芦山7.0级、康定6.3级地震垂直形变研究

芦山7.0级地震和康定6.3级地震是近两年来在龙门山断裂带和鲜水河断裂带上发生的最为显著的两次地震事件,都发生在巴颜喀拉地块与四川盆地的挤压构造带边缘。利用芦山科学考察项目和中国地球物理场观测——青藏高原东缘地区项目中获得的水准资料,研究芦山地震震前、震中和震后垂直形变演化和康定地震震前垂直形变特征。结果表明:芦山地震前龙门山断裂带南段的小金相对于芦山地区上升速率约为1.7 mm/a,同震垂直变形可以达到197.7 mm,变形最大区域分布在芦山灌县—安县断裂附近;芦山地震后鲜水河断裂带色拉哈段两侧垂直形变迅速增加至13 mm/a,之后发生康定地震。1982年以来,鲜水河断裂带和龙门山断裂带Y字型交汇区域保持着4.5 mm/a的快速隆升,同时在都江堰和大邑一带存在一条垂直形变高梯度带。     

九寨沟7.0级地震前后地壳形变时空演化特征及相关问题的讨论

基于九寨沟7.0级地震前后,震中区周缘和巴颜喀拉地块周缘的跨断层观测、大面积水准测量、地震活动性等资料,利用断层三维活动量参数和水准平差计算方法,综合分析了地震前后区域地壳形变以及巴颜喀拉地块整体性运动与地震间的关系。结论如下:(1)九寨沟地震前后,远场的西秦岭构造区、六盘山断裂带、龙门山断裂带和鲜水河断裂带上的跨断层流动场地出现不同程度的异常变化,震中区域的形变并不显著;(2)由巴颜喀拉地块周缘的断层异常活动和地震活动性分析可知,巴颜喀拉地块整体性的SE向顺时针加速运动,造成了九寨沟地震震中区域的应力积累,同时,包括芦山地震在内的几次强震对九寨沟地震有一定促震作用;(3)九寨沟地震后,区域应力积累得到一定程度的释放,应力可能会在"三岔口"区域加速积累。     

芦山7.0级、汶川8.0级地震与巴颜喀拉地块东缘区域历史地震

2013年4月20日在龙门山断裂南段发生的芦山M7.0级地震已过去近1年.本文根据四川省地震台网资料和收集的国内外相关历史资料,研讨了巴颜喀拉地块东缘区域龙门山断裂、岷江断裂、虎牙断裂等历史地震活动;分析了龙门山断裂带2008年5月12日汶川8.0级和2013年4月20日芦山7.0级地震余震时空、震源机制及破裂扩展等特征;讨论了巴颜喀拉地块东缘区域的能量释放特征等.结果表明:(1)芦山7.0级地震西南的龙门山断裂南段仍存在尚未破裂的背景性破裂空段;(2)芦山7.0级地震与汶川8.0级地震两余震区之间的空段区存在能量待释放;(3)龙门山断裂中北段(在汶川余震区内)的北川附近存在能量释放不充分的局部区域.     

龙门山断裂带西南端地壳电性结构

在龙门山断裂带中段于2008年5月12日发生了汶川M_S 8.0地震,5a之后于2013年4月20日在其西南侧即龙门山断裂带SW段发生了芦山M_S 7.0地震。而在汶川地震前,沿龙门山断裂带主体部分存在7a间未发生4.0级以上地震的相对平静期。因此,汶川地震后人们研究了龙门山断裂带的地壳结构及其与汶川地震的成因关系,仅仅相隔5a时间,就在龙门山断裂带的SW段发生了芦山地震,其深部结构和孕震环境以及与汶川地震的关系又成为人们关注的热点科学问题。为了研究龙门山断裂带西南端附近的地壳结构,布置了一条穿越龙门山断裂带西南端附近的大地电磁探测剖面LS6,该剖面位于芦山地震破裂带的西南端。通过采用先进技术对大地电磁数据的分析和二维反演,发现LS6剖面与其东北侧的穿过芦山地震区汶川地震后完成的LMS4剖面的地壳电性结构既有相似性,但也存在明显的差别,其电性结构更复杂。研究表明,尽管2008年发生了汶川地震,但是龙门山断裂带受到的西北侧松潘-甘孜地块向SE的运动和对龙门山断裂带的推挤作用,以及东南侧四川盆地的阻挡作用仍然存在,同时龙门山断裂带西南端及其附近地区的地壳结构更复杂,而且还受到其西南侧川滇地块和鲜水河断裂等变形作用的影响,因此推测芦山地震与汶川地震既是相互独立的2次地震,但也有一定关联。     

巴颜喀拉地块东部及其邻区块体运动及块体边界带形变特征

<正>2008年5月12日四川汶川MS8.0地震发生在我国南北地震带中段、青藏高原东缘、巴颜喀拉块体东边界NE向的龙门山断裂带上。汶川地震震前巴颜喀拉块体相对四川盆地的东向运动速率比龙门山断裂带的运动速率高出近两倍,说明从巴颜喀拉块体中东部到四川盆地存在着明显的速度衰减。作为华南块体一部分的四川盆地非常稳定,速度的衰减主要发生在龙门山断裂带北西侧的巴颜喀拉块体东部,GPS资料与地震活动性揭示巴颜喀拉块体东部向     

1900年以来巴颜喀拉块体应力演化与周缘强震关系的数值模拟研究

以巴颜喀拉块体为研究对象,考虑区域地质构造差异,主要活动断裂带,活动块体和边界断裂带的划分结果,引入深部三维速度结构,建立能反映地表起伏和岩石圈分层结构的青藏高原地区三维黏弹性有限元模型.以地壳水平运动速率观测值和最大主压应力方向测量值为约束条件重建研究区现今构造背景应力场.在此基础上模拟了自1900年以来巴颜喀拉块体周缘的7级以上强震序列,从库仑破裂应力角度研究了应力演化与强震的关系、强震之间的相互作用关系以及长期构造加载对强震的影响.研究结果表明,巴颜喀拉块体周缘强震的发生可能与震源区总应力的增加有关.2008年汶川地震导致龙门山断裂带南段应力增加,表明汶川地震对2013年芦山地震有促进作用.鲜水河断裂带上的7级以上强震序列对发生在邻近龙门山断裂带上的2008年汶川地震和2013年芦山地震有延迟作用.     

巴颜喀拉块体东部活动块体的划分、形变特征及构造意义

基于活动块体的基本概念,综合对研究区内活动断裂带空间展布、地震活动性等资料的分析将巴颜喀拉块体东部及邻区划分为巴颜喀拉块体（I）、华南块体（Ⅱ）、川滇块体（Ⅲ）和西秦岭块体（IV）等4个一级块体.利用GPS形变场、地球物理场等资料结合F检验法,将巴颜喀拉块体划分为阿坝（I₁）、马尔康（I₂）和龙门山（I₃）3个次级块体,将西秦岭块体划分为岷县（IV₁）和礼县（IV₂） 2个次级块体.利用分布在各个块体内部的GPS测站,计算各活动块体及块体边界断裂带的运动变形特征.结果表明：各活动块体的整体运动包括平移和旋转运动;东昆仑断裂带、甘孜—玉树断裂带和鲜水河断裂带的滑动速率明显高于龙门山断裂带的滑动速率;巴颜喀拉块体东部走向北西或北西西的边界断裂表现出左旋拉张的特性;走向北东的边界断裂带,除成县—太白断裂带外,均表现出右旋走滑兼挤压的活动特征.巴颜喀拉块体的东向运动存在自西向东的速度衰减,衰减主要被龙日坝断裂带和岷江断裂带分解吸收,其中龙日坝断裂带的水平右旋分解非常明显,约为~4.8±1.6 mm/a,岷江断裂带的水平分解较弱.龙门山断裂带被马尔康、龙门山和岷县等次级块体分成南、中、北三段,龙门山断裂带中段上的主压应变率要明显小于龙门山断裂带南段上的应变率,其北西侧变形幅度从远离断裂带较大到靠近断裂带逐渐减小,表明其在震前已经积累了较高的应变能,有利于发生破裂滑动.汶川地震后,地表破裂带和余震分布揭示的断裂带运动性质自南西向北东由以逆冲运动为主,逐渐转为逆冲兼走滑的特征可能与龙门山断裂带中段所受主压应力方向自南西向北东的变化有关.马尔康、龙门山和岷县3个次级块体与华南块体之间较低的相对运动速度以及龙门山断裂带低应变率、强闭锁的特征都决定了汶川地震前龙门山断裂带低滑动速率的运动特征.     

4·20芦山7.0级地震预测思路及过程回顾

2013年"4.20"芦山7.0级地震前,四川跨断层形变资料在紧邻发震断裂的鲜水河、安宁河、则木河断裂带上出现了偏离正常背景的长、中、短期异常,长期异常以断层张性活动为主,中短期以趋势转折为主,短期则以鲜水河中北段压性活动为主,且据此做出了较准确的短期预测。文中将对该次地震的预测思路及过程进行回顾,展示长、中、短期预测依据及过程,为未来强震的短期预测总结经验。分析结果认为:1)跨断层短水准、短基线的突变加速异常对强震发生的时间有着较好的短期预测意义;2)综合利用跨断层前兆异常出现的时序特征、流动重力高梯度带及差异性变化进行分析,提取其异常交会部位,对强震的发生地点有着较好的预测效果;3)跨断层形变异常持续时间的统计对于强震发生的震级有一定的指示意义;从断层活动特性来看,"4.20"芦山地震前,巴颜喀拉块体向SE的运动速率可能大于川滇块体东边界,导致龙门山北段、鲜水河中北段、则木河断裂带断层挤压推拉活动加剧,龙门山南段、安宁河北段"闭锁",各个断层活动方式产生明显差异,但又相互牵制、相互调整,并在运动形式上相互转换,从而使高原与盆地过渡地带的脆性岩层产生破裂,发生强震。     

芦山地震前康定地温变化现象

近年来,中国大陆强震主要发生在巴颜喀拉地块周边,该地块成为近期中国大陆强震主体地区.在一些关键构造部位,开展地壳活动信息监测具有重要的实际意义.作者所在研究组专门研发了适于野外观测的无线地温遥测设备,在鲜水河断裂带建立了无线地温遥测台网.在2013年4月20日的芦山地震前后,观测到了一些值得关注的现象:从2013年1月31日开始,康定地温出现持续变化,并与台站周围小震活动存在良好的对应关系.根据温度与力之间的关系,基岩温度突变的内在本质是应力调整.从构造角度看,龙门山断裂带和鲜水河断裂带同属于巴颜喀拉地块的不同边界,康定测点与芦山地震之间存在关联性,上述温度变化可能与芦山地震有关.     

巴颜喀拉块体东-南边界强震序列库仑应力触发过程

计算和研究了1973—2014年发生在巴颜喀拉块体东-南边界断裂带上的、由9次M_S≥6.3地震组成的强震序列引起的库仑静应力变化图像,分析序列中先发地震破裂对后发地震的应力触发作用。结果表明:(1)1973—1976年在巴颜喀拉块体东边界的虎牙断裂带上发生的4次强震存在着显著的应力触发关系,同时改变了龙门山断裂带中南段及周围区域的应力状态,相继触发了汶川M_S8.0地震和芦山M_S7.0地震;(2)南边界鲜水河断裂带自1973年以来发生的3次强震同样存在应力触发关系,2014年康定M_S6.3地震是巴颜喀拉块体东、南边界强震活动导致的库仑应力变化共同触发的结果;(3)序列中9次地震共同产生的库仑应力变化图像显示:龙门山断裂带南段的汶川地震至芦山地震破裂段之间的空区,鲜水河断裂带南段的道孚地震至康定地震破裂段之间的空区以及鲜水河断裂带、安宁河断裂带、龙门山断裂带交汇的三岔口地区均在库仑应力增加区的覆盖范围之内,需要重点关注。     

汶川和芦山地震前后巴颜喀拉地块中东段红外亮温分析

基于MODIS卫星遥感红外数据,用小波方法提取并分析了汶川和芦山地震前后巴颜喀拉地块中东段红外亮温低频信息。结果显示,1在汶川8级地震前,巴颜喀拉地块中东段红外亮温升温异常多次出现(5次),震后近5年无升温异常出现,在芦山7级地震前2个月再次出现升温异常;2汶川地震前升温异常的高值区在空间上有逐渐往龙门山断裂带方向迁移的特点;3在全部6次升温异常中,只有2008年4~6月和2013年2月~4月19日2次临近地震的异常,巴颜喀拉地块中东段内部亮温出现大幅度均衡升温,这可能是该地区强震的临震信号。     

基于库仑应力变化分析巴颜喀拉地块东端的强震相互关系

本研究基于分层黏弹介质模型,考虑同震位错效应和震后黏滞松弛效应,分析巴颜喀拉地块东端1976年松潘地震序列、2008年汶川8.0级地震、2013年芦山7.0级地震和2017年九寨沟7.0级地震等多次大地震的可能存在的触发关系,计算大地震引起的周边各主要断裂的库仑应力变化.结果显示,1976年松潘地震序列各次地震间关系密切,存在明显的相继触发作用;综合考虑同震和震后效应,汶川8.0级地震对同属于龙门山断裂带的芦山7.0级地震有触发作用,且震后效应影响不可忽略;1976年地震序列,特别是1976年8月16日7.2级地震促进了2017年8月8日九寨沟7.0级地震的发生;汶川地震对九寨沟地震的影响研究中,采用不同的汶川地震同震位错模型,计算结果有差异.综合考虑多次大地震对周边断裂带的影响,龙门山断裂带南段、鲜水河断裂带中南段、平武—青川断裂北段、灌县—安县断裂北段、文县断裂的累积库仑应力增加显著,巴颜喀拉地块东端的东昆仑断裂带东段、迭部—白龙江断裂带西段以及金沙江断裂带库仑应力亦有所增加.综合考虑各重要断裂带已有的大地震危险性分析结果和库仑应力变化计算结果,龙门山断裂带南段、鲜水河断裂带中南段、东昆仑断裂带玛沁—玛曲段和金沙江断裂带的发震紧迫性有所增强,需引起关注.     

利用水准测量数据分析芦山M_S7.0地震前龙门山断裂带南段应变积累

利用2010年和2013年两期一等水准测量数据分析了龙门山断裂带南段芦山MS7.0地震前的应变积累。结果表明:(1)汶川地震的发生明显加速了该区域应变积累的过程,龙门山断裂带南段主要断层区域垂直形变速率为6~9 mm/a,表明汶川地震的发生加速了此次芦山地震的孕育过程;靠近鲜水河断裂带区域垂直形变速率为1~5 mm/a,低于汶川地震前的隆升速度。(2)芦山地震并未释放该区域长期积累的应变能,龙门山断裂带南段仍然具有发生破坏性地震的可能。     

川滇菱形块体东边界的历史地震破裂特征

正川滇菱形地块东边界由鲜水河、安宁河—则木河以及小江断裂带组成,其中,鲜水河断裂带是川滇菱形地块和巴颜喀拉地块的边界,而安宁河—则木河和小江断裂带是川滇菱形地块和稳定的华南地块的边界,由于川滇菱形地块向南南东运动的整体性和较快速,使得鲜水河、安宁河—则木河以及小江断裂带成为历史强震活动带。本文利用沿川滇菱形地块东边界的历史强震,研究6.7级以上地震沿边界带的历史地震破裂特征。结果显示:自1700年以     

1970年以来鲜水河断裂带地震活动特征与2014年康定M_S6.3地震

本文基于1970年以来的地震目录及四川地区4.0级以上地震的震源机制解资料,分析鲜水河断裂带分段(炉霍段、道符段、康定段、石棉段)的地震活动特征及研究区现代构造应力场,结合深部速度结构,探讨鲜水河断裂带上地震活动频度与龙门山断裂带地震活动的关系及康定地段6.3级地震的孕震环境。结果发现:(1)鲜水河断裂带北段和南段地震活动性存在差异,炉霍段和道孚段的地震活动频度1981年前要高于2000年后,康定段和石棉段的地震活动频度2000年以后高于1981年前;(2)分析地壳P波速度结构发现康定震区西侧川滇块体表现出低速异常,东侧表现出高速异常;(3)对构造应力场的分析结果表明龙门山断裂带主要以NW-SE向挤压为主,鲜水河断裂带构造应力场以NWW-SEE向为主。综合鲜水河断裂带应力场特征、深部速度结构、断层间的相互作用等信息推断,康定M6.3地震的发生与该地区应力积累及深部孕震环境相关,同时由于龙门山断裂带地震活动性影响,导致鲜水河断裂带康定段的能量释放。     

汶川、 芦山地震前后四川地区应力场时空演化

基于四川地区2000年1月~2014年6月M_L≥3.0地震震源机制解, 首先分析了四川地区各次级地块和不同断裂带的地震震源机制类型及整体应力场特征, 其次以汶川8.0级、 芦山7.0级地震为例, 研究两次强震发生前后四川各次级地块的主压应力时空演化特征。 获得的主要认识为: ① 四川各次级地块的地震震源机制比较紊乱, 反映了块体内部构造的复杂性, 而断裂带的地震震源机制则相对比较单一, 与其运动类型一致; ② 四川各次级地块及断裂带的整体应力方向比较一致, 优势方位呈现NW和NWW向, 倾角接近水平; ③ 汶川8.0级、 芦山7.0级地震发生前, 震中所在的龙门山断裂带中南段及川青地块的主压应力方位均出现过较好的一致性, 而在芦山地震后, 龙门山断裂带及川青、 川中地块的主压应力优势方位则转变为NE向。     

GPS观测揭示的芦山M_S7.0地震前龙门山断裂带南段变形演化特征

横跨龙门山断裂带南段的连续GPS测网记录到了2013年4月20日芦山MS7.0地震孕育过程相关的地壳变形信息,为研究此次地震前孕震区地壳变形动态演化过程提供重要的基础资料.研究表明,汶川地震的发生导致茂县-汶川断裂南段及以东地区挤压应变和左旋剪切应变加载.GPS跨单条断裂的基线平均缩短速率约为1~2 mm/a,跨越整个断裂带的基线平均缩短速率约为8~10 mm/a,且均表现出随芦山地震临近年均缩短速率逐渐减小的特征;多站组合的应变参数时序结果显示,龙门山断裂带南段主压应变率自西向东逐渐减小,主压应变方向为N30°~45°W近似垂直于断裂带;北川-映秀断裂以东地区以挤压变形为主兼有明显的左旋剪切变形,且面应变和第一剪应变随着芦山地震的临近应变率逐渐减小;北川-映秀断裂以西则表现为在时间进程上逐渐增强的右旋剪切变形.区域GPS变形场结果显示汶川震后龙门山断裂带南段挤压应变积累速率显著大于震前,且茂县-汶川断裂以东地区表现出左旋剪切应变积累特征.综合分析认为,汶川地震后巴颜喀拉块体东向运动加速,运动速度自西向东递减,致使在汶川地震中未破裂的龙门山断裂带南段的挤压应变积累水平进一步增强.     

芦山M_S7.0地震后鲜水河断裂带南东段活动特征

在大地震沿鲜水河断裂带向ES迁移和鲜水河断裂带SE段较长时间未发生强震的背景下,本文收集了2013年芦山MS7.0地震前后(2010—2014年)鲜水河断裂带SE段3个跨断层短基线测点数据,分析了芦山地震前后该段近场断裂活动。研究结果表明:1)芦山地震前后,鲜水河断裂带在SE段断层的走滑方式存在左旋和右旋相互交替现象。2)芦山地震后该段近场滑动速率小于1mm/a,与震前较长时间的测量结果相比无明显变化,说明SE段已经进入震间锁闭阶段,应变持续积累,芦山地震并未对该区域断裂活动产生明显影响。根据断层运动随时间变化的模型,认为鲜水河断裂带SE段距离该段上次大地震时间长于EW段距离上次大地震的时间是2段滑动速率不同的原因之一。     

芦山MS7.0地震前远、 近场形变 时空演化特征研究

应用芦山M_S7.0地震震中附近跨断层及连续形变观测资料, 分析了芦山地震前不同阶段地形变变化的特点, 讨论了震中附近区域异常时空演化过程. 结果表明: ① 自2013年1月起, 沿鲜水河断裂带一些跨断层基线观测到显著的加速转折变化, 沿安宁河、 则木河断裂带个别场地的跨断层水准基线, 2010年以来出现的巨幅异常等是突出的场兆变化; 沿龙门山断裂带一些水准观测在汶川M_S8.0地震后持续的调整变化具有近震源区变形特征. ② 鲜水河、 龙门山和安宁河3条主要断裂围成的三叉口地区, 地倾斜、 应变、 重力及断层水准和蠕变观测临震前均未有显著的异常变化, GPS水平、 垂直位移年速率最小, 该地区是形变变化或形变异常分布的“空区”. ③ 在对近场与远场多种连续形变数据通过傅里叶变换提取年周期成分后发现, 临震前2—3年近震源区域的地倾斜、 重力年变化幅度不是增大, 而是减小. 芦山M_S7.0地震前观测到的形变前兆现象特征与汶川M_S8.0地震等震前的前兆现象较为接近. 因此, 芦山地震前近震源区及外围形变异常分布特征不是个别的现象.      

龙门山断裂带多参数深部结构成像与地震成因研究

通过反演大量的纵、横波地震数据,获得了沿龙门山断裂带及周边区域的深部三维精细结构,结合前人二维大地电磁探测研究成果,提出龙门山断裂带地壳形变与深部速度结构和导电率不均匀性有关,探讨了2008年汶川和2013年芦山地震的诱发和产生与流体侵入及地壳形变的密切关系.本研究发现,2008年汶川地震发生在高速度、高泊松比和低电导率的区域,2013年芦山地震则位于高速度、低泊松比和低电导率的发震层.在上地壳中,四川前陆盆地的低速、低泊松比和低阻异常与松潘一甘孜地块的高速、高泊松比和高阻异常形成了鲜明的对比.在龙门山断裂带下方的两个低速和低阻块体,将龙门山断裂带分成南、中和北三段.我们的研究认为,这两个异常体与来自松潘甘孜地块的下地壳和(或)上地幔的局部熔融或流体侵入到龙门山断裂带的脆弱区有关.基于对汶川和芦山地震的余震分布特征及震源区的地震波速度、泊松比及电阻率参数分析,揭示了龙门山断裂带深部剧烈的地壳形变与流体应力积累对2008年汶川和2013年芦山地震的触发及其地震破裂过程具有重要的控制作用.