【研究亮点】张蕾、李海兵等—GRL：岩石磁学约束龙门山断裂带

多次大地震的相对年代学与迁移规律

　　2008年汶川Mw 7.9级大地震发生后，龙门山冲断带成为研究青藏高原东缘构造变形与地震活动的热点地区（图1）。然而，深部断裂岩中大地震活动的直接证据稀少，不同构造岩片之间地震活动的时序关系长期不明，制约了对该区域地震复发规律和构造演化模型的深入认识。一个关键的科学问题是：龙门山断裂带的大地震是否存在时空迁移规律？

　　针对上述科学问题，中国地质科学院地质研究所李海兵研究员团队对汶川地震断裂带科学钻探2号（WFSD-2）钻孔岩心中四条不同深度断裂带（FZ720：713.74-728.93 m，FZ922：916.79-936.76 m，FZ1681：1680.00-1698.66 m，FZ2082：2070.13-2087.63 m）（图1d-g，图2-3）开展了系统的显微结构、地球化学和岩石磁学综合研究，分析了龙门山断裂带大地震的孕震、同震和震后环境，并建立了大地震年代序列。取得了以下核心发现：

图1（a）青藏高原构造简图；（b）龙门山断裂带地质图；（c-g）WFSD-2钻孔岩心的岩性与岩石单元

图2（a）映秀-北川断裂带南段的地质剖面图；（b）WFSD-2钻孔岩心中4条断裂带断裂岩的显微结构特征和地球化学分析

（1）深部大地震重复发生的“磁学证据”。WFSD-2钻孔深部岩心多条断裂带中断层泥的高磁化率异常和新生铁磁性矿物指示龙门山断裂带曾经发生多次摩擦热温度达500~900℃的大地震活动。

　　研究表明，4条不同深度断裂带的断层泥具有摩擦剪切特征（图2），并含有少量的新生磁铁矿和单斜磁黄铁矿（图4）。这些新生铁磁性矿物引起断层泥的高磁化率异常（图3），是地震同震摩擦热（约500–900°C）的结果。岩石磁学和显微结构分析为龙门山断裂带深部重复发生大地震活动提供了直接物理证据。

图3 WFSD-2钻孔中代表岩心的磁化率值特征

图4 代表样品的岩石磁学测试结果

（2）地震全周期流体环境的“磁学指纹”。龙门山断裂带映秀-北川断裂的大地震活动在整个地震周期均发生在含硫化物的还原性流体环境中。

　　研究发现，4条断裂带的断层泥、断层角砾岩和围岩中含有少量磁铁矿和单斜磁黄铁矿（图4），断层泥中可见发育较好的草莓状黄铁矿（图2），指示了断裂带在地震全周期均处于含硫化物的还原性流体环境中。断层泥和断层角砾岩的伊利石-蒙脱石混层则反映了震后低温（＜150℃）流体环境。

（3）揭示大地震“向东迁移”的磁学规律：建立相对年代学框架。不同深度断层泥中的新生铁磁性矿物量随深度增加而系统升高，揭示了龙门山断裂带古强震的相对年代学关系，即较深断裂带记录的地震活动年代较新。

　　WFSD-2钻孔岩心深部4条断裂带中断层泥的磁化率高异常度和铁磁性矿物新生比例随着深度的增加而升高（图4s-t），原因是深部断裂带记录的地震活动年代较新（图5），受流体影响时间短，因而保留了更多的新生铁磁性矿物。这一规律与顺磁性矿物菱铁矿的含量随深度增加而减少相对应。据此建立了龙门山断裂带古强震的相对年代学框架（图5）：较深断裂带记录的地震活动年代较新，较浅断裂带记录的地震活动年代较老。

　　这一规律揭示了龙门山断裂带大地震的重要迁移趋势：在叠瓦状逆冲构造系统中，地震活动随着构造演化不断向东（四川盆地）迁移。每一次新的逆冲推覆事件都在前缘（更靠东、更深的位置）形成新的断裂，并发生大地震；而较早活动的断裂则被后续推覆事件抬升到更浅、更靠西的位置。因此，“向东迁移”和“向下（深部）变新”是同一构造过程的两种表现：地震活动在水平方向上向东扩展，在垂向结构上则表现为较新的地震记录出现在更深（即更靠前缘）的断层中。

（4）为地震危险性评估提供新依据。

　　该发现意味着龙门山断裂带的地震活动可能正在向东（四川盆地方向）扩展。未来除了关注2008年已发生破裂的映秀-北川断裂外，盆山结合部的断层（如灌县-安县断裂）也值得高度关注。这一认识与龙门山冲断带“垂向叠瓦状堆叠、向东扩展”的构造模型高度吻合，支持地壳短缩而非下地壳通道流是青藏高原东缘主要变形机制的模型，为理解该区域的隆升机制和地震危险区划提供了关键的地质约束。

图5. 龙门山断裂带大地震相对年代学与岩石磁特征演化模型

（a）初始地震事件；（b）第二次地震发生，导致第一次地震形成的断裂带抬升并经历持续的流体作用；（c）第三次地震发生，第一次和第二次地震形成的断裂带继续抬升，同时经历长时间的流体作用；（d）第四次地震发生，前三期地震相关的所有断裂带均被抬升并经历长期流体作用。每一期同震断层泥形成时均生成了新的磁铁矿和单斜磁黄铁矿。随着断裂带的抬升，流体驱动的溶解作用逐渐增强，导致断层泥中保存的新生铁磁性矿物含量相应降低。本图为解释性示意图，旨在直观展示由岩石磁学推断的相对年代序列概念模型及其与流体蚀变时间的关系，并非精确的地层柱状图。FG-断层泥，FB-断层角砾岩。

　　本研究以深部岩心为独特载体，针对断裂岩中多期古强震记录难以识别与定年的难题，创新性地建立了基于岩石磁学信号的古地震相对年代学框架（图5）。为理解龙门山断裂深部地震历史与构造演化提供了关键约束，对于认识大陆断裂带的地震旋回、深部地震的物理化学条件以及青藏高原东缘的长期构造演化提供了新的研究范式和关键证据。

本研究得到了深地国家科技重大专项（2024ZD1000500）、国家自然科学基金项目（42230312，42172262）和中国地质调查局地质调查项目（DD20240041）的共同资助。相关成果发表在国际知名地学期刊《Geophysical Research Letters》上。

论文信息：

Lei Zhang（张蕾）, Haibing Li*（李海兵）, Zhiming Sun（孙知明）, Yong Cao（曹勇）, Chunrui Li（李春锐）, Huan Wang（王焕）, Yong Zheng（郑勇）, and Jialiang Si（司家亮）. 2026. Constraining the Relative Chronology of Repeated Large Earthquakes in the Longmen Shan Thrust Belt, Eastern Tibetan Plateau. Geophysical Research Letters, 53, e2025GL121166.

　　原文链接：https://doi.org/10.1029/2025GL121166