四川石棉公益海温泉水文地球化学特征

利用水文地球化学数据建立温泉水文循环模型, 探讨温泉水文地球化学变化与地震的关系, 对中强地震短临流体异常判断具有重要的意义。 通过对石棉公益海温泉水常量元素、 微量元素和氢氧同位素以及锶同位素的测量, 探讨了该区域水文地球化学时空变化特征。 因此, 于2008年10月至2019年9月, 共对公益海温泉采集水样206个, 并对温泉水中离子组分和浓度, 温泉逸出气组分、 温泉气体同位素、 碳同位素和氢氧同位素含量进行测量。 分析结果表明: ① 公益海温泉主要为Na-HCO₃·Cl型水, δD、 δ¹⁸O同位素测值分别为-14.19‰~-14.83‰和-108.67‰~-110.47‰, 分布于大气降水线附近, 说明温泉水主要源于大气降水; ② 据SiO₂地温计计算热储温度约94.12℃, 循环深度约4.3 km, 表明大气降水入渗地下, 在热源加热后, 沿着断层和裂隙循环到地表, 形成温泉补给; 并且, 锶同位素和微量元素研究发现, ⁸⁷Sr和⁸⁶Sr主要来自硅酸盐类矿物, 微量元素含量较低, 水岩反应程度较弱; ③ 通过对研究区进行长时间连续观测发现, 在公益海周围300 km范围内的3个五级以上的地震使温泉水中常量元素的浓度, 分别出现了震前异常、 同震响应和震后效应。 推测这可能是因为公益海温泉位于公益海断裂和安宁河断裂的交会区, 推测周围的地震会触发公益海温泉水中的离子地球化学特征产生变化。 结合已有地质资料与公益海温泉水文地球化学数据, 建立公益海断裂带温泉水文循环模型, 这些对公益海断裂带周围未来中强地震短临流体异常判断具有重要的意义。     

汶川地震余震序列的地震各向异性初步分析

2008年5月12日,在四川龙门山断裂带上发生了8.0级大地震,根据中国地震台网中心的地震目录,震源深度为14km处,属于浅源构造地震.汶川地震序列是主震余震型.截至到2008年10月,已发生了3万余次连续余震.北东走向的龙门山断裂带位于青藏高原东缘,是由3条断裂构成,自西向东分别是龙门山后山断裂,龙门山主中央断裂,龙门山山前断裂.龙门山断裂带是一条以逆冲为主,走滑为辅的大型断裂带.     

汶川地震前龙门山及其周缘断裂形变运动与应力累积的数值模拟

为揭示汶川地震前龙门山及其周缘断裂的形变与应力累积状态,文中构建了包含龙门山、龙日坝、岷江和虎牙4条断裂的三维黏弹性有限元模型,以1999—2004年GPS结果为约束,模拟了龙门山断裂带及其周缘区域的形变运动。得到以下结论:1)平行于龙门山断裂带的速度分量主要被龙日坝断裂吸收,垂直于龙门山断裂带的速度分量主要被其自身吸收;岷江和虎牙断裂对龙门山断裂带北段起到一定的屏障作用,导致其北段压缩量明显低于南段。2)沿龙门山断裂带由SW向NE方向延伸,主压应力与断层走向的夹角由接近垂直逐步转至约45°;断层南段挤压、剪切应力累积速率高,且压应力大于剪应力,北段应力累积速率低,压应力与剪应力接近。这与龙门山断裂带SW段中小地震频发、地震活动强烈,NE段偶有小震、地震活动微弱相吻合;也与汶川M_S8.0地震逆冲兼具右旋走滑、芦山M_S7.0地震逆冲破裂的方式相一致。3)假设发生震级、类型相同的地震所需应力积累量相同,那么研究区内岷江断裂、龙门山断裂南段和虎牙断裂破裂以逆冲运动为主,3条断裂的地震复发周期依次变长;龙日坝断裂北段和龙门山断裂北段以逆冲兼具右旋走滑为主,前者地震复发周期短于后者;龙日坝断裂南段则以纯右旋走滑为主,地震复发周期有可能最短。     

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。     

2020年新疆于田MS6.4地震温泉水文地球化学异常特征研究

2020年6月26日新疆于田县发生M_S6.4地震, 地震发生前后对震中80 km内的两个温泉在2019年9月至2020年10月的水文地球化学的变化特征进行了研究, 结果表明: ①温泉水的来源为其周围昆仑山的冰川融水, ②克孜勒沙衣温泉补给高程6 km, 水化学类型为Na-HCO₃、 部分平衡水、 温泉循环深度达到1.7 km左右, 其主要气体组分为N₂, 幔源氦占10.6%。 ③乌什开布隆温泉补给高程为3.1 km, Ca·Na-HCO₃·SO₄型, 未成熟水, 可能与浅层冷水发生了混合作用, 循环深度仅达到0.5 km, 该温泉的水化学组分对周围的地震活动有明显的异常响应, 伽师M_S6.4地震前, 区域应力的不断加载使断裂带内裂隙发生明显变化, 从而温泉流体行为发生变化, 使乌什开布隆温泉的离子浓度小幅度上升, 且Cl^-含量在于田M_S6.4地震后16天突增。 因此, 对乌什开布隆温泉及克孜勒沙衣温泉的流体地球化学特征进行连续监测, 可以为未来阿尔金断裂及西昆仑断裂的交会区地震危险性提供有效判断指标。     

龙门山断裂带中上地壳速度结构的短周期环境噪声成像

本文利用在龙门山断裂带周边布设的57个台站自2008年11月至2009年11月为期一年的垂直分量连续地震环境噪声数据,通过短周期地震环境噪声成像方法,获得了龙门山断裂带中北段地壳25km深度范围的S波精细速度结构.结果表明:(1)龙门山断裂带周边区域10km以上的速度结构与地表断裂的分布形态具有良好的一致性,速度结构控制了龙门山主要断层的深部延展特征;在15km及以下深度,S波速度结构呈现沿龙门山和沿岷山隆起走向的交叉构造格局,由此造成的速度结构差异可能影响了汶川地震的破裂过程;(2)速度结构随深度的分布特征为龙门山断裂带主要断层的深部延伸形态给出了良好的约束,结果进一步确认了龙门山断裂中段的高角度铲型断裂构造特征;(3)研究区的南端发现了龙门山断裂下方20km以下深度具有与松潘地块中地壳低速层相关的低速结构的迹象,这可能是汶川地震破裂带南段22km左右深度存在脆韧转换带的一个证据.研究结果显示出密集台阵和短周期环境噪声成像方法在地壳浅部精细结构和断层探测研究中具有巨大潜力.     

九寨沟7.0级地震前地壳水平形变状态与变化

利用1999~2015年流动GNSS观测资料及处理结果,分析了九寨沟M_S7.0地震前区域水平形变场及其变化,得到以下认识:(1)九寨沟M_S7.0地震震源区在汶川8.0级地震之前为右旋剪切形变,汶川地震之后为左旋剪切形变;(2)2011年以来震源区左旋剪切形变持续较弱,较大的左旋剪切形变位于其西南;(3)震源区最大剪切应变、最大主应变、最小主应变均较弱;(4)九寨沟地震的发生与汶川地震的发生与否有一定的关系方面,龙门山断裂带的活动处在闭锁时段时则有所抑制或推迟九寨沟地震的发生,汶川地震后龙门山断裂带一定程度的解锁则有助于九寨沟地震的发生或促使发震时刻有所提前;(5)距震中近70km的SCSP站出现了7.1mm的南向同震位移,其他连续站未发现同震位移。     

芦山地震断层的滑动分布与汶川地震断层的关系

本文利用2013年芦山M_S7.0级地震同震GPS数据反演了芦山断层几何与断层滑动分布,结果表明:芦山地震发震断层具有南陡北缓、上陡下缓的特征,低倾角的区域位于发震断层北段且靠近映秀断层的一侧;滑动分布模型的最大滑动量为0.82m,其深度为13.67km与小震发生集中平均深度12.5km接近.我们选取1998—2014年龙门山断裂带区域地壳形变观测数据,拟合获得了龙门山断裂带走向方向上的速度分量,发现在汶川M_S8.0地震与芦山M_S7.0地震之间宽度约30km破裂空区,龙门山断裂带西南段与东北段的形变分量以破裂空区为界方向相反.断裂带东北段(汶川地震主要发震断层)的形变分量方向与断层右旋走滑运动方向一致,而在断裂带西南段(芦山地震发震断层)的形变分量方向与断层左旋走滑运动方向一致.芦山地震走滑方向与汶川地震走滑方向相反是因为该断裂带构造运动在特有几何构造下受青藏高原东南向挤压,遇龙门山中段岩石圈楔状构造的阻挡,在汶川M_S8.0地震与芦山M_S7.0地震间的地震空区,形成了构造运动向其两侧分流的结果.     

大凉山断裂带温泉水文地球化学特征

2010—2021年对大凉山断裂带10个温泉开展采样,测定了15个水样中的常量元素和氢氧同位素,进行温泉水文地球化学特征研究,建立了温泉水文地球化学循环模型。研究结果表明：(1)δD、δ¹⁸O的测量值分别为-86.8%～-100.54%和-11.7%～-13.7%,分布于大气降水线附近,表明大凉山断裂带温泉水主要为大气降水补给,其补给高程为2.1～2.5 km;(2)温泉水化学类型主要有HCO₃-Ca·Mg、SO₄·HCO₃-Ca·Mg、HCO₃-Ca、HCO₃-Na·Ca、HCO₃-Na和SO₄·HCO₃-Ca;(3)主量元素来自碳酸盐矿物和硅酸盐矿物的水-岩反应;(4)Na-K-Mg三角图表明该区温泉水样均为未成熟水;(5)运用硅-焓模型图解法得到该区热储温度为105.9℃～203℃,冷水混入比例约为68%～86%,其循环深度为1.9～3.9 km;(6)循环深度越深,地震活动性越强。     

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.      

汶川8.0级地震前龙门山断裂带及邻近区域的震间形变与发震机理

利用跨龙门山后山和前山断裂的短水准监测资料、龙门山区域GPS和水准测量资料,结合龙门山及邻近区域的地震构造、以及2008年汶川8.0级地震前的中小地震活动等信息进行分析,研究汶川地震前横跨龙门山断裂带的震间(震前)地壳形变特征,探讨引起发震断裂近场和远场形变的构造活动与动力学模式,并由此认识汶川地震的孕育与成因机制,以及该地震破裂的发生机理.     

汶川M_S8.0地震前后龙门山断裂带CO和CH_4排气增强

利用卫星高光谱数据研究了汶川地震前后震中周围及沿断裂带相同面积区域的CO和CH_4总量的变化和相关程度。结果表明:(1)龙门山断裂带地区常年有地下气体沿断裂带向大气中释放,CO沿断裂带释放,受构造控制明显,而CH_4除了受构造控制影响外,还受川西地区地下天然气的弥漫式扩散影响;(2)汶川地震的发生促进了地下气体的释放,汶川地震前约1.5个月至震后3个月左右有大量的地下CO和CH_4气体沿龙门山断裂带释放到大气中,并且距离震中越近,排气量越大。研究结果对地震监测、地气交换和环境地球化学监测有重要意义。     

龙门山断裂带深部构造变形的黏弹性模拟及其与强震活动的关联性探讨

根据龙门山断裂带地区的主要构造特征,建立该地区的有限元模型,同时考虑地下深处的黏弹性蠕动和不同部位间的接触关系,模拟计算了研究区在强震轮回活动中的时间演化历程.模拟结果表明:龙门山断裂带深处的滑动速率比浅表的滑动速率大,龙门山断裂带周围是相对容易发生应变积累的地区,其5~19km深度也是高应力聚集成核区,随时间推移的应力集中程度加剧而引发强震.本模拟分析证实了重复地震观测所揭示的龙门山断裂带存在深浅活动速率差异的现象,这在一定程度上可以解释出乎预料的汶川MW7.9地震的孕育机理.综合分析研究提出:应充分利用重复地震这一天然的"地下蠕变计(subsurface creepmeter)"来探测深部构造变形的活动,为强震危险性分析提供必要的"原位(in situ)观测"约束信息.     

汶川地震序列早期特征及成因探讨

地震序列的特征和震型判定工作有助于抗震救灾工作的开展,对其发生成因的研究是解决地震预报难题必须面对的科学问题。汶川8．0级地震序列的初步研究表明：①余震沿龙门山断裂带分布于宽100km,长约330km的带状区域内,并侧向于主震震中的北侧;②序列发展初期有2个快速衰减过程;③序列类型为主震一余震型,最大强余震6．4级;④序列的空间演化过程,强余震震源机制结果和地震精确定位结果分析表明,序列具有分段特征;⑤8．0级地震的发震构造是龙门山断裂带,发震构造在剖面上呈现出“犁形”或“铲形”。地球物理勘探和壳、幔结构反演结果表明,自青藏高原穿越龙门山到四川盆地存在地幔阶梯,上地幔阶梯的阻挡作用使得物质东移速率减慢,并蕴积了汶川8．0级地震所需能量。地震的产生正是东西向应力平衡被打破的结果,余震沿龙门山断裂的分布是高原地壳在印度板块的推挤作用下向北北东方向的运动得以继续的表现。整个龙门山断裂带都参与了活动,龙门山断裂带北端作为断裂带的止裂端与南段同期活动。     

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.     

汶川M_s 8.0地震大震复发周期的研究进展

汶川Ms8.0地震发生在青藏高原东缘NE向龙门山断裂带上,造成以映秀、北川为中心的长达300km的同震地表破裂带.初步研究认为,龙门山断裂带大震复发属于特征地震模式.本文在考虑地形差异影响下,用有限元数值模拟方法对汶川地震的大震复发周期进行研究.初步结果表明:龙门山断裂带大震复发周期为3908～4482a,该结果与古地震、断层滑动法、地震矩率、GPS数据确定等给出的结果具有较好的一致性,为龙门山断裂带的地震活动性及地震危险性研究提供重要的定量依据.     

红河断裂带北段温泉水循环深度与地震活动性的关系探讨

利用SiO_2地热温标计算了红河断裂带北段14个温泉水的热储温度,并结合当地地温梯度计算了温泉水的循环深度,同时统计分析了886～1987年间的地震频度和震源深度。作者从水对断裂及其围岩的弱化的角度讨论了温泉水深循环对断裂强度、断裂摩擦力和地震活动性的影响。结果表明,各亚段地震活动性差异与水对各亚段的弱化程度有关。认为温泉水循环深度最深的洱源亚段相当于“滑移区”,而温泉水循环深度较浅的剑川亚段和弥渡亚段及温泉稀少的大理亚段则相当于“闭锁区”,强震将孕育于温泉水循环深度较深的地区的两端     

龙门山后山断裂汶川M_S8.0地震地表破裂带

2008年汶川Ms8．0地震发生之后,多方研究者开展了汶川震区地表破裂实地调查。已发表的调查结果论证汶川地震地表破裂带沿龙门山构造带中央断裂和前山断裂分布。本文作者近期沿龙门山后山活动断裂开展了踏勘性调查。调查结果表明,除龙门山中央断裂带和前山断裂带出现汶川地震的地表破裂带之外,位于龙门山构造带后山断裂（汶川-茂县断裂）存在另一条长约100km、     

秦岭北缘断裂带温泉水循环深度与地震活动性的关系研究

研究了秦岭北缘断裂带温泉水的氢氧同位素和氦同位素,同时通过温泉水的热储温度和当地地温梯度计算了温泉水的循环深度;统计分析了1900-1997年间的地震频度.从水对断裂及其围岩的弱化的角度讨论了温泉水深循环对地震活动性的影响.结果表明各段地震活动性的差异与温泉水循环深度的差异有关.认为循环深度较深的陕西段孕育强震的可能性较小,而循环深度较浅的青海段和甘肃段是孕育强震的危险区,其中甘肃段可能是强震的最危险区.     

汶川地震前十年间龙门山区域顾及断层闭锁的地壳应变场

本文利用1997—2008年5月的汶川M_w7.9地震前川滇地区GPS水平速度场数据,采用负位错理论反演了汶川M_w7.9地震前龙门山断裂带的闭锁程度.在顾及断层闭锁影响下,获得了龙门山断裂带区域震前十年间地壳应变率场.结果表明在汶川地震前龙门山断裂带高度闭锁,在地表以下0~25 km范围内其平均闭锁程度为0.972±0.222,滑动亏损速率约为3 mm·a~(-1).震前龙门山断裂滑脱层的高度闭锁为汶川地震深部同震破裂提供了能量基础;在顾及断层闭锁影响下,龙门山断裂带附近应变积累缓慢,断层附近区域最大主应变率约为3.4~9.6 nanostrain·a~(-1),最小主应变率约为-2.5~-7.1 nanostrain·a~(-1);断层西北侧有明显的应变积累.