如下:1、罗云山山前断裂罗云村段最新2次地震的同震倾滑位移量分别为2.0-2.9m和2.8-3.1m,估算震级为Ms7.5-7.7,发震年代估算为距今81.8-27.8ka和34-10ka,倾滑速率为0.06-0.22mm/;蔚村段最新2次地震同震倾滑位移量分别为1.6m和1.2-1.3m,震级为Ms7.4-7.3,发震年代估算为距今10.3-4.1ka和4.6-1.4ka,全新世倾滑速率为0.27-0.71mm/a。2.在交城断裂北段上兰村和思西村2处基岩断层面发现了同震倾滑位移量2m左右的3次古地震事件,估算震级为Ms7.4-7.6;在龙王沟基岩断层面最新一次古地震的同震倾滑位移量为2.3-2.4m,晚更新世末期倾滑速率不低于0.20-0.55mm/a。3.在蔚广盆地南缘断裂唐山口段南马庄基岩断层面上发现了由老到新的同震倾滑位移量分别为3.1m和3.2-3.3m的2次古地震,估算震级为Ms7.6-7.8,最新一次古地震事件的发震年代估算为距今6.7-4.0ka;在西庄头基岩断层面,断裂在距今10.1-8.2ka以来垂直断错量约7m,全新世垂直滑动速为0.7-0.85mm/a。取得的主要认识如下:1.开展“基岩断层面的古地震研究”是研究断层活动历史、识别古地震的有效手段。基于断层面高精度形貌的量化分析和宇宙成因核素定年这2项关键技术可以很好地获取基岩断层面的古地震期次、同震位移量和发震年代,进而估算断裂的滑动速率和震级大小等一系列活动构造定量参数。2.山西地堑系内的正断层往往呈现出盆地内部切穿第四系的断裂与盆山边界基岩断裂并排展布的情况。针对地堑系内盆山边界的这支基岩断裂开展基岩断层面古地震研究工作,可以有效地厘定基岩断裂的活动性、查清潜在的地震灾害风险源、明确其在整条断裂中滑动速率的分配、从而更加客观合理地进行地震危险性评价。3.对于一条断裂在空间上沿走向依次展布于基岩区和第四系覆盖区的情况,针对展布于基岩区的断层段开展基岩断层面古地震研究工作,可以提取更多的蕴藏在基岩区的断层活动信息、有效地限定该断层段的最新一次活动时间,从而有助于恢复一条断裂完整的地震活动历史。需要说明的是,论文中关于基岩断层面暴露年代的测定方面只是初步探索。所采集的基岩断层面~(36)Cl样品密度相对稀疏,可能对于强震发生的时间和断层的滑动速率有一定影响。特别是对于蔚广盆地南缘断裂和交城断裂这2条目标断裂,没有考虑上覆崩积楔的组分对产率测定的影响。因此,在后期加入这项测定项后可能会对暴露年代产生一定影响。本文基于经典公式和简化模型的暴露年龄计算模型也相对传统简单,未来的研究工作中,计划考虑更多的参数模拟基岩断层面的出露历史,其结果与目前获得的结果可能会存在一定差异。