地震孕育机制与破裂机制的研究

在理论上得出地震孕育发生的普遍物理机制是:地震前孕震区在垂直向会逐步形成、发展弹性的“拉疏隆起—压缩凹陷”的不稳结构,在水平向也多会形成对称相间分布的两个弹性压缩区及两个弹性拉疏区。应变的“压缩区与拉疏区同时产生、对应存在、共为一体”的这种双向应变结构是地壳构造运动中形成孕震体与非孕震体的根本区别,也是能用以首先找到孕震地区的主要依据;地震的破裂机制是:孕震体形成的双向应变结构,构成了应力集中后的失稳与剪切破裂的必要条件,当初始破裂后,就会引起压缩区与拉疏区发生逆转性的弹性膨胀与收缩的相互配合而不断提供位错空间,从而能使应力与破裂快速地传递与扩张。这一地震孕育与破裂机制的认识,几乎能解释绝大多数的地震前兆现象及震时震后的冒砂、冒水与断层的破裂、错动现象。     

台湾南投“9·21”地震活动性分析

本文采用地震学方法 ,分析了台湾南投“9·2 1”地震。结果表明震前存在孕震空区和地震活动性参数异常变化     

芦山地震同震和震后地表形变及重力变化的理论模拟

为了研究芦山地震的孕震过程和震源区的长期构造过程以及解释实测的震后形变和重力资料, 采用分层介质模型, 利用数值模拟的方法, 考虑区域流变系数, 计算了地震引起的地表同震、震后的形变和重力变化以及区域内部分GPS与重力连续观测台站的震后形变和重力变化的时间序列.结果表明: 芦山地震的地表同震形变显示出发震断层明显的逆冲特性; 粘弹性松弛效应引起的震后地表形变和重力变化比同震形变和重力变化的范围明显扩大, 但随着粘滞系数的增加, 变化量明显减小; 观测台站的震后变化时变曲线显示震后形变和重力变化在震后50 a间变化显著, 100 a后基本平缓, 趋于稳定; 模拟计算的GPS台站中除了MEIG台和MYAN台以外, 其余台站的震后观测必须考虑粘弹性松弛的影响.      

大陆地震构造系统: 以青藏高原及邻区为例

青藏高原及邻区三角形发震构造域是全球大陆最显著的地震多发区.脆性活动断层及其弹性回跳模式无法合理解释该区深度集中分布在10~40 km的点状震源.针对发震构造和地震机理不明确这一重大科学问题, 以大陆动力学和地球系统动力学新思想为指导, 对青藏高原及邻区发震构造系统进行域、层、带、点相关研究, 阐明大陆地震构造系统的结构型式, 认为下地壳固态流变及其韧性剪切带是提供地震能量的孕震构造, 中地壳韧-脆性剪切带是累积地震能量的发震构造, 上地壳脆性断裂是释放地震能量的释震构造.在研究青藏高原及邻区地震构造系统及其形成背景的基础上, 进一步论证了大陆地震热流体撞击的形成机理: 地幔墙导致大洋中脊之下的软流圈热流物质层流到大陆特定部位汇聚加厚并底辟上升, 造成大陆下地壳部分熔融和固态流变, 并改变莫霍面的产状, 固态流变物质侧向非均匀流动, 形成大陆盆山体系, 流动的韧性下地壳与脆性上地壳之间具有韧-脆性剪切滑脱性质的中地壳不断积累由下地壳热能转换而来的应变能, 形成发震层, 震源定位于下地壳热流物质富集带("热河")中的固态-半固态流变物质撞击到强弱层块之间的构造边界, 不同热构造环境和撞击角度产生5种不同类型的地震.从而为大陆地震的科学预测奠定了全新的理论基础.      

从同震和震后形变分析1668年M8.5级郯城地震对周边地震活动性的影响

以山东郯城1668年大地震为例,以前人地表地质调查结果为约束,利用弹性位错理论初步获取了该地震的同震破裂模型;在此基础上,基于粘弹性分层模型分析了该地震的同震和震后形变,同时以主震断层为接收断层计算了库仑应力分布,进一步讨论了地幔不同粘滞性系数对地表形变和库仑应力变化的影响。计算结果显示,该地震是一个右旋走滑为主兼有一定逆冲性质的地震,其同震位移巨大,能量释放较彻底;同震破裂造成震中郯城县西北、东北和南部部分断层库仑应力增加,而震后形变使得这些断层库仑应力进一步增加,在单县、宿迁和日照等地,地震后350 a库仑应力变化量达到+1bar-+1MPa量级;地幔粘滞性系数不同,形变量和库仑应力变化达到稳定的时间不同,但最终趋于稳定的数值基本一致。     

大陆板内地震的发震机理与地震预报——以汶川地震为例

大陆板内地震主要产于新生代厚壳造山带或高原,在平面上呈弥散状分布,在剖面上震源沿中地壳成层分布,为浅源地震.盆山活动断层系统呈规律性组合,盆山挤压边界为逆冲型压性发震断层;盆山走滑转换边界为走滑型扭性发震断层;造山带内部主要是伸展型张性发震断层.大陆板内地壳分层流变作用制约了板内地震的构造物理过程.大陆下地壳韧性流层为地震活动提供了热能,热软化和热融化介质发生缓慢的韧性流动,是孕震构造;中地壳韧-脆性剪切带发生热-应力转换,聚积应力和应变,为蕴震构造;当下地壳流动在中地壳积累的应变超过上地壳特定构造部位介质的应力-应变极限时,上地壳形成脆性发震断层,产生地震.震源出现在上地壳脆性断层与中地壳脆-韧性剪切带的交汇部位,青藏高原的震源深度通常为12～35 km.目前地震预报是世界科学难题,然而,大陆动力学和板内地震的理论突破可能为短临预报提供了新思路.如果大陆下地壳热动力作用是中地壳产生地震和上地壳发生地震的根源,那么上地壳脆性断层活动会释放出地壳深部的热流体和热气体,引起局部的地温异常、水文异常和大气异常.建议从大气到地表再到地下系统地监测活动断层带及邻区的地下水、地表水、大气的温度异常和成分变化,结合观测下地壳流层厚度、地应力-应交变化、重力异常、磁异常、地电异常等,综合评价地壳活动性和发震可能性.2008年5月12日发生的里氏8.0级汶川地震处于龙门山造山带与四川盆地的构造边界上,是典型的大陆板内地震,震源处于映秀-北川断层上,震源深度为12 km.350 km长的地表破裂带呈右行左阶雁行排列在具有逆冲和右行走滑性质的汶川-茂县-青川、映秀-北川和江油-都江堰3条断层带上.下地壳的韧性流动伴随中地壳韧-脆性剪切带应力和应变的积累,产生上地壳脆性活动断层,并控制地表破裂带和滑坡的分布.     

基于差分干涉雷达的汶川地震同震形变特点

地震同震形变场是认识震源机制、确定发震断裂、分析发震断裂活动方式、评估震害损失及揭示未来发震趋势的重要依据。但在龙门山地区复杂的自然环境中, 现有的地震同震形变场获取方法(GPS测量、构造形迹分析、震源机制解结合数值模拟计算)难以快速、全面的捕捉到这种信息, 这突显出差分干涉雷达技术(D-InSAR, Differential Interferometry SAR)在同震形变场研究中的优势。本文介绍了其观测原理, 在地震同震形变监测中的研究现状, 并重点分析了已获取的D-InSAR汶川地震同震形变场的观测结果。基于差分干涉雷达观测及相关资料, 对龙门山断裂在本次地震中活动性进行了初步分析, 结果表明干涉雷达形变图像与地表破裂范围、逆冲角度的变化、上下盘升降关系及大型余震的展布存在很强的相关性。      

九寨沟7.0级地震的地震断裂及震源破裂的构造动力学机理研究

本文针对九寨沟7.0级地震的发震构造及震源破裂的构造动力学问题,从地质调查、测试与震源构造动力学理论分析相结合的角度阐明:此次地震发生在处于高法向应力左旋剪切受力状态的岷山隆起带北端与西秦岭地槽褶皱带之南缘文县-玛沁断裂相交汇部位;沿"九寨天堂"-震中-五花海以及上四寨村-中查-比芒一线发育的两条具有构造破裂特征的NW向地裂缝带,是"隐伏状"地震断裂错动造成的地表同震破裂,前者是本次地震的控震构造,后者是NW向断层的次级同震复活及扩展;此次地震的震源断层错动过程受NW331°走向的陡倾角（∠87°）断层节面控制的走滑型剪切破裂,断裂两端的剪切破裂表现出持续扩展趋势;震源构造动力学过程实质上是地壳深部沿NW方向左旋剪断"凸出体";地震断裂带两端破裂扩展的持续发展,将导致地壳"凸出体"逐步剪断贯通。     

孕震空区和逼近地震在台湾地震中的应用

本文应用陆远忠等人提出的孕震空区和逼近地震方法 ,分析了台湾及其东部海域所有资料较完整的 6 0级以上的地震。结果表明该区普遍存在孕震空区和逼近地震。在判定是否为孕震空区时 ,采用同样的三个标志。用所得到的数据计算经验公式。最后得出 5点初步结论     

青藏高原东北缘海原-六盘山断裂带现今地壳应力环境的数值分析

海原-六盘山断裂是青藏高原东北缘的大型边界断裂带,是中国大陆典型的地震危险区。地壳构造加载特征的定量研究有助于分析区域孕震环境,参考青藏高原东北缘GPS形变和岩石圈精细结构等资料,本文建立海原-六盘山断裂带周缘的三维岩石圈分层模型,分析现今构造加载作用下区域地壳形变和应力演化特征。数值计算结果显示:青藏高原东北缘现今处于以北东-南西向的水平挤压为主导和北西-南东向的水平引张的变形特征。青藏高原东北缘中-下地壳流变性质影响上覆脆性地壳应力环境,中地壳较低粘滞系数对应的模型地壳应力计算值与研究区实际地壳应力场相近。海原断裂中-西段构造加载作用显著,具有相对较高的库仑应力积累和最大剪应力分布;而六盘山断裂周缘地壳应力和最大剪应力小于海原断裂带。构造应力积累的空间分布差异说明六盘山断裂具有较弱的构造孕震环境,而研究区走滑型断裂的孕震加载作用显著。尽管六盘山处于较低的应力状态,但仍不能轻易忽视其长期存在的强震空区所暗示的发震潜力。     

地震预测:从芦山地震到大陆地震

自从1990年以来,通过对青藏高原的调查和研究,认识到下地壳流动同步形成盆地和造山带,并受控于相关洋盆地幔软流圈向大陆的顺层流动和底辟作用。下地壳不均匀流动通过韧脆性中地壳热能-应变能转换孕育地震,部分发震能量通过上地壳脆性断层释放。在地震孕育过程中通常会伴生跨年度干旱和异常降雨,构成热灾害链。近5年内青藏高原东部连续发生汶川、玉树、芦山大地震,形成于从亚东流经羊八井、安多、玉树并分支流向汶川和芦山—康定的下地壳"热河"的仰冲式和侧冲式撞击作用。从2008年9月以来连续发表5篇论文,根据地壳热构造和热灾害链的时空结构对芦山地震的三要素进行了长期和中期预测。2008年9月预测从2013年开始可能发生大地震,2012年9月将鲜水河—安宁河—小江异常热流构造带5年内将发生多个7级地震的首个大震锁定在芦山或西昌。芦山地震只释放了亚东—羊八井—安多—玉树—鲜水河—安宁河—小江"热河"剩余热能中的一小部分,在西昌—会理—昭通地区、道孚—康定地区、通海—石屏地区近5年内很可能发生4个7级左右的地震。此外,华北典型的热灾害链结构表明震情严峻,环渤海地区近3年内很可能发生大地震。从地震热流体撞击机理与地震异常之间的关联性出发,提出了动态立体监测及短临预测地震的思路和方法。     

Crustal heterogeneity and seismotectonics of the region around Beijing, China

A detailed three-dimensional (3-D) P-wave velocity model of the crust and uppermost mantle under the Chinese capital (Beijing) region is determined with a spatial resolution of 25 km in the horizontal direction and 4–17 km in depth. We used 48,750 precise P-wave arrival times from 2973 events of local crustal earthquakes, controlled seismic explosions and quarry blasts. These events were recorded by a new digital seismic network consisting of 101 seismic stations equipped with high-sensitivity seismometers. The data are analyzed by using a 3-D seismic tomography method. Our tomographic model provides new insights into the geological structure and tectonics of the region, such as the lithological variations and large fault zones across the major geological terranes like the North China Basin, the Taihangshan and the Yanshan mountainous areas. The velocity images of the upper crust reflect well the surface geological and topographic features. In the North China Basin, the depression and uplift areas are imaged as slow and fast velocities, respectively. The Taihangshan and Yanshan mountainous regions are generally imaged as broad high-velocity zones, while the Quaternary intermountain basins show up as small low-velocity anomalies. Velocity changes are visible across some of the large fault zones. Large crustal earthquakes, such as the 1976 Tangshan earthquake (M=7.8) and the 1679 Sanhe earthquake (M=8.0), generally occurred in high-velocity areas in the upper to middle crust. In the lower crust to the uppermost mantle under the source zones of the large earthquakes, however, low-velocity and high-conductivity anomalies exist, which are considered to be associated with fluids. The fluids in the lower crust may cause the weakening of the seismogenic layer in the upper and middle crust and thus contribute to the initiation of the large crustal earthquakes.     

Deep seismic reflection profiling across the Ou Backbone range, northern Honshu Island, Japan

Knowledge of the crustal structure, especially the geometry of seismogenic faults, is key to understanding active tectonic processes and assessing the size and frequency of future earthquakes. To reveal the relationship between crustal structure and earthquake activity in northern Honshu Island, common midpoint (CMP) deep reflection profiling and earthquake observations by densely deployed seismic stations were carried out across the active reverse faults that bound the Ou Backbone range. The 40-km-long CMP profiles portray a relatively simple fault geometry within the seismogenic layer. The reverse faults merge at a midcrustal detachment just below the base of the seismogenic layer, producing a pop-up structure that forms the Ou Backbone range. The top of the reflective middle to lower crust (4.5 s in travel time (TWT)) nearly coincides with the bottom of seismogenic layer. The P-wave velocity structure and surface geology suggest that the bounding faults are Miocene normal faults that have been reactivated as reverse faults.     

东昆仑、玉树、汶川地震的发生规律和形成机理:兼论大陆地震成因与预测

青藏高原东北部东昆仑、汶川、玉树等强震的同震地表破裂不对称发育,伴随余震有规律地分别向东、南东和北北东方向迁移,很可能是源于恒河盆地流经亚东、当雄、安多、库赛湖、治多、玉树、甘孜、汶川的弧形下地壳“热河”的流速和流向变化形成的,下地壳热流物质正在向云南及邻区汇聚形成下地壳“热海”,导致长时间跨季度构造热干旱,其影响超过大气环流的作用。地表破裂不一定受断层控制,震源也不在断层面上,下地壳流动导致中地壳发震并进一步影响上地壳形成同震脆性破裂系统。大陆板内盆山过渡带地震密集,大陆板内地震是在下地壳层流的热动力作用下导致活动地壳分层变形的产物。在大陆盆山耦合、圈层耦合的非线性开放系统中,从大洋底部的软流圈层流进入大陆底部使得地幔软流圈加厚,底辟上升为大陆下地壳流动,为地震活动提供了巨量热能;热软化的下地壳缓慢的韧性流动孕育了大陆板内地震;中地壳韧 脆性剪切带易于积累能量,发生热能与应变能的转化,产生地震,形成震源层;上地壳脆性断层活动和地表破裂是地震释放深部能量的载体和方式之一。地壳稳定性评价的依据应当是地壳的活动性而不是断层的活动性。大陆活动构造区地震活跃期与平静期交替实际上是下地壳地震能量的聚散过程,体现在下地壳热主导的韧性流动构造与上地壳应力主导的脆性破裂构造之间的相互作用。下地壳热软化物质流动过程中流速、流向等突然改变触发地震,并产生共振波。大陆下地壳流层在厚度、温度、粘度、流速、流向上的变化产生一定程度的温度异常、流体异常及与其相关的大气层、电场、磁场、重力场、地球化学场、应力场、应变场、生物场等异常。合理布置天空网、地面网、地下网,综合立体监测有效的地震前兆,系统地开展长期、中期和短临地震预测,能够不断地提高地震预测水平。     

亚洲大陆岩石圈多层构造模型和塑性流动网络

中、东部亚洲大陆的广大地区存在着由两族大型地震带共轭相交而成的统一地震网络;位于中、上地壳的这种地震网络,实际上是岩石圈下层(含下地壳和岩石圈地幔)塑性流动网络的一种响应。统一塑性流动网络系统的存在,证实了板内构造变形的驱动力源主要来自印度板块的碰撞推挤,而作用力的远程传递主要借助于网络状塑性流动。塑性流动网络对板内构造变形起着控制作用。     

华北克拉通破坏区最新构造运动起始时间讨论

华北克拉通破坏区是历史破坏性地震频发区,震源机制解和地震地表破裂带等反映出历史地震的发震断层为新生走滑断层,很难用地壳的伸展构造系统来合理解释.首先对1679年三河-平谷M8.0级地震的大厂隐伏凹陷西边界夏垫断裂进行高分辨率地震勘探和上盘钻孔地层进行标定,然后在河套断陷盆地带大青山南麓晚更新世湖相地层中识别出2期角度不整合面(UC1和UC2),并进行了系统测年,综合近年来活动断层比例尺填图和城市活动断层探测成果,明确指出,在华北克拉通破坏区,代表新生代早期地壳伸展运动的铲形正断层的活动性在上新世至第四纪早期逐渐减弱,到晚更新世早期基本停止活动;晚更新世中期以来大青山构造运动为华北克拉通破坏区最新一期构造运动,主要表现为区域剪切应变条件下新生走滑断层形成和扩展,并伴随相关地震活动.最新构造运动的主要动力来源于青藏高原物质东向挤出,以及其对鄂尔多斯块体西南缘强烈东向推挤作用.这些新认识对深化华北克拉通破坏区地震发震机理研究,理解板内最新变形动力学,均具有十分重要的科学价值.     

Magnetotelluric Constraints on the Occurrence of Lower Crustal Earthquakes in the Intra-plate Setting of Central Indian Tectonic Zone

Lower crustal earthquake occurrence in the Central Indian Tectonic Zone(CITZ) of the Indian sub-continent was investigated using magnetotelluric(MT) data. MT models across the CITZ, including the new resistivity model across the 1938 Satpura lower crustal earthquake epicenter, show low resistive(80 ?m) mid-lower crust and infer small volume(1 vol%) of aqueous fluids existing in most part of lower crust. This in conjunction with xenoliths and other geophysical data supports a predominant brittle/semi-brittle lower crustal rheology. However, the local deep crustal zones with higher fluid content of 2.2%–6.5% which have been mapped imply high pore pressure conditions. The observation above and the significant strain rate in the region provide favorable conditions(strong/moderate rock strength, moderate temperature, high pore pressure and high strain rate) for brittle failure in the lower crust. It can be inferred that the fluid-rich pockets in the mid-lower crust might have catalyzed earthquake generation by acting as the source of local stress(fluid pressure), which together with the regional stress produced critical seismogenic stress conditions. Alternatively, fluids reduce the shear strength of the rocks to favor tectonic stress concentration that can be transferred to seismogenic faults to trigger earthquakes.     

Intraplate seismotectonic features of North China

Intraplate earthquakes in North China are characterized by shallow depth, large magnitude and high frequency. Obviously, the zonal distribution of earthquakes is closely related to recent active faults and Cenozoic graben and rift systems.The active faults are mainly oriented NNE with right-lateral movements, and partially oriented NW with left-lateral movements.The Hetao-Yinchuan graben, Fenhe-Weihe graben and North China Plain rift systems often reflect crustal thinning and mantle uplift.According to the data concerning crustal deformation, particularly the movement patterns of faulting, crustal taphrogenesis and earthquake surface rupture, it is suggested that a shearing-extension mechanism could be considered as a cause of the formation of seismotectonic structures in North China since the Early Cenozoic Era.Graben and rift systems also developed in Northeast and South China. They formed earlier than the graben and rift systems in North China, however, and their activity has decreased during the Quaternary period. It is reasonable that the seismicity in Northeast and South China is not as strong as that in North China.