基于GPS数据的海原-六盘山断裂带滑动速率亏损时空分布

利用青藏高原东北缘及周缘地区1999—2007年和2009—2014年2个时段的GPS水平运动速度场做约束,反演获取了海原-六盘山断裂带的闭锁程度和滑动速率亏损的时空分布演化。结果表明,海原断裂带以左旋走滑亏损为主,六盘山断裂北段以逆冲倾滑速率亏损为主,南段则以正向倾滑为主。其中,毛毛山断裂和老虎断裂西段在2个时段的闭锁深度都达到25km,最大左旋滑动亏损为6mm/a。老虎山东段和海原断裂(狭义)闭锁程度低,主要处于蠕滑状态。六盘山断裂2个时段的闭锁深度可达35km,最大逆冲滑动速率亏损为2mm/a。汶川地震后,六盘山断裂上逆冲滑动速率亏损高值区由中段迁移至北段且范围减小,南段则变成正倾滑速率亏损。毛毛山、老虎山西段和六盘山断裂的地震危险性要明显高于海原-六盘山断裂带其他断层段。     

基于GNSS的青藏高原东北缘地壳运动场及强震趋势研究

利用“中国大陆构造环境监测网络”GNSS数据研究1998—2018年青藏高原东北缘排除同震影响等干扰后的速度场、主应变率场、最大剪切应变率场、面应变场等的变化,活动断裂滑动速率变化、跨活动断裂基线变化等。将研究区域内的二级块体再分区,获得各次级块体内部的应变率变化;获取研究区域地壳运动场的趋势性、动态特征。研究结果显示,阿尔金断裂带中东段、祁连块体和柴达木块体交界、巴颜喀拉块体与羌塘块体交界、祁连块体南边界中段、海原—六盘山断裂带和西秦岭北缘断裂带西段的逆冲运动,祁连块体北边界西段、庄浪河断裂的左旋走滑运动,祁连块体北边界东段、西秦岭北缘断裂带东段的左旋逆走滑运动,都属于造成一定程度地壳变形的持续性局部应变增强活动。阿尔金断裂带东段、东昆仑断裂带中西段、祁连块体北边界、庄浪河断裂北段、海原断裂南段、六盘山断裂北段、西秦岭北缘断裂带东段可能存在闭锁,未来十年可能发生M_S6.0以上地震。     

基于GPS观测的六盘山断裂震间闭锁特征研究

综合利用1999—2013年中国大陆构造环境监测网络GPS速度场与跨六盘山断裂布设的10个GPS连续站观测剖面, 基于块体-位错模型, 研究了六盘山断裂震间闭锁性质与滑动亏损的空间分布。 结果显示, 六盘山断裂震间闭锁具有明显的分段特征, 其中断裂南段的闭锁程度最强, 滑动亏损速率的平均值最大, 地震危险性最高; 断裂北段闭锁程度弱于南段, 但断层浅部的滑动亏损速率平均值最大, 应变积累速度快, 也具有一定的发震能力; 中段闭锁程度最弱, 滑动亏损速率最小, 发震可能性小于南段和北段。     

青藏高原东北缘主要断裂带的库仑应力演化及其强震危险性

自1920年海原发生M8.5地震以来,青藏高原东北缘接连发生了1927年古浪M8.0地震、1932年昌马M7.6地震等一系列大地震,使其进入了强震活动的丛集期。为了探究青藏高原东北缘这一系列地震间的相互作用及区域地震危险性,建立青藏高原东北缘的三维Maxwell黏弹性有限元模型,模拟了区域自1920年以来17次M6.7以上地震的同震及震后库仑应力演化。结果显示：研究区自1920年海原M8.5大地震之后,后续的16次地震中,有13次地震发生在库仑应力变化为正的区域,说明了地震间的相互作用可能是导致区域地震丛集的主要原因之一。系列地震发生后,阿尔金断裂、柴达木盆地断裂西段、东昆仑断裂中段、鄂拉山断裂北段、共和盆地断裂南段、日月山断裂南段、庄浪河断裂、礼县—罗家堡断裂、成县盆地断裂西段、文县断裂西段、龙首山断裂南段、六盘山断裂东段、西秦岭北缘断裂东段、海原断裂西段和祁连断裂东段位于库仑应力变化为正的区域,且大部分断裂或断裂段的累积库仑应力变化超过了0.01 MPa,它们未来的地震危险性较高。     

陇西块体周边断层闭锁程度与滑动亏损特征研究

基于1999~2007年、2009~2013年两期中国大陆GPS水平速度场数据,使用DEFNODE负位错程序反演计算了汶川地震前后陇西块体周边断层——海原—祁连山断裂、六盘山断裂、庄浪河断裂和西秦岭北缘断裂的断层闭锁程度与滑动亏损动态空间分布,并讨论了汶川地震对块体周边断裂的影响和可能存在的强震危险段。结果表明,汶川地震后西秦岭北缘断裂中西段闭锁程度有所减弱、中东段闭锁程度有所增强,地震可能对其有一定影响;在汶川地震前后,其它断裂的断层闭锁程度没有发生明显改变,地震可能对其影响较弱。目前冷龙岭断裂、金强河断裂、庄浪河断裂、六盘山断裂、西秦岭北缘断裂中西段部分区域的闭锁程度较强,闭锁深度约为20~25 km,结合地质尺度的断层地震空区等结果,分析认为上述断裂可能为地震危险段。汶川地震前后陇西块体周边平行断层滑动亏损速率中,除庄浪河断裂为右旋滑动亏损以外,其它断裂均为左旋滑动亏损;陇西块体周边垂直断层滑动亏损速率则均为挤压。     

青藏高原东北缘活动断裂剪切模量及应力状态数值模拟

作为控制断层两盘相对运动的重要因素,断裂带介质力学性能与断层面上的滑动速率及应力状态、区域地壳运动速度场等密切相关.受印度板块北东向推挤以及阿拉善地块和鄂尔多斯地块的阻挡作用,青藏高原东北缘构造变形复杂.本文在综合区域动力学环境、活动断裂空间展布以及下地壳黏滞性结构的基础上构建了青藏高原东北缘三维有限元动力学模型;以GPS速度场为约束模拟研究了断层剪切力学性能对区域地壳运动速度场图像的控制作用,进而在最优模型基础上分析了当前青藏高原东北缘不同断裂的应力状态.结果显示：阿尔金断裂东段和广义海原断裂对区域地壳运动速度场控制作用强烈,但二者剪切力学性能相反,阿尔金断裂东段断层剪切模量与周边地壳介质相当,而广义海原断裂断层剪切模量可低至周边地壳介质剪切模量的1/10000;六盘山断裂和西秦岭北缘断裂对区域地壳运动速度场的控制作用较弱,模拟结果显示二者均具有较强的剪切力学性能.基于最佳模型的应力状态分析指出：阿尔金断裂东段,广义海原断裂西段的木里—江仓断裂、中段的金强河—毛毛山—老虎山断裂、东段的六盘山断裂,以及西秦岭北缘断裂中西段当前应力率水平较高,且与前人给出的青藏高原东北缘高闭锁区域吻合.动力学上的高应力率与运动学上的强闭锁良好吻合,预示着这些断裂是地震危险分析值得关注的区域.     

西秦岭北缘断裂和海原断裂的走滑转换变形及其与陇山地块的相…

根据对调查资料，航卫片判译和已有文献的综合分析，研究了西秦岭北缘断裂东段和海原断裂南段的走滑转换，变形及其与陇山地块的相互作用。ＸＱＬＦ以几何学结构复杂和多期活动为特征，主带各段呈左阶斜列。ＨＹＦ南段的陇县－宝鸡断裂由４条断层组成７０ｋｍ的宽带，中更新世以来表现为左旋增滑运动。     

丽江—小金河断裂带现今闭锁程度与地震危险性分析

基于2009—2015年中国大陆GPS水平速度场数据,采用DEFNODE负位错反演程序计算了丽江—小金河断裂带的断层闭锁程度和滑动亏损速率特征,并结合小震精定位结果分析了该断裂带的强震危险性。结果表明,GPS水平观测值与模型值的拟合结果较好,小震分布与闭锁程度结果存在一定的相关性,丽江—小金河断裂的南段—中段南部(丽江—宁蒗)除最南端外基本完全闭锁,断层的滑动亏损速率也相对较大,该段落具有发生较大地震的潜在危险性;而中段中北部—北段闭锁程度要弱得多,尤其在断裂带的北段,闭锁程度很弱,除了南部有部分闭锁,其余地方无强闭锁状态,且在5 km左右深度处断裂基本由闭锁状态转化为蠕滑状态特征,断层的滑动亏损速率也相应很小,该段发生较大地震的可能性较小。     

汶川地震前龙门山断裂带闭锁程度和滑动亏损分布研究

利用1999—2007期GPS水平速度场数据,采用Defnode负位错反演程序估算了龙门山断裂在汶川地震前的闭锁程度和滑动亏损分布,结合龙门山断裂带附近地表水平应变率场结果,综合分析了震前地壳变形特征.反演结果表明,震前龙门山断裂中北段处于完全闭锁状态,闭锁深度达到21 km(闭锁比例0.99)左右,垂直断层方向的挤压滑动亏损速率约为2.2 mm/a,平行断层方向的右旋滑动亏损速率约为4.6 mm/a.龙门山断裂南段只有地表以下12 km闭锁程度较高(闭锁比例0.99),垂直断层方向滑动亏损速率约为1.4 mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为4.6 mm/a;在12~16 km处闭锁比例约为0.83,垂直断层方向滑动亏损速率约为1.2 mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为3.8 mm/a;在16~21 km处闭锁比例约为0.75,垂直断层方向滑动亏损速率约为1.1 mm/a,平行断层方向滑动亏损速率约为3.5 mm/a.在21~24 km处整条断裂均逐步转变为蠕滑.上述反演结果与区域应变计算获得的龙门山断裂带中北段整体应变积累速率较低、南段应变积累速率较高相一致,均表明中北段闭锁程度高、南段闭锁程度稍低,该特征可以较好地解释汶川地震时从震中向北东向单向破裂现象.     

南北地震带北段近期强震趋势研究

2008年5月12日汶川8.0级地震后,南北地震带可能进入新一轮的强震活跃期.从汶川8.0级地震以来ML≥5.0地震活动空间分布特征来看,近期南北地震带北段与中、南段存在较大差异.由南北地震带强震前孕震区中强地震活动特征,并结合当前5级地震活动情况,认为应同时关注南北地震带中、南段和北段的强震危险性.甘东南地区出现的4级地震空区被2011年2月23日迭部-岷县交界ML4.4地震打破后,2011年11月1日空区周边又发生了青川Ms5.4地震,表明该空区及周边地区的地震活动增强.类比1990年共和7.0级地震前的空区演化过程,认为甘东南地区存在发生7级地震的可能.结合对甘东南地区主要大型断裂7级地震复发周期的综合分析认为,需关注南北带北段毛毛山断裂和金强河断裂、香山-天景山断裂东段、黄河断裂灵武段、西秦岭北缘断裂、六盘山-宝鸡断裂和东昆仑断裂东段玛沁-玛曲段发生7级地震的可能.     

川滇菱形块体东边界断层闭锁程度与滑动亏损动态特征研究

利用1999—2007期和2009—2013期中国大陆GPS速度场数据,采用DEFNODE负位错反演程序估算了川滇菱形块体东边界——鲜水河—安宁河—则木河—小江断裂带在汶川地震前后的断层闭锁程度和滑动亏损空间分布动态变化特征,讨论了汶川地震对该断裂系统的影响范围和程度,并结合b值空间分布和地震破裂时-空结果分析了断裂系统的强震危险段.结果表明,汶川地震前鲜水河断裂最南端为完全闭锁(闭锁深度25km),中南段地表以下10~15km深度为强闭锁状态,中北段基本处于蠕滑状态;安宁河断裂最南端闭锁很弱,其余位置闭锁深度为10~15km;则木河断裂除最南端闭锁较弱以外,其余位置基本为完全闭锁;小江断裂在巧家以南、东川以南、宜良附近、华宁以北等四处位置闭锁较弱,其余位置为强闭锁.10年尺度的GPS速度场反演所得断层闭锁程度所指示的强震危险段,主要为鲜水河断裂道孚—八美段、安宁河断裂中段、则木河断裂中北段、小江断裂北段东川附近、小江断裂南段华宁—建水段,该结果与地质尺度的断层地震空区和30年尺度的b值空间分布所指示的危险段落具有一致性.汶川地震后断裂带远、近场速度分布和块体运动状态发生变化,这种区域地壳运动调整使得负位错模型反演得到的断裂带闭锁情况发生一定变化.汶川地震前后川滇菱形块体东边界平行断层滑动亏损速率均为左旋走滑亏损,且在安宁河断裂北端、则木河断裂中北段滑动亏损速率最大;除鲜水河断裂中南段与最南端和小江断裂东川附近以外,其余断裂震后滑动亏损速率均有所增加.垂直断层滑动亏损速率既有拉张亏损也有挤压亏损,且鲜水河断裂最南端由震前挤压转变为震后拉张,其余断裂除了安宁河断裂和小江断裂中段与最北端存在挤压滑动亏损速率外均为拉张速率.     

SPATIAL AND TEMPORAL DISTRIBUTION OF SLIP RATE DEFICIT ACROSS HAIYUAN-LIUPAN SHAN FAULT ZONE CONSTRAINED BY GPS DATA

As the northeast boundary of the Tibetan plateau, the Haiyuan-Liupan Shan fault zone has separated the intensely tectonic deformed Tibetan plateau from the stable blocks of Ordos and Alxa since Cenozoic era. It is an active fault with high seismic risk in the west of mainland China. Using geology and geodetic techniques, previous studies have obtained the long-term slip rate across the Haiyuan-Liupan Shan fault zone. However, the detailed locking result and slip rate deficit across this fault zone are scarce. After the 2008 Wenchuan M_S8.0 earthquake, the tectonic stress field of Longmen Shan Fault and its vicinity was changed, which suggests that the crustal movement and potential seismic risk of Haiyuan-Liupan Shan fault zone should be investigated necessarily. Utilizing GPS horizontal velocities observed before and after Wenchuan earthquake(1999~2007 and 2009~2014), the spatial and temporal distributions of locking and slip rate deficit across the Haiyuan-Liupan Shan fault zone are inferred. In our model, we assume that the crustal deformation is caused by block rotation, horizontal strain rate within block and locking on block-bounding faults. The inversion results suggest that the Haiyuan fault zone has a left-lateral strike-slip rate deficit, the northern section of Liupan Shan has a thrust dip-slip rate deficit, while the southern section has a normal dip-slip rate deficit. The locking depths of Maomao Shan and west section of Laohu Shan are 25km during two periods, and the maximum left-lateral slip rate deficit is 6mm/a. The locking depths of east section of Laohu Shan and Haiyuan segment are shallow, and creep slip dominates them presently, which indicates that these sections are in the postseismic relaxation process of the 1920 Haiyuan earthquake. The Liupan Shan Fault has a locking depth of 35km with a maximum dip-slip rate deficit of 2mm/a. After the Wenchuan earthquake, the high slip rate deficit across Liupan Shan Fault migrated from its middle to northern section, and the range decreased, while its southern section had a normal-slip rate deficit. Our results show that the Maomao Shan Fault and west section of Laohu Shan Fault could accumulate strain rapidly and these sections are within the Tianzhu seismic gap. Although the Liupan Shan Fault accumulates strain slowly, a long time has been passed since last large earthquake, and it has accumulated high strain energy possibly. Therefore, the potential seismic risks of these segments are significantly high compared to other segments along the Haiyuan-Liupan Shan fault zone.     

DEFORMATION CHARACTERISTICS AND KINEMATIC PARAMETERS INVERSION OF HAIYUAN FAULT ZONE BASED ON TIME SERIES INSAR

Located at the bend of the northeastern margin of Qinghai-Tibet Plateau, the Haiyuan fault zone is a boundary fault of the stable Alashan block, the stable Ordos block and the active Tibet block, and is the most significant fault zone for the tectonic deformation and strong earthquake activity. In 1920, a M8.5 earthquake occurred in the eastern segment of the fault, causing a surface rupture zone of about 240km. After that, the segment has been in a state of calmness in seismic activity, and no destructive earthquakes of magnitude 6 or above have occurred. Determining the current activity of the Haiyuan fault zone is very important and necessary for the analysis and assessment of its future seismic hazard. To study activity of the Haiyuan fault zone, the degree of fault coupling and the future seismic hazard, domestic and foreign scholars have carried out a lot of research using geology methods and GPS geodetic techniques, but these methods have certain limitations. The geology method is a traditional classical method of fault activity research, but dislocation measurement can only be performed on a local good fault outcrop. There are a limited number of field measurement points and the observation results are not equally limited depending on the sampling location and sampling method. The distribution of GPS stations is sparse, especially in the near-fault area, there is almost no GPS data. Therefore, the spatial resolution of the deformation field features obtained by GPS is low, and there are certain limitations in the kinematic parameter inversion using this method. In this study, we obtain the average InSAR line-of-sight deformation field from the Maomaoshan section to the mid-1920s earthquake rupture segment of the Haiyuan earthquake in the period from 2003 to 2010 based on the PSInSAR technique. The results show that there are obvious differences between the slip rates of the two walls of the fault in the north and the south, which are consistent with the motion characteristics of left-lateral strike-slip in the Haiyuan fault zone. Through the analysis of the high-density cross-fault deformation rate profile of the Laohushan segment, it is determined that the creep length is about 19km. Based on the two-dimensional arctangent model, the fault depth and deep slip rate of different locations in the Haiyuan fault zone are obtained. The results show that the slip rate and the locking depth of the LHS segment change significantly from west to east, and the slip rate decreases from west to east, decreasing from 7.6mm/a in the west to 4.5mm/a in the easternmost. The western part of the LHS segment and the middle part are in a locked state. The western part has a locking depth of 4.2~4.4km, and the middle part has a deeper locking depth of 6.9km, while the eastern part is less than 1km, that is, the shallow surface is creeping, and the creep rate is 4.5~4.8mm/a. On the whole, the 1920 earthquake's rupture segment of the Haiyuan fault zone is in a locked state, and both the slip rate and the locking depth are gradually increased from west to east. The slip rate is increased from 3.2mm/a in the western segment to 5.4mm/a in the eastern segment, and the locking depth is increased from 4.8km in the western segment to 7.5km in the eastern segment. The results of this study refine the understanding of the slip rate and the locking depth of the different segments of the Haiyuan fault zone, and provide reference information for the investigation of the strain accumulation state and regional seismic hazard assessment of different sections of the fault zone.     

芦山地震前龙门山断裂带闭锁程度 与变形动态特征研究

利用1999-2007和2009-2011年中国大陆GPS水平速度场数据, 采用DEFNODE(反演计算弹性岩石圈块体旋转、 应变和块体边界断层闭锁或同震滑动的Fortran程序)负位错反演程序估算了芦山地震前龙门山断裂带的三维闭锁程度, 并结合剖面结果分析了断层深浅部变形特征. GPS反演结果表明, 1999-2007年, 龙门山断裂中北段(闭锁比例为0.99)处于强闭锁(本文将闭锁比例大于0.97的称为强闭锁)状态; 龙门山断裂南段地表以下深度16 km内为强闭锁, 深度16-21 km处闭锁比例降低为0.62, 深度21-24 km处整条断裂逐渐转变为蠕滑状态. 2009-2011年, 即汶川地震后, 龙门山断裂中北段处于震后蠕滑状态; 龙门山断裂南段深度16-21 km处闭锁比例降低为0.45, 其它位置闭锁程度保持不变. GPS剖面结果显示, 2009-2011年, 即汶川地震后, 龙门山断裂中北段为逆冲兼右旋走滑运动; 而南段断层不能自由滑动、 变形宽度较大. 综合分析认为, 汶川地震时, 龙门山断裂南段并没有发生破裂, 一直处于较强的闭锁状态, 汶川地震的发生又加速了芦山地震的孕育进程; 由于龙门山断裂带南段的闭锁深度较中北段浅, 因此芦山地震较汶川地震强度低、 震级小、 破裂范围窄.      

海原、六盘山断裂带至银川断陷第四纪构造应力场分析

利用断层滑动资料反演构造应力张量从而确定出海原、六盘山断裂带至银川断陷的第四纪两期构造应力场 :早更新世末期以前 ,为北东—南西挤压型构造应力场 ,由此造成该地区断裂活动主要以逆断为主 ;早更新世末期至中更新世以后 ,构造应力场发生了调整 ,主压应力方向由早期的北东—南西改变为北东东—南西西 ,应力结构由挤压型转变为走滑型 ,并导致断裂活动由早期的逆断为主变为走滑为主 ,这种应力场格局一直持续至今。研究区现代构造应力场可划分为 :海原断裂带走滑应力区、六盘山逆断 -走滑混合应力区和银川断陷拉张应力区     

海原断裂带老虎山段晚第四纪滑动速率精确厘定与讨论

如何准确测定断裂滑动速率是近年来活动构造研究的前沿与热点.随着高精度地形数据获取手段与第四纪测年方法的不断进步,位错量和地貌面年龄的精度均得到大大提高.在进行滑动速率计算时还要考虑地质过程是否合理,蒙特卡洛方法为获取更加符合地质过程的滑动速率提供了重要工具.本文以滑动速率研究程度较低的海原断裂带老虎山段为例,基于LiDAR高精度地形数据,测得T1—T4阶地面年龄分别为1~3 ka,9~11 ka,15~17 ka,40~45 ka,陡坎前缘的位错分别为7~14 m,28~36 m,59~66 m,180~190 m.综合多地点的左旋走滑位错量及不同时代的地貌面年龄数据,并考虑滑动历史,利用蒙特卡洛模拟方法,将位错-时间两个参数的不确定性定量化,限定老虎山断裂45 ka以来平均滑动速率为4.3±0.16 mm·a^-1,17ka以来的平均滑动速率为4.0±0.15 mm·a^-1,与前人研究得到的狭义海原断裂滑动速率4.5±1.0 mm·a^-1基本一致.综合整个海原断裂带滑动速率,本文结果更支持低滑动速率变化趋势,即海原断裂带整体滑动速率趋于稳定,向东至六盘山断裂,滑动速率开始降低,推测海原断裂带的左旋走滑在尾端主要为马东山—六盘山隆起所吸收.结合老虎山断裂历史地震资料和深部锁闭浅部蠕滑的动力学特征,推测老虎山断裂具备与相邻断裂一起触发强震的能力.     

汶川8.0级地震的余震触发作用和对断层的应力加卸载作用

采用可变滑动震源模型,计算和研究了汶川M_S 8.0地震产生的应力变化及对后续6次强余震的应力触发作用,并定量分析了汶川地震对附近活动断裂带的库仑应力加卸载作用。结果显示:汶川地震产生的库仑破裂应力变化分布图案复杂性强,主要由发震断裂复杂的空间展布形态以及震源断层活动具有逆冲兼右旋走滑两种性质决定。汶川地震产生的库仑破裂应力变化对多数强余震存在一定的触发作用。汶川地震的发生对附近的断裂带有不同程度的影响,其中青川断裂中段和北段、岷江断裂南段和灌县-江油断裂南段,主要是以强烈的库仑破裂应力加载作用占主导地位,有利于强余震序列的孕育、加速以至于发生;东昆仑断裂带和鲜水河断裂带受到了轻微的应力加载作用;龙泉山断裂带、华莹山断裂带和西秦岭北缘断裂带主要受到了轻微的卸载作用。