2011年日本MW9.0地震对沂沭断裂带及其两侧地区地壳运动的同震影响研究

2011年日本M_W9.0地震（简称日本地震）后沂沭断裂带及其两侧地区地震活动显著增强,研究日本地震对该地区地壳运动及地震潜势的影响十分必要.为此,本文通过112个连续GPS观测站获取了研究区高空间分辨率的日本地震同震形变场并得到如下认识：（1）8个定点地球物理观测的同震响应验证了本文同震形变场的可靠性;日本地震的东向拉张使研究区整体上处于张性同震应变状态,但存在局部挤压区域,其中莱州湾至海州湾的挤压条带穿过沂沭断裂带并对断裂带南北两段产生了不同的同震作用,对南段具有拉张作用,对北段产生挤压作用;（2）同震形变场在鲁东隆起和鲁西断块产生了显著的剪应变,地震b值显示上述区域的构造应力在日本地震后增强,因此同震形变场可能改变了这些区域的应力特征;（3）地震矩张量叠加分析显示,同震形变场短期内对鲁西断块、鲁东隆起区和沂沭断裂带南段累积了地震矩,可能有助于上述区域在日本地震以后的地震活动增强;日本地震对沂沭断裂带北段的地震矩具有释放作用,或许是该区域地震活动减弱的原因.     

沂沭断裂带构造区光弹实验与地震危险区判定研究

在对沂沭断裂带的地质构造环境、断裂带分布特征进行详细分析的基础上,采用聚碳酸酯材料制成沂沭断裂带构造区域的地质模型,分别运用集中、2点和均布等加载方式,使用光弹实验方法模拟特定构造框架下应力、应变场的变化特征。通过对光弹实验数据的分析,在对比不同加载方式下应力积累区域和地震危险区的基础上判定沂沭断裂带构造区中的地震危险区域。     

沂沭断裂带及附近地区垂直形变特征分析

利用小波变换分析方法提取沂沭断裂带及其分支断裂跨断层流动短水准和长水准趋势变化成分, 计算分析不同断裂的垂直形变速率和受力状态, 结果表明: 沂沭断裂带及其北西向分支断裂近期垂直形变速率均较小, 没有明显的速率异常和受力状态改变; 同一断裂具有分段和分时活动特征, 断裂活动性质与地质考察结果基本一致; 大部分水准观测场地在1995年苍山5.2级、 2011年日本9.0级地震前后断裂垂直形变速率和受力方式发生了变化; 山东近几年出现的跨断层水准异常基本结束, 仅存的冯家坊子水准异常存在一定干扰, 沂沭断裂带及附近地区近期发生强震的形变背景尚不明显。     

沂沭断裂带地壳垂直形变的演化及其构造含义

本文使用多期精密水准资料，经采用统一的计算方法和起算标准处理后，分别对沂沭断裂带上的山东和苏鲁皖地区地壳垂直形变场及其演化特征进行了深入的分析，并结合地震地质背景、区域应力场、地震活动特征等研究了地震危险性问题。     

邵武-河源断裂带中段重磁、垂直形变场特征及其与地震的关系

综合利用流动重磁和流动跨断层短水准复测资料, 分析了邵武-河源断裂带中段重磁场和地壳形变场的时空强变化特征.结果表明:地磁场的变化与监测区的地震活动有较好的对应关系,在震源区附近会出现重力场变化的异常梯度带;断裂两盘垂直形变受区域断裂控制,其差异性变化有指示局部地区孕震活动的作用.     

沂沭断裂带重力场及地壳结构特征

沂沭断裂带为郯庐断裂带山东段,新构造运动显著,是华北地区的强震活动带之一。文中收集了该地区的布格重力数据,利用小波多尺度分析方法对重力场进行有效分离,研究区域地壳结构特征及断裂空间展布,并应用Parker变密度模型对区域莫霍面进行反演分析,得到以下几点结论:1)重力区域场显示,沂沭断裂带形成了NNE走向的大型重力梯度带,分隔了鲁西、鲁东地块,成为区域内重要的地球物理分界线。2)重力局部场显示,中上地壳结构复杂,沂沭带内部呈现两堑一垒的重力异常格局,5条主干断裂形成线性梯度带分布于东、西地堑内,鲁西块体的多条NW向活动断裂交切于沂沭断裂带,多数断裂只交切于西地堑,而蒙山山前断裂和苍尼断裂横穿沂沭断裂带;下地壳结构相对简单,发生明显的褶曲构造,表现出大规模高、低密度异常相间排列的典型特征。3)区域莫霍面形态东高西低,沂沭断裂带形成了莫霍面陡变带,造成了东西分异格局,潍坊东—莒县—临沂一线出现莫霍面上隆区,具有强震发生的深部孕震环境。4)区域内地震多发于高、低重力异常转化带之间,特别是活动断裂对应的重力梯度条带之上,地震的发生与断裂活动有着密切的关系,沂沭断裂带地震活动性最强,且东地堑强于西地堑。     

沂沭断裂带及其附近断裂的断层泥分形特征及其地震地质意义

利用岩石碎裂数目的分形理论，分析，计算了沂沭断裂带及其西侧北西向断裂的断层泥粒度成分的分维值，讨论了断层泥粒度成分分维的地震地质意义，研究结果表明，沂沭断裂带内的断裂活动的强度大于北西向断裂活动强度；Ｆ２是沂沭断裂带中活动最强的一条断裂，断层泥粒度成分分维值可作为表征断裂活动时代，破裂形式和断层泥形成斫代等的参量；分维值还与断层泥的母岩，厚度，粘土矿物含量和所处的断裂部位等相关。     

沂沭断裂带现代构造应力场和震源错动性质

本文系统地研究了沂沭断裂带小震震源机制解,推断了本区现代构造应力场取向及其分段差异性,以及震源断层面产状、错动性质。同时考察了沂沭带现今活动断裂的性状及构造形变特征,进而对断层错动方式、特征进行了分析。最后讨论了沂沭断裂带的受力模型及未来地震危险地段。     

沂沭断裂带重复地震识别及断裂深部活动速率的估算

利用山东及邻区数字地震台网2001- 2012 年的地震观测报告及波形资料分析了沂沭断裂带及周缘地区的地震活动并利用识别出的重复地震估算了断层深部滑动速率。重新定位后的地震图像清晰展示了沂沭断裂带南北两段及东西两侧地震活动的显著差异,在研究时段内,60%以上的地震发生在沂沭带东侧的两条断裂上,震源深度分布与研究区的深部构造吻合。根据波形意义上相似地震(cc≥0.8)的定义,识别出了沂沭断裂带及其周缘相似地震共50例,组成相似地震对和多重相似地震对共19组,相似地震对的复发间隔较为随机,从数小时到数百天不等。通过对相似地震对震源位置- -致性的强约束后,基于1组重复地震估算出安丘-莒县断裂在地表以下5.9km处的滑动速率估计值为2.19mm/a,与GPS和地质等浅表观测的滑动速率值基本一致。     

沂沭断理解带（山东段）断层系统分维几何学特征

地表的断裂分布具有复杂的几何结构，分形几何学是定量研究断裂复杂性和破碎性的一种数学方法，本文应用分维几何学的方法，在比例尺为1：50万的山东省构造体系图上，对沂沭断裂带（山东段）（以下简称沂沭带）断层系统进行了分段解析、计算，并得到了各段的分维值。沂沭带全带断层的分维值为1.34，南段分维值为1.29，北段分维值为1.41，结果表明，分维可以表征断层的不均匀性、不规则性和复杂性等。与沂沭带地震活动南高北低情况对比认为，断层系统分维低的地区地震活动性可能较高。     

垂直摆倾斜仪地震效应与倾斜场模拟

在整理垂直摆地震响应的基础上,采用USGS提供的有限断层模型和速度结构模型,运用德国地学研究中心（GFZ）王荣江研究员开发的（PSGRN/PSCMP）计算程序,分析日本M_W 9.0地震和中俄交界M_S 6.6地震倾斜场变化,并与垂直摆记录数据进行对比。通过整理现有地质资料和断层数据,模拟依舒断裂带北段鹤岗周边发生M_S 6.0地震时,该地区同震及震后倾斜场的变化,以了解不同震源性质的地震产生的地倾斜变化及对鹤岗地区产生的影响。     

日本MW9.0地震后沂沭断裂带两侧块体相对运动及对地震活动的影响

基于连续GPS数据,利用滑动块体模型研究了日本M_W9.0地震前后沂沭断裂带两侧块体连续的相对运动状态,并研究其对区域地震活动的影响,结果表明日本地震以来：1）两侧块体呈右旋走滑兼挤压状态,平均走滑、挤压速率分别为0.9±0.1 mm·a^-1和-0.7±0.1 mm·a^-1,相比日本地震之前,运动过程更具起伏特征,可能与日本地震前后俯冲带两侧板块间相互运动状态的改变有关;2）沂沭断裂带两侧地区地震活动频次N、总释放能量折算震级M、地震活动度S值、地震b值与两侧块体相对运动的相关系数分别为0.66、0.69、0.74、-0.6,T检验显示相关性显著.在研究区地震能量集中释放阶段两侧块体相对运动方向和研究区主压应力方向一致,相对运动速率和地震活动强度变化具有同步特征,两侧块体相对运动对区域地震活动具有控制作用;3）莱州序列和乳山震群的发生可能与两侧块体相对运动促进的局部区域应力调整有关.     

THE RELATIONSHIP BETWEEN REGIONAL SEISMIC ENERGY RELEASE AND RELATIVE MOTION BETWEEN BLOCKS ON BOTH SIDES OF YISHU FAULT ZONE

Following the 11 March 2011 Japan M_W9.0 earthquake, frequent moderate and small events occurred on the Yishu fault zone and its either side. Using continuous GPS data and a sliding block model, this work studies the relationship between the energy release of these shocks and the block relative motion of either side of the Yishu fault zone. The results show that(1)the equivalent magnitude M from released energy and the two blocks' relative motion are well correlated when earthquakes are selected in a retrieval circle(whose center is the midpoint of the Yishu fault zone)with a radius of 250~500km and using a sliding time window of 3~10 months. The best correlation coefficient between M and the two blocks' relative motion is 0.74 and the T test shows a significant linear correlation between them.(2)Spatial distribution of the correlation coefficients shows that the relative motion of the blocks on both sides affects the energy release in the area from the north part of Yishu fault zone to the Jiaodong Peninsula area and southwest Shandong-Henan border area obviously.(3)Since June 2014, the relative motion of the two blocks on both sides of the Yishu fault zone presents a wave of change, which may be an expression of the accumulation of seismic strain energy in the Yishu fault zone and its two sides. The linear relationship between the equivalent magnitude M from released energy and two blocks' relative motion V can be fitted by linear equation M=0.51*V+3.9, showing that strain energy accumulation could be released by the moderate and small earthquakes in a timely manner, which may favorable to delay the seismic risk in the study area. It also shows, on the other hand, that earthquake energy was not released so completely in the study area since the end of 2015 to 2016, which is likely associated with the Changdao earthquake swarm in 2017.     

山东及附近区域地震断层错动性质与地壳应力场特征

利用P、SH、SV波的初动及振幅比获得2001年4月至2012年8月山东及附近区域132次地震震源机制解,对该区域地震断层的错动性质及地壳应力场特征进行分析.结果表明,山东及附近区域地震断层错动的基本方向为北东向和北西向,错动方式以走向滑动为主,部分为斜向滑动.分区研究表明：聊考断裂带附近区域所受挤压作用相对较强,逆断型地震破裂较多;胶东半岛及北侧海域所受拉张作用略占优势,逆断型地震破裂较少;沂沭断裂带南部附近区域逆断型与正断型的地震破裂所占比例差别不大.     

基于遥感和重力多源数据研究沂沭断裂带南段及周边断裂的交切关系

以沂沭断裂带南段(沂水县—郯城县)及周边地区为研究对象,收集该地区的遥感影像、数字高程模型和布格重力数据,研究区域构造地貌和地壳深部构造特征,进一步对沂沭断裂带南段与周边断裂的交切关系予以分析.研究结果显示:在遥感影像中,蒙山山前断裂和苍尼断裂的构造地貌特征明显,断裂沿线发育水系转弯、河流错断、断层陡坎、断层崖、断层三角面等地貌现象,反映了两断裂正断兼左旋走滑的活动性质,其中蒙山山前断裂向东延伸至莒南县附近,苍尼断裂向东延至郯城一带,两条断裂在地貌上均截切了沂沭断裂带;在重力细节场中,两断裂形成了不同尺度上的重力梯度带,切割至下地壳深度,在地壳浅层至深层均交切于沂沭断裂带,且交切处出现扭曲、断折、串珠状等重力异常现象,证实其在地壳深部切穿沂沭断裂带.因此,两条断裂的遥感和重力场解译结果具有明显的一致性,在地貌及深部均截切沂沭断裂带南段,使其出现分段性特征.此外,在临沭县附近发现了一条新断裂,即相庄—沙岭断裂,该断裂在地貌上呈北高南低,沿线水系发生左旋同步转弯,且在1—3阶重力细节场中形成线性梯度条带,故推测该断裂下切至中地壳深度,在临沭县附近截切沂沭断裂带交切于东地堑,并未延伸至西地堑.      

STUDY ON THE ELECTRICAL STRUCTURE OF THE ANQIU AND JUXIAN ELECTROMAGNETIC STATIONS IN THE TANLU FAULT ZONE

The Yishu fault zone is one of the branch faults of the Tanlu fault zone in its central part. Moderate and strong earthquakes occurred in the Yishu fault zone repeatedly. Due to its complex structure, the Yishu fault zone attracts much attention from earthquake researches. The Anqiu and Juxian electromagnetic stations in Shandong Province locate near the Anqiu-Juxian Fault and Changyi-Dadian Fault, which are branches of the Yishu fault zone, respectively. Geoelectric field and geomagnetic field observation were carried out in these two stations. The Wudi electromagnetic station is in the west of Tanlu fault zone in the Jidong-Bohai block and 230km from Anqiu electromagnetic station. This paper firstly describes the crustal structure near the electromagnetic stations by using magnetotelluric(MT)method. By processing the data carefully, we obtain the MT data in good quality near the stations. The MT data of each electromagnetic station and its nearby area suggests that the electrical structure and geological structure of the station are comparable. This paper applied 1-D and 2-D inversion for MT data and obtained the crustal electrical structure model beneath the Anqiu and Juxian seismic station. The shallow electrical structure from the MT method was compared with the results of symmetrical quadrupole electrical sounding. The model suggests that the electrical structure beneath the Anqiu and Juxian electromagnetic stations is complex and shows the feature of block boundary. The Wudi electromagnetic station is located inside a basin, the crustal structure shows layered feature typical for the stable blocks. Beneath the Anqiu electromagnetic station, there is a 1km-thick relative low resistivity layer in the shallow crust and a high resistivity body beneath it with a depth of 13km. There is a high resistivity structure in the crust beneath the Juxian electromagnetic station. The crustal structures are divided into two different parts by Anqiu-Juxian Fault and Changyi-Dadian Fault, respectively. More conductive layers appear to the west of the two faults. Plenty of fluid possibly exists within the conductive body to the west of Changyi-Dadian Fault, which plays important role in the earthquake generation. There is a relative low resistivity layer in the crust within 1~2km beneath the Wudi electromagnetic station. Beneath the relatively low resistivity layer, a relatively high resistivity layer extends to a depth of around 15km, and the resistivity value decreases with the increase of depth. The electrical resistivity model suggests the seismic activity of the Yishu fault zone around the Anqiu and Juxian electromagnetic stations should be taken into account seriously, and monitoring and research on it need to be strengthened. The results of this paper provide a certain reference value for the crustal structure research to similar stations.     

沂沭断裂带内部的差异活动及其成因分析

郯庐断裂带在山东境内被称为沂沭断裂带的部分是其新构造活动最为强烈的一段.许多学者对沂沭断裂带做过大量研究工作,指出沂沭带活动存在差异性,但较少关于差异活动的原因分析.本文在前人研究工作基础上,较为深入地分析了沂沭带5条断裂的主要活动规律及其特点,对沂沭带进行了新的分段,并归纳了沂沭带不同断裂之间、同一断裂不同段落之间的活动差异及其差异的基本特征.在此基础上,从地貌、断裂结构、断裂空间组合、现代运动、深部构造环境等几个方面,分析阐述了造成沂沭带差异活动的可能原因,为更深入地研究沂沭带提供了新鲜的启示和思路.