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Discrete Element Modeling of a Subduction Zone with a Seafloor Irregularity and its Impact on the Seismic Cycle

Acta Geologica Sinica(English Edition) 2022年第3期96卷 776-790页

作者： JIAO Liqing CHAN Chung-Han Luc SCHOLTÈS Aurélia HUBERT-FERRARI Frédéric-Victor DONZÉ paul tapponnier SinoProbe Center Chinese Academy of Geological SciencesBeijing 100037China Institute of Geology Chinese Academy of Geological SciencesBeijing 100037China Earthquake-Disaster&Risk Evaluation and Management(E-DREaM)Center National Central UniversityTaoyuanChina Department of Earth Sciences National Central UniversityTaoyuanChina CNRS IRDOPGCLaboratoire Magma et VolcansUniversitéClermont AuvergneClermont-FerrandFrance Department de Geography Universitéde LiegeLiegeBelgium Institut des Sciences de la Terre UniversitéGrenoble AlpesGrenobleFrance National Institute of Natural Hazards MEMCBeijing 100085China

Seafloor irregularities influence rupture behavior along the subducting slab and in the overriding plate,thus affecting earthquake cycles.Whether seafloor irregularities increase the likelihood of large earthquakes in a subduction zone remains contested,partially due to focus put either on fault development or on rupture pattern.Here,we simulate a subducting slab with a seafloor irregularity and the resulting deformation pattern of the overriding plate using the discrete element method.Our simulations illustrate the rupture along three major fault systems:megathrust,splay and backthrust faults.Our results show different rupture dimensions of earthquake events varying from tens to ca.140 km.Our results suggest that the recurrence interval of megathrust events with rupture length of ca.100 km is ca.140 years,which is overall comparable to the paleoseismic records at the Mentawai area of the Sumatran zone.We further propose the coseismic slip amounts decrease and interseismic slip amounts increase from the surface downwards gradually.We conclude that the presence of seafloor irregularities significantly affects rupture events along the slab as well as fault patterns in the overriding plate.

关键词： discrete element modeling subduction zone megathrust splay backthrust faults seamount Mentawai

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Sedimentary and tectonic evolution of the Banquan pull-apart basin and implications for late Cenozoic dextral strike-slip movement of the Tanlu Fault Zone

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Science China Earth Sciences 2023年第4期66卷 797-820页

作者： Peng SHU Xiwei XU Shaoying FENG Baojin LIU Kang LI paul tapponnier Xiaojuan DENG Guihua CHEN Nuan XIA Hongtai XU Jingjing QIN Fubing HE Yan MA Rongzhang ZHENG State Key Laboratory of Earthquake Dynamics Institute of GeologyChina Earthquake AdministrationBeijing 100029China Anhui Earthquake Agency Hefei 230031China Mengcheng National Geophysical Observatory Anhui Earthquake AgencyMengcheng 233500China National Institute of Natural Hazard Ministry of Emergency Management of the People’s Republic of ChinaBeijing 100085China Geophysical Exploration Center China Earthquake AdministrationZhengzhou 450002China Seismic Hazard Mitigation Center of Shandong Province(Engineering Seismology Research Center of Shandong Province) Ji’nan 250014China Beijing Institute of Geological Survey Beijing 100195China

The Banquan Basin is a pull-apart basin with the largest scale and the most prominent structure due to dextral slip of the Tanlu Fault Zone(TLFZ) in late Cenozoic. The depositional history of the basin records the start time and evolution of the right-lateral strike-slip movement of the TLFZ. This paper studies the sedimentary and tectonic evolution of the Banquan Basin by seismic reflection exploration, borehole detection and cosmogenic nuclide chronology. We analyze the coupling relationship between the pull-apart basin and the strike-slip fault and discuss the start time and tectonic significance of the right-lateral strikeslip of the TLFZ. Our study indicates that the Banquan Basin has undergone three evolutionary stages: weak rifting during the pre-pull-apart period, strong extension during the syn-pull-apart period and subsidence during the post-pull-apart period. This implies that the TLFZ, which controls the evolution of the basin, experienced an evolutionary process of weak activity,intensified activity and migration of activity toward the central basin. The sedimentary filling of the basin has strong response to the episodic pull-apart and extension of the basin. Lying upon the basement of the basin, a thin layer of Miocene mudstone slowly accumulated due to local rifting before the strong pull-apart event. Along with the dextral slipping and pull-apart process, the basin was filled with alluvial fan facies, fluvial facies and floodplain facies strata from bottom to top. The latest tectonic movement of the TLFZ in the North China Block in late Cenozoic was dominated by episodic dextral strike-slip motion, and this deformation pattern started at 4.01±1.27 Ma. The latest tectonic deformation in North China since late Cenozoic was governed by eastward extrusion and tectonic orogenesis of the eastern margin of the Qinghai-Xizang Plateau since late Miocene. The eastward thrusting of the Liupanshan fault zone and sinistral shearing of the Qinling fault zone led to the anticlockwise rotation and pushing of sec

关键词： Banquan Basin Strike-slip movement Pull-apart basin Tanlu Fault Zone North China Plain Start time

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华南、巽他和掸邦地块之间边界断裂的上新世—第四纪大规模构造反转

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地质学报 2022年第8期96卷 2833-2852页

作者： Marie-Luce CHEVALIER paul tapponnier Phan Trong TRINH Anne BRIAIS 李海兵徐锐南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广东广州511458 中国地质科学院地质研究所自然资源部深地动力学重点实验室北京100037 国家自然灾害防治研究院中国应急管理部北京100085 江苏东海大陆深孔地壳活动国家野外科学观测研究站江苏连云港222300 越南科学技术研究院地质科学研究所越南河内100000 法国国家科学研究中心欧洲海洋研究所法国普鲁赞29280 四川省地震局四川成都610041 中国地震局地球物理研究所北京100081

印度-亚洲碰撞后,大陆板块沿着大型的左行走滑断裂挤出。规模最大的哀牢山-红河剪切带(ASRR)将印支地块(巽他地块)与华南地块分隔开来。长约1000 km的红河活动断裂(RRF)沿哀牢山的北侧延伸,目前呈现出右行走滑兼正断的活动性质。本文在... 详细信息

印度-亚洲碰撞后,大陆板块沿着大型的左行走滑断裂挤出。规模最大的哀牢山-红河剪切带(ASRR)将印支地块(巽他地块)与华南地块分隔开来。长约1000 km的红河活动断裂(RRF)沿哀牢山的北侧延伸,目前呈现出右行走滑兼正断的活动性质。本文在讨论了红河断裂系及其周缘的第三纪和现今变形特征(滑移性质反转、渐新世/第四纪位错、全新世滑动速率、GPS测量、地震机制等)基础之上,重点论述了其在上新世—第四纪从云南东南部到越南西北部、北部湾西部、再到更南的沙巴地区的断裂分布和运动学特征。新的数据证实,跨过三联点和越南西北部的奠边府断层之后,华南地块与巽他地块之间的现今大部分右行走滑主要沿着Da River断裂向Day Nui Con Voi(或称大象山)东南方向延伸。Da River断裂与RRF大致平行,是2020年M_(w) 5.0莫州地震的发震断层。进一步研究表明,Da River断裂很可能沿着渐新世—中新世莺歌海/宋红盆地西缘和越南东南海岸(归仁剪切带)向南延伸得更远,至少延伸到“Ile des Cendres”火山群,并可能继续延伸到沙巴-文莱逆冲带的西端,靠近婆罗洲北部的近海活动边缘。最后,我们讨论了在菲律宾群岛、台湾岛和巽他群岛之间南海大部分地区大规模构造反转的运动学效应。

关键词：南海红河断裂—Da River断裂历史地震年轻火山作用走滑构造反转块体构造

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Subduction of Continental Crust in the Early Palaeozoic North Qaidam Ultrahigh-Pressure Metamorphic Belt, NW China:Evidence from the Discovery of Coesite in the Belt

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Acta Geologica Sinica(English Edition) 2002年第1期76卷 63-68页

作者：杨经绥许志琴宋述光张建新吴才来史仁灯李海兵 Maurice BRUNEL paul tapponnier Institute of Geology Chinese Academy of Geological Science 26 Baiwanzhuang Rd. Beijing 100037 China Department of Earth Sciences University of Montpellier II Montpellier France Institut de Physique du Globe 75252 Paris Cedex 05 France

Coesite was discovered as inclusions in zircon separates from pelitic gneissassociated with a large eclogite body in the North Qaidam ultrahigh-pressure (UHP) terrane. Somegraphite inclusions were also found. This finding suggested the occurrence of in-situ UHPmetamorphism and that the terrane was most likely recrystallized at pressures below the diamondstability field. It supported other previous indirect UHP evidence, such as polycrystalline quartzinclusions in eclogitic garnet, quartz lamellae in omphacite and P-T estimates for both eclogite andgarnet peridotite. The U-Pb and Sm-Nd ages of the North Qaidam eclogite indicated that subductionof continental crust occurred in the Early Palaeozoic, which probably recorded a collision betweenthe Sino-Korean and Yangtze plates.

关键词： UHP metamorphism coesite eclogite Qinghai-Tibet plateau North QaidamMountains

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阿尔金断裂带阿克塞段半果巴探槽揭露的古地震事件

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地震地质 2016年第3期38卷 670-679页

作者：李康徐锡伟罗浩 paul tapponnier Yann Klinger 高明星中国地震局地质研究所活动构造与火山重点实验室北京100029 Earth Observatory of Singapore Singapore Tectonics Institut de Physique du Globe de Paris Sorbone Paris Cite CNRS

阿尔金断裂带是青藏高原北边界的1条近EW向延伸长约1600km的大型左旋走滑断裂带,也是晚第四纪活动性最强的断裂带之一,被分为11个破裂段。利用高精度卫星影像结合野外地质地貌调查,通过Trimble VX扫描测量了阿尔金断裂带阿克塞段半果巴... 详细信息

阿尔金断裂带是青藏高原北边界的1条近EW向延伸长约1600km的大型左旋走滑断裂带,也是晚第四纪活动性最强的断裂带之一,被分为11个破裂段。利用高精度卫星影像结合野外地质地貌调查,通过Trimble VX扫描测量了阿尔金断裂带阿克塞段半果巴观察点的断错微地貌,显示冲沟左岸T1阶地保存了最新1次地震的位错约6～7m。选择冲沟右岸跨断塞塘开挖探槽,采集了14C样品进行年代测定,对该探槽的古地震事件进行了分析。探槽揭示了12套地层单元,记录了4次古地震事件,结合之前的研究,利用逐次限定方法可以把阿克塞段的最新2次古地震事件的发生时间分别限定在1 180a BP左右和507～230a BP。

关键词：阿尔金断裂带阿克塞段古地震冲沟位错

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Initial movement of the Karakorum Fault in western Tibet:constraints from SHRIMP U-Pb dating of zircons

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Chinese Science Bulletin 2007年第8期52卷 1089-1100页

作者： LI HaiBing Franck VALLI LIU DunYi XU ZhiQin YANG JingSui Nicolas ARNAUD paul tapponnier Robin LACASSIN CHEN SongYong QI xuexiang Laboratory of Continental Dynamics Institute of Geology Chinese Academy of Geological Sciences Beijing 100037 China Department of Earth Science Hongkong University Hongkong China Institut de Physique du Globe de Paris 75252 Paris CX05 France Beijing SHRIMP Center Institute of Geology Chinese Academy of Geological Sciences Beijing 100037 China ISTEEM-USTL Place Eugene Bataillon 34095 Montpellier CX5 France

The Karakorum Fault zone(KFZ)plays an important role in understanding the formation,evolvement and deformation of the Tibetan Plateau.The high-T dextral shearing metamorphic rocks,e.g.,mylonites or mylonitized gneisses-granites,locally crop out along the southeastern part of the KFZ in the Ayila Ri’gyüRange area.The SHRIMP U-Pb dating of the syn-kinematic crystallized zircons indicates that the initial age of the KFZ is^27 Ma,~10 Ma older than previous results.The extensive high-T dextral shearing along the KFZ started at least at 27-20 Ma,accompanied by the syn-kinematic emplacement of leuco-granites.Deformation and concomitant fluid circulation during shearing most likely occurred as early as at 25-13 Ma.The KFZ probably grew from southeast to northwest along the fault as a result of continuous convergence between the India plate and Eurasia plate.

关键词：西藏西部喀拉昆仑断裂带锆石 SHRIMP U-Pb 测年

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青藏高原典型地区的地貌量化分析——兼对高原“夷平面”的讨论

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地学前缘 2006年第5期13卷 285-299页

作者：刘静丁林曾令森 paul tapponnier Yves GAUDEMER 中国科学院青藏高原研究所中国地质科学院地质研究所 Laboratoire de Tectonique Institut de Physique du Globe 75005 Paris France

利用新近公布的SRTM数字高程模型(DEM),选取青藏高原北部及高原内、外流区域进行大尺度定量地貌分析。分析表明,青藏高原不同地区的地貌差异反映了它们在地貌演化上的阶段性。在高原北部的祁连山地区,局部地区绝对高程增加的同时,地势... 详细信息

利用新近公布的SRTM数字高程模型(DEM),选取青藏高原北部及高原内、外流区域进行大尺度定量地貌分析。分析表明,青藏高原不同地区的地貌差异反映了它们在地貌演化上的阶段性。在高原北部的祁连山地区,局部地区绝对高程增加的同时,地势起伏反而变缓。这些地区水系的发育程度普遍较低,剥蚀物质往往只经过近距离的搬运仍滞留在逆冲褶皱带内,山间盆地和平地成为山间小河的侵蚀堆积基准,因此“削高填低”的过程有效地降低了局部地形起伏。高原平坦地势是伴随着造山过程及之后的高海拔侵蚀基准和内流型水系条件下“削高填低”剥蚀过程的结果。我们认为高原内部为现今仍在承受剥蚀的地势平坦面。它的形成具穿时性,是内流型水系河流下切侵蚀能力弱化的结果,不直接反映海拔的高低。如果平坦侵蚀面的形成与海拔高程无必然的关联,或侵蚀面可以在任何海拔高度形成,而不一定代表以海平面为基准的准平原,那么它就不能作为一个可靠的参照面用于直接示踪和约束高原的抬升量和抬升时间。

关键词：景观演化数字高程模型(DEM) 地势平坦面高海拔夷平作用

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板泉拉分盆地沉积-构造演化及其对郯庐断裂带新生代晚期右旋走滑运动的响应

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中国科学：地球科学 2023年第4期53卷 784-805页

作者：疏鹏徐锡伟酆少英刘保金李康 paul tapponnier 邓小娟陈桂华夏暖许洪泰秦晶晶何付兵马严郑荣章中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029 安徽省地震局合肥230031 安徽蒙城地球物理国家野外科学观测研究站安徽省地震局蒙城233500 应急管理部国家自然灾害防治研究院北京100085 中国地震局地球物理勘探中心郑州450002 山东省震灾风险防治中心(山东省工程地震研究中心) 济南250014 北京市地质调查研究院北京100195

板泉盆地是郯庐断裂带新生代晚期右旋走滑运动产生的规模最大、结构最为典型的拉分盆地,其沉积历史记录着郯庐断裂带右旋走滑运动的起始时间和演化过程.文章利用地震反射勘探、钻孔探测和宇宙成因核素年代学方法揭示了板泉盆地的沉积-... 详细信息

板泉盆地是郯庐断裂带新生代晚期右旋走滑运动产生的规模最大、结构最为典型的拉分盆地,其沉积历史记录着郯庐断裂带右旋走滑运动的起始时间和演化过程.文章利用地震反射勘探、钻孔探测和宇宙成因核素年代学方法揭示了板泉盆地的沉积-构造演化过程,解析了拉分盆地与走滑断裂之间的耦合关系,探讨了郯庐断裂右旋走滑的起始时间及构造意义.研究表明板泉盆地经历了前拉分弱裂陷、同拉分伸展和后拉分沉降三个演化阶段,反映了控制盆地发育的郯庐断裂带微弱活动、活动增强和活动性向盆地中央迁移的演化过程.盆地的沉积充填对盆地遭受的幕式拉分伸展作用有着明显的响应,盆地内白垩系基底之上保留了强烈拉分前因局部裂陷作用而缓慢堆积的薄层中新统泥岩,走滑拉分开始后盆地内依次充填了冲积扇相、河流相和泛滥平原相地层.华北地块内郯庐断裂带新生代晚期最新的构造运动以幕式右旋走滑为主,这种变形样式开始于(4.01±1.27)Ma.华北地区新生代晚期以来的最新构造变形受控于青藏高原东缘晚中新世以来的挤出造山作用,六盘山构造带向东推挤和秦岭断裂带的左旋剪切作用,使得华北地块区内次级地块发生“书斜式”推挤旋转变形,这种构造变形样式自~4.01Ma扩展至华北平原并持续至今.这种“书斜式”转动伴随着华北地块区南北两侧近EW向边界断裂带的区域性左旋运动和各次级地块间NNE边界断裂的右旋走滑应是青藏高原东缘物质强烈挤出的远程效应.

关键词：板泉盆地走滑运动拉分盆地郯庐断裂带华北平原起始时间

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青藏高原北部大型走滑断裂带近地表地质变形带特征分析

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地震地质 2007年第2期29卷 201-217页

作者：徐锡伟于贵华陈桂华李陈侠张兰凤 Yann Klinger paul tapponnier 刘静中国地震局地质研究所北京100029 Institutde Physiquedu Globe parisfrance75005 中国科学院青藏高原研究所北京100085

阿尔金断裂带、东昆仑断裂带和海原断裂带是青藏高原北部的大型左旋走滑断裂带,具有相对高的地质和GPS滑动速率,地表破裂型地震频发。在阿尔金断裂带阿克塞老城西和半果巴、东昆仑断裂带西大滩和玛沁、海原断裂带松山等地点的探槽地质... 详细信息

阿尔金断裂带、东昆仑断裂带和海原断裂带是青藏高原北部的大型左旋走滑断裂带,具有相对高的地质和GPS滑动速率,地表破裂型地震频发。在阿尔金断裂带阿克塞老城西和半果巴、东昆仑断裂带西大滩和玛沁、海原断裂带松山等地点的探槽地质剖面揭露了这些走滑断裂带累积地质变形带的基本特征。阿尔金断裂带半果巴探槽和阿克塞老城西探槽、东昆仑断裂带西大滩探槽和玛沁探槽揭露出的地质变形带宽度约12m左右;海原断裂带松山拉分盆地边界单条走滑断层地质变形带宽度不足10m,考虑到地震期间拉分盆地可能会出现较严重的变形,则拉分盆地本身也应作为强变形带处理。由此可见,经历过多个地震地表破裂循环的东昆仑断裂带、海原断裂带和阿尔金断裂带其地质变形带的宽度是有限的,具有变形局部化特征。单条走滑断层的地质变形带宽度一般为10余米,比较保守地估计应<30m,走滑断层斜列阶区的地质变形带宽度取决于阶区本身的宽度。

关键词：地质变形带走滑断层阿尔金断裂带东昆仑断裂带海原断裂带青藏高原

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Rupture behavior and deformation localization of the Kunlunshan earthquake (M_w7.8) and their tectonic implications

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Science China Earth Sciences 2008年第10期51卷 1361-1374页

作者： KLINGER Yann tapponnier paul Institut de Physique du Globe

Earthquake surface rupture is the result of transformation from crustal elastic strain accumulation to permanent tectonic deformation. The surface rupture zone produced by the 2001 Kunlunshan earth- quake (Mw7.8) on the Kusaihu segment of the Kunlun fault extends over 426 km. It consists of three relatively independent surface rupture sections: the western strike-slip section, the middle transten- sional section and the eastern strike-slip section. Hence this implies that the Kunlunshan earthquake is composed of three earthquake rupturing events, i.e. the Mw=6.8, Mw=6.2 and Mw≤7.8 events, respec- tively. The Mw≤7.8 earthquake, along the eastern section, is the main shock of the Kunlunshan earth- quake, further decomposed into four rupturing subevents. Field measurements indicate that the width of a single surface break on different sections ranges from several meters to 15 m, with a maximum value of less than 30 m. The width of the surface rupture zone that consists of en echelon breaks de- pends on its geometric structures, especially the stepover width of the secondary surface rupture zones in en echelon, displaying a basic feature of deformation localization. Consistency between the Quaternary geologic slip rate, the GPS-monitored strain rate and the localization of the surface rup- tures of the 2001 Kunlunshan earthquake may indicate that the tectonic deformation between the Ba- yan Har block and Qilian-Qaidam block in the northern Tibetan Plateau is characterized by strike-slip faulting along the limited width of the Kunlun fault, while the blocks themselves on both sides of the Kunlun fault are characterized by block motion. The localization of earthquake surface rupture zone is of great significance to determine the width of the fault-surface-rupture hazard zone, along which direct destruction will be caused by co-seismic surface rupturing along a strike-slip fault, that should be considered before the major engineering project, residental buildings and life line construction.

关键词： Tibetan Plateau Kunlunshan earthquake earthquake surface rupture zone deformation localization rupture behavior

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