依兰-伊通断裂带是郯庐断裂带北段的重要组成部分,构成了我国东北地区规模最大的发震构造。不同于郯庐断裂带的潍坊-嘉山段和下辽河-莱州湾段,依兰-伊通断裂带的地震事件记录较少。自东三省有人类文字记载以来,该断裂带一直缺乏6级以上强震的历史记录。1973年有台网记录以来,该断裂带上迄今为止所记录到的最大地震发生在黑龙江省萝北县,震级为Ms5.8级。因此,普遍认为它是第四纪早期活动断裂。最新研究结果表明,依兰-伊通断裂带的舒兰盆和方正盆地存在全新世地表破裂的古地震遗迹,发生过7.0级以上强震,并且上次大震活动的离逝时间不长。这一结果改变了传统认识,同时也产生了诸多新的科学问题:(1)除了舒兰和通河2个全新世破裂段以外,是否存在其它的晚第四纪活动段?如果有,其晚第四纪以来的构造变形特征如何?(2)该断裂带的活动习性如何?是否存在分段特征?(3)该断裂带及其邻区的新构造变形特征如何?对我国东部的现今构造应力场有何启示?这些科学问题成为研究依兰-伊通断裂带及东北地区新构造与活动构造的最基础地球科学问题。因此,围绕这些科学问题,论文选取依兰-伊通断裂带作为研究对象,以活动断裂的分段研究作为主线,借助于遥感解译、野外调查、槽探与钻探、地震勘探、地震学和构造地貌等研究方法,从断裂带的不同段落在几何结构、构造地貌、活动习性和深部地球物理场的差异性等多个方面入手,综合、系统地研究依兰-伊通断裂带的晚第四纪构造变形和分段活动习性,力求科学地评价其未来强震危险性,并从区域构造角度探讨其地球动力学作用。通过本论文的研究工作,取得了如下主要成果和进展:(1)野外地质调查结果表明,该断裂晚第四纪以来活动强烈,具备强震的孕震能力和构造背景。该断裂至少发育舒兰、通河、尚志和汤原4个全新世活动段,及萝北、依兰、延寿和五常4个晚更新世活动段。这一结果从根本上改变了我们对该断裂“弱活动或不活动”的传统认识,对完善和补充东北地区的活动构造图像,及开展强震危险性分析具有重要的参考价值和指导意义。(2)通过断裂带断错地貌填图和几何结构调查认为,断裂带几何结构分段特征明显。不同段的几何图像和运动性质存在明显差异,各段规模不等,多在平面上呈左阶斜列展布,但断裂的主体已不再沿袭原来的边界断裂活动,而是迁移到盆地内部。这暗示着依兰-伊通断裂带的现今活动具有新生性,处于新生阶段的生长期或幼年期。断裂带在空间展布上具有不连续性,表现为较为明显的分段特征。各段的走向、倾向、内部及两侧地质体岩性和沉积物厚度、断裂带组合形态、断裂带宽度和分支断裂以及横向构造的发育等方面存在明显差异。断裂带各个段落沉积物厚度方面的差异比较明显,指示断裂带各段落运动性质和滑动速率方面所存在的差别;断裂带宽度的段落差异明显,段落之间存在明显的过渡区,宽度发生陡变;同时,研究发现断裂带的宽度与横向断裂的数量呈现出较为明显的正相关关系,宽度大则横向断裂数量多,宽度越小则横向断裂数量少。断裂带数量的增加多发生于界限区,对应于断裂带宽度发生显著变化的位置。综合上述几何结构差异可将该断裂分为6个主段,即沈阳-昌图段、四平-吉林段、舒兰-五常段、尚志-方正段、方正-汤原段和汤原-萝北段,长度分别为120Km、148Km、140Km、90Km、120Km和129Km,相邻主段落之间的界限区长度分别为55Km、23Km、20Km、14Km和16Km。(3)断裂带附近的地貌特征及河流水系形态分析结果表明,断裂带的构造地貌特征呈现出明显的分段特征。断裂带两侧的地形地貌起伏和断裂的几何展布存在一定的耦合关系。河谷坡降、河流弯曲度和纵剖面等地貌特征在不同段差异显著,而小尺度微观地貌的表现形式各不相同,规模不等,反映了断裂不同段的活动性存在差异。根据断裂带内部小尺度地貌的差别可将舒兰-五常段、尚志-方正段、方正-汤原段和汤原-萝北段这4个主段细分成8个亚段,即缸窑亚段、五常亚段、尚志亚段、延寿亚段、通河亚段、依兰亚段、汤原亚段和萝北亚段,长度分别为80Km、51Km、30Km、55Km、70Km、30Km、20Km和104Km。亚段界限区的长度分别为9Km、5Km、12Km和13Km,各亚段分段界限区对应着地形的突变区,和明显的地形高差起伏差异。8个新活动段形成的微地貌表现形式各不相同,陡坎、线性槽谷、小水塘和小丘陵隆起等微地貌并存;地表破裂延伸长度不一,变化幅度介于1.5Km-70Km之间;陡坎微地貌高度不等,变化从1.0m至4.4m;这些微地貌所发育的位置均位于上述主段的划分框架之内,没有突破主段的分段界限区,且较好的对应了8个亚段的划分结果。(4)通过典型点的地貌测量、年代样品测定、古地震探槽的揭露和历史地震考察,获得了该断裂晚更新世以来不同时间段的滑动速率,得到了断裂晚第四纪以来8个段落存在强震活动的证据。各新活动段除了具有相对独立的活动历史外,在晚更新世晚期和全新世晚期表现出丛集活动的特征。(5)地球物理勘探和航磁重力异常等深部探测资料表明该断裂的地表分段结果在深部有较好的对应性。断裂各段活动历史不尽相同,控制的盆地形态差异显著,断裂不同段落的强震危险性存在分段性和不均匀性。跨断裂带的地震反射剖明研究结果表明,不同段落控制的沉积盆地具有显著不同的沉积演化差异,尤其表现在控盆断裂及其结构特征等方面。断裂带的6个段落分别控制了6个盆地的结构、沉积和演化过程,差异显著。沿断裂带走向的地震震中空间分布图像、布格重力异常和航磁异常等地球物理场也存在对应的分段差异。断裂带沿走向的地震震源深度分布结果反映了不同段落地壳结构和断裂切割地壳深度的差别。综合来看,依兰-伊通断裂带存在层次分段的特征,几何结构分段、构造地貌分段、活动习性分段和深部结果具有较好的一致性,据此可将其分为6个主段和8个亚段两个不同的段落层次。主段的分段依据主要是综合分段结果,亚段的划分主要是依据微地貌和古地震的差别。但无论是亚段的规模还是亚段界限区的规模,分别都小于主段的规模,和主段落分段界限区的规模。(6)断裂带的几何结构变异(宽度陡变,走向弯曲和阶区的发育)和横向构造的发育构成了断裂带分段界限区的最主要标志。此外,断裂带宽度和断层条数的变化、地貌的陡变等在分段界限区也较为常见。界限区的几何结构多比较复杂,而各段落的几何结构则相对比较简单。绝大部分的界限区均发育有断裂几何结构的变异和横向构造,构成了分段的几何障碍体。相对于主段而言,4个亚段界限区的标志相对比较单一,主要为几何变异和横向构造的发育,但其规模均小于主段界限区。(7)依兰-伊通断裂带及其邻区新生代期间广泛发育挤压变形构造。中强地震震源机制解和野外地质调查结果表明,以松辽盆地、依兰-伊通断裂带和大安-德都断裂带为代表的东北盆地群和区域性NE向断裂现今运动性质均表现出明显的逆冲挤压特征,表明东北地区处于近EW向主应力与近SN向主张应力的现代构造应力场环境。依兰-伊通断裂带西部的松辽盆地内部广泛发育挤压反转构造。盆地内部的大安-德都断裂带平面上呈左阶雁列展布的4段,剖面上表现为宽约20-30Km的断褶变形带;地震反射剖面的综合解释结果表明,大安-德都断裂带新生代以来的构造变形表现为“断裂相关褶皱”,最新活动时代为Q2早期。如果假定其反转变形的时间为~65Ma,并假定缩短缩率固定不变,则大安-德都断裂新生代以来的缩短量约2.26Km,缩短速率约0.03mm/a。未来短时间内该断裂难以积累大于Ms7.0级地震的能量。(8)新生代构造挤压变形在东北地区可能是多阶段的过程。位于松辽盆地边缘的依兰-伊通断裂带,和盆地内部的大安-德都断裂带在新生代期间均经历了该挤压变形,形成了T02(~65Ma)、Td(~23Ma)、Ttk(~5.3Ma)和T01(~1.8Ma)4期明显的区域角度不整合界面,代表着该地区经历了至少4次强烈的幕式挤压变形。同时,该构造挤压反转可能是区域性的。三江、方正、汤原、伊通和渤海湾等东北地区一系列新生代盆地中均发生了同时期的挤压构造变形,并形成了相应的区域角度不整合界面。这指示东北地区新生代期间的区域构造应力场发生了重大改变,同时期的挤压缩短影响了整个东北地区的新构造变形,其动力学来源可能综合受控于西太平洋板块斜向俯冲和印度板块碰撞的远程效应。(9)位于松辽盆地边缘的依兰-伊通断裂带具备强震的孕育和深部背景。相反,位于松辽盆地内部的大安-德都断裂带,则只具备中强地震(M<7.0)的构造背景。这暗示着松辽盆地作为独立的活动地块,其内部变形相对比较稳定,主要的构造变形和强震活动都发生在盆地的边界断裂带上。论文的研究内容和认识在一定程度上深入了我们对依兰-伊通断裂及其邻区的新构造与活动构造研究,有助于我们认识该地区的地震活动背景,能为东北地区的防震减灾工作提供一点科学参考。